微机原理 数值编码值与微机组成

微机原理数值编码值与微机组成第一页，共四十二页，2022年，8月28日2.1微机数字电路基础门电路(GateCircuit):用以实现逻辑关系的电子电路。单器件门电路集成门电路：TTL、MOS管等门电路的电平状态：(LogicLevel)正逻辑：PositiveLogic用高电平表示逻辑1，用低电平表示逻辑0（默认）Logichigh->binary1,Logiclow->binary0(default)负逻辑：用低电平表示逻辑1，用高电平表示逻辑0TechnologyLvoltageHvoltageNotesCMOS0VtoVcc/2Vcc/2toVccVcc=supplyvoltageTTL0Vto0.8V2VtoVccVcc=5V±10%2023/2/242第二页，共四十二页，2022年，8月28日GateCircuit&TruthTable2.1微机数字电路基础2023/2/243第三页，共四十二页，2022年，8月28日2.1微机数字电路基础常用门电路芯片：74LS系列2023/2/244第四页，共四十二页，2022年，8月28日2.1微机数字电路基础三态门（Three-stateGate）三态门：在普通门电路的基础上附加控制电路而构成低使能同向三态门低使能反向三态门高电平、低电平、高阻态(logic1,logic0,highimpedance)功能表EN=1EN=0F高阻态2023/2/245第五页，共四十二页，2022年，8月28日2.1微机数字电路基础三态门控制模式高电平有效低电平有效2023/2/246第六页，共四十二页，2022年，8月28日2.1微机数字电路基础三态门应用①数据总线结构只要控制各个门的EN端轮流为1，且任何时刻仅有一个为1，就可以实现各个门分时地向总线传输。②实现数据双向传输EN=1，G1工作，G2高阻，A经G1反相送至总线；EN=0，G1高阻，G2工作，总线数据经G2反相从Y端送出。2023/2/247第七页，共四十二页，2022年，8月28日2.1微机数字电路基础组合逻辑电路-译码器(Decoder)二进制译码器(binarydecoder)设二进制译码器的输入端为n个，则输出端为2n个，且对应于输入代码的每一种状态，2n个输出中只有一个有效（为1或为0），其余全无效（为0或为1）。2023/2/248第八页，共四十二页，2022年，8月28日2.1微机数字电路基础译码芯片及应用3-8译码器74LS138G1G2AG2BCBAY0Y7••••译码使能端译码输入端译码输出端2023/2/249第九页，共四十二页，2022年，8月28日2.1微机数字电路基础使能端输入端输出端G1G2AG2BCBAY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7

01

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100100100100100100100100

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2023/2/2410第十页，共四十二页，2022年，8月28日2.1微机数字电路基础译码器应用

在微机中，对内存、I/O端口的访问需要地址，而地址信息是通过译码器实现的。译码器级联（扩展）是通过使能端实现的。片上地址接地址总线低端，片上使能端透过译码器接地址总线高端。A0A1A2ENEN12122-42-4Y3Y2Y1Y0Y7Y6Y5Y42023/2/2411第十一页，共四十二页，2022年，8月28日2.1微机数字电路基础思考：试用两片3线－8线译码器74LS138组成4线－16线译码器，将输入的4位二进制代码D3D2D1D0译成16个独立的低电平信号Y0～Y15。其它数字逻辑器件：加法器触发器同步时序电路?2023/2/2412第十二页，共四十二页，2022年，8月28日2.1微机数字电路基础译码器应用2023/2/2413第十三页，共四十二页，2022年，8月28日2.2几种数制之间的转换1.几种常用的计数体制(NumericalSystem)十进制(Decimal)：符合人们的习惯0,1,2,3,4,5,6,7,8,9123,45,6二进制(Binary)：便于物理实现0,11001B,1001b,100B,11b十六进制(Hexadecimal)：便于识别、书写0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,a,b,c,d,e,f12h(12H),0a5h(0A5H),0E52CH,0e52ch2023/2/2414第十四页，共四十二页，2022年，8月28日2.2几种数制之间的转换2.不同数制之间的转换二进制/十六进制转换为十进制对R进制数N，其按权展开多项式为：N=DnRn+Dn-1Rn-1+Dn-2Rn-2+…+D0R0R:基数，D：数制权二进制R=2,D=(0，1)十六进制R=16,D=(0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，A，B，C，D，E，F)N=10001011BN=0F12CH2023/2/2415第十五页，共四十二页，2022年，8月28日2.不同数制之间的转换十进制转换为二进制/十六进制2023/2/2416第十六页，共四十二页，2022年，8月28日2.2几种数制之间的转换2.不同数制之间的转换十六进制与二进制转换用4位二进制数表示1位十六进制数0000-------------0H┇┇1001-------------9H

1010-------------0AH1011-------------0BH1100-------------0CH1101-------------0DH1110-------------0EH1111-------------0FH2023/2/2417第十七页，共四十二页，2022年，8月28日2.3微型计算机运算基础1.计算机中的编码（符号编码-非数值型数据）8421BCD编码,(Binary-codeddecimalnotation)，用二进制数编码十进制数紧凑BCD码（4位）/压缩BCD码用4位二进制码表示一位十进制数，一个字节可放2位十进制数。25BCD码可表示为（00100101）BCD非紧凑的BCD码（8位）/非压缩BCD码用8位二进制码表示一位十进制数，高4位总为0。25BCD码可表示为（0000001000000101）BCD2023/2/2418第十八页，共四十二页，2022年，8月28日2.3微型计算机运算基础1.计算机中的编码（符号编码-非数值型数据）ASCII美国国家信息交换标准码（AmericannationalStandardCodeforInformationInterchange）字符的编码，一般用7位二进制码表示用8位二进制数表示时，最高位总为0用一个字节（8位）表示一个ASCⅡ字符‘0’~’9’(30H~39H),’A’~’Z’(41H~46H),’a’~’z’(61H~66H)2023/2/2419第十九页，共四十二页，2022年，8月28日2.3微型计算机运算基础2.计算机中二进制数的表示方法定点数：小数点位置固定（例如纯整数和纯小数）浮点数：小数点位置不固定（充分利用有限位数，扩大数的表示范围和精度）关于数的表示，以定点数为主，定点数中，以整数为主。二进制数算术运算:加、减、乘、除逻辑运算:与、或、非、异或无符号数有符号数算术运算2023/2/2420第二十页，共四十二页，2022年，8月28日2.3微型计算机运算基础3.计算机中机器数的种类(数的编码)无符号数（正整数）正整数，8位机器（0~255）,16位机器（？）一个n位的无符号二进制数X，其表示范围为：0≤

X≤2n-1，若运算结果超出这个范围，则产生溢出。溢出的判别方法运算时，当最高位向更高位有进位（或借位）时则产生溢出。2023/2/2421第二十一页，共四十二页，2022年，8月28日2.3微型计算机运算基础4.计算机中机器数的种类(数的编码)有符号数的表示通常数的最高位为符号位，对于字长8位机器数,D7为符号位:0表示正，1表示负，D6～D0为数字位。连同符号位在一起作为一个数称为机器数，机器数的数值部分称为机器数的真值（带+或-号）。 （+91）N1=+1011011

01011011

（-91）N2=－1011011

11011011

真值机器数对于有符号数，机器数常用原码、反码、补码表示数X的原码记作[X]原，反码记作[X]反，补码记作[X]补2023/2/2422第二十二页，共四十二页，2022年，8月28日2.3微型计算机运算基础

[X]原：最高位为符号位，“0”表示正号，“1”表示符号，其余数字位表示数值。表示简单，但做减法不方便X=＋105[X]原=0

1101001X=－105[X]原=1

1101001X=－52[X]原=10110100X=＋52[X]原=001101000的原码有两种表示[+0]原=00000000[-0]原=10000000n位有符号数原码表示数值的范围是：-（2n-1-1)~+(2n-1-1)思考：机器数为110110如何用原码表示？（8位机器）

8位二进制数原码的范围?2023/2/2423第二十三页，共四十二页，2022年，8月28日2.3微型计算机运算基础[X]反：若X>0,则[X]反=[X]原，若X<0,则[X]反= 对应原码的符号位不变，数值部分按位求反[+4]反

=[+4]原

=00000100,[-4]反

=11111011[+127]反=[+127]原

=01111111[-127]反

=100000000的反码有两种表示[+0]反=00000000[-0]反

=11111111n位反码表示数值的范围是:-（2n-1-1)~+(2n-1-1)负数的反码数值位并不表示此负数的数值，必须按位取反后，才得到表示这7位的二进制数值。思考：8位二进制数反码的范围?2023/2/2424第二十四页，共四十二页，2022年，8月28日2.3微型计算机运算基础

[X]补：正数的补码表示与原码相同，(最高位用“0”表示正，其余位为数值位)，负数的补码表示为它的反码+1。

[+127]补=[+127]原=01111111[-127]补=[-127]反+1=10000001X=–52=–01101000的补码只有一种[+0]补=[+0]原=00000000[-0]补=[-0]反+1=11111111+1=1

00000000n位反码表示数值的范围是:-2n-1~+(2n-1-1)负数的补码数值位并不表示此负数的数值，必须按位取反并加1后，才得到表示这7位的二进制数值。思考：8位二进制数补码的范围?2023/2/2425第二十五页，共四十二页，2022年，8月28日2.3微型计算机运算基础特殊数的码值10000000B原码：-0反码：-127补码：-128无符号数：1288位机器数对照表2023/2/2426第二十六页，共四十二页，2022年，8月28日2.3微型计算机运算基础三种码制之间关系及特点正数：原，反，补相同负数：原，反，补不同，但最高位为1。负数:

原→反，符号位不变，尾数按位求反原→补，符号位不变，尾数按位求反+1补→原，符号位不变，尾数求反+1反→原，符号位不变，尾数求反.[[x]补]补＝[x]原补码的加减法运算加法：两数补码的和等于两数和的补码[x]补＋[y]补＝[x+y]补减法：两数补码的差等于两数差的补码[x]补－[y]补＝[x－y]补运算结果:正常（在数的有效范围内)/不正常（溢出）双进位法判断溢出OF=D7cD6c2023/2/2427第二十七页，共四十二页，2022年，8月28日例：负数溢出的情况X=11111111(－127)10Y=10000010(－2)10 10000001[补码] + 11111110[补码] = 01111111[补码]结果：(＋127)10，

D7c＝1，D6c

＝0，溢出－127＋(－2)＝－129，超出了－128~D~127范围2.3微型计算机运算基础2023/2/2428第二十八页，共四十二页，2022年，8月28日例：正数溢出的情况X=01000000(64)10Y=01000001(65)10 01000000[补码] + 01000001[补码] = 10000001[补码]结果：(－127)10，

D7c＝0，D6c＝1，溢出64＋65＝129，超出了－128~D~127范围2.3微型计算机运算基础2023/2/2429第二十九页，共四十二页，2022年，8月28日2.4微型计算机系统的组成1.基本概念运算器

控制器寄存器组

内存储器总线输入输出接口电路外部设备软件微处理器微型计算机微型计算机系统2023/2/2430第三十页，共四十二页，2022年，8月28日2.4微型计算机系统的组成系统软件：DOS/Windows95/98/2000/unix应用软件：WPS、Word、Photoshop应用软件：CAD、MATLAB、LABVIEW微处理器CPU

存储器(RAM,ROM)I/O接口总线硬件软件微型计算机系统微型计算机(主机)外设ALU寄存器控制部件键盘、鼠标显示器软驱、硬盘、光驱打印机、扫描仪2023/2/2431第三十一页，共四十二页，2022年，8月28日2.4微型计算机系统的组成2.微型计算机硬件－软件关系计算机语言系统程序编译系统机器源文件计算机硬件用户应用程序系统应用程序操作系统机器指令微指令硬件逻辑电路运算器存储器控制器输出设备输入设备原始数据和指令计算结果2023/2/2432第三十二页，共四十二页，2022年，8月28日2.4微型计算机系统的组成3.微型计算机系统结构微机系统总线：地址总线、数据总线、控制总线存储器I/O接口输入设备I/O接口数据总线DB控制总线CB地址总线AB输出设备CPU2023/2/2433第三十三页，共四十二页，2022年，8月28日2.4微型计算机系统的组成4.微型计算机的总线结构CPUMI/O总线单总线CPUM存储器总线I/OI/O总线双总线

全局M

全局I/ODMA控制器双重总线CPU局部I/O局部M缓冲器总线控制逻辑局部总线全局总线2023/2/2434第三十四页，共四十二页，2022年，8月28日2.4微型计算机系统的组成5.微处理器组成运算器：ALU，参加运算的两个操作数：(1)累加器，(2)内部DB(数据总线)、DR（数据寄存器）、RA（寄存器阵列）控制器：指令寄存器IR(instructionregister)IP指令译码器ID(instructiondecoder)可编程逻辑阵列PLA(programmablelogicarray)2023/2/2435第三十五页，共四十二页，2022年，8月28日2.4微型计算机系统的组成5.微处理器组成内部寄存器：累加器A(accumulator)AX(AH/AL)数据寄存器DR(dataregister)BX/CX/DX程序计数器PC(programcounter)CS/IP地址寄存器AR(addressregister)标志寄存器F(flagregister)FLAG(PSW)2023/2/2436第三十六页，共四十二页，2022年，8月28日2.4微型计算机系统的组成6.微机存储器(内存):存放程序和数据的部件Bit(bit位),每个二进制位Byte(byte),字节,通常为8个bit,bit7~bit0Word(word),字，两个byte,16个bit，bit15~bit0内存的存储单元（cell）及容量存储单元中bit的位数存储单元的标号-地址(实际地址/物理地址)1KB＝210Byte