單片微型計(jì)算機(jī)原理1

1、單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用主講教師：凌宏江華中科技大學(xué)材料學(xué)院材料學(xué)院本科生用電子教案2012-2013學(xué)年第一學(xué)期材料學(xué)院 單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用 2目目 錄錄第一章第一章 概述概述(2)第二章第二章 MCS-51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)(4)第三章第三章 MCS-51單片機(jī)的指令系統(tǒng)單片機(jī)的指令系統(tǒng)(4)第四章第四章 匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)(4)第五章第五章 存儲(chǔ)器及擴(kuò)展技術(shù)存儲(chǔ)器及擴(kuò)展技術(shù)(2)第六章第六章 中斷系統(tǒng)中斷系統(tǒng)(2)第七章第七章 I/O口擴(kuò)展及應(yīng)用口擴(kuò)展及應(yīng)用(2) 第八章第八章 定時(shí)器定時(shí)器/計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器(2)第九章第九章 串行通

2、信及其接口串行通信及其接口(2)第十章第十章 A/D和和D/A轉(zhuǎn)換器接口轉(zhuǎn)換器接口(2)第十一章第十一章 顯示器、鍵盤、打印機(jī)接口顯示器、鍵盤、打印機(jī)接口(2)材料學(xué)院 單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用 3第一章第一章 概述概述1.1 微型計(jì)算機(jī)的的發(fā)展和特點(diǎn)微型計(jì)算機(jī)的的發(fā)展和特點(diǎn)1.2 微處理器、微型計(jì)算機(jī)和微型計(jì)算機(jī)微處理器、微型計(jì)算機(jī)和微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)系統(tǒng)1.3 微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用1.4 微型計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程微型計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程1.5 Intel單片機(jī)系列介紹單片機(jī)系列介紹1.6 計(jì)算機(jī)的數(shù)和編碼計(jì)算機(jī)的數(shù)和編碼材料學(xué)院 單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用 41.1 微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展和特點(diǎn)微

3、型計(jì)算機(jī)的發(fā)展和特點(diǎn) 1946年2月15日，第一臺(tái)電子數(shù)字計(jì)算機(jī)問(wèn)世，這標(biāo)志著計(jì)算機(jī)時(shí)代的到來(lái)。（CALCULATOR）ENIAC材料學(xué)院 單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用 5ENIAC主要性能指標(biāo)主要性能指標(biāo)ENIAC是電子管計(jì)算機(jī)；時(shí)鐘頻率僅有100 KHz；能在1秒鐘的時(shí)間內(nèi)完成5000次加法運(yùn)算。與現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)相比，有許多不足，但它它的問(wèn)世開(kāi)創(chuàng)了計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的新紀(jì)元的問(wèn)世開(kāi)創(chuàng)了計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的新紀(jì)元，對(duì)人類的生產(chǎn)和生活方式產(chǎn)生了巨大的影響 。材料學(xué)院 單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用 6電子計(jì)算機(jī)發(fā)展的五個(gè)時(shí)代電子計(jì)算機(jī)發(fā)展的五個(gè)時(shí)代電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，相繼經(jīng)歷了五個(gè)時(shí)代：電子管計(jì)算機(jī)；電子管計(jì)算

4、機(jī)；晶體管計(jì)算機(jī)；晶體管計(jì)算機(jī)；集成電路計(jì)算機(jī)；集成電路計(jì)算機(jī)；大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)；大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)；超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)。超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)。 計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)仍然沒(méi)有突破馮諾依曼提出的計(jì)算機(jī)經(jīng)典結(jié)構(gòu)框架。材料學(xué)院 單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用 7第一個(gè)單片計(jì)算機(jī) 1971年1月，Intel公司的特德霍夫在與日本商業(yè)通訊公司合作研制臺(tái)式計(jì)算器時(shí)，將原始方案的十幾個(gè)芯片壓縮成三個(gè)集成電路芯片。其中的兩個(gè)芯片分別用于存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)，另一芯片集成了運(yùn)算器和控制器及一些寄存器，稱為微處理器（即Intel 4004）。材料學(xué)院 單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用 81.2 微處理器、微型計(jì)算機(jī)和微型計(jì)微處理

5、器、微型計(jì)算機(jī)和微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)算機(jī)系統(tǒng) 微處理器、存儲(chǔ)器加上I/O接口電路組成微型計(jì)算機(jī)。各部分通過(guò)地址總線（AB）、數(shù)據(jù)總線（DB）和控制總線（CB）相連。材料學(xué)院 單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用 91.3 單片微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用單片微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)通常分為以下三個(gè)層次。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)通常分為以下三個(gè)層次。(1) 單片機(jī)：通常指應(yīng)用系統(tǒng)主處理機(jī)，即所選擇單片機(jī)：通常指應(yīng)用系統(tǒng)主處理機(jī)，即所選擇的單片機(jī)器件。的單片機(jī)器件。(2) 單片機(jī)系統(tǒng)：指按照單片機(jī)的技術(shù)要求和嵌入單片機(jī)系統(tǒng)：指按照單片機(jī)的技術(shù)要求和嵌入對(duì)象的資源要求而構(gòu)成的基本系統(tǒng)。時(shí)鐘電路、復(fù)位對(duì)象的資源要求而構(gòu)成的

6、基本系統(tǒng)。時(shí)鐘電路、復(fù)位電路和擴(kuò)展存儲(chǔ)器等與單片機(jī)共同構(gòu)成了單片機(jī)系統(tǒng)。電路和擴(kuò)展存儲(chǔ)器等與單片機(jī)共同構(gòu)成了單片機(jī)系統(tǒng)。(3) 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)：指能滿足嵌入對(duì)象要求的全單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)：指能滿足嵌入對(duì)象要求的全部電路系統(tǒng)。在單片機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加上面向?qū)ο蟮牟侩娐废到y(tǒng)。在單片機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加上面向?qū)ο蟮慕涌陔娐罚缜跋蛲ǖ馈⒑笙蛲ǖ?、人機(jī)交互通道接口電路，如前向通道、后向通道、人機(jī)交互通道（鍵盤、顯示器、打印機(jī)等）和串行通信接口（鍵盤、顯示器、打印機(jī)等）和串行通信接口(RS232)以及應(yīng)用程序等。以及應(yīng)用程序等。材料學(xué)院 單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用 10單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)三個(gè)層次的關(guān)系如圖所示材料學(xué)院

7、單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用 111. 單片機(jī)在機(jī)、電、儀一體化等智能產(chǎn)品中的應(yīng)用日常生活中含單片機(jī)的電器產(chǎn)品智能化的儀器儀表2. 單片機(jī)在工業(yè)測(cè)控中的應(yīng)用3. 單片機(jī)在通信技術(shù)中的應(yīng)用材料學(xué)院 單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用 121.4 微型計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程微型計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程 微型計(jì)算機(jī)的基本工作過(guò)程是執(zhí)行程序微型計(jì)算機(jī)的基本工作過(guò)程是執(zhí)行程序的過(guò)程，也就是的過(guò)程，也就是CPU自動(dòng)從程序存放的第自動(dòng)從程序存放的第1個(gè)個(gè)存儲(chǔ)單元起，逐步取出指令、分析指令，并存儲(chǔ)單元起，逐步取出指令、分析指令，并根據(jù)指令規(guī)定的操作類型和操作對(duì)象，執(zhí)行根據(jù)指令規(guī)定的操作類型和操作對(duì)象，執(zhí)行指令規(guī)定的相關(guān)操作。如此重復(fù)，周

8、而復(fù)始，指令規(guī)定的相關(guān)操作。如此重復(fù)，周而復(fù)始，直至執(zhí)行完程序的所有指令，從而實(shí)現(xiàn)程序直至執(zhí)行完程序的所有指令，從而實(shí)現(xiàn)程序的基本功能，這就是微型計(jì)算機(jī)的基本工作的基本功能，這就是微型計(jì)算機(jī)的基本工作原理。原理。材料學(xué)院 單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用 131.5 Intel單片機(jī)系列介紹單片機(jī)系列介紹MCS-51可分為兩個(gè)子系列和4種類型，如表所示。按資源的配置數(shù)量，MCS-51系列分為51和52兩個(gè)子系列，其中51子系列是基本型，而52子系列屬于增強(qiáng)型。 資 源 配 置 子 系 列片內(nèi)ROM的形式片內(nèi)ROM容量片內(nèi)RAM容量定時(shí)器與計(jì)數(shù)器中斷源無(wú)ROMEPROME2PROM851系列803180

9、51875189514KB128B21658C51系列80C3180C5187C5189C514KB128B2165852系列80328052875289528KB256B31668C252系列80C23280C25287C25289C2528KB256B3167材料學(xué)院 單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用 141.6 計(jì)算機(jī)的數(shù)和編碼計(jì)算機(jī)的數(shù)和編碼1.6.1 數(shù)制的表示數(shù)制的表示1. 常用數(shù)制(1) 十進(jìn)制數(shù) 我們熟悉的十進(jìn)制數(shù)有兩個(gè)主要特點(diǎn)： 有十個(gè)不同的數(shù)字符號(hào)：0、1、2、9； 低位向高位進(jìn)、借位的規(guī)律是“逢十進(jìn)一” “借一 當(dāng)十”的計(jì)數(shù)原則進(jìn)行計(jì)數(shù)。例如：式中的10稱為十進(jìn)制數(shù)的基數(shù), 10

10、3、102、101、100、10-1 、10-2稱為各數(shù)位的權(quán)。十進(jìn)制數(shù)用D結(jié)尾表示。21012310510410410310210145.1234材料學(xué)院 單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用 151. 常用數(shù)制(2)(2) 二進(jìn)制數(shù)在二進(jìn)制中只有兩個(gè)不同數(shù)碼：0和1，進(jìn)位規(guī)律是“逢二進(jìn)一”“借一當(dāng)二”的計(jì)數(shù)原則進(jìn)行計(jì)數(shù)。二進(jìn)制數(shù)用B結(jié)尾表示。例如，二進(jìn)制數(shù)11011011.01可表示為：(11011011.01)2=1x27+1x26+0 x25+1x24+1x23+0 x22 +1x21+1x20+0 x2-1+1x2-2(3) 八進(jìn)制數(shù)在八進(jìn)制中有0、1、2、7八個(gè)不同數(shù)碼，采用“逢八進(jìn)一”“借一

11、當(dāng)八”的計(jì)數(shù)原則進(jìn)行計(jì)數(shù)。八進(jìn)制數(shù)用Q結(jié)尾表示。例如，八進(jìn)制數(shù)503.04可表示為：(503.04)Q=5x82+0 x81+3x80+0 x8-1+4x8-2材料學(xué)院 單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用 161. 常用數(shù)制(3)(4) 十六進(jìn)制數(shù)在十六進(jìn)制中有0、1、2、9、A、B、C、D、E、F共十六個(gè)不同的數(shù)碼，采用“逢十六進(jìn)一”“借一當(dāng)十六”的計(jì)數(shù)原則進(jìn)行計(jì)數(shù)。十六進(jìn)制數(shù)用H結(jié)尾表示。例如，十六進(jìn)制數(shù)4E9.27可表示為:(4E9.27)H=4x162+14x161+9x160+2x16-1 +7x16-2材料學(xué)院 單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用 172不同進(jìn)制數(shù)之間的相互轉(zhuǎn)換下表列出了二、八、十、十

12、六進(jìn)制數(shù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，熟記這些對(duì)應(yīng)關(guān)系對(duì)后續(xù)內(nèi)容的學(xué)習(xí)會(huì)有較大的幫助。十進(jìn)制 二進(jìn)制 八進(jìn)制 十六進(jìn)制 十進(jìn)制二進(jìn)制八進(jìn)制十六進(jìn)制000091001119111110101012A2102211101113B3113312110014C41004413110115D51015514111016E61106615111117F711177161000020108100010817100012111材料學(xué)院 單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用 18(1) 二、八、十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)二、八、十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)根據(jù)各進(jìn)制的定義表示方式，按權(quán)展開(kāi)相加，即可轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)?！纠?-1】將(10101)

13、B，(72)Q，(49)H轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)。(10101)B=1x24+0 x23+1x22+0 x21+1x20=37(72)Q=7x81+2x80=58(49)H=4x161+9x160=73材料學(xué)院 單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用 19(2) 十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù) 十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換二進(jìn)制數(shù),需要將整數(shù)部分和小數(shù)部分分開(kāi),采用不同方法進(jìn)行轉(zhuǎn)換,然后用小數(shù)點(diǎn)將這兩部分連接起來(lái)。1) 整數(shù)部分：除2取余法。具體方法是：將要轉(zhuǎn)換的十進(jìn)制數(shù)除以2，取余數(shù)；再用商除以2，再取余數(shù)，直到商等于0為止，將每次得到的余數(shù)按倒序的方法排列起來(lái)作為結(jié)果。所以(25)D=11001B 2 521 2

14、 1226 02 3 021 10 1余數(shù)最低位最高位材料學(xué)院 單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用 202) 小數(shù)部分：乘2取整法。具體方法是：將十進(jìn)制小數(shù)不斷地乘以2，直到積的小數(shù)部分為零（或直到所要求的位數(shù)）為止，每次乘得的整數(shù)依次排列即為相應(yīng)進(jìn)制的數(shù)碼。最初得到的為最高有效數(shù)位，最后得到的為最低有效數(shù)字?！纠?-2】將十進(jìn)制數(shù)0.625轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)。所以(0.625)D=0.101B材料學(xué)院 單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用 21(3) 二進(jìn)制與八進(jìn)制之間的相互轉(zhuǎn)換由于23=8，故可采用“合三為一”的原則，即從小數(shù)點(diǎn)開(kāi)始向左、右兩邊各以3位為一組進(jìn)行二-八轉(zhuǎn)換：若不足3位的以0補(bǔ)足，便可以將二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換

15、為八進(jìn)制數(shù)。反之，每位八進(jìn)制數(shù)用三位二進(jìn)制數(shù)表示，就可將八進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)?！纠?-3】將(10100101.01011101)B轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制數(shù)。 010 100 101.010 111 010 2 4 5 . 2 7 2即 (10100101.01011101)B =(245.272)Q【例1-4】將(756.34)Q轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。 7 5 6 . 3 4 111 101 110 . 011 100 即 (756.34)Q=(111101110.0111)B材料學(xué)院 單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用 22(4) 二進(jìn)制與十六進(jìn)制之間的相互轉(zhuǎn)換由于24=16，故可采用“合四為一”的原則，即從小數(shù)

16、點(diǎn)開(kāi)始向左、右兩邊各以4位為一組進(jìn)行二十六轉(zhuǎn)換，若不足4位的以0補(bǔ)足，便可以將二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)。反之，每位十六進(jìn)制數(shù)用四位二進(jìn)制數(shù)表示，就可將十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。【例1-5】將(1111111000111.100101011)B轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)。 0001 1111 1100 0111 . 1001 0101 1000 1 F C 7 . 9 5 8 即 (111111000111.100101011)B =(1FC7.958)H【例1-6】將(79BD.6C)H轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。 7 9 B D . 6 C 0111 1001 1011 1101 . 0110 1100 即 (7

17、9BD.6C)H=(111100110111101.011011)B材料學(xué)院 單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用 231.6.2 常用的信息編碼常用的信息編碼1. 二-十進(jìn)制BCD碼（Binary-Coded Decimal）二-十進(jìn)制BCD碼是指每位十進(jìn)制數(shù)用4位二進(jìn)制數(shù)編碼表示。由于4位二進(jìn)制數(shù)可以表示16種狀態(tài)，可丟棄最后6種狀態(tài)，而選用00001001來(lái)表示09十個(gè)數(shù)符。這種編碼又叫做8421碼?！纠?-7】將69.25轉(zhuǎn)換成BCD碼。 6 9 . 2 5 0110 1001 . 0010 0101 結(jié)果為69.25=(01101001.00100101)BCD【例1-8】將BCD碼100101

18、111000.01010110轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)。 1001 0111 1000 . 0101 0110 9 7 8 . 5 6結(jié)果為（100101111000.01010110）BCD=978.56材料學(xué)院 單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用 24十進(jìn)制數(shù)與BCD碼的對(duì)應(yīng)關(guān)系十進(jìn)制數(shù)BCD碼十進(jìn)制數(shù)BCD碼000001000010000100011100010001200101200010010300111300010011401001400010100501011500010101601101600010110701111700010111810001800011000910011900011001材料

19、學(xué)院 單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用 252. 字符編碼（ASCII碼）計(jì)算機(jī)使用最多、最普遍的是ASCII（American Standard Code For Information Interchange）字符編碼，即美國(guó)信息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼，如表1.6所示。 ASCII碼的每個(gè)字符用7位二進(jìn)制數(shù)表示，其排列次序?yàn)閐6d5d4d3d2d1d0, d6為高位，d0為低位。而一個(gè)字符在計(jì)算機(jī)內(nèi)實(shí)際是用8位表示。正常情況下，最高一位d7為“0”。7位二進(jìn)制數(shù)共有128種編碼組合，可表示128個(gè)字符，其中數(shù)字10個(gè)、大小寫英文字母52個(gè)、其他字符32個(gè)和控制字符34個(gè)。材料學(xué)院 單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用

20、26七位ASCII代碼表d3 d2 d1d0位0 d6 d5d4位0000010100111001011101110000NULDELSP0Pp0001SOHDC1！1AQaq0010STXDC22BRbr0011ETXDC33CScs0100EOTDC44DTdt0101ENQNAK5EUeu0110ACKSYN6FVfv0111BELETB7GWgw1000BSCAN8HXhx1001HTEM9IYiy1010LFSUB：JZjz1011VTESCKk1100FFFS，Ll1101CRGSMm1110SORSNn1111SIHSOoDEL材料學(xué)院 單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用 27數(shù)字09的A

21、SCII碼為30H39H。大寫英文字母AZ的ASCII碼為41H5AH。小寫英文字母az的ASCII碼為61H7AH。對(duì)于ASCII碼表中的0、A、a的ASCII碼30H、41H、61H應(yīng)盡量記住，其余的數(shù)字和字母的ASCII碼可按數(shù)字和字母的順序以十六進(jìn)制的規(guī)律寫出。材料學(xué)院 單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用 283. 奇偶校驗(yàn)碼 奇偶校驗(yàn)碼是在傳送的代碼上附加一個(gè)校驗(yàn)位，作為代碼的比較校驗(yàn)。這樣在接收方，先對(duì)信息代碼按雙方的校驗(yàn)規(guī)定求奇偶校驗(yàn)碼，然后再與收到的附加校驗(yàn)位作比較，若相等則認(rèn)為接收的代碼是正確的，否則為錯(cuò)。奇偶校驗(yàn)就是鑒別代碼中有奇數(shù)個(gè)“1，還是有偶數(shù)個(gè)“1。例如，有效信息為10110

22、01，若采用偶校驗(yàn)碼記為“0”的話，則有效代碼為1011001 0；采用奇校驗(yàn)碼記為“1”的話，有效代碼則為1011001 1。有效代碼的最后的那個(gè)數(shù)位，就是奇偶校驗(yàn)位。當(dāng)接受方收到這組代碼后，便根據(jù)奇、偶校驗(yàn)的約定和有效代碼中“1”的個(gè)數(shù)形成校驗(yàn)碼，然后再與接收的校驗(yàn)位作比較。比較相等的話，說(shuō)明接受的信息正確；反之，則認(rèn)為出現(xiàn)了錯(cuò)誤。材料學(xué)院 單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用 291.6.3 二進(jìn)制數(shù)在計(jì)算機(jī)內(nèi)的表示二進(jìn)制數(shù)在計(jì)算機(jī)內(nèi)的表示1.機(jī)器數(shù)機(jī)器數(shù)在計(jì)算機(jī)中，因?yàn)橹挥性谟?jì)算機(jī)中，因?yàn)橹挥小?”和和“1”兩種形兩種形式，所以數(shù)的正、負(fù)號(hào)，也必須以式，所以數(shù)的正、負(fù)號(hào)，也必須以“0”和和“1”表

23、示。通常把一個(gè)數(shù)的最高位定義為符號(hào)位，表示。通常把一個(gè)數(shù)的最高位定義為符號(hào)位，用用0表示正，表示正，1表示負(fù)，稱為數(shù)符：其余位仍表示負(fù)，稱為數(shù)符：其余位仍表示數(shù)值。把在機(jī)器內(nèi)存放的正、負(fù)號(hào)數(shù)碼表示數(shù)值。把在機(jī)器內(nèi)存放的正、負(fù)號(hào)數(shù)碼化的數(shù)稱為機(jī)器數(shù)，把機(jī)器外部由正、負(fù)號(hào)化的數(shù)稱為機(jī)器數(shù)，把機(jī)器外部由正、負(fù)號(hào)表示的數(shù)稱為真值數(shù)。表示的數(shù)稱為真值數(shù)。材料學(xué)院 單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用 30【例1-9】真值為(-0101100)B的機(jī)器數(shù)為10101100，存放在機(jī)器中，如圖所示。 要注意的是，機(jī)器數(shù)表示的范圍受到字長(zhǎng)和數(shù)據(jù)的類型的限制。字長(zhǎng)和數(shù)據(jù)類型定了，機(jī)器數(shù)能表示的數(shù)值范圍也就定了。 例如，若表

24、示一個(gè)整數(shù)，字長(zhǎng)為8位，則最大的正數(shù)為01111111，最高位為符號(hào)位，即最大值為127。若數(shù)值超出127，就要“溢出”。最小負(fù)數(shù)為10000000，最高位為符號(hào)位，即最小值為-128。材料學(xué)院 單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用 312. 數(shù)的定點(diǎn)和浮點(diǎn)表示計(jì)算機(jī)內(nèi)表示的數(shù)，主要分成定點(diǎn)小數(shù)、定點(diǎn)整數(shù)與浮點(diǎn)數(shù)三種類型。(1) 定點(diǎn)小數(shù)的表示法定點(diǎn)小數(shù)是指小數(shù)點(diǎn)準(zhǔn)確固定在數(shù)據(jù)某一個(gè)位置上的小數(shù)。一般把小數(shù)點(diǎn)固定在最高數(shù)據(jù)位的左邊，小數(shù)點(diǎn)前邊再設(shè)一位符號(hào)位。按此規(guī)則，任何一個(gè)小數(shù)都可以寫成：N=NSN-1N-2N-M， NS為符號(hào)位(2) 整數(shù)的表示法整數(shù)所表示的數(shù)據(jù)的最小單位為1，可以認(rèn)為它是小數(shù)點(diǎn)定在

25、數(shù)值最低位右面的一種表示法。整數(shù)分為帶符號(hào)和不帶符號(hào)兩類。對(duì)帶符號(hào)的整數(shù)，符號(hào)位放在最高位?？梢詫懗桑篘=NSNnNn-1N2 N1 N0， NS為符號(hào)位材料學(xué)院 單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用 32一般定點(diǎn)數(shù)表示的范圍和精度都較小，在數(shù)值計(jì)算時(shí)，大多數(shù)采用浮點(diǎn)數(shù)。(3)浮點(diǎn)數(shù)的表示方法浮點(diǎn)表示法對(duì)應(yīng)于科學(xué)(指數(shù))計(jì)數(shù)法，如數(shù)110.011可表示為： N=110.011=1.100112+10=11001.12-10 =0.1100112+11在計(jì)算機(jī)機(jī)中一個(gè)浮點(diǎn)數(shù)由兩部分構(gòu)成：階碼和尾數(shù)，階碼是指數(shù)，尾數(shù)是純小數(shù)。其存儲(chǔ)格式如圖所示。階符階碼數(shù)符尾數(shù)材料學(xué)院 單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用 33【例1-

26、10】設(shè)尾數(shù)為4位，階碼為2位，則二進(jìn)制數(shù)N=2111011的浮點(diǎn)數(shù)表示形式為： 應(yīng)當(dāng)注意：浮點(diǎn)數(shù)的正、負(fù)是由尾數(shù)的數(shù)符確定，而階碼的正、負(fù)只決定小數(shù)點(diǎn)的位置，即決定浮點(diǎn)數(shù)的絕對(duì)值大小。01101011階符階碼數(shù)符尾數(shù)材料學(xué)院 單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用 343. 帶符號(hào)數(shù)的表示在計(jì)算機(jī)中，帶符號(hào)數(shù)可以用不同方法表示，常用的有原碼、反碼和補(bǔ)碼。(1)原碼【例1-11】當(dāng)機(jī)器字長(zhǎng)n=8時(shí)：+1原0 0000001-1原1 0000001+127原0 1111111-127原1 1111111由此可以看出，在原碼表示法中：最高位為符號(hào)位，正數(shù)為0，負(fù)數(shù)為1，其余n-1位表示數(shù)的絕對(duì)值。在原碼表示中，

27、零有兩種表示形式，即： +000000000， -010000000。材料學(xué)院 單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用 35(2) 反碼【例1-12】當(dāng)機(jī)器字長(zhǎng)n=8時(shí)： +1反00000001， -1反11111110 +127反01111111， -127反10000000 由此看出，在反碼表示中： 正數(shù)的反碼與原碼相同，負(fù)數(shù)的反碼只需將其對(duì)應(yīng)的正數(shù)按位求反即可得到。 機(jī)器數(shù)最高位為符號(hào)位，0代表正號(hào)，1代表負(fù)號(hào)。 反碼表示方式中，零有兩種表示方法： +0反00000000， -0反11111111。材料學(xué)院 單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用 36(3) 補(bǔ)碼【例1-13】當(dāng)機(jī)器字長(zhǎng)n8時(shí)， +1補(bǔ)000000

28、01， -1補(bǔ)11111111 +127補(bǔ)01111111， -127補(bǔ)10000001由此看出，在補(bǔ)碼表示中：正數(shù)的補(bǔ)碼與原碼、反碼相同，負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼等于它的反碼加l。 機(jī)器數(shù)的最高位是符號(hào)位，0代表正號(hào)，1代表負(fù)號(hào)。在補(bǔ)碼表示中，0有唯一的編碼： 0補(bǔ)0補(bǔ)00000000。補(bǔ)碼的運(yùn)算方便，二進(jìn)制的減法可用補(bǔ)碼的加法實(shí)現(xiàn)，使用較廣泛。材料學(xué)院 單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用 37【例1-14】假定計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)為8位，試寫出122的原碼、反碼和補(bǔ)碼。122原122反122補(bǔ)01111010B【例1-15】假定計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)為8位，試寫出45的原碼、反碼和補(bǔ)碼。 45原10101101B 45反1101001

29、0B45補(bǔ)11010011B對(duì)于用補(bǔ)碼表示的負(fù)數(shù)，首先認(rèn)定它是負(fù)數(shù)，而后用求它的補(bǔ)碼的方法可得到它的絕對(duì)值，即可求得該負(fù)數(shù)的值。例如，補(bǔ)碼數(shù)(11110011)B是一個(gè)負(fù)數(shù)，求該數(shù)的補(bǔ)碼為(00001101)B，該數(shù)相應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)為13，故求出(11110011)B為(-13)D?！纠?-16】試寫出原碼11011001的真值。（原碼）補(bǔ)（原碼）反110100111B39材料學(xué)院 單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用 381.6.4 補(bǔ)碼的運(yùn)算補(bǔ)碼的運(yùn)算(1)在微處理機(jī)中，使用補(bǔ)碼進(jìn)行運(yùn)算是十分方便的，它使同一個(gè)微處理機(jī)中既能運(yùn)算帶符號(hào)數(shù)又能運(yùn)算不帶符號(hào)的數(shù)。而且，在采用補(bǔ)碼表示帶符號(hào)數(shù)的情況下，兩個(gè)數(shù)的減法可以用加法來(lái)實(shí)現(xiàn)。下面我們將會(huì)看到這一點(diǎn)。在進(jìn)行帶符號(hào)數(shù)的加減運(yùn)算時(shí)，應(yīng)把