第2章 計算機基礎(chǔ)知識課件資料

1、第二章 計算機基礎(chǔ)知識2.1 數(shù)制與編碼2.2 計算機的基本組成2.3 存儲器概述單片微機原理與應用教學課件2.1 數(shù)制與編碼 一、數(shù)制 1、數(shù)制的基與權(quán) 基：所使用的數(shù)碼的個數(shù) 權(quán)：數(shù)制每一位所具有的值 而通常將基數(shù)的冪次稱為“權(quán)”單片微機原理與應用教學課件1） 十進制 D有十個數(shù)碼：09，逢十進一，十進制的基為“10”；權(quán)就是每一位上以10為底的冪例 1234.5D=1103+2102+3101+4100+510-1 加權(quán)展開式以10稱為基數(shù)，各位的權(quán)分別為-1次冪、0次冪、1次冪、2次冪、3次冪，又統(tǒng)稱為-1權(quán)位、0權(quán)位、1權(quán)位、2權(quán)位、3權(quán)位。 數(shù)字后的D表示為十進制，通?？梢允÷詥纹?/p>

2、微機原理與應用教學課件2） 二進制B兩個數(shù)碼：0、1, 逢二進一，二進制的基為“2”；權(quán)就是每一位上以2為底的冪例 1101.101B=123+122+021+120 +12-1+02-2+12-3 加權(quán)展開式以2為基數(shù)，各位系數(shù)為0、1各，位的權(quán)分別為-3次冪、-2次冪2次冪、3次冪，又統(tǒng)稱為-3權(quán)位 3權(quán)位。 數(shù)字后的B表示為二進制，可寫可不寫。單片微機原理與應用教學課件3）十六進制H十六個數(shù)碼09、AF，逢十六進一，十六進制的基為“16”；權(quán)就是每一位上以16為底的冪例： DFC.8=13162+15161 +12160 +816-1 展開式以十六為基數(shù)，各位系數(shù)為09，AF，各位的權(quán)分

3、別為-1次冪、0次冪、1次冪、2次冪，又統(tǒng)稱為-1權(quán)位、0權(quán)位、1權(quán)位、2權(quán)位、。數(shù)字后的H表示為十六進制，不能省略。注：十六進制數(shù)若以字母打頭，在匯編語言中使用時，前面必須加一個“0”單片微機原理與應用教學課件十進制(D)有十個數(shù)碼09、逢十進一。十進制用于計算機輸入輸出，人機交互。二進制(B)兩個數(shù)碼:0、1, 逢二進一。二進制為機器中的數(shù)據(jù)形式。十六進制(H)十六個數(shù)碼:09, AF, 逢十六進一。十六進制用于表示二進制數(shù)。單片微機原理與應用教學課件2、 數(shù)制的轉(zhuǎn)換1）二、十六進制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)先展開，然后按照十進制運算法則求和。舉例 1011.1010B=123+121+120 +1

4、2-1+12-3=11.625DFC.8H =13162+15161+12160+816-1=3580.5單片微機原理與應用教學課件2）十進制數(shù)轉(zhuǎn)換成二、十六進制數(shù)“除基取余”：十進制整數(shù)不斷除以轉(zhuǎn)換進制基數(shù)，直至商為0。每除一次取一個余數(shù)，從低位排向高位。舉例：1. 39轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)39 =100111B2 39 1 （ b0） 2 19 1 （ b1） 2 9 1 （ b2） 2 4 0 （ b3） 2 2 0 （ b4） 2 1 1 （ b5） 0 2. 208轉(zhuǎn)換成十六進制數(shù) 208 = D0H16 208 余 016 13 余 13 = DH 0單片微機原理與應用教學課件 24=1

5、6 ，四位二進制數(shù)對應一位十六進制數(shù)。舉例：3AF.2H = 0011 1010 1111.0010 = 1110101111.001B 3 A F 21111101.11B = 0111 1101.1100 = 7D.CH 7 D C3) 二進制與十六進制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換單片微機原理與應用教學課件二、計算機中的數(shù)的表示及運算機器數(shù)：機器中數(shù)的表示形式(即二進制數(shù)) 真值： 機器數(shù)所代表的實際數(shù)值。（有符號數(shù)和無符號數(shù)）舉例: 一個8位機器數(shù)與它的真值對應關(guān)系如下： 真值：X1=+84=+1010100B X2=-84= -1010100B 機器數(shù)：X1機= 01010100 X2機= 11010

6、100單片微機原理與應用教學課件1、有符號數(shù)的表示方法 機器中，數(shù)的符號用“0”、“1” 表示。 最高位作符號位，“0”表示“+”，“1”表示“-”。如：8位的二進制數(shù)最高位D7為“0”表示正數(shù)，為“1”表示負數(shù)，其實際能表達的數(shù)值位數(shù)為D0D6。有符號數(shù)通常使用三種表示方法：原碼、反碼、補碼單片微機原理與應用教學課件1) 原碼數(shù)值位與真值數(shù)值位相同，在最高位直接用“0”表示正數(shù)，用“1”表示負數(shù) 例 8位原碼機器數(shù)： 真值： x1 = +1010100B x2 = 1010100B 機器數(shù)：x1原= 01010100 x2原= 11010100原碼表示簡單直觀,但0的表示不唯一，加減運算復雜

7、。單片微機原理與應用教學課件2）反碼正數(shù)的反碼與原碼表示相同。 負數(shù)反碼符號位為 1，數(shù)值位為原碼數(shù)值各位取反。例 8位反碼機器數(shù)： x= +4： x原= 00000100 x反= 00000100 x= -4 ： x原= 10000100 x反= 11111011單片微機原理與應用教學課件3）補碼正數(shù)的補碼表示與原碼相同。 負數(shù)補碼的符號位為1，數(shù)值位等于反碼加1。例：求 8位補碼機器數(shù)：x=+4 x原=x反=x補= 00000100 x=-4 x原 = 10000100 x反 = 11111011 x補 = 11111100補碼表示的優(yōu)點：0的表示唯一，加減運算方便。單片微機原理與應用教學

8、課件例：將真值機器數(shù) 1)X1=+127，X2=-127，求X原 、 X反、X補 X1原=X1反=X1補=01111111= 7FH X2原=11111111= FFH X2反=10000000=80H X2補=10000001= 81H 2)X1=+56，X2=-56 ，求X原 、X反、X補 X1原=X1反=X1補=00111000=38H X2原=10111000= B8H X2反=11000111=C7H X2補=11001000= C8H 單片微機原理與應用教學課件機器數(shù)真值 注意機器數(shù)表示（原碼、反碼、補碼） 注意機器數(shù)符號位 1) X1原= 59H，X2原= D9H，求真值？ X1

9、原= X1原= X1= +1011001=+89 X2= -1011001=-89 2) X1補= 59H，X2補= D9H，求真值 X1= +1011001 =+89 X2=-0100111=-3901011001 11011001單片微機原理與應用教學課件2、有符號數(shù)的運算 原碼雖然表示直觀、易理解，但在計算機中運算時所需電路比較復雜，而補碼卻能大大簡化硬件電路，因此在計算機中普遍使用補碼來表示有符號數(shù)。 補碼加法運算：X+Y補=X補+Y補 例X1=+13，Y1=+6，X2=-13，Y2=-6，求X1+Y1、X2+Y2解求X1補、 Y1補、X2補、Y2補00001101+13補111100

10、11 -13補 + 00000110 +6補 + 11111010 -6補00010011+19補 1 11101101-19補 單片微機原理與應用教學課件補碼減法運算：X-Y補=X補-Y補=X補+-Y補例X1=+6，Y1=+8，X2=-6，Y2=-8，求X1-Y1、X2-Y2解求X1補、Y1補、-Y1補、X2補、Y2補、-Y2補00000110 +6補 11111010 -6補 + 11111000 -(+8)補 + 00001000 -(-8)補11111110-2補 1 00000010 +2補單片微機原理與應用教學課件由于不需要符號位，可表示數(shù)據(jù)位數(shù)為D0D7。表示的范圍為0 +255

11、 有符號數(shù)表示的范圍為-128 +1273、無符號數(shù)的表示方法單片微機原理與應用教學課件8位機器數(shù)表示的真值單片微機原理與應用教學課件三、二進制編碼編碼：把二進制代碼按一定的 規(guī)律編排，是每一組代碼 都具有特定含義1、二十進制編碼（BCD碼）一. 8421 BCD碼例1：求十進制數(shù)876的BCD碼876BCD = 1000 0111 0110 876 = 36CH = 1101101100B單片微機原理與應用教學課件例2 將十進制數(shù)83.6轉(zhuǎn)換成BCD碼 8 3 . 6 1000 0011 . 0110例3 將BCD碼1001 0111.0100 0010轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)。 1001 0111.

12、0100 0010 9 7 . 4 2單片微機原理與應用教學課件2、字符編碼美國標準信息交換碼ASCII碼，用于計算機與計算機、計算機與外設(shè)之間傳遞信息。單片微機原理與應用教學課件2.2 計算機的基本組成電路一、常用邏輯電路 邏輯電路是計算機實現(xiàn)運算、控制功能所必須的電路，是計算機的基本單元電路。其輸入輸出只有兩種狀態(tài)，即高低電平，通常用“1”和“0”來表示。單片微機原理與應用教學課件1、與門 實現(xiàn)邏輯乘運算，多端輸入、單端輸出。 邏輯式：Y=AB 或 Y=AB2、或門 實現(xiàn)邏輯加運算，多端輸入、單端輸出。 邏輯式：Y=A+B 或 Y=AB3、非門 實現(xiàn)邏輯非運算，單端輸入、單端輸出。 邏輯式

13、：單片微機原理與應用教學課件4、異或門 實現(xiàn)邏輯異或運算，多端輸入、單端輸出。 邏輯式：Y=AB 5、與非門 實現(xiàn)邏輯與非運算，多端輸入、單端輸出。 邏輯式：6、或非門 實現(xiàn)邏輯或非運算，多端輸入、單端輸出。 邏輯式：單片微機原理與應用教學課件常用邏輯單元圖形符號單片微機原理與應用教學課件常用邏輯電路真值表輸入輸出AB與門或門非門異或門與非門或非門00001011010111101001011011110000單片微機原理與應用教學課件二、觸發(fā)器 觸發(fā)器是計算機記憶裝置的基本單元，具有把以前的輸入“記憶”下來的功能，一個觸發(fā)器能存儲一位二進制代碼。單片微機原理與應用教學課件1、R-S觸發(fā)器 由

14、R、S兩個信號輸入端控制QQSDRDRS 觸發(fā)器狀態(tài)表SDRDQ1 0 0 10 1 1 01 1 不變 保持0 0 不確定邏輯符號單片微機原理與應用教學課件2、D觸發(fā)器 由時鐘脈沖（CLK）上升沿觸發(fā)，D為1時，觸發(fā)器為1態(tài)，反之為0態(tài)。邏輯符號DCLKQQRDSDD觸發(fā)器狀態(tài)表D Q010110時鐘脈沖單片微機原理與應用教學課件3、J-K觸發(fā)器 由時鐘脈沖（CLK）下降沿觸發(fā)，下降沿到來時，觸發(fā)器的狀態(tài)由J、K端的狀態(tài)決定。邏輯符號J-K觸發(fā)器狀態(tài)表JCLKQQRDSDKQ00不變0不變1時鐘脈沖KJ0111011翻轉(zhuǎn)0翻轉(zhuǎn)單片微機原理與應用教學課件三、寄存器 由觸發(fā)器組成，一個觸發(fā)器為寄

15、存器的一位。常見的寄存器有：緩沖寄存器、移位寄存器、計數(shù)器等。1、緩沖寄存器 暫時來存放某個數(shù)據(jù)，以便使在適當?shù)臅r間或給定計算步驟將數(shù)據(jù)輸入或輸出到其他記憶單元中去。單片微機原理與應用教學課件位緩沖寄存器電路原理圖 啟動時先在清零端加清零脈沖，把各觸發(fā)器置0，即Q端為0。然后，把數(shù)據(jù)加到觸發(fā)器的D輸入端，在CLK時鐘信號作用下，輸入端的信息就保存在各觸發(fā)器(D0一D3)中。單片微機原理與應用教學課件2、移位寄存器 能將所儲存的數(shù)據(jù)逐位向左或向右移動，以達到計算機運行過程中所需的功能。4位串行輸入移位寄存器工作原理圖單片微機原理與應用教學課件 啟動時，先在清零端加清零脈沖，使觸發(fā)器輸出置0。然后

16、，第一個數(shù)據(jù)D。加到觸發(fā)器l的串行輸入端，在第一個CLK脈沖的上升沿Q0D。，Q1Q2Q30。其后，第二個數(shù)據(jù)Dl加到串行輸入端，在第二個CLK脈沖到達時,Q0Dl，Q1D0，Q2Q30。以此類推，當?shù)谒膫€ClK來到之后，各輸出端分別是Q0D3，Q1D2，Q2Dl，Q3D0。輸出數(shù)據(jù)可用串行的形式取出，也可用并行形式取出。單片微機原理與應用教學課件3、計數(shù)器 是一種累加時鐘脈沖的部件，特點是能夠把存儲在其中的數(shù)字加1（或減1）。計數(shù)器的種類很多，有行波計數(shù)器、同步計數(shù)器等。在此僅以行波計數(shù)器為例加以介紹。行波計數(shù)器工作原理圖單片微機原理與應用教學課件 采用J-K觸發(fā)器組成，每一個觸發(fā)器的J、K

17、端都是懸空的，即J、K輸入端的狀態(tài)都是“1”，時鐘脈沖控制端出現(xiàn)下降沿就會翻轉(zhuǎn)。故第1個時鐘脈沖促使其最低有效位加1，使其由0變1；第二個時鐘脈沖促使最低有效位由1變0，同時推動第二位，使其由0變1；同理，第二位由1變0時又去推動第三位，使其由0變1。進而進行計數(shù)。 計數(shù)的范圍根據(jù)計數(shù)器的位數(shù)不同而不同，計數(shù)器是4位的可計015的數(shù)。如是8位計數(shù)器可計0 255的數(shù)，16位則可以計0 65535的數(shù)。單片微機原理與應用教學課件4、三態(tài)門（又稱三態(tài)緩沖器） 在大多數(shù)計算機中為減少信息傳輸線的數(shù)目，信息傳輸線均采用總線形式，即凡要傳輸?shù)耐愋畔⒍甲咄唤M傳輸線，且信息是分時傳送的。在計算機中一般有

18、三組總線，即數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線。為防止信息相互干擾，要求凡掛到總線上的寄存器或存儲器等，其輸出端不僅能呈現(xiàn)0、l兩個信息狀態(tài)，而且還應能呈現(xiàn)第三種狀態(tài)高阻抗狀態(tài)(又稱懸浮狀態(tài))，即此時好像它們的輸出被開關(guān)斷開，對總線狀態(tài)不起作用，此時總線可由其他器件占用。三態(tài)門即可實現(xiàn)上述功能。單片微機原理與應用教學課件 當控制端E為1時，總線上的數(shù)據(jù)有輸入決定；當E為0時，輸出端呈高祖狀態(tài)，該器件對總線不起作用。三態(tài)輸出緩沖寄存器單向三態(tài)門雙向三態(tài)門單片微機原理與應用教學課件四、常用數(shù)據(jù)鎖存/緩沖/驅(qū)動器 這幾種芯片是基于上述電路原理的實用芯片，常在單片機系統(tǒng)擴展時應用，是系統(tǒng)總線與不同的I/O外

19、部設(shè)備相連。一下介紹幾種常用數(shù)字電路芯片的使用方法。單片微機原理與應用教學課件1、鎖存器 存放數(shù)碼的部件，特點是當鎖存信號沒有到來時，輸出狀態(tài)隨輸入信號變化；當加鎖存信號后，則輸出狀態(tài)保持鎖存信號跳變前的狀態(tài)。74HC373是使用最多的地址鎖存器。373芯片引腳373常用連接方法單片微機原理與應用教學課件單片微機原理與應用教學課件373的工作方式單片微機原理與應用教學課件2、同相三態(tài)數(shù)據(jù)緩沖/驅(qū)動器 總線隔離：通?？偩€上連接著多個數(shù)據(jù)源設(shè)備(向總線輸入數(shù)據(jù))和多個數(shù)據(jù)負載設(shè)備(向總線輸出數(shù)據(jù))。但是，在任一時刻只能進行一個源和一個負載之間的數(shù)據(jù)傳送 ，因此要求外設(shè)在需要的時候與總線接通，不需要

20、的時候又能和總線隔離開 的情況。 緩沖/驅(qū)動器可解決總線隔離的問題。常用的緩沖/驅(qū)動器有74244單片微機原理與應用教學課件244芯片引腳244常用連接方法單片微機原理與應用教學課件單片微機原理與應用教學課件244讀操作244寫操作244工作方式單片微機原理與應用教學課件3、74245的8總線接收/發(fā)送器 74245與74244不同的是前者可以雙向輸入輸出。 245芯片引腳單片微機原理與應用教學課件單片微機原理與應用教學課件用度讀、寫信號控制74245傳輸方向245工作方式單片微機原理與應用教學課件2.3 存儲器的概述一、存儲器的分類 存儲器的分類方法較多，從其組成材料和單元電路類型上可分為磁

21、芯存儲器、半導體存儲器、電荷耦合存儲器等；從其與微處理器的關(guān)系來劃分，又可分為內(nèi)存與外存。 內(nèi)存 ：直接同微處理器進行信息交換的存儲器 特點是存取速度快，但容量有限 外存 ：通過內(nèi)存間接與CPU進行信息交換的存儲器 特點是容量大、速度較慢 用于存放數(shù)據(jù)或程序，使計算機具有記憶功能單片微機原理與應用教學課件二、半導體存儲器的分類1、只讀存儲器ROM (Read Only Memory) 使用時只能讀出而不能寫入，斷電后ROM中的信息不會丟失。ROM按存儲信息的方法又可分為四種 ： 1）掩膜ROM （固定ROM ） 由廠家編好程序?qū)懭隦OM，用戶不能更改它 2)可編程的只讀存儲器OTP (Only

22、 Time Programmable)也成PROM(Programmable Read Only Memory) 內(nèi)容可由用戶根據(jù)自己所編程序一次性寫入，一旦寫入，只能讀出，而不能再進行更改。 單片微機原理與應用教學課件1、只讀存儲器ROM (Read Only Memory) 3)可改寫的只讀存儲器EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory) 它的內(nèi)容可以通過紫外線照射而徹底擦除，擦除后又可重新寫入新的程序。一般情況下一個EPROM芯片可改寫幾十次 。 4)可電改寫只讀存儲器E2PROM(Electrically Erasable Progra

23、mmable Read Only Memory) 可通過加電寫入或清除其內(nèi)容，其編程電壓和清除電壓均與微處理器的工作電壓相同，不需另加電壓。 單片微機原理與應用教學課件2、隨機存儲器RAM (Random Access Memory) 能隨時讀取存放在存儲單元中的數(shù)據(jù)，還能隨時寫入新的數(shù)據(jù)，寫入后原來的數(shù)據(jù)則會丟失，斷電后RAM中的信息全部丟失。 RAM按照存儲信息的方式，又可分為靜態(tài)和動態(tài)兩種。 1)靜態(tài)SRAM(Static RAM) 特點為只要有電源加于存儲器，數(shù)據(jù)就能長期保留 2)動態(tài)DRAM(Dynamic RAM) 寫入的信息只能保持若干ms(毫秒)，因此每隔一定時間必須重新寫入一

24、次，以保持原來的信息不變。 單片微機原理與應用教學課件3、新型的非易失存儲器 新型的非易失存儲器是因多數(shù)E2PROM改寫信息的速度較慢而發(fā)展起來的。主要有快擦寫(也稱為閃爍)FLASH存儲器、新型非易失靜態(tài)存儲器NVSRAM(Non Volatile SRAM)和鐵電存儲器FRAM(Ferroelectric RAM)。 這些存儲器的特點是從原理上看，它們屬于ROM型存儲器，但是從功能上看，它們又可以隨時改寫信息，因而作用又相當于RAM。所以，ROM、RAM的定義和劃分已逐漸失去意義。 單片微機原理與應用教學課件快擦寫存儲器FLASH 快擦寫存儲器（簡稱“閃存”）實質(zhì)上也是E2PROM的一種，只是讀/寫得速度比一般的E2PROM快得多。其集成度高，制造成本低于DRAM，既具有SRAM讀寫的靈活性和較快的訪問速度，又具有ROM在斷電后不丟失信息的特點，所以發(fā)展迅速。目前我們所用的U盤就是它的代表。 單片微機原理與應用教學課件三、存儲單元和存儲單元地址存儲器:由大量寄存器組成 存儲單元:每一個寄存器就稱為一個存儲單元 位長 (又稱字長 )：一個代碼由若干位(bit)組 成，代碼的位數(shù) 字節(jié)(Byte) ：個8位的二進制代碼 ，常簡寫為B 字(word) ：兩個字節(jié) 雙字(double word) ：四個字節(jié) 字長、字節(jié)、字、雙字均為代碼位數(shù)常用單位 。單