中山大学《微型计算机系统原理及应用》考研重点笔记

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绪论

§1-1计算机的发展概况及分类

§1-1-1计算机的发展概况

1946年，第一台计算机在美国诞生，至今已有近60年的历史。60年来，计算机经历了

迅猛的发展，得到了广泛的普及，对整个社会的进步和科学的发展产生了极其深远的影响。

在此期间，计算机经历了电子管计算机时代、晶体管计算机时代、集成电路计算机时代、大

规模及超大规模集成电路计算机时代。计算机的功能己经从早期的数值计算、数据处理发展

到可以进行知识处理的人工智能阶段，不仅可以处理文字、字符、图形图象信息，而且可以

处理音频、视频信息，形成了智能化的多媒体计算机。

在推动计算机技术发展的诸多因素中，除了计算机的系统结构和计算机的软件技术发展

起到了重要的作用之外，电子技术特别是微电子技术的发展也起到了决定性的作用。70年

代初，随着大规模集成电路的出现，原来体积很大的中央处理器（CPU）电路集成为一个只

有十几平方毫米的半导体芯片，称为微处理器（MPU）。

微处理器的出现，开创了微型计算机的新时代。以微处理器为核心，再配上半导体存储

器（RAM、ROM）、输入/输出接口电路（I/O接口电路）、系统总线以及其他支持逻辑，这

样组成的计算机，称为微型计算机。微型计算机的出现，是计算机技术发展史上的一个新的

里程碑，为计算机技术的发展和普及开辟了崭新的途径。

由于微型计算机具有体积小、重量轻、价格便宜、耗电少、可靠性高、通用性和灵活性

好等特点，加上超大规模集成电路工艺技术的迅速发展和成熟，使微型计算机技术得到了极

其迅速的发展和广泛的应用。从1971年美国INTEL公司首先研制成功世界上第一块微处理

器芯片4004以来，在头十年中，差不多每隔2〜3年就推出一代新的微处理器芯片，如今已

经推出了多代微处理器产品。

微处理器是计算机的核心部件。它的性能在很大程度上决定了微型计算机的性能,因此，

微型计算机的发展是以微处理器的发展来更新换代的。

第一代（1971〜1973）微处理器和微型计算机是4位微处理器和低档8位微处理器时代。

在这一时期，典型的产品有INTEL4004、INTEL8008,其中INTEL8008是第一个8

位通用微处理器，以4004、8008为CPU构成的微型计算机分别是MCC4和MCS-8。主要

应用于各种袖珍计算器、家电、交通灯控制等简单控制领域。

第二代（1973〜1978）微处理器和微型计算机是成熟的8位微处理器时代。

1973年INTEL公司推出了性能更好的8位微处理器8080。它的出现，加速了微处理器

和微型计算机的发展。MOTOROLA公司的MS6800,ZILOG公司的Z80,INTEL公司的

8085等。广泛用于数据处理、工业控制智能仪器仪表及家电等各个领域。

第三代（1978〜1983）是16位微处理器时代。

70年代后期，超大规模集成电路的成熟，进一步推动了微处理器和微型计算机生产技

术向更高层次发展。1978年,INTEL公司率先推出了新一代16位微处理器8086,随后，INTEL

公司的8086/8088,MOTOROLA公司的MC68000和ZILOG公司的Z8000,这些高性能的

16位微处理器成为当时国内外市场上流行的典型产品，集成度高达29000管/片。INTEL

8086/8088内部采用流水线结构，设置了指令预取队列，使处理速度大大提高。INTEL公司

推出了十六位微处理器中的高档芯片80286,它具有多任务系统所必须的任务切换功能、存

储器管理功能和多种保护功能，支持虚拟存储体系结构，地址总线从20位增加到24位,存

储器直接寻址空间达到16MB,时钟频率提高到5MHz〜25MHZ。从80年代中、后期到90

年代初，80286一直是个人计算机IBMPC/AT机的主流型CPU。同期的产品还有

MOTOROLA的MC68010。

第四代（从1983年起）是32位微处理器时代。这一时期的典型产品有ZILOG公司推

出的Z80000、MOTOROLA公司推出的MC68020、INTEL公司推出的80386、80486、

MOTOROLA公司推出的68040等。

第五代（1993）是INTEL推出的Pentium微处理器（简称P5或586）。Pentium微处理

器的推出，使微处理器的技术发展到了一个崭新的阶段，标志着微处理器完成从CISC向

RISC时代的过度，也标志着微处理器向工作站和超级小型机冲击的开始。同期的产品还有

AMD公司的K5,IBM、APPLE、MOTOROLA三家联合推出的POWORPC。

继PentiumPRO之后，Intel公司又推出了PentiumIIPentiumIII、PentiumW等微

处理器的极品，成为PC机的主流CPU。

随着LSI和VLSI技术的进一步发展，微处理器的集成度越来越高，芯片功能越来越强。

从微型机总的发展情况看，为了使微处理器获得高性能，一方面提高集成度，另一方面在系

统设计上追求综合性能的提高，更加全面的采用中大型计算机体系结构中的先进技术，如流

水线技术、高速缓存技术、虚拟存储管理技术、RISC技术、并行处理技术，更好地支持多

处理器运行环境、多媒体技术和计算机网络应用等。

§1-1-2计算机的分类

微处理器的字长也就是微型机的字长，字长是最能反映机器性能的技术指标之一。按照

微处理器的字长分类，一般可分为4位、8位、16位、32位和64位机等几种。

如果将微型计算机按照其组装形式来分，可将其分为单片机、单板机和多板微型计算机。

§1-2微型计算机的特点及应用

§1-2-1微型计算机的特点

电子计算机通常按照体积、性能和价格分为巨型机、大型机、中型机、小型机和微型机

五类。从系统结构和基本工作原理上说，微型机和其它几类计算机并没有本质上的区别，所

不同的是微型机广泛采用了集成度相当高的器件和部件，因此带来以下一系列特点：

•体积小、重量轻、功耗低

由于微型计算机中广泛采用了大规模和超大规模集成电路，从而使构成微型机所需要的

器件和部件数量大为减少，使之体积大大缩小。

•可靠性高、使用环境要求低

微机计算机采用大规模和超大规模集成电路以后，使得系统内使用的器件数量大大减

少，器件、部件间的连线大大减少，接插件数目减少，加上MOS电路本身工作所需的的功

耗就很低，这些都使微型机的可靠性大大提高，因而，也就降低了对使用环境的要求。

•结构简单、系统设计灵活、适应性强、使用方便

由于微型计算机多采用规模化的硬件结构，特别是采用总线结构后，使微机系统真正成

为一个开放的体系结构，构成系统的各功能部件和各种适配卡通过标准的总线插槽相连。相

互间的关系变为面向总线的单一关系，大大增加了系统扩充的灵活性和方便性。

•软件配置丰富

计算机的优良硬件性能是通过丰富多彩的软件体现在人们面前的。因此，软件是计算机

的灵魂。如今，微型计算机之所以得到如此空前的普及和广泛应用，是与它能配置丰富的软

件密切相关，从系统软件到应用软件应有尽有，而且功能强、使用方便，这就加速了微型机

在人类社会的普及。

•性能价格比高

性能价格比是指机器性能与售价之比。它是衡量计算产品成本性能优劣的一个综合指

标，性能包括字长、主频、速度、配置、可靠性、可操作性等；价格指售价。

微处理器最突出的优点之一就是价格低廉、性能优良。

§1-2-2微型计算机的应用

1.工业控制

2.事物处理

3.计算机辅助设计和辅助制造CAD/CAM

CAD是指用计算机帮助设计画图，可使得设计过程走向半自动化和自动化。CAM的中

心设备是数控机床，围绕数控机床有一组自动化设备，用以完成加工件的运输、组装、加工、

测量、检查等功能。

CAD/CAM能大量节省人力，提高效率。更重要的是提高质量，并使以往人工难以完成

的任务成为可能。

4.教学培训

5.家庭娱乐和家政事物管理

6.科学和工程计算

§1-3计算机的基础知识

§1-3-1计算机中的数据表示及编码

进位计数制及数制转换

人类在长期的生产劳动实践中创造了我们最熟悉的十进制，而生活中还有十二和十六进

制等多种数系，其共同之处是采用进位计数制。

1.进位计数制

进位计数制是采用位置表示法，即处于不同位置的同一数字符号，所表示的数字不同。

一般说来，如果数制只采用R个基本符号，则称为基R数制，R称为数制的“基数”或筒

称“基”；而数制中每一固定位置对应的单位值称为“权”。

进位计数制的编码符合“逢R进位”的规则，各位的权是以R为底的‘幕，一个数可以

按权展开成多项式，例如“逢十进一”的十进制数1992.5可写为

1992.5=1X103+9X102+9X1O'+2X10O+5X10-'

对R进制数N,若用n+m个代码Di(-mWiWn-l)表示,从D『i到D_„,自左至右排列,

其按权展开多项式为：

nn20

N=Dn.lR"+Dir2R-+--•+D0R+D,R'+•••+D.R"

其中Di为第i位代码，它可取0〜(R-1)之间的任何数字符号；m和n均为正整数,

n表示整数部分的位数，m表示小数部分的位数；Wi表示Di位的权，它是以R为底的基。

下面是计算机常用的进位计数制:

二进制R=2基本符号0,1

八进制R=8基本符号0,1,2,3,4,5,6,7

十进制R=10基本符号0,1,2,3,4,5,6,7,8,9

十六进制R=16基本符号0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F

其中，十六进制中的数符A〜F字母，分别对应十进制的10〜15,例如一个十六进制数

8AE6可以写为：

8AE6H=8X163+10X162+14X16'+6X16°

在数8AE6后面加H是为了识别十六进制数而加的标识字母。由于二进制数书写长，难

读难懂，为书写方便，计算机中经常使用8进制或16进制。人们又习惯于十进制，而计算

机内必须采用二进制，故上面四种进制是经常要用的。为了识别起见，二进制数尾加B作标

识，十进制数尾加D或省略，八进制数尾加Q,十六进制数尾则加H。使用四种进制必然产

生各种数制间的相互转换问题.

2.进位计数制间的相互转换

不同进位计数制数据转换，其实质是进行基数的转换，转换原则是根据：两个有理数相

等，其整数部分和小数部分分别相等。故要分别进行转换。

(1)二进制与十进制转换

a.二进制转换为十进制

其转换规则为“按权相加”，即只要把二进制数中位数是1的那些位的权值相加，其和

就是等效的十进制数。二进制数整数与小数部分各位权值对应的十进制数值为：

…2'°29282726252"2322212°2'

2"…

―102451225612864321684210.5

0.25-

例1.1将10101101.101B转换为十进制数

10101101.101B=27+25+2:i+22+20+2'+23

=128+32+8+4+1+0.5+0.125

=173.625D

该转换规则同样适用于将八进制数和十六进制数转换为十进制数，只是相加各项是八进

制或十六进制数符与数位权值之和。

例1.2将312Q和2A.68H转换为十进制数

312Q=3X82+1X8'+2X8°=3X64+8+2=202D

2A.68H=2X16'+10X160+6X16'+8X162

=32+10+0.375+0.03125

=42.40625D

b.十进制转换为二进制

整数部分转换一一将十进制数连续用基数2去除，直到商数到0为止，每次除得的余数

依次为二进制数由低到高的各位值，简称“除2取余”法。

例1.3将47D转换为二进制数

1L=23余］

2

空_=11余］

2

11

~=5余］

5

2-=2余］

2

~=1余0

1

=0余］________________,

101111

高位

低位

所以，47D=101111Bo

同理，将十进制数转换为R进制数，按照“除R取余”规则即可。

例1.4十进制数725D转换为十六进制数。

按“除16取余”方法进行。

16725余数5

1645余数13(D)

16|_2_余数2

0

转换结果：725D=2D5H

小数转换一一将十进制小数部分连续乘以2,每次所得乘积的整数部分，依次为二进制

数从高到低的各位值。转换规则简称“乘2取整法”。

例1.5将0.6875D转换为二进制数。

0.68750.37500.75000.5000

x2x2x2x2

1.37500.75001.50001.0000

T——r

1011

高位-------------------------►低位

所以，0.6875D=0.1011B

需要注意的是，十进制小数常常不能准确地换算为等值的二进制数，有换算误差存在,

转换后的二进制数位数，根据字长限制取有限位的近似值。

同理，十进制小数转换为二进制，可以按照“乘R取整”方法进行。对于具有整数和

小数的复合十进制数，只要将整数和小数部分分别按照上述转换方法进行，最后将其二进制

整数和小数部分用小数点连接即可。例如从例3和例5可得：

47.6875D=101111.1011B

(2)二进制与八进制和十六进制之间转换

由于八进制、十六进制既可简化书写，又便于记忆，而且与二进制之间转换方便、直观,

因此在汇编语言程序及机器语言中指令、数据书写多采用八进制和十六进制。由于八、十六

进制基数与二进制有内在联系，即：23=8,24=16。因此，每一位八进制数可以转换为三位

二进制数，每一位十六进制数可以转换为四位二进制数，转换直接而且方便。

a.二一八进制转换

将二进制数以小数点为界，左右分别按照三位一组划分，不足三位者用零补齐，即可换

算出对应的八进制数。

例1.6把110111101.011100B转换为八进制数。

110111101.011100

675.34

即110111101.011100B=675.34Q

反之，由八进制转换为二进制只需要把各自对应的三位二进制写出即可。

例1.763.52Q转换为二进制数。

63.52Q=(110)(0ll).(101)(010)B

=110011.10101B

b.~-h六进制转换

将二进制数转换为十六进制数和二一八进制转换方法一样，只是将二进制数按照四位一

组进行划分转换。

例1.8把10H1001.01101B转换为十六进制数。

10111001.01101B=(1011)(1001).(0110)(1000)B

=B9.68

所以，10111001.01101B=B9.68H

反之，将十六进制数各位数码用相应四位二进制数表示，即可转换为等效的二进制数。

例1.9把5F.7A5H转换为二进制数。

5F.7A5H=(0101)(1111).(0111)(1010)(0101)B

=01011111.011110100101B

二.数值数据表示

本节我们着重讨论两个问题:数值数据在机内的定点和浮点表示方法;数据的编码方式。

1.机器数的定点和浮点表示

把数值数据送入计算机处理，仅转换为二进制还不行，必须解决数的符号表示，小数点

位置以及用有限设备表示的有效数值范围等问题。数在机器内部的表示形式称为机器数，而

计算机对应的数值称为机器数的真值。机器数被存放在有记忆功能的存储器件中。机器数的

符号是数字化处理的，用一位编码表示，通常用0表示正数，1表示负数。机器数的小数点

位置是事先约定的，它在机器数表示格式中并不出现，但根据设计格式，计算机在运算处理

中却清楚地知道其位置。按照规定格式，机器数有定点和浮点两种表示形式。

(1)定点表示

由于采用进位计数制，任何一个二进制数N都可以表示为：

N=2±exS

其中：e是一个二进制整数，称为数N的阶数；2为底数，S是二进制尾数，它表示该

数的全部有效数字，而阶码e则指明了小数点位置，表明数值范围。

对任一数N=2±exS,若阶码e固定不变，则小数点位置是固定的，这种表示则称为数的

定点表示，该数称为定点数。计算机中定点数通常有两种约定：一是取e=0,把小数点固定

在尾数最高位之前，一是取e=n(n为尾数的位数)，则把小数点约定在尾数最末位之后，这

两种情况阶码无须表示，前者即为定点小数，后者即为定点整数，其格式如图1-1中(a)、

(b)所示。

10110010

ns

数符II----------数值---------1

I-------->假想小数点的位置

N=-0.0110010

(a)定点小数

01001001

ns

数符।।-------数值---------1

।-----A假想小数点的位置

N=+1001001

(b)定点整数

图1-1定点数表示

以上两种定点数的表示，计算机均可采用，目前微型机中，多采用定点整数形式。这里

需要强调的是：小数点位置是假想位置，当机器设计时将表示形式约定好，则各种部件及运

算线路均按约定形式进行设计.

机器数字长确定后，其数值表示范围即可确定。例如对定点小数，机器数定长N位，

其中一位符号位，n位有效数值，则N位定点小数表示范围为：

1.11…11(最小值)至IJ0.11…11(最大值)

n位n位

对应真值表示范围为：

-(l-2-n)<X<l-2-n

例如，N=16位，则对应表示的真值范围为

-(1-2|5)<X<l-215

用n位设备存放定点整数，则所能表示的真值为负n位全1到正n位全1,即

-(21)<X<2n-l

若N=16位则为：

-(215-1)<X<2,5-1

若用n位表示无符号整数，则其整数值表示范围：

0〜2n—1

计算机中参加运算的数，若超过计算机所能表示的数值范围，则称之为溢出。这时，

计算机要对溢出进行相应处理操作。

(2)浮点表示

当阶码值不固定时，数的小数点实际位置将根据阶码值相对浮动，这就构成数的浮点表

示。浮点表示要把机器数分为两部分，一部分表示阶码，另一部分表示尾数，阶码和尾数均

有各自的符号位。阶符表示数的实际小数点相对约定小数点位置的浮动方向：若阶符为负，

实际小数点在约定小数点左边，反之在右边，其位置则由阶码值确定，而尾数符号代表了浮

点数的符号。图1-2所示为浮点数的一种表示形式。

esE(r位)msM（n位）

阶符阶码尾符尾数

图1-2一种浮点数表示形式

若尾数用n位小数表示，浮点数的表示范围根据阶码位置r和尾数位数n决定，其浮点

数表示范围为：

a=(2r—1)

-2ax(1-2n)<X<+2aX(1-2n)

例如对十六位机器字长，阶码4位(包括一位符号)，尾数12位(一位符号)，则数值表示

范围：

a=(23_1)=7

-27x(1-2")<X<+27X(1-2")

或一128'(1—2-u)4X<+128X(1-2"")

可以看出，要扩大数的表示范围，应增加阶码的位数；而要增加精度，就需要增加尾数

的位数。对同样字长，浮点数比定点数表示的数值范围要大许多，但浮点数运算操作复杂。

浮点数产生溢出，实质上是阶码溢出。

2.机器数的编码表示

数值数据在计算机内采用符号数值化处理后，机器可以表示并识别带符号的数据。为了

改进运算方法、简化控制电路，人们研究出多种符号数的编码方式，如原码、反码、补码等。

这里我们介绍最常用的原码和补码形式。

(1)原码

前面已经讨论过最简单直观的机器数表示，即仅将符号位数字化表示为0或1,数的绝

对值与符号一起编码，或者说是“符号-绝对值表示”的编码，称为原码。

例：X=+0110111(X)s,；=00110111

X=-0110111(X)城=10110111

其中(X)域称为机器数，X称为机器数的真值。因此，原码直接可从真值求得，只要将符

号位用0和1表示真值的正号和负号，真值的绝对值就是原码的数值部分。

当采用原码表示法时，编码简单直观，与真值转换方便，但也带来一些麻烦。一是引起

机器中。的表示不唯一，因为［+0］城=000…0,［-0bsi=100…0,0有二义性,给机器判0带

来麻烦，必须在设计时约定好机器采用正零或负零。二是用原码进行四则运算时，符号位需

要单独处理，而且原码加减运算规则复杂。例如对有符号数的加法规则为：若两个数同号，

两数相加，结果冠以共同的符号；若两个数异号，则由大数中减去小数，结果冠以大数的符

号。而减法又有一套规则。

(2)补码

为使数字化后的符号位能作为数参加运算，并解决减法转换为加法的问题，以简化计算

机的运算线路，就产生了补码表示。

如果我们想把十进制减法变成加法做，用什么办法呢？减一个十进制数可采用加该数的

十进制补数，然后丢弃进位得到相减结果，一个数的卜进制补数是用10减去该数得到的。

例如，十进制减法：

9-2=7,2的补数是10-2=8

因此9-2=9+8=17-7(丢掉进位)

这里，实际是把10看成一个模数，记作M。模数在物理上，是某种计量器的度量。在

模数系统中：

9-2=9+8=17—7(Mod10)

上式之所以成立，是因为2与8对模数10是互为补数的，即8=10—2。

生活中使用的模数系统很多，例如时钟为12,有下式成立：

8—3=8+9-5(Mod12)

因为9=12—3。该式表明将时钟从8点倒拨3格和正拨9格效果一样，时钟均指向5点，我

们称+9为-3在模12下的补码，即[―3]=9(Mod12),这样就可以把减法转换为加法。

计算机中的机器数及其存储、运算设备，如寄存器、加法器等都有固定的长度，因此，

都只能进行有模的计算。N位设备存放n位二进制代码，则2n就是其模数，因为两数相加

求和时，如果n位的最高位产生了进位，就会丢掉，这正是模数系统中相加的概念。所以，

对任何一个二进制负数都可以找到对应于模数为2n的正补数，从而将减法运算变为加法运

算。同时，由于n位字长中包括一位符号位，故补码运算中的符号和数一起运算。对补码的

产生、定义和有关性质的证明，不准备进行过多的讨论，我们只需要了解补码的形式及其运

算特点。

a.补码的求法。由以上讨论可知，对一个二进制负数可用其模数与真值作加法(实

际作减法，因真值为负)求得其补码，即按定义式求

rX0<X<2n-'

[X]th="(mod2)

^2n+X-2"-'<X<0

但在机器中实现不方便，因机器中不存在数的真值表示，由于原码表示简单直观，因此在计

算机中数是以原码存储的。我们可从数学推导得出一个简便方法,直接从原码求得负数补码。

对正数，其补码和原码相同。负数的补码则是将原码符号位保留，其余各位取其反码，即0

变1,1变0,再在最低位加1°而正数的补码与原码相同。即

除符号位外

[X],e-----------------------------►=[X]n

每位取反，末位加1

例1.10求X=+1010101的补码。

X是正数，[X]产[X%=01010101

例1.11求乂=-0101110的补码。

X是负数，=10101110

[X]fl=l1010001+1=11010010

b.补码特点

机器数采用补码表示后，具有如下几个特点：

①正零、负零表示均为全零，机器零表示统一

(+o)产oo-0(一0)产11-i+i=rr]oo-o

位:~。位—I

自动丢失

所以，(+0)产(―0)H=00,•,o

②运算时符号位无须单独处理。符号位可作为数值一起参加运算，而且在不溢出

的情况下，仍能得到正确的结果符号。这是由补码性质决定的。

③采用补码进行加减法运算时，减法可用加法实现。其运算规则为

[X]n+[Y])h=[X+Y]n(mod2n)

[X]ih+[-Y]n=[X-Y]4(mod2n)

该规则的严密证明略，我们只应用其结论。由于这种转化使得加减法运算只要一套加法

设备即可，从而简化了硬件电路，这是补码表示法的一大优点。

在使用补码表示的计算机中，传送和运算处理过程中机器数均以补码形式出现，因此做

减法时必须从[Y，求出[―丫[，求[一Y]»方法也很简单，只要对[Y。的每一位(包括符号位)

都求反，末位加1就得[一丫]补，即

连符号位

[Y]产---------------------►[-Y]4

按位取反。末位加1

[丫[与[一丫]»是对模2n互补，故也称[一丫],卜为[丫1的机器负数。

例1.12用补码求33+(-15)=?

[+33]s=0010000IB[+33]产00100001B

[-15]城=1000111IB[-15])h=l1110001B

33+(-15)=[+33]H+[-15]n=100010010B=18进位丢失

例1.13用补码求67—10=?

[+67]原=01000011B[+67]产01000011B

[10]s=00001010B[-10]().=11110110B

67-10=[+67]lh+[-10]n

=01000011B+11110110B

=00111001B=57

以上两例表明，当带符号的两个数采用补码形式表示时，进行加减运算可把符号位和数

值位一起进行运算。若符号位有进(借)位，则丢掉。结果即为两数之和或差的补码形式，

这是补码表示的又一优点。

特别要指出的是，采用补码进行加减运算，所有参加运算的数及运算结果都是用补码表

示的，若要得到原码还需转换，其转换方法很简单，正数补码与原码相同，对负数将其补码

除符号位外，逐位取反，末位加1,就可得到原码。

除符号位外

[X]n----------------------------►=[X],；

每位取反，末位加1

@对机器数所表示的数值范围，用补码时要大一点，它可扩充到负数模值。例如：

8位定点整数，用原码表示，其数值范围为一127〜+127,而用补码，一128〜

+127,目前采用补码表示的机器较多。

3.十进制数的二进制编码表示

由于人们习惯十进制，而计算机采用二进制，为便于人机交往，常常用一组四位二进制

编码表示一个十进制数字符号，称为二进制编码的十进制数，二进制编码的十进制数有

许多编码方法，它们可以分为有权编和无权编码两类。下表中列出几种形式的编码表示。

表1-2几种形式的编码表示

十进制有权码无权码

符号8421(BCD)24215221余3码格雷码

000000000000000110000

100010001000101000001

200100010001101010011

300110011010101100010

401000100011101110110

501011011100010001110

601101100101010011010

701111101110010101000

810001110111010111100

910011111111111000100

(1)有权码

最常用的有权码是8421码，也称BCD码，这是最自然且简单的编码方法。它用四位

二进制编码表示一位十进制数，每一位恰好是二进制低四位的权。由于这种自然联系，故

8421有权码有时也称NBCD码，意为自然(Natural)BCD码。8421码实现二-十转换很容

易，此外还很容易判别十进制数的奇偶性，即奇数的最低位都为1,偶数的最低位都为0。

除8421码外，还有其它几种有权码，表中列出了2421,5221有权码，这两种编码的特

点是任何两个十进制数相加等于9时，它们相对应的编码相加结果为1111,这一特点对于

减法非常有用，因为按9互补的关系恰好对应二进制模的互补关系。

(2)四位无权码

四位无权码主要有余3码和格雷码两种。余3码是由8421码加0011得来的，各位没有

权的关系，余3码具有上面2421,5221有权码的特点，实现减法运算方便，只要对加法产

生的值进行修正就可以了。由于每个数余3,两个数余6,恰好跳过四位编码冗余码。

格雷码的编码规则是相邻两代码之间只有一位不同，这样数据传送的可靠性高，适合做

控制编码。

有BCD码，机器便可以进行十进制运算，设置十进制运算指令。但要注意，由于用四

位二进制数表示十进制数，尚有6种编码冗余，除余3码外，均不能由四位二进制最高位进

位直接获得十进制数的进位。为此，硬件电路中要设置BCD码校正电路，指令中有十进制

运算调整指令，以保证二-十进制编码运算得到正确的结果。

三.非数值数据的表示

非数值数据不表示数值的大小。它通常分两类：逻辑数和字符数，均以二进制数码表示。

1•逻辑数

逻辑数由无符号二进制代码组成，每位不表示数值，只表示逻辑真值和逻辑假值。逻辑

数只能参加逻辑运算，其运算特点是：运算按位进行，各位之间没有进位、借位等情况，即

各位相互独立。

由于逻辑数表示和数值数一样，计算机必须根据程序中的指令名来识别运算数据类型。

2♦字符数据及其编码

目前，在计算机应用的许多场合中，需要对字符或专用符号进行操作，用高级程序设计

语言进行人机交往也是使用字符或符号。由于这些符号不能直接送入计算机，必须先进行数

字化处理，用二进制数码表示，我们称之为字符数据。

这些字符如同十进制数字一样，都必须按照一定的规则用一组二进制编码来表示，才能

为计算机所识别、处理和传送。当输入信息时，要通过输入设备把输入的字符编成一定格式

的代码接收进来，而输出时则要把相应的字符编码送到外部输出设备显示或打印。

字符编码方式有各种规定，或称标准。我国使用的部颁标准字符编码与国际上较普遍使

用的ASCII码基本相同。ASCII码是美国信息交换标准代码，编码表见附录。

§1-4微型计算机的基本结构及工作原理

§1-4-1计算机基本组成及工作原理

一，计算机基本组成

1946年，在美籍匈牙利数学家冯•诺依曼领导的研制小组提出的计算机设计方案中，

明确了计算机的五大基本组成，即运算器、逻辑控制装置（控制器）、存储器、输入和输出

设备，并描述了五部分职能关系及基于存储程序的基本工作原理。图1-17为计算机基本组

成。

程序结果

输入设备（I）=^>存储器输出设备（0）

数据地址指令数据

控运

算数据线

制反馈

器地址线

器

控制信号线

图1-17计算机基本组成

1.存储器

存储器是用来存放数据和程序的部件，其基本功能是按要求向指定的位置写入或取出代

码信息。

存储器采用按地址存取的工作方式，它由许多存储单元组成，每一个存储单元可以存放

一个数据代码，为了区分不同的存储单元，把全部存储单元按照一定的顺序编号，这个编号

就称为存储单元的地址。当计算机要把一个数据代码存入某存储单元，或从某存储单元中取

出时，首先要提供该存储单元的地址，然后查找相应的存储单元，查到后，才能进行数的存

取。因此，能存储大量信息的存储体是存储器的核心。

存储器的工作就是，在运算之前，接收外界送来的程序和数据；在运算过程中，向计算

机提供指令和数据信息，保存中间结果；运算结束后，保存运算结果。

2.运算器

运算器是对信息进行加工、运算的部件，具体就是执行二进制代码的基本逻辑运算和算

术运算。运算器的运算能力并不高，但计算机运算速度快得惊人，它是用高速度赢得了出色

的工作能力。

运算器的核心部件是加法器。运算过程中，它在控制器控制下，从存储器中取数，进行

运算后，将结果暂存或送到存储器保存。