第一微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)

1、電氣與電子工程學(xué)院2015年秋季學(xué)期 理論課程（40學(xué)時(shí)）： 講述基本原理、基本結(jié)構(gòu)和應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法 實(shí)驗(yàn)課程（24學(xué)時(shí)）： 熟練應(yīng)用MCS-51單片機(jī)的集成開發(fā)環(huán)境和開發(fā)系統(tǒng)，進(jìn)行單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)（2周）： 鍛煉應(yīng)用單片機(jī)技術(shù)的實(shí)踐動(dòng)手能力，具備實(shí)際微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì)開發(fā)技能 1、計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí) (4學(xué)時(shí)) 2、MCS-51單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與工作原理(4學(xué)時(shí)) 3、MCS-51單片機(jī)的指令系統(tǒng)(6學(xué)時(shí)) 4、匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)（4學(xué)時(shí)) 5、MCS-51單片機(jī)擴(kuò)展存儲(chǔ)器的設(shè)計(jì)(2學(xué)時(shí)) 6、MCS-51單片機(jī)的中斷系統(tǒng)(2學(xué)時(shí)) 7、MCS-51單片機(jī)的硬件資源應(yīng)用(6學(xué)

2、時(shí)) 8、MCS-51單片機(jī)與鍵盤、顯示器、A/D及D/A的接口設(shè)計(jì)(8學(xué)時(shí)) 9、MCS-51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)(4學(xué)時(shí))1）課程內(nèi)容緊密與工程實(shí)際相聯(lián)系，實(shí)踐性強(qiáng)。 2）是一門既有軟件又有硬件的課程, 硬件部分著重說(shuō)明單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，軟件部分強(qiáng)調(diào)與硬件的結(jié)合。軟件與硬件必須同時(shí)兼顧。3） 是一門在理論指導(dǎo)下，偏重于實(shí)際應(yīng)用的課程，要求在學(xué)好理論的前題下，又具有一定的動(dòng)手操作能力，才能學(xué)好本課程。課程特點(diǎn)1.1 微型計(jì)算機(jī)概述1.2 微型計(jì)算機(jī)的基本概念、術(shù)語(yǔ)和基本原理1.3 單片機(jī)概述1.4 嵌入式系統(tǒng)概述1.5 微型計(jì)算機(jī)中的數(shù)制和編碼1.1 微型計(jì)算機(jī)概述1.2 微型計(jì)算機(jī)

3、的基本概念、術(shù)語(yǔ)和基本原理1.3 單片機(jī)概述1.4 嵌入式系統(tǒng)概述1.5 微型計(jì)算機(jī)中的數(shù)制和編碼帕斯卡發(fā)明加法器（1642）萊布尼茲發(fā)明乘除法計(jì)算機(jī)（1642）第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer，1946)電子管計(jì)算機(jī)（IBM SSEC）晶體管計(jì)算機(jī)(IBM 1401)大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)集成電路計(jì)算機(jī)(IBM 360)計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 一方面向著高速、智能化的超級(jí)巨型機(jī)的方向發(fā)展；另一方面向著微型機(jī)的方向發(fā)展。 巨型計(jì)算機(jī)主要用于大型科學(xué)研究和實(shí)驗(yàn)以及超高速數(shù)學(xué)計(jì)算。它的研制水平標(biāo)志著整個(gè)國(guó)家的科

4、學(xué)技術(shù)和工業(yè)發(fā)展的程度，象征著一個(gè)國(guó)家的實(shí)力。 微型機(jī)的誕生揭開了計(jì)算機(jī)神秘的面紗。微型計(jì)算機(jī)與巨、大、中、小型機(jī)的區(qū)別主要是，其中央處理器CPU(Central Processing Unit)是集成在一個(gè)小硅片上，而巨、大、中、小型計(jì)算機(jī)的CPU則是由相當(dāng)多的電路組成的。l第一代微處理器 例： Intel 40044位（1971）4004是Intel公司第一款推出的微處理器，也是全球第一款商用微處理器。當(dāng)時(shí)的廣告說(shuō)它是“一件劃時(shí)代的作品”。4004采用10微米制程，尋址能力4 KB，時(shí)鐘周期1 MHz，成本不到$100。 微型計(jì)算機(jī)處理器的發(fā)展 l第二代微處理器 例：Intel 80808

5、位（1973）Intel 8080為英特爾早期發(fā)布的處理器。它于1974年4月發(fā)布，是一枚8位元處理器，主頻為2MHz，它集成6000只晶體管，每秒運(yùn)算29萬(wàn)次，擁有16位地址總線和8位數(shù)據(jù)總線，支持16位尋址 微型計(jì)算機(jī)處理器的發(fā)展 Apple II （1978）摩托羅拉 MOStek 6502Altair：世界上第一臺(tái)PC（1975）Intel 8080 微型計(jì)算機(jī)處理器的發(fā)展 l第三代微處理器 例：Intel 808616位(1978)1978年INTEL推出8086微處理器，主頻4.77MHz，采用16位寄存器、16位數(shù)據(jù)總線和29000個(gè)3微米技術(shù)晶體管，標(biāo)志著第三代微處理器問世。I

6、BM公司1981年生產(chǎn)的第一臺(tái)個(gè)人電腦就是使用這種芯片。這也標(biāo)志著IBM PC兼容電腦的產(chǎn)生，微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用得到空前普及。 微型計(jì)算機(jī)處理器的發(fā)展 l第四代微處理器 例：Intel 8038632位采用超大規(guī)模集成電路SLSI（Super Large Scale Integration），80386處理器被廣泛應(yīng)用在1980年代中期到1990年代中期的IBM PC兼容機(jī)中。這些PC機(jī)稱為80386電腦或386電腦，。80386的廣泛應(yīng)用，將PC機(jī)從16位時(shí)代帶入了32位時(shí)代。l第五代微處理器 例：Intel公司Pentium32位1993年，Intel推出Pentium微處理器，標(biāo)志著超級(jí)3

7、2位微處理器時(shí)代的到來(lái)。Pentium俗稱586，時(shí)鐘頻率60-100 MHz，制程0.8微米，后期有120, 133, 150, 166, 200, 和 233 MHz 版本出現(xiàn)，。 微型計(jì)算機(jī)處理器的發(fā)展 微型計(jì)算機(jī)處理器的發(fā)展 l第六代微處理器 例：AMD Athlon 6464位AMD64位技術(shù)是在原始32位X86指令集的基礎(chǔ)上加入了X86-64擴(kuò)展64位X86指令集，使這款芯片在硬件上兼容原來(lái)的32位X86軟件，并同時(shí)支持X86-64的擴(kuò)展64位計(jì)算，使得這款芯片成為真正的64位X86芯片。這是一個(gè)真正的64位的標(biāo)準(zhǔn)，X86-64具有64位的尋址能力。 按處理器的字長(zhǎng)分類： 4位機(jī)

8、8位機(jī) 16位機(jī) 32位機(jī) 64位機(jī) 按微機(jī)的組裝形式分類： PC機(jī) 將主機(jī)板（微處理器、內(nèi)存儲(chǔ)器、I/O接口電路、插槽等）和外存儲(chǔ)器、電源、接口板卡等部件組裝在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)，并配備鍵盤、鼠標(biāo)、顯示器等外設(shè)，以及系統(tǒng)軟件等就形成PC機(jī)系統(tǒng)。 單片機(jī) 將微處理器、存儲(chǔ)器、I/O部件及接口電路等組成微機(jī)的主要部件繼承與一塊集成電路芯片上的微機(jī)。 單板機(jī) 將微處理器、存儲(chǔ)器、I/O電路以及部分外設(shè)（鍵盤、LED顯示器等）安裝于一塊電路印刷板上的微機(jī)。1.1 微型計(jì)算機(jī)概述1.2 微型計(jì)算機(jī)的基本概念、術(shù)語(yǔ)和基本原理1.3 單片機(jī)概述1.4 嵌入式系統(tǒng)概述1.5 微型計(jì)算機(jī)中的數(shù)制和編碼 計(jì)算機(jī)的基本結(jié)

9、構(gòu) 硬件結(jié)構(gòu) 軟件結(jié)構(gòu) 馮諾依曼（John Von Neumann）結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)圖輸入設(shè)備輸出設(shè)備存儲(chǔ)器運(yùn)算器控制器輸入設(shè)備（Input Equipment）：人機(jī)交往的信息入口，將事先編制好的程序和數(shù)據(jù)送入計(jì)算機(jī)內(nèi)。存儲(chǔ)器（Memory）：存放數(shù)據(jù)、程序及計(jì)算機(jī)的運(yùn)行結(jié)果。分為內(nèi)存儲(chǔ)器（內(nèi)存）和外存儲(chǔ)器（外存）。運(yùn)算器(Arithmetic Unit)：對(duì)信息進(jìn)行算術(shù)邏輯運(yùn)算的部件，由加法器、寄存器、移位、判斷等電路組成，核心為算術(shù)邏輯單元ALU（Arithmetic Logic Unit）。控制器（Control Block）：發(fā)出控制信息，由指令寄存器、指令譯碼器、邏輯電路、時(shí)序電路等組

10、成。輸出設(shè)備（Output Equipment）：計(jì)算機(jī)的信息出口，將處理結(jié)果以數(shù)字、字符、圖形等形式表現(xiàn)輸入設(shè)備輸出設(shè)備存儲(chǔ)器運(yùn)算器控制器 指令（Instruction）：為完成某種規(guī)定操作下達(dá)給計(jì)算機(jī)的命令。 指令系統(tǒng)（Instruction Set）：一種計(jì)算機(jī)所具有的全部指令集合。計(jì)算機(jī)的內(nèi)部硬件電路與其指令系統(tǒng)對(duì)應(yīng)。 程序（Program）：為完成某種特定任務(wù)而組織起來(lái)的有序的指令串。 機(jī)器語(yǔ)言（Machine Language） 以二進(jìn)制代碼予以表示的代碼形式 MCS-51單片機(jī)中，6+8：0111 0100 0000 0110 0010 0100 0000 1000 匯編語(yǔ)言（A

11、ssemble） 助記符與一定的語(yǔ)法規(guī)則結(jié)合而成的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言 MCS-51單片機(jī)中，6+8：MOV A, #06H; ADD A, #08H; 高級(jí)語(yǔ)言（High Level Language） 按照一定的語(yǔ)法規(guī)則，由表達(dá)各種意義的詞和數(shù)學(xué)公式組成，非常接近人類自然語(yǔ)言習(xí)慣 C語(yǔ)言中，6+8：A=6+8 通用性 匯編指令與機(jī)器指令一一對(duì)應(yīng)，只能在特定的機(jī)器上使用 高級(jí)語(yǔ)言與具體計(jì)算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)無(wú)關(guān)，可在任一配備了相應(yīng)翻譯軟件的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行 硬件與軟件支持 匯編語(yǔ)言可直接輸入計(jì)算機(jī)被機(jī)器立即執(zhí)行，且匯編程序占用的存儲(chǔ)器容量較??； 高級(jí)語(yǔ)言無(wú)機(jī)器指令與其語(yǔ)句直接對(duì)應(yīng)，須被翻譯為機(jī)器語(yǔ)言后

12、才能執(zhí)行，且翻譯軟件一般較大 運(yùn)行效率 匯編語(yǔ)言與硬件關(guān)系密切，程序精煉高效 高級(jí)語(yǔ)言采用通用方法編寫，運(yùn)行效率較低 程序編寫效率 匯編語(yǔ)言難以編制大型或具有復(fù)雜功能的程序 高級(jí)語(yǔ)言語(yǔ)句功能性強(qiáng)，編寫效率較高控制總線數(shù)據(jù)總線地址總線存儲(chǔ)器微處理器I/O接口I/O設(shè)備 總線（BUS）是指在微型機(jī)各芯片之間或芯片內(nèi)部各部件之間傳輸信息的一組公共通道。 數(shù)據(jù)總線（DB，Data Bus）：用于傳送數(shù)據(jù)信息。DB的寬度（位數(shù)）決定了CPU能并行輸入/輸出的二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)。計(jì)算機(jī)能并行處理的二進(jìn)制數(shù)碼的位數(shù)稱為計(jì)算機(jī)的字長(zhǎng)（Word Length）。 地址總線（AB，Address Bus）：用于傳遞

13、位置信息。AB的位數(shù)n決定了微機(jī)所能尋找的存儲(chǔ)器空間范圍是2n。8086：16位？80386：32位？ 控制總線（CB，Control Bus）：用于傳輸控制信息。CPU向其他部件發(fā)出的控制命令及其他部件向CPU提供的請(qǐng)求信息都需要通過(guò)控制總線傳遞。微型計(jì)算機(jī)：微處理器、存儲(chǔ)器、I/O接口電路外部設(shè)備：鍵盤、顯示器、打印機(jī)、外存儲(chǔ)器（如磁盤）等電源軟件：系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件微 型 計(jì) 算機(jī)系統(tǒng)1.1 微型計(jì)算機(jī)概述1.2 微型計(jì)算機(jī)的基本概念、術(shù)語(yǔ)和基本原理1.3 單片機(jī)概述1.4 嵌入式系統(tǒng)概述1.5 微型計(jì)算機(jī)中的數(shù)制和編碼 單片機(jī)又稱為微控制器（Micro-Controller Unit，

14、MCU），是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)非常重要的分支，是一種將計(jì)算機(jī)基本功能（CPU，存儲(chǔ)器，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行口，I/O接口電路等）集成于一小塊芯片上的微型計(jì)算機(jī)。 自從20世紀(jì)70年代問世以來(lái)，就以其體積小、功能全、可靠性高、控制功能強(qiáng)、性價(jià)比高等特點(diǎn)在智能儀表、機(jī)電一體化、實(shí)時(shí)控制、家用電器、信息和通信產(chǎn)品領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，對(duì)各行各業(yè)的改造和產(chǎn)品的更新?lián)Q代起著非常重要的推動(dòng)作用。按總線結(jié)構(gòu)類型可分為： 馮諾依曼結(jié)構(gòu) （CISC結(jié)構(gòu)，普林斯頓結(jié)構(gòu)） CISC，Complex Instruction Set Computer 指令豐富，取指令和取數(shù)據(jù)分時(shí)進(jìn)行使速度受限 哈佛結(jié)構(gòu) （RISC結(jié)構(gòu)）

15、RISC，Reduced Instruction Set Computer 有限的簡(jiǎn)單指令集，取指令和取數(shù)據(jù)可同時(shí)進(jìn)行我們可以把單片機(jī)的發(fā)展歷史劃分為四階段：第一階段（19761978年）：低性能單片機(jī)的探索階段。以Intel公司的MCS-48為代表，采用了單片結(jié)構(gòu)，即在一塊芯片內(nèi)含有8位CPU、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、并行I/O口、RAM和ROM等，尋址空間4k。無(wú)串行口。第二階段（19781982年）：高性能單片機(jī)階段，以Intel公司的MCS-51為代表，這一類單片機(jī)帶有串行I/O口，8位數(shù)據(jù)線、16位地址線可以尋址的范圍達(dá)到64k、控制總線、較豐富的指令系統(tǒng)等。這類單片機(jī)的應(yīng)用范圍較廣，并在不斷

16、的改進(jìn)和發(fā)展。第三階段（19831990年）：16位單片機(jī)階段。16位單片機(jī)除CPU為16位外，片內(nèi)RAM和ROM容量進(jìn)一步增大，實(shí)時(shí)處理能力更強(qiáng)，體現(xiàn)了微控制器的特征。例如Intel公司的MCS-96主振頻率為12M，片內(nèi)RAM為232字節(jié)，ROM為8K字節(jié)，中斷處理能力為8級(jí)，片內(nèi)帶有10位A/D轉(zhuǎn)換器和高速輸入/輸出部件等。第四階段（1990年）：微控制器的全面發(fā)展階段，各公司的產(chǎn)品在盡量兼容的同時(shí)，向高速、強(qiáng)運(yùn)算能力、尋址范圍大以及小型廉價(jià)方面發(fā)展。 單片機(jī)的種類很多，到目前為止，世界各國(guó)廠商已研制出大約50個(gè)系列、30多個(gè)品種的單片機(jī)的產(chǎn)品。單片機(jī)產(chǎn)品已占整個(gè)微機(jī)產(chǎn)品的80%以上，其

17、中8位機(jī)的產(chǎn)量占整個(gè)單片機(jī)市場(chǎng)的80%。最具典型代表的應(yīng)屬Intel公司的MCS-51系列單片機(jī)。 雖然它仍然是8位的單片機(jī)，但其功能強(qiáng)，具有品種全、兼容性強(qiáng)、軟硬件資料豐富等特點(diǎn)。因此，MCS-51應(yīng)用非常廣泛，直到現(xiàn)在MCS-51仍不失為單片機(jī)中的主流機(jī)型。這主要由于在工業(yè)控制、智能儀表、家用電器、IC卡等諸多應(yīng)用領(lǐng)域，8位單片機(jī)系列在性能、價(jià)格兩方面都做到了較好的兼顧。估計(jì)在未來(lái)十年內(nèi)，8位單片機(jī)仍將是單片機(jī)中的主流機(jī)型。故而本課程仍以MCS-51系列單片機(jī)為主線來(lái)進(jìn)行講授。單片機(jī)的發(fā)展歷史1.2.3 單片機(jī)的應(yīng)用單片機(jī)的應(yīng)用汽車電子 家用電器 航空航天 醫(yī)療設(shè)備 工業(yè)控制儀器儀表 通信

18、產(chǎn)品 單片機(jī)的應(yīng)用民品：民品：0 0 - 70- 70 工業(yè)品：工業(yè)品：-40-40 - 85- 85 軍品：軍品：-65-65 - 125- 125市場(chǎng)上較有影響的單片機(jī)有如下一些系列：1. Intel公司生產(chǎn)的MCS-51和MCS-96系列。2. Motorola公司生產(chǎn)的M68HCXX系列。3. Microchip公司生產(chǎn)的PIC16C5X/6X/7X/8X系列。4. TI公司生產(chǎn)的MSP430FXX系列。5. ARM微處理器（Advanced RISC Machines）。MCS-51系列基本產(chǎn)品型號(hào)：系列基本產(chǎn)品型號(hào)：l8051、8031、8751、8951稱為稱為 51子系列。子系

19、列。l不同型號(hào)不同型號(hào)MCS-51單片機(jī)單片機(jī)CPU處理能力和指令處理能力和指令系統(tǒng)完全兼容，只是存儲(chǔ)器和系統(tǒng)完全兼容，只是存儲(chǔ)器和I/O接口的接口的配置配置有所不同。有所不同。MCS-51系列單片機(jī)簡(jiǎn)介區(qū)別：區(qū)別：無(wú)無(wú)ROM型：型：8031ROM型：型：8051EPROM型：型：8751EEPROM型：型：8951常用8位系列單片機(jī)簡(jiǎn)介1.2.1 Intel公司8位系列單片機(jī)1. 高性能化2. 存儲(chǔ)大容量化3. 外圍電路集成化4. 片內(nèi)I/O口的改進(jìn)5. 低功耗化、寬電壓1.1 微型計(jì)算機(jī)概述1.2 微型計(jì)算機(jī)的基本概念、術(shù)語(yǔ)和基本原理1.3 單片機(jī)概述1.4 嵌入式系統(tǒng)概述1.5 微型計(jì)算

20、機(jī)中的數(shù)制和編碼 國(guó)內(nèi)普遍被認(rèn)同的定義為嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟件硬件可裁剪，適應(yīng)所設(shè)計(jì)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、功耗和體積有著嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 事實(shí)上，嵌入式系統(tǒng)是一個(gè)外延極廣的概念，如手機(jī)類移動(dòng)通信工具、DVD機(jī)、數(shù)字機(jī)頂盒、數(shù)字電視、車載GPS系統(tǒng)、數(shù)控機(jī)床等都屬于嵌入式系統(tǒng)范疇。 1.1 微型計(jì)算機(jī)概述1.2 微型計(jì)算機(jī)的基本概念、術(shù)語(yǔ)和基本原理1.3 單片機(jī)概述1.4 嵌入式系統(tǒng)概述1.5 微型計(jì)算機(jī)中的數(shù)制和編碼1.微型計(jì)算機(jī)的常用術(shù)語(yǔ)微型計(jì)算機(jī)的常用術(shù)語(yǔ)l位（位（bit）：）： 位是計(jì)算機(jī)所能表示的最基本、位是計(jì)算機(jī)所能表示的最基本、最小的數(shù)

21、據(jù)單位最小的數(shù)據(jù)單位。位。位有兩種狀態(tài)：有兩種狀態(tài)：0和和1。l字節(jié)（字節(jié)（Byte）：）： 一個(gè)連續(xù)的一個(gè)連續(xù)的8位二進(jìn)制數(shù)稱位二進(jìn)制數(shù)稱為一個(gè)字節(jié)，即為一個(gè)字節(jié)，即：1Byte8bit，通常以字節(jié)為，通常以字節(jié)為單位來(lái)存放數(shù)據(jù)。單位來(lái)存放數(shù)據(jù)。l字（字（Word）：）：是計(jì)算機(jī)內(nèi)部進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的是計(jì)算機(jī)內(nèi)部進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的基本單位基本單位 。字。字通常與計(jì)算機(jī)內(nèi)部的寄存器、通常與計(jì)算機(jī)內(nèi)部的寄存器、算術(shù)邏輯單元、數(shù)據(jù)總線的寬度相一致。算術(shù)邏輯單元、數(shù)據(jù)總線的寬度相一致。微型計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)l數(shù)制數(shù)制：是按進(jìn)位原則進(jìn)行計(jì)數(shù)的一種方法，即進(jìn)位是按進(jìn)位原則進(jìn)行計(jì)數(shù)的一種方法，即進(jìn)位計(jì)數(shù)制計(jì)數(shù)制。

22、微型計(jì)算機(jī)中的常用數(shù)制有十進(jìn)制、二進(jìn)制、。微型計(jì)算機(jī)中的常用數(shù)制有十進(jìn)制、二進(jìn)制、十六進(jìn)制十六進(jìn)制l十進(jìn)制數(shù)十進(jìn)制數(shù)（1 1）記數(shù)符號(hào)：）記數(shù)符號(hào)：0 0、1 1、2 2、3 3、4 4、5 5、6 6、7 7、8 8、9 9；書寫時(shí)用；書寫時(shí)用“D D”（DecimalDecimal）作）作后綴（一般后綴（一般省略）。省略）。（2 2）進(jìn)位原則：）進(jìn)位原則：“逢十進(jìn)一逢十進(jìn)一”。（3 3）按權(quán)展開式：）按權(quán)展開式：1011081041051028 .2542微型計(jì)算機(jī)中的數(shù)制與編碼l二進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)（1 1）記數(shù)符號(hào)：）記數(shù)符號(hào)：0 0、1 1；書寫時(shí)用；書寫時(shí)用“B B”（BinaryBi

23、nary）作）作后綴。后綴。（2 2）進(jìn)位原則：）進(jìn)位原則：“逢二進(jìn)一逢二進(jìn)一”；（3 3）按權(quán)展開式：）按權(quán)展開式：1012321212120211 .1011微型計(jì)算機(jī)中的數(shù)制與編碼l十六進(jìn)制數(shù)十六進(jìn)制數(shù)（1 1）記數(shù)符號(hào)：）記數(shù)符號(hào)：0 0、1 1、2 2、3 3、4 4、5 5、6 6、7 7、8 8、9 9、A A、B B、C C、D D、E E、F F；書寫時(shí)用；書寫時(shí)用“H H”（HexadecimalHexadecimal）作）作后綴。后綴。（2 2）進(jìn)位原則：）進(jìn)位原則：“逢十六進(jìn)一逢十六進(jìn)一”；（3 3）按權(quán)展開式：）按權(quán)展開式：101216616161676 .7EAAE

24、微型計(jì)算機(jī)中的數(shù)制與編碼記?。菏M(jìn)制與十進(jìn)制、十六進(jìn)制與二進(jìn)制對(duì)應(yīng)關(guān)系。記住：十六進(jìn)制與十進(jìn)制、十六進(jìn)制與二進(jìn)制對(duì)應(yīng)關(guān)系。1.二進(jìn)制二進(jìn)制及其他進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)及其他進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)l二進(jìn)制、八進(jìn)制和十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換十進(jìn)制的方法二進(jìn)制、八進(jìn)制和十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換十進(jìn)制的方法是：將二進(jìn)制、八進(jìn)制或十六進(jìn)制寫成按權(quán)展開是：將二進(jìn)制、八進(jìn)制或十六進(jìn)制寫成按權(quán)展開式，然后各項(xiàng)相加，則得相應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)。式，然后各項(xiàng)相加，則得相應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)?！纠堪讯M(jìn)制數(shù)把二進(jìn)制數(shù)10101.1011B轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的十轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)。進(jìn)制數(shù)。解解：10101.1011B 12402312202112012-112-3

25、12-421.6875D數(shù)制之間的相互轉(zhuǎn)換2.十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)l十進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)是將整數(shù)部分按十進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)是將整數(shù)部分按“除除2倒讀余數(shù)法倒讀余數(shù)法”的原則進(jìn)行轉(zhuǎn)換；小數(shù)部的原則進(jìn)行轉(zhuǎn)換；小數(shù)部分按分按“乘乘2順讀整數(shù)法順讀整數(shù)法”的原則進(jìn)行轉(zhuǎn)換。的原則進(jìn)行轉(zhuǎn)換?！纠堪咽M(jìn)制數(shù)把十進(jìn)制數(shù)15.625轉(zhuǎn)換成為對(duì)應(yīng)二進(jìn)制數(shù)。轉(zhuǎn)換成為對(duì)應(yīng)二進(jìn)制數(shù)。解：解：數(shù)制之間的相互轉(zhuǎn)換所以十進(jìn)制數(shù)所以十進(jìn)制數(shù)15.6251111.101B3.二進(jìn)制數(shù)與十六進(jìn)制數(shù)相互轉(zhuǎn)換二進(jìn)制數(shù)與十六進(jìn)制數(shù)相互轉(zhuǎn)換l二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)時(shí)，從小數(shù)點(diǎn)開始，分二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十六

26、進(jìn)制數(shù)時(shí)，從小數(shù)點(diǎn)開始，分別向左、向右每別向左、向右每4位二進(jìn)制數(shù)劃為一組，整數(shù)部分不位二進(jìn)制數(shù)劃為一組，整數(shù)部分不足足4位前面添位前面添0，小數(shù)部分不足，小數(shù)部分不足4位后面添位后面添0，然后每一，然后每一組（組（4位二進(jìn)制數(shù)）用位二進(jìn)制數(shù)）用1位十六進(jìn)制數(shù)代替（位十六進(jìn)制數(shù)代替（4位二進(jìn)位二進(jìn)制數(shù)與制數(shù)與1位十六進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)關(guān)系見表），小數(shù)點(diǎn)位置位十六進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)關(guān)系見表），小數(shù)點(diǎn)位置保持不變。保持不變。 【例例】二進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)1111000111.100101B轉(zhuǎn)換成為轉(zhuǎn)換成為十六進(jìn)制數(shù)。十六進(jìn)制數(shù)。解：解： 1111000111.100101B0011 1100 0111.1001 01

27、00B3C7.94H數(shù)制之間的相互轉(zhuǎn)換3.二進(jìn)制數(shù)與十六進(jìn)制數(shù)相互轉(zhuǎn)換二進(jìn)制數(shù)與十六進(jìn)制數(shù)相互轉(zhuǎn)換l十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)時(shí)，十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)時(shí)，1位十六進(jìn)制位十六進(jìn)制數(shù)用數(shù)用4位二進(jìn)制數(shù)來(lái)替換，小數(shù)點(diǎn)位置保持不變。位二進(jìn)制數(shù)來(lái)替換，小數(shù)點(diǎn)位置保持不變?！纠繉⑹M(jìn)制數(shù)將十六進(jìn)制數(shù)2F5.CH轉(zhuǎn)換成為二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成為二進(jìn)制數(shù)解：解： 2F5.CH0010 1111 0101.1100B 1011110101.11B4.十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換十六進(jìn)制數(shù)十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換十六進(jìn)制數(shù)l先將十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)，再將二進(jìn)制數(shù)先將十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)，再將二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)。轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)。數(shù)

28、制之間的相互轉(zhuǎn)換1 1加法運(yùn)算加法運(yùn)算l加法規(guī)則：加法規(guī)則： 0 00 00 0 ；0 01 11 1；1 10 01 1；1 11 11010l進(jìn)位原則：逢二進(jìn)位。進(jìn)位原則：逢二進(jìn)位?！纠壳笄?111B0111B與與0110B0110B之和。之和。解：解： 0 1 1 1 0 1 1 1 （7 7） ）0 1 1 0 0 1 1 0 （6 6） 1 1 0 1 1 1 0 1 （1313） 0111B0111B0110B0110B1101B1101B二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)運(yùn)算2 2減法運(yùn)算減法運(yùn)算l減法規(guī)則：減法規(guī)則： 0 00 00 0 ；1 10 01 1；1 11 10 0；0 01 11

29、 1（借位）（借位）【例例】求求1110B0101B？解：解： 1 1 1 0 （14） ）0 1 0 1 （5） 1 0 0 1 （9） 1110B0101B1001B二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)運(yùn)算3乘法運(yùn)算乘法運(yùn)算l在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，都是將乘法作為連續(xù)的加法來(lái)執(zhí)行。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，都是將乘法作為連續(xù)的加法來(lái)執(zhí)行。其中，自身相加的數(shù)為被乘數(shù)，相加的次數(shù)為乘數(shù)。其中，自身相加的數(shù)為被乘數(shù)，相加的次數(shù)為乘數(shù)?！纠壳笄?101B11B？解解：1101B11B 1101B1101B1101B 100111B4除法運(yùn)算除法運(yùn)算l除法可以歸結(jié)為連續(xù)的減法，即從被除數(shù)中不斷地減除法可以歸結(jié)為連續(xù)的減法，即從被除數(shù)中

30、不斷地減去除數(shù)，所減的次數(shù)是相除的商，而剩下的值則是相除去除數(shù)，所減的次數(shù)是相除的商，而剩下的值則是相除的余數(shù)的余數(shù)。注意：因?yàn)闇p法可以轉(zhuǎn)換為加法（見二進(jìn)制數(shù)補(bǔ)碼的加注意：因?yàn)闇p法可以轉(zhuǎn)換為加法（見二進(jìn)制數(shù)補(bǔ)碼的加減運(yùn)算），所以除法也能轉(zhuǎn)換成加法。這樣，二進(jìn)制數(shù)減運(yùn)算），所以除法也能轉(zhuǎn)換成加法。這樣，二進(jìn)制數(shù)的加、減、乘、除都可以轉(zhuǎn)換加法運(yùn)算。的加、減、乘、除都可以轉(zhuǎn)換加法運(yùn)算。二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)運(yùn)算機(jī)器數(shù)與真值 在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，只有0和1兩個(gè)數(shù)字。為了能表示帶符號(hào)數(shù)，必須將“+”、“-”數(shù)字化，常用二進(jìn)制數(shù)的最高位表示數(shù)的符號(hào)，且用“0”表示正號(hào)，“1”表示負(fù)號(hào)。 在機(jī)器中被用到、符號(hào)數(shù)字化的數(shù)

31、據(jù)稱為機(jī)器數(shù) 機(jī)器數(shù)所代表的數(shù)據(jù)的實(shí)際值稱為機(jī)器數(shù)的真值例1： 某數(shù)的十進(jìn)制數(shù)真值為+23，對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)真值為+0001 0111B，則其機(jī)器數(shù)可表示為0001 0111B或者17H。例2： 某數(shù)的十進(jìn)制數(shù)真值為-23，對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)真值為-0001 0111B，則其機(jī)器數(shù)可表示為1001 0111B或者97H。原碼 用最高位做為符號(hào)位，其余各位為數(shù)的絕對(duì)值的形式來(lái)表示的帶符號(hào)數(shù)。 優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單直觀，有符號(hào)數(shù)最簡(jiǎn)單的編碼方式；例如，用8位二進(jìn)制表示一個(gè)數(shù)，+11的原碼為00001011，-11的原碼就是10001011。 缺點(diǎn)：原碼不能直接參加運(yùn)算。例如數(shù)學(xué)上，1+(-1)=0，而在二進(jìn)制中0

32、000 0001+1000 0001=10000010=-2。 0的原碼有兩種方式：+0=0000 0000B=00H; -0=1000 0000B=80H反碼： 正數(shù)的反碼和正數(shù)的原碼相同；負(fù)數(shù)的反碼其符號(hào)位為1，而數(shù)值位是按位取反。例： +7反=0000 0111反=00000111B=07H -7反=1000 0111反=1111 1000B=F8H0的反碼有兩種方式：+0反=0000 0000B=00H; -0反=1111 1111B=FFH補(bǔ)碼 正數(shù)的補(bǔ)碼和正數(shù)的原碼相同；負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼其符號(hào)位為1，而數(shù)值位是其反碼加一。例： +7補(bǔ)=0000 0111補(bǔ)=00000111B=07H -

33、7補(bǔ)=1000 0111補(bǔ)=1111 1000B + 0000 0001B=1111 1001B=F8H0的補(bǔ)碼只有一種方式：+0補(bǔ)=0000 0000B=00H; -0補(bǔ)=1111 1111B + 0000 0001B=0000 0000B=00H 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，數(shù)值通常用補(bǔ)碼表示和存儲(chǔ)： 在數(shù)的表示上通過(guò)人為的定義來(lái)消除編碼映射的不唯一性 將減法運(yùn)算轉(zhuǎn)化為加法運(yùn)算。符號(hào)位不需要單獨(dú)處理，符號(hào)位與數(shù)值位一起參加運(yùn)算。這一點(diǎn)對(duì)簡(jiǎn)化硬件電路結(jié)構(gòu)具有重要意義。例：5-9：5補(bǔ)+-9補(bǔ)=0000 0101補(bǔ)+1000 1001補(bǔ)=0000 0101+1111 0111=1111 1100 補(bǔ)碼111

34、1 1100對(duì)應(yīng)的反碼1111 1011，對(duì)應(yīng)的原碼1000 0100=-4注意：在原碼和反碼，注意：在原碼和反碼，0有兩種表示法，即有兩種表示法，即0和和0的表示的表示法不同；而在補(bǔ)碼中法不同；而在補(bǔ)碼中0的表示法只有一種。的表示法只有一種。原碼、反碼與補(bǔ)碼 定點(diǎn)數(shù)是指小數(shù)點(diǎn)位置固定不變的數(shù)。 定點(diǎn)數(shù)可分為定點(diǎn)整數(shù)和定點(diǎn)小數(shù)兩類。（1111）定點(diǎn)整數(shù)=-7（1111）定點(diǎn)小數(shù)=-0.875 定點(diǎn)表示法運(yùn)算直觀，但數(shù)的表示范圍較小，不同的數(shù)運(yùn)算時(shí)要考慮比例因子的選取，以防止溢出。 與定點(diǎn)數(shù)相反，若小數(shù)點(diǎn)的位置在數(shù)中不固定而是浮動(dòng)可變的，則稱這類數(shù)為浮點(diǎn)數(shù)。 任意一個(gè)十進(jìn)制數(shù)N可寫為N=K10b

35、 同理，任意一個(gè)二進(jìn)制數(shù)N可寫為N=K2b 其中K為純小數(shù)，稱為尾數(shù)，前面的符號(hào)為尾符，b為整數(shù)，稱為階碼，其符號(hào)為階符例： = 3.1415926.10（十進(jìn)制）。當(dāng)在一個(gè)支持17位尾數(shù)的計(jì)算機(jī)中表示時(shí)，它會(huì)變?yōu)?1.001001000011111=0.11001001000011111 22 這樣就可以把任意二進(jìn)制數(shù)分解為一個(gè)純小數(shù)（尾數(shù)）和一個(gè)整數(shù)（階碼）的組合，階碼指出小數(shù)點(diǎn)的位置，尾數(shù)指出數(shù)的全部有效數(shù)字 浮點(diǎn)數(shù)的格式：三字節(jié)、四字節(jié)。D7D6D5D4D3D2D1D0階符階符階碼階碼尾符尾符尾數(shù)高尾數(shù)高7位位尾數(shù)中字節(jié)尾數(shù)中字節(jié)尾數(shù)低字節(jié)尾數(shù)低字節(jié)0.11001001000011111 220000001