第 1章 微型计算机基础知识
【 本章重点 】 微型计算机的组成和各部分的作
用, 以及计算机中数的表示方法 。
【 本章难点 】 计算机中数的表示方法：原码,
反码, 补码的关系 。
§ 1.1 微型计算机的组成及工作原理
1.1.1 微型计算机中的基本概念
1,微处理器 （ Microprocessor）
2,微型计算机
（ 1） 单片微处理机
（ 2） 通用微型计算机
3,微型计算机系统
1.1.2 微型计算机的基本结构
C
P
U
总
线
形
成
电
路
接口 接口 接口
内存 内存
外设 外设 外设
系 统 总 线
微型计算机的基本组成
1.1.3 微型计算机的基本工作过程
微型计算机的基本工作过程是执行程序的过程，
也就是 CPU自动从程序存放的第 1个存储单元起，逐步
取出指令、分析指令，并根据指令规定的操作类型和
操作对象，执行指令规定的相关操作。如此重复，周
而复始，直至执行完程序的所有指令，从而实现程序
的基本功能，这就是微型计算机的基本工作原理。
工作过程：
取指令 分析指令 执行指令
§ 1.2微处理器及其发展
1.2.1 微处理器的发展历史
1971.11,Intel公司第一枚微处理器芯片 4004,4位机，它总共集成了 2200个晶体管。
1972年 4月,Intel公司宣布另一种型号的微处理器 8008研制成功。 8位机。
1975年 1月,Motorola公司宣布推出它的 8位微处理器 6800。
1979年,Intel公司推出了 Intel 8086/8088微处理器，它是最早的 PC机的 CPU。
1983年,Intel公司推出了 Intel 80286微处理器，它是完全 16位微处理器 。
1985年,Intel公司推出了 Intel 80386微处理器。
1989年,Intel公司推出了 Intel 80486微处理器。
1993年 3月,Intel公司推出了名为 Pentium（经典奔腾）的微处理 。
1995年 11月 Intel公司又推出了 Pentium Pro（高能奔腾）。
1997年 1月,Intel公司又推出了 Pentium MMX（多能奔腾）。
1997年 5月,Intel公司推出了 PentiumⅡ （奔腾二代）
1999年 2月,Intel公司推出了 Pentium Ⅲ （ 奔腾三代）
2000年 11月,Intel公司推出了 Pentium4（奔腾四代）。
第一代
1971年～
1973年
第二代
1974年～
1977年
第三代
1978年～
1980年
第四代
1980年以后
典型的微处理器
芯片
Intel 4004
Intel 4040
Intel 8008
Intel 8080
M6800
Z-80
Intel
8086/8088
M68000
Z-8000
Intel 80X86
M68020
Z-80000
字长（位） 4/8 8 16 16/32
集成度（晶体管
数 /芯片） 1000～ 2000 5000～ 9000 20000～70000 >100000
时钟频率（ MHZ） 0.5～ 0.8 1～ 4 5～ 10 >10
数据总线宽度
（位） 4/8 8 16 16/32
地址总线宽度
（位） 4～ 8 8 20～ 24 24～ 32
存储容量 ≤ 16KB实
存
≤64KB 实存 ≤1MB 实存 ≤4GB 实存和
64GB虚存
指令执行时间
（ ?s） 10～ 15 1～ 2 <1 <0.125
软件水平 机器语言汇编语言 汇编语言高级语言
操作系统
汇编语言
高级语言
操作系统
汇编语言
高级语言
部分软件硬化
各代微处理器的特点
1.2.2 微处理器的内部结构
1．总线部件
2．预取部件
3．译码器
4．控制器
5．运算逻辑部件
6．存储器管理部件
1.2.3 Pentium系列微处理器
1.2.3.1 Pentium奔腾微处理器的主要特点：
1、标量体系结构
2、双流水线结构
（ 1）转移预测部件
（ 2） 高性能的浮点运算
（ 3）存储器页面大小任选
1.2.3.2 Pentium MMX的主要特点
Pentium MMX是在奔腾芯片基础上增加了 MMX技术 。
MMX技术的特点主要有二项 。
① 采用 S1MD型指令 。 SIMD（ Single Introduction Multi
Data,单指令多数据流 ） 是计算
机系统结构的一种 。
② 拥有积和运算功能 。
③ 拥有饱和运算功能 。
采用 MMX技术后, 提高了不同种类的应用性能, 尤
其对图形, 图像, 动画, 音频数据处理的改进最为明显 。
1.2.3.3 Pentium Pro的主要特点
1,三路超标量体系结构和 14级超级流水线
2,动态执行技术
（ 1） 数据流分析
（ 2） 增强的转移预测
（ 3） 推理执行
3,优化的 32位代码结构和 66MHz的系统总线
Pentium Pro采用优化的 32位代码结构和 66MHz的系统总
线 。
1.2.3.4 Pentium II的主要特点
PentiumⅡ 是在 Pentium Pro的基础上增加了 MMX技术,
具有以下几个特点 。
① 采用了 DIB（ Dual independent Bus,双重独立总线 ）
技术 。 PentiumⅡ 可同时使用这两条总线, 其中一条总线
用于连接二级高速缓存, 一条总线用于连接主存, 这样
充分提高了数据传输能力 。
② 使用了 SEC（ Single Edge Contact,半边接触盒 ） 技
术 。 将 512KB二级高速缓存移出 CPU内核, 但用一个塑料
盒将 CPU与二级高速缓存封装在一起, 中间用高速缓存
总线相连 。 也正同为这一点, Pentium II采用了一种新型
插槽 Slot 1,它与 Socket 7不兼容 。
③双 16KB高速缓存。即 16KB的数据高速缓存和 16KB
的代码高速缓存。
1.2.3.5 Pentium Ⅲ 的主要特点
Pentium Ⅲ 采用了与 PentiumⅡ 相同的 Slot 1结构, 同样
支持 100MH的系统外频 。 PentiumⅢ 针对 K6-2中的 3D
NOW!指令, 在 MMX指令集基础上增加了 70条新的 SSE
指令集, 从而大大增强了 3D几何运算, 动画, 影像, 音
效等功能 。 Pentium Ⅲ 利用数字信号处理软件解决方案,
实现更高效的声音采样和过滤, 提高语音引擎的反应速
度与准确率, 使语音能力成为现实 。 Pentium Ⅲ 可在一个
场景中渲染更多的三维对象, 表现更多的光源 （ 13个光
源 ）, 实现渲染反问, 光影效果； Pentium Ⅲ 采用并行的
SIMD浮点运算架构, 并特别增加了 8个 128位寄存器来配
合新指令的运算, 使其在图像, 视频上有额外的表现 。
进行实时同步 MPEG2编码与解码无需 MPEG硬件卡, 可
获得增强的数字电视体验, 若配以宽带的 Modem使可视
电话成为可能 。
1.2.3.6 Pentium 4主要特点
Pentium 4 CPU是目前 Intel公司技术最先进、功能最强大
的台式机处理器，采用先进技术设计，是目前中高档的
微机微处理器。它采用了 HT（ Hyper— Threading，超线
程）技术，使一个处理器同时运行两个独立的软件线程；
采用了超级流水线技术（ Hyper Pipelined technology）、
800／ 533／ 400MHz前端总线（ FSB,Front Side Bus）、
执行跟踪高速缓存和快速执行引擎；另外它还提供了许
多增强特性，包括高级传输高速缓存、高级动态执行、
增强浮点和多媒体单元以及 SSE2（ Streaming SIMD
Extensions 2,SIMD流技术扩展 2）等。它在网络广播、
多媒体、视频剪辑、图像处理、网络视频流、语音,3D、
CSD和游戏等方面的功能大大加强了。
处理器 第一代 第二代 第三代 第四代
核心 S-423Willamette S-478 Norhwood 533MHZ
DSB&HT
800MHZ
FSB&HT
发布日期 2000年 11月 2002年 4月 2002年 11月 2003年 4月
主频（ GHZ） 1.4～ 2.0 1.8～ 2.4 2.4～ 3.06 2.4～ 3.0+
制造工艺（ ?m） 0.18 0.13 0.13 0.13
晶体管数目 42M 55M 55M 55M
核心电压 1.75 1.5 1.525 1.550
一级高速缓存 8KB 8KB 8KB 8KB
二级高速缓存 256KB 512KB 512KB 512KB
外频（ MHZ） 100 100 133 133
前端总线
（ MHZ）
400 400 533 800
多媒体指令集 MMX/SSE/SSE2 MMX/SSE/SSE2 MMX/SSE/SSE2 MMX/SSE/SSE2
超线程技术 无 无 只有 3.06GHZ有 有
目前流行的 Pentium 4CPU可分为四代，技术特性如表
1.2.4微处理器的发展趋势
歌登,摩尔（ Gordon Moore）是 Intel公司奠基者之一，他在 1964
年提出一个摩尔定理，摩尔定理说每 18个月半导体集成电路里面晶
体管的个数会翻一倍，也就是集成度提升一倍，每隔 18个月其性能
会提升一倍。这个非常著名的摩尔定理，从 1964年提出以来（尽管
当时计算机集成电路芯片还没有出现），到 1971年 Intel公司首次做
出第一块 CPU 4004芯片，再到现在，发展了大概三十多年。可以发
现,CPU一直是遵循摩尔定理在发展的，后来到 1995年歌登 ·摩尔对
摩尔定理稍微修改了一下，原来是每一年半（ 18个月）后来改成两
年，也就是说每两年芯片的集成度会提升一倍，特性提升一倍，但
价格不变。
对 Intel而言,IA-64是其下 — 个 10~15年的架构。新的 IA-64将使
Intel摆脱 x86架构的限制，从而设计出超越所有现有 RISC CPU和
x86CPU的新型处理器。 IA-64处理器，具有 64位寻址能力和 64位宽
的寄存器，所以被称为 64位 CPU。
1.3.1 数制的表示
1.常用数制
（ 1）十进制数
我们熟悉的十进制数有两个主要特点：
? 有十个不同的数字符号,0,1,2,…, 9；
? 低位向高位进、借位的规律是“逢十进一”“借一当十”的计数原则进
行计数。
例如：
1234.45=1× 103＋ 2× 102＋ 3× 101＋ 4× 100＋ 4× 10-15× 10-2
式中的 10称为十进制数的基数,103,102,101,100,10-1称为各数位的
权。十进制数用 D结尾表示。
1.3 数制与编码
（ 2）二进制数
在二进制中只有两个不同数码,0和 1，进位规律是“逢二进一”“借
一当二”的计数原则进行计数。二进制数用 B结尾表示。
例如，二进制数 11011011.01可表示为：
(11011011.01)2==1× 27＋ 1× 26＋ 0× 25＋ 1× 24＋ 1× 23＋ 0× 22＋ 1× 21＋
1× 20＋ 0× 2-1＋ 1× 2-2
（ 3）八进制数
在八进制中有 0,1,2…, 7八个不同数码，采用“逢八进一”“借一
当八”的计数原则进行计数。八进制数用 Q结尾表示。
例如，八进制数（ 503.04） Q可表示为：
（ 503.04） Q=5× 82+0× 81+3× 80+0× 8-1+4× 8-2
（ 4）十六进制数
在十六进制中有 0,1,2…, 9,A,B,C,D,E,F
共十六个不同的数码，采用“逢十六进一”“借一当十六”
的计数原则进行计数。十六进制数用 H结尾表示。
例如，十六进制数（ 4E9.27） H可表示为
（ 4E9.27） H=4× 162＋ 14× 161＋ 9× 160＋ 2× 16-1＋
7× 16-2
2．不同进制数之间的相互转换
表 1-4列出了二、八、十、十六进制数之间的对应关系，
熟记这些对应关系对后续内容的学习会有较大的帮助。
表 1-3 各种进位制的对应关系
十进制 二进制 八进制 十六进制 十进制 二进制 八进制 十六进制
0 0 0 0 9 1001 11 9
1 1 1 1 10 1010 12 A
2 10 2 2 11 1011 13 B
3 11 3 3 12 1100 14 C
4 100 4 4 13 1101 15 D
5 101 5 5 14 1110 16 E
6 110 6 6 15 1111 17 F
7 111 7 7 16 10000 20 10
8 1000 10 8 17 10001 21 11
（ 1）二、八、十六进制数转换成为十进制数
根据各进制的定义表示方式，按权展开相加，即
可转换为十进制数。
【 例 1-1】 将（ 10101） B,(72)Q，（ 49） H转换为十进
制数。
(10101)B=1× 24＋ 0× 23＋ 1× 22＋ 0× 21＋ 1× 20=37
(72)Q=7× 81+2× 80=58
(49)H=4× 161＋ 9× 160=73
（ 2）十进制数转换为二进制数
十进制数转换二进制数,需要将整数部分和小数部
分分开,采用不同方法进行转换,然后用小数点将这两部
分连接起来。
① 整数部分：除 2取余法。
具体方法是：将要转换的十进制数除以 2，取余
数；再用商除以 2，再取余数，直到商等于 0为止，将
每次得到的余数按倒序的方法排列起来作为结果。
【 例 1-2】 将十进制数 25转换成二进制数 2 52
1 2 12
2 6 0
2 3 0
2 1 1
0 1
余数
最低位
最高位
所以（ 25） D=11001B
② 小数部分：乘 2取整法。
具体方法是：将十进制小数不断地乘以 2，直到积的小
数部分为零（或直到所要求的位数）为止，每次乘得的整数
依次排列即为相应进制的数码。最初得到的为最高有效数位，
最后得到的为最低有效数字。
【 例 1-3】 将十进制数 0.625转换成二进制数。0.625
2
1.250
2
0.5
2
1.0
1
0
1
最高位
最低位
所以（ 0.625） D=0.101B
【 例 1-4】 将十进制数 25.625转换成二进制数，只要将上例整数
和小数部分组合在一起即可，即 (25.625)D=(11001.101)B
例如：将十进制 193.12转换成八进制数。
1 9 3
2 4 1
3 0
0 3
8
8
8
余数
最高位
最低位
0.12
8
0.96 0
8
7.68 7
8
5.44 5
取整
最高位
最低位
所以（ 193.12） D ? (301.075)Q
(3) 二进制与八进制之间的相互转换
由于 23=8，故可采用“合三为一”的原则，即从小数
点开始向左、右两边各以 3位为一组进行二 -八转换：若不
足 3位的以 0补足，便可以将二进制数转换为八进制数。反
之，每位八进制数用三位二进制数表示，就可将八进制数
转换为二进制数。
【 例 1-5】 将（ 10100101.01011101） 2转换为八进制数。
010 100 101.010 111 010
2 4 5, 2 7 2
即 (10100101.01011101)B =(245.272)Q
【 例 1-6】 将 (756.34)Q转换为二进制数。
7 5 6, 3 4
111 101 110, 011 100
即 (756.34)Q=(111101110.0111)B
(4) 二进制与十六进制之间的相互转换
由于 24=16，故可采用“合四为一”的原则，即从小数
点开始向左、右两边各以 4位为一组进行二 — 十六转换，若
不足 4位的以 0补足，便可以将二进制数转换为十六进制数。
反之，每位十六进制数用四位二进制数表示，就可将十六进
制数转换为二进制数。
【 例 1-7】 将 (1111111000111.100101011)B转换为十六进制数。
0001 1111 1100 0111, 1001 0101 1000
1 F C 7, 9 5 8
即 (111111000111.100101011)B =(1FC7.958)H
【 例 1-8】 将 (79BD.6C)H转换为二进制数。
7 9 B D, 6 C
0111 1001 1011 1101, 0110 1100
即 (79BD.6C)H=(111100110111101.011011)B
1.3.2 常用的信息编码
二 — 十进制 BCD码（ Binary-Coded Decimal）
二 — 十进制 BCD码是指每位十进制数用 4位二进制数编
码表示。由于 4位二进制数可以表示 16种状态，可丢弃最后 6
种状态，而选用 0000～ 1001来表示 0～ 9十个数符。这种编码
又叫做 8421码。见表 1-5所示。
表 1-4 十进制数与 BCD码的对应关系
十进制数 BCD码 十进制数 BCD码
0 0000 10 00010000
1 0001 11 00010001
2 0010 12 00010010
3 0011 13 00010011
4 0100 14 00010100
5 0101 15 00010101
6 0110 16 00010110
7 0111 17 00010111
8 1000 18 00011000
9 1001 19 00011001
【 例 1-9】 将 69.25转换成 BCD码。
6 9, 2 5
0110 1001, 0010 0101
结果为 69.25=(01101001.00100101)BCD
【 例 1-10】 将 BCD码 100101111000.01010110转换成十进制数。
1001 0111 1000, 0101 0110
9 7 8, 5 6
结果为（ 100101111000.01010110） BCD=978.56
2,字符编码（ ASCII码）
计算机使用最多、最普遍的是 ASCII（ American Standard
Code For Information Interchange）字符编码，即美国信息交
换标准代码，如表 1.6所示。
表 1-5 七位 ASCII代码表
d3 d2 d1d0位 0 d6 d5d4位000 001 010 011 100 101 110 111
0000 NUL DEL SP 0 ＠ P ｀ p
0001 SOH DC1 ！ 1 A Q a q
0010 STX DC2 ″ 2 B R b r
0011 ETX DC3 ＃ 3 C S c s
0100 EOT DC4 ﹩ 4 D T d t
0101 ENQ NAK ％ 5 E U e u
0110 ACK SYN ﹠ 6 F V f v
0111 BEL ETB ＇ 7 G W g w
1000 BS CAN ﹙ 8 H X h x
1001 HT EM ﹚ 9 I Y i y
1010 LF SUB ﹡, J Z j z
1011 VT ESC ＋ ﹔ K ［ k ﹛
1100 FF FS, ＜ L ＼ l ｜
1101 CR GS － ＝ M ］ m ｝
1110 SO RS · ＞ N ↑ n ～
1111 SI HS ／ ﹖ O ← o DEL
ASCII码的每个字符用 7位二进制数表示，其排列次序为
d6d5d4d3d2d1d0,d6为高位,d0为低位。而一个字符在计算
机内实际是用 8位表示。正常情况下，最高一位 d7为,0”。 7
位二进制数共有 128种编码组合，可表示 128个字符，其中数
字 10个、大小写英文字母 52个、其他字符 32个和控制字符 34
个。
数字 0～ 9的 ASCII码为 30H～ 39H。
大写英文字母 A～ Z的 ASCII码为 41H～ 5AH。
小写英文字母 a～ z的 ASCII码为 61H～ 7AH。
对于 ASCII码表中的 0,A,a的 ASCII码 30H,41H,61H
应尽量记住，其余的数字和字母的 ASCII码可按数字和字母
的顺序以十六进制的规律写出。
3,奇偶校验码
奇偶校验码是在传送的代码上附加一个校验位，作
为代码的比较校验。这样在接收方，先对信息代码按双
方的校验规定求奇偶校验码，然后再与收到的附加校验
位作比较，若相等则认为接收的代码是正确的，否则为
错。奇偶校验就是鉴别代码中有奇数个,1，还是有偶数
个,1。例如，有效信息为 1011001，若采用偶校验码记
为,0”的话，则有效代码为 1011001 0；采用奇校验码记
为,1”的话，有效代码则为 1011001 1。有效代码的最后
的那个数位，就是奇偶校验位。当接受方收到这组代码
后，便根据奇、偶校验的约定和有效代码中,1”的个数
形成校验码，然后再与接收的校验位作比较。比较相等
的话，说明接受的信息正确；反之，则认为出现了错误。
1.4.1 二进制数在计算机内的表示
1.机器数
在计算机中，因为只有,0”和,1”两种形式，所以数的
正、负号，也必须以,0”和,1”表示。通常把一个数的最
高位定义为符号位，用 0表示正,1表示负，称为数符：其
余位仍表示数值。把在机器内存放的正、负号数码化的数
称为机器数，把机器外部由正、负号表示的数称为真值数。
1.4 计算机数值数据表示与运算
【 例 1-11】 真值为 (-0101100)B的机器数为 10101100，存
放在机器中，如图 1.3所示。
1 0 1 0 1 1 0 0
符 号 位
图 1.3 真值 B在机器中的存放
要注意的是，机器数表示的范围受到字长和数据的类型
的限制。字长和数据类型定了，机器数能表示的数值范围也
就定了。
例如，若表示一个整数，字长为 8位，则最大的正数为
01111111，最高位为符号位，即最大值为 127。若数值超出
127，就要“溢出”。最小负数为 10000000，最高位为符号
位，即最小值为 -128。
2,数的定点和浮点表示
计算机内表示的数，主要分成定点小数、定点整数与浮
点数三种类型。
（ 1）定点小数的表示法
定点小数是指小数点准确固定在数据某一个位置上的小
数。一般把小数点固定在最高数据位的左边，小数点前边再
设一位符号位。按此规则，任何一个小数都可以写成：
N=NSN－ 1N－ 2···N－ M,NS为符号位
（ 2）整数的表示法
整数所表示的数据的最小单位为 1，可以认为它是小数点
定在数值最低位右面的一种表示法。整数分为带符号和不带
符号两类。对带符号的整数，符号位放在最高位。可以写成：
N=NSNnNn－ 1···N2 N1 N0,NS为符号位
一般定点数表示的范围和精度都较小，在数值计算时，
大多数采用浮点数。
(3)浮点数的表示方法
浮点表示法对应于科学 (指数 )计数法，如数 110.011可表
示为,N=110.011=1.10011× 2+10=11001.1× 2－
10=0.110011× 2+11
在计算机机中一个浮点数由两部分构成：阶码和尾数，
阶码是指数，尾数是纯小数。其存储格式如图 1.4所示。
阶符 阶码 数符 尾数
图 1.4 存储格式
【 例 1-12】 设尾数为 4位，阶码为 2位，则二进制数
N=211× l011的浮点数表示形式为：
0 1 1 0 1 0 1 1
阶
符
阶
码
数
符
尾
数
应当注意：浮点数的正、负是由尾数的数符确定，
而阶码的正、负只决定小数点的位置，即决定浮点数
的绝对值大小。
带符号数的表示
在计算机中，带符号数可以用不同方法表示，常
用的有原码、反码和补码。
(1)原码
【 例 1-13】 当机器字长 n=8时：
[+1]原＝ 0 0000001,[-1]原＝ 1 0000001
[+127]原＝ 0 1111111,[-127]原＝ 1 111111l
由此可以看出，在原码表示法中：
最高位为符号位，正数为 0，负数为 1，其余 n-1位表示数的绝
对值。
在原码表示中，零有两种表示形式，即：
[+0]＝ 00000000，
[-0]＝ 10000000。
(2)反码
【 例 1-14】 当机器字长 n=8时：
[+1]反＝ 00000001,[-1]反＝ 11111110
[+127]反＝ 01111111,[-127]反＝ 10000000
由此看出，在反码表示中：
正数的反码与原码相同，负数的反码只需将其对应的正数按
位求反即可得到。
机器数最高位为符号位,0代表正号,1代表负号。
反码表示方式中，零有两种表示方法：
[+0]反＝ 00000000，
[-0]反＝ 11111111。
（ 3）补码
【 例 1-15】 当机器字长 n＝ 8时，
[+1]补＝ 00000001,[-1]补＝ 11111111
[+127]补＝ 01111111,[-127]补＝ 10000001
由此看出，在补码表示中：
正数的补码与原码、反码相同，负数的补码等于它的反码
加 l。
机器数的最高位是符号位,0代表正号,1代表负号。
在补码表示中,0有唯一的编码：
[＋ 0]补＝ [－ 0]补＝ 00000000。
补码的运算方便，二进制的减法可用补码的加法实现，使
用较广泛。
【 例 1-16】 假定计算机字长为 8位，试写出 122的原码、反
码和补码。
[122]原＝ [122]反＝ [122]补＝ 01111010B
【 例 1-17】 假定计算机字长为 8位，试写出－ 45的原码、
反码和补码。
[－ 45]原＝ 10101101B
[－ 45]反＝ 11010010B
[－ 45]补＝ 11010011B
对于用补码表示的负数，首先认定它是负数，而后用
求它的补码的方法可得到它的绝对值，即可求得该负数的
值。例如，补码数 (11110011)B是一个负数，求该数的补
码为 (00001101)B，该数相应的十进制数为 13，故求出
(11110011)B为 (－ 13)D。
【 例 1-18】 试写出原码 11011001的真值。
（原码）补＝（原码）反＋ 1＝ 10100111B＝－ 39
1.4.2 补码的运算
在微处理机中，使用补码进行运算是十分方便的，它使
同一个微处理机中既能运算带符号数又能运算不带符号的数。
而且，在采用补码表示带符号数的情况下，两个数的减法可
以用加法来实现。下面我们将会看到这一点。
在进行带符号数的加减运算时，应把参与运算的数据转
换成补码形式进行运算。当使用 8位二进制数表示带符号的
数时，它所能表示的数值范围在 (-128)10～ (+127)10之间，
如果相加结果超出了这个范围，就会导致错误发生。
[X+Y]补 =[X]补 +[Y]补
[X-Y]补 =[X]补 +[-Y]补
【 例 1-20】 两个带符号的数 (01000001)2(十进制数 +65)与
(01000011)2(十进制数 +67)
例中是两个正数相加，但结果却是一个负数 —— 符号位
为 1。显然，这个结果是错误的，出现这种错误的原因就在
于这两个数相加的结果超过了 8位二进制带符号数所能表示
的数值范围。
【 例 1-21】 两个负数 (10001000)2和 (11101110)2的相加情况 。
+
01000001
01000011
10000100
10001000
11101110
01110110
+
1
由于规定用 8位二进制数来表示带符号的数，故忽略作
为进位位的第九位。按 8位二进制数来解释这两个符号数的
相加，其结果为一个正数。很明显，结果是错误的。
【 例 1-22】 两个无符号数 (11111101)2和 (00000011)2相加：
+
1
11111101
00000011
00000000
从相加计算的结果来看，如果微处理机只有 8位，也就是
用 8位二进制数来解释运算的结果，则将出现错误。因此，
在微处理机中设有专门的一位，称为进位位，它将用于保存
第九位以防丢失信息。
1.4.3 逻辑运算
（ 1）“与”运算。“与”运算的运算规则是：
0?0=0 0?1=0
1?0=0 1?1=1
【 例 1-23】 二进制数 01011101B和 11010101B相与。
01011101
11010101
01010101
（ 2）“或”运算。“或”运算的运算规则是：
0? 0=0 0?1=1
1?0=1 1?1=1
【 例 1-24】 二进制数 10101101和 01010000相或。
10101101
01010000
11111101
（ 3）“异或”运算。“异或”运算的运算规则是：
0?0=0 0?1=1
1?0=1 1?1=0
【 例 1-25】 二进制数 10101101和 01101110相异或。
10101101
01101110
11000011
+
【 本章重点 】 微型计算机的组成和各部分的作
用, 以及计算机中数的表示方法 。
【 本章难点 】 计算机中数的表示方法：原码,
反码, 补码的关系 。
§ 1.1 微型计算机的组成及工作原理
1.1.1 微型计算机中的基本概念
1,微处理器 （ Microprocessor）
2,微型计算机
（ 1） 单片微处理机
（ 2） 通用微型计算机
3,微型计算机系统
1.1.2 微型计算机的基本结构
C
P
U
总
线
形
成
电
路
接口 接口 接口
内存 内存
外设 外设 外设
系 统 总 线
微型计算机的基本组成
1.1.3 微型计算机的基本工作过程
微型计算机的基本工作过程是执行程序的过程，
也就是 CPU自动从程序存放的第 1个存储单元起，逐步
取出指令、分析指令，并根据指令规定的操作类型和
操作对象，执行指令规定的相关操作。如此重复，周
而复始，直至执行完程序的所有指令，从而实现程序
的基本功能，这就是微型计算机的基本工作原理。
工作过程：
取指令 分析指令 执行指令
§ 1.2微处理器及其发展
1.2.1 微处理器的发展历史
1971.11,Intel公司第一枚微处理器芯片 4004,4位机，它总共集成了 2200个晶体管。
1972年 4月,Intel公司宣布另一种型号的微处理器 8008研制成功。 8位机。
1975年 1月,Motorola公司宣布推出它的 8位微处理器 6800。
1979年,Intel公司推出了 Intel 8086/8088微处理器，它是最早的 PC机的 CPU。
1983年,Intel公司推出了 Intel 80286微处理器，它是完全 16位微处理器 。
1985年,Intel公司推出了 Intel 80386微处理器。
1989年,Intel公司推出了 Intel 80486微处理器。
1993年 3月,Intel公司推出了名为 Pentium（经典奔腾）的微处理 。
1995年 11月 Intel公司又推出了 Pentium Pro（高能奔腾）。
1997年 1月,Intel公司又推出了 Pentium MMX（多能奔腾）。
1997年 5月,Intel公司推出了 PentiumⅡ （奔腾二代）
1999年 2月,Intel公司推出了 Pentium Ⅲ （ 奔腾三代）
2000年 11月,Intel公司推出了 Pentium4（奔腾四代）。
第一代
1971年～
1973年
第二代
1974年～
1977年
第三代
1978年～
1980年
第四代
1980年以后
典型的微处理器
芯片
Intel 4004
Intel 4040
Intel 8008
Intel 8080
M6800
Z-80
Intel
8086/8088
M68000
Z-8000
Intel 80X86
M68020
Z-80000
字长（位） 4/8 8 16 16/32
集成度（晶体管
数 /芯片） 1000～ 2000 5000～ 9000 20000～70000 >100000
时钟频率（ MHZ） 0.5～ 0.8 1～ 4 5～ 10 >10
数据总线宽度
（位） 4/8 8 16 16/32
地址总线宽度
（位） 4～ 8 8 20～ 24 24～ 32
存储容量 ≤ 16KB实
存
≤64KB 实存 ≤1MB 实存 ≤4GB 实存和
64GB虚存
指令执行时间
（ ?s） 10～ 15 1～ 2 <1 <0.125
软件水平 机器语言汇编语言 汇编语言高级语言
操作系统
汇编语言
高级语言
操作系统
汇编语言
高级语言
部分软件硬化
各代微处理器的特点
1.2.2 微处理器的内部结构
1．总线部件
2．预取部件
3．译码器
4．控制器
5．运算逻辑部件
6．存储器管理部件
1.2.3 Pentium系列微处理器
1.2.3.1 Pentium奔腾微处理器的主要特点：
1、标量体系结构
2、双流水线结构
（ 1）转移预测部件
（ 2） 高性能的浮点运算
（ 3）存储器页面大小任选
1.2.3.2 Pentium MMX的主要特点
Pentium MMX是在奔腾芯片基础上增加了 MMX技术 。
MMX技术的特点主要有二项 。
① 采用 S1MD型指令 。 SIMD（ Single Introduction Multi
Data,单指令多数据流 ） 是计算
机系统结构的一种 。
② 拥有积和运算功能 。
③ 拥有饱和运算功能 。
采用 MMX技术后, 提高了不同种类的应用性能, 尤
其对图形, 图像, 动画, 音频数据处理的改进最为明显 。
1.2.3.3 Pentium Pro的主要特点
1,三路超标量体系结构和 14级超级流水线
2,动态执行技术
（ 1） 数据流分析
（ 2） 增强的转移预测
（ 3） 推理执行
3,优化的 32位代码结构和 66MHz的系统总线
Pentium Pro采用优化的 32位代码结构和 66MHz的系统总
线 。
1.2.3.4 Pentium II的主要特点
PentiumⅡ 是在 Pentium Pro的基础上增加了 MMX技术,
具有以下几个特点 。
① 采用了 DIB（ Dual independent Bus,双重独立总线 ）
技术 。 PentiumⅡ 可同时使用这两条总线, 其中一条总线
用于连接二级高速缓存, 一条总线用于连接主存, 这样
充分提高了数据传输能力 。
② 使用了 SEC（ Single Edge Contact,半边接触盒 ） 技
术 。 将 512KB二级高速缓存移出 CPU内核, 但用一个塑料
盒将 CPU与二级高速缓存封装在一起, 中间用高速缓存
总线相连 。 也正同为这一点, Pentium II采用了一种新型
插槽 Slot 1,它与 Socket 7不兼容 。
③双 16KB高速缓存。即 16KB的数据高速缓存和 16KB
的代码高速缓存。
1.2.3.5 Pentium Ⅲ 的主要特点
Pentium Ⅲ 采用了与 PentiumⅡ 相同的 Slot 1结构, 同样
支持 100MH的系统外频 。 PentiumⅢ 针对 K6-2中的 3D
NOW!指令, 在 MMX指令集基础上增加了 70条新的 SSE
指令集, 从而大大增强了 3D几何运算, 动画, 影像, 音
效等功能 。 Pentium Ⅲ 利用数字信号处理软件解决方案,
实现更高效的声音采样和过滤, 提高语音引擎的反应速
度与准确率, 使语音能力成为现实 。 Pentium Ⅲ 可在一个
场景中渲染更多的三维对象, 表现更多的光源 （ 13个光
源 ）, 实现渲染反问, 光影效果； Pentium Ⅲ 采用并行的
SIMD浮点运算架构, 并特别增加了 8个 128位寄存器来配
合新指令的运算, 使其在图像, 视频上有额外的表现 。
进行实时同步 MPEG2编码与解码无需 MPEG硬件卡, 可
获得增强的数字电视体验, 若配以宽带的 Modem使可视
电话成为可能 。
1.2.3.6 Pentium 4主要特点
Pentium 4 CPU是目前 Intel公司技术最先进、功能最强大
的台式机处理器，采用先进技术设计，是目前中高档的
微机微处理器。它采用了 HT（ Hyper— Threading，超线
程）技术，使一个处理器同时运行两个独立的软件线程；
采用了超级流水线技术（ Hyper Pipelined technology）、
800／ 533／ 400MHz前端总线（ FSB,Front Side Bus）、
执行跟踪高速缓存和快速执行引擎；另外它还提供了许
多增强特性，包括高级传输高速缓存、高级动态执行、
增强浮点和多媒体单元以及 SSE2（ Streaming SIMD
Extensions 2,SIMD流技术扩展 2）等。它在网络广播、
多媒体、视频剪辑、图像处理、网络视频流、语音,3D、
CSD和游戏等方面的功能大大加强了。
处理器 第一代 第二代 第三代 第四代
核心 S-423Willamette S-478 Norhwood 533MHZ
DSB&HT
800MHZ
FSB&HT
发布日期 2000年 11月 2002年 4月 2002年 11月 2003年 4月
主频（ GHZ） 1.4～ 2.0 1.8～ 2.4 2.4～ 3.06 2.4～ 3.0+
制造工艺（ ?m） 0.18 0.13 0.13 0.13
晶体管数目 42M 55M 55M 55M
核心电压 1.75 1.5 1.525 1.550
一级高速缓存 8KB 8KB 8KB 8KB
二级高速缓存 256KB 512KB 512KB 512KB
外频（ MHZ） 100 100 133 133
前端总线
（ MHZ）
400 400 533 800
多媒体指令集 MMX/SSE/SSE2 MMX/SSE/SSE2 MMX/SSE/SSE2 MMX/SSE/SSE2
超线程技术 无 无 只有 3.06GHZ有 有
目前流行的 Pentium 4CPU可分为四代，技术特性如表
1.2.4微处理器的发展趋势
歌登,摩尔（ Gordon Moore）是 Intel公司奠基者之一，他在 1964
年提出一个摩尔定理，摩尔定理说每 18个月半导体集成电路里面晶
体管的个数会翻一倍，也就是集成度提升一倍，每隔 18个月其性能
会提升一倍。这个非常著名的摩尔定理，从 1964年提出以来（尽管
当时计算机集成电路芯片还没有出现），到 1971年 Intel公司首次做
出第一块 CPU 4004芯片，再到现在，发展了大概三十多年。可以发
现,CPU一直是遵循摩尔定理在发展的，后来到 1995年歌登 ·摩尔对
摩尔定理稍微修改了一下，原来是每一年半（ 18个月）后来改成两
年，也就是说每两年芯片的集成度会提升一倍，特性提升一倍，但
价格不变。
对 Intel而言,IA-64是其下 — 个 10~15年的架构。新的 IA-64将使
Intel摆脱 x86架构的限制，从而设计出超越所有现有 RISC CPU和
x86CPU的新型处理器。 IA-64处理器，具有 64位寻址能力和 64位宽
的寄存器，所以被称为 64位 CPU。
1.3.1 数制的表示
1.常用数制
（ 1）十进制数
我们熟悉的十进制数有两个主要特点：
? 有十个不同的数字符号,0,1,2,…, 9；
? 低位向高位进、借位的规律是“逢十进一”“借一当十”的计数原则进
行计数。
例如：
1234.45=1× 103＋ 2× 102＋ 3× 101＋ 4× 100＋ 4× 10-15× 10-2
式中的 10称为十进制数的基数,103,102,101,100,10-1称为各数位的
权。十进制数用 D结尾表示。
1.3 数制与编码
（ 2）二进制数
在二进制中只有两个不同数码,0和 1，进位规律是“逢二进一”“借
一当二”的计数原则进行计数。二进制数用 B结尾表示。
例如，二进制数 11011011.01可表示为：
(11011011.01)2==1× 27＋ 1× 26＋ 0× 25＋ 1× 24＋ 1× 23＋ 0× 22＋ 1× 21＋
1× 20＋ 0× 2-1＋ 1× 2-2
（ 3）八进制数
在八进制中有 0,1,2…, 7八个不同数码，采用“逢八进一”“借一
当八”的计数原则进行计数。八进制数用 Q结尾表示。
例如，八进制数（ 503.04） Q可表示为：
（ 503.04） Q=5× 82+0× 81+3× 80+0× 8-1+4× 8-2
（ 4）十六进制数
在十六进制中有 0,1,2…, 9,A,B,C,D,E,F
共十六个不同的数码，采用“逢十六进一”“借一当十六”
的计数原则进行计数。十六进制数用 H结尾表示。
例如，十六进制数（ 4E9.27） H可表示为
（ 4E9.27） H=4× 162＋ 14× 161＋ 9× 160＋ 2× 16-1＋
7× 16-2
2．不同进制数之间的相互转换
表 1-4列出了二、八、十、十六进制数之间的对应关系，
熟记这些对应关系对后续内容的学习会有较大的帮助。
表 1-3 各种进位制的对应关系
十进制 二进制 八进制 十六进制 十进制 二进制 八进制 十六进制
0 0 0 0 9 1001 11 9
1 1 1 1 10 1010 12 A
2 10 2 2 11 1011 13 B
3 11 3 3 12 1100 14 C
4 100 4 4 13 1101 15 D
5 101 5 5 14 1110 16 E
6 110 6 6 15 1111 17 F
7 111 7 7 16 10000 20 10
8 1000 10 8 17 10001 21 11
（ 1）二、八、十六进制数转换成为十进制数
根据各进制的定义表示方式，按权展开相加，即
可转换为十进制数。
【 例 1-1】 将（ 10101） B,(72)Q，（ 49） H转换为十进
制数。
(10101)B=1× 24＋ 0× 23＋ 1× 22＋ 0× 21＋ 1× 20=37
(72)Q=7× 81+2× 80=58
(49)H=4× 161＋ 9× 160=73
（ 2）十进制数转换为二进制数
十进制数转换二进制数,需要将整数部分和小数部
分分开,采用不同方法进行转换,然后用小数点将这两部
分连接起来。
① 整数部分：除 2取余法。
具体方法是：将要转换的十进制数除以 2，取余
数；再用商除以 2，再取余数，直到商等于 0为止，将
每次得到的余数按倒序的方法排列起来作为结果。
【 例 1-2】 将十进制数 25转换成二进制数 2 52
1 2 12
2 6 0
2 3 0
2 1 1
0 1
余数
最低位
最高位
所以（ 25） D=11001B
② 小数部分：乘 2取整法。
具体方法是：将十进制小数不断地乘以 2，直到积的小
数部分为零（或直到所要求的位数）为止，每次乘得的整数
依次排列即为相应进制的数码。最初得到的为最高有效数位，
最后得到的为最低有效数字。
【 例 1-3】 将十进制数 0.625转换成二进制数。0.625
2
1.250
2
0.5
2
1.0
1
0
1
最高位
最低位
所以（ 0.625） D=0.101B
【 例 1-4】 将十进制数 25.625转换成二进制数，只要将上例整数
和小数部分组合在一起即可，即 (25.625)D=(11001.101)B
例如：将十进制 193.12转换成八进制数。
1 9 3
2 4 1
3 0
0 3
8
8
8
余数
最高位
最低位
0.12
8
0.96 0
8
7.68 7
8
5.44 5
取整
最高位
最低位
所以（ 193.12） D ? (301.075)Q
(3) 二进制与八进制之间的相互转换
由于 23=8，故可采用“合三为一”的原则，即从小数
点开始向左、右两边各以 3位为一组进行二 -八转换：若不
足 3位的以 0补足，便可以将二进制数转换为八进制数。反
之，每位八进制数用三位二进制数表示，就可将八进制数
转换为二进制数。
【 例 1-5】 将（ 10100101.01011101） 2转换为八进制数。
010 100 101.010 111 010
2 4 5, 2 7 2
即 (10100101.01011101)B =(245.272)Q
【 例 1-6】 将 (756.34)Q转换为二进制数。
7 5 6, 3 4
111 101 110, 011 100
即 (756.34)Q=(111101110.0111)B
(4) 二进制与十六进制之间的相互转换
由于 24=16，故可采用“合四为一”的原则，即从小数
点开始向左、右两边各以 4位为一组进行二 — 十六转换，若
不足 4位的以 0补足，便可以将二进制数转换为十六进制数。
反之，每位十六进制数用四位二进制数表示，就可将十六进
制数转换为二进制数。
【 例 1-7】 将 (1111111000111.100101011)B转换为十六进制数。
0001 1111 1100 0111, 1001 0101 1000
1 F C 7, 9 5 8
即 (111111000111.100101011)B =(1FC7.958)H
【 例 1-8】 将 (79BD.6C)H转换为二进制数。
7 9 B D, 6 C
0111 1001 1011 1101, 0110 1100
即 (79BD.6C)H=(111100110111101.011011)B
1.3.2 常用的信息编码
二 — 十进制 BCD码（ Binary-Coded Decimal）
二 — 十进制 BCD码是指每位十进制数用 4位二进制数编
码表示。由于 4位二进制数可以表示 16种状态，可丢弃最后 6
种状态，而选用 0000～ 1001来表示 0～ 9十个数符。这种编码
又叫做 8421码。见表 1-5所示。
表 1-4 十进制数与 BCD码的对应关系
十进制数 BCD码 十进制数 BCD码
0 0000 10 00010000
1 0001 11 00010001
2 0010 12 00010010
3 0011 13 00010011
4 0100 14 00010100
5 0101 15 00010101
6 0110 16 00010110
7 0111 17 00010111
8 1000 18 00011000
9 1001 19 00011001
【 例 1-9】 将 69.25转换成 BCD码。
6 9, 2 5
0110 1001, 0010 0101
结果为 69.25=(01101001.00100101)BCD
【 例 1-10】 将 BCD码 100101111000.01010110转换成十进制数。
1001 0111 1000, 0101 0110
9 7 8, 5 6
结果为（ 100101111000.01010110） BCD=978.56
2,字符编码（ ASCII码）
计算机使用最多、最普遍的是 ASCII（ American Standard
Code For Information Interchange）字符编码，即美国信息交
换标准代码，如表 1.6所示。
表 1-5 七位 ASCII代码表
d3 d2 d1d0位 0 d6 d5d4位000 001 010 011 100 101 110 111
0000 NUL DEL SP 0 ＠ P ｀ p
0001 SOH DC1 ！ 1 A Q a q
0010 STX DC2 ″ 2 B R b r
0011 ETX DC3 ＃ 3 C S c s
0100 EOT DC4 ﹩ 4 D T d t
0101 ENQ NAK ％ 5 E U e u
0110 ACK SYN ﹠ 6 F V f v
0111 BEL ETB ＇ 7 G W g w
1000 BS CAN ﹙ 8 H X h x
1001 HT EM ﹚ 9 I Y i y
1010 LF SUB ﹡, J Z j z
1011 VT ESC ＋ ﹔ K ［ k ﹛
1100 FF FS, ＜ L ＼ l ｜
1101 CR GS － ＝ M ］ m ｝
1110 SO RS · ＞ N ↑ n ～
1111 SI HS ／ ﹖ O ← o DEL
ASCII码的每个字符用 7位二进制数表示，其排列次序为
d6d5d4d3d2d1d0,d6为高位,d0为低位。而一个字符在计算
机内实际是用 8位表示。正常情况下，最高一位 d7为,0”。 7
位二进制数共有 128种编码组合，可表示 128个字符，其中数
字 10个、大小写英文字母 52个、其他字符 32个和控制字符 34
个。
数字 0～ 9的 ASCII码为 30H～ 39H。
大写英文字母 A～ Z的 ASCII码为 41H～ 5AH。
小写英文字母 a～ z的 ASCII码为 61H～ 7AH。
对于 ASCII码表中的 0,A,a的 ASCII码 30H,41H,61H
应尽量记住，其余的数字和字母的 ASCII码可按数字和字母
的顺序以十六进制的规律写出。
3,奇偶校验码
奇偶校验码是在传送的代码上附加一个校验位，作
为代码的比较校验。这样在接收方，先对信息代码按双
方的校验规定求奇偶校验码，然后再与收到的附加校验
位作比较，若相等则认为接收的代码是正确的，否则为
错。奇偶校验就是鉴别代码中有奇数个,1，还是有偶数
个,1。例如，有效信息为 1011001，若采用偶校验码记
为,0”的话，则有效代码为 1011001 0；采用奇校验码记
为,1”的话，有效代码则为 1011001 1。有效代码的最后
的那个数位，就是奇偶校验位。当接受方收到这组代码
后，便根据奇、偶校验的约定和有效代码中,1”的个数
形成校验码，然后再与接收的校验位作比较。比较相等
的话，说明接受的信息正确；反之，则认为出现了错误。
1.4.1 二进制数在计算机内的表示
1.机器数
在计算机中，因为只有,0”和,1”两种形式，所以数的
正、负号，也必须以,0”和,1”表示。通常把一个数的最
高位定义为符号位，用 0表示正,1表示负，称为数符：其
余位仍表示数值。把在机器内存放的正、负号数码化的数
称为机器数，把机器外部由正、负号表示的数称为真值数。
1.4 计算机数值数据表示与运算
【 例 1-11】 真值为 (-0101100)B的机器数为 10101100，存
放在机器中，如图 1.3所示。
1 0 1 0 1 1 0 0
符 号 位
图 1.3 真值 B在机器中的存放
要注意的是，机器数表示的范围受到字长和数据的类型
的限制。字长和数据类型定了，机器数能表示的数值范围也
就定了。
例如，若表示一个整数，字长为 8位，则最大的正数为
01111111，最高位为符号位，即最大值为 127。若数值超出
127，就要“溢出”。最小负数为 10000000，最高位为符号
位，即最小值为 -128。
2,数的定点和浮点表示
计算机内表示的数，主要分成定点小数、定点整数与浮
点数三种类型。
（ 1）定点小数的表示法
定点小数是指小数点准确固定在数据某一个位置上的小
数。一般把小数点固定在最高数据位的左边，小数点前边再
设一位符号位。按此规则，任何一个小数都可以写成：
N=NSN－ 1N－ 2···N－ M,NS为符号位
（ 2）整数的表示法
整数所表示的数据的最小单位为 1，可以认为它是小数点
定在数值最低位右面的一种表示法。整数分为带符号和不带
符号两类。对带符号的整数，符号位放在最高位。可以写成：
N=NSNnNn－ 1···N2 N1 N0,NS为符号位
一般定点数表示的范围和精度都较小，在数值计算时，
大多数采用浮点数。
(3)浮点数的表示方法
浮点表示法对应于科学 (指数 )计数法，如数 110.011可表
示为,N=110.011=1.10011× 2+10=11001.1× 2－
10=0.110011× 2+11
在计算机机中一个浮点数由两部分构成：阶码和尾数，
阶码是指数，尾数是纯小数。其存储格式如图 1.4所示。
阶符 阶码 数符 尾数
图 1.4 存储格式
【 例 1-12】 设尾数为 4位，阶码为 2位，则二进制数
N=211× l011的浮点数表示形式为：
0 1 1 0 1 0 1 1
阶
符
阶
码
数
符
尾
数
应当注意：浮点数的正、负是由尾数的数符确定，
而阶码的正、负只决定小数点的位置，即决定浮点数
的绝对值大小。
带符号数的表示
在计算机中，带符号数可以用不同方法表示，常
用的有原码、反码和补码。
(1)原码
【 例 1-13】 当机器字长 n=8时：
[+1]原＝ 0 0000001,[-1]原＝ 1 0000001
[+127]原＝ 0 1111111,[-127]原＝ 1 111111l
由此可以看出，在原码表示法中：
最高位为符号位，正数为 0，负数为 1，其余 n-1位表示数的绝
对值。
在原码表示中，零有两种表示形式，即：
[+0]＝ 00000000，
[-0]＝ 10000000。
(2)反码
【 例 1-14】 当机器字长 n=8时：
[+1]反＝ 00000001,[-1]反＝ 11111110
[+127]反＝ 01111111,[-127]反＝ 10000000
由此看出，在反码表示中：
正数的反码与原码相同，负数的反码只需将其对应的正数按
位求反即可得到。
机器数最高位为符号位,0代表正号,1代表负号。
反码表示方式中，零有两种表示方法：
[+0]反＝ 00000000，
[-0]反＝ 11111111。
（ 3）补码
【 例 1-15】 当机器字长 n＝ 8时，
[+1]补＝ 00000001,[-1]补＝ 11111111
[+127]补＝ 01111111,[-127]补＝ 10000001
由此看出，在补码表示中：
正数的补码与原码、反码相同，负数的补码等于它的反码
加 l。
机器数的最高位是符号位,0代表正号,1代表负号。
在补码表示中,0有唯一的编码：
[＋ 0]补＝ [－ 0]补＝ 00000000。
补码的运算方便，二进制的减法可用补码的加法实现，使
用较广泛。
【 例 1-16】 假定计算机字长为 8位，试写出 122的原码、反
码和补码。
[122]原＝ [122]反＝ [122]补＝ 01111010B
【 例 1-17】 假定计算机字长为 8位，试写出－ 45的原码、
反码和补码。
[－ 45]原＝ 10101101B
[－ 45]反＝ 11010010B
[－ 45]补＝ 11010011B
对于用补码表示的负数，首先认定它是负数，而后用
求它的补码的方法可得到它的绝对值，即可求得该负数的
值。例如，补码数 (11110011)B是一个负数，求该数的补
码为 (00001101)B，该数相应的十进制数为 13，故求出
(11110011)B为 (－ 13)D。
【 例 1-18】 试写出原码 11011001的真值。
（原码）补＝（原码）反＋ 1＝ 10100111B＝－ 39
1.4.2 补码的运算
在微处理机中，使用补码进行运算是十分方便的，它使
同一个微处理机中既能运算带符号数又能运算不带符号的数。
而且，在采用补码表示带符号数的情况下，两个数的减法可
以用加法来实现。下面我们将会看到这一点。
在进行带符号数的加减运算时，应把参与运算的数据转
换成补码形式进行运算。当使用 8位二进制数表示带符号的
数时，它所能表示的数值范围在 (-128)10～ (+127)10之间，
如果相加结果超出了这个范围，就会导致错误发生。
[X+Y]补 =[X]补 +[Y]补
[X-Y]补 =[X]补 +[-Y]补
【 例 1-20】 两个带符号的数 (01000001)2(十进制数 +65)与
(01000011)2(十进制数 +67)
例中是两个正数相加，但结果却是一个负数 —— 符号位
为 1。显然，这个结果是错误的，出现这种错误的原因就在
于这两个数相加的结果超过了 8位二进制带符号数所能表示
的数值范围。
【 例 1-21】 两个负数 (10001000)2和 (11101110)2的相加情况 。
+
01000001
01000011
10000100
10001000
11101110
01110110
+
1
由于规定用 8位二进制数来表示带符号的数，故忽略作
为进位位的第九位。按 8位二进制数来解释这两个符号数的
相加，其结果为一个正数。很明显，结果是错误的。
【 例 1-22】 两个无符号数 (11111101)2和 (00000011)2相加：
+
1
11111101
00000011
00000000
从相加计算的结果来看，如果微处理机只有 8位，也就是
用 8位二进制数来解释运算的结果，则将出现错误。因此，
在微处理机中设有专门的一位，称为进位位，它将用于保存
第九位以防丢失信息。
1.4.3 逻辑运算
（ 1）“与”运算。“与”运算的运算规则是：
0?0=0 0?1=0
1?0=0 1?1=1
【 例 1-23】 二进制数 01011101B和 11010101B相与。
01011101
11010101
01010101
（ 2）“或”运算。“或”运算的运算规则是：
0? 0=0 0?1=1
1?0=1 1?1=1
【 例 1-24】 二进制数 10101101和 01010000相或。
10101101
01010000
11111101
（ 3）“异或”运算。“异或”运算的运算规则是：
0?0=0 0?1=1
1?0=1 1?1=0
【 例 1-25】 二进制数 10101101和 01101110相异或。
10101101
01101110
11000011
+
