微型计算机系统基本组成原理.ppt

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1、微型计算机系统基本组成原理现在学习的是第1页，共86页2课程在计算机课程体系中的位置课程在计算机课程体系中的位置CPU及整机设计及整机设计SOC芯片设计芯片设计现在学习的是第2页，共86页3课程教学目的课程教学目的n掌握掌握先进微处理器芯片结构、微型计算机实现技术、计先进微处理器芯片结构、微型计算机实现技术、计算机主板构成、算机主板构成、各种各种接口技术接口技术原理原理及其应用编程方法及其应用编程方法；n掌握掌握汇编语言程序的编写方法，尤其掌握接口访问的汇编语言程序的编写方法，尤其掌握接口访问的方法。方法。n了解了解微机技术新的发展趋势，系统科学地微机技术新的发展趋势，系统科学地获得获得分析问

2、分析问题和解决问题的训练；提高分析和设计接口的能力题和解决问题的训练；提高分析和设计接口的能力。现在学习的是第3页，共86页4课程要求课程要求n不仅要学习微机各种接口电路的原理与作用，熟悉不仅要学习微机各种接口电路的原理与作用，熟悉PC系列系列机接口电路，而且还要掌握常用接口的设计与分析方法机接口电路，而且还要掌握常用接口的设计与分析方法，学会使用，学会使用汇编语言汇编语言（C语言）语言）对接口进行编程，并具有对接口进行编程，并具有一定的动手实验能力和接口应用程序的编写能力，为微机的一定的动手实验能力和接口应用程序的编写能力，为微机的深入应用和嵌入式系统深入应用和嵌入式系统SOC设计等的学习与

3、实践打下良好基设计等的学习与实践打下良好基础。础。n下载电子讲义，课堂上注意听讲并及时记录教师课堂上补下载电子讲义，课堂上注意听讲并及时记录教师课堂上补充的内容，认真独立完成作业，做好课程实验、做好课前充的内容，认真独立完成作业，做好课程实验、做好课前预习和课后复习。预习和课后复习。现在学习的是第4页，共86页5课程学习方法课程学习方法1.抓住抓住x86系列微机基本结构这条主线，分析其基本结构，掌握各接口系列微机基本结构这条主线，分析其基本结构，掌握各接口电路及可编程接口芯片的应用。电路及可编程接口芯片的应用。2.进一步扩展和延伸进一步扩展和延伸nCPU从从PentiumCore 2 Duo，

4、实模式，实模式保护模式保护模式；n汇编语言汇编语言CPU及接口直接控制，及接口直接控制，16位位32位汇编；位汇编；n总线总线PCI，USB，PCI-Express等；等；n中断中断从实模式下的中断向量从实模式下的中断向量保护模式下的中断描述符；保护模式下的中断描述符；从从传统中断传统中断PCI中断串行中断中断串行中断 n芯片组芯片组从中大规模集成电路从中大规模集成电路(8237、8254、8255、8259等等）超大规模集成电路超大规模集成电路(MCH、ICH)。n存储管理存储管理从实地址模式到保护模式存储管理从实地址模式到保护模式存储管理现在学习的是第5页，共86页6课程学习方法课程学习方

5、法3.理论与实践相结合，锻炼实验动手能力。理论与实践相结合，锻炼实验动手能力。n掌握汇编语言编程方法掌握汇编语言编程方法n掌握掌握x86系列寻址方式系列寻址方式n掌握掌握x86常用指令常用指令n学会学会x86汇编程序编写方法汇编程序编写方法n掌握掌握PC机接口程序的编写方法机接口程序的编写方法n充分利用课程实验锻炼自己的编程能力和接口设计与分析能力。充分利用课程实验锻炼自己的编程能力和接口设计与分析能力。现在学习的是第6页，共86页74.从系统的角度弄清楚从系统的角度弄清楚“软件发出软件发出I/O写指令写指令CPU及译码电路产及译码电路产生数据生数据/控制信号控制信号接口电路产生对外设的数据信

6、号和控制信号接口电路产生对外设的数据信号和控制信号”的过程，以及的过程，以及“外设的数据和运行状态外设的数据和运行状态接口电路接口电路 CPU I/O读指令将数据或状态送到软件读指令将数据或状态送到软件”的过程的过程；5.学会分析与设计接口电路的基本方法学会分析与设计接口电路的基本方法n分析接口两侧的情况分析接口两侧的情况n合理选择接口芯片合理选择接口芯片n正确分析相关芯片的时序搭配正确分析相关芯片的时序搭配n进行正确的信号转换进行正确的信号转换6.网络学习辅助：网络学习辅助：http:/ n登录密钥：登录密钥：200912课程学习方法课程学习方法 现在学习的是第7页，共86页8课程内容组织课

7、程内容组织n第第1章微型计算机系统基本组成原理章微型计算机系统基本组成原理n第第2章微处理器和指令系统章微处理器和指令系统n第第3章汇编语言及编程章汇编语言及编程n第第4章总线和总线技术章总线和总线技术n第第5章存储器章存储器n第第6章章I/O接口接口n第第7章典型可编程接口芯片及应用章典型可编程接口芯片及应用n第第8章常用交互设备及接口章常用交互设备及接口n第第9章模拟章模拟I/O 器件及接口器件及接口n第第10章多媒体设备及接口章多媒体设备及接口现在学习的是第8页，共86页9第一章重点第一章重点n微机系统的三个层次和主要性能指标；微机系统的三个层次和主要性能指标；n三总线结构和各大组成部分

8、的功能；三总线结构和各大组成部分的功能；nMPU的主要硬件组成及各部分功能；的主要硬件组成及各部分功能；n指令和指令执行过程；指令和指令执行过程；n计算机工作过程的实质；计算机工作过程的实质；n现代主流微机系统的主板结构。现代主流微机系统的主板结构。现在学习的是第9页，共86页10第二章重点第二章重点nIntel系列微处理器的演变历史；系列微处理器的演变历史；nPentium的内部基本寄存器功能及应用；的内部基本寄存器功能及应用；n操作数寻址方式；操作数寻址方式；n通用整数指令。通用整数指令。现在学习的是第10页，共86页11第三章重点第三章重点n汇编语言程序结构；汇编语言程序结构；n基本结构

9、程序和子程序设计方法；基本结构程序和子程序设计方法；现在学习的是第11页，共86页12第五章重点第五章重点n各类存储器芯片的接口特性和选用原则；各类存储器芯片的接口特性和选用原则；n由存储芯片构成存储系统时，位数、字数的扩展和由存储芯片构成存储系统时，位数、字数的扩展和片选控制方法。片选控制方法。现在学习的是第12页，共86页13第六章重点第六章重点n接口的基本功能和基本结构；接口的基本功能和基本结构；n两种两种I/O编址方式的特点和优缺点；编址方式的特点和优缺点；n几种几种I/O同步控制方式的特点和优缺点。同步控制方式的特点和优缺点。现在学习的是第13页，共86页14第七章重点第七章重点n中

10、断的响应条件和中断处理过程；中断的响应条件和中断处理过程；n两种多中断源服务判决方法的原理、特点及其带来两种多中断源服务判决方法的原理、特点及其带来的优缺点的优缺点；n8259内部寄存器的读内部寄存器的读/写控制方法，命令字格式和编写控制方法，命令字格式和编程；程；n用户中断入口地址的设置；用户中断入口地址的设置；n计数器用作计数和定时的原理；计数器用作计数和定时的原理；n8254的工作方式及初始化编程；的工作方式及初始化编程；n并行接口和串行接口的异同；并行接口和串行接口的异同；n8255的三种工作方式及编程使用。的三种工作方式及编程使用。现在学习的是第14页，共86页15第八章重点第八章重

11、点n行列扫描式键盘接口的原理与方法；行列扫描式键盘接口的原理与方法；n多位多位LED的动态扫描、分时循环显示原理及实现方的动态扫描、分时循环显示原理及实现方法；法；n并行打印机基本接口方法。并行打印机基本接口方法。现在学习的是第15页，共86页16第九章重点第九章重点nT型、倒型、倒T型电阻型电阻DAC原理；原理；n逐次逼近逐次逼近ADC原理；原理；nDAC和和ADC与与MPU的接口方法。的接口方法。现在学习的是第16页，共86页17课程考核要求课程考核要求n考试成绩（课堂教学内容）考试成绩（课堂教学内容）50n实验成绩（实验出勤、实验报告完成及操作实验成绩（实验出勤、实验报告完成及操作情况）

12、情况）30n平时成绩（作业等学习情况）平时成绩（作业等学习情况）20总成绩考试成绩实验成绩平时成绩总成绩考试成绩实验成绩平时成绩现在学习的是第17页，共86页18重点：重点：1.微机系统的三个层次和主要性能指标；微机系统的三个层次和主要性能指标；2.三总线结构和各大组成部分的功能；三总线结构和各大组成部分的功能；3.MPU的主要硬件组成及各部分功能；的主要硬件组成及各部分功能；4.指令和指令执行过程；指令和指令执行过程；5.计算机工作过程的实质；计算机工作过程的实质；6.现代主流微机系统的主板结构。现代主流微机系统的主板结构。第一章第一章 微型计算机系统基本组成原理微型计算机系统基本组成原理

13、现在学习的是第18页，共86页191.1 1.1 微型计算机系统组成结构微型计算机系统组成结构1.2 1.2 微型计算机的运算基础微型计算机的运算基础1.3 1.3 微型计算机基本工作原理微型计算机基本工作原理1.4 1.4 目前主流微机系统的硬件配置与主板结构目前主流微机系统的硬件配置与主板结构1.5 1.5 微机系统的主要性能指标微机系统的主要性能指标第一章第一章 微型计算机系统基本组成原理微型计算机系统基本组成原理 现在学习的是第19页，共86页201.1.1 1.1.1 总的系统结构总的系统结构1.1.2 1.1.2 各大组成部分概述各大组成部分概述1.1 1.1 微型计算机系统组成结

14、构微型计算机系统组成结构 现在学习的是第20页，共86页21硬件上由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出硬件上由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成；设备五大部分组成；数据和程序以二进制代码的形式不加区别地存放在存数据和程序以二进制代码的形式不加区别地存放在存储器中，存放位置由地址指定，地址码也为二进制形储器中，存放位置由地址指定，地址码也为二进制形式；式；控制器按指令流驱动的原理工作。控制器按指令流驱动的原理工作。目前各种微机系统采用的基本上是计算机的经典结构目前各种微机系统采用的基本上是计算机的经典结构冯冯诺依曼结构诺依曼结构。结构特点是：。结构特点是：1.1.1 1.

15、1.1 总的系统结构总的系统结构现在学习的是第21页，共86页221.1.三总线结构三总线结构1.1.1 1.1.1 总的系统结构总的系统结构微微型型计计算算机机系系统统硬件硬件软件软件运算器运算器控制器控制器存储器存储器输入输入/输出设备输出设备 系统软件系统软件 应用软件应用软件各部分间通过三条各部分间通过三条总线相连，故这种总线相连，故这种系统结构也称为系统结构也称为三三总线结构。总线结构。现在学习的是第22页，共86页23MPURAM外设外设ABDBCBROMI/O接口接口三总线三总线 模块间的模块间的双向依赖关系双向依赖关系变为各模块变为各模块面向总线的单向面向总线的单向依赖关系依赖

16、关系，简化了微机的结构。使微机系统易于扩充，简化了微机的结构。使微机系统易于扩充和维护。和维护。微型计算机三总线结构示意图微型计算机三总线结构示意图:1.1.1 1.1.1 总的系统结构总的系统结构现在学习的是第23页，共86页24 单总线结构单总线结构 双总线结构双总线结构 多层总线结构多层总线结构2.2.总线结构分类总线结构分类 根据总线组织方法的不同，总线结构可分为以下三根据总线组织方法的不同，总线结构可分为以下三类：类：1.1.1 1.1.1 总的系统结构总的系统结构现在学习的是第24页，共86页25单总线结构示意图单总线结构示意图:特点：特点：MPUMPU对对M M和和I/OI/O的

17、读写只能分时进行。的读写只能分时进行。优点：逻辑结构简单，成本低，实现容易。优点：逻辑结构简单，成本低，实现容易。单总线单总线 结结 构构 双总线双总线 结结 构构 多层总多层总 线结构线结构I/O接口接口外外设设MMPU1.1.1 1.1.1 总的系统结构总的系统结构现在学习的是第25页，共86页26特点：特点：MPUMPU可分别在两套总线上同时与可分别在两套总线上同时与M M和和I/OI/O口交换信息。口交换信息。优点：展宽了总线带宽，提高了数据传输优点：展宽了总线带宽，提高了数据传输速率。速率。单总线单总线 结结 构构 双总线双总线 结结 构构 多层总多层总 线结构线结构双总线结构示意图

18、双总线结构示意图:1.1.1 1.1.1 总的系统结构总的系统结构存储总线存储总线I/OI/O总线总线I/O接口接口M外外设设MPU现在学习的是第26页，共86页27DMA控制器控制器全局总线全局总线全全局局M全全局局I/OMPU总线控总线控制逻辑制逻辑局部局部I/O局部局部M缓冲器缓冲器局局部部总总线线 单总线单总线 结结 构构 双总线双总线 结结 构构 多层总多层总 线结构线结构(以双层以双层 为例）为例）多层总线结构示意图多层总线结构示意图(以双层为例以双层为例):):真正实现了多层总线上的并行工作。这真正实现了多层总线上的并行工作。这对等效总线带宽的增加，系统数据处理和数对等效总线带宽

19、的增加，系统数据处理和数据传输效率的提高，效果更明显。据传输效率的提高，效果更明显。1.1.1 1.1.1 总的系统结构总的系统结构现在学习的是第27页，共86页28n微处理器（微处理器（MPU)MPU)n存储器存储器nI/OI/O设备及接口设备及接口 微机系统由硬件和软件两大部分组成的，在硬件微机系统由硬件和软件两大部分组成的，在硬件上主要由以下几部分组成：上主要由以下几部分组成：1.1.2 1.1.2 各大组成部分概述各大组成部分概述 现在学习的是第28页，共86页29-微型计算机的运算和指挥控制中心微型计算机的运算和指挥控制中心 不同型号微机性能的差别首先在于其微处理器性能不同型号微机性

20、能的差别首先在于其微处理器性能的不同，而微处理器的性能又与它的内部结构、硬件配的不同，而微处理器的性能又与它的内部结构、硬件配置有关。每种微处理器有其特有的指令系统，但无论哪置有关。每种微处理器有其特有的指令系统，但无论哪种微处理器，其种微处理器，其内部基本结构总是相同的，都有控制器内部基本结构总是相同的，都有控制器、运算器和内部总线及缓冲器三大部分、运算器和内部总线及缓冲器三大部分，每部分又各由，每部分又各由一些基本部件组成。一些基本部件组成。1.1.微处理器微处理器1.1.2 1.1.2 各大组成部分概述各大组成部分概述 现在学习的是第29页，共86页30指令寄存（指令寄存（IR）指令译码

21、（指令译码（ID）操作控（操作控（OC）累加（累加（ACC）累加锁存器累加锁存器暂存器暂存器 算算 术术 逻逻 辑辑 单单 元元（A LU)标志寄存器（标志寄存器（FR）地址总线（地址总线（AB）地址缓冲器地址缓冲器控制总线（控制总线（CB）寄寄 存存 器器 组组（RS）堆栈指针（堆栈指针（SP）程序计数（程序计数（PC）通用寄存器组通用寄存器组内部总线及缓冲器内部总线及缓冲器数据总线（数据总线（DB)数据缓冲器数据缓冲器运算器运算器控制器控制器微处理器典型结构示意图微处理器典型结构示意图1.1.2 1.1.2 各大组成部分概述各大组成部分概述 现在学习的是第30页，共86页312.2.存储器

22、（内存或主存）存储器（内存或主存）内存由一个个内存单元组成，每个内存由一个个内存单元组成，每个单元中一般存放一个字节单元中一般存放一个字节(8(8位位)的二的二进制信息。内存单元的总数目叫内存进制信息。内存单元的总数目叫内存容量。容量。内存中存放的数据和程序形式上都是内存中存放的数据和程序形式上都是二进制数。二进制数。微机通过给每个内存单元规定不同的微机通过给每个内存单元规定不同的地址来管理内存。地址来管理内存。微机的存储记忆部件，用以存放数据和程序。微机的存储记忆部件，用以存放数据和程序。内存单元的地址和内容内存单元的地址和内容10110010011111100000110011000111

23、01110010内容内容地址地址00000H00002HF0000H00001HFFFFFH内存示意图内存示意图1.1.2 1.1.2 各大组成部分概述各大组成部分概述 现在学习的是第31页，共86页32CPUCPU对内存的操作有读、写两种。对内存的操作有读、写两种。内存操作内存操作1011001001111110000011001100011101110010内容内容地址地址00000H00002HF0000H00001HFFFFFH内存示意图内存示意图 将内存单元的内将内存单元的内容取入容取入CPUCPU内部内部,不改变不改变被读单元的内容。被读单元的内容。CPU CPU将其内部信息传将其

24、内部信息传送到内存单元保存下来送到内存单元保存下来,从而改变被写单元的内从而改变被写单元的内容。容。读操作读操作写操作写操作1.1.2 1.1.2 各大组成部分概述各大组成部分概述 现在学习的是第32页，共86页33随机存取存储器随机存取存储器(RAM)(RAM)只读存储器只读存储器(ROM)(ROM)内存分类内存分类按工作方式的不同，内存分为两大类：按工作方式的不同，内存分为两大类：特点特点 可被可被CPUCPU随机的读和随机的读和写写,断电后所有信息会断电后所有信息会消失。消失。特点特点 只能被只能被CPUCPU随机读取，随机读取，不能任意写入。断电后信息不能任意写入。断电后信息不会丢失。

25、不会丢失。1.1.2 1.1.2 各大组成部分概述各大组成部分概述 现在学习的是第33页，共86页343.3.I/OI/O设备及接口设备及接口 微机通过微机通过I/OI/O设备与外部交换信息设备与外部交换信息,但两者处但两者处理的信息从数据格式到逻辑时序一般不能直接兼理的信息从数据格式到逻辑时序一般不能直接兼容容,必须在两者之间引入连接电路必须在两者之间引入连接电路,即即I/OI/O接口电接口电路。路。1.1.2 1.1.2 各大组成部分概述各大组成部分概述 现在学习的是第34页，共86页351.2.1 1.2.1 计算机中数的表示方法计算机中数的表示方法1.2.2 1.2.2 计算机中有符号

26、数的运算计算机中有符号数的运算1.2.3 1.2.3 计算机中无符号数的运算计算机中无符号数的运算1.2.4 1.2.4 计算机中的乘除法运算计算机中的乘除法运算 1.2 1.2 微机的运算基础微机的运算基础现在学习的是第35页，共86页361.1.机器数和真值机器数和真值2.2.有符号数的机器数表示方法有符号数的机器数表示方法3.3.数的定点和浮点表示数的定点和浮点表示4.4.无符号数的机器数表示方法无符号数的机器数表示方法1.2.1 1.2.1 计算机中数的表示方法计算机中数的表示方法现在学习的是第36页，共86页37 在计算机中使用的、连同符号位一起数字化了的在计算机中使用的、连同符号位

27、一起数字化了的 数，称为机器数。数，称为机器数。通常用一个数的最高位作为符通常用一个数的最高位作为符 号位：号位：0 0表示正数，表示正数，1 1表示负数。表示负数。10110101101101010010101000101010例例1.11.1：机器数机器数真值（十进制）真值（十进制）-53+42 机器数所表示的真实值则叫真值。机器数所表示的真实值则叫真值。1.1.机器数和真值机器数和真值1.2.1 1.2.1 计算机中数的表示方法计算机中数的表示方法现在学习的是第37页，共86页38常用的表示方法有三种常用的表示方法有三种:(1)(1)原原 码码(2)(2)反反 码码(3)(3)补补 码码

28、2.2.有符号数的机器数表示方法有符号数的机器数表示方法1.2.1 1.2.1 计算机中数的表示方法计算机中数的表示方法现在学习的是第38页，共86页39 原码的最高位表示符号，数值位用二进制绝对原码的最高位表示符号，数值位用二进制绝对值表示。值表示。设机器数位长为设机器数位长为n n，则数则数X X的原码定义为：的原码定义为：n n位原码表示数值的范围位原码表示数值的范围:-(2-(2n-1n-1-1)+(+(2 2n-1n-1-1)+0+0原原=000=0000 0-0-0原原=100=1000 0 XX原原=X=0XX=0X1 1X X2 2X Xn-1n-1(X0)(X0)2 2n-1

29、n-1+X=1X+X=1X1 1X X2 2X Xn-1n-1(X0(X0)数数0 0的原码有两种不同的形式的原码有两种不同的形式:(1)(1)原码原码(2)(2)反码反码(3)(3)补码补码 原码的定义：原码的定义：原码表示简单、直观原码表示简单、直观,与真值间转换方便与真值间转换方便,但用但用它作加减运算不方便它作加减运算不方便,且且0 0有两种表示方法。有两种表示方法。1.2.1 1.2.1 计算机中数的表示方法计算机中数的表示方法现在学习的是第39页，共86页40 正数的反码表示与原码相同正数的反码表示与原码相同;负数的反码是将其负数的反码是将其原码除符位外各位取反得到。即：原码除符位

30、外各位取反得到。即：n n位反码表示数值的范围位反码表示数值的范围:-(2-(2n-1n-1-1)+(2+(2n-1n-1-1)数数0 0的反码也有两种形式的反码也有两种形式:+0+0反反=000=0000(0(全全0)0)-0-0反反=111=1111(1(全全1)1)反码还原为真值的方法反码还原为真值的方法:反码反码原码原码真值，真值，而而 XX原原=XX反反 反反 XX反反=0X1X2Xn-1=X (X0)1X1X2Xn-1=(2(2n-1)-X (X0)-1)-X (X0)(1)(1)原码原码(2)(2)反码反码(3)(3)补码补码 反码的定义反码的定义1.2.1 1.2.1 计算机中

31、数的表示方法计算机中数的表示方法现在学习的是第40页，共86页41 -正数的补码表示与原码相同正数的补码表示与原码相同;负数的补码是将其原码负数的补码是将其原码除符号位外各位取反加除符号位外各位取反加1 1而得到。即：而得到。即：n n位补码表示数值的范围位补码表示数值的范围:-2-2n-1n-1+(2+(2n-1n-1-1)-1)数数0 0的补码只有一个的补码只有一个:+0+0补补=-0=-0补补=000=0000(0(全全0)0)补码还原为真值的方法补码还原为真值的方法:补码补码原码原码真值，而真值，而 XX原原=XX补补 补补 XX补补=0 0X X1 1X X2 2X Xn-1n-1=

32、X (X0)=X (X0)1X1X2Xn-1+1=2=2n-X=2-X=2n+X (X0)+X (X0)(1)(1)原码原码(2)(2)反码反码(3)(3)补码补码 补码的定义：补码的定义：1.2.1 1.2.1 计算机中数的表示方法计算机中数的表示方法现在学习的是第41页，共86页42(1)(1)原码原码(2)(2)反码反码(3)(3)补码补码结论结论:原码、反码、补码的最高位都是表示符号位。符号原码、反码、补码的最高位都是表示符号位。符号位为位为0 0时，表示真值为正数，其余位都为真值。符号位时，表示真值为正数，其余位都为真值。符号位为为1 1时，表示真值为负数，其余位除原码外不再是真时，

33、表示真值为负数，其余位除原码外不再是真值。值。对于正数，三种编码都一样；对于负数对于正数，三种编码都一样；对于负数,三种编码互三种编码互不相同。所以原码、反码、补码本质上是用来解不相同。所以原码、反码、补码本质上是用来解决负数在机器中表示的三种不同的编码方法。决负数在机器中表示的三种不同的编码方法。二进制位数相同的原码、反码、补码所能表示的数二进制位数相同的原码、反码、补码所能表示的数值范围不完全相同。值范围不完全相同。1.2.1 1.2.1 计算机中数的表示方法计算机中数的表示方法现在学习的是第42页，共86页43 计算机中不用某个二进制位来表示小数点，而是隐含规定小数计算机中不用某个二进制

34、位来表示小数点，而是隐含规定小数点的位置。点的位置。根据小数点的位置是否固定，数的表示方法可分为根据小数点的位置是否固定，数的表示方法可分为定点定点表示表示和和浮点表示浮点表示，相应的机器数就叫，相应的机器数就叫定点数定点数或或浮点数浮点数。对于任一个二进制数对于任一个二进制数X X，通常可表示成：通常可表示成：X=2J S其中，其中，S S为数为数X X的尾数，的尾数，J J为数为数X X的阶码，的阶码，2 2为阶码的底。为阶码的底。尾数尾数S S表示数表示数X X的全部有效数字的全部有效数字,阶码阶码J J则指出了小数点的位置则指出了小数点的位置。S S值和值和J J值均可正可负。当值均可

35、正可负。当J J固定时固定时,表示是定点数；当表示是定点数；当J J值可变时值可变时，表示是浮点数。，表示是浮点数。3.3.数的定点和浮点表示数的定点和浮点表示1.2.1 1.2.1 计算机中数的表示方法计算机中数的表示方法现在学习的是第43页，共86页44 根据小数点固定的位置不同。定点数有定点根据小数点固定的位置不同。定点数有定点(纯）整数和定点纯）整数和定点（纯）小数两种。（纯）小数两种。J=0,SJ=0,S为纯整数时为纯整数时,小数小数点固定在数的最低位之后点固定在数的最低位之后。符号位符号位定点整数定点整数数值位数值位(尾数尾数S)S)隐含小数点位置隐含小数点位置 定点整数定点整数

36、J=0,SJ=0,S为纯小数时为纯小数时,小数小数点固定在数的最高位之前点固定在数的最高位之前。符号位符号位数值位数值位(尾数尾数S)S)隐含小数点位置隐含小数点位置定点小数定点小数 定点小数定点小数 定点整数和定点小数在计算机中表示形式没什么区别，定点整数和定点小数在计算机中表示形式没什么区别，其小数点完全靠事先的约定而隐含在不同位置。其小数点完全靠事先的约定而隐含在不同位置。(1)(1)定点数定点数1.2.1 1.2.1 计算机中数的表示方法计算机中数的表示方法现在学习的是第44页，共86页45 其中：阶码一般用补码定点整数表示，尾数一般用补码或其中：阶码一般用补码定点整数表示，尾数一般用

37、补码或原码定点小数表示。原码定点小数表示。为保证不损失有效数字，一般对尾数进行为保证不损失有效数字，一般对尾数进行规格化处理规格化处理，即保，即保证尾数的最高位是证尾数的最高位是1,1,实际大小通过阶码来进行调整。实际大小通过阶码来进行调整。尾数部分尾数部分阶符阶符Jf Jf 阶码阶码J J 数符数符Sf Sf 尾数尾数(也叫有效数也叫有效数)S S阶码部分阶码部分(2)(2)浮点数浮点数浮点数一般由浮点数一般由4 4个字段组成个字段组成,一般格式如下一般格式如下:1.2.1 1.2.1 计算机中数的表示方法计算机中数的表示方法现在学习的是第45页，共86页468 8位补码定点整数位补码定点整

38、数2424位补码定点小数位补码定点小数 阶符阶符 阶阶 码码 数数 符符 尾尾 数数 31 30 24 23 22 031 30 24 23 22 0 已知某数已知某数X X的机器码为的机器码为:“0000100110111111010100000000000000001001101111110101000000000000”求其真值。求其真值。解：解：X=(1.01111110101000000000000)X=(1.01111110101000000000000)补补2 2（0000100100001001）补）补 =(1.10000001011000000000000)=(1.10000

39、001011000000000000)原原2 29 9 =-0.10000001011 =-0.100000010112 29 9 =(-100000010.11)=(-100000010.11)2 2 =(-258.75)(-258.75)1010例例1.21.2 某计算机用某计算机用3232位表示一个浮点数，格式如下：位表示一个浮点数，格式如下：1.2.1 1.2.1 计算机中数的表示方法计算机中数的表示方法现在学习的是第46页，共86页471)1)位数不等的二进制码位数不等的二进制码2)2)BCDBCD码码3)3)ASCIIASCII码：码：与非压缩与非压缩BCDBCD码相似，低码相似，

40、低4 4位完全相同，位完全相同，高高4 4位为位为00110011 ASCII ASCII码一般在计算机的输入、输出设备中使用，而二进码一般在计算机的输入、输出设备中使用，而二进制码和制码和BCDBCD码则在运算处理过程中使用。码则在运算处理过程中使用。三种表示方法三种表示方法 非压缩非压缩BCDBCD码：码：压缩压缩BCDBCD码：码：每位每位BCDBCD码用码用4 4位二进制表示位二进制表示，一个字节表示，一个字节表示2 2位位BCDBCD码。码。每位每位BCDBCD码用一个字节表示码用一个字节表示，高，高4 4位总是位总是00000000，低，低4 4位位表示表示0 09 9。4.4.无

41、符号数的机器数表示方法无符号数的机器数表示方法1.2.1 1.2.1 计算机中数的表示方法计算机中数的表示方法现在学习的是第47页，共86页481.1.补码的加减法运算规则补码的加减法运算规则 2.2.溢出与溢出判断溢出与溢出判断 1.2.2 1.2.2 计算机中有符号数的运算计算机中有符号数的运算现在学习的是第48页，共86页49加减法运算加减法运算:X X YY补补=XX补补+YY补补求补运算求补运算:-Y-Y补补=0-=0-YY补补 =YY补补连同符号位取反加连同符号位取反加1 11.1.补码的运算规则补码的运算规则1.2.2 1.2.2 计算机中有符号数的运算计算机中有符号数的运算现在

42、学习的是第49页，共86页50例例1.3 1.3 X=33 X=33，Y=45Y=45，求求X+YX+Y、X-YX-Y。解解:XX补补=00100001=00100001 YY补补=00101101,-=00101101,-YY补补=11010011=11010011 X+YX+Y补补=XX补补+YY补补=01001110=01001110 X-YX-Y补补=XX补补+-+-YY补补=11110100=11110100所以所以,X+Y=X+YX+Y=X+Y补补 补补=01001110=(+78)=01001110=(+78)1010 X-Y=X-YX-Y=X-Y补补 补补=10001100=(

43、-12)=10001100=(-12)10101.2.2 1.2.2 计算机中有符号数的运算计算机中有符号数的运算现在学习的是第50页，共86页51负数的补码与对应正数的补码之间的转换可用同负数的补码与对应正数的补码之间的转换可用同一方法一方法-求补运算实现，因而可简化硬件；求补运算实现，因而可简化硬件；可将减法变为加法运算，从而省去减法器；可将减法变为加法运算，从而省去减法器；有符号数和无符号数的加法运算可用同一加法器电路完有符号数和无符号数的加法运算可用同一加法器电路完成，结果都正确。成，结果都正确。用补码表示计算机中有符号数的优点：用补码表示计算机中有符号数的优点：1.2.2 1.2.2

44、 计算机中有符号数的运算计算机中有符号数的运算现在学习的是第51页，共86页522.2.溢出与溢出判断溢出与溢出判断 当结果超出补码表示的数值范围时，补码运算将会出错。这当结果超出补码表示的数值范围时，补码运算将会出错。这种现象称为种现象称为“溢出溢出”。计算机运算时要避免产生溢出计算机运算时要避免产生溢出,万一出现了溢出万一出现了溢出,要能判要能判断，并做出相应处理。断，并做出相应处理。溢出的概念溢出的概念1.2.2 1.2.2 计算机中有符号数的运算计算机中有符号数的运算现在学习的是第52页，共86页53微机中多采用微机中多采用“双进位位双进位位”法进行溢出判断。法进行溢出判断。数值位数值

45、位累加器累加器A(A(内装补码内装补码)f fb bn-1n-1b bn-2 n-2 b b1 1 b b0 0=1=1OFOFC1C1C2C2进位位进位位C C1 1，有溢出，有溢出0 0，无溢出，无溢出OF=C1C2=OF=C1C2=溢出的判别溢出的判别1.2.2 1.2.2 计算机中有符号数的运算计算机中有符号数的运算现在学习的是第53页，共86页54因为因为C C2 2=1,C=1,C1 1=0,OF=C=0,OF=C1 1CC2 2=1,=1,所以有溢出所以有溢出,结果不对。结果不对。因为因为C C2 2=0,C=0,C1 1=0,OF=C=0,OF=C1 1CC2 2=0,=0,所

46、以无溢出所以无溢出,结果正确。结果正确。例例1.41.4 求求:55+66:55+66 55 55补补=00110111=00110111+66+66补补=01000010=0100001001111001=12101111001=121补补例例1.51.5 求：求：(-93)+(-59)(-93)+(-59)-93 -93补补=10100011=10100011+-59+-59补补=11000101=110001011 101101000=+10401101000=+104补补0 01 1根据根据C C1 1、C C2 2值亦可判断有溢出时是正溢出还是负溢出：值亦可判断有溢出时是正溢出还是负

47、溢出：C C2 2C C1 1=00=11=00=11时，无溢出；时，无溢出；C C2 2C C1 1=01=01时，为正溢出；时，为正溢出；C C2 2C C1 1=10=10时，为负溢出。时，为负溢出。1.2.2 1.2.2 计算机中有符号数的运算计算机中有符号数的运算现在学习的是第54页，共86页551.2.3 1.2.3 计算机中无符号数的运算计算机中无符号数的运算1.2.2 1.2.2 计算机中有符号数的运算计算机中有符号数的运算 微机中无论有符号数还是无符号数的加减法运算微机中无论有符号数还是无符号数的加减法运算,都是在加都是在加法器电路中完成的。法器电路中完成的。无符号数运算时无

48、符号数运算时,只有数据用二进制表示时，运算结果才是正确只有数据用二进制表示时，运算结果才是正确的；的；若数据用若数据用BCDBCD码表示，则需要对运算结果进行调整，使之码表示，则需要对运算结果进行调整，使之符合十进制运算的进位符合十进制运算的进位/借位规则；若数据用借位规则；若数据用ASCIIASCII码表示码表示,则必须把它们变换成二进制码或则必须把它们变换成二进制码或BCDBCD码后才便于运算。码后才便于运算。现在学习的是第55页，共86页56 1)1)十进制加法调整规则十进制加法调整规则 若两个一位若两个一位BCDBCD数相加结果大于数相加结果大于9(1001),9(1001),则应作则

49、应作6(0110)6(0110)修正修正;若两个若两个BCDBCD数相加结果在本位并不大于数相加结果在本位并不大于9,9,但产生了进位但产生了进位,这相当于十进制数运算大于等于这相当于十进制数运算大于等于1616，所以也应在本位作，所以也应在本位作 加加6 6修正。修正。十进制调整的规则如下：十进制调整的规则如下：2)2)十进制减法调整规则十进制减法调整规则 两个两个BCDBCD数相减，若出现本位差超过数相减，若出现本位差超过9 9，或虽不超过，或虽不超过9 9但向高位有但向高位有借位，则说明必然是借了借位，则说明必然是借了1616，多借了，多借了6 6，应在本位作减，应在本位作减6 6修正。

50、修正。实际中，现代计算机中均有专门的十进制调整指令，利用它实际中，现代计算机中均有专门的十进制调整指令，利用它们，机器可按规则自动进行调整。们，机器可按规则自动进行调整。1.2.3 1.2.3 计算机中无符号数的运算计算机中无符号数的运算现在学习的是第56页，共86页571.2.4 1.2.4 计算机中的乘除法运算计算机中的乘除法运算 1.1.基于加减法电路和移位寄存器实现基于加减法电路和移位寄存器实现 这种方法，运算器中不设乘除法运算电路，只设加减法电这种方法，运算器中不设乘除法运算电路，只设加减法电路。需要进行乘除法运算时，主要利用加减法运算指令和移位路。需要进行乘除法运算时，主要利用加减