微机原理与接口技术 大家好！

课程目标 掌握： 微型计算机的基本工作原理 汇编语言程序设计方法 微型计算机接口技术 建立微型计算机系统的整体概念，了解微机系统软硬件开发的基本过程

教材及主要参考书 教材： 主要参考书： 《微机原理与接口技术》，冯博琴主编，清华大学出版社，2002.2 《微机原理及应用》，李伯成等编，西安电子科技大学出版社 《汇编语言》，王爽 著，清华大学出版社

考核方式 平时作业 15% 实 验 15% 期末考试 70%

第1章 基础知识 主要内容： 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； 符号数的表示及补码运算； 二进制数运算中的溢出问题 基本逻辑门及译码器

§1.1 概 述 计算机的发展史 计算机的应用

§1.2 常用计数制 了解：各种计数制的特点及表示方 法； 掌握：各种计数制之间的相互转换。

一、常用计数法 十进制 二进制 十六进制

1. 十进制 特点：以十为底，逢十进一； 共有0-9十个数字符号。用D代表。 表示：

2. 二进制 特点：以2为底，逢2进位； 只有0和1两个符号。用B表示。 表示：

3. 十六进制 特点：有0--9及A--F共16个数字符号， 逢16进位。用H表示。 表示：

例： 234.98D或（234.98）D 1101.11B或（1101.11）B ABCD . BFH或（ABCD . BF） H

二、各种进制数间的转换 1. 非十进制数到十进制数的转换： 按相应的权表达式展开 例1-5 P7

2. 十进制到非十进制数的转换 对二进制的转换： 对整数：除2取余； 对小数：乘2取整。 对十六进制的转换： 对整数：除16取余； 2. 十进制到非十进制数的转换 对二进制的转换： 对整数：除2取余； 对小数：乘2取整。 对十六进制的转换： 对整数：除16取余； 对小数：乘16取整。

112.25 D = ?B 整数部分 小数部分 2 112 0.25 x 2 2 56 2 28 0.5 2 14 2 x 2 7 1 1.0 2 3 1 2 1 1 110000.01 B

3. 二进制与十六进制间的转换 用4位二进制数表示1位十六进制数 例：P9 1-8，1-9

§1.3 二进制数的运算 算术运算 逻辑运算 无符号数 有符号数

一、无符号数的运算 算术运算包括： 加法运算 减法运算 乘法运算 除法运算

注意点： 对加法：1+1=0（有进位） 对减法：0-1=1（有借位） 对二进制数，乘以2相当于左移一位； 除以2则相当于右移1位。

[例]： 00001011×0100 = 00101100B 00001011÷0100 = 00000010B 即：商=00000010B 余数=11B 1100 B x 1001 B =1100 B x（1000+0001）B =1100 x 1000 + 1100 x 0001 =1101100

无符号数的表示范围： 0 ≤ X ≤ 2n-1 若运算结果超出这个范围，则产生溢出。 对无符号数：运算时，当最高位向更高位 有进位（或借位）时则产生 溢出。

[例]： 最高位向前有进位，产生溢出

3. 逻辑运算 与 （^） 或 （v） 非 （﹣） 异或 （ ） & ≥1 1

4. 逻辑门 掌握： 与、或、非门逻辑符号和逻辑关系（真值表）； 与非门、或非门的应用。

“与”、“或”运算 任何数和“0”相“与”，结果为0。 任何数和“1”相“或”，结果为1。（注意和算数运算区分）

“非”、“异或”运算 “非”运算即按位求反 两个二进制数相“异或”： 相同则为0，相异则为1

5. 译码器 74LS138译码器： Y0 G1 G2A • G2B • C • • B A Y7

掌握 74LS138译码器： 各引脚功能； 输入端与输出端关系（真值表）

二、有符号数 计算机中的符号数可表示为： 符号位+真值 机器数 “0” 表示正， “1” 表示负。

[例]： +52 = +0110100 = 0 0110100 符号位 真值 -52 = -0110100 = 1 0110100 符号位 真值

1. 符号数的表示： 原码 反码 补码

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：原码和真值表示之间的对应关 系简单，容易理解； 缺点： 计算机中用原码进行减法运算比 较困难，0的表示不唯一。

数0的原码 8位数0的原码：+0=0 0000000 -0=1 0000000 即：数0的原码不唯一。

反码 对一个机器数X： 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

[例]： X= -52 = -0110100 [X]原=1 0110100 [X]反=1 1001011

0的反码： [+0]反=00000000 [-0]反 =11111111 即：数0的反码也不是唯一的。

补码 定义： 若X>0， 则[X]补= [X]反= [X]原 若X<0， 则[X]补= [X]反+1

[例]： X= –52= – 0110100 [X]原=10110100 [X]反=11001011 [X]补= [X]反+1=11001100

0的补码： [+0]补= [+0]原=00000000 [-0]补= [-0]反+1=11111111+1 =1 00000000 =1 00000000 对8位字长，进位被舍掉

? 特殊数10000000B 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 10000…..00000 ? 15

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 16位二进制数 ?

2. 有符号二进制数与十进制的转换 对用补码表示的二进制数： 1）求出真值 2）进行转换

[例]： 将一个用补码表示的二进制数转换为十进制数。 [X]补=0 0101110B 真值为：0101110B 正数 所以：X=+46 负数 而是：X=[[X]补]补=[11010010]补 = - 0101110 = - 46

3. 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]补=[X+(-Y)]补 3. 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]补=[X+(-Y)]补 =[X]补+[-Y]补

引进补码将减法运算转换为加法运算的原理 引例：一块钟指向9点，要把它拨到2点 可以逆拨7个 ，也可以顺拨5个格 逆拨：9-7=2 顺拨：9+5=14=2 （模为12） 对于模为12的钟表来说9-7等效于9+5，减法变为了加法，5是-7的补码，同理7是-5的补码

实际计算中补码的应用 假设机器字长为8，则模为256，此时 （某数-10 ）相当于 （某数+246） （某数-10 ）相当于 （某数+246） -10的补码是11110110而这正是246的二进制数表示

[例]： X=-0110100，Y=+1110100，求X+Y=？ [X]原=10110100 [X]补= [X]反+1=11001100 [Y]补= [Y]原=01110100 所以： [X+Y]补= [X]补+ [Y]补 =11001100+01110100 =01000000 X+Y=+1000000

4. 符号数运算中的溢出问题 运算结果超出相应的数值表示范围，从而引起的结果出现错误 4. 符号数运算中的溢出问题 运算结果超出相应的数值表示范围，从而引起的结果出现错误 对于8位有符号数而言，其表示范围-128—127，如果运算结果超出了该范围就引起溢出

[例]： 若：X=01111000， Y=01101001 (+120) ( +105) 则：X+Y= (+120) ( +105) 则：X+Y= 即：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）

溢出的判断 不管表示范围，先计算出正确结果，再看正确结果是否在表示范围内，从而判断溢出 通过比较参与运算的数和结果的符号来判断 （负数）+（负数）=正数 （正数）+（正数）=负数 （负数）+（正数） 肯定不溢出 溢出 ？

两个（同号）带符号二进制数相加或相减时，若最高位次高位＝1，则结果产生溢出。即参与运算的数最前两位都是10或都是01。

[例]： 若：X=01111000， Y=01101001 (+120) ( +105) 则：X+Y=

若：X=-94=-1011110 =10100010（补） Y=-94=-1011110 =10100010 （补） X+Y 10100010 + 10100010 1 01000100 发生溢出

若参与运算的数以其它形式为最高两位，则可能溢出也可能不溢出 例如： 0E + 76H 0E + 56H 00001110 00001110 01110110 01010110

§1.5 计算机中的编码 BCD码 ASCII码

BCD码 压缩BCD码 用4位二进制码表示一位十进制数 扩展BCD码 用8位二进制码表示一位十进制数

BCD码与二进制数之间的转换 先转换为十进制数，再转换二进制数；反之同样。 例：（0001 0001 .0010 0101）BCD =11 .25 =（1011 .01） B

ASCII码 字符的编码，一般用7位二进制码表示。在需要时可在D7位加校验位。 熟悉0—9,A—Z，a—z的ASCII码

ASCII码的校验 奇校验 加上校验位后编码中“1”的个数为奇数。 例：A的ASCII码是41H（1000001B）， 以奇校验传送则为C1H（11000001B） 偶校验 加上校验位后编码中“1”的个数为偶数。 上例若以偶校验传送，则为41H。

§1.6 计算机中常用术语 码元bit 1Mb=10241024bit=220bit 1Gb=230bit=1024Mb 1Tb=240bit=1024Gb 字节Byte 1 Byte=8bit，1KB=1024 Byte 字word：表示字长，有1bit，4bit，8bit等常用16bit

结束语： 第1章难点： 补码的概念及其运算

作业： 1.3 1.5 1.7 1.8 谢谢大家！