计算机原理与应用

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■任课教师:计算机系信管教研室闫文忠

■电话/p>

■E-mail:yanwenzhong@

■办公室:10209

计算机原理与应用

课程简介

■本课程是机电一体化专业学生选修的专业课

程，具有较强的理论性、实践性和实用性。

■通过学习本课程，使学生了解8086/8088计

算机系统的组成、工作原理及接口技术。以

8086/8088为基础，启发学生对

80386/80586及P—II、P—III工作原理的

理解，为实际使用计算机及掌握计算机安全

打下理论基础。

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教学基本要求

掌握接口技术的基本概念、设计方法，常用

芯片性能与使用。

■(1)熟悉计算机中数制和码制

■(2)了解微处理器工作原理

■(3)了解总线与时序

■(4)输入/输出系统

■(5)掌握中断系统系统概念及8259的使用

■(6)掌握并行接口芯片8255A及DMA控制器

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对同学们的要求

■按时上课，上课时不说话、不睡觉

-有病或有事时按学校规定请假

■按时提交作业和实验报告

■欢迎多提建设性意见

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成绩构成

■期末考试占70%

■平时成绩占30%

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第6周周一（4月5日）课程调至第10周周二

（5月4日）上课

第16周周一（6月14日）课程调至第10周周三

（5月5日）上课

实验安排

■第4周周一7、8节

■第5周周一7、8节

■第14周周一7、8节

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答疑安排

■答疑时间：每周一1112节

■答疑地点：10209

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A/r____.Vr

弟一早基础知识

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本章主要内容

■计算机中的数制

■无符号二进制数的算术运算和逻辑运算

■带符号二进制数的表示及运算

■定点数和浮点数

■二进制编码

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本章重点

■计算机中的常用计数制、编码及它们

相互间的转换

■二进制数的算术运算和逻辑运算

■带符号二进制数的表示及补码运算

■二进制数运算中的溢出问题

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1.1计算机中的计数制

计数制

是指用一组固定的数字符号和统一的规则表示数的方

法。计数制有很多种，但在计算机的设计和使用上常

用的则为十进制、二进制、八进制和十六进制。

数制的基和权

数制所使用的数码的个数称为基，数制每一位所具有

的值称为权。P1

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十进制：基为“10”，权为以10为底的幕，

二进制：基为“2”，权为以2为底的募，

八进制：基为“8”，权为以8为底的嘉，

十六进制：基为“16”，权为以16为底的哥

不同数制的区别表示

方法一：用后缀区分

方法二：用括号将数字括起来，加以下标标注

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数制的转换

十进制数转换成二进制代码的方法：

(1)十进制整数转换成二进制整数

“除2取余，逆序排列”法。具体做法是：用2去

除十进制整数，可以得到一个商和余数；再用2去

除商，又会得到一个商和余数，如此进行，直到

商为零时为止。然后把先得到的余数作为二进制

数的低位有效位，后得到的余数作为二进制数的

高位有效位，依次排列起来。

例1：求十进制数17的二进制代码

计算机原理与应用胆回

例1：求十进制数17的二进制代码

被除数除数商余数

17281

8240

4220

2210

1201

Di

0

方法总结：对于十进制数整数部分采用除2取余法

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(2)十进制小数转换成二进制小数

“乘2取整，顺序排列”法。具体做法是：用2乘十

进制小数，可以得到积，将积的整数部分取出，再

用2乘余下的小数部分，又得到一个积，再将积的

整数部分取出，如此进行，直到积中的小数部分为

零，或者达到所要求的精度为止。

然后把取出的整数部分按顺序排列起来，先取的整

数作为二进制小数的高位有效位，后取的整数作为

低位有效位。

例2：求十进制数0.25的二进制代码

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例2：求十进制数0.25的二进制代码

方法总结：对于十进制数小数部分采用乘2取整法

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二进制数转换成十进制代码的方法：按位权展

开后相加求和。

例3：将二进制代码11011.0111转换为十进制数

二进制数11011.0111

242322212°242-32-4

权1684210.50.250.125.0625

数值16802100.250.125.0625

十进制数16+8+0+2+1+0+.25+.125+.0625=27.4375

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习题

1、下列各二进制数相当于十进制数的多少?

(1)11010

答案：(26)10

(2)110100

答案：(52)

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其他数制之间的转换P6

(1)二进制与八进制之间的转换

(2)二进制与十六进制之间的转换

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1.2无符号二进制数的运算

算术的四种基本运算：力口、减、乘、除

试计算011与010之和

011

+010

101

结论：两个二进制数相加是通过逐位相加来实现的。

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二进制数的减法运算

原理：通过逐位相减来实现，不够减时，借一

当二。

1101

-1011

0010

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二进制数的乘法运算

■对二进制数，乘以2相当于左移一位

［例］:

00001011X0100=00101100B

方法：1按照十进制的乘法过程

2采用移位加的方法

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二进制数的除法运算

■对二进制数，除以2则相当于右移1位

［例］:

00001011^0100=00000010B

即：商=00000010B

余数=11B

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无符号数的表示范围

0<X<2n-l

若运算结果超出这个范围，则产生溢出。

无符号数的溢出判断准则：运算时，当最高位向更

高位有进位（或借位）时则产生溢出。

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［例］:

11111111

+00000001

100000000

最高位向前有进位,产生溢出

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二进制数的逻辑运算

'与

或

非

I异或

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或运算

表达式：Y=AVB

其可能结果如下：

Y=0V0=0Y=0

Y=0V1=1

Y=1V0=1Y=1

Y=1V1=1

结论:有1为1,全0为0

计算机原理与应用超回

与运算

表达式：Y=AAB

其可能结果如下：

Y=1A1=1丫=1结论:有0为0,全1

Y=OAO=O为1

Y=1A0=0i=^>Y=0

Y=0A1=0

非运算

表达式：Y=A

这其实也是反向器的性质。所以在电路实现上，反向器

是反运算的基本元件

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异或运算

表达式：Y=A®B

其可能结果如下：

Y=1©0=1Y=1

Y=0©1=1

Y=0©0=0

Y=0

Y=1©1=0

结论:两者相异则结果为L两者相同则结果为0

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1.3带符号二进制数的表示及运算

计算机中的符号数可表示为:

符号位+真值

k_______________)

机器数

“02一……表示正

“1?-------表示负

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［例］:

+52=+0110100=00110100

符号位真值

-52=-0110100=10110100

符身位真值

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1.符号数的表示:

■原码:真值X的原码记为［X］原，在原码表示法中不论

数的正负，数值部分均保持原真值不变。

■反码:真值X的反码记为［X］反。正数的反码同原码。

负数的反码的数值部分为真值的各位按位取反。

■补码：真值X的补码记为［X］补。正数的补码同原码。

负数的补码的数值部分为真值的各位按位取反加1。

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原码:

■最高位为符号位，用“0”表示正，用“1”表

示负；其余为真值部分

■优点：真值和其原码表示之间的对应关系简

单，容易理解

■缺点：计算机中用原码进行加减运算比较困

难，0的表示不唯一

8位数。的原码：+0=00000000

-0=10000000

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反码

对一个机器数X：

■若X>0，则凶反=凶原

■若XVO,则以]反=对应原码的符号位不变，数值部分

按位求反

[例]:

[+0]s=00000000

X=-52=-0110100

[-0]反=11111111

[X]原=10110100

即：数。的反码也不唯一

[X]s=11001011

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补码

定义：

若X>0,则凶补二凶反=凶原

若XVO,则［不补=［不反+1

［例］：

X=-52=-0110100

［X］原=10110100

［X］反=11001011

反

［X］#=［X］+1=11001100

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。的补码：表小唯一

[+0]#=[+0]M=00000000

[-0]#=[-0]&+1=11111111+1

=100000000

/

对8位字长，进位被舍掉

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特殊数10000000

■该数在原码中定义为：-0

■在反码中定义为：-127

■在补码中定义为：-128

■对无符号数，(10000000)B=128

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带符号数的表示范围：

对8位二进制数：

■原码：-127-+127

■反码：-127^+127

■补码:-128~+127

符号二进制数与十进制的转换

对用补码表示的二进制数转换成十进制：P10

1）求出真值

2）进行二十转换

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[例]:

将一个用补码表示的二进制数转换为十进制数

■[X]^=00101110B真值为：0101110B

正数

所以：X=+46

凶补1010010B真值为：1010010B

负数

从而有：X=[[X]补]补=[11010010]补

=-0101110=-46

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2.符号数的算术运算

■通过引进补码，可将减法运算转换为加法运算

即：[X+Y]补=[X]补+[Y]补

[X-Y]#=[X+(-Y)]#

=[X]补+[・Y]补

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[例]:

X=-0110100,¥=+1110100,求X+Y=?

■[X]原=10110100无论正负，真值不变

■[X]#=[X]R+1=11001100

■[Y]#=[Y]^=01110100

.所以:[X+Y]补=凶补+[Y]补

=11001100+01110100

=01000000

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3.符号数运算中的溢出问题

■溢出判定准则：两个同符号二进制数相加或

异符号数相减时，若最高位进位㊉次高位进

位=1,则结果产生溢出。

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［例］:

若：X=01111000,¥=01101001则：X+Y=

01111000

+oiioiooi

I

I

ii100001

注意：次高位向最高位有进位，而最高位

向前无进位，产生溢出。（事实上，两正

数相加得出负数，结果出错）

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1.4定点数与浮点数

在计算机中，数可以采用定点表示或浮点表示。所

谓定点表示，就是小数点在数中的位置是固定不变的；

所谓浮点表示，就是小数点在数中的位置是浮动的。

(1)定点数

对于任意一个二进制数N总可以表示为纯整数(或纯

小数)和一个2的整数次哥的乘积

N=SX2P

其中，S称为尾数，P称为阶码，2称为阶码的底。此

处P、S都是用二进制数表示。

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000000011

I

01111111127

10000001—1

11111111-127

纯整数表示范围

+127之0-127

即+(27—1)2式三一(2?-1)

8位有符号纯整数与纯小数

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（2）浮点数

■浮点数由阶码和