第1章 微型计算机基础

第1章微型计算机基础ThePrincipleandApplicationOfMicrocomputerCPU地址译码电路I/O设备RAMROM地址信息片选信号I/O接口DBABCB第1章微型计算机基础ThePrincipleandApplicationOfMicrocomputer2020/1/212§1.3微型计算机的运算基础定点法浮点法定点机：用定点表示的计算机（51单片机)定点法表示整数，浮点法表示实数浮点机：用浮点表示的计算机（PC机)一、计算机中数的表示方法1.3微型计算机的运算基础计算机中数的表示方法第1章微型计算机基础ThePrincipleandApplicationOfMicrocomputer2020/1/2131.定点表示（单片机）纯整数形式纯小数形式定点机中通常采用纯整数形式以8位机为例，用8位二进制数表示一个纯整数，格式如下：符号Pf为符号位：0—正数，1—负数1.3微型计算机的运算基础计算机中数的表示方法第1章微型计算机基础ThePrincipleandApplicationOfMicrocomputer2020/1/214在计算机中，对于带正、负号的数，其符号被数码化了，这种表示数据的形式称为机器数。（数在计算机中的表示形式统称为机器数，连符号位一起做为能被计算机识别的一个数）注：最基本的机器数有三种：原码、反码、补码1.3微型计算机的运算基础计算机中数的表示方法第1章微型计算机基础ThePrincipleandApplicationOfMicrocomputer2020/1/2152.浮点表示（必须带小数点）对于任意一个二进制数N总可以表示为：N=S×2P其中S是数N的尾数，P是数N的阶码。格式如下：Pf阶码PSf尾数SPf为阶码的符号位，0正，1负Sf为尾数的符号位，0正，1负1.3微型计算机的运算基础计算机中数的表示方法第1章微型计算机基础ThePrincipleandApplicationOfMicrocomputer2020/1/216111.0101B=1.110101B×210B=0.1110101B×211B当阶码P取不同数值时，尾数小数点位置是可以变动的，因此称为浮点法。为了使计算机在运行过程中不丢失有效数字，提高运算精度，一般都采用二进制浮点规格化数，所谓浮点规格化是指1/2|S|1；即小数点后面的一位必须为1，小数点前面一位为01.3微型计算机的运算基础计算机中数的表示方法第1章微型计算机基础ThePrincipleandApplicationOfMicrocomputer2020/1/217例：若有二进制数0.0011010B，规格化后的形式为0.11010×2–10B用8位二进制数的格式将其表示为浮点数(使用原码形式，尾数部分和阶码部分各占4位）：注：规格化后尾数超出三位小数部分自动舍去，所以用浮点数表示有可能产生误差计算机中数的浮点表示形式实际上是补码形式，尾数部分为补码定点纯小数，阶码部分为补码定点纯整数。1.3微型计算机的运算基础计算机中数的表示方法第1章微型计算机基础ThePrincipleandApplicationOfMicrocomputer2020/1/218若有m位阶码，n位尾数，则数N的表示范围为：(21)(21)22||2(12)mmnnN注：1）规格化后尾数超出三位小数部分自动舍去，所以用浮点数表示有可能产生误差。2）当计算机字长确定以后，阶码与尾数所占的位数由操作系统决定。当阶码越长则尾数越短，数的表示范围越宽，但精度低；当阶码越短则尾数越长，数的表示范围越窄，但精度高1.3微型计算机的运算基础计算机中数的表示方法第1章微型计算机基础ThePrincipleandApplicationOfMicrocomputer2020/1/219练习题将下列十进制数用浮点表示法表示(使用原码形式，尾数部分和阶码部分各占4位）：①-3.756②+0.573答案：①00101111B②00000100B补充方法：DB①整数部分除2倒序取余②小数部分乘2正序取整1.3微型计算机的运算基础计算机中数的表示方法第1章微型计算机基础ThePrincipleandApplicationOfMicrocomputer2020/1/2110计算机编码：用规定好的二进制组合表示数据、字符、汉字等信息二、计算机中常见的编码1.ASCII码（字符编码）ASCⅡ码是美国标准信息交换码（AmericanStandardCodedforInformationInterchange），有两种版本问题：对于一些数据、字符、汉字等信息在计算机中如何表示？1.3微型计算机的运算基础计算机中常见的编码第1章微型计算机基础ThePrincipleandApplicationOfMicrocomputer2020/1/211196个图形字符10个十进制数字52个英文字符34个其他字符32个控制字符回车符、换行符、退格符设备控制符和信息分隔符等7位二进制数表示一个字符，早期用于电讯行业，后被移植入计算机，可表示128个字符1.3微型计算机的运算基础计算机中常见的编码第1章微型计算机基础ThePrincipleandApplicationOfMicrocomputer2020/1/2112采用8位二进制数表示一个字符的ASCⅡ码，最高位为扩展位，最高位若为0，则为基本ASCⅡ码。最高位为1，则为扩展的ASCⅡ码，一般用来表示键盘上不可显示的功能键编码ASCⅡ码表中:A～Z的ASCⅡ编码是41H～5AHa～z的ASCⅡ编码是61H～7AH0～9的ASCⅡ编码是30H～39H1.3微型计算机的运算基础计算机中常见的编码第1章微型计算机基础ThePrincipleandApplicationOfMicrocomputer2020/1/2113在计算机中用二进制数表示十进制数的方法很多，常用的有8421BCD码，即用四位二进制数表示一位十进制数，因组成它的4位二进制数码的权为8、4、2、1而得名。（参看8421BCD码表）2.BCD码（十进制数的二进制编码:BinaryCodedDecimal）1.3微型计算机的运算基础计算机中常见的编码第1章微型计算机基础ThePrincipleandApplicationOfMicrocomputer2020/1/21148421BCD编码表注：4位二进制数称为一位8421BCD码字1.3微型计算机的运算基础计算机中常见的编码第1章微型计算机基础ThePrincipleandApplicationOfMicrocomputer2020/1/2115BCD码与非BCD码00000B10001B20010B30011B40100B50101B60110B70111B81000B91001BA1010BB1011BC1100BD1101BE1110BF1111B非BCD码冗余码非法码BCD码注：在0～9之间十进制数的BCD码与十六进制是相同的，10以后的称为非BCD码1.3微型计算机的运算基础计算机中常见的编码第1章微型计算机基础ThePrincipleandApplicationOfMicrocomputer2020/1/2116压缩BCD码与非压缩BCD码压缩BCD码：是一个字节中存放两个十进制数字位如：将十进制数8962用压缩BCD码表示1000100101100010B在主存中存放形式：非压缩BCD码：是指每个字节中只存放一个十进制数字位如：将十进制数8962用非压缩BCD码表示00001000000010010000011000000010B在主存中存放形式：1.3微型计算机的运算基础计算机中常见的编码第1章微型计算机基础ThePrincipleandApplicationOfMicrocomputer2020/1/2117BCD码加法运算BCD加法就是按“逢十进位”的原则进行相加，其和也是一个BCD数。但计算机只能进行二进制加法，在相邻BCD码字之间只能“逢十六进位”。导致出现非BCD码。因此需要对结果进行调整，做到“逢十进位”1.3微型计算机的运算基础计算机中常见的编码第1章微型计算机基础ThePrincipleandApplicationOfMicrocomputer2020/1/2118结果仍为BCD码96[34]BCD=00110100B+[62]BCD=01100010B10010110B34+62=例1.3微型计算机的运算基础计算机中常见的编码第1章微型计算机基础ThePrincipleandApplicationOfMicrocomputer2020/1/2119例：89+95=184[89]BCD=10001001B+[95]BCD=10010101B100011110B←运算结果的低4位出现非BCD码高4位出现进位，均应做加6调整←结果仍为BCD码进位→01100110B+110000100B1.3微型计算机的运算基础计算机中常见的编码第1章微型计算机基础ThePrincipleandApplicationOfMicrocomputer2020/1/2120低位向高位产生进位，高位出现非BCD码均应作加6调整相加结果为无符号数，最高位进位有效进位结果仍为BCD码117例：48+69=[48]BCD=01001000B+[69]BCD=01101001B10110001B100010111B01100110B+1.3微型计算机的运算基础计算机中常见的编码第1章微型计算机基础ThePrincipleandApplicationOfMicrocomputer2020/1/2121在BCD加法过程中，进制不同导致出现非BCD码或某位向高位产生进位，使运算结果不正确。在这种情况下均应作加6调整，以补上多拿走的6。十进制调整在计算机中有专门的调整电路自动完成总结：1.3微型计算机的运算基础计算机中常见的编码第1章微型计算机基础ThePrincipleandApplicationOfMicrocomputer2020/1/2122三、计算机中的运算电路及补码运算1.计算机中的运算电路计算机中的运算都是在运算器中运行的，运算器是由加法器构成的，只会做二进制加法运算，一位二进制全加器电路如图所示：FASiAiBiCi+1Ci全加器真值表1.3微型计算机的运算基础计算机中的运算电路及补码运算第1章微型计算机基础ThePrincipleandApplicationOfMicrocomputer2020/1/2123组成八位二进制数加法器电路如图所示FA6FA7FA5FA0OVCYS7S6S5C6C7C8C1C0SUBS0a7b7a6b6a5b5a0b01.3微型计算机的运算基础计算机中的运算电路及补码运算第1章微型计算机基础ThePrincipleandApplicationOfMicrocomputer2020/1/2124a0a1a2a3a4a5a6a7为被加数/被减数b0b1b2b3b4b5b6b7为加数/减数S0S1S2S3S4S5S6S7为和或差C1C2C3C4C5C6C7C8为加法运算中低位向高位的进位(1)SUB为加减控制信号1.3微型计算机的运算基础计算机中的运算电路及补码运算第1章微型计算机基础ThePrincipleandApplicationOfMicrocomputer2020/1/2125当执行减法指令时，SUB=1，图中各异或逻辑门均为反相逻辑门，则Si=ai-bi+ci=ai+bi+ci，S0=a0-b0+1，FA连同SUB的状态一起做加法运算当执行加法运算指令时，SUB=0，图中各异或逻辑门均为同相逻辑门，对加数没有任何影响，则Si=ai+bi+ci结论：计算机作减法运算时，其运算过程是：一个数减去另一个数，等于加上另一个数的反码并加1，这个运算过程称为补码运算1.3微型计算机的运算基础计算机中的运算电路及补码运算第1章微型计算机基础ThePrincipleandApplication