微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ) (2)課件

單片機(jī)原理及應(yīng)用2012年10月機(jī)械類專業(yè)必修課專業(yè):機(jī)械制造及其自動(dòng)化0教學(xué)內(nèi)容1、課程準(zhǔn)備2、微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)4、微機(jī)系統(tǒng)接口擴(kuò)展3、微機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)5、微機(jī)系統(tǒng)通信接口6、人及交互接口1第一章—微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)微型計(jì)算機(jī)是一種能對(duì)信息加工處理的機(jī)器，它具有記憶、判斷和運(yùn)算能力，能仿效人類的思維活動(dòng)，代替人的部分腦力勞動(dòng)，并能對(duì)生產(chǎn)過(guò)程實(shí)施某種控制等等。1946年，美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)制成世界上第一臺(tái)ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorAndComputer）電子計(jì)算機(jī)以來(lái)，電子計(jì)算機(jī)經(jīng)歷了電子管、晶體管和集成電路三個(gè)發(fā)展時(shí)代，于20世紀(jì)70年代初出現(xiàn)了第一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)。最初的計(jì)算機(jī)只是作為一種現(xiàn)代化的計(jì)算工具，而現(xiàn)在微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域已廣泛滲透到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域和人民生活的各個(gè)方面，在信息社會(huì)中彰顯出日益重要的地位，其科學(xué)水平、生產(chǎn)規(guī)模和應(yīng)用程度已成為衡量一個(gè)國(guó)家現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志。。2第一章—微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)1.1.1微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展1.微處理器技術(shù)的發(fā)展第一代，1971年10月，美國(guó)Intel公司首先推出Intel4004微處理器。微處理器進(jìn)入4位微處理器和低檔8位微處理器的時(shí)期。1972年3月，Intel公司又推出Intel8008微處理器實(shí)現(xiàn)了8位并行運(yùn)算。第二代，1973年開(kāi)始，以8位微處理為主的時(shí)期。典型產(chǎn)品有：1973年Intel8080；1974年3月，Motorola公司的MC6800；1975~1976年，Zilog公司的Z80；1976年，Intel8085等。4第一章—微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)第三代，1978年開(kāi)始，以16位微處理為主的時(shí)期。典型產(chǎn)品有：1978年Intel8086；1979年，Zilog公司的Z8000;1979年，Motorola公司的MC68000等。第四代，1981年開(kāi)始，以32位微處理為主的時(shí)期。典型產(chǎn)品有：1983年，Zilog公司的Z80000；1984年，Motorola公司的MC68020；1985年，Intel公司的80386等。這一時(shí)期微處理器的集成度達(dá)到了空前規(guī)模。如80386微處理器集成度為27.5萬(wàn)管/片。自Intel80386芯片推出以來(lái)，又出現(xiàn)了許多高性能的32位和64位微處理器，如Motorola的MC68030、MC68040，AMD公司的K6-2、K6-3、K7以及Intel的80486、Pentium、PentiumII、PentiumIII和Pentium4等產(chǎn)品。5第一章—微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)2.單片微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展單片微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展，以Intel公司1976年推出的8位單片機(jī)為起點(diǎn)，大體經(jīng)歷了三個(gè)歷史階段。1974年，美國(guó)仙童（Fairchild）公司研制出世界上第一臺(tái)單片微型計(jì)算機(jī)F8，該機(jī)由兩塊集成電路芯片組成，結(jié)構(gòu)獨(dú)特，具有與眾不同的指令系統(tǒng)，深受民用電器和儀器儀表領(lǐng)域的歡迎和重視。第一代單片微型計(jì)算機(jī)（1976~1978）。始于1976年，以MCS-48系列為代表。第二代單片微型計(jì)算機(jī)（1978~1982）。以Intel公司的MCS-51系列為代表6第一章—微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)1.1.2微型計(jì)算機(jī)的分類機(jī)主流系列1.單片微機(jī)的分類20世紀(jì)80年代以來(lái)，各大電氣及半導(dǎo)體器件廠商紛紛推出自己的產(chǎn)品系列。迄今為止，市場(chǎng)上的單片微機(jī)產(chǎn)品已達(dá)60多個(gè)系列，600余個(gè)品種。從不同的角度有不同的分法。從運(yùn)算位長(zhǎng)短分，可分為4位、8位、16位、32位等微機(jī)種類；從使用場(chǎng)合的不同，可分為高端單片機(jī)和低端單片機(jī)；從應(yīng)用領(lǐng)域分，可分為家電類單片機(jī)、工控類單片機(jī)、通信類單片機(jī)、軍工類單片機(jī)；按是否通用分，有通用型單片機(jī)和專用型單片機(jī)。數(shù)據(jù)處理位數(shù)是單片微機(jī)的重要標(biāo)志，因此重點(diǎn)討論。8第一章—微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)(1)4位單片機(jī)4位單片微型計(jì)算機(jī)的控制功能較弱，CPU一次只能處理4位二進(jìn)制。這類單片微機(jī)常用于計(jì)算器、各種形態(tài)的智能單元以及作為家用電器中的控制器。典型產(chǎn)品有美國(guó)NS（Nationalsemiconductor）公司的COP4××系列、Toshiba公司的TMP47×××系列以及Panasonic公司的MN1400系列單片微機(jī)。(2)8位單片機(jī)8位單片微型計(jì)算機(jī)的控制功能較強(qiáng)，品種最為齊全。對(duì)比4位單片微機(jī)，它不僅具有較大的存儲(chǔ)容量和尋址范圍，而且中斷源、并行I/O接口和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器個(gè)數(shù)都有了不同程度的增加，并集成有全雙工串行通訊接口。其他還有16位和32位單片機(jī)等類型，根據(jù)需要自行選定。9第一章—微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)2.單片微型計(jì)算機(jī)的主流系列市場(chǎng)上流行的單片微型計(jì)算機(jī)種類很多，主要有：美國(guó)的Intel、Motorola、Zilog、NS、Microchip、Atmel和TI公司，日本的NEC（日電）、Toshiba（東芝）、Fujitsu（富士通）和Hitachi（日立）公司，荷蘭的Philips，英國(guó)的Inmos和德國(guó)的Siemens（西門子）公司等等。(1)Intel公司的單片微機(jī)MCS-51系列單片機(jī)是Intel公司1980年推出的8位單片機(jī)。80C51是MCS-51系列中的一個(gè)子系列，是一族高性能兼容型單片機(jī)，Siemens、Philips等公司在80C51基礎(chǔ)上推出了與80C51兼容的新型單片機(jī)統(tǒng)稱80C51系列。10第一章—微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)1.1.3微型計(jì)算機(jī)的組成原理20世紀(jì)80年代以來(lái)，各大電氣及半導(dǎo)體器件廠商紛紛推出自己的產(chǎn)品系列。迄今為止，市場(chǎng)上的單片微機(jī)產(chǎn)品已達(dá)60多個(gè)系列，600余個(gè)品種。1.以微處理器為中心的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以微處理器為中心的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是在中小型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，并以大規(guī)模集成電路技術(shù)為條件的一種新型計(jì)算機(jī)，和其他計(jì)算機(jī)相比，其最大特點(diǎn)是采用總線結(jié)構(gòu)，其中三總線結(jié)構(gòu)尤為普遍，目前已成為微型計(jì)算機(jī)的一種結(jié)構(gòu)。12第一章—微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)微處理器MPU是通過(guò)AB、DB和CB三總線同外圍的大規(guī)模集成電路ROM存儲(chǔ)器、RAM存儲(chǔ)器及I/O接口電路相連進(jìn)行工作的。13第一章—微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)微處理器是微型計(jì)算機(jī)的CPU（CentralProcessingUnit），具有運(yùn)算器和控制器的功能，因而它是組成微型計(jì)算機(jī)的核心部件。微處理器內(nèi)部結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜，從功能上看，主要分三大部分運(yùn)算器、控制器和寄存器組。

（2）ROM和RAM存儲(chǔ)器ROM和RAM是半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。ROM（ReadOnlyMemory）存儲(chǔ)器是一種在正常工作時(shí)只能讀不能寫(xiě)的存儲(chǔ)器，故它通常用來(lái)存放固定程序和常數(shù)。RAM（RandomAccessMemory）存儲(chǔ)器是一種在正常工作時(shí)既能讀又能寫(xiě)的存儲(chǔ)器，通常用來(lái)存放原始數(shù)據(jù)、中間結(jié)果、最終結(jié)果和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)等。RAM中存入的信息不能長(zhǎng)久保存，停電后便立即消失，故它又稱為易失性存儲(chǔ)器。（1）微處理器MPU微處理器是微型計(jì)算機(jī)的CPU（CentralProcessingUnit），具有運(yùn)算器和控制器的功能，因而它是組成微型計(jì)算機(jī)的核心部件。微處理器內(nèi)部結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜，從功能上看，主要分三大部分運(yùn)算器、控制器和寄存器組。

14第一章—微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)2.以單片微機(jī)為中心的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)單片微型計(jì)算機(jī)由單塊集成電路芯片構(gòu)成，內(nèi)部包含有計(jì)算機(jī)的基本功能部件：中央處理器CPU、存儲(chǔ)器和I/O接口電路等，因此單片微型計(jì)算機(jī)只需要和適當(dāng)?shù)能浖巴獠吭O(shè)備相結(jié)合，便可成為一個(gè)計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。16第一章—微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)（1）中央處理器CPUCPU是單片機(jī)的核心部分，通常由運(yùn)算器、控制器和中斷電路等組成。CPU進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯操作的字長(zhǎng)同樣有4位、8位、16位和32位之分，字長(zhǎng)越長(zhǎng)運(yùn)算速度越快。（2）存儲(chǔ)器單片微型計(jì)算機(jī)中，ROM和RAM存儲(chǔ)器是分開(kāi)制造的。ROM存儲(chǔ)器用于存放應(yīng)用程序，故又稱為程序存儲(chǔ)器。目前，單片微型計(jì)算機(jī)根據(jù)片內(nèi)ROM的結(jié)構(gòu)，可分為無(wú)ROM型、ROM型和EPROM型三類，常用常見(jiàn)的是新出現(xiàn)的具有E2ROM和Flash型ROM存儲(chǔ)器的產(chǎn)品。RAM存儲(chǔ)器主要用來(lái)存放實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)或作為通用寄存器、數(shù)據(jù)堆棧和數(shù)據(jù)緩沖器之用。17第一章—微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)（3）I/O接口和特殊功能部件I/O接口電路有串行和并行兩種。串行I/O用于串行通信，它可以把單片機(jī)內(nèi)部的并行8位數(shù)據(jù)（８位機(jī)）變成串行數(shù)據(jù)向外傳送，也可以串行接收外部送來(lái)的數(shù)據(jù)并把它們變成并行數(shù)據(jù)送給CPU處理。并行I/O電路可以使單片微型計(jì)算機(jī)和存儲(chǔ)器或外設(shè)之間并行地傳送8位數(shù)據(jù)（8位機(jī)）。特殊功能部件指單片微型計(jì)算機(jī)集成的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、A/D和D/A、DMA通道等電路。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器用于產(chǎn)生定時(shí)脈沖，以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的定時(shí)控制；A/D和D/A轉(zhuǎn)換器用于模擬量和數(shù)字量之間的相互轉(zhuǎn)換，以完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集和控制；DMA通道可以使單片機(jī)和外設(shè)之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速傳送。因此，單片微型計(jì)算機(jī)集成的特殊功能部件及其數(shù)量與產(chǎn)品的型號(hào)有關(guān)。18第一章—微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)1．十進(jìn)制一種數(shù)制最基本的特征是它的基數(shù)，基數(shù)是指數(shù)制中表示數(shù)值的數(shù)碼個(gè)數(shù)。日常生活中，人們習(xí)慣使用十進(jìn)制，它有10個(gè)符號(hào)0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，即十進(jìn)制有10個(gè)數(shù)碼，基數(shù)為10。它的計(jì)數(shù)規(guī)則是“逢十進(jìn)一，借一當(dāng)十”。數(shù)的表示法一般采用位置計(jì)數(shù)法。每一個(gè)數(shù)碼和數(shù)碼所在的位置載有該數(shù)大小的數(shù)值稱為“權(quán)”。每個(gè)位置的“權(quán)”可以用基數(shù)的乘方表示。如數(shù)(53891)10可表示為：53891104103102101100萬(wàn)千百十個(gè)按位權(quán)展開(kāi)表示為：53891=5×104+3×103+8×102+9×101+1×10020第一章—微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)十進(jìn)制小數(shù)的位權(quán)是以10的負(fù)次方冪表示的，如10-1=0.1，10-2=0.01。所以有n位整數(shù)和m位小數(shù)十進(jìn)制數(shù)D(Decimalnumber)用按權(quán)展開(kāi)表示為：m和n取正整數(shù)。21第一章—微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)2．二進(jìn)制二進(jìn)制的基為“2”，數(shù)字符號(hào)為0和1，其計(jì)算規(guī)則為“逢二進(jìn)一，借一當(dāng)二”。二進(jìn)制各位的權(quán)是以2為底的冪，例如數(shù)(10111)2可表示為：二進(jìn)制10111權(quán)2423222120十進(jìn)制168421任意二進(jìn)制數(shù)B(Binarynumber)按權(quán)位展開(kāi)為：2．二進(jìn)制二進(jìn)制的基為“2”，數(shù)字符號(hào)為0和1，其計(jì)算規(guī)則為“逢二進(jìn)一，借一當(dāng)二”。二進(jìn)制各位的權(quán)是以2為底的冪，例如數(shù)(10111)2可表示為：22第一章—微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)各數(shù)制的數(shù)碼對(duì)照表二進(jìn)制、八進(jìn)制、十進(jìn)制、十六進(jìn)制數(shù)碼對(duì)照表十進(jìn)制數(shù)十六進(jìn)制數(shù)八進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)十進(jìn)制數(shù)十六進(jìn)制數(shù)八進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)000000099111001111000110A121010222001011B131011333001112C141100444010013D151101555010114E161110666011015F1711117770111161020100008810100024第一章—微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)在編寫(xiě)計(jì)算機(jī)程序時(shí)，數(shù)據(jù)的書(shū)寫(xiě)可以用各種計(jì)數(shù)制來(lái)表示，為了區(qū)別不同的計(jì)數(shù)制，可以在數(shù)的右下角用數(shù)字標(biāo)注該數(shù)的數(shù)制，例如，八進(jìn)制數(shù)342.32可以寫(xiě)成(342.32)8。此外，還可以采用數(shù)據(jù)加后綴作標(biāo)識(shí)：D后綴表示十進(jìn)制（Decimal），如3438D表示十進(jìn)制數(shù)3468；B后綴表示二進(jìn)制（Binary），如01110101B表示二進(jìn)制數(shù)01110101；O后綴表示八進(jìn)制（Octal），如2632O表示八進(jìn)制數(shù)2632，由于O容易與0相混淆，統(tǒng)常用Q代替；H后綴表示十六進(jìn)制（Hexadecimal），如96A7BH表示十六進(jìn)制數(shù)96A7B。25第一章—微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)1.2.2微型計(jì)算機(jī)數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換人們習(xí)慣使用十進(jìn)制，但計(jì)算機(jī)的算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算是以二進(jìn)制為基礎(chǔ)的運(yùn)算，因此在解決問(wèn)題時(shí)，需要把問(wèn)題變成計(jì)算機(jī)能夠“理解”的形式，這就需要把十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制代碼。當(dāng)計(jì)算機(jī)運(yùn)算完畢時(shí)，又需要把獲得的二進(jìn)制結(jié)果轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)，以滿足人們的工作習(xí)慣。二進(jìn)制數(shù)通常位數(shù)多，書(shū)寫(xiě)麻煩，而十六進(jìn)制數(shù)易于書(shū)寫(xiě)，在編程時(shí)多為人們采用。因此，在應(yīng)用中，同一個(gè)數(shù)據(jù)在不同場(chǎng)合需要用不同的數(shù)制來(lái)表示，不同進(jìn)制數(shù)在計(jì)算過(guò)程中完成相應(yīng)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換前后兩數(shù)應(yīng)相等。26第一章—微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)將十六進(jìn)制數(shù)61.B轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)。計(jì)算過(guò)程如下：2．十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為其他進(jìn)制數(shù)（1）十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換二進(jìn)制數(shù)十進(jìn)制數(shù)通常分為整數(shù)部分和小數(shù)部分，轉(zhuǎn)換時(shí)要分別進(jìn)行計(jì)算。28第一章—微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)

整數(shù)部分的轉(zhuǎn)換方法為“除2取余數(shù)，結(jié)果倒排序”，即將整數(shù)部分除以2，得到整數(shù)商和余數(shù)，對(duì)商再除以2，又得到商和余數(shù)，繼續(xù)這一過(guò)程，直到商等于0為止，在將所得的一系列余數(shù)按逆序排列，即得到整數(shù)部分對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)。

小數(shù)部分的轉(zhuǎn)換方法為“乘2取整數(shù)，結(jié)果順排列”，即將小數(shù)部分乘以2，乘積保留整數(shù)部分，再將所得乘積小數(shù)部分乘以2，再保留整數(shù)部分，繼續(xù)這一過(guò)程，直到達(dá)到有效位數(shù)或小數(shù)部分等于零為止，然后將所得的整數(shù)部分按順序排列，即得到小數(shù)部分對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)。

將整數(shù)部分和小數(shù)部分所得的二進(jìn)制數(shù)合起來(lái)，便得到轉(zhuǎn)換后的二進(jìn)制數(shù)。小數(shù)部分轉(zhuǎn)換中，乘積的小數(shù)部分常常是總不為零，二進(jìn)制小數(shù)的位數(shù)可能很多，轉(zhuǎn)換時(shí)可以根據(jù)精度要求，取一定的位數(shù)即可。29第一章—微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)例3將(41.495)10轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。解1）先將整數(shù)部分轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)，計(jì)算過(guò)程如下：因此有(41)10=(101001)2。30第一章—微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)2）小數(shù)部分轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)，計(jì)算過(guò)程如下：因此有(0.495)10=(0.0111)2。綜合起來(lái)，得(41.495)10=(101001.0111)2。31第一章—微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)（2）十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為任意進(jìn)制數(shù)把十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為任意進(jìn)制數(shù)的方法和十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)相似，整數(shù)部分采用除以基數(shù)取余數(shù)的方法，然后倒排序；小數(shù)部分是乘以基數(shù)得整數(shù)的方法，然后順排序，最后再將其結(jié)果分別排列在一起即可。例4將十進(jìn)制數(shù)(97.0664)10轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)。解：1）先將整數(shù)部分轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制，計(jì)算過(guò)程如下：因此有(97)10=(61)16。32第一章—微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)2）小數(shù)部分轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)，計(jì)算過(guò)程如下：所以有(0.0664)10=(0.10FF)16。綜合起來(lái)，(97.0664)10=(61.10FF)16。33第一章—微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)3．二進(jìn)制數(shù)與八進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換（1）二進(jìn)制數(shù)與八進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換由于23=8，24=16，所以每三位二進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)一位八進(jìn)制數(shù)，每四位二進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)一位16進(jìn)制數(shù)，因此二進(jìn)制與八進(jìn)制、十六進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換可以通過(guò)表1-1之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換方法：以小數(shù)點(diǎn)為界線，分別向左或向右按三位二進(jìn)制進(jìn)行分組，不足三位的在前面或后面補(bǔ)足三位。參照表1-1，再將每一組二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為一位八進(jìn)制數(shù)，排列后即為二進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)的八進(jìn)制數(shù)。二進(jìn)制數(shù)和八進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換過(guò)程可逆。34第一章—微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)例5將二進(jìn)制數(shù)11110.11轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制數(shù)。轉(zhuǎn)換過(guò)程如下：所以有，(11110.11)2=(36.6)8。例6將八進(jìn)制數(shù)35.6轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)，轉(zhuǎn)換過(guò)程如下：所以有，(35.6)8=(11101.11)2。35第一章—微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)（2）二進(jìn)制數(shù)與十六進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換方法：以小數(shù)點(diǎn)為界線，分別向左或向右按四位二進(jìn)制進(jìn)行分組，不足四位的在前面或后面補(bǔ)足四位。參照表1-1，再將每一組二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為一位十六進(jìn)制數(shù)，排列后即為二進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)的十六進(jìn)制數(shù)。二進(jìn)制數(shù)和十六進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換過(guò)程也可逆。例7將二進(jìn)制數(shù)11011101111.0110101B轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)，轉(zhuǎn)換過(guò)程如下：所以有，11011101111.0110101B=(6EF.6A)16。36第一章—微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)例8將十六進(jìn)制數(shù)EF.C轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)，轉(zhuǎn)換過(guò)程如下：所以有，(EF.C)16=(11101111.11)2。37第一章—微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)綜上所述，不同進(jìn)制數(shù)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)需要注意以下幾點(diǎn)：1）一個(gè)二進(jìn)制數(shù)可以準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)，而一個(gè)帶小數(shù)的十進(jìn)制數(shù)不一定能夠準(zhǔn)確地用二進(jìn)制來(lái)表示；2）帶小數(shù)的十進(jìn)制數(shù)在轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)時(shí)，以小數(shù)點(diǎn)為分界，整數(shù)和小數(shù)要分別轉(zhuǎn)換；3）二進(jìn)制與八進(jìn)制、十六進(jìn)制數(shù)進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換方便，且能準(zhǔn)確地相互轉(zhuǎn)換，因此帶小數(shù)的十進(jìn)制數(shù)向八進(jìn)制或十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換時(shí)也存在精度問(wèn)題；4）十六進(jìn)制數(shù)表示二進(jìn)制數(shù)長(zhǎng)度較短，且微機(jī)中數(shù)據(jù)表達(dá)和編程方便，因此二進(jìn)制數(shù)與十六進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換必須十分熟悉。38第一章—微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)1.3微型計(jì)算機(jī)的碼制和編碼數(shù)據(jù)是計(jì)算機(jī)的處理對(duì)象，在計(jì)算機(jī)中采用基2碼進(jìn)行編碼，它包括數(shù)值數(shù)據(jù)和非數(shù)值數(shù)據(jù)兩類。數(shù)值數(shù)據(jù)可分為有符號(hào)數(shù)和無(wú)符號(hào)數(shù)，有符號(hào)數(shù)又有正、負(fù)之分，而且數(shù)值數(shù)據(jù)又有整數(shù)和小數(shù)之分，存在小數(shù)點(diǎn)。本節(jié)重點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)的表示問(wèn)題進(jìn)行討論。39第一章—微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)1.3.1微型計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示方法計(jì)算機(jī)所處理的數(shù)據(jù)中，對(duì)于無(wú)正、負(fù)意義的數(shù)，稱為無(wú)符號(hào)數(shù)。而算術(shù)運(yùn)算中的數(shù)，存在正負(fù)之分，這類數(shù)稱為帶符號(hào)數(shù)，通常規(guī)定一個(gè)數(shù)的最高位為其符號(hào)位。帶符號(hào)數(shù)的正號(hào)（+）、負(fù)號(hào)（-）采用“0”和“1”來(lái)表示，“0”表示正數(shù)的符號(hào)，“1”表示負(fù)數(shù)的符號(hào)。例如，8位二進(jìn)制數(shù)，計(jì)算機(jī)一般用D7位來(lái)表示符號(hào)，如。1．機(jī)器數(shù)與真值（數(shù)的符號(hào)表示）40第一章—微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)上述表示方法中，D7為0表示數(shù)據(jù)為正，為1表示數(shù)據(jù)為負(fù)。例如，有符號(hào)二進(jìn)制數(shù)+110101B和-110101B在計(jì)算機(jī)中分別表示為0110101B和1110101B。為了區(qū)別原來(lái)的數(shù)與它在計(jì)算機(jī)中的表示形式的不同，符號(hào)位和數(shù)值位一起作為一個(gè)數(shù)稱為機(jī)器數(shù)，機(jī)器數(shù)能被計(jì)算機(jī)正確識(shí)別，而數(shù)據(jù)的實(shí)際數(shù)值稱為機(jī)器數(shù)的真值。2．小數(shù)的表示計(jì)算機(jī)中，小數(shù)點(diǎn)通常采用兩種表示方法，即定點(diǎn)表示法和浮點(diǎn)表示法。41第一章—微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)1）定點(diǎn)表示法定點(diǎn)表示法指小數(shù)點(diǎn)在數(shù)中的位置是固定不變的。因此，在計(jì)算機(jī)中數(shù)的小數(shù)點(diǎn)是隱含的。一個(gè)二進(jìn)制數(shù)可以寫(xiě)成如下形式：式中J—二進(jìn)制整數(shù)，稱為數(shù)N的階碼；2—階碼的底；S—為尾數(shù)，為K位二進(jìn)制小數(shù)，是N全部有效數(shù)字。例如1011.11B=0.1011101×2100。42第一章—微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)式（1-2）也可以表示如下：J指明了小數(shù)點(diǎn)的位置，當(dāng)J=K時(shí)，定點(diǎn)數(shù)為整數(shù)，即小數(shù)點(diǎn)被固定在數(shù)值位最低有效位之后，定點(diǎn)數(shù)為純整數(shù)。43第一章—微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)例91011.101B=0.1011101×2100，表達(dá)式中，J=4，而K=7，為了化成定點(diǎn)整數(shù)，將表達(dá)式右側(cè)二進(jìn)制數(shù)再右移3位，即為1011.101B=0.0001011101×2111。若字長(zhǎng)8位，則數(shù)值部分取0001011。當(dāng)J=0時(shí)，定點(diǎn)數(shù)就是定點(diǎn)小數(shù)。例100.00010111×211=0.10111×20這時(shí)J=0，此數(shù)字就是定點(diǎn)小數(shù)。J碼固定不變的二進(jìn)制數(shù)的表示法稱為定點(diǎn)表示，這樣的數(shù)為定點(diǎn)數(shù)，機(jī)器稱為定點(diǎn)機(jī)。44第一章—微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)2）浮點(diǎn)表示法浮點(diǎn)表示法是指小數(shù)點(diǎn)在數(shù)中的位置是浮動(dòng)可變的。由于計(jì)算機(jī)不能識(shí)別小數(shù)點(diǎn)“.”，數(shù)據(jù)中的小數(shù)點(diǎn)用J表示表示小數(shù)點(diǎn)的位置，J稱為浮點(diǎn)數(shù)的階碼，階碼包括階碼的符號(hào)（又稱為階符）Jf和階碼JM兩部分。尾數(shù)S包括尾數(shù)符號(hào)Sf和尾數(shù)SM兩部分。SM通常采用定點(diǎn)小數(shù)形式表示，它決定了浮點(diǎn)數(shù)的精度。計(jì)算機(jī)中，浮點(diǎn)數(shù)的表示如下：45第一章—微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)例11采用十六位二進(jìn)制數(shù)表示一個(gè)浮點(diǎn)數(shù)，階碼占5位，尾數(shù)和數(shù)符占11位，把實(shí)數(shù)84.375表示為浮點(diǎn)數(shù)。解84.375=1010100.011B=0.1010100011×2+111階碼J=+111，尾數(shù)S=0.1010100011，尾數(shù)符號(hào)為0，則浮點(diǎn)形式為46第一章—微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)1.3.2微型計(jì)算機(jī)中的原碼、反碼和補(bǔ)碼二進(jìn)制數(shù)據(jù)的正負(fù)可以用一位二進(jìn)制的“0”和“1”兩個(gè)狀態(tài)來(lái)表示。計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算時(shí)，直接對(duì)符號(hào)位進(jìn)行計(jì)算得到的是錯(cuò)誤的結(jié)果，因此為了簡(jiǎn)化對(duì)二進(jìn)制數(shù)值數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)算術(shù)運(yùn)算，需要將二進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼表示，常用的編碼有原碼、反碼和補(bǔ)碼。為了討論方便，首先引入兩個(gè)概念：機(jī)器數(shù)和真值。機(jī)器數(shù)：帶符號(hào)的二進(jìn)制數(shù)值數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)內(nèi)部的編碼；真值：機(jī)器數(shù)所代表的實(shí)際值。47第一章—微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)1．原碼設(shè)真值為X，機(jī)器字長(zhǎng)為n位，在二進(jìn)制數(shù)X的原碼定義為：一個(gè)數(shù)的原碼就是該數(shù)的機(jī)器數(shù)，它的最高位為符號(hào)位，且用“0”表示正，用“1”表示負(fù)，其余各位為數(shù)值位。因此，二進(jìn)制正、負(fù)數(shù)的原碼就是符號(hào)化的機(jī)器數(shù)真值本身。例12已知X=+1110010B，Y=－11011B，求X，Y的原碼（機(jī)器字長(zhǎng)為8位）。設(shè)真值為X，機(jī)器字長(zhǎng)為n位，在二進(jìn)制數(shù)X的原碼定義為：[X]原=01110010B；[Y]原=10011011B。48第一章—微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)例13已知[X]原=01010011B；[Y]原=10101100B，求X和Y的真值。解：由式（1-3），已知原碼求真值，只需用“+”、“-”分別取代符號(hào)位中的“0”和“1”即可。所以有，。X的真值為：+1010011BY的真值為：－101100B2．反碼設(shè)真值為X，機(jī)器字長(zhǎng)為n位，在二進(jìn)制數(shù)X的反碼定義為：49第一章—微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)對(duì)于正數(shù)，其反碼就是該數(shù)的原碼；對(duì)于負(fù)數(shù)，其反碼就是機(jī)器數(shù)符號(hào)位保持不變，其余按位取反。例14已知X=+11010B，Y=－100010B，求X和Y的反碼（機(jī)器字長(zhǎng)為8位）。解：由式（1-4）得：[X]反=[X]原=00011010B[Y]反=11011101B例15已知[X]反=01111101B，[Y]反=11111111B，求X和Y的真值。解：根據(jù)原碼與真值之間的關(guān)系，先求出原碼，然后求真值。50第一章—微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)根據(jù)X和Y的反碼值，X≥0，則[X]原=[X]反，X的真值為：+1111101B，即+125。Y≤0，則[Y]原=10000000B，Y的真值為：－0000000B，即0。3．補(bǔ)碼設(shè)真值為X，機(jī)器字長(zhǎng)為n位，在二進(jìn)制數(shù)X的補(bǔ)碼定義為：對(duì)于正數(shù)，其補(bǔ)碼就是該數(shù)的原碼；對(duì)于負(fù)數(shù)，其補(bǔ)碼就是機(jī)器數(shù)符號(hào)位保持不變，其余按位取反后末位加1。3．補(bǔ)碼設(shè)真值為X，機(jī)器字長(zhǎng)為n位，在二進(jìn)制數(shù)X的補(bǔ)碼定義為：51第一章—微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)求二進(jìn)制數(shù)的補(bǔ)碼應(yīng)注意：（1）在補(bǔ)碼表示法中，0只有一種表示，即000…000;（2）對(duì)于10000000這個(gè)補(bǔ)碼編碼，其真值被定義為－128；（3）負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼再取補(bǔ)碼等于原碼。例16已知X=+48D，Y=－48D，機(jī)器字長(zhǎng)n=8位，求X和Y的補(bǔ)碼。解：首先將＋48D轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)：＋110000B。由于機(jī)器字長(zhǎng)是8位，符號(hào)位占1位，所以數(shù)值占7位。再根據(jù)正數(shù)的補(bǔ)碼等于原碼，得：[X]補(bǔ)＝00110000BY寫(xiě)成二進(jìn)制數(shù)：Y＝－110000B。為求Y的補(bǔ)碼，首先求Y的原碼：[Y]原＝10110000B。根據(jù)式(1-5)，Y的補(bǔ)碼為：[Y]補(bǔ)＝11010000B52第一章—微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)例16已知[X]補(bǔ)=00011001，[Y]補(bǔ)=11111111，求X和Y的真值。解：由于X≥0，所以[X]原=[X]補(bǔ)=00011001B，X的真值為+0011001B，即+25。由于Y≤0，所以[Y]反=[Y]補(bǔ)－1=11111111－1=11111110B。所以有，[Y]原=10000001，Y的真值為－0000001B，即－1。綜合來(lái)講，一個(gè)有符號(hào)數(shù)究竟采用何種形式的機(jī)器數(shù)，必須事先約定；對(duì)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來(lái)講，一般采用補(bǔ)碼形式表示機(jī)器數(shù)。有符號(hào)數(shù)采用補(bǔ)碼形式表示后，符號(hào)位可以直接參與運(yùn)算，使運(yùn)算器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，降低了機(jī)器的成本。53第一章—微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)1.3.3微型計(jì)算機(jī)中的二進(jìn)制編碼計(jì)算機(jī)不僅要處理數(shù)值數(shù)據(jù)，而且還要處理大量的非數(shù)值數(shù)據(jù)，例如英文大寫(xiě)字母A~Z，標(biāo)點(diǎn)符號(hào)，漢字，專用符號(hào)、非數(shù)據(jù)性數(shù)碼（如電話號(hào)碼），而計(jì)算機(jī)在信息處理過(guò)程中，只能識(shí)別二進(jìn)制數(shù)，而二進(jìn)制數(shù)只有“0”和“1”兩個(gè)數(shù)，僅用0和1表示非數(shù)值性數(shù)據(jù)存在困難，因此二進(jìn)制編碼就是用一組二進(jìn)制數(shù)來(lái)表示字母、字符和數(shù)碼。1．字符編碼在微型計(jì)算機(jī)中，使用最多最普遍的編碼形式是ASCII字符編碼，即美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼（AmericanStandardCodeforInformationInterchange，ASCII）。54第一章—微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)表1-2ASCII字符編碼B6B5B4B3B2B1B0000(0)001(1)010(2)011(3)100(4)101(5)110(6)111(7)0000(0)NULDLESP0@P`p0001(1)SOHDC1﹗1AQaq0010(2)STXDC2＂2BRbr0011(3)ETXDC3#3CScs0100(4)EOTDC4$4DTdt0101(5)ENQNAK%5EUeu0110(6)ACKSYN&6FVfv0111(7)BELETB＇7GWgw1000(8)BSCAN(8HXhx1001(9)HTEM)9IYiy1010(A)LFSUB*:JZjz1011(B)VTESC+;K[k{1100(C)FFFS,<L\l|1101(D)CRGS－=M]m}1110(E)SORS.>N^n~1111(F)SIUS/?O_oDEL55第一章—微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)2．8421BCD碼8421BCD（BinaryCodedDecimal）碼是二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制數(shù)，它是將十進(jìn)制數(shù)碼0~9分別用四位二進(jìn)制數(shù)來(lái)表示。四位二進(jìn)制碼的位權(quán)從高到低分別為8、4、2、1，選擇的是0000，0001，0010，…，1001這10種組合。表1-4BCD碼與十進(jìn)制數(shù)碼對(duì)照表十進(jìn)制數(shù)碼01234567898421碼0000000100100011010001010110011110001001例18將十進(jìn)制數(shù)67.9轉(zhuǎn)換成BCD碼。解：轉(zhuǎn)換過(guò)程如下：67.901100111.1001因此有(67.9)10=(01100111.1001)BCD。56第一章—微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)1.4微型計(jì)算機(jī)的二進(jìn)制運(yùn)算微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)算包括算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。算術(shù)運(yùn)算包括加、減、乘和除四種運(yùn)算，而在微型計(jì)算機(jī)內(nèi)部常常只有加法電路，在加法電路的基礎(chǔ)上完成算術(shù)的四種基本運(yùn)算。57第一章—微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)1.4