第1章微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)導(dǎo)論

第2章計(jì)算機(jī)中的數(shù)制和編碼

第3章80x86微處理器

第4章80x86指令系統(tǒng)

第5章匯編語言程序設(shè)計(jì)

第6章半導(dǎo)體存儲器

第7章輸入/輸出與中斷

第8章可編程接口芯片及應(yīng)用

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本課件是可編輯的正常PPT課件第1章微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)導(dǎo)論1.1引言1.2計(jì)算機(jī)的發(fā)展概況1.3微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成1.4微型計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)1.5微型計(jì)算機(jī)的工作過程本課件是可編輯的正常PPT課件1.1

引言

電子計(jì)算機(jī)是由各種電子器件組成的，能夠自動、高速、精確地進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算、邏輯控制和信息處理的現(xiàn)代化設(shè)備。自從其誕生以來，已被廣泛應(yīng)用于科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)（信息）處理和過程控制等領(lǐng)域。有關(guān)統(tǒng)計(jì)資料表明，計(jì)算機(jī)早期的主要應(yīng)用領(lǐng)域是科學(xué)計(jì)算。在科學(xué)研究，特別是理論研究中，經(jīng)過嚴(yán)密的論證和推導(dǎo)，得出非常復(fù)雜的數(shù)學(xué)方程，需要求得方程的解。如果手工計(jì)算，可能要經(jīng)過數(shù)月、數(shù)年的時間，有時甚至是無法完成的。面對這樣的難題，計(jì)算機(jī)可以發(fā)揮其強(qiáng)大的威力。本課件是可編輯的正常PPT課件

計(jì)算機(jī)在這樣的科學(xué)計(jì)算中，一般用高級語言編程，高級語言是面向用戶的，也就是說，用高級語言編寫程序比較容易和方便，經(jīng)過短時間的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，一般人都能編出功能很復(fù)雜的程序。計(jì)算機(jī)在科學(xué)計(jì)算中的應(yīng)用，除了用高級語言編寫程序外，與其在信息處理和過程控制領(lǐng)域的應(yīng)用相比較，還有以下兩個特點(diǎn)：第一，它沒有很強(qiáng)的實(shí)時性要求，雖然使用者在運(yùn)行程序時也希望盡快得到運(yùn)算結(jié)果，但對結(jié)果產(chǎn)生的時間沒有嚴(yán)格的要求，結(jié)果產(chǎn)生的遲早不影響結(jié)果的有效性。第二，在科學(xué)計(jì)算中，需要輸入計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)，一般不是從某種物理現(xiàn)場實(shí)時采集的，不需要有專用的完成數(shù)據(jù)采集任務(wù)的輸入設(shè)備；同樣，計(jì)算的結(jié)果，一般也不完成對外界的控制功能，不需要有專門的輸出設(shè)備與其它系統(tǒng)相連。本課件是可編輯的正常PPT課件

在數(shù)據(jù)（信息）處理和過程控制應(yīng)用領(lǐng)域情況則要復(fù)雜得多。除了對系統(tǒng)的實(shí)時性有很高的要求外，還要用專門的輸入設(shè)備將有關(guān)信息輸入計(jì)算機(jī)，用專門的輸出設(shè)備輸出處理結(jié)果或?qū)Ρ豢貙ο髮?shí)施控制。因此，僅僅具備高級語言編程方面的知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。實(shí)時數(shù)據(jù)（信息）處理和過程控制要求實(shí)時性，希望編寫的程序更精練，運(yùn)行起來更快（一般情況下，對于完成相同的任務(wù)，用機(jī)器語言或匯編語言編寫的程序運(yùn)行起來比用高級語言編出的程序快得多）；專用的輸入輸出設(shè)備與計(jì)算機(jī)的連接和編程控制（稱為接口），更不是只具有高級語言編程知識所能勝任的。為此，必須對計(jì)算機(jī)的工作原理有更深入的了解，對計(jì)算機(jī)的邏輯組成、工作原理、與外界的接口技術(shù)以及直接依賴于計(jì)算機(jī)邏輯結(jié)構(gòu)的機(jī)器語言、匯編語言編程方法等需要進(jìn)一步的學(xué)習(xí)。本課件是可編輯的正常PPT課件1.2計(jì)算機(jī)的發(fā)展概況

計(jì)算機(jī)的發(fā)展，從一開始就和電子技術(shù)，特別是微電子技術(shù)密切相關(guān)的。人們通常按照構(gòu)成計(jì)算機(jī)所采用的電子器件及其電路的變革，把計(jì)算機(jī)劃分為若干“代”來標(biāo)志計(jì)算機(jī)的發(fā)展。自1946年世界上第一臺電子計(jì)算機(jī)問世以來，計(jì)算機(jī)技術(shù)得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，在這不長的時間里，計(jì)算機(jī)的發(fā)展已經(jīng)歷了四代：電子管計(jì)算機(jī)、晶體管計(jì)算機(jī)、集成電路計(jì)算機(jī)和大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)。目前，各國正加緊研制和開發(fā)第五代“非馮·諾依曼”計(jì)算機(jī)和第六代“神經(jīng)”計(jì)算機(jī)。本課件是可編輯的正常PPT課件

微型計(jì)算機(jī)屬于第四代計(jì)算機(jī)，是二十世紀(jì)70年代初期研制成功的。一方面是由于軍事、空間及自動化技術(shù)的發(fā)展需要體積小、功耗低、可靠性高的計(jì)算機(jī)，另一方面，大規(guī)模集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展也為微型計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生打下了堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)。微處理器(MicroProcessor)是微型計(jì)算機(jī)的核心芯片，它是將計(jì)算機(jī)中的運(yùn)算器和控制器集成在一片硅片上制成的集成電路。這樣的芯片也被稱為中央處理單元，簡稱為CPU(CentralProcessingUnit)。本課件是可編輯的正常PPT課件

微型計(jì)算機(jī)

(MicroComputer)是由微處理器(CPU)、存儲器和I/O接口電路組成的計(jì)算機(jī)。

30多年來，微處理器和微型計(jì)算機(jī)獲得了極快的發(fā)展，幾乎每兩年微處理器的集成度翻一番，每2

4年更新?lián)Q代一次，現(xiàn)已進(jìn)入第五代。本課件是可編輯的正常PPT課件1.第一代——4位或低檔8位微處理器第一代微處理器的典型產(chǎn)品是Intel公司1971年研制成功的4004（4位CPU）及1972年推出的低檔8位CPU8008。采用PMOS工藝，集成度約為2000只晶體管/片。指令系統(tǒng)比較簡單，運(yùn)算能力差，速度慢（平均指令執(zhí)行時間為10

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s）。軟件主要使用機(jī)器語言及簡單的匯編語言編寫。本課件是可編輯的正常PPT課件

2．

第二代——中高檔8位微處理器微處理器問世以后，眾多公司紛紛研制微處理器，逐漸形成以Intel公司、Motorola公司、Zilog公司產(chǎn)品為代表的三大系列微處理器。第二代微處理器的典型產(chǎn)品有1974年Intel公司生產(chǎn)的8080CPU，Zilog公司生產(chǎn)的Z80CPU、Motorola公司生產(chǎn)的MC6800CPU以及Intel公司1976年推出的8085CPU。它們均為8位微處理器，具有16位地址總線。本課件是可編輯的正常PPT課件第二代微處理器采用NMOS工藝，集成度為9000只晶體管/片，指令的平均執(zhí)行時間為1

2

s。指令系統(tǒng)相對比較完善，已具有典型的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)以及中斷、存儲器直接存取(DMA)功能。由第二代微處理器構(gòu)成的微機(jī)系統(tǒng)（如Apple—II等）已經(jīng)配有單用戶操作系統(tǒng)（如CP/M），并可使用匯編語言及BASIC、FORTRAN等高級語言編寫程序。本課件是可編輯的正常PPT課件

3．第三代——16位微處理器第三代微處理器的典型產(chǎn)品是1978年Intel公司生產(chǎn)的8086CPU、Zilog公司的Z8000CPU和Motorola公司的MC6800CPU。它們均為16位微處理器，具有20位地址總線。用這些芯片組成的微型計(jì)算機(jī)有豐富的指令系統(tǒng)、多級中斷系統(tǒng)、多處理機(jī)系統(tǒng)、段式存儲器管理以及硬件乘除法器等。為方便原8位機(jī)用戶，Intel公司在8086推出后不久便很快推出準(zhǔn)16位的8088CPU，其指令系統(tǒng)與8086完全兼容，CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)仍為16位，但外部數(shù)據(jù)總線是8位的。并以8088為CPU組成了IBMPC、PC/XT等準(zhǔn)16位微型計(jì)算機(jī)，由于其性能價格比高，很快占領(lǐng)了市場。本課件是可編輯的正常PPT課件1982年，Intel公司在8086基礎(chǔ)上研制出性能更優(yōu)越的16位微處理器芯片80286。它具有24位地址總線，并具有多任務(wù)系統(tǒng)所必須的任務(wù)切換功能、存儲器管理功能以及各種保護(hù)功能。以80286為CPU組成IBMPC/AT高檔16位微型計(jì)算機(jī)。本課件是可編輯的正常PPT課件

4．第四代——32位高檔微處理器

1985年，Intel公司推出了32位微處理器芯片80386，其地址總線也為32位。80386有兩種結(jié)構(gòu)：80386SX和80386DX。這兩者的關(guān)系類似于8088和8086的關(guān)系。80386SX內(nèi)部結(jié)構(gòu)位32位，外部數(shù)據(jù)總線為16位，采用80287作為協(xié)處理器，指令系統(tǒng)與80286兼容。80386DX內(nèi)部結(jié)構(gòu)、外部數(shù)據(jù)總線皆為32位，采用80387作為協(xié)處理器。

1990年，Intel公司在80386基礎(chǔ)上研制出新一代32位微處理器芯片80486，其地址總線仍然為32位。它相當(dāng)于把80386、80387及8KB高速緩沖存儲器(Cache)集成在一塊芯片上，性能比80386有較大提高。本課件是可編輯的正常PPT課件

5.第五代——64位高檔微處理器第五代微處理器的典型產(chǎn)品是1993年Intel公司推出的Pentium(奔騰，Intel586)以及IBM、Apple和Motorola三家公司聯(lián)合生產(chǎn)的PowerPC。Pentium微處理器數(shù)據(jù)總線為64位，地址總線為36位，有兩條超標(biāo)量流水線，兩個并行執(zhí)行單元及雙高速緩沖存儲器，工作頻率有50MHz、66MHz、133MHz、和166MHz等。PowerPC是一種精簡指令集計(jì)算機(jī)RISC(ReducedInstructionSetComputer)，也是一種性能優(yōu)異的64位微處理器，其中也采用了先進(jìn)的超標(biāo)量流水線技術(shù)及雙高速緩沖存儲器。163本課件是可編輯的正常PPT課件精簡指令集計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)是指令規(guī)整，從而使指令譯碼電路簡單，譯碼速度快；指令系統(tǒng)中只設(shè)置了使用頻率較高的指令，因而指令條數(shù)少，指揮指令執(zhí)行的控制邏輯電路簡單，執(zhí)行速度快。與精簡指令集計(jì)算機(jī)對應(yīng)的是復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)CISC(ComplexInstructionSetComputer)，Intel公司的Pentium微處理器及其以前的微處理器產(chǎn)品都屬于CISC。本課件是可編輯的正常PPT課件1.3

微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成

圖1.1微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成硬件微型機(jī)系統(tǒng)外圍設(shè)備過程控制I/O通道A/D,D/A轉(zhuǎn)換器開關(guān)量等外部設(shè)備鍵盤、鼠標(biāo)等輸入設(shè)備顯示器、打印機(jī)等輸出設(shè)備軟驅(qū)、硬盤及磁帶等外存儲器主機(jī)輸入輸出(I/O)接口電路微處理器(CPU)運(yùn)算器(算術(shù)邏輯運(yùn)算單元ALU)控制器(控制單元CU)寄存器陣列(RA)內(nèi)存儲器RAM,ROM,EPROMEEPROM,Cash等系統(tǒng)軟件軟件用戶（應(yīng)用）軟件本課件是可編輯的正常PPT課件1.3.1基于總線的微型計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)到目前為止，計(jì)算機(jī)仍沿用1940年由馮·諾依曼首先提出的體系結(jié)構(gòu)。其基本設(shè)計(jì)思想為：

①以二進(jìn)制形式表示指令和數(shù)據(jù)。

②程序和數(shù)據(jù)事先存放在存儲器中，計(jì)算機(jī)在工作時能夠高速地從存儲器中取出指令加以執(zhí)行。

③

由運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備等五大部件組成計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)。

本課件是可編輯的正常PPT課件圖1.2微型計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本課件是可編輯的正常PPT課件所謂總線，是指計(jì)算機(jī)中各功能部件間傳送信息的公共通道，是微型計(jì)算機(jī)的重要組成部分。它們可以是帶狀的扁平電纜線，也可以是印刷電路板上的一層極薄的金屬連線。所有的信息都通過總線傳送。根據(jù)所傳送信息的內(nèi)容與作用不同，總線可分為以下三類：

(1)地址總線AB(AddressBus)：在對存儲器或I/O端口進(jìn)行訪問時，傳送由CPU提供的要訪問存儲單元或I/O端口的地址信息，以便選中要訪問的存儲單元或I/O端口。AB是單向總線。

(2)數(shù)據(jù)總線DB(DataBus)：從存儲器取指令或讀寫操作數(shù)，對I/O端口進(jìn)行讀寫操作時，指令碼或數(shù)據(jù)信息通過數(shù)據(jù)總線送往CPU或由CPU送出。DB是雙向總線。

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(3)控制總線CB(ControlBus)：各種控制或狀態(tài)信息通過控制總線由CPU送往有關(guān)部件，或者從有關(guān)部件送往CPU。CB中每根線的傳送方向是一定的，圖1.2中CB作為一個整體，用雙向表示。采用總線結(jié)構(gòu)時，系統(tǒng)中各部件均掛在總線上，可使微機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單，易于維護(hù)，并具有更好的可擴(kuò)展性。一個部件(插件)只要符合總線標(biāo)準(zhǔn)就可以直接插入系統(tǒng)，為用戶對系統(tǒng)功能的擴(kuò)充或升級提供了很大的靈活性。

本課件是可編輯的正常PPT課件1.3.2微處理器圖1.3所示為一個簡化的微處理器模型(虛線框內(nèi))，它由運(yùn)算器(ALU)、控制器(CU)和內(nèi)部寄存器(R)三部分組成?，F(xiàn)將各部件的功能簡述如下。

本課件是可編輯的正常PPT課件圖1.3微處理器結(jié)構(gòu)

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1．運(yùn)算器運(yùn)算器又稱算術(shù)邏輯單元(ALU，ArithmeticLogicUnit)，用來進(jìn)行算術(shù)或邏輯運(yùn)算以及移位循環(huán)等操作。參加運(yùn)算的兩個操作數(shù)一個來自累加器A(Accumulator)，另一個來自內(nèi)部數(shù)據(jù)總線，可以是數(shù)據(jù)緩沖寄存器DR(DataRegister)中的內(nèi)容，也可以是寄存器陣列RA(RegisterArray)中某個寄存器的內(nèi)容。

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2．控制器控制器又稱控制單元(CU，ControlUnit)，是全機(jī)的指揮控制中心。它負(fù)責(zé)把指令逐條從存儲器中取出，經(jīng)譯碼分析后向全機(jī)發(fā)出取數(shù)、執(zhí)行、存數(shù)等控制命令，以保證正確完成程序所要求的功能。控制器中包括以下幾部分：

(1)指令寄存器IR(InstructionRegister)：用來存放從存儲器取出的將要執(zhí)行的指令碼。當(dāng)執(zhí)行一條指令時，先把它從內(nèi)存取到數(shù)據(jù)緩沖寄存器DR中，然后再傳送到指令寄存器IR中。

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(2)指令譯碼器ID(InstructionDecoder)：用來對指令寄存器IR中的指令操作碼字段(指令中用來說明指令功能的字段)進(jìn)行譯碼，以確定該指令應(yīng)執(zhí)行什么操作。

(3)可編程邏輯陣列PLA(ProgrammableLogicArray)：用來產(chǎn)生取指令和執(zhí)行指令所需要的各種微操作控制信號，并經(jīng)過控制總線CB送往有關(guān)部件，從而使計(jì)算機(jī)完成相應(yīng)的操作。

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3．內(nèi)部寄存器

1)程序計(jì)數(shù)器PC(ProgramCounter)程序計(jì)數(shù)器有時也被稱為指令指針(IP，InstructionPointer)，它被用來存放下一條要執(zhí)行指令所在存儲單元的地址。在程序開始執(zhí)行前，必須將它的起始地址，即程序的第一條指令所在的存儲單元地址送入PC。當(dāng)讀取指令時，CPU將自動修改PC內(nèi)容，以便使其保持的總是將要執(zhí)行的下一條指令的地址。由于大多數(shù)指令是按順序執(zhí)行的，因此修改的辦法通常只是簡單地對PC加1。但遇到跳轉(zhuǎn)等改變程序執(zhí)行順序的指令時，后繼指令的地址(即PC的內(nèi)容)將從指令寄存器IR中的地址字段得到。

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2)地址寄存器AR(AddressRegister)地址寄存器用來存放正要取出的指令的地址或操作數(shù)的地址。由于在內(nèi)存單元和CPU之間存在著操作速度上的差異，因此必須使用地址寄存器來保持地址信息，直到內(nèi)存的讀/寫操作完成為止。在取指令時，PC中存放的指令地址送到AR，根據(jù)此地址從存儲器中取出指令。在取操作數(shù)時，將操作數(shù)地址通過內(nèi)部數(shù)據(jù)總線送到AR，再根據(jù)此地址從存儲器中取出操作數(shù)；在向存儲器存入數(shù)據(jù)時，也要先將待寫入數(shù)據(jù)的地址送到AR，再根據(jù)此地址向存儲器寫入數(shù)據(jù)。

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3)數(shù)據(jù)緩沖寄存器DR(DataRegister)數(shù)據(jù)緩沖寄存器用來暫時存放指令或數(shù)據(jù)。從存儲器讀出時，若讀出的是指令，經(jīng)DR暫存的指令經(jīng)過內(nèi)部數(shù)據(jù)總線送到指令寄存器IR；若讀出的是數(shù)據(jù)，則通過內(nèi)部數(shù)據(jù)總線送到運(yùn)算器或有關(guān)的寄存器。同樣，當(dāng)向存儲器寫入數(shù)據(jù)時，也首先將其存放在數(shù)據(jù)緩沖寄存器DR中，然后再經(jīng)數(shù)據(jù)總線送入存儲器。可以看出，數(shù)據(jù)緩沖寄存器DR是CPU和內(nèi)存、外部設(shè)備之間信息傳送的中轉(zhuǎn)站，用來補(bǔ)償CPU和內(nèi)存、外圍設(shè)備之間在操作速度上存在的差異。

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4)累加器A(Accumulator)累加器是使用最頻繁的一個寄存器。在執(zhí)行算術(shù)邏輯運(yùn)算時，它用來存放一個操作數(shù)，而運(yùn)算結(jié)果通常又放回累加器，其中原有信息隨即被破壞。因此，顧名思義，累加器是用來暫時存放ALU運(yùn)算結(jié)果的。顯然，CPU中至少應(yīng)有一個累加器。目前CPU中通常有很多個累加器。當(dāng)使用多個累加器時，就變成了通用寄存器堆結(jié)構(gòu)，其中任何一個既可存放目的操作數(shù)，也可存放源操作數(shù)。例如本書介紹的80x86系列CPU就采用了這種累加器結(jié)構(gòu)。

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5)標(biāo)志寄存器FLAGS(FlagRegister)標(biāo)志寄存器有時也稱為程序狀態(tài)字(PSW，ProgramStatusWord)。它用來存放執(zhí)行算術(shù)運(yùn)算指令、邏輯運(yùn)算指令或測試指令后建立的各種狀態(tài)碼內(nèi)容以及對CPU操作進(jìn)行控制的控制信息。標(biāo)志位的具體設(shè)置及功能隨微處理器型號的不同而不同。編寫程序時，可以通過測試有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)(0或1)來決定程序的流向。

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6)寄存器陣列RA(RegisterArray)寄存器陣列實(shí)際上相當(dāng)于微處理器內(nèi)部的RAM。微處理器內(nèi)部有了這些寄存器后，就可避免頻繁訪問存儲器，縮短指令長度和指令執(zhí)行時間，提高機(jī)器的運(yùn)行速度，方便程序設(shè)計(jì)。不同類型CPU的寄存器陣列規(guī)模大小會有所不同。

本課件是可編輯的正常PPT課件1.3.3存儲器

在計(jì)算機(jī)內(nèi)部，程序和數(shù)據(jù)都以二進(jìn)制形式表示，8位二進(jìn)制代碼作為一個字節(jié)。為了便于對存儲器進(jìn)行訪問，存儲器通常被劃分為許多單元，每個存儲單元存放一個字節(jié)的二進(jìn)制信息，每個存儲單元分別賦予一個編號，稱為地址。如圖1.4所示，地址為4005H的存儲單元中存放了一個8位二進(jìn)制信息00111000B。本課件是可編輯的正常PPT課件計(jì)算機(jī)在執(zhí)行程序時，CPU會自動而連續(xù)地從內(nèi)存儲器中取出要執(zhí)行的指令，并執(zhí)行指令規(guī)定的操作。這就是說，計(jì)算機(jī)每完成一條指令，至少有一次為取指令而訪問內(nèi)存儲器的操作。內(nèi)存儲器是計(jì)算機(jī)主機(jī)的一部分，一般把具有一定容量且速度較高的存儲器作為內(nèi)存儲器，CPU可直接用指令對內(nèi)存儲器進(jìn)行讀/寫。在微型計(jì)算機(jī)中，通常用半導(dǎo)體存儲器作為內(nèi)存儲器。

本課件是可編輯的正常PPT課件圖1.4內(nèi)存單元的地址和內(nèi)容

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1．基本概念

(1)位(Bit)：二進(jìn)制信息的最小單位(0或1)

(2)字節(jié)(Byte)：由8位二進(jìn)制數(shù)組成，可以存放在一個存儲單元中。字節(jié)是字的基本組成單位。

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(3)字(Word)：計(jì)算機(jī)中作為一個整體來處理和運(yùn)算的一組二進(jìn)制數(shù)，是字節(jié)的整數(shù)倍。通常它與計(jì)算機(jī)內(nèi)部的寄存器、算術(shù)邏輯單元、數(shù)據(jù)總線寬度相一致。每個字包括的位數(shù)稱為計(jì)算機(jī)的字長，是計(jì)算機(jī)的重要性能指標(biāo)。目前為了表示方便，常把一個字定義為16位，把一個雙字定義為32位。

(4)內(nèi)存容量：內(nèi)存中存儲單元的總數(shù)。通常以字節(jié)為單位，1024(210)字節(jié)記作1KB，220字節(jié)記作1MB。

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(5)內(nèi)存單元地址：為了能識別不同的單元，每個單元都賦予一個編號，這個編號稱為內(nèi)存單元地址。顯然，各內(nèi)存單元的地址與該地址對應(yīng)的單元中存放的內(nèi)容是兩個完全不同的概念，不可混淆。

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2.內(nèi)存的操作

CPU對內(nèi)存的操作有兩種：讀或?qū)憽Ｗx操作是CPU將內(nèi)存單元的內(nèi)容讀入CPU內(nèi)部，而寫操作是CPU將其內(nèi)部信息送到內(nèi)存單元保存起來。顯然，寫操作的結(jié)果改變了被寫內(nèi)存單元的內(nèi)容，是破壞性的，而讀操作是非破壞性的，即該內(nèi)存單元的內(nèi)容在信息被讀出之后仍保持原信息不變。從內(nèi)存單元讀出信息的操作過程如圖1.5(a)所示。假設(shè)將地址為90H的單元中的內(nèi)容10111010B(BAH)讀入CPU，其操作過程如下：

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(1)?CPU經(jīng)地址寄存器AR將要讀取單元的地址信息10010000B(90H)送地址總線，經(jīng)地址譯碼器選中90H單元。

(2)?CPU發(fā)出“讀”控制信號。

(3)在讀控制信號的作用下，將90H單元中的內(nèi)容10111010B(BAH)放到數(shù)據(jù)總線上，然后經(jīng)數(shù)據(jù)緩沖寄存器DR送入CPU中的有關(guān)部件進(jìn)行處理。

本課件是可編輯的正常PPT課件圖1.5內(nèi)存讀/寫操作過程示意圖(a)內(nèi)存讀操作過程；(b)內(nèi)存寫操作過程

本課件是可編輯的正常PPT課件向內(nèi)存單元寫入信息的操作過程如圖1.5(b)所示。假定要將數(shù)據(jù)0寫入內(nèi)存中地址為90H的單元，其操作過程如下：

(1)?CPU把要寫入單元的地址信息90H經(jīng)地址寄存器AR送到地址總線上。

(2)待寫入的數(shù)據(jù)00000000B經(jīng)數(shù)據(jù)緩沖寄存器DR放到數(shù)據(jù)總線上。

(3)?CPU發(fā)出“寫”控制信號，在該信號的作用下將數(shù)據(jù)0寫入90H單元。此時，90H單元中原有的內(nèi)容10111010B就會被00000000B所替代。

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3．內(nèi)存的分類按工作方式，內(nèi)存可分為兩大類：隨機(jī)讀寫存儲器RAM(RandomAccessMemory)和只讀存儲器ROM(ReadOnlyMemory)。隨機(jī)讀寫存儲器可被CPU隨機(jī)地讀寫，它用于存放將要被CPU執(zhí)行的用戶程序、數(shù)據(jù)以及部分系統(tǒng)程序。斷電后，其中存放的所有信息將丟失。只讀存儲器中的信息只能被CPU讀取，而不能由CPU任意地寫入。斷電后，其中的信息不會丟失。只讀存儲器用于存放永久性的程序和數(shù)據(jù)，如系統(tǒng)引導(dǎo)程序、監(jiān)控程序、操作系統(tǒng)中的基本輸入/輸出管理程序(BIOS)等。

本課件是可編輯的正常PPT課件1.3.4I/O接口與輸入/輸出設(shè)備

I/O接口是微型計(jì)算機(jī)與輸入/輸出設(shè)備之間信息交換的橋梁。

I/O設(shè)備是微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分。程序、數(shù)據(jù)及現(xiàn)場信息要通過輸入設(shè)備輸入給計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)的處理結(jié)果要通過輸出設(shè)備輸出，以便用戶使用。常用的輸入設(shè)備有鍵盤、鼠標(biāo)、數(shù)字化儀、掃描儀、A/D轉(zhuǎn)換器等。常用的輸出設(shè)備有顯示器、打印機(jī)、繪圖儀、D/A轉(zhuǎn)換器等。

本課件是可編輯的正常PPT課件外設(shè)的種類很多，有機(jī)械式、電子式、機(jī)電式、光電式等。一般來說，與CPU相比，外設(shè)的工作速度較低。外設(shè)處理的信息有數(shù)字量、模擬量、開關(guān)量等，而計(jì)算機(jī)只能處理數(shù)字量。另外，外設(shè)與微型計(jì)算機(jī)工作的邏輯時序也可能不一致。由于上述原因，微型機(jī)與外設(shè)之間的連接及信息的交換不能直接進(jìn)行，而需要設(shè)計(jì)一個I/O接口作為微型機(jī)與外設(shè)之間的橋梁。I/O接口也稱為I/O適配器，不同的外設(shè)必須通過不同的I/O接口才能與微機(jī)相連。所以，I/O接口是微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)不可缺少的重要組成部件。任何一個微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的研制和開發(fā)，實(shí)際上都是I/O接口的研制和開發(fā)。

本課件是可編輯的正常PPT課件1.4微型計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)

所謂軟件，就是為了管理、維護(hù)計(jì)算機(jī)以及為完成用戶的某種特定任務(wù)而編寫的各種程序的總和。計(jì)算機(jī)的工作就是運(yùn)行程序，通過逐條地從存儲器中取出程序中的指令并執(zhí)行指令規(guī)定的操作而實(shí)現(xiàn)某種特定的功能，因此，軟件是微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)不可缺少的組成部分。微型計(jì)算機(jī)的軟件包括系統(tǒng)軟件和用戶(應(yīng)用)軟件。

本課件是可編輯的正常PPT課件系統(tǒng)軟件是指不需要用戶干預(yù)的，為其他程序的開發(fā)、調(diào)試以及運(yùn)行等建立一個良好環(huán)境的程序。它主要包括操作系統(tǒng)OS(OperatingSystem)和系統(tǒng)應(yīng)用程序。操作系統(tǒng)是一套復(fù)雜的系統(tǒng)程序，用于提供人機(jī)接口和管理、調(diào)度計(jì)算機(jī)的所有硬件與軟件資源。其中最為重要的核心部分是常駐監(jiān)控程序，計(jì)算機(jī)啟動后，常駐監(jiān)控程序始終存放在內(nèi)存中，它接收用戶命令，并執(zhí)行相應(yīng)的操作；操作系統(tǒng)還包括用于執(zhí)行I/O操作的I/O驅(qū)動程序，每當(dāng)用戶程序或其他系統(tǒng)程序需要使用I/O設(shè)備時，通常并不是該程序執(zhí)行I/O操作，而是由操作系統(tǒng)利用I/O驅(qū)動程序來執(zhí)行任務(wù)；此外，操作系統(tǒng)還包括用于管理存放在外存中大量數(shù)據(jù)的文件管理程序，文件管理程序和I/O驅(qū)動程序配合使用，用于文件的存取、復(fù)制和其他處理。系統(tǒng)應(yīng)用程序很多，如各種高級語言的編譯程序、匯編程序、診斷和調(diào)試程序、文字處理程序、服務(wù)性工具程序、數(shù)據(jù)庫管理程序等。

本課件是可編輯的正常PPT課件用戶軟件就是用戶為解決各種實(shí)際問題而編寫的各種程序?？捎脕砭帉懹脩糗浖恼Z言有機(jī)器語言、匯編語言和高級語言等。機(jī)器語言是面向機(jī)器的能夠直接被計(jì)算機(jī)識別和執(zhí)行的語言，由于其難于記憶，目前已很少使用。

本課件是可編輯的正常PPT課件匯編語言是為了克服機(jī)器語言難于使用的缺點(diǎn)而提出的助記符語言。與機(jī)器語言一樣，匯編語言也是面向機(jī)器的，但使用起來要比機(jī)器語言方便得多。用匯編語言編寫的程序具有很高的執(zhí)行效率，目前匯編語言被廣泛應(yīng)用于需要較高處理速度或需要對硬件接口進(jìn)行訪問與控制的場合?；?0x86CPU的匯編語言程序設(shè)計(jì)技術(shù)也正是本書要介紹的主要內(nèi)容之一。高級語言是面向用戶的語言，具有易學(xué)易用的特點(diǎn)。目前各種各樣易學(xué)好用的高級語言開發(fā)工具不斷推出，為用戶應(yīng)用程序的開發(fā)提供了很大的便利，從而使得計(jì)算機(jī)的應(yīng)用得到越來越廣泛的普及。

本課件是可編輯的正常PPT課件1.5微型計(jì)算機(jī)的工作過程

表1.1為在該模型機(jī)上完成“6+5”操作所需的機(jī)器語言程序和匯編語言程序，假設(shè)該機(jī)器語言程序從內(nèi)存中地址為0000H的單元開始存放。機(jī)器語言程序是計(jì)算機(jī)能夠理解和直接執(zhí)行的程序，其指令是用二進(jìn)制代碼表示和存儲的。匯編語言程序是用助記符語言表示的程序，計(jì)算機(jī)不能直接“識別”，需要經(jīng)過“匯編程序”把它轉(zhuǎn)換為機(jī)器語言程序后才能執(zhí)行。機(jī)器語言指令和匯編語言指令是一一對應(yīng)的，都是面向機(jī)器的，不同的機(jī)器有著自己獨(dú)有的機(jī)器語言指令系統(tǒng)和匯編語言指令系統(tǒng)。高級語言是不依賴于具體機(jī)型只面向過程的程序設(shè)計(jì)語言，由它所編寫的高級語言程序，需經(jīng)過編譯程序或解釋程序的編譯或解釋生成機(jī)器語言程序后才能執(zhí)行。由此可見，不論程序是用什么語言編寫的，都必須首先將其轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能直接識別和執(zhí)行的機(jī)器語言程序，然后才能由CPU逐條讀取并執(zhí)行。

本課件是可編輯的正常PPT課件表1.1完成“6+5”操作所需的機(jī)器語言程序和匯編語言程序

本課件是可編輯的正常PPT課件微機(jī)的工作過程就是不斷地從內(nèi)存中取出指令并執(zhí)行指令的過程。當(dāng)開始運(yùn)行程序時，首先應(yīng)把第一條指令所在存儲單元的地址賦予程序計(jì)數(shù)器PC(ProgramCounter)，然后機(jī)器就進(jìn)入取指階段。在取指階段，CPU從內(nèi)存中讀出的內(nèi)容必為指令，于是，數(shù)據(jù)緩沖寄存器的內(nèi)容將被送至指令寄存器IR，然后由指令譯碼器對IR中指令的操作碼字段進(jìn)行譯碼，并發(fā)出執(zhí)行該指令所需要的各種微操作控制信號。取指階段結(jié)束后，機(jī)器就進(jìn)入執(zhí)行指令階段，這時CPU便執(zhí)行指令所規(guī)定的具體操作。當(dāng)一條指令執(zhí)行完畢后，即轉(zhuǎn)入下一條指令的取指階段。這樣周而復(fù)始地循環(huán)，直到遇到暫停指令或程序結(jié)束為止。

本課件是可編輯的正常PPT課件對于所有的機(jī)器指令而言，取指階段都是由一系列相同的操作組成的，所用的時間都是相同的。而執(zhí)行指令階段由不同的事件順序組成，它取決于被執(zhí)行指令的類型，因此，不同指令間執(zhí)行階段的時間存在很大差異。需要說明的是，指令通常由操作碼(OperationCode)和操作數(shù)(Operand)兩部分組成。操作碼表示該指令完成的操作，而操作數(shù)表示參加操作的數(shù)本身或操作數(shù)所在的地址。指令根據(jù)其所含內(nèi)容的不同而有單字節(jié)指令、雙字節(jié)指令以及多字節(jié)指令等，因此，計(jì)算機(jī)在執(zhí)行一條指令時，就可能要處理一到多個不等字節(jié)數(shù)目的代碼信息，包括操作碼、操作數(shù)或操作數(shù)的地址。

本課件是可編輯的正常PPT課件假定完成“6+5”操作所需的機(jī)器語言程序(如表1.1所示)已由輸入設(shè)備存放到內(nèi)存中，如圖1.6所示。下面進(jìn)一步說明微機(jī)內(nèi)部執(zhí)行該程序的具體操作過程。

本課件是可編輯的正常PPT課件圖1.6取第一條指令的操作過程示意圖

本課件是可編輯的正常PPT課件開始執(zhí)行程序時，首先將第一條指令的首地址0000H送程序計(jì)數(shù)器PC，然后就進(jìn)入第一條指令的取指階段，其操作過程如圖1.6所示。下面對圖示操作過程進(jìn)行詳細(xì)說明。

①把PC內(nèi)容00H送地址寄存器AR。

②PC內(nèi)容送入AR后，PC自動加1，即由0000H變?yōu)?001H，以使PC指向下一個要讀取的內(nèi)存單元。注意，此時AR的內(nèi)容并沒有變化。

③

把地址寄存器AR的內(nèi)容0000H放在地址總線上，并送至存儲器系統(tǒng)的地址譯碼電路(圖中未畫出)，經(jīng)地址譯碼選中相應(yīng)的0000H單元。

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④CPU發(fā)出存儲器讀命令。

⑤在讀命令的控制下，把選中的0000H單元的內(nèi)容即第一條指令的操作碼B1H讀到數(shù)據(jù)總線DB上。

⑥把讀出的內(nèi)容B1H經(jīng)數(shù)據(jù)總線送到數(shù)據(jù)緩沖寄存器DR。

⑦

指令譯碼。因?yàn)槿〕龅氖侵噶畹牟僮鞔a，故數(shù)據(jù)緩沖寄存器DR中的內(nèi)容被送到指令寄存器IR，然后再送到指令譯碼器ID，經(jīng)過譯碼，CPU“識別”出這個操作碼代表的指令，于是經(jīng)控制器發(fā)出執(zhí)行該指令所需要的各種控制命令。

本課件是可編輯的正常PPT課件接著進(jìn)入第一條指令的執(zhí)行階段。經(jīng)過對操作碼B1H的譯碼，CPU知道這是一條把下一單元中的操作數(shù)送累加器A的雙字節(jié)指令，所以，執(zhí)行該指令的操作就是從下一個存儲單元中取出指令第二個字節(jié)中的操作數(shù)06H，并送入累加器A。該指令的執(zhí)行過程如圖1.7所示。下面對圖示執(zhí)行過程進(jìn)行詳細(xì)說明。

本課件是可編輯的正常PPT課件圖1.7執(zhí)行第一條指令的操作過程示意圖

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①把PC內(nèi)容01H送地址寄存器AR。

②PC內(nèi)容送入AR后，PC自動加1，即由0001H變?yōu)?002H。注意，此時AR的內(nèi)容0001H并沒有變化。

③把地址寄存器AR的內(nèi)容0001H放到地址總線上，并送至存儲器系統(tǒng)的地址譯碼電路，經(jīng)地址譯碼選中相應(yīng)的0001H單元。

④CPU發(fā)出存儲器讀命令。

⑤

在讀命令的控制下，把選中的0001H單元的內(nèi)容06H放到數(shù)據(jù)總線DB上。

本課件是可編輯的正常PPT課件

⑥把讀出的內(nèi)容06H經(jīng)數(shù)據(jù)總線送到數(shù)據(jù)緩沖寄存器DR。

⑦數(shù)據(jù)緩沖寄存器DR的內(nèi)容經(jīng)內(nèi)部數(shù)據(jù)總線送到累加器A。于是，第一條指令執(zhí)行完畢，操作數(shù)06H被送到累加器A中。此時，程序計(jì)數(shù)器PC的值為0002H，指向第二條指令在存儲器中的首地址，計(jì)算機(jī)再次重復(fù)取指令和執(zhí)行指令的過程，完成第二條指令的執(zhí)行。這樣周而復(fù)始地循環(huán)，直到遇到暫停指令為止。

本課件是可編輯的正常PPT課件第2章計(jì)算機(jī)中的數(shù)制和編碼2.1無符號數(shù)的表示及運(yùn)算2.2帶符號數(shù)的表示及運(yùn)算2.3信息的編碼2.4數(shù)的定點(diǎn)與浮點(diǎn)表示法本課件是可編輯的正常PPT課件2.1

無符號數(shù)的表示及運(yùn)算

2.1.1無符號數(shù)的表示方法

1.

十進(jìn)制數(shù)的表示方法十進(jìn)制計(jì)數(shù)法的特點(diǎn)是：

①逢十進(jìn)一；

②使用10個數(shù)字符號（0,1,2,……,9）的不同組合來表示一個十進(jìn)制數(shù)；

③以后綴D或d表示十進(jìn)制數(shù)（Decimal），但該后綴可以省略。本課件是可編輯的正常PPT課件任何一個十進(jìn)制數(shù)可表示為：式中：m表示小數(shù)位的位數(shù)，n表示整數(shù)位的位數(shù)，Di為第i位上的數(shù)符（可以是0

9十個數(shù)字符號中的任一個）。例2.1138.5(D)=（2.1.1）本課件是可編輯的正常PPT課件2.

二進(jìn)制數(shù)的表示方法二進(jìn)制計(jì)數(shù)法的特點(diǎn)是：

①逢二進(jìn)一；

②使用2個數(shù)字符號（0,1）的不同組合來表示一個二進(jìn)制數(shù)；

③以后綴B或b表示二進(jìn)制數(shù)（Binary）。任何一個二進(jìn)制數(shù)可表示為：式中：m為小數(shù)位的位數(shù)，n為整數(shù)位的位數(shù)，Bi為第i位上的數(shù)符（0或1）。例2.21101.11B=（2.1.2）本課件是可編輯的正常PPT課件3.十六進(jìn)制數(shù)的表示法

十六進(jìn)制計(jì)數(shù)法的特點(diǎn)是：

①逢十六進(jìn)一；

②使用16個數(shù)字符號(0,1,2,3……,9,A,B,C,D,E,F)的不同組合來表示一個十六進(jìn)制數(shù)，其中A

F依次表示10

15；

③以后綴H或h表示十六進(jìn)制數(shù)（Hexadecimal）。

本課件是可編輯的正常PPT課件任何一個十六進(jìn)制數(shù)可表示為：式中：m為小數(shù)位的位數(shù)，n為整數(shù)位的位數(shù)，Hi為第i位上的數(shù)符（可以是0，1，…,9,A,B,C,D,E,F十六個數(shù)字符號中的任一個）。例2.30E5AD.BFH=（2.1.3）本課件是可編輯的正常PPT課件一般來說，對于基數(shù)為的任一數(shù)可用多項(xiàng)式表示為：(2.1.4)式中：X為基數(shù)，表示X進(jìn)制；i為位序號；m為小數(shù)部分位數(shù)；n為整數(shù)部分的位數(shù)；ki為第i位上的數(shù)值，可以為0,1,2,…,X-1共X個數(shù)字符號中任一個；Xi為第i位的權(quán)。本課件是可編輯的正常PPT課件2.1.2

各種數(shù)制的相互轉(zhuǎn)換

1．任意進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制、十六進(jìn)制以至任意進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)的方法很簡單，只要按式2.1.2，2.1.3和2.1.4各位按權(quán)展開（即該位的數(shù)值乘于該位的權(quán)）求和即可。本課件是可編輯的正常PPT課件2.十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)11)．整數(shù)部分的轉(zhuǎn)換下面通過一個簡單的例子對轉(zhuǎn)換方法進(jìn)行分析。例如，B2B3B0B2B1B0B3B1

可見，要確定13D對應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)，只需從右到左分別確定B0，B1，B2，B3……即可。本課件是可編輯的正常PPT課件

式(2.1.5)右側(cè)除以2：商為，余數(shù)為1，此余數(shù)即為B0；商再除以2：商為，余數(shù)為0，此余數(shù)即為B1；商再除以2：商為，余數(shù)為1，次余數(shù)即為B2；商再除以2：商為（商為0時停止），余數(shù)為1，此余數(shù)即為B3。本課件是可編輯的正常PPT課件

由以上過程可以得出十進(jìn)制整數(shù)部分轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)的方法：除以基數(shù)（2）取余數(shù)，先為低位（B0）后為高位。顯然，該方法也適用于將十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制整數(shù)（基數(shù)為8）、十六進(jìn)制整數(shù)（基數(shù)為16）以至其它任何進(jìn)制整數(shù)。本課件是可編輯的正常PPT課件2)

小數(shù)部分的轉(zhuǎn)換同樣用一個簡單例子說明十進(jìn)制小數(shù)部分的轉(zhuǎn)換方法。例如，B-1B-2B-1B-2要將一個十進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制小數(shù)，實(shí)際上就是求B-1，B-2，……給式(2.1.6)右側(cè)乘以基數(shù)2得：(2.1.6)整數(shù)部分為B-1小數(shù)部分本課件是可編輯的正常PPT課件

整數(shù)部分為1，此即為B-1。小數(shù)部分為1

2-1。小數(shù)部分再乘以基數(shù)2得：整數(shù)部分為1，此即為B-2。此時小數(shù)部分已為0，停止往下計(jì)算（若不為0，繼續(xù)求B-3，B-4……，直到小數(shù)部分為0或小數(shù)部分的位數(shù)滿足一定精度時為止）本課件是可編輯的正常PPT課件

由以上分析可得到十進(jìn)制小數(shù)部分轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制小數(shù)的方法：小數(shù)部分乘以基數(shù)（2）取整數(shù)（0或1），先為高位（B-1）后為低位。顯然，該方法也適用于將十進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制小數(shù)（基數(shù)為8）、十六進(jìn)制小數(shù)（基數(shù)為16）以至其它任何進(jìn)制小數(shù)。本課件是可編輯的正常PPT課件

例2.4

將13.75轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。分別將整數(shù)和小數(shù)部分進(jìn)行轉(zhuǎn)換：整數(shù)部分：13=1101B

小數(shù)部分：0.75=0.11B

因此，13.75=1101.11B本課件是可編輯的正常PPT課件例2.5

將28.75轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)整數(shù)部分：28=1CH

小數(shù)部分：0.75×16=12.0，

B-1=CH，小數(shù)部分已為0，停止計(jì)算。因此，28.75=1C.CH本課件是可編輯的正常PPT課件3．二進(jìn)制數(shù)與十六進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換

因?yàn)?4=16，即可用四位二進(jìn)制數(shù)表示一位十六進(jìn)制數(shù)，所以可得到如下所述的二進(jìn)制數(shù)與十六進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換方法。

將二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)的方法：以小數(shù)點(diǎn)為界，向左（整數(shù)部分）每四位為一組，高位不足4位時補(bǔ)0；向右（小數(shù)部分）每四位為一組，低位不足4位時補(bǔ)0。然后分別用一個16進(jìn)制數(shù)表示每一組中的4位二進(jìn)制數(shù)。將十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)的方法：直接將每一位十六進(jìn)制數(shù)寫成其對應(yīng)的四位二進(jìn)制數(shù)。本課件是可編輯的正常PPT課件例2.6

1101110.01011B=0110,1110.0101,1000B=6E.58H2F.1BH=101111.00011011B

本課件是可編輯的正常PPT課件2.1.3

二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算

1.

二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)運(yùn)算

(1)

加: 0+0=00+1=11+0=11+1=0（進(jìn)1）

(2)減: 0-0=01-1=01-0=10-1=1（借位）

(3)

乘: 0

0=00

1=01

0=01

1=1 (4)

除:二進(jìn)制除法是乘法的逆運(yùn)算。本課件是可編輯的正常PPT課件2.二進(jìn)制數(shù)的邏輯運(yùn)算（1）

“與“運(yùn)算（AND）.“與”運(yùn)算又稱邏輯乘，可用符號“

”或“

”表示。運(yùn)算規(guī)則如下：0

0=00

1=01

0=01

1=1

可以看出，只有當(dāng)兩個變量均為“1”時，“與”的結(jié)果才為“1”。本課件是可編輯的正常PPT課件

（2）

“或”運(yùn)算（OR）“或”運(yùn)算又稱邏輯加，可用符號“

”或“+”表示。運(yùn)算規(guī)則如下：0

0=00

1=11

0=11

1=1

可以看出，兩個變量只要有一個為“1”，“或”的結(jié)果就為“1”。本課件是可編輯的正常PPT課件

（3）

“非”運(yùn)算（NOT）變量的“非”運(yùn)算結(jié)果用表示。邏輯“非”運(yùn)算規(guī)則如下：（4）

“異或”運(yùn)算（XOR）“異或”運(yùn)算可用符號“”表示。運(yùn)算規(guī)則如下：

可以看出，兩變量只要不同，“異或”運(yùn)算的結(jié)果就為“1”。本課件是可編輯的正常PPT課件(4)“異或”運(yùn)算（XOR）“異或”運(yùn)算可用符號“”表示。運(yùn)算規(guī)則如下：

可以看出，兩變量只要不同，“異或”運(yùn)算的結(jié)果就為“1”。本課件是可編輯的正常PPT課件例2.7A=11110101B,B=00110000B，求解本課件是可編輯的正常PPT課件2.2帶符號數(shù)的表示及運(yùn)算

2.2.1

機(jī)器數(shù)與真值日常生活中遇到的數(shù)，除了上述無符號數(shù)外，還有帶符號數(shù)。對于帶符號的二進(jìn)制數(shù)，其正負(fù)符號如何表示呢？在計(jì)算機(jī)中，為了區(qū)別正數(shù)和負(fù)數(shù)，通常用二進(jìn)制數(shù)的最高位表示數(shù)的符號。對于一個字節(jié)型二進(jìn)制數(shù)來說，D7位為符號位，D6

D0位為數(shù)值位。在符號位中，規(guī)定用“0”表示正，“1”表示負(fù)，而數(shù)值位表示該數(shù)的數(shù)值大小。把一個數(shù)及其符號位在機(jī)器中的一組二進(jìn)制數(shù)表示形式，稱為“機(jī)器數(shù)”。機(jī)器數(shù)所表示的值稱為該機(jī)器數(shù)的“真值”。本課件是可編輯的正常PPT課件2.2.2

機(jī)器數(shù)的表示方法

1.原碼設(shè)數(shù)x的原碼記作[x]原，如機(jī)器字長為n，則原碼定義如下：

在原碼表示法中，最高位為符號位（正數(shù)為0，負(fù)數(shù)為1），其余數(shù)字位表示數(shù)的絕對值。(2.2.1)本課件是可編輯的正常PPT課件

例如，當(dāng)機(jī)器字長n=8時，

[+0]原=00000000B [-0]原=27+0（按定義計(jì)算，下同）=10000000B[+8]原=00001000B [-8]原=27+8=10001000B[+127]原=01111111B [-127]原=27+127=11111111B

當(dāng)機(jī)器字長n=16時，

[+0]原=0000000000000000B [-0]原=215+0=1000000000000000B[+8]原=0000000000001000B [-8]原=215+8=1000000000001000B

[+32767]原=0111111111111111B [-32767]原=215+32767=1111111111111111B

本課件是可編輯的正常PPT課件

可以看出，原碼表示數(shù)的范圍是

。8位二進(jìn)制原碼表示數(shù)的范圍為-127

+127，16位二進(jìn)制原碼表示數(shù)的范圍為-32767

+32767；“0”的原碼有兩種表示法：00000000表示+0，10000000表示-0。本課件是可編輯的正常PPT課件

原碼表示法簡單直觀，且與真值的轉(zhuǎn)換很方便，但不便于在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行加減運(yùn)算。如進(jìn)行兩數(shù)相加，必須先判斷兩個數(shù)的符號是否相同。如果相同，則進(jìn)行加法運(yùn)算，否則進(jìn)行減法運(yùn)算。如進(jìn)行兩數(shù)相減，必須比較兩數(shù)的絕對值大小，再由大數(shù)減小數(shù)，結(jié)果的符號要和絕對值大的數(shù)的符號一致。按上述運(yùn)算方法設(shè)計(jì)的算術(shù)運(yùn)算電路很復(fù)雜。因此，計(jì)算機(jī)中通常使用補(bǔ)碼進(jìn)行加減運(yùn)算，這樣就引入了反碼表示法和補(bǔ)碼表示法。本課件是可編輯的正常PPT課件2.

反碼設(shè)數(shù)x的反碼記作[x]反，如機(jī)器字長為n，則反碼定義如下：

正數(shù)的反碼與其原碼相同。例如，當(dāng)機(jī)器字長n=8時：

[+0]反=[+0]原=00000000B [+127]反=[+127]原=01111111B當(dāng)機(jī)器字長n=16時：

[+8]反=[+8]原=0000000000001000B[+127]反=[+127]原=0000000001111111B

(2.2.2)本課件是可編輯的正常PPT課件

負(fù)數(shù)的反碼是在原碼基礎(chǔ)上，符號位不變（仍為1），數(shù)值位按位取反。例如，當(dāng)機(jī)器字長n=8時：

[-0]反=(28-1)-0=11111111B [-127]反=(28-1)-127=10000000B

反碼表示數(shù)的范圍是

。8位二進(jìn)制反碼表示數(shù)的范圍為-127

+127，16位二進(jìn)制反碼表示數(shù)的范圍為-32767

+32767；“0”的反碼有兩種表示法：00000000表示+0，11111111表示-0。本課件是可編輯的正常PPT課件3.

補(bǔ)碼設(shè)數(shù)x的補(bǔ)碼記作[x]補(bǔ)，如機(jī)器字長為n，則補(bǔ)碼定義如下：正數(shù)的補(bǔ)碼與其原碼、反碼相同。例如，當(dāng)機(jī)器字長n=8時：

[+8]補(bǔ)=[+8]反=[+8]原=00001000B [+127]補(bǔ)=[+127]反=[+127]原=01111111B當(dāng)機(jī)器字長n=16時：

[+8]補(bǔ)=[+8]反=[+8]原=0000000000001000B [+127]補(bǔ)=[+127]反=[+127]原=0000000001111111B(2.2.3)本課件是可編輯的正常PPT課件

負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼是在原碼基礎(chǔ)上，符號位不變（仍為1），數(shù)值位按位取反，末位加1；或在反碼基礎(chǔ)上末位加1。例如，當(dāng)機(jī)器字長n=8時：[-8]原=10001000B [-127]原=11111111B[-8]反=11110111B [-127]反=10000000B[-8]補(bǔ)=28-8=11111000B [-127]補(bǔ)=28-127=10000001B可以看出，補(bǔ)碼表示數(shù)的范圍是

。8位二進(jìn)制補(bǔ)碼表示數(shù)的范圍為-128

+127，16位二進(jìn)制反碼表示數(shù)的范圍為-32768

+32767。8位二進(jìn)制數(shù)的原碼、反碼和補(bǔ)碼如表2.1所示。本課件是可編輯的正常PPT課件表2.18位二進(jìn)制數(shù)的原碼、反碼和補(bǔ)碼表本課件是可編輯的正常PPT課件2.2.3真值與機(jī)器數(shù)之間的轉(zhuǎn)換

1．原碼轉(zhuǎn)換為真值根據(jù)原碼定義，將原碼數(shù)值位各位按權(quán)展開求和，由符號位決定數(shù)的正負(fù)即可由原碼求出真值。例2.8

已知[x]原=00011111B，[y]原=10011101B，求x和yx=+(0

26+0

25+1

24+1

23+1

22+1

21+1

20)=31y=-(0

26+0

25+1

24+1

23+1

22+0

21+1

20)=-29本課件是可編輯的正常PPT課件

2.

反碼轉(zhuǎn)換為真值要求反碼的真值，只要先求出反碼對應(yīng)的原碼，再按上述原碼轉(zhuǎn)換為真值的方法即可求出其真值。正數(shù)的原碼是反碼本身。負(fù)數(shù)的原碼可在反碼基礎(chǔ)上，符號位仍為1不變，數(shù)值位按位取反。例2.9

已知[x]反=00001111B，[y]反=11100101B，求x和y解

[x]原=[x]反=00001111B，

x=+(0

26+0

25+0

24+1

23+1

22+1

21+1

20)=15[y]原=10011010B，

y=-(0

26+0

25+1

24+1

23+0

22+1

21+0

20)=-26本課件是可編輯的正常PPT課件3.補(bǔ)碼轉(zhuǎn)換為真值同理，要求補(bǔ)碼的真值，也要先求出補(bǔ)碼對應(yīng)的原碼。正數(shù)的原碼與補(bǔ)碼相同。負(fù)數(shù)的原碼可在補(bǔ)碼基礎(chǔ)上再次求補(bǔ)，即：(2.2.4)本課件是可編輯的正常PPT課件例2.10

已知[x]補(bǔ)=00001111B，[y]補(bǔ)=11100101B，求x和y解

[x]原=[x]補(bǔ)=00001111B，

x=+(0

26+0

25+0

24+1

23+1

22+1

21+1

20)=15[y]原=[[y]補(bǔ)]補(bǔ)=10011011B，

y=-(0

26+0

25+1

24+1

23+0

22+1

21+1

20)=-27本課件是可編輯的正常PPT課件2.2.4補(bǔ)碼的加減運(yùn)算

1.補(bǔ)碼加法在計(jì)算機(jī)中，凡是帶符號數(shù)一律用補(bǔ)碼表示，運(yùn)算結(jié)果自然也是補(bǔ)碼。其運(yùn)算特點(diǎn)是：符號位和數(shù)值位一起參加運(yùn)算，并且自動獲得結(jié)果（包括符號位與數(shù)值位）。補(bǔ)碼加法的運(yùn)算規(guī)則為：即：兩數(shù)補(bǔ)碼的和等于兩數(shù)和的補(bǔ)碼。(2.2.5)本課件是可編輯的正常PPT課件

例2.11

已知

[+51]補(bǔ)=00110011B，[+66]補(bǔ)=01000010B，

[-51]補(bǔ)=11001101B，

[-66]補(bǔ)=10111110B

求

[+66]補(bǔ)+[+51]補(bǔ)=？[+66]補(bǔ)+[-51]補(bǔ)=？[-66]補(bǔ)+[-51]補(bǔ)=？解

二進(jìn)制(補(bǔ)碼)加法十進(jìn)制加法?01000010[+66]補(bǔ)

+66+)00110011[+51]補(bǔ)

+)+51?01110101[+117]補(bǔ)

?+117

本課件是可編輯的正常PPT課件由于[+66]補(bǔ)+[+51]補(bǔ)=[(+66)+(+55)]補(bǔ)=01110101B結(jié)果為正，因此[(+66)+(+55)]原=[(+66)+(+55)]補(bǔ)=01110101B其真值為+117，計(jì)算結(jié)果正確。

二進(jìn)制(補(bǔ)碼)加法十進(jìn)制加法

01000010[+66]補(bǔ)

+66+)11001101[?51]補(bǔ)

+)?5100001111[+15]補(bǔ)

?+151自動丟失本課件是可編輯的正常PPT課件由于[+66]補(bǔ)+[?51]補(bǔ)=[(+66)+(?55)]補(bǔ)=0000111B結(jié)果為正，因此[(+66)+(?55)]原=[(+66)+(?55)]補(bǔ)=00001111其真值為+15，計(jì)算結(jié)果正確。

二進(jìn)制(補(bǔ)碼)加法十進(jìn)制加法

10111110[-66]補(bǔ)

-66+)11001101[?51]補(bǔ)

+)?5110001011[-117]補(bǔ)

?-1171自動丟失本課件是可編輯的正常PPT課件由于[?66]補(bǔ)+[?51]補(bǔ)=10001011B=[(?66)+(?55)]補(bǔ)結(jié)果為負(fù)，因此

[(?66)+(?55)]原=[[(?66)+(?55)]補(bǔ)]補(bǔ)=11110101B其真值為?117，計(jì)算結(jié)果正確。可以看出，不論被加數(shù)、加數(shù)是正數(shù)還是負(fù)數(shù)，只要直接用它們的補(bǔ)碼直接相加，當(dāng)結(jié)果不超出補(bǔ)碼所表示的范圍時，計(jì)算結(jié)果便是正確的補(bǔ)碼形式。但當(dāng)計(jì)算結(jié)果超出補(bǔ)碼表示范圍時，結(jié)果就不正確了，這種情況稱為溢出。本課件是可編輯的正常PPT課件2.補(bǔ)碼減法補(bǔ)碼減法的運(yùn)算規(guī)則為：(2.2.6)本課件是可編輯的正常PPT課件

例2.12

已知

[+51]補(bǔ)=00110011B，[+66]補(bǔ)=01000010B [?51]補(bǔ)=11001101B，[?66]補(bǔ)=10111110B求

[+66]補(bǔ)?[+51]補(bǔ)=？[?66]補(bǔ)?[?51]補(bǔ)=？解

[+66]補(bǔ)?[+51]補(bǔ)=[+66]補(bǔ)+[?51]補(bǔ)

[?66]補(bǔ)?[?51]補(bǔ)=[?66]補(bǔ)+[+51]補(bǔ)

本課件是可編輯的正常PPT課件

二進(jìn)制(補(bǔ)碼)加法十進(jìn)制加法

01000010[+66]補(bǔ)

+66+)11001101[?51]補(bǔ)

-)+5100001111[+15]補(bǔ)

?+151自動丟失

二進(jìn)制(補(bǔ)碼)加法十進(jìn)制加法

10111110[-66]補(bǔ)

-66+)00110011[+51]補(bǔ)

-)-5111110001[-15]補(bǔ)

?-15本課件是可編輯的正常PPT課件

可以看出，無論被減數(shù)、減數(shù)是正數(shù)還是負(fù)數(shù)，上述補(bǔ)碼減法的規(guī)則都是正確的。同樣，由最高位向更高位的進(jìn)位會自動丟失而不影響運(yùn)算結(jié)果的正確性。計(jì)算機(jī)中帶符號數(shù)用補(bǔ)碼表示時有如下優(yōu)點(diǎn)：

①可以將減法運(yùn)算變?yōu)榧臃ㄟ\(yùn)算，因此可使用同一個運(yùn)算器實(shí)現(xiàn)加法和減法運(yùn)算，簡化了電路。本課件是可編輯的正常PPT課件②無符號數(shù)和帶符號數(shù)的加法運(yùn)算可以用同一個加法器實(shí)現(xiàn)，結(jié)果都是正確的。例如：

無符號數(shù)帶符號數(shù)

11100001 225 [?31]補(bǔ)+)00001101?+) 13 +)[+13]補(bǔ)

11101110 238[?18]補(bǔ)

若兩操作數(shù)為無符號數(shù)時，計(jì)算結(jié)果為無符號數(shù)11101110B，其真值為238，結(jié)果正確；若兩操作數(shù)為補(bǔ)碼形式，計(jì)算結(jié)果也為補(bǔ)碼形式，11101110B為–18的補(bǔ)碼，結(jié)果也是正確的。本課件是可編輯的正常PPT課件2.2.5溢出及其判斷方法

1.進(jìn)位與溢出所謂進(jìn)位，是指運(yùn)算結(jié)果的最高位向更高位的進(jìn)位，用來判斷無符號數(shù)運(yùn)算結(jié)果是否超出了計(jì)算機(jī)所能表示的最大無符號數(shù)的范圍。溢出是指帶符號數(shù)的補(bǔ)碼運(yùn)算溢出，用來判斷帶符號數(shù)補(bǔ)碼運(yùn)算結(jié)果是否超出了補(bǔ)碼所能表示的范圍。例如，字長為n位的帶符號數(shù)，它能表示的補(bǔ)碼范圍為?2n?1

+2n?1?1，如果運(yùn)算結(jié)果超出此范圍，就叫補(bǔ)碼溢出，簡稱溢出。本課件是可編輯的正常PPT課件

2.溢出的判斷方法判斷溢出的方法很多，常見的有：①通過參加運(yùn)算的兩個數(shù)的符號及運(yùn)算結(jié)果的符號進(jìn)行判斷。②單符號位法。該方法通過符號位和數(shù)值部分最高位的進(jìn)位狀態(tài)來判斷結(jié)果是否溢出。③雙符號位法，又稱為變形補(bǔ)碼法。它是通過運(yùn)算結(jié)果的兩個符號位的狀態(tài)來判斷結(jié)果是否溢出。上述三種方法中，第一種方法僅適用于手工運(yùn)算時對結(jié)果是否溢出的判斷，其他兩種方法在計(jì)算機(jī)中都有使用。限于篇幅，本節(jié)僅通過具體例子對第②種方法做簡要介紹。本課件是可編輯的正常PPT課件

若符號位進(jìn)位狀態(tài)用CF來表示，當(dāng)符號位向前有進(jìn)位時，CF=1，否則，CF=0；數(shù)值部分最高位的進(jìn)位狀態(tài)用DF來表示，當(dāng)該位向前有進(jìn)位時，DF=1，否則，DF=0。單符號位法就是通過該兩位進(jìn)位狀態(tài)的異或結(jié)果來判斷是否溢出的。

(2.2.7)

若OF=1，說明結(jié)果溢出；若OF=0，則結(jié)果未溢出。也就是說，當(dāng)符號位和數(shù)值部分最高位同時有進(jìn)位或同時沒有進(jìn)位時，結(jié)果沒有溢出，否則，結(jié)果溢出。本課件是可編輯的正常PPT課件

例2.13

設(shè)有兩個操作數(shù)x=01000100B，y=01001000B，將這兩個操作數(shù)送運(yùn)算器做加法運(yùn)算，試問：①若為無符號數(shù)，計(jì)算結(jié)果是否正確？②若為帶符號補(bǔ)碼數(shù)，計(jì)算結(jié)果是否溢出？解

無符號數(shù)帶符號數(shù)

0100010068[+68]補(bǔ)+)01001000+)72+)[+72]補(bǔ)

10001100140[+140]補(bǔ)DF=1CF=0本課件是可編輯的正常PPT課件①若為無符號數(shù)，由于CF=0，說明結(jié)果未超出8位無符號數(shù)所能表達(dá)的數(shù)值范圍(0

255)，計(jì)算結(jié)果10001100B為無符號數(shù)，其真值為140，計(jì)算結(jié)果正確。

②若為帶符號數(shù)補(bǔ)碼，由于=1，結(jié)果溢出；這里也可通過參加運(yùn)算的兩個數(shù)的符號及運(yùn)算結(jié)果的符號進(jìn)行判斷，由于兩操作數(shù)均為正數(shù)，而結(jié)果卻為負(fù)數(shù)，因而結(jié)果溢出；+68和+72兩數(shù)補(bǔ)碼之和應(yīng)為+140的補(bǔ)碼，而8位帶符號數(shù)補(bǔ)碼所能表達(dá)的數(shù)值范圍為?128

+127，結(jié)果超出該范圍，因此結(jié)果是錯誤的。本課件是可編輯的正常PPT課件

例2.14

設(shè)有兩個操作數(shù)x=11101110B，y=11001000B，將這兩個操作數(shù)送運(yùn)算器做加法運(yùn)算，試問：①若為無符號數(shù)，計(jì)算結(jié)果是否正確？②若為帶符號補(bǔ)碼數(shù)，計(jì)算結(jié)果是否溢出？解

無符號數(shù)帶符號數(shù)

1110111068[+68]補(bǔ)+)11001000+)72+)[+72]補(bǔ)

10110110140[+140]補(bǔ)DF=1CF=01自動丟失本課件是可編輯的正常PPT課件①若為無符號數(shù)，由于CF=1，說明結(jié)果超出8位無符號數(shù)所能表達(dá)的數(shù)值范圍(0

255)。兩操作數(shù)11101110B和11001000B對應(yīng)的無符號數(shù)分別為238和200，兩數(shù)之和應(yīng)為438>255，因此，計(jì)算結(jié)果是錯誤的。

②若為帶符號數(shù)補(bǔ)碼，由于=0，結(jié)果未溢出。兩操作數(shù)11101110B和