1、微型计算机原理与接口技术,微型计算机原理与接口技术,1. 课程性质及教学目的 微型计算机原理与接口技术是工科本科一门重要的专业技术基础课程。 本课程帮助学生掌握微型计算机的硬件组成及使用；学会运用汇编语言进行程序设计；树立起计算机体系结构的基本概念；掌握微机的基本组成、工作原理、接口电路及硬件的连接，建立微机系统的整机概念，具备初步开发微机系统软、硬件的能力。,课程简介及要求,微型计算机原理与接口技术,课程简介及要求,2. 课程教学安排教学学时：52学时实验学时：12学时考试形式：笔试3. 教材内容体系结构基本知识与基本概念计算机的基本结构与工作原理微处理器与微型计算机的概念微型计算机系统组成
2、及其应用计算机中的数据表示、数制与编码的应用,微型计算机原理与接口技术,8086微处理器微处理器内部结构存储器和I/O组织总线周期与操作时序指令系统与汇编语言指令的概念与寻址方式8086指令系统介绍汇编语言格式、基本表达、伪指令介绍汇编语言源程序的建立、编辑、运行、调试,课程简介及要求,微型计算机原理与接口技术,课程简介及要求,汇编语言程序设计及其应用程序设计的方法和步骤顺序程序、分支程序、循环程序、子程序的设计中断调用程序设计存储器输入/输出接口通信接口技术定时/计数技术中断系统模拟接口技术,微型计算机原理与接口技术,课程简介及要求,课程特点:理论与实际联系非常紧密的课程, 课程内容更新极快
3、。 内容多,学时少, 进度快，难度大，应用广。,微型计算机原理与接口技术,课程简介及要求,学习的精髓： 在学校学习的精髓在于： 在学校的大环境中，利用校园文化对学生的影响，实现： 师生之间在课堂上的相互交流以及学生之间的相互交流， 在利用别人最好成果的基础上取得进展。抓住教学过程中的3个环节 上课时要主动参与、发现、探究 将上课时的多媒体教案从教师手中转化为自己的认知工具 ， 主动参与、发现、探究； 课堂上会布置自学内容，通过自学从而培养自学的能力； 独立完成作业 同学之间相互交流，一起讨论，但一定要独立完成作业；,微型计算机原理与接口技术,课程简介及要求,实验课前要预习，写出预习报告，做到心
4、中有数，有的放矢； 实验课后，要写实验报告，总结经验和教训；提高自己分析问题和解决问题的能力，培养一种严谨科学风。 收获与时间成正比 本课程理论联系实际非常紧密，内容更新极快。 只能采用解剖麻雀方法，教师在这里只起到抛砖引玉的作用。 因此同学们学习过程中，要花时间去学习、思索、实践， 有机地将本专业的知识结合起来，构成一个实际系统，解决实际问题。 收获与时间成正比, 花时间越多，收获将越大 。,第一章 微型计算机概述,本章主要教学内容 计算机的发展、分类、基本结构及工作原理 微处理器的产生和发展、微处理器系统 微型计算机的分类、性能指标 微型计算机系统的组成及微型计算机的应用,第一章 微型计算
5、机概述,本章主要教学内容 计算机中数制基本概念、数制之间的相互转换 无符号数和带符号数的表示方法 ASCII码和BCD码的相关概念和应用 汉字编码及其应用,第一章 微型计算机概述,本章教学目的及要求 熟悉计算机的发展历史、发展前景、工作特点、组成分类、应用领域等相关知识 掌握计算机的基本结构及工作原理 熟悉微处理器的产生和发展，掌握微型计算机的分类、性能指标 掌握微型计算机系统组成，软、硬件基本结构 熟悉微型计算机的特点及应用,第一章 微型计算机概述,1.1 计算机的发展与应用1.1.1 计算机的发展历史 1第一台电子计算机 1946年2月，美国宾夕法尼亚大学诞生了世界上第一台电子数字计算机：
6、“埃尼阿克”（ENIAC，即Electronic Numerical Integrator and Calculator，电子数字积分计算机）。 重量30吨，占地170平方米，每小时耗电150千瓦，价值约40万美元。 采用18000只电子管，70000个电阻，10000支电容，研制时间近三年，运算速度为每秒5000次加减法运算。 ENIAC的不足：运算速度慢、存储容量小、全部指令没有存放在存储器中、机器操作复杂、稳定性差 。,第一章 微型计算机概述,2冯诺依曼结构计算机 1946年6月，美籍匈牙利科学家冯诺依曼（Johe Von Neumman）提出了“存储程序”的计算机设计方案。 其特点是：
7、 采用二进制数形式表示数据和计算机指令。 指令和数据存储在计算机内部存储器中，能自动依次执行指令。 由控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备5大部分组成计算机硬件。 工作原理的核心是“存储程序”和“程序控制”。 按照这一原理设计的计算机称为冯诺依曼型计算机。 冯诺依曼提出的体系结构奠定了现代计算机结构理论的基础，被誉为计算机发展史上的里程碑。,第一章 微型计算机概述,2冯诺依曼结构计算机 1946年6月，美籍匈牙利科学家冯诺依曼（Johe Von Neumman）提出了“存储程序”的计算机设计方案。 其特点是： 采用二进制数形式表示数据和计算机指令。 指令和数据存储在计算机内部存储器中，能
8、自动依次执行指令。 由控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备5大部分组成计算机硬件。 工作原理的核心是“存储程序”和“程序控制”。 按照这一原理设计的计算机称为冯诺依曼型计算机。 冯诺依曼提出的体系结构奠定了现代计算机结构理论的基础，被誉为计算机发展史上的里程碑。,冯诺依曼计算机结构,原始数据和指令,计算结果,计算机的基本结构框图,冯诺依曼计算机结构,数据和程序以二进制代码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,由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五部分组成,控制器是根据存放在存储器中的指令序列即程序来工作的，并由一个程序计数器（即指令地址计数器）控制指
9、令的执行。控制器具有判断能力，能根据指令，选择不同的动作流程,微处理器包括运算器和控制器。以其为核心，通过地址(AB)、数据(DB)、控制(CB)三总线连接存储器、输入/输出接口，进而输入设备和输出设备。,3按逻辑部件化分的计算机发展阶段 按电子部件的演变经历了四代：（1）第一代（1946年 - 1958年）：电子管计算机 特点：体积大、耗电多、运算速度慢，存储容量小。（2）第二代（1959年 - 1964年）：晶体管计算机 特点：体积减小，重量轻、省电、寿命长、可靠性提高，运算速度可达每秒百万次。（3）第三代（1965年 - 1970年）：中小规模集成电路计算机 特点：存储容量1 - 4兆字
10、节。运算速度每秒几百万至千万次，可靠性有较大提高，体积进一步缩小，成本进一步降低，出现了向大型化和小型化发展的趋势。,（4）第四代（1971年-）：大规模和超大规模集成电路计算机 大规模集成电路使计算机发生了巨大的变化，半导体存储器的集成度越来越高。Intel公司推出了微处理器，诞生了微型计算机，使计算机的存储容量、运算速度、可靠性、性能价格比等方面都比上一代计算机有较大突破。4按计算机应用划分的计算机发展阶段（1）超、大、中、小型计算机阶段（1946年 - 1980年） 采用计算机来代替人的脑力劳动，提高了工作效率，能够解决较复杂的数学计算和数据处理。（2）微型计算机阶段（1981年 - 1
11、990年） 微型计算机大量普及，几乎应用于所有领域，对世界科技和经济的发展起到了重要的推动作用。（3）计算机网络阶段（1991年至今） 计算机网络为人类实现资源共享提供了有力的帮助，从而促进了信息化社会的到来，实现了遍及全球的信息资源共享。,1.1.2 计算机的发展趋势,1未来计算机的发展趋势朝着微型计算机和巨型计算机两级方向发展。当前开发和研究的热点是多媒体计算机。未来计算机发展的总趋势是智能化计算机。今后计算机应用的主流是计算机与通信相结合的网络技术。非冯诺依曼型体系结构的计算机是提高现代计算机性能的另一个研究焦点。,2新型计算机神经网络计算机：建立在人工神经网络研究的基础上，从内部基本结
12、构来模拟人脑的神经系统。用简单的数据处理单元模拟人脑的神经元，并利用神经元节点的分布式存储和相互关联来模拟人脑的活动。生物计算机：使用由生物工程技术产生的蛋白分子为材料的“生物芯片”，不仅具有巨大的存储能力，而且能以波的形式传播信息。由于它具备生物体的某些机能，所以更易于模拟人脑的机制。光子计算机：用光子代替电子，用光互连代替导线互连，用光硬件代替电子硬件，用光运算代替电子运算。,3计算机与信息化信息化就是全面发展和利用现代信息技术，借以提高人类社会的生产、工作、学习、生活等诸方面的效率和创造能力，使社会的物质财富和精神文明得到最大提高。信息化特点信息成为重要的战略资源信息产业成为最大的产业信
13、息网络成为社会的基础信息信息化三大技术支柱 计算机技术 通信技术 网络技术,1计算机的特点运算速度快：PC机每秒种可以处理几百万条指令，巨型机的运算速度可以达到几亿次以上。计算精度高：普通微型计算机的计算精度已达到32 - 64位二进制数。具有“记忆”和逻辑判断功能：“记忆”功能指的是计算机能够存储大量信息，供用户随时检索和查询。逻辑判断功能指的是计算机不仅能够进行算术运算，还能进行逻辑运算和实践推理。记忆功能、算术运算和逻辑运算相结合，使得计算机能够模仿人类的某些智能活动，成为人类脑力延伸的主要工具，所以计算机又称为“电脑”。,1.1.3 计算机的特点、分类及应用,能自动运行并且具备人机交互
14、功能：自动运行是把问题编成程序输入计算机中，发出运行指令后，计算机便在该程序控制下依次逐条执行，不再需要人工干预。人机交互则是在人想要干预时，采用人机对话形式，有针对性地解决问题。,2 计算机的分类,个人计算机：面向个人或家庭使用的低档微型计算机。工作站：介于PC机和小型机之间的高档微型机。小型计算机：结构简单、成本较低、易维护和使用。其规模和设置可以满足一个中小型部门的工作需要。主机：具有大容量存储器，多种类型的I/O通道，能同时支持批处理和分时处理等多种工作方式。其规模和配置可以满足一个大中型部门的工作需要。小巨型计算机：也称为桌上型超级计算机。最大的特点是价格便宜，并且具有较好的性能价格
15、比。巨型计算机：也称为超级计算机。具有极高的性能和极大的规模，价格昂贵，多用于尖端科技领域。,3计算机的应用,科学计算：也称为数值计算，是指用计算机来解决科学研究和工程技术中所提出的复杂的数学及数值计算问题。数据处理：数据处理也称为信息处理，是人们利用计算机对所获取的信息进行采集、记录、整理、加工、存储和传输，并进行综合分析等。过程控制：过程控制是用传感器在现场采集受控对象的数据，通过比较器求出与设定数据的偏差，由计算机按控制模型进行计算，产生相应的控制信号，驱动伺服装置对受控对象进行控制和调整。计算机辅助系统：是采用计算机进行各种辅助功能的系统。例如，CAD、CAM、CAT、CAE和CAI等
16、。人工智能：是用计算机执行某些与人的智能活动有关的复杂功能，模拟人类的某些智力活动，如图形和声音的识别，推理和学习的过程。,1.2 计算机的基本结构和工作原理,1.2.1 计算机的基本结构,各部分的主要功能：（1）输入设备：用于输入原始信息和处理信息的程序。如键盘、鼠标器和扫描仪等。（2）输出设备：用来输出计算机的处理结果及程序清单。如显示器和打印机。（3）存储器：用来存放程序和数据。在控制器的控制下，可与输入设备、输出设备、运算器、控制器交换信息，是计算机中各种信息存储和交流的中心。（4）运算器：用来对信息及数据进行处理和计算。也称为算术逻辑部件ALU（Arithmetic and Logi
17、c Unit）。（5）控制器：是整个计算机的指挥中心，用来指挥计算机各部件的操作，使其协调一致地工作。 计算机中的两类信息：一类是采用双线表示的数据信息流，它包括原始数据、中间结果、计算结果和程序中的指令；另一类是采用单线表示的控制信息流，它是控制器发出的各种操作命令。,1.2.2 计算机的工作原理,1存储程序原理 把事先编制好的由计算机指令组成的程序存放到存储器内，计算机在运算时依次取出指令，根据指令的功能进行相应的运算，这就是存储程序原理。2程序的自动执行 程序在执行前先装入内存储器，CPU负责从内存中逐条取出指令，分析识别指令，最后执行指令，从而完成一条指令的执行周期。 程序的执行流程：
18、 取指令 分析指令 执行指令。,1.3 微型计算机的基本概念,1.3.1 微处理器的产生和发展 将传统计算机的运算器和控制器集成在一块大规模集成电路芯片上作为中央处理部件，简称为微处理器（Microprocessor）。微型计算机是以微处理器为核心，再配上存储器、接口电路等芯片构成的。按照计算机CPU、字长和功能划分，经历了5代的演变:第一代（1971年1973年）：4位和8位低档微处理器第二代（1974年1978年）：8位中高档微处理器第三代（1978年1980年）：16位微处理器第四代（1981年1992年）：32位微处理器第五代（1993年以后）：全新高性能奔腾系列微处理器,微处理器的发
19、展,CPU性能每18个月增加一倍晶体管数目每两年增加一倍,后面是什么?,Itanium733/800MHzIA-64架构,McKinleyIA-64架构,MadisonIA-64架构,DeerfieldIA-64架构,Pentium ,Pentium MMX,Pentium Pro,80486DX2,80386DX,80286,8086,摩尔定律 晶体管数目每两年增加一倍,摩尔定律 CPU性能每18个月增加一倍,1.3.2 微型计算机的分类,1按照CPU的字长来分类 有4位、8位、16位、32位、64位微型计算机等。2按照微处理器器件的工艺来分类 可分成MOS工艺、双极型TTL工艺的微处理器。
20、3按照微型计算机的利用形态来分类 有单片机、单板机、位片机、微机系统等。,1.3.3 微型计算机的性能指标介绍,位：这是计算机中所表示的最基本、最小的数据单元。字长：是计算机在交换、加工和存放信息时的最基本的长度。字节（Byte）：是计算机中通用的基本单元，由8个二进制位组成。字：是计算机内部进行数据处理的基本单位。主频：也称时钟频率，是指计算机中时钟脉冲发生器所产生的频率。访存空间：是该微处理器构成的系统所能访问的存储单元数。指令数：构成微型计算机的操作命令数。基本指令执行时间：计算机执行程序所花的时间。可靠性：指计算机在规定时间和条件下正常工作不发生故障的概率。兼容性：指计算机硬件设备和软
21、件程序可用于其他多种系统的性能。性能价格比：是衡量计算机产品优劣的综合性指标。,微机系统的主要性能指标,字长计算机内部一次可处理的二进制数的位数。取决于微处理器内部通用寄存器的位数和数据总线的宽度。字长越长，则表示的数据精度越高，完成相同精度的数据运算速度越快,运算速度常用平均运算速度MIPS(Millions of Instruction Per Second)和CPU的主频表示。主频：微处理器运行的时钟频率。外频：微处理器外部总线的频率。早期微处理器的主频与外部总线的频率相同，从80486DX2开始，主频=外部总线频率倍频系数,微机系统的主要性能指标,存储器容量：内存和外存，通常以字节为单
22、位。内存：微处理器的寻址空间和实际配置的存储器容量(内存条容量)。外存：硬盘容量。1K=210=1024；1M=220=1024K；1G=230=1024M；1T=240=1024G,外设扩展能力计算机系统配接各种外部设备的可能性、灵活性和适应性。,微机系统的主要性能指标,1.4 微型计算机系统的组成 1.4.1 微型计算机系统的一般结构 微型计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成 ：,硬件系统是由电子部件和机电装置所组成的计算机实体。 硬件的基本功能是接受计算机程序，并在程序的控制下完成数据输入、数据处理和输出结果等任务。软件系统是指为计算机运行工作服务的全部技术资料和各种程序。 软件系
23、统基本功能保证计算机硬件的功能得以充分发挥，并为用户提供一个宽松的工作环境。 计算机的硬件和软件二者缺一不可，否则不能正常工作 。,1.4.2 微型计算机的硬件结构,微型计算机（Micro Computer）是计算机的微型化，简称微机，它由CPU、存储器、输入接口和输出接口以及总线组成。该层次就是已安装了CPU和内存条的主板。微型计算机的硬件结构如图所示,1中央处理单元 中央处理单元CPU（Control Processing Unit）是微型计算机的核心部件，是包含有运算器、控制器、寄存器组以及总线接口等部件的一块大规模集成电路芯片，俗称微处理器。 2主存储器 主存储器是微型计算机中存储程序
24、、原始数据、中间结果和最终结果等各种信息的部件。 按其功能和性能，可以分为： 随机存储器RAM（Random Access Memory） 只读存储器ROM（Read Only Memory）,各组成模块及其功能：,微处理器（Microprocessor）简称P或MP，或MPU（Microprocessing Unit）。MPU是采用大规模和超大规模集成电路技术将算术逻辑部件ALU（Arithmetic Logic Unit）、控制部件CU（Control Unit）和寄存器组R（Registers）三个基本部分以及内部总线集成在一块半导体芯片上构成的电子器件。又称为“中央处理单元”（Cent
25、ral Processor Unit），简称CPU,微处理器,微处理器是微型计算机的核心，它的性能决定了整个微型机的各项关键指标,按读写方式可分为两种，一种是随机存取存储器RAM（Random Access Memory），RAM又分为静态存储器SRAM和动态存储器DRAM，在PC机中，前者用作高速缓存，后者用作内存条，可随时将信息写入RAM，也可随时从RAM中读出信息。另一种是只读存储器ROM（Read Only Memory），CPU只能从ROM中读出预先写入的信息存储器均按字节编址,2存储器(用于存放程序与数据的半导体器件),3系统总线 系统总线是CPU与其他部件之间传送数据、地址和控制
26、信息的公共通道。根据传送内容可分成以下3种：数据总线DB（Data Bus）：用于CPU与主存储器、CPU与I/O接口之间传送数据。地址总线AB（Address Bus）：用于CPU访问主存储器和外部设备时，传送相关的地址。控制总线CB（Control Bus）：用于传送CPU对主存储器和外部设备的控制信号。4输入输出接口电路 输入/输出接口电路也称为I/O（Input /Output）电路，即通常所说的适配器、适配卡或接口卡。它是微型计算机外部设备交换信息的桥梁。,总线（BUS）包括地址总线、数据总线和控制总线三种。所谓总线，它将多个功能部件连接起来，并提供传送信息的公共通道，能为多个功能部
27、件分时共享，总线上能同时传送二进制信息的位数称为总线的宽度 CPU通过三种总线连接存储器和I/O接口，构成了微型计算机,3总线,（1）地址总线AB（Address Bus）,（2）数据总线DB（Data Bus）,数据总线是CPU和存储器、CPU和I/O接口之间传送信息的数据通路，数据总线传输的方向为双向传输。数据总线的宽度越宽，CPU传输数据信息的速度越快，8086 CPU数据总线为16位，Pentium Pro的数据总线64位，见表1-1，分别表示CPU一次可与存储器或I/O接口传送16位和64位二进制信息,（3）控制总线CB（Control Bus）,CPU的控制总线按照传输方向分为两种
28、，一种是由CPU发出的控制信号，用以对其他部件的读控制、写控制等，另一种则是其他部件发向CPU的，反过来实现对CPU的控制，在两种方向的控制信号中前者多于后者,5主机板 主机板也称为系统主板或简称主板。主机板上有CPU芯片、内存槽、扩展槽、各种跳线和一些辅助电路。 6外存储器 分为软磁盘、硬磁盘、光盘存储器。 磁盘存储器由磁盘、磁盘驱动器和驱动器接口电路组成，统称为磁盘机。 光盘存储器是由光盘、光盘驱动器和接口电路组成。7输入/输入设备 计算机最常用的输入设备是键盘和鼠标。 计算机最常用的输出设备是显示器和打印机。,1.4.3 微型计算机的软件系统,计算机软件是指支持计算机运行的各种程序，以及
29、开发、使用和维护这些程序的各种技术资料的总称。软件系统由系统软件和应用软件组成，它们形成层次关系。处在内层的软件要向外层软件提供服务，外层软件必须在内层软件支持下才能运行。 系统软件的主要功能是简化计算机操作，充分发挥硬件功能，支持应用软件的运行并提供服务。应用软件处于软件系统的最外层，直接面向用户，为用户服务。应用软件是为了解决各类应用问题而编写的程序，包括用户编写的特定程序，以及商品化的应用软件和套装软件。计算机语言也称为程序设计语言，是人机交流信息的一种特定语言。在编写程序时用指定的符号来表达语义。,1.5 微型计算机的特点及应用,1.5.1 微型计算机的特点 通常，微型计算机具备以下特
30、点：功能强可靠性高价格低适应性强周期短，见效快体积小、重量轻、耗电省维护方便,1.5.2 微型计算机的应用,微型计算机按其复杂程度的不同，可适用于各种行业，从仪器仪表和家电的智能化，到科学计算、自动控制、数据和事务处理、辅助设计、办公自动化、生产自动化、数据库应用、网络应用、人工智能、计算机模拟、计算机辅助教育等各个领域均得到了广泛的应用。 （1）办公自动化：简称为OA（Office Automation）。它是计算机、通信与自动化技术相结合的产物，也是当前最为广泛的一类应用。 （2）生产自动化：包括计算机辅助设计、计算机辅助制造和计算机集成制造系统等，它们是计算机在现代生产领域特别是制造业中
31、的典型应用，不仅提高了自动化水平，而且使传统的生产技术发生了革命性的变化。,（3）数据库应用：数据库是在计算机存储设备中按照某种关联方式存放的一批数据。借助数据库管理系统DBMS，可对其中的数据实施控制、管理和使用。 （4）网络应用：计算机网络就是利用通信设备和线路等与不同的计算机系统互连起来，并在网络软件支持下实现资源共享和传递信息。通常有局域网（LAN）、广域网（WAN）、城市网（CAN）和因特网（Internet）。 （5）人工智能：人工智能研究方向中最具有代表性的两个领域是专家系统和机器人。 （6）计算机仿真：计算机仿真是使用仿真软件在计算机上进行必要的模拟试验，从而大大减少投资、避免
32、风险。 （7）远程教育：远程教育是建立在互联网上的一种教学环境。它以现代化的信息技术为手段，以适合远程传输和交互式学习的教学资源为教材构成开放式教育网络。,1.6 计算机中数值数据的表示,1.6.1 基本概念 在计算机内部表示二进制数的方法称为数值编码，把一个数及其符号在机器中的表示加以数值化，称为机器数。机器数所代表的数称为数的真值。 表示一个机器数，应考虑以下三个因素： 1机器数的范围 字长为8位，无符号整数的最大值是（11111111）B=（255）D，此时机器数的范围是0 - 255。 字长为16位，无符号整数的最大值是 （1111111111111111）B=（FFFF）H=（655
33、35）D 此时机器数的范围是0 - 65535。,2机器数的符号 在算术运算中，数据是有正有负的，将这类数据称为带符号数。 为了在计算机中正确地表示带符号数，通常规定每个字长的最高位为符号位，并用0表示正数，用1表示负数。 3机器数中小数点的位置 在机器中，小数点的位置通常有两种约定： 一种规定小数点的位置固定不变，这时的机器数称为“定点数”。 另一种规定小数点的位置可以浮动，这时的机器数称为“浮点数”。,在计算机中，约定数据小数点的位置固定在某一位，原理上讲，小数点的位置固定在哪一位都行，但是，通常有两种定点格式，一是将小数点固定在数的最左边（即纯小数），二是固定在数的最右边（即纯整数）,1
34、.定点数的表示法,例如，用宽度为n+1位的字来表示定点数X，其中X0表示数的符号，例如1代表负数，0代表正数，其余位代表它的数位，对于任意定点数X=X0X1X2Xn，在定点计算机中可表示为： 如果X为纯小数，小数点固定在X0与X1之间，数X的表示范围为： 0|X|1-2-n 如果X为纯整数，小数点固定在Xn的右边，数X的表示范围为： 0|X|2n-1,2.浮点数的表示法（1）,任意一个十进制数N可以写成 N=10EM （1-3）任意一个二进制数N可以写成 N=2em （1-4） 例如，N=101.1101=200110.1011101同样，在计算机中一个任意进制数N可以写成： N=ReM,其中
35、，m为浮点数的尾数，是一个纯小数，e是比例因子的指数，称为浮点数的指数，是一个纯整数，比例因子的基数R是一个常数，一般R取值为2，也有取值为8、16两种情况,2.浮点数的表示法（2）,在计算机中存放一个完整的浮点数，应该包括阶码、阶符、尾数以及尾数的符号（数符）共4部分，即：,一般按照IEEE 754标准，采用32位浮点数和64位浮点数两种标准格式,32位浮点数标准格式如下：,(1) 32位浮点数标准格式,在32位浮点数中，约定基数R=2， S是尾数的符号位，即浮点数的符号位，它占一位，安排在最高位，0表示正数，1表示负数，尾数M占23位，放在低位部分，当然是纯小数。E是阶码，占8位。,(2)
36、 64位浮点数格式,它与32位浮点数的组成原理相同，约定基数R=2，尾数符号位S占一位，置于最高位，规格化的尾数M占52位，最左边一位1已被隐藏。,二、原码、反码与补码,1.机器数与真值 机器数：带符号的二进制数称之为机器数 二进制数最高位作为符号位 ：1表示负数，0表示正数例： 取8位字长时10001111B则可以代表-1500001111B则可以代表+15,真值：机器数所能表示的值,在微机中，机器数有三种表示方法，即原码、反码与补码,2. 原码表示法,若定点整数的原码形式为X0X1X2Xn，则原码表示的定义是 X 2n X0 X原= 2n-X=2n +X 0X-2n (1-8) X0为符号
37、位，若n=7，即字长8位，则 X取值范围：-127+127 +0原=00000000 -0原=10000000,原码 正数的符号位为0，负数的符号位为1，其它位按照一般的方法来表示数的绝对值。用这样的表示方法得到的就是数的原码。【例】当机器字长为8位二进制数时： X1011011 X原码01011011 Y1011011 Y原码11011011 1原码00000001 1原码10000001 127原码01111111 127原码11111111 原码表示的整数范围是： （2n-11） （2n-11），其中n为机器字长。 则：8位二进制原码表示的整数范围是127 127 16位二进制原码表示的
38、整数范围是3276732767,采用原码表示法简单易懂，但它最大缺点是加法运算电路复杂，不容易实现,3.反码表示法,对于定点整数，反码表示的定义是： X 2n X0 X反= (2n+1-1) +X 0X-2n (1-9) 同样n取7，即字长8位，那么 X取值范围：-127+127 +0反= 00000000 -0反= 11111111,反码 对于一个带符号的数来说，正数的反码与其原码相同，负数的反码为其原码除符号位以外的各位按位取反。【例】当机器字长为8位二进制数时： X1011011 X原码01011011 X反码01011011 Y1011011 Y原码11011011 Y反码101001
39、00 1反码00000001 1反码11111110 127反码01111111 127反码10000000 负数的反码与负数的原码有很大的区别，反码通常用作求补码过程中的中间形式。 反码表示的整数范围与原码相同。,4.补码表示法,对于定点整数，补码表示的定义是： X 2n X0 X补= 2n+1 +X=2n+1 -X 0X-2n (1-10) 同样如果n取7，即字长8位，那么 X取值范围：-128+127 +0补=-0补=00000000 -10000000补=10000000 X补补=X，对已知的一个补码通过再一次求其补，便可还原出真值,补码 正数的补码与其原码相同，负数的补码为其反码在最
40、低位加1。【例】（1）X1011011 （2） Y1011011 （1）根据定义有： X原码01011011 X补码01011011（2） 根据定义有： Y原码11011011 Y反码10100100 Y补码10100101 补码表示的整数范围是2n-1 （2n-11），其中n为机器字长。 则：8位二进制补码表示的整数范围是128 127 16位二进制补码表示的整数范围是32768 32767 当运算结果超出这个范围时，就不能正确表示数了，此时称为溢出。,例 若字长8位，X=126，Y=-126,求 X原，X反 ，X补和Y原，Y反，Y补。 解： X原=X反=X补=01111110 Y原=111
41、11110 Y反=10000001 Y补=10000010,5.补码的加减法运算及溢出的判断,(1)补码加法运算 规则：X补+Y补 = X+Y补 条件：X、Y以及X+Y在定义域内 特点：符号位参与运算；以2n+1为模进行加法，最高位相加产生的进位自然丢掉 根据运算后结果的符号位，对结果求补，即X+ Y补补=X+Y，便可还原出真值,在下面所有例子的运算过程中，假定字长均是8位,例 X=+00001111，Y=+01000000，求X+Y解：X补=00001111 Y补=01000000 00001111 + 01000000 01001111=X+Y补=X+Y，结果正确。例 X=-0000111
42、1，Y=01000000，求X+Y解：X补=11110001 y补=01000000 11110001 + 01000000 1 00110001=X+Y补=X+Y，结果正确。,(3)溢出的判断,若参与操作的两数在定义域内，但运算结果超出了字长范围内补码所能允许表示的值，所计算出的结果产生了错误，称之为溢出例如字长8位，补码表示数的范围是： -128x+127，若字长n位，补码所能表示数的范围是-2n-1x2n-1-1，当运算结果超出这个范围时，便产生溢出，两个正数相加可能产生正的溢出，两个负数相加可能会产生负的溢出，正负两数相加不会产生溢出,例 D7D6 0 1 0 0 0 0 0 0 +
43、64 + 0 1 0 0 0 0 0 1 + 65 1 0 0 0 0 0 0 1 + 129+127， 结果错误，产生了溢出 两个正数相加，结果为负数形式，这是由于+129+127的原因，从上式可看出D6=1，D7=0，OF=D6D7=10=1，溢出标志OF=1，表示有溢出。,例 计算-128-1 D7D6 -128补 = 1 0 0 0 0 0 0 0 + -1补 = 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 两个负数相加，结果为正数形式，这是由于-128-1=-129-128的原因，从上式可看出D6=0，D7=1，OF=D6D7=01=1，表示有溢出,例 计算6
44、4-1 D7D6 +64补=0 1 0 0 0 0 0 0 + -1补=1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 运算结果正确。D7=1，D6=1，则OF=D6D7=11=0，无溢出,5补码与真值之间的转换,正数补码的真值等于补码的本身；负数补码转换为其真值时，将负数补码按位求反，末位加1，即可得到该负数补码对应的真值的绝对值。【例】X补码01011001B，X补码11011001B，分别求其真值X。（1）X补码代表的数是正数，其真值： X1011001B （126124123120） （641681） （89）D（2）X补码代表的数是负数，则真值： X（1011001求反1）B （01001101）B （0100111）B （125122121120） （32421） （39）D,
