第一章(單片微型計算機(jī)概述)

第一章單片微型計算機(jī)概述微機(jī)原理與接口技術(shù)、單片機(jī)原理與接口技術(shù)：講解計算機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、內(nèi)部工作原理、內(nèi)部語言、工作過程。微機(jī)原理與接口技術(shù)：以PC機(jī)體系結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，介紹微型機(jī)的結(jié)構(gòu)、指令、程序設(shè)計和接口技術(shù)等內(nèi)容。主講芯片一般為8086/8088CPU。單片機(jī)原理與接口技術(shù)：以單片機(jī)體系結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，介紹單片機(jī)的結(jié)構(gòu)、指令、程序設(shè)計和接口技術(shù)等內(nèi)容。兩者特點：前者實用性不如后者。兩者聯(lián)系與區(qū)別：單片機(jī)是微機(jī)的一個分支，其特點是將CPU、存儲器、I/O口、中斷系統(tǒng)等集成到一塊芯片上。兩者的尋址方式、指令系統(tǒng)、接口與應(yīng)用等知識點是相似的。11/20/20241一.計算機(jī)的發(fā)展及分類電子計算機(jī)按其性能分類：大型計算機(jī)/巨型計算機(jī)（MainframeComputer）中型計算機(jī)（MiddleComputer）小型計算機(jī)（Minicomputer）微型計算機(jī)（Microcomputer）電子管計算機(jī)（1946-1956）晶體管計算機(jī)（1957-1964）中小規(guī)模集成電路計算機(jī)（1965-1970）超大規(guī)模集成電路計算機(jī)（1971-今）11/20/20242電子管計算機(jī)（1946-1956）晶體管計算機(jī)（1957-1964）中小規(guī)模集成電路計算機(jī)（1965-1970）超大規(guī)模集成電路計算機(jī)（1971-今）微型計算機(jī)系統(tǒng)機(jī)(PC機(jī))：數(shù)據(jù)運算，信息處理。單片微機(jī)：用于對控制功能要求并不復(fù)雜，但是對體積、功耗、成本等的要求比較苛刻的場合。一.計算機(jī)的發(fā)展及分類11/20/20243二.單片機(jī)的概念與類型

單片機(jī)20世紀(jì)70年代問世。已廣泛應(yīng)用在：工業(yè)自動化控制、自動檢測、智能儀器儀表、家用電器、電力電子、機(jī)電一體化設(shè)備等方面。11/20/20244在一塊半導(dǎo)體芯片上，集成了：

中央處理單元CPU(CentralProcessingUnit)

只讀存儲器ROM(ReadOnlyMemory)

隨機(jī)存取存儲器RAM(RandomAccessMemory)

I/O(InputandOutput)接口

定時器/計數(shù)器(Timer/Counter)

中斷系統(tǒng)(Interrupt)

等功能部件，構(gòu)成一臺完整的數(shù)字電子計算機(jī)。1單片機(jī)概念11/20/20245單片機(jī)也稱為：我國，習(xí)慣使用“單片機(jī)”這一名稱。

嵌入式控制器EMCU（EmbeddedmicroControllerUnit）。微控制器MCU(MicroControllerUnit)1單片機(jī)概念11/20/20246（2）專用型專門針對某些產(chǎn)品的特定用途而制作的單片機(jī)，針對性強(qiáng)且數(shù)量巨大。對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的最簡化、可靠性和成本的最佳化等方面都作了全面的考慮。

“專用”單片機(jī)具有十分明顯的綜合優(yōu)勢。

可開發(fā)的內(nèi)部資源：RAM、ROM、I/O等功能部件，全部提供給用戶。用戶根據(jù)需要，設(shè)計一個以通用單片機(jī)芯片為核心的測控系統(tǒng)。按用途可分為通用型和專用型兩大類：（1）通用型2單片機(jī)類型11/20/20247三單片機(jī)的歷史及發(fā)展概況四個階段：第一階段(1971年～1976年)：單片機(jī)初級階段。發(fā)展了各種4位單片機(jī)，多用于家用電器、計算器、高級玩具。第二階段（1976年～1980年）：低性能8位單片機(jī)階段。以

Intel公司制造的MCS-48單片機(jī)為代表。第三階段(1980年～1983年)：高性能8位單片機(jī)階段。Intel公司的MCS-51系列、Mortorola公司的6801系列等。第四階段(1983年～現(xiàn)在)：8位單片機(jī)鞏固發(fā)展及16位單片機(jī)、

32位單片機(jī)推出階段。11/20/20248四8位單片機(jī)的主要生產(chǎn)廠家和機(jī)型（1）美國Intel公司

MCS-51系列及其增強(qiáng)型、擴(kuò)展型系列。（2）美國ATMEL公司89C51、89C52、89C55、

89S51等。（3）荷蘭PHILIPS（菲力浦）公司8xC552系列。MCS-51系列單片機(jī)在我國得到了廣泛的應(yīng)用，主流系列，軟、硬件設(shè)計資料豐富齊全。11/20/20249五單片機(jī)的發(fā)展趨勢

1.CPU的改進(jìn)

（1）采用雙CPU結(jié)構(gòu)，提高處理能力（2）增加數(shù)據(jù)總線寬度，內(nèi)部采用16位數(shù)據(jù)總線。（3）串行總線結(jié)構(gòu)，菲利浦公司的I2C總線（Inter－Ictus）。用兩根信號線代替現(xiàn)行的8位數(shù)據(jù)總線。2．存儲器的發(fā)展

（1）加大存儲容量。（2）片內(nèi)EPROM采用E2PROM或閃爍（Flash）存儲器（3）程序保密化。11/20/2024103．片內(nèi)I/O的改進(jìn)（1）增加并行口的驅(qū)動能力，能直接輸出大電流和高電壓。（2）增加I/O口的邏輯控制功能。（3）設(shè)置了一些特殊的串行接口功能，構(gòu)成分布式、網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)。4．外圍電路內(nèi)裝化器件集成度的不斷提高，把眾多的外圍功能部件集成在片內(nèi)－－系統(tǒng)的單片化。

5．低功耗化

CMOS化、CHMOS工藝?？傊?，向高性能、高速、低壓、低功耗、低價格、外圍電路內(nèi)裝化方向發(fā)展。11/20/202411六單片機(jī)的應(yīng)用單片機(jī)因卓越的性能，得到了廣泛的應(yīng)用，已深入到各個領(lǐng)域。使用溫度：民品：

0°C—+70°C工業(yè)品：

-40°C—+85°C軍品：

-65°C—+125°C。在下述的各個領(lǐng)域廣泛的應(yīng)用：1.工業(yè)自動化2.智能儀器儀表3.消費類電子產(chǎn)品4.通訊5．武器裝備6．終端及外部設(shè)備控制7．多機(jī)分布式系統(tǒng)11/20/202412七M(jìn)CS-51系列單片機(jī)20世紀(jì)80年代后期：Intel公司以專利的形式把8051內(nèi)核技術(shù)轉(zhuǎn)讓給廠家。這些廠家生產(chǎn)的兼容單片機(jī)，與8051的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（主要是指令系統(tǒng)）相同，采用CMOS工藝。如：AT(Atmel)、Philips(飛利浦)、Winbond(華邦)、Siemens(西門子)、STC公司。不應(yīng)直接稱為MCS-51系列單片機(jī)，MCS只是Intel公司專用的單片機(jī)系列符號。8051系列：所有具有8051指令系統(tǒng)的單片機(jī)11/20/202413（1）基本型

典型產(chǎn)品：8031/8051/8751內(nèi)部RAM增到256字節(jié)，8052、8752的內(nèi)部程序存儲器擴(kuò)展到8KB，16位定時器/計數(shù)器增至3個。（3）低功耗型

典型產(chǎn)品：80C31/87C51/80C51。采用CMOS工藝，適于電池供電或其它要求低功耗的場合。（4）專用型

8044/8744，用于總線分布式多機(jī)測控系統(tǒng)。（2）增強(qiáng)型

典型產(chǎn)品：8032/8052/8752MCS-51系列單片機(jī)及其兼容產(chǎn)品通常分成以下幾類：11/20/202414（5）超8位型

典型產(chǎn)品：PHILIPS公司80C552/87C552/83C552系列單片機(jī)。將MCS-96系列（16位單片機(jī)）I/O部件如：高速輸入/輸出（HSI/HSO）、A/D轉(zhuǎn)換器、脈沖寬度調(diào)制（PWM）、看門狗定時器（WDT）等移植進(jìn)來構(gòu)成新一代MCS-51產(chǎn)品。功能介于MCS-51和MCS-96之間。目前已得到了較廣泛的使用。（6）片內(nèi)閃爍存儲器型

美國ATMEL公司的AT89C51單片機(jī)，受到應(yīng)用設(shè)計者的歡迎。11/20/20241589S51相對于89C51增加的新功能包括：

--新增加很多功能，性能有了較大提升，價格卻基本不變，甚至比89C51更低！

--ISP在線編程功能，這個功能的優(yōu)勢在于改寫單片機(jī)存儲器內(nèi)的程序不需要把芯片從工作環(huán)境中剝離。是一個強(qiáng)大易用的功能。

--工作頻率為33MHz，大家都知道89C51的極限工作頻率只有24M，就是說S51具有更高工作頻率，從而具有了更快的計算速度。

--具有雙工UART串行通道。

--內(nèi)部集成看門狗計時器，不再需要像89C51那樣外接看門狗計時器單元電路。

--全新的加密算法，這使得對于89S51的解密變?yōu)椴豢赡?，程序的保密性大大加?qiáng)，這樣就可以有效的保護(hù)知識產(chǎn)權(quán)不被侵犯。

--兼容性方面：向下完全兼容51全部子系列產(chǎn)品。比如8051、89C51等早期MCS-51兼容產(chǎn)品。也就是說所有教科書、網(wǎng)絡(luò)教程上的程序（不論教科書上采用的單片機(jī)是8051還是89C51還是MCS-51等等），在89S51上一樣可以照常運行，這就是所謂的向下兼容。ATMEL公司當(dāng)前主流的AT89S51單片機(jī)簡介11/20/202416相關(guān)網(wǎng)站http:///wjyl

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中原單片機(jī)

11/20/202417八、單片機(jī)原理與接口課程的學(xué)習(xí)1學(xué)習(xí)本課程應(yīng)硬件、軟件兼顧并重，既要注意單片機(jī)的結(jié)構(gòu)、原理，也要注意其匯編語言指令和程序，做到兩者融會貫通，能夠?qū)烧呦嗷B透。2會組成單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。學(xué)習(xí)時對單片機(jī)擴(kuò)展用到的芯片、接口、以及各種應(yīng)用實例(環(huán)節(jié))須給予足夠的重視。3學(xué)習(xí)本課程時，宜結(jié)合習(xí)題、實驗、課程設(shè)計，以提高學(xué)習(xí)質(zhì)量，鞏固和擴(kuò)大學(xué)習(xí)收獲。4學(xué)習(xí)順序：基本概念、硬件結(jié)構(gòu)(CPU)、指令系統(tǒng)和程序設(shè)計、硬件結(jié)構(gòu)(定時器/計數(shù)器、并口、串口、中斷）、單片機(jī)擴(kuò)展、接口應(yīng)用。5總學(xué)時

64+S16周學(xué)時6（4-14周）11/20/2024181.2微型計算機(jī)基礎(chǔ)計算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)微型計算機(jī)系統(tǒng)組成

微型計算機(jī)硬件

微型計算機(jī)軟件11/20/2024191.2微型計算機(jī)基礎(chǔ)1計算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)計算機(jī)結(jié)構(gòu)圖運算器：是計算機(jī)處理信息的主要部件?？刂破鳎寒a(chǎn)生一系列控制命令，控制計算機(jī)各部件自動地、協(xié)調(diào)一致地工作。存儲器：是存放程序與數(shù)據(jù)的部件。輸入設(shè)備：用來輸入程序與數(shù)據(jù)，常用的輸入設(shè)備有鍵盤、鼠標(biāo)、光電輸入機(jī)等。輸出設(shè)備：將計算機(jī)的處理結(jié)果用數(shù)字、圖形等形式表示出來。常用的輸出設(shè)備有顯示終端、數(shù)碼管、打印機(jī)、繪圖儀等。一.微型計算機(jī)的組成11/20/2024201計算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)計算機(jī)結(jié)構(gòu)圖中央處理單元CPU：運算器、控制器合稱為中央處理單元CPU(CentralProcessingUnit)。主機(jī)：通常把運算器、控制器、存儲器這三部分稱為計算機(jī)主機(jī)。外設(shè)：輸入、輸出設(shè)備稱為計算機(jī)的外圍設(shè)備(簡稱“外沒”)。一.微型計算機(jī)的組成1.2微型計算機(jī)基礎(chǔ)11/20/2024212字長定義：一臺計算機(jī)一次所能處理的二進(jìn)制信息的位數(shù)稱為該計算機(jī)的字長。說明：(1)微型計算機(jī)的字長有1位、4位、8位、16位、32

位等。

(2)用戶通常要根據(jù)不同的任務(wù)選擇不同字長的計算機(jī)。11/20/2024223.微型計算機(jī)系統(tǒng)組成(1)微型計算機(jī)系統(tǒng)的三個層次微處理器(Microprocessor)

微型計算機(jī)(Microcomputer)

微型計算機(jī)系統(tǒng)(MicrocomputerSystem)11/20/202423(1).微型計算機(jī)系統(tǒng)的三個層次硬件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)微型計算機(jī)系統(tǒng)微處理器存儲器I/O接口總線微型計算機(jī)(主機(jī))外設(shè)ALU工作寄存器組控制器鍵盤、鼠標(biāo)顯示器軟驅(qū)、硬盤、光驅(qū)打印機(jī)、掃描儀系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件11/20/202424①核心級——微處理器微處理器簡稱CPU，是微型計算機(jī)的核心，主要包括：

算術(shù)邏輯單元ALU(ArithmaticLogicUnit)

控制部件CU(ControlUnit)

工作寄存器組RegistersCPU實現(xiàn)運算功能和控制功能11/20/202425②硬件系統(tǒng)級——微型計算機(jī)以微處理器為核心，配上只讀存儲器(ROM)、讀寫存儲器(RAM)、輸入/輸出(I/O)接口電路及系統(tǒng)總線等部件，就構(gòu)成了微型計算機(jī)。將CPU、存儲器、I/O接口、總線等集成在一片超大規(guī)模集成電路芯片上，稱為單片微型計算機(jī)，簡稱單片機(jī)。11/20/202426③系統(tǒng)級以微型計算機(jī)為中心，配以相應(yīng)的外圍設(shè)備以及控制微型計算機(jī)工作的軟件，就構(gòu)成了完整的微型計算機(jī)系統(tǒng)。微型計算機(jī)如果不配有軟件，通常稱為裸機(jī)軟件分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類。11/20/202427(2)微型計算機(jī)結(jié)構(gòu)微處理器（CPU）存儲器輸入/輸出接口總線11/20/202428微型計算機(jī)結(jié)構(gòu)框圖存儲器I/O接口輸入/輸出設(shè)備地址總線ABCPU數(shù)據(jù)總線DB控制總線CBAB：AddressBusDB：DataBusCB：ControlBusI/O接口I/O接口輸入/輸出設(shè)備11/20/202429微型計算機(jī)結(jié)構(gòu)框圖存儲器I/O接口I/O接口地址總線ABCPU數(shù)據(jù)總線DB控制總線CBI/O接口AB：AddressBusDB：DataBusCB：ControlBus輸入/輸出設(shè)備輸入/輸出設(shè)備11/20/202430①CPU計算機(jī)的控制中心，提供運算、判斷能力構(gòu)成：運算器(ALU)、控制器(CU)、寄存器組（Registers）11/20/202431①CPU微處理器典型結(jié)構(gòu)運算器(ALU)控制器寄存器組11/20/202432微型計算機(jī)結(jié)構(gòu)框圖存儲器I/O接口I/O接口地址總線ABCPU數(shù)據(jù)總線DB控制總線CBI/O接口AB：AddressBusDB：DataBusCB：ControlBus輸入/輸出設(shè)備輸入/輸出設(shè)備11/20/202433②存儲器存放程序和數(shù)據(jù)的記憶裝置用途：存放程序和要操作的各類信息（數(shù)據(jù)、文字、圖像、…）內(nèi)存：ROM、RAM特點：速度快，容量小外存：磁盤、光盤、半導(dǎo)體盤、…特點：順序存取/塊存取，速度慢，容量大11/20/202434有關(guān)內(nèi)存儲器的幾個概念A(yù).內(nèi)存單元的地址和內(nèi)容B.內(nèi)存容量C.內(nèi)存的操作D.內(nèi)存的分類11/20/202435A.內(nèi)存單元的地址和內(nèi)容內(nèi)存包含有很多存儲單元(每個內(nèi)存單元包含8bit)，為區(qū)分不同的內(nèi)存單元，對計算機(jī)中的每個內(nèi)存單元進(jìn)行編號，內(nèi)存單元的編號就稱為內(nèi)存單元的地址。內(nèi)存單元中存放的二進(jìn)制信息稱為內(nèi)存單元的內(nèi)容。101101108F04H內(nèi)存單元地址內(nèi)存單元內(nèi)容......Bit7654321001011000*內(nèi)存單元有時又稱為地址單元0000H11/20/202436B.內(nèi)存容量即內(nèi)存單元的個數(shù)，以字節(jié)為單位。注意：內(nèi)存空間與內(nèi)存容量的區(qū)別

內(nèi)存容量：實際配置的內(nèi)存大小。例：某微機(jī)配置2條128MB的RAM內(nèi)存條，其內(nèi)存容量為256MB

內(nèi)存空間：又稱為存儲空間、尋址范圍，是指微機(jī)的尋址能力，與CPU的地址總線寬度有關(guān)。11/20/202437C.內(nèi)存操作讀：將內(nèi)存單元的內(nèi)容取入CPU，原單元內(nèi)容不改變；寫：CPU將信息放入內(nèi)存單元，單元中原內(nèi)容被覆蓋；內(nèi)存的讀寫的步驟為：CPU把要讀寫的內(nèi)存單元的地址放到AB上若是寫操作，CPU緊接著把要寫入的數(shù)據(jù)放到DB上CPU發(fā)出讀寫命令數(shù)據(jù)被寫入指定的單元或從指定的單元讀出到DB若是讀操作，

CPU緊接著從DB上取回數(shù)據(jù)11/20/202438C.內(nèi)存操作內(nèi)存讀操作過程：①②③11/20/202439C.內(nèi)存操作內(nèi)存寫操作過程：①②③11/20/202440D.內(nèi)存儲器的分類讀寫存儲器RAM(RandomAccessMemory)可讀可寫易失性，臨時存放程序和數(shù)據(jù)只讀存儲器ROM（ReadOnlyMemory）工作時只能讀非易失性，永久或半永久性存放信息11/20/202441微型計算機(jī)結(jié)構(gòu)框圖存儲器I/O接口I/O接口地址總線ABCPU數(shù)據(jù)總線DB控制總線CBI/O接口AB：AddressBusDB：DataBusCB：ControlBus輸入/輸出設(shè)備輸入/輸出設(shè)備11/20/202442③輸入/輸出接口簡寫為I/O接口，是CPU與外部設(shè)備間的橋梁CPUI/O接口外設(shè)11/20/202443接口的功能提供驅(qū)動外設(shè)的電壓或電流；匹配計算機(jī)與外設(shè)之間的信號電平、速度、信號類型、數(shù)據(jù)格式等；緩存發(fā)給外設(shè)的數(shù)據(jù)、控制命令和外設(shè)提供的運行狀態(tài)信息；DMA控制和中斷控制。11/20/202444微型計算機(jī)結(jié)構(gòu)框圖存儲器I/O接口輸入設(shè)備I/O接口地址總線AB輸出設(shè)備CPU數(shù)據(jù)總線DB控制總線CBI/O接口AB：AddressBusDB：DataBusCB：ControlBus11/20/202445④總線BUS連接多個功能部件的一組公共信號線

地址總線AB：用來傳送CPU輸出的地址信號，確定被訪問的存儲單元、I/O端口。地址線的根數(shù)決定了CPU的尋址范圍。

CPU的尋址范圍=2n，

n：地址線根數(shù)數(shù)據(jù)總線DB：在CPU與存儲器、I/O接口之間數(shù)據(jù)傳送的公共通路。數(shù)據(jù)總線的條數(shù)決定CPU一次最多可以傳送的數(shù)據(jù)寬度?？刂瓶偩€CB：用來傳送各種控制信號11/20/202446二、微型計算機(jī)的軟件1.軟件定義

硬件：是在執(zhí)行任務(wù)過程中相對固定的一種物質(zhì)體現(xiàn)。軟件：則是在執(zhí)行任務(wù)過程中比較靈活的信息的體現(xiàn)，即指使用和管理計算機(jī)的各種程序(Program)。2.指令

指令：控制計算機(jī)進(jìn)行各種操作的命令稱為指令。操作碼：表示該指令執(zhí)行何種操作。

操作數(shù)：表示參加運算的數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)所在的地址11/20/2024473.程序

程序：一系列指令的有序集合稱為程序。程序設(shè)計：編制程序的過程稱為程序設(shè)計。

11/20/2024484.機(jī)器語言、匯編語言和高級語言

(1)匯編語言：用助記符(通常是指令功能的英文縮寫)表示操作碼、用字符(字母、數(shù)字、符號)表示操作數(shù)的指令稱為匯編指令。用匯編指令編制的程序稱為匯編語言程序。特點：①這種程序占用存儲器單元少，執(zhí)行速度較快，能夠準(zhǔn)確掌握執(zhí)行時間，可實現(xiàn)精細(xì)控制，因此特別適用于實時控制。②然而匯編語言是面向機(jī)器的語言，各種計算機(jī)的匯編語言是不同的，必須對所用機(jī)器的結(jié)構(gòu)、原理和指令系統(tǒng)比較清楚，才能編寫出它的各種匯編語言程序，而且不能通用于其他機(jī)器，這是匯編語言的不足之處。11/20/202449(2)高級語言：為使用戶編程容易，程序中所用的語句與實際更接近，而且使用戶不必了解具體的機(jī)器，就能編程，使編出的程序通用性更強(qiáng)，于是產(chǎn)生了高級語言。常用的高級語言有BASIC、FORTRAN、C等。

特點：高級語言是面向過程的語言，用高級語言編寫程序時主要著眼于算法，而不必了解計算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)，因此易學(xué)易用。高級語言是獨立于機(jī)器的，一般地說，同一個程序可在任何種類的機(jī)器中使用。應(yīng)用：高級語言適用于科學(xué)計算、數(shù)據(jù)處理等方面。11/20/202450(3)機(jī)器語言：二進(jìn)制代碼形式的程序就是機(jī)器語言程序。二進(jìn)制代碼形式的指令又稱機(jī)器指令或機(jī)器碼。匯編指令與機(jī)器指令具有一一對應(yīng)的關(guān)系，特點：計算機(jī)最終執(zhí)行的都是機(jī)器語言程序。機(jī)器語言只有0和1兩個符號，用它來直接編寫程序十分困難。因此，往往先用匯編語言或高級語言編寫程序，然后再轉(zhuǎn)換成目標(biāo)程序。11/20/202451(4)幾個概念：源程序：匯編語言程序與高級語言程序統(tǒng)稱為源程序目標(biāo)程序：機(jī)器語言程序又稱為目標(biāo)程序。匯編：將匯編語言程序翻譯成目標(biāo)程序的過程稱為匯編。手工匯編：由編程人員對照指令表，一條一條查找、翻譯的方法稱為手工匯編。機(jī)器匯編：由計算機(jī)自動完成匯編語言轉(zhuǎn)換為機(jī)器語言的稱為機(jī)器匯編。匯編程序：機(jī)器匯編時用到的軟件稱為匯編程序。編譯程序：高級語言轉(zhuǎn)換成機(jī)器語言的工作只能由計算機(jī)完成，轉(zhuǎn)換時所用的軟件為編譯程序。11/20/2024525、程序分類計算機(jī)軟件示意圖11/20/202453三.計算機(jī)中的數(shù)1．進(jìn)位計數(shù)制

十進(jìn)制數(shù)、十二進(jìn)制數(shù)（1年=12個月），十六進(jìn)制，六十進(jìn)制、二進(jìn)制數(shù)。數(shù)制表示方法：

(1)

在數(shù)的后面放一個英文字母作為標(biāo)識符。二進(jìn)制數(shù)用B(Binary)，十六進(jìn)制數(shù)用H(Hexdecimal)，十進(jìn)制數(shù)用D(Decimal)。D可以省略不用，即不帶標(biāo)識符的數(shù)是十進(jìn)制數(shù)。

(2)在數(shù)的右下方加一個小數(shù)字說明例：(1011011)2，(896)10，(896)1611/20/202454數(shù)制的基：計數(shù)制中所具有的數(shù)碼的個數(shù)。數(shù)制的權(quán)：計數(shù)制中每一位所具有的值。11/20/202455（1）十進(jìn)制數(shù)特點：①有十個不同的數(shù)字符號：0、1、2、3……9。

②逢十進(jìn)位，即各位的權(quán)是以十為底的冪。一般表達(dá)式：11/20/202456（2）二進(jìn)制數(shù)特點：①有兩個不同的數(shù)字符號：0、1。

②逢二進(jìn)位，即各位的權(quán)是以二為底的冪。一般表達(dá)式：11/20/202457（3）十六進(jìn)制數(shù)特點：①有十六個不同的數(shù)字符號：0、1、2、3……9、A、B、C、D、E、F。②逢十六進(jìn)位，即各位的權(quán)是以十六為底的冪。一般表達(dá)式：11/20/2024582.不同計數(shù)制間的轉(zhuǎn)換(1)二進(jìn)制數(shù)與十六進(jìn)制數(shù)的相互轉(zhuǎn)換11/20/202459

①十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)

只要把每一位十六進(jìn)制數(shù)用對應(yīng)的4位二進(jìn)制數(shù)代替就轉(zhuǎn)換成了二進(jìn)制數(shù)。例2.A4H＝0010.10100100B＝10.101001B

②二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)

二進(jìn)制數(shù)的整數(shù)部分由小數(shù)點向左，每4位一分，最后不足部分左面補(bǔ)零，小數(shù)部分由小數(shù)點向右，每4位一分，最后不足部分右面補(bǔ)零，然后每４位二進(jìn)制數(shù)用1位十六進(jìn)制數(shù)代替，就轉(zhuǎn)換成了十六進(jìn)制數(shù)。例：100l11l001010．01011B＝0001001111001010．01011000B＝13CA．58H11/20/202460(2)二進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)

根據(jù)二進(jìn)制數(shù)及十六進(jìn)制數(shù)的定義，將一個二進(jìn)制數(shù)或十六進(jìn)制數(shù)按權(quán)展開，然后相加，就得到了十進(jìn)制數(shù)。例：101111B＝2FH＝2×161十15＝4711/20/202461(3)十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)

①整數(shù)部分的換算：除2（或16）取余法十進(jìn)制數(shù)的整數(shù)部分連續(xù)被2（或16）所除，依次記下余數(shù)．直到商為0為止。第一個余數(shù)是轉(zhuǎn)換后的最低位，最后一個余數(shù)是最高位。

②小數(shù)部分的轉(zhuǎn)換。乘2（或16）取整法：十進(jìn)制小數(shù)連續(xù)乘以2(或16)，依次記下積的整數(shù)部分．直到積為0或達(dá)到一定的精度為止。第一個整數(shù)是二(或十六)進(jìn)制小數(shù)的最高位，最后一個整數(shù)是最低位。例：23.625=(?)2=(?)1611/20/2024623無符號二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)運算與邏輯運算(1)算術(shù)運算包括：加法運算減法運算乘法運算除法運算11/20/202463①

加法運算0+0=00+1=1+0=11+1=0(進(jìn)位1)

11111100B+10100110B

110100010B11/20/202464②

減法運算0-0=01-0=10-1=1(有借位1)1-1=0

11111000B-10110110B

01000010B11/20/202465③.

乘法運算0×0=01×0=10×1=01×1=1

1100×

10011100110011011000000000011/20/202466④

除法運算110110B110B=？00001011B÷0100B=？11/20/202467(2)無符號數(shù)的表示范圍一個n位的無符號二進(jìn)制數(shù)X，其表示范圍為

0≤

X≤2n-1

若運算結(jié)果超出這個范圍，則產(chǎn)生溢出。溢出判別方法：運算時，當(dāng)最高位向更高位有進(jìn)位（或借位）則產(chǎn)生溢出。11/20/202468例：

11111111

+00000001100000000

結(jié)果超出８位（最高位有進(jìn)位），發(fā)生溢出。（結(jié)果為256，超出８位二進(jìn)制數(shù)所能表示的范圍255）11/20/202469(3)邏輯運算與(∧)、或(∨)、非(▔)、異或(⊕)特點：按位運算，無進(jìn)、借位

11/20/202470①與運算

l∧1＝11∧0＝O0∧l＝00∧0＝0

例：計算10110111B∧01001101B＝(?)B

11/20/202471②或運算

l∨1＝11∨0＝10∨l＝10∨0＝0

例：計算10110111B∨01001101B＝(?)B

11/20/202472③非運算

l＝00＝1

例：計算10110111B的非

11/20/202473④異或運算

l⊕1＝01⊕0＝10⊕l＝10⊕0＝0

例：計算10110111B⊕

01001101B＝(?)B

11/20/2024744帶符號二進(jìn)制數(shù)的表示及運算計算機(jī)中帶符號數(shù)的表示把二進(jìn)制數(shù)的最高位定義為符號位符號位為

0

表示正數(shù)，符號位為

1

表示負(fù)數(shù)連同符號位一起數(shù)值化了的數(shù)，稱為機(jī)器數(shù)。機(jī)器數(shù)所表示的真實的數(shù)值，稱為真值。（在以下講述中，均以８位二進(jìn)制數(shù)為例）11/20/202475帶符號數(shù)的表示

8位微機(jī)中的帶符號數(shù)符號位數(shù)值位11/20/202476例：

+52=+0110100B=0

0110100B

符號位

數(shù)值位

-52=-0110100B=1

0110100B真值機(jī)器數(shù)11/20/202477(1)帶符號數(shù)的機(jī)器數(shù)表示對于符號數(shù)，機(jī)器數(shù)常用的表示方法有原碼、反碼和補(bǔ)碼三種。數(shù)X的原碼記作[X]原，反碼記作[X]反，補(bǔ)碼記作[X]補(bǔ)。

注意：對正數(shù)，三種表示法均相同。它們的差別在于對負(fù)數(shù)的表示。11/20/202478①原碼凡是正數(shù)符號位用0表示，負(fù)數(shù)符號位用1表示，而數(shù)值位保持原樣的機(jī)器數(shù)稱為原碼。

正數(shù)：原碼符號位用0表示，數(shù)值位保持原樣。

負(fù)數(shù)：原碼符號位要置1，數(shù)值位保持原樣。

0：[+0]原＝00000000B[-0]原＝10000000B特點：(1)8位二進(jìn)制原碼表示的數(shù)的范圍為：

-127～127。

(2)0的原碼表示不唯一。11/20/202479②反碼

正數(shù)：反碼表示與原碼相同，即

[x]反＝[x]原(x＞0)

負(fù)數(shù)：反碼符號位置1，其余各位按位取反。

0：[+0]反＝00000000B[-0]反＝11111111B特點：(1)8位二進(jìn)制反碼表示的數(shù)的范圍為：-127～127。

(2)0的反碼表示不唯一。11/20/202480③補(bǔ)碼

正數(shù)：補(bǔ)碼表示與原碼相同，即

[x]補(bǔ)＝[x]原(x＞0)

負(fù)數(shù)：符號位置1，其余各位按位取反，然后在最低位加1，即反碼加1。

負(fù)數(shù)補(bǔ)碼的簡便求法：對負(fù)數(shù)的原碼，從最低位向左數(shù)，在遇到第一個1以前，包括第一個1，重寫每一位，其余各位取反，符號位置1。

0：[+0]補(bǔ)＝00000000B[-0]補(bǔ)＝11111111B+1B=100000000B=00000000B

對于8位字長的計算機(jī)，第九位進(jìn)位自然丟失。所以0的補(bǔ)碼表示唯一。

特點：(1)8位二進(jìn)制補(bǔ)碼表示的數(shù)的范圍為：

-128～127。

(2)0的補(bǔ)碼表示是唯一的。

11/20/202481(2)真值與補(bǔ)碼之間的轉(zhuǎn)換已知一個數(shù)的補(bǔ)碼，求其原碼時，應(yīng)將其補(bǔ)碼再求補(bǔ)。即

[[x]補(bǔ)]補(bǔ)=[x]原

11/20/202482例：將一個用補(bǔ)碼表示的二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)。

1)[X]補(bǔ)=00101110B真值為：+0101110B

正數(shù)

所以：X=+462)[X]補(bǔ)=

1

1010010B

負(fù)數(shù)

X=[[X]補(bǔ)]補(bǔ)=[11010010]補(bǔ)

=-

0101110B

所以：X=

-

4611/20/202483(3)補(bǔ)碼運算

運算法則：x、y無論是正數(shù)還是負(fù)數(shù)，可以證明：

[x±y]

補(bǔ)＝[x]

補(bǔ)+[±y]

補(bǔ)即引入補(bǔ)碼的概念后，可將減法變?yōu)榧臃ㄟ\算。例1：用補(bǔ)碼運算下列式子①99-58=？②

a.采用減法運算99-58=41b.采用補(bǔ)碼運算將99與-58用補(bǔ)碼表示，在執(zhí)行了[99]補(bǔ)十[-58]補(bǔ)的加法運算后會得到99-58的補(bǔ)碼。

[99]補(bǔ)＝01100011B+[-58]補(bǔ)＝11000110B[99-58]補(bǔ)＝100101001B在8位字長的計算機(jī)中，進(jìn)位自然丟失。所以[99-58]補(bǔ)＝[99]補(bǔ)+[-58]補(bǔ)＝00101001B所以[99-58]原＝00101001B99-58=4111/20/202484(3)補(bǔ)碼運算

例2：用補(bǔ)碼運算下列式子

-99-58=？采用補(bǔ)碼運算將-99與-58用補(bǔ)碼表示，在執(zhí)行了[-99]補(bǔ)十[-58]補(bǔ)的加法運算后會得到-99-58的補(bǔ)碼。

[-99]補(bǔ)＝10011101B+[-58]補(bǔ)＝11000110B[-99-58]補(bǔ)＝101100011B在8位字長的計算機(jī)中，進(jìn)位自然丟失。所以[-99-58]補(bǔ)＝[-99]補(bǔ)+[-58]補(bǔ)＝01100011B所以[-99-58]原＝01100011B-99-58=99結(jié)果錯誤!11/20/202485(3)補(bǔ)碼運算

溢出：指運算時數(shù)值超過了機(jī)器內(nèi)存部件所能表示的最大值時，發(fā)生數(shù)據(jù)丟失的現(xiàn)象。（主要為兩個同符號相加或兩個異號數(shù)相減時，結(jié)果超出了8位二進(jìn)制補(bǔ)碼所能表示的范圍）溢出的判別方法：兩個8位（D7～D0）帶符號數(shù)（補(bǔ)碼表示）相加（或相減），設(shè)第7位向上的進(jìn)位（或借位）為C，D6向D7位的進(jìn)位（或借位）為C’，則當(dāng)C⊕C’=1時，產(chǎn)生溢出，否則無溢出。注意：同號相減或異號相加——不會溢出。同號相加或異號相減——可能溢出。11/20/202486(3)補(bǔ)碼運算

例判別下列兩個8位帶符號數(shù)相加是否溢出。①01011011B+01000001B②00111111B+10011110B11/20/2024875定點數(shù)與浮點數(shù)(1)定點表示法在計算機(jī)中，如將小數(shù)點的位置固定不變，稱為定點表示法。

這個固定的位置是事先約定好的，不必用符號表示。

用定點法表示的實數(shù)叫做定點數(shù)。通常，定點表示采用以下兩種方法。11/20/202488

小數(shù)點固定在最低數(shù)值位之后，機(jī)器中能表示的所有數(shù)都是整數(shù)，這種方法稱之為定點整數(shù)表示法。其格式如下：符號位數(shù)值位

當(dāng)用n位表示數(shù)N時，1位為符號位，n-1位為數(shù)值位，則N的范圍是：

-2n-1≤N≤2n-1-1小數(shù)點隱含在此

①定點整數(shù)表示法11/20/202489

若n＝8，則-128≤N≤127；若n＝16，則－32768≤N≤32767。例如：若N＝＋1011011B，n＝8，則在計算機(jī)內(nèi)用定點整數(shù)法可將N表示為：

0101101111/20/202490

②

定點小數(shù)表示法

小數(shù)點固定在最高數(shù)值位之前，機(jī)器中能表示的所有數(shù)都為純小數(shù)，這種方法稱之為定點小數(shù)表示法。其格式如下：符號位數(shù)值位當(dāng)用n位表示數(shù)N時，1位為符號位，n-1位為數(shù)值位，則N的范圍是：

-1≤N≤1-21-n小數(shù)點隱含在此11/20/202491例如：若N＝0.1011011B，n＝8，則在計算機(jī)內(nèi)用定點小數(shù)法可將N表示為：

01011011例如：若N＝-0.1011011B，n＝8，則在計算機(jī)內(nèi)用定點小數(shù)法可將N表示為：1010010111/20/202492在計算機(jī)中，小數(shù)點位置并不是固定不變的，而是可以改變的，這種表示法稱為浮點表示法。用浮點法表示的實數(shù)，叫做浮點數(shù)。任意一個十進(jìn)制數(shù)N可以表示成如下形式：

N＝10PSP稱作N的階碼，10稱作階碼的底，S稱作N的尾數(shù)。2浮點表示法任意一個二進(jìn)制數(shù)N可以表示成如下形式：

N＝2PS例：101.11B=1000B0.10111B=2+11B0.10111B例：2345.67=10+40.23456711/20/202493實際應(yīng)用中，尾數(shù)S有如下特征：階碼P有如下特征：1)P可以為正數(shù)，也可為負(fù)數(shù)，用補(bǔ)碼表示。2)P的位數(shù)決定了N可表示的數(shù)的范圍。

，則稱該浮點數(shù)為規(guī)格化浮點數(shù)，否則為非規(guī)格化浮點數(shù)。1)尾數(shù)S