微型计算机技术及应用60927.pptx

微型计算机概述8086微处理器8086的寻址方式和指令系统微型计算机和外设的数据传输串并行通信和接口技术中断控制器、DMA控制器和计数器/定时器模/数和数/模转换键盘和LED显示第1页/共312页第第1 1章章 微型计算机概述微型计算机概述1.11.1微型计算机的特点和发展微型计算机的特点和发展 微型计算机的特点微型计算机的特点微型计算机的发展微型计算机的发展1.21.2微型机的分类微型机的分类1.31.3微处理器、微型计算机和微处理器、微型计算机和微型计算机系统微型计算机系统 微处理器微处理器微型计算机微型计算机微型计算机系统微型计算机系统1.41.4微型计算机的应用微型计算机的应用1.51.5计算机的主要技术指标计算机的主要技术指标1.61.6计算机中数的表示方法计算机中数的表示方法进位计数制进位计数制计算机中的编码系统计算机中的编码系统带符号数的表示带符号数的表示数的定点和浮点表示数的定点和浮点表示第2页/共312页微型计算机的特点和发展微型计算机的特点和发展1.11.11.11.1微型计算机的特点微型计算机的特点应用面广应用面广可靠性高可靠性高结构灵活结构灵活价格低廉价格低廉体积小体积小重量轻重量轻特点特点第3页/共312页微型计算机的发展微型计算机的发展时段数据处理代表产品制造工艺集成度(管/片)时钟频率执行时间第一代19714位低档8位Intel4004Intel4040、8008PMOS20001MHz20 us第二代1974高档8位Intel8080、8085Z80MC6800、6802NMOS840024MHz12 us第三代197816位Intel8086、8088Z8000MC68000HMOS200006000048MHz0.5 us1980高档16位Intel80286MC6801010000010MHz0.2 us第四代198032位Intel80386、80486Z80000MC6802015000050000016100MHz0.1 us第五代1993Pentium系列5000000以上150MHz以上第4页/共312页1.2 1.2 微型机的分类微型机的分类从工艺上从工艺上双极型双极型型型从结构上从结构上从用途上从用途上专用计算机专用计算机通用计算机通用计算机从字长上从字长上4 4 4 4位、位、8 8 8 8位、位、16161616位机位机32323232位、位、64646464位机位机位片机位片机单片机、单板机单片机、单板机微机系统等微机系统等第5页/共312页1.3 1.3 微处理器、微型计算机和微型计算机系统微处理器、微型计算机和微型计算机系统算术逻辑部件算术逻辑部件累加器、寄存器累加器、寄存器控制器控制器内部总线内部总线内部存储器内部存储器输入输入/输出接口输出接口系统总线系统总线系统总线系统总线外围设备外围设备系统软件系统软件微微处处理理理理器器器器微微型型计计算算机机微微型型计计算算机机系系统统图图1-1 1-1 1-1 1-1 微处理器、微型计算机和微型计算机系统微处理器、微型计算机和微型计算机系统第6页/共312页微处理器微处理器微处理器也称CPU，是由大规模集成电路组成的,本身具有运算能力和控制能力，能执行一定的指令系统的器件，是微型计算机的核心。一般具有下列功能：可以进行算术和逻辑运算可以保存少量数据能和存储器、外设交换数据能对指令进行译码并执行指令规定的动作提供整个系统所需要的控制信号和定时时钟完成程序流向控制 第7页/共312页运算器和控制器运算器和控制器 在微型机中存储单元通在微型机中存储单元通常以常以8bit8bit8bit8bit即即1 1 1 1字节为单位。字节为单位。为了能唯一确定并找到为了能唯一确定并找到任一个存储单元，计算任一个存储单元，计算机对每一存储单元都指机对每一存储单元都指定一个唯一的编号，称定一个唯一的编号，称之为存储单元的地址，之为存储单元的地址，地址通常从地址通常从0 0 0 0开始顺序编开始顺序编排。即图排。即图1-21-21-21-2所示。所示。2020202031313131-18-18-18-18.1861861861860 0 0 01 1 1 12 2 2 2.n n n n地址地址 内内 容容图图1-2 1-2 1-2 1-2 存储单元的地址与内容存储单元的地址与内容运算器主要包括能完成加、减、乘、除算术运算及逻辑运算的电路以运算器主要包括能完成加、减、乘、除算术运算及逻辑运算的电路以及多个寄存器。在控制信号的指挥下，运算器完成诸如算术运算、逻辑及多个寄存器。在控制信号的指挥下，运算器完成诸如算术运算、逻辑运算、暂存操作数或运算结果以及数据传送等工作。运算、暂存操作数或运算结果以及数据传送等工作。第8页/共312页算术逻辑部件（ALU）专门用来处理各种数据信息，可进行加、减、乘、除算术运算和与、或、非、异或等逻辑运算。累加器功能：作为ALU的一个操作数输入端。用于存放ALU的运算结果。输入/输出指令一般也通过累加器来完成。通用寄存器功能：用来暂时存放参加运算的操作数、中间结果或地址。暂存寄存器（TMP）功能：用来暂存从数据总线或通用寄存器送来的操作数，并将该数据送入ALU进行运算，同时，它也能将数据送到内部数据总线。标志寄存器（F）功能：用来保存ALU操作结果的特殊状态。运算器和控制器运算器和控制器第9页/共312页指令指针指令指针寄存器寄存器(IP)(IP)(IP)(IP)指令寄存指令寄存器（器（IRIRIRIR）指令译码指令译码器（器（IDIDIDID）控制信号控制信号发生器发生器控制器控制器控制器控制器运算器和控制器运算器和控制器第10页/共312页指令部件指令指针寄存器指令指针寄存器IP(IP(IP(IP(PC)PC)功能：存放指令地址。程序执行过程中，首先由PCPC指出当前要执行指令的地址，当该指令取出后，PCPC的内容会自动加1 1（除转移指令外），指向按顺序排列的下一条指令的地址。指令寄存器IRIR功能：存放当前要执行的指令的内容。包括操作码和地址码两部分。操作码送往指令译码器，地址码送至操作数地址形成电路。指令译码器IDID功能：分析指令功能，产生相应操作的控制电位。堆栈指示器（堆栈指针）SPSP运算器和控制器运算器和控制器第11页/共312页时序部件:用来产生计算机各部件所需的定时信号。时钟系统脉冲源功能：产生具有一定频率和脉宽的脉冲信号（主脉冲）。一般采用石英晶体振荡器，因为它频率稳定。时钟启停逻辑功能：控制启停主脉冲信号开关，按指令要求，开启或关闭时钟脉冲序列。脉冲分配器功能：产生计算机各部分所需要的能按一定顺序逐个出现的节拍电位或节拍脉冲的定时信号，以控制和协调计算机各部分有节奏的动作。运算器和控制器运算器和控制器第12页/共312页微操作控制部件 计算机在执行一条指令时，总是把一条指令分成若干基本操作，称为微操作。根据指令产生计算机各部件所需要的控制信号。这些控制信号是由指令译码器的输出电位、脉冲发生器产生的节拍电位、节拍脉冲以及外部的状态信号等进行组合而产生的。微操作控制部件按一定的时间顺序发出一系列微操作控制信号，以完成指令所规定的全部操作。运算器和控制器运算器和控制器第13页/共312页微型计算机微型计算机ACCACCACCACC通用通用通用通用寄存寄存寄存寄存器组器组器组器组专用专用专用专用寄存寄存寄存寄存器组器组器组器组IPIPIPIP读读读读/谢控制电路谢控制电路谢控制电路谢控制电路地地地地址址址址译译译译码码码码器器器器存储存储存储存储单元单元单元单元暂存器暂存器暂存器暂存器1 1 1 1暂存器暂存器暂存器暂存器2 2 2 2指令寄存器指令寄存器IRIRIRIR指令译码器指令译码器IDIDIDID控制信号控制信号发生器发生器算术逻辑单元算术逻辑单元ALUALUALUALU地址总线地址总线AB AB AB AB 内部控制信号内部控制信号外部外部控制控制信号信号数据总线数据总线数据总线数据总线DBDBDBDB控制控制总线总线CBCBCBCB图图图图1-3 1-3 1-3 1-3 微型计算机的硬件微型计算机的硬件微型计算机的硬件微型计算机的硬件 电路结构示意图电路结构示意图电路结构示意图电路结构示意图由CPU、存储器、I/O接口电路和系统总线等构成的一个完整的计算机。第14页/共312页 总线是微型机中连接各功能部件并传送信息的一组信号线，总线是微型机中连接各功能部件并传送信息的一组信号线，分为三类，即地址总线分为三类，即地址总线ABABABAB（Address BusAddress BusAddress BusAddress Bus）、数据总线）、数据总线DBDBDBDB（Data Data Data Data BusBusBusBus）和控制总线）和控制总线CBCBCBCB（Control BusControl BusControl BusControl Bus）。总线结构是微型机的独特）。总线结构是微型机的独特结构，如图结构，如图1-51-51-51-5所示。所示。CPUCPUCPUCPU存储器存储器存储器存储器I/OI/OI/OI/O接口接口I/OI/OI/OI/O接口接口外部设备外部设备ABABABABDBDBDBDBCBCBCBCB图图1-4 1-4 1-4 1-4 微型机的外部结构特点微型机的外部结构特点有了总线结构，系统中各功能部件之间的相互关系就变为各个部件面向总线的单一关系。一个部件只要符合总线标准，就可以连接到采用这种总线标准的系统中，从而使系统很容易得到扩展。第15页/共312页微型计算机系统以微型计算机为主体，配上系统软件和外设，就构成了微型计算机系统。微型计算机的组成微型计算机的组成第16页/共312页系统软件系统软件各种语言的汇编或解释、各种语言的汇编或解释、编译程序编译程序机器的监控管理程序、机器的监控管理程序、操作系统、调试程序、故障诊断程序操作系统、调试程序、故障诊断程序程序库程序库系统软件第17页/共312页 计算机系统硬件、软件与用户之间的关系中，软件可看做是用户计算机系统硬件、软件与用户之间的关系中，软件可看做是用户与计算机硬件系统的接口。软件之间又是逐层依赖的。与计算机硬件系统的接口。软件之间又是逐层依赖的。总之，硬件建立了计算机的物质基础，而各种软件则扩大了总之，硬件建立了计算机的物质基础，而各种软件则扩大了计算机的功能。硬件和软件只有结合起来，才能完成各种功能，计算机的功能。硬件和软件只有结合起来，才能完成各种功能，才是一个完整的计算机系统。图才是一个完整的计算机系统。图1-11-11-11-1给出了微处理器、微型计给出了微处理器、微型计算机和微型计算机系统的结构关系。算机和微型计算机系统的结构关系。用户用各种语言编制的解决各种问题的软件统称为应用软件用户用各种语言编制的解决各种问题的软件统称为应用软件财务管理软件财务管理软件银行管理软件等银行管理软件等文字处理软件文字处理软件应用软件应用软件第18页/共312页航空航天航空航天科学研究科学研究家用电器家用电器1.41.4计算机的应用计算机的应用第19页/共312页常用的名词术语位位位是计算机所能表示的最基本最小的数据单位。它位是计算机所能表示的最基本最小的数据单位。它只有两种状态只有两种状态“0 0 0 0”和和“1 1 1 1”，即二进制位。，即二进制位。字字计算机中作为一个整体参与运算、处理和传送的一计算机中作为一个整体参与运算、处理和传送的一串二进制数，是计算机中信息的基本单位。串二进制数，是计算机中信息的基本单位。字长字长计算机中每个字所包含的二进制位数称为字长。字长计算机中每个字所包含的二进制位数称为字长。字长通常等于数据总线的位数和通用寄存器的位数。通常等于数据总线的位数和通用寄存器的位数。字节字节8 8 8 8位二进制数称为一个字节。位二进制数称为一个字节。指令指令指挥计算机进行基本操作的命令。指挥计算机进行基本操作的命令。指令系统指令系统计算机所能执行的全部指令的集合称为计算机的指令系统。计算机所能执行的全部指令的集合称为计算机的指令系统。程序程序完成某一任务的指令（或语句）的有序集合称为程序。完成某一任务的指令（或语句）的有序集合称为程序。1.1.1.5 1.5 1.5 1.5 计算机的主要技术指标计算机的主要技术指标计算机的主要技术指标计算机的主要技术指标第20页/共312页主要技术指标主要技术指标主要性能指标主要性能指标字字长长内内存存储储器器容容量量运运算算速速度度外外部部设设备备配配备备2.2.2.2.第21页/共312页计算机中数的表示方法计算机中数的表示方法1.61.61.61.6一个一个R R R R进制数具有以下主要特点进制数具有以下主要特点具有具有R R R R个不同数字符号：个不同数字符号：0 0 0 0、1 1 1 1、R-1R-1R-1R-1逢逢R R R R进一进一S=an-1an-2S=an-1an-2S=an-1an-2S=an-1an-2a1a0.a-1a-2a1a0.a-1a-2a1a0.a-1a-2a1a0.a-1a-2a-ma-ma-ma-m =an-1R=an-1R=an-1R=an-1Rn-1 n-1 n-1 n-1+an-2 Ran-2 Ran-2 Ran-2 Rn-2 n-2 n-2 n-2+a1 R+a1 R+a1 R+a1 R1 1 1 1+a0 R+a0 R+a0 R+a0 R0 0 0 0+a-m R+a-m R+a-m R+a-m R-m-m-m-m 上述上述R R R R进制数进制数S S S S可用多项式（称为按权展开式）表示为：可用多项式（称为按权展开式）表示为：进位计数制进位计数制进位计数制进位计数制 第22页/共312页十进制十进制数数具有十个不同的数字符号，即具有十个不同的数字符号，即0-90-90-90-9逢十进一逢十进一特点特点一个十进数可以用它的按权展开式表示。例如：一个十进数可以用它的按权展开式表示。例如：（758.75758.75758.75758.75）10101010=7107107107102 2 2 2+510+510+510+5101 1 1 1+810+810+810+8100 0 0 0+710+710+710+710-1-1-1-1+510+510+510+510-2-2-2-21.1.1.1.第23页/共312页二进制数二进制数一个二进制数可以用它的按权展开式表示。例如：一个二进制数可以用它的按权展开式表示。例如：(10110.101)10110.101)10110.101)10110.101)2 2 2 2=12=12=12=124 4 4 4+02+02+02+023 3 3 3+12+12+12+122 2 2 2+12+12+12+121 1 1 1+02+02+02+020 0 0 0+12+12+12+12-1-1-1-1+02+02+02+02-2-2-2-2+12+12+12+12-3-3-3-3=(22.625)=(22.625)=(22.625)=(22.625)10101010具有两个不同的数字符号，即具有两个不同的数字符号，即0 0 0 0和和1 1 1 1逢二进一逢二进一特点特点2.2.2.2.第24页/共312页(1AF.4)16=116(1AF.4)16=116(1AF.4)16=116(1AF.4)16=1162 2 2 2+1016+1016+1016+10161 1 1 1+1516+1516+1516+15160 0 0 0+416+416+416+416-1-1-1-1=(430.25)=(430.25)=(430.25)=(430.25)10101010一个十六进制数可以用它的按权展开式表示。例如：一个十六进制数可以用它的按权展开式表示。例如：具有十六个不同的数字符号，即0-90-9和A-FA-F逢十六进一逢十六进一特点特点3.3.3.3.十六进制数十六进制数第25页/共312页十进制十进制十进制十进制二进制二进制二进制二进制16161616进制进制进制进制十进制十进制十进制十进制二进制二进制二进制二进制16161616进制进制进制进制0 0 0 000000000000000000 0 0 09 9 9 910011001100110019 9 9 91 1 1 100010001000100011 1 1 1101010101010101010101010A A A A2 2 2 200100010001000102 2 2 2111111111011101110111011B B B B3 3 3 300110011001100113 3 3 3121212121100110011001100C C C C4 4 4 401000100010001004 4 4 4131313131101110111011101D D D D5 5 5 501010101010101015 5 5 5141414141110111011101110E E E E6 6 6 601100110011001106 6 6 6151515151111111111111111F F F F7 7 7 701110111011101117 7 7 71616161610000100001000010000101010108 8 8 810001000100010008 8 8 8171717171000110001100011000111111111表表1-11-11-11-1三种数制对照表第26页/共312页【例例1-11-11-11-1】十进制数十进制数22.62522.62522.62522.625转换为二进制数转换为二进制数222222222 2 2 2111111112 2 2 2余余0 0 0 0（低位）（低位）5 5 5 52 2 2 2余余1 1 1 12 2 2 22 2 2 2余余1 1 1 11 1 1 12 2 2 2余0 00 0 0 0余余余余1 1 1 1（高位）（高位）（高位）（高位）0.6250.6250.6250.625 2 2 2 21.25 1.25 1.25 1.25 取整数取整数取整数取整数1 1 1 1（高位）（高位）（高位）（高位）2 2 2 20.5 0.5 0.5 0.5 取整数取整数取整数取整数0 0 0 0 2 2 2 21.0 1.0 1.0 1.0 取整数取整数取整数取整数0 0 0 0（低位）（低位）（低位）（低位）（0.6250.6250.6250.625）10101010=（0.1010.1010.1010.101）2 2 2 2所以所以:（22222222）10101010=(10110)=(10110)=(10110)=(10110)2 2 2 2结果结果:（22.62522.62522.62522.625）10101010=(10110.101)=(10110.101)=(10110.101)=(10110.101)2 2 2 2整数部分：整数部分：小数部分：小数部分：小数部分：小数部分：4.4.4.4.各种数制之间的转换各种数制之间的转换第27页/共312页十进制数十进制数430.25430.25转换为十六进制转换为十六进制数数430430430430161616162626262616161616余余14E14E14E14E（低位）（低位）1 1 1 116161616余余10A10A10A10A余余1(1(1(1(高位高位)整数部分：整数部分：0 0 0 0小数部分小数部分：0.2 50.2 50.2 50.2 5 1 6 1 6 1 6 1 64.0 4.0 4.0 4.0 取整数取整数4 4 4 4结果：结果：（430.25430.25430.25430.25）10101010=（1AE.41AE.41AE.41AE.4）16161616【例例1-21-21-21-2】第28页/共312页注意注意整数部分转换，每次只求整数商，将余数作为转换结果的一位，整数部分转换，每次只求整数商，将余数作为转换结果的一位，重复对整数商除基数，一直除到商为重复对整数商除基数，一直除到商为0 0 0 0为止。为止。小数部分转换，每次把乘积的整数取走作为转换结果的一位，对小数部分转换，每次把乘积的整数取走作为转换结果的一位，对剩下的小数继续进行乘法运算。对某些数可以乘到积的小数为剩下的小数继续进行乘法运算。对某些数可以乘到积的小数为0 0 0 0（如（如上述两例），这种转换结果是精确的；对某些数（如上述两例），这种转换结果是精确的；对某些数（如0.30.30.30.3）永远不能）永远不能乘到积的小数为乘到积的小数为0 0 0 0，这时要根据精度要求，取适当的结果位数即可，这时要根据精度要求，取适当的结果位数即可，这种转换结果是不精确的。这种转换结果是不精确的。第29页/共312页：十六进制数：十六进制数 1 A E 41 A E 41 A E 41 A E 4 0001 1010 1110 01000001 1010 1110 01000001 1010 1110 01000001 1010 1110 0100即（即（1AE.41AE.41AE.41AE.4）16161616=（110101110.01110101110.01110101110.01110101110.01）2 2 2 2若要将二进制数转换为十六进制数，只要以小数点为分界，分别若要将二进制数转换为十六进制数，只要以小数点为分界，分别向左和向右每四位二进制位分为一组（若最高位或最低为不够四向左和向右每四位二进制位分为一组（若最高位或最低为不够四位则补位则补0 0 0 0），对应转换为十六进制数即可。），对应转换为十六进制数即可。例如：二进制数例如：二进制数 110101110.01110101110.01110101110.01110101110.010001 1010 1110 .01000001 1010 1110 .01000001 1010 1110 .01000001 1010 1110 .0100十六进制数十六进制数 1 A E .41 A E .41 A E .41 A E .4即（即（110101110.01110101110.01110101110.01110101110.01）2 2 2 2=（1AE.41AE.41AE.41AE.4）16161616例如例如第30页/共312页二进制数的运算二进制数的运算【例例1-3】10100+1101=100001 10100+1101=100001 【例例1-4】100001-10100=1101100001-10100=1101 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 +1 1 0 1 -1 1 0 1 0 +1 1 0 1 -1 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 【例例1-5】11011011=10001111 11011011=10001111 【例例1-6】11100101=10111100101=1011111 1 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 商 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 1 +1 1 0 1 1 1 +1 1 0 1 1 1 余数余数 1 0 0 0 1 1 1 11 0 0 0 1 1 1 15.5.5.5.第31页/共312页计算集中的编码系统计算集中的编码系统BCDBCDBCDBCD码是十进制数，有码是十进制数，有10101010个不同的数字符号，且是逢十进位的；个不同的数字符号，且是逢十进位的；但它的每一位是用但它的每一位是用4 4 4 4位二进制编码来表示的，因此称为二进制位二进制编码来表示的，因此称为二进制编码的十进制数。编码的十进制数。BCDBCDBCDBCD码比较直观，例如十进制数码比较直观，例如十进制数65656565用用BCDBCDBCDBCD码书码书写为写为01100101011001010110010101100101，BCDBCDBCDBCD码码01001001.011101001001.011101001001.011101001001.0111表示的十进制数为表示的十进制数为49.749.749.749.7。1.1.1.1.二进制编码的十进制数二进制编码的十进制数虽然虽然BCDBCDBCDBCD码是用二进制编码方式表示的，但它与二进制之间不码是用二进制编码方式表示的，但它与二进制之间不能直接转换，要用十进制作为中间桥梁，即先将能直接转换，要用十进制作为中间桥梁，即先将BCDBCDBCDBCD码转换为码转换为十进制数，然后再转换为二进制数；反之亦然。十进制数，然后再转换为二进制数；反之亦然。第32页/共312页表表1-2 BCD1-2 BCD编码表编码表十进制十进制十进制十进制8421BCD8421BCD8421BCD8421BCD码码码码十进制十进制十进制十进制8421BCD8421BCD8421BCD8421BCD码码码码0 0 0 000000000000000006 6 6 601100110011001101 1 1 100010001000100017 7 7 701110111011101112 2 2 200100010001000108 8 8 810001000100010003 3 3 300110011001100119 9 9 910011001100110014 4 4 40100010001000100101010100001 00000001 00000001 00000001 00005 5 5 50101010101010101111111110001 00010001 00010001 00010001 0001第33页/共312页字母与字符的编码字母与字符的编码 2.2.2.2.另外，在计算机中，汉字编码采用国标码（另外，在计算机中，汉字编码采用国标码（GB18030-GB18030-GB18030-GB18030-2000200020002000）,它采用单、双、四字节混合编码，每个字节的最它采用单、双、四字节混合编码，每个字节的最高位为高位为1 1 1 1，并以此来区分汉字和，并以此来区分汉字和ASCASCASCASC码。码。字母和字符也必须按照特定的规则，用二进制编码才能在字母和字符也必须按照特定的规则，用二进制编码才能在机器中表示。编码可以有各种方式，目前微机中最普遍采机器中表示。编码可以有各种方式，目前微机中最普遍采用的是用的是ASCASCASCASC码码(American Standard Code for(American Standard Code for(American Standard Code for(American Standard Code for Information Interchange,Information Interchange,Information Interchange,Information Interchange,美国标准信息交换码美国标准信息交换码)。ASCASCASCASC码采用码采用7 7 7 7位二进制编码位二进制编码,故可表示故可表示2 2 2 27 7 7 7=128=128=128=128个字符个字符,其其中包括数码中包括数码(0-9)(0-9)(0-9)(0-9)，以及英文字母等可打印的字符。，以及英文字母等可打印的字符。第34页/共312页原码原码 正数的符号位用正数的符号位用0 0 0 0表示表示,负数的符号位用负数的符号位用1 1 1 1表示表示,数值位保持不数值位保持不变。这种方法称为原码。原码的定义为变。这种方法称为原码。原码的定义为:若若X+0X+0 则则XXXX原原=X X X X 若若X-0X-0X-0X-0 则则XXXX原原=2 2 2 2n-1 n-1 n-1 n-1 X X X X 其中其中n n n n为原码的位数。为原码的位数。带符号数的表示带符号数的表示带符号数的表示带符号数的表示1.1.1.1.第35页/共312页反码反码“0 0 0 0”有两种表示方法：有两种表示方法：+0+0+0+0反反=00000000=00000000=00000000=00000000，-0-0-0-0反反=11111111=11111111=11111111=111111118888位二进制反码真值范围为位二进制反码真值范围为-127-127-127-127+127+127+127+127；16161616位反码真值范位反码真值范围为围为-32767-32767-32767-32767+32767+32767+32767+32767。当一个带符号数用反码表示时，最高位为符号位。当一个带符号数用反码表示时，最高位为符号位。特特点点2.2.2.2.反码的定义为：若反码的定义为：若X+0 X+0 X+0 X+0 则则XXXX反反=X=X=X=X 若若X-0 X-0 X-0 X-0 则则XXXX反反=2=2=2=2n n n n+X-1 +X-1 +X-1 +X-1 其中其中n n n n为反码的位数。为反码的位数。第36页/共312页补码 在钟表上，指针正拨在钟表上，指针正拨12121212小时或倒拨小时或倒拨12121212小时，其时间小时，其时间值是相等的值是相等的,即在钟表上即在钟表上X+12=X-12(mod 12)X+12=X-12(mod 12)X+12=X-12(mod 12)X+12=X-12(mod 12)。模的概念模的概念补码的引入补码的引入 对于对于n n n n位二进制数，其计数范围为位二进制数，其计数范围为0 0 0 0（2 2 2 2n n n n-1-1-1-1），），在该计数器上加在该计数器上加2 2 2 2n n n n或减或减2 2 2 2n n n n结果是不变的，我们称结果是不变的，我们称2 2 2 2n n n n为为n n n n位计数系统的模。对钟表来说，它的模为位计数系统的模。对钟表来说，它的模为12121212。在钟表上，如果现在时间是在钟表上，如果现在时间是6 6 6 6点整，而钟表却指着点整，而钟表却指着8 8 8 8点整，快了点整，快了2 2 2 2小时，校准的方法是正拨小时，校准的方法是正拨10101010小时或倒拨小时或倒拨2 2 2 2小时，结果都正确，即：小时，结果都正确，即：8+10=68+10=68+10=68+10=6（mod 12mod 12mod 12mod 12）顺拨）顺拨 ，8-2=68-2=68-2=68-2=6（mod 12mod 12mod 12mod 12）倒拨。倒拨。3.第37页/共312页+3+3+3+3补补=+3=+3=+3=+3原原=+3=+3=+3=+3反反=00000011=00000011=00000011=00000011-3-3-3-3补补=-3=-3=-3=-3反反+1=11111100+1=11111101+1=11111100+1=11111101+1=11111100+1=11111101+1=11111100+1=11111101+0+0+0+0补补=+0=+0=+0=+0原原=+0=+0=+0=+0反反=00000000=00000000=00000000=00000000-0-0-0-0补补=-0=-0=-0=-0反反+1=11111111+1=00000000+1=11111111+1=00000000+1=11111111+1=00000000+1=11111111+1=00000000补码的求法补码的求法 对对n n n n为二进制数，模为为二进制数，模为2 2 2 2n n n n ，则，则XXXX补补=（2 2 2 2inininin+X+X+X+X），），MOD 2MOD 2MOD 2MOD 2n n n n,i,i,i,i为正整数。为正整数。补码的定义 若若X+0 X+0 X+0 X+0 则则XXXX补补=X=X=X=X，若若X-0 X-0 X-0 X-0 则则XXXX补补=2=2=2=2n n n n+X+X+X+X，其中其中n n n n为补码的位数。如果为补码的位数。如果X0,X0,X0,X0,则则XXXX补补=（2 2 2 2inininin+X+X+X+X）MOD MOD MOD MOD 2 2 2 2n n n n=X,=X,=X,=X,即正数的补码为原正数不变。如果即正数的补码为原正数不变。如果X0,X0,X0,X0,则则XXXX补补(2(2(2(2n n n n +X)MOD 2+X)MOD 2+X)MOD 2+X)MOD 2n n n n=2=2=2=2n n n n-1+X+1=X-1+X+1=X-1+X+1=X-1+X+1=X反反+1+1+1+1，即负数的补码等于负，即负数的补码等于负数的反码加数的反码加1 1 1 1，也就是等于负数原码除符号位外求反加，也就是等于负数原码除符号位外求反加1 1 1 1。求法与应用+0+0+0+0补补=-0=-0=-0=-0补补=00000000=00000000=00000000=00000000，即，即0 0 0 0的补码为的补码为0 0 0 0，且只有一种表示方法。，且只有一种表示方法。注意注意补码补码第38页/共312页+0+0+0+0补补=-0=-0=-0=-0补补=00000000=00000000=00000000=00000000。8 8 8 8位二进制补码真值范围为位二进制补码真值范围为-128-128-128-128+127+127+127+127，16161616位补码真值范围为位补码真值范围为-32768 32768 32768 32768 +32767+32767+32767+32767。一个用补码表示的二进制数，最高位为符号位，当符号位为一个用补码表示的二进制数，最高位为符号位，当符号位为“0 0 0 0”即正数时，其余位即为此数的二进制值；但当符号位为即正数时，其余位即为此数的二进制值；但当符号位为“1 1 1 1”即负数时，其余位不是此数的二进制值，其值为后面各位按位取反，即负数时，其余位不是此数的二进制值，其值为后面各位按位取反，在最低位加在最低位加1 1 1 1。当采用补码表示时，可以把减法运算转换为加法运算，当采用补码表示时，可以把减法运算转换为加法运算，即即XYXYXYXY补补=X=X=X=X补补+Y+Y+Y+Y补。补。8 8 8 8位带符号的补码特点位带符号的补码特点补码补码第39页/共312页数的表示方法数的表示方法十进制数十进制数十进制数十进制数二进制数二进制数二进制数二进制数原码原码原码原码反码反码反码反码补码补码补码补码-128-128-128-128-127-127-127-127-126-126-126-126-2-2-2-2-1-1-1-1-0-0-0-0+0+0+0+0+1+1+1+1+2+2+2+2+126+126+126+126+127+127+127+127-10000000-10000000-10000000-10000000-1111111-1111111-1111111-1111111-1111110-1111110-1111110-1111110-0000010-0000010-0000010-0000010-0000001-0000001-0000001-0000001-0000000-0000000-0000000-0000000+0000000+0000000+0000000+0000000+0000001+00