數(shù)制編碼制與微機(jī)組成基礎(chǔ)第1頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2.1微機(jī)數(shù)字電路基礎(chǔ)（1）門(mén)電路(GateCircuit):用以實(shí)現(xiàn)邏輯關(guān)系的電子電路。單器件門(mén)電路((體積大、工作不可靠，需要不同電源，各種門(mén)的輸入、輸出電平不匹配）)集成門(mén)電路：TTL、MOS管等（DTL、TTL、MOS管，集成電路具有體積小、可靠性高、速度快的特點(diǎn)，輸入、輸出電平匹配）（2）門(mén)電路的電平狀態(tài)(LogicLevel)：電平的正負(fù)或高低正邏輯：PositiveLogic用高電平表示邏輯1，用低電平表示邏輯0（默認(rèn)）Logichigh->binary1,Logiclow->binary0(default)負(fù)邏輯：用低電平表示邏輯1，用高電平表示邏輯0TechnologyLvoltageHvoltageNotesCMOS0VtoVcc/2Vcc/2toVccVcc=supplyvoltageTTL0Vto0.8V2VtoVccVcc=5V±10%2023/4/102第2頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期五（3）常用門(mén)電路及真值表(GateCircuit&TruthTable)2.1微機(jī)數(shù)字電路基礎(chǔ)2023/4/103第3頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2.1微機(jī)數(shù)字電路基礎(chǔ)常用門(mén)電路芯片舉例（ChipsetDemo）：74LSSeries2023/4/104第4頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2.1微機(jī)數(shù)字電路基礎(chǔ)（4）三態(tài)門(mén)（Three-stateGate）三態(tài)門(mén)：在普通門(mén)電路的基礎(chǔ)上附加控制電路而構(gòu)成低使能同向三態(tài)門(mén)低使能反向三態(tài)門(mén)高電平、低電平、高阻態(tài)(logic1,logic0,highimpedance)功能表EN=1EN=0F高阻態(tài)2023/4/105第5頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期五三態(tài)門(mén)控制模式高電平有效低電平有效2.1微機(jī)數(shù)字電路基礎(chǔ)2023/4/106第6頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2.1微機(jī)數(shù)字電路基礎(chǔ)常用門(mén)電路芯片舉例（ChipsetDemo）：74LSSeries74LS2452023/4/107第7頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2.1微機(jī)數(shù)字電路基礎(chǔ)三態(tài)門(mén)應(yīng)用①數(shù)據(jù)總線結(jié)構(gòu)只要控制各個(gè)門(mén)的EN端輪流為1，且任何時(shí)刻僅有一個(gè)為1，就可以實(shí)現(xiàn)各個(gè)門(mén)分時(shí)地向總線傳輸。②實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)雙向傳輸EN=1，G1工作，G2高阻，A經(jīng)G1反相送至總線；EN=0，G1高阻，G2工作，總線數(shù)據(jù)經(jīng)G2反相從Y端送出。2023/4/108第8頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2.1微機(jī)數(shù)字電路基礎(chǔ)（5）組合邏輯電路-譯碼器(Decoder)二進(jìn)制譯碼器(BinaryDecoder)設(shè)二進(jìn)制譯碼器的輸入端為n個(gè)，則輸出端為2n個(gè)，且對(duì)應(yīng)于輸入代碼的每一種狀態(tài)，2n個(gè)輸出中只有一個(gè)有效（為1或?yàn)?），其余全無(wú)效（為0或?yàn)?）。2023/4/109第9頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2.1微機(jī)數(shù)字電路基礎(chǔ)譯碼芯片及應(yīng)用3-8譯碼器74LS138G1G2AG2BC(A2)B(A1)A(A0)Y0Y7????譯碼使能端譯碼輸入端譯碼輸出端2023/4/1010第10頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2.1微機(jī)數(shù)字電路基礎(chǔ)使能端輸入端輸出端G1/G2A/G2BCBA/Y0/Y1/Y2/Y3/Y4/Y5/Y6/Y7

01

10

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0

100100100100100100100100

000

00101001110010111011111111111

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01111111

10111111

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2023/4/1011第11頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2.1微機(jī)數(shù)字電路基礎(chǔ)譯碼器應(yīng)用

在微機(jī)中，對(duì)內(nèi)存、I/O端口的訪問(wèn)需要地址，而地址信息是通過(guò)譯碼器實(shí)現(xiàn)的。

譯碼器級(jí)聯(lián)（擴(kuò)展）是通過(guò)使能端實(shí)現(xiàn)的。片上地址接地址總線低端，片上使能端透過(guò)譯碼器接地址總線高端。A0A1A2ENEN12122-42-4Y3Y2Y1Y0Y7Y6Y5Y42023/4/1012第12頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2.1微機(jī)數(shù)字電路基礎(chǔ)譯碼器應(yīng)用2023/4/1013第13頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2.1微機(jī)數(shù)字電路基礎(chǔ)思考：試用兩片3線－8線譯碼器74LS138組成4線－16線譯碼器，將輸入的4位二進(jìn)制代碼D3D2D1D0譯成16個(gè)獨(dú)立的低電平信號(hào)Y0～Y15。?2023/4/1014第14頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2.1微機(jī)數(shù)字電路基礎(chǔ)（6）其它數(shù)字邏輯器件加法器觸發(fā)器同步時(shí)序電路2023/4/1015第15頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2.2幾種數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換幾種常用的計(jì)數(shù)體制(NumeringSystem)十進(jìn)制(Decimal)：符合人們的習(xí)慣0,1,2,3,4,5,6,7,8,9123,45,6二進(jìn)制(Binary)：便于物理實(shí)現(xiàn)0,11001B,1001b,100B,11b十六進(jìn)制(Hexadecimal)：便于識(shí)別、書(shū)寫(xiě)0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,a,b,c,d,e,f(A,B,C,D,E,F)12h(12H),0a5h(0A5H),0E52CH,0e52ch2023/4/1016第16頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2.2幾種數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換

不同數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換十進(jìn)制ND(0～9，逢10進(jìn)一) 1234.5=1×103+2×102+3×101+4×100+5×10-1 ND=dn-1×10n-1+dn-2×10n-2+…+d0×100+d-1×10-1+…二進(jìn)制NB(0、1,逢2進(jìn)一) 1101.101=1×23+1×22+0×21+1×20+1×2-1+1×2-3

NB=bn-1×2n-1+bn-2×2n-2+…+b0×20+b-1×2-1+…十六進(jìn)制NH(0～9、A～F，逢16進(jìn)一) DFC.8=13×162+15×161+12×160+8×16-1

NH=hn-1×16n-1+hn-2×16n-2+…+h0×160+h-1×16-1+…2023/4/1017第17頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2.2幾種數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換

不同數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制/十六進(jìn)制舉例2023/4/1018第18頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2.2幾種數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換

不同數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換二進(jìn)制/十六進(jìn)制：用4位二進(jìn)制數(shù)表示1位十六進(jìn)制數(shù)

0000

----0H

┇

----

┇

1001----9H

1010----0AH1011----0BH1100----0CH1101----0DH

1110----0EH1111----0FH

10001010/8AH

11010110/0D6H

1010101101111001BAB79H

2023/4/1019第19頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2.3微型計(jì)算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ)（1）計(jì)算機(jī)中的編碼（數(shù)值型數(shù)據(jù),NumberSets）8421BCD編碼,(BinaryCodedDecimalnotation)，用二進(jìn)制數(shù)編碼十進(jìn)制數(shù)緊湊BCD碼（4位）/壓縮BCD碼用4位二進(jìn)制碼表示一位十進(jìn)制數(shù)，一個(gè)字節(jié)可放2位十進(jìn)制數(shù)。25BCD碼可表示為（00100101）BCD非緊湊的BCD碼（8位）/非壓縮BCD碼用8位二進(jìn)制碼表示一位十進(jìn)制數(shù)，高4位總為0。25BCD碼可表示為（0000001000000101）BCD2023/4/1020第20頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2.3微型計(jì)算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ)（2）計(jì)算機(jī)中的編碼（符號(hào)編碼-非數(shù)值型數(shù)據(jù),CharacterSets）ASCII美國(guó)國(guó)家信息交換標(biāo)準(zhǔn)碼（AmericannationalStandardCodeforInformationInterchange）字符的編碼，一般用7位二進(jìn)制碼表示用8位二進(jìn)制數(shù)表示時(shí)，最高位總為0用一個(gè)字節(jié)（8位）表示一個(gè)ASCⅡ字符‘0’-’9’(30H-39H),’A’-’Z’(41H-46H),’a’-’z’(61H-66H)2023/4/1021第21頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2.3微型計(jì)算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ)（3）計(jì)算機(jī)中二進(jìn)制數(shù)的表示、類(lèi)型定點(diǎn)數(shù)：小數(shù)點(diǎn)位置固定（例如純整數(shù)和純小數(shù)）浮點(diǎn)數(shù)：小數(shù)點(diǎn)位置不固定（充分利用有限位數(shù)，擴(kuò)大數(shù)的表示范圍和精度）關(guān)于數(shù)的表示，以定點(diǎn)數(shù)為主，定點(diǎn)數(shù)中，以整數(shù)為主。二進(jìn)制數(shù)算術(shù)運(yùn)算:加、減、乘、除邏輯運(yùn)算:與、或、非、異或無(wú)符號(hào)數(shù)有符號(hào)數(shù)算術(shù)運(yùn)算2023/4/1022第22頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2.3微型計(jì)算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ)（3）計(jì)算機(jī)中二進(jìn)制數(shù)的表示、類(lèi)型無(wú)符號(hào)數(shù)（UnsignedNumbers,正整數(shù)）正整數(shù)，8位機(jī)器（0~255）,16位機(jī)器（？）一個(gè)n位的無(wú)符號(hào)二進(jìn)制數(shù)X，其表示范圍為：0≤

X≤2n-1，若運(yùn)算結(jié)果超出這個(gè)范圍，則產(chǎn)生溢出。溢出與機(jī)器數(shù)位數(shù)有關(guān)。2023/4/1023第23頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2.3微型計(jì)算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ)（3）計(jì)算機(jī)中二進(jìn)制數(shù)的表示、類(lèi)型有符號(hào)數(shù)的表示(SignedNumbers)通常數(shù)的最高位為符號(hào)位，對(duì)于字長(zhǎng)8位機(jī)器數(shù),D7為符號(hào)位:0表示正，1表示負(fù)，D6～D0為數(shù)字位。連同符號(hào)位在一起作為一個(gè)數(shù)稱(chēng)為機(jī)器數(shù)，機(jī)器數(shù)的數(shù)值部分稱(chēng)為機(jī)器數(shù)的真值（帶+或-號(hào)）。 （+91）N1=+1011011

01011011

（-91）N2=－1011011

11011011

真值機(jī)器數(shù)對(duì)于有符號(hào)數(shù)，機(jī)器數(shù)常用原碼、反碼、補(bǔ)碼表示數(shù)X的原碼記作[X]原，反碼記作[X]反，補(bǔ)碼記作[X]補(bǔ)2023/4/1024第24頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2.3微型計(jì)算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ)

[X]原：最高位為符號(hào)位，“0”表示正號(hào)，“1”表示負(fù)號(hào)，其余數(shù)字位表示數(shù)值。表示簡(jiǎn)單，但做減法不方便X=＋105[X]原=0

1101001X=－105[X]原=1

1101001X=－52[X]原=10110100X=＋52[X]原=001101000的原碼有兩種表示[+0]原=00000000[-0]原=10000000n位有符號(hào)數(shù)原碼表示數(shù)值的范圍是：-（2n-1-1)~+(2n-1-1)思考：機(jī)器數(shù)為110110如何用原碼表示？（8位機(jī)器）8位二進(jìn)制數(shù)原碼的范圍?2023/4/1025第25頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2.3微型計(jì)算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ)[X]反：若X>0,則[X]反=[X]原，若X<0,則[X]反=對(duì)應(yīng)原碼的符號(hào)位不變，數(shù)值部分按位求反[+4]反

=[+4]原

=00000100,[-4]反

=11111011[+127]反=[+127]原

=01111111[-127]反

=100000000的反碼有兩種表示[+0]反=00000000[-0]反

=11111111n位反碼表示數(shù)值的范圍是:-（2n-1-1)~+(2n-1-1)負(fù)數(shù)的反碼數(shù)值位并不表示此負(fù)數(shù)的數(shù)值，必須按位取反后，才得到表示這7位的二進(jìn)制數(shù)值。思考：8位二進(jìn)制數(shù)反碼的范圍?2023/4/1026第26頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2.3微型計(jì)算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ)

[X]補(bǔ)：正數(shù)的補(bǔ)碼表示與原碼相同，(最高位用“0”表示正，其余位為數(shù)值位)，負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼表示為它的反碼+1。

[+127]補(bǔ)=[+127]原=01111111[-127]補(bǔ)=[-127]反+1=10000001X=–52=–01101000的補(bǔ)碼只有一種[+0]補(bǔ)=[+0]原=00000000[-0]補(bǔ)=[-0]反+1=11111111+1=1

00000000n位補(bǔ)碼表示數(shù)值的范圍是:-2n-1~+(2n-1-1)負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼數(shù)值位并不表示此負(fù)數(shù)的數(shù)值，必須按位取反并加1后，才得到表示這7位的二進(jìn)制數(shù)值。思考：8位二進(jìn)制數(shù)補(bǔ)碼的范圍?2023/4/1027第27頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2.3微型計(jì)算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ)特殊數(shù)的碼值10000000B原碼：-0反碼：-127補(bǔ)碼：-128無(wú)符號(hào)數(shù)：1288位機(jī)器數(shù)對(duì)照表2023/4/1028第28頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2.3微型計(jì)算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ)三種碼制之間關(guān)系及特點(diǎn)正數(shù)：原，反，補(bǔ)相同負(fù)數(shù)：原，反，補(bǔ)不同，但最高位為1。負(fù)數(shù):

原→反，符號(hào)位不變，數(shù)值部分按位求反原→補(bǔ)，符號(hào)位不變，數(shù)值部分按位求反+1補(bǔ)→原，符號(hào)位不變，數(shù)值部分按位求反+1[[x]補(bǔ)]補(bǔ)＝[x]原反→原，符號(hào)位不變，數(shù)值部分按位求反.

補(bǔ)碼的加減法運(yùn)算加法：兩數(shù)補(bǔ)碼的和等于兩數(shù)和的補(bǔ)碼[x]補(bǔ)＋[y]補(bǔ)＝[x+y]補(bǔ)減法：兩數(shù)補(bǔ)碼的差等于兩數(shù)差的補(bǔ)碼[x]補(bǔ)－[y]補(bǔ)＝[x－y]補(bǔ)運(yùn)算結(jié)果:正常（在數(shù)的有效范圍內(nèi))/不正常（溢出）雙進(jìn)位法判斷溢出OF=D7cD6c2023/4/1029第29頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期五例：負(fù)數(shù)溢出的情況X=11111111(－127)10Y=10000010(－2)10 10000001[補(bǔ)碼] + 11111110[補(bǔ)碼] = 01111111[補(bǔ)碼]結(jié)果：(＋127)10，

D7c＝1，D6c

＝0，溢出－127＋(－2)＝－129，超出了－128~D~127范圍2.3微型計(jì)算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ)2023/4/1030第30頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期五例：正數(shù)溢出的情況X=01000000(64)10Y=01000001(65)10 01000000[補(bǔ)碼] + 01000001[補(bǔ)碼] = 10000001[補(bǔ)碼]結(jié)果：(－127)10，

D7c＝0，D6c＝1，溢出64＋65＝129，超出了－128~D~127范圍2.3微型計(jì)算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ)2023/4/1031第31頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2.4微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成（1）基本概念運(yùn)算器控制器寄存器組內(nèi)存儲(chǔ)器總線輸入輸出接口電路外部設(shè)備軟件微處理器微型計(jì)算機(jī)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)2023/4/1032第32頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2.4微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成系統(tǒng)軟件：DOS/Windows95/98/2000/unix應(yīng)用軟件：WPS、Word、Photoshop應(yīng)用軟件：CAD、MATLAB、LABVIEW微處理器CPU

存儲(chǔ)器(RAM,ROM)I/O接口總線硬件軟件微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)(主機(jī))外設(shè)ALU寄存器控制部件鍵盤(pán)、鼠標(biāo)顯示器軟驅(qū)、硬盤(pán)、光驅(qū)打印機(jī)、掃描儀2023/4/1033第33頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2.4微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成（2）微型計(jì)算機(jī)硬件－軟件關(guān)系計(jì)算機(jī)語(yǔ)言系統(tǒng)程序編譯系統(tǒng)機(jī)器源文件計(jì)算機(jī)硬件用戶應(yīng)用程序系統(tǒng)應(yīng)用程序操作系統(tǒng)機(jī)器指令微指令硬件邏輯電路2023/4/1034第34頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2.4微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成（3）微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)微機(jī)系統(tǒng)總線：地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線存儲(chǔ)器I/O接口輸入設(shè)備I/O接口數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB地址總線AB輸出設(shè)備CPU2023/4/1035第35頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2.4微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成（4）微型計(jì)算機(jī)的總線結(jié)構(gòu)CPUMI/O總線單總線CPUM存儲(chǔ)器總線I/OI/O總線雙總線

全局M

全局I/ODMA控制器雙重總線CPU局部I/O局部M緩沖器總線控制邏輯局部總線全局總線2023/4/1036第36頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2.4微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成（5）微處理器組成運(yùn)算器：ALU，參加運(yùn)算的兩個(gè)操作數(shù)：(1)累加器，(2)內(nèi)部DB(數(shù)據(jù)總線)、DR（數(shù)據(jù)寄存器）、RA（寄存器陣列）控制器：指令寄存器IR(instructionregister)IP指令譯碼器ID(instructiondecoder)可編程邏輯陣列PLA(programmablelogicarray)2023/4/1037第37頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2.4微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成（5）微處理器組成內(nèi)部寄存器：累加器A(accumulator)AX(AH/AL)數(shù)據(jù)寄存器DR(dataregister)BX/CX/DX程序計(jì)數(shù)器PC(programcounter)CS/IP地址寄存器AR(addressregister)SP/BP/SI/DI標(biāo)志寄存器F(flagregister)FLAG(PSW)2023/4/1038第38頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2.4微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成（6）微機(jī)存儲(chǔ)器(內(nèi)存):存放程序和數(shù)據(jù)的部件Bit(bit位),每個(gè)二進(jìn)制位Byte(byte),字節(jié),通常為8個(gè)bit,bit7~bit0Word(word),字，兩個(gè)byte,16個(gè)bit，bit15~bit0內(nèi)存的存儲(chǔ)單元（cell）及容量存儲(chǔ)單元中bit的位數(shù)存儲(chǔ)單元的標(biāo)號(hào)-地址(實(shí)際地址/物理地址PA,PhysicalAddress)1KB＝210Byte＝1024Byte≠1000Byte1MB＝220Byte＝1024KByte≠1000000Byte1GB＝230Byte＝1024MByte≠1000000000ByteK:1024,M:1024×1024,G:

1024×1024×10242023/4/1039第39頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2.4微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成一些概念術(shù)語(yǔ)（TermsRegardingComputer/Systems)Bit(thesmallestunitofdataonabinarycomputer)MSB/LSB(MostSignificantBit/LeastSignificantBit)NIBBLE(Collectionoffourbits)BYTE(Collectionofeightbits)H.O/L.O(HighOrder,Left-most/LowOrder,Right-most)10101101(BYTE)0110010010110100(WORD)2NIBBLES4NIBBLESH.ONIBBLE/L.ONIBBLEH.OBYTE/L.OBYTEH.ONIBBLE/L.ONIBBLE2023/4/1040第40頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2.4微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成數(shù)據(jù)位的擴(kuò)展無(wú)符號(hào)數(shù)（UnsignedNumbers）

NibbleByteWord1011BH000010110BH0000000000001011000BH2023/4/1041第41頁(yè)，共