8位补码器设计

1.第一篇数值在计算机中表示形式为机器数,计算机只能识别0和1,使用的是二进制,而在日常生活中人们使用的是十进制,"正如亚里士多德早就指出的那样,今天十进制的广泛采用,只不过我们绝大多数人生来具有10个手指头这个解剖学事实的结果.尽管在历史上手指计数(5,10进制)的实践要比二或三进制计数出现的晚."(摘自<<数学发展史>>有空大家可以看看哦~,很有意思的).为了能方便的与二进制转换,就使用了十六进制(2 4)和八进制(23).下面进入正题.数值有正负之分,计算机就用一个数的最高位存放符号(0为正,1为负).这就是机器数的原码了.假设机器能处理的位数为8.即字长为1byte,原码能表示数值的范围为(-127~-0 +0~127)共256个.? 有了数值的表示方法就可以对数进行算术运算.但是很快就发现用带符号位的原码进行乘除运算时结果正确,而在加减运算的时候就出现了问题,如下: 假设字长为8bits( 1 )?10-? ( 1 )10?=? ( 1 )10?+ ( -1 )10?= ?( 0 )10(00000001)原?+ (10000001)原?= (10000010)原?= ( -2 )?显然不正确.? 因为在两个整数的加法运算中是没有问题的,于是就发现问题出现在带符号位的负数身上,对除符号位外的其余各位逐位取反就产生了反码.反码的取值空间和原码相同且一一对应. 下面是反码的减法运算:?( 1 )10?-? ( 1 )?10=? ( 1 )?10+ ( -1 )?10= ?( 0 )10?(00000001)?反+ (11111110)反?=? (11111111)反?=? ( -0 ) ?有问题.( 1 )10?-? ( 2)10?=? ( 1 )10?+ ( -2 )10?= ?( -1 )10(00000001)?反+ (11111101)反?=? (11111110)反?=? ( -1 )?正确问题出现在(+0)和(-0)上,在人们的计算概念中零是没有正负之分的.(印度人首先将零作为标记并放入运算之中,包含有零号的印度数学和十进制计数对人类文明的贡献极大).于是就引入了补码概念. 负数的补码就是对反码加一,而正数不变,正数的原码反码补码是一样的.在补码中用(-128)代替了(-0),所以补码的表示范围为:(-128~0~127)共256个.注意:(-128)没有相对应的原码和反码, (-128) = (10000000) ?补码的加减运算如下:( 1 )?10-? ( 1 )?10=? ( 1 )10?+ ( -1 )10?= ?( 0 )10(00000001)补?+ (11111111)补?=? (00000000)补?= ( 0 )?正确( 1 )?10-? ( 2)?10=? ( 1 )10?+ ( -2 )10?= ?( -1 )10(00000001)?补+ (11111110)?补=? (11111111)补?= ( -1 ) ?正确?? 所以补码的设计目的是:???? ⑴使符号位能与有效值部分一起参加运算,从而简化运算规则.⑵使减法运算转换为加法运算,进一步简化计算机中运算器的线路设计? 所有这些转换都是在计算机的最底层进行的，而在我们使用的汇编、C等其他高级语言中使用的都是原码。

第一章1、写出下列二进制数的原码、反码和补码（设字长为8位）。

（1）001011 （2）-0010112、微型计算机由那几部分构成？3、什么叫单片机？它有何特点？1、（1）原码：00001011 反码：00001011 补码：00001011（2）原码：10001011 反码：11110100 补码：111101012、微型计算机由微处理器、存储器和I/O接口电路构成。

各部分通过地址总线（AB）、数据总线（DB）和控制总线（CB）相连。

3、单片机就是在一块硅片上集成了CPU、RAM、ROM、定时器/计数器和多种I/O口（如并行、串行及A/D变换器等）的一个完整的数字处理系统。

单片机主要特点有：品种多样，型号繁多；存储容量大；频率高，速度快；控制功能强，集成度高；功耗低；配套应用软件多。

第二章2.1 说明ROM，EPROM，EEPROM和Flash之间的主要特点和区别？2.3某ROM芯片中有12根地址输入端和8个数据输入端，该芯片的存储容量是多少位？2.4说明动态RAM和静态的主要区别，使用时应该如何选用。

2.6现有若干片2K*8位的RAM芯片，主控制器的地址线为20根，若用线选法组成片外存储器，有效的寻址范围最大是多少？若用3-8译码器来产生片选信号，则有效的寻址范围最大有是多少？若要将寻址范围扩展到64KB，应选用什么样的译码器来产生片选信号？2.8如图2.22所示，若用1K*8位的芯片来扩展3K*8位RAM，试计算各片的地址范围。

2.1.)1. 掩模工艺ROM（固定式ROM）:用来存储计算机用的某些标准程序和固定的数据表格,因为制造出来已经被固定了，所以只能读，不能写。

2. 可擦除可编程存储器EPROM：具有可擦除功能，擦除后可进行再编程，但是擦除需要紫外线照射，平时保存要避免阳光直射。

3. 可电擦除可编程只读存储器EEPOM:用电信号进行擦除，具有ROM的非易失性，又有RAM的随机读写，但是写入速度比较慢，重编程时间较长，有效重编程次数较低。

学做8位计算机在B站上看到有⼤佬做了个8位计算机，⾮常感兴趣，同时想了解⼀下计算机底层到底是怎么运作的，就跟着做了⼀个。

以下是笔记，写的⽐较细。

先show⼀下代码序号指令说明0OUT显⽰1ADD 15加上地址15的值2JC 4进位跳转到地址43JMP 0没有进位跳转到地址04SUB 15减去地址15的值5OUT显⽰6JZ 0为0跳转到地址07JMP 4不为0跳转到地址415地址设置成15；代码意思是：值⾃增15，如果到达进位255就变成⾃减15，如果⾃荐到达0就⾃增。

基础知识⼆极管单项导通器件1874年，德国科学家发现晶体的整流功能由半导体硅材料制成，硅本⾝是没有电极的，在做晶体管的时候做了杂化处理，在⼀段加⼊了硼，⼀段加⼊了磷，硼这端会多出电⼦空⽳，⽽磷这⼀端会多出⾃由电⼦，有意思的事情就发⽣了。

因为Si是4个电⼦，P有3个电⼦，N有5个电⼦，所以单纯的硅会形成4个共价键⾮常稳定。

硅:磷：N硼：P当杂化之后，P端就会有很多电⼦空⽳，N端会多出很多⾃由电⼦，在PN交界的地⽅，N端电⼦会⾃动移动到P端，形成⼀个耗尽区，耗尽区的电压为0.7V,所以⼤多5V的芯⽚低电压为0.2V，如果超过0.7V则视为⾼电压如果加⼊正电压会使耗尽区扩⼤，造成正向偏压，如果加⼊反向电压，⼤于耗尽区0.7V电压的时候，电⼦从N极向P极移动没有任何障碍。

绘出曲线，横坐标是电源电压，纵坐标是电流，负向电压的时候⼏乎没有电流，负向电压特别⼤的时候会击穿，正向电压⼤于0.7V的时候会很快获得很⼤的电流。

⼆极管的这⼀特性可以做⼀个桥式整流电路三极管三极管就是⼆极管的升级，例如NPN型三极管这样在NP的交界处就会形成两个耗尽区，可以看成两个⼆极管背靠背相连，不管电源处于哪个状态总有⼀个⼆极管处于反向加压的状态，不导通。

但是如果中间加⼀个电源（第⼆个电源），⼤量电⼦会从P端出来，通过电源到达N端形成通路形成通路后，⼤量电⼦会到P端，形成反向偏压，如果整体来看，P端⾮常的窄，并不会存储⼤量电⼦，⼤量电⼦在第⼀个电源的驱动下回到电源，形成电流，因为第⼀个电源的电压⽐较⼤，驱动⼒⽐较⼤，第⼆个电源电压⽐较⼩，驱动⼒⽐较⼩这种现象简⽽⾔之就是1. ⼀个⼩电流被放⼤成⼀个⼤电流，2. ⼀个断路变成⼀个通路这种晶体管叫双极结晶体管，晶体管有两种⼯作⽅式：1. 通过电流，将⼀个⼩电流放⼤成⼤电流，1. 通过电压，只要基极和发射机有电势差，集电极和发射极就会产⽣⼤电流，这种⼜叫场效应管双极结型晶体管做的放⼤电路门电路晶体管的基本原理已经知道了，门电路就是基于三极管构成相关电路⾮门电路：与门电路：或门电路异或门锁存器锁存器⽤来做寄存器将或门改造⼀下就可以就是SR锁存器SR锁存器再次进阶D锁存器,D锁存器是构建寄存器的基础，本计算机种所有的寄存器都是由D锁存器构造触发器触发器是为了获取极短时间内的上升沿第⼀种⽅法：从0变成1的时候，⾮门需要⼏个纳秒的时候才能将状态转过来，所以在⾮常短的时候内会出现都为1，这个时候与门输出1，然后⾮门后的状态0输⼊，导致输出变为0，这样输出只有⼏个纳秒是1。

原码，反码，补码及运算一、定义 1．原码 正数的符号位为0，负数的符号位为1，其它位按照一般的方法来表示数的绝对值。

用这样的表示方法得到的就是数的原码。

【例2.13】当机器字长为8位二进制数时：X＝＋1011011 [X]原码＝01011011Y＝＋1011011 [Y]原码＝11011011[＋1]原码＝00000001 [－1]原码＝10000001[＋127]原码＝01111111 [－127]原码＝11111111 原码表示的整数范围是： －（2n-1－1）~＋（2n-1－1），其中n为机器字长。

则：8位二进制原码表示的整数范围是－127~＋12716位二进制原码表示的整数范围是－32767~＋32767 2．反码 对于一个带符号的数来说，正数的反码与其原码相同，负数的反码为其原码除符号位以外的各位按位取反。

【例2.14】当机器字长为8位二进制数时： X＝＋1011011 [X]原码＝01011011 [X]反码＝01011011 Y＝－1011011 [Y]原码＝11011011 [Y]反码＝10100100 [＋1]反码＝00000001 [－1]反码＝11111110 [＋127]反码＝01111111 [－127]反码＝10000000 负数的反码与负数的原码有很大的区别，反码通常用作求补码过程中的中间形式。

反码表示的整数范围与原码相同。

3．补码 正数的补码与其原码相同，负数的补码为其反码在最低位加1。

引入补码以后，计算机中的加减运算都可以统一化为补码的加法运算，其符号位也参与运算。

【例2.15】（1）X＝＋1011011 （2）Y＝－1011011 （1）根据定义有：[X]原码＝01011011 [X]补码＝01011011 （2）根据定义有：[Y]原码＝11011011 [Y]反码＝10100100 [Y]补码＝10100101 补码表示的整数范围是－2n-1~＋（2n-1－1），其中n为机器字长。