单片机基础教程 第二章 计算机基础知识.ppt

微机原理与接口技术第二章 计算机基础知识数制与编码数制与编码2.1计算机基本组成电路计算机基本组成电路2.2存储器存储器2.32022/12/222.1 数制与编码数制与编码 2.1数 制 与 编 码2.1.2 计算机中的编码2.1.1 数制2022/12/222.1 2.1 数制与编码数制与编码 2.1.1数 制1.数制的基与权 数制：数制：计数的方法。二进制、十进制、十六进制。计数的方法。二进制、十进制、十六进制。基（基数）：基（基数）：代表数制中所用到的数码个数。代表数制中所用到的数码个数。权（位权）：权（位权）：数制每一位所具有的值。数制每一位所具有的值。数制以位权方式展开的表达式：数制以位权方式展开的表达式：(N)RKn-1Rn-1Kn-2Rn-2K1R1K0R0K-1R-1K-mR-m=m、n为正整数为正整数,n代表整数部分的位数；代表整数部分的位数；m代表小数部分代表小数部分的位数；的位数；Ki代表代表R进制中的任一个数码进制中的任一个数码,0KiR-1。一般地说，基数为一般地说，基数为R的计数制（简称的计数制（简称R进制）中，包含进制）中，包含0、1、R-1个数码，进位规律为个数码，进位规律为“逢逢R进进1”。2022/12/222.1 2.1 数制与编码数制与编码 (1)十进制（Decimal）特点：特点：基数为基数为10，用，用0，1，9来表示；来表示；各位的权为各位的权为10i；逢十进一。逢十进一。1.数制的基与权任意一个十进制数的表示方法为：任意一个十进制数的表示方法为：例如：例如：273.45D=2102+7101+3100+410-1+510-2其中：其中：ki=0,1,2,3,4,5,6,7,8,92022/12/222.1 2.1 数制与编码数制与编码 (2)二进制（Binary）特点：特点：基数为基数为2，用，用0，1来表示；来表示；各位的权为各位的权为2i；逢二进一。逢二进一。1.数制的基与权任意一个二进制数的表示方法为：任意一个二进制数的表示方法为：例如：例如：1011.101B=123+022+1101+120+12-1+02-2+12-3其中：其中：ki=0,12022/12/222.1 2.1 数制与编码数制与编码 (3)十六进制（Hexadecimal）特点：特点：基数为基数为16，用，用09和字母和字母A,B,C,D,E,F表示表示；各位的权为各位的权为16i;逢十六进一。逢十六进一。1.数制的基与权任意一个十六进制数的表示方法为：任意一个十六进制数的表示方法为：例如：例如：A87.E79H=A162+8161+7160+E16-1+716-2+916-3其中：其中：ki=0,1,F2022/12/222.1 2.1 数制与编码数制与编码 1.数制的基与权2022/12/222.1 2.1 数制与编码数制与编码 (1)二、十六进制数转换成十进制数二、十六进制数转换成十进制数的方法二、十六进制数转换成十进制数的方法:将将各各进进制制数数先先按按权权展展成成多多项项式式,再再利利用用十十进进制制运运算算法法则则求求和和,即可得到该数对应的十进制数。即可得到该数对应的十进制数。2.数制的转换例例:将数将数1001.101B，2D07.AH转换为十进制数。转换为十进制数。1001.101B12302202112012-102-212-3810.50.1259.625 2D07.AH216313162016171601016-18192332870.62511527.6252022/12/222.1 2.1 数制与编码数制与编码 (2)十进制数转换成二、十六进制数十进制转换成任意进制：十进制转换成任意进制：整数部分整数部分:除除R取余，反序书写；取余，反序书写；小数部分小数部分:乘乘R取整，顺序书写，乘不尽时，按需取位数取整，顺序书写，乘不尽时，按需取位数2|1682|84余数余数0,K002|42余数余数0,K102|21余数余数0,K202|10余数余数1,K312|5余数余数0,K402|2余数余数1,K5116|1682|1余数余数0,K6016|10余数余数8,K080余数余数1,K710余数余数10,K1A16810101000B168A8H2.数制的转换2022/12/222.1 2.1 数制与编码数制与编码 (2)十进制数转换成二、十六进制数0.6862=1.372K-1=10.68616=10.976K-1=A0.3722=0.744K-2=00.97616=15.616K-2=F0.7442=1.488K-3=10.61616=9.856K-3=90.4882=0.976K-4=00.85616=13.696K-4=D0.9762=1.952K-5=10.69616=11.136K-5=B0.6860.10101B0.6860.AF9DBH例例：将将168.686转转换换为为二二、十十六六进进制制数数,(保保留留小小数数点点后后5位位)：168.68610101000.10101B168.686A8.AF9DBH2.数制的转换2022/12/222.1 2.1 数制与编码数制与编码 (3)二进制数与十六进制数之间的相互转换 二二 十六进制转换十六进制转换 由于由于2 24 4=16=16，故可采用，故可采用“合合4 4为为1 1”的原则，从小数点开的原则，从小数点开始分别向左、右两边各以始分别向左、右两边各以4 4位为位为1 1组进行二组进行二十六换算；若十六换算；若不足不足4 4位以位以0 0补足，便可将二进制数转换为十六进制数补足，便可将二进制数转换为十六进制数。例：将例：将1101000101011.001111B转换成十六进制数。转换成十六进制数。解：根据解：根据“合合4 4为为1 1”的原则，可将该二进制数书写为：的原则，可将该二进制数书写为：0001101000101011001111001A2B3C 其结果为：其结果为：1101000101011.001111B=1A2B.3CH2.数制的转换2022/12/222.1 2.1 数制与编码数制与编码 (3)二进制数与十六进制数之间的相互转换 十六十六 二进制转换二进制转换 反之反之,采用采用“1 1分为分为4 4”的原则，每位十六进制数用的原则，每位十六进制数用4 4位位二进制数表示，便可将十六进制数转换为二进制数。二进制数表示，便可将十六进制数转换为二进制数。例：将例：将4D5E.6FH转换成二进制数。转换成二进制数。解解:根据根据“1 1分为分为4 4”的原则，可将该十六进制数书写为：的原则，可将该十六进制数书写为：4D5E6F010011010101111001101111其结果为：其结果为：4D5E.6FH100110101011110.01101111B。2.数制的转换2022/12/222.1 2.1 数制与编码数制与编码？0001011符号符号数值部分数值部分2.1.2计算机数的表示及运算1.有符号数的编码 由于计算机只能识别由于计算机只能识别0和和1，因此在计算机中就存在着因此在计算机中就存在着如何如何表示正、负数的问题。表示正、负数的问题。计算机中通常把一个二进制数计算机中通常把一个二进制数的最高位作为符号位，以表示数值的正与负的最高位作为符号位，以表示数值的正与负(若用若用8位表示位表示一个数一个数,则则D7位为符号位；若用位为符号位；若用16位表示一个数位表示一个数,则则D15位位为符号位为符号位),),并用并用0表示表示“”，用，用1表示表示“”。例如：例如：N11011，N2-1011在计算机中用在计算机中用8位二位二进制数可分别表示为进制数可分别表示为:D7D6D5D4D3D2D1D02022/12/222.1 2.1 数制与编码数制与编码 有符号数通常使用三种表示方法：原码、反码和补码。有符号数通常使用三种表示方法：原码、反码和补码。真值真值 x1=+1010100Bx2=-1010100B 机器数：机器数：x1原原=01010100Bx2原原=11010100B1有符号数的表示(1)1)原码（原码（TrueForm）正数的符号位用正数的符号位用“0 0”表示，负数的符号位用表示，负数的符号位用“1 1”表表示，这种表示法称为原码。示，这种表示法称为原码。零的原码两种表示法零的原码两种表示法:+0原原00000000B-0原原10000000B原码表示简单直观原码表示简单直观,但但0 0的表示不唯一，加减运算复杂。的表示不唯一，加减运算复杂。原码最大、最小的表示：原码最大、最小的表示：+127、-127。2022/12/222.1 2.1 数制与编码数制与编码 x=+4：x原原=00000100 x反反=00000100 x=-4：x原原=10000100 x反反=111110111有符号数的表示(2)2)反码（反码（OnesComplement）反码可由原码求得，正数的反码与原码相同；负数的反码可由原码求得，正数的反码与原码相同；负数的反码，符号位不变，其他位取反，这种表示法称为反码。反码，符号位不变，其他位取反，这种表示法称为反码。(3)3)补码（补码（OnesComplement）补码可由反码求得，正数的补码与原码相同；负数的补码可由反码求得，正数的补码与原码相同；负数的补码，符号位不变，其他位取反加补码，符号位不变，其他位取反加1 1。补码表示的优点：补码表示的优点：0 0的表示唯一，加减运算方便。的表示唯一，加减运算方便。2022/12/222.1 2.1 数制与编码数制与编码 X=+4x原原=x反反=x补补=00000100X=-4x原原=10000100 x反反=11111011x补补=11111100 综上所述可归纳为综上所述可归纳为:正数的原码、反码、补码就是该数本身；正数的原码、反码、补码就是该数本身；负数的原码其符号位为负数的原码其符号位为1,1,数值位不变；数值位不变；负数的反码其符号位为负数的反码其符号位为1,1,数值位逐位求反；数值位逐位求反；负数的补码其符号位为负数的补码其符号位为1,1,数值位逐位求反并在末位加数值位逐位求反并在末位加1 1。1有符号数的表示(3)3)补码（补码（OnesComplement）2022/12/222.1 2.1 数制与编码数制与编码 1有符号数的表示及运算机器数与真值（补充）机器数：机器数：机器中数的表示形式，其位数通常为机器中数的表示形式，其位数通常为8 8的倍数。的倍数。真值：真值：机器数所代表的实际数值（用十进制表示）。机器数所代表的实际数值（用十进制表示）。有符号数在计算机中通常用补码表示。有符号数在计算机中通常用补码表示。例：求一个例：求一个8 8位机器数的真值：位机器数的真值：机器数：机器数：X1X1机机=01010100 =01010100 X2X2机机=11010100=110101002022/12/222.1 2.1 数制与编码数制与编码 2有符号数的运算 当当数数用用补补码码表表示示时时，无无论论是是加加法法还还是是减减法法都都可可采采用用加加法法运运算算，而而且且是是连连同同符符号号位位一一起起进进行行的的，不不必必关关心心符符号号位位。因因此此，在在计计算算机机中中普普遍遍用用补补码码来来表表示示带带符符号号的的数数。（但但要要注意数表示的范围）注意数表示的范围）11111011+）1111101011111010100011000+）1111010110000110124-11=24+-11补补=13(-5)+(-6)=(-5)补补(-6)补补=-11=F5H99996868？2022/12/222.1 2.1 数制与编码数制与编码 二进制编码二二十十进进制制数数称称为为二二进进制制编编码码的的十十进进制制数数，简简称称BCD（BinaryCodedDecimal）码码。在在BCD码码中中是是用用四四位位二二进制数给进制数给09这这10个数字编码。个数字编码。BCD码码与与二二进进制制之之间间的的转转换换不不是是直直接接的的，要要先先经经过过十十进制，然后再转换为二进制。进制，然后再转换为二进制。2.1.31、二-十进制编码2022/12/222.1 2.1 数制与编码数制与编码 2字母与字符的编码在在计计算算机机中中表表示示字字母母、字字符符等等都都要要用用特特定定的的二二进进制制码码表表示示。字字母母与与字字符符用用二二进进制制码码表表示示的的方方法法很很多多，目目前前在在计计算算机机中中最最普普遍遍采采用用的的是是ASCll码码(AmericanStandardCodeforInformationInterchange）。）。2022/12/222.1 2.1 数制与编码数制与编码 2.2计算机的基本组成电路2.2.2 触发器2.2.1 常用逻辑电路2.2.3 寄存器2.2.4 常用锁存器2022/12/222.1 2.1 数制与编码数制与编码 2.2.1常用逻辑电路Y=A+BY=AY=A+BY=A+BY=A BY=A B2022/12/222.1 2.1 数制与编码数制与编码 触发器是计算机记忆装置的基本单元，一个触发器能触发器是计算机记忆装置的基本单元，一个触发器能储存一位二进制代码。储存一位二进制代码。1.RS 触发器2.2.2触 发 器2022/12/222.1 2.1 数制与编码数制与编码 2.D 触发器2.2.2触 发 器2022/12/222.1 2.1 数制与编码数制与编码 3.JK 触发器2.2.2触 发 器2022/12/222.1 2.1 数制与编码数制与编码 1.缓冲寄存器 寄存器是由触发器组成的。一个触发器就是一个一位寄存器是由触发器组成的。一个触发器就是一个一位寄存器。多个触发器就可以组成一个多位寄存器。寄存器。多个触发器就可以组成一个多位寄存器。2.2.3寄 存 器2022/12/222.1 2.1 数制与编码数制与编码 2.移位寄存器启动时，先在清零端加清零脉冲，使触发器输出置启动时，先在清零端加清零脉冲，使触发器输出置0。然后，第一个数。然后，第一个数据据D0加到触发器加到触发器1的串行输入端，在第一个的串行输入端，在第一个CLK脉冲的上升沿脉冲的上升沿Q0=D0，Q1=Q2=Q3=0。其后，第二个数据。其后，第二个数据D1加到串行输入端，在加到串行输入端，在第二个第二个CLK脉冲到达时，脉冲到达时，Q0=D1，Q1=D0，Q2=Q3=0。以此类推，。以此类推，当第四个当第四个CLK来到之后，各输出端分别是来到之后，各输出端分别是Q0=D3，Q1=D2,Q2=D1,Q3=D0。输出数据可用串行的形式取出，也可用并行形式取出。输出数据可用串行的形式取出，也可用并行形式取出。2.2.3寄 存 器2022/12/222.1 2.1 数制与编码数制与编码 3.计数器这种计数器的特点是：第一个时钟脉冲促使其最低有效位这种计数器的特点是：第一个时钟脉冲促使其最低有效位加加1，使其由，使其由0变变1；第二个时钟脉冲促使最低有效位由；第二个时钟脉冲促使最低有效位由1变变0，同时推动第二位，使其由，同时推动第二位，使其由0变变1；同理，第二位由；同理，第二位由1变变0时又去推动第三位，使其由时又去推动第三位，使其由0变变1。这样有如水波前进一样。这样有如水波前进一样逐位进位下去。逐位进位下去。2.2.3寄 存 器2022/12/222.1 2.1 数制与编码数制与编码 4.三态门（三态缓冲器）为减少信息传输线的数目，大多数计算机中的信息传为减少信息传输线的数目，大多数计算机中的信息传输线均采用总线形式，即凡要传输的同类信息都走同一组输线均采用总线形式，即凡要传输的同类信息都走同一组传输线，且信息是分时传送的。在计算机中一般有三组总传输线，且信息是分时传送的。在计算机中一般有三组总线，即线，即数据总线、地址总线和控制总线数据总线、地址总线和控制总线。为防止信息相互为防止信息相互干扰，要求凡挂到总线上的寄存器或存储器等，它的输出干扰，要求凡挂到总线上的寄存器或存储器等，它的输出端不仅能呈现端不仅能呈现0、1两个信息状态，而且还应能呈现第三种两个信息状态，而且还应能呈现第三种状态高阻抗状态（又称高阻状态），即此时好像它们的状态高阻抗状态（又称高阻状态），即此时好像它们的输出被开关断开，对总线状态不起作用，此时总线可由其输出被开关断开，对总线状态不起作用，此时总线可由其他器件占用。他器件占用。2.2.3寄 存 器2022/12/222.1 2.1 数制与编码数制与编码 2.2.3寄 存 器2022/12/222.1 2.1 数制与编码数制与编码 2.2.4常用数据锁存器/缓冲器/驱动器2022/12/222.1 2.1 数制与编码数制与编码 2.3存 储 器2.3.2 存储器的分类2.3.1 名词介绍2.2.3 存储器的寻址原理2022/12/222.1 2.1 数制与编码数制与编码 存 储 器2.32.300000000H HFFFFHFFFFH.存储器存储器00010001H H00100010H H类似旅馆类似旅馆存储内容存储内容地址地址2022/12/222.1 2.1 数制与编码数制与编码 2.3.1名词介绍1.存储单元和存储单元地址 存储器是由大量寄存器组成，每个寄存器称为一个存储存储器是由大量寄存器组成，每个寄存器称为一个存储单元，组成一个存储单元的位数称为字位长（或位长）。单元，组成一个存储单元的位数称为字位长（或位长）。给每个存储单元分配一个固定编号，该编号称为存储单元给每个存储单元分配一个固定编号，该编号称为存储单元的地址。的地址。2022/12/222.1 2.1 数制与编码数制与编码 1、数据总线（、数据总线（DB）：）：双双向向传传送送数数据据，CPU的的位位数数和和外外部部数数据据总总线线的的位位数数一一致致。而而数数据据可可能能是是指指令令代代码码、状状态态量量或或控控制制量量，也也可能是真正的数据。可能是真正的数据。2、地址总线（、地址总线（AB）：）：单单向向传传送送CPU发发出出的的地地址址信信息息，宽宽度度（线线数数目目）决决定了定了CPU的可寻址范围。的可寻址范围。例如：例如：2根地址线，可寻址根地址线，可寻址22=4个字节单元；个字节单元；16根地址线，可寻址根地址线，可寻址216=64K字节单元；字节单元；3、控制总线（、控制总线（CB）：）：传传送送使使微微机机协协调调工工作作的的定定时时、控控制制信信号号，双双向向，但但对对于于每每一一条条具具体体的的控控制制线线，都都有有固固定定的的功功能能。控控制制线数目受芯片引脚数量的限制。线数目受芯片引脚数量的限制。2.3.1名词介绍2022/12/222.1 2.1 数制与编码数制与编码 2.3.1名词介绍2.存储器的指标（1）存储器速度存储器速度（2）存储器容量存储器容量BIT位位BYTE字节（字节（8BIT）WORD字（字（16BIT）DWORD双字（双字（32BIT）BUS总线（总线（A-BUS、D-BUS、C-BUS）1B=8bit；1KB=1024B；1MB=1024KB；1GB=1024MB3.其他名词2022/12/222.1 2.1 数制与编码数制与编码 2.3.2存储器的分类1.只读存储器(Read Only Memory)掩膜掩膜ROM可编程可编程ROM（PROM）可擦除可擦除ROM（EPROM）电可擦除电可擦除ROM（EEPROM）应用：一般用来存放固定程序以及各种表格特点：使用时只读不能写，掉电后信息不丢失2022/12/222.1 2.1 数制与编码数制与编码 2.随机存储器(Random Access Memory)静态静态RAM动态动态RAM特点：可随时读写、但掉电后信息丢失应用:主要用来存放各种现场的输入、输出数据、中间计算结果，以及与外存交换信息和作堆栈用常称为数据存储器常称为数据存储器2.3.22.3.2存储器的分类2022/12/222.1 2.1 数制与编码数制与编码 3.可现场改写的非易失存储器FLASH(快擦写存储器快擦写存储器)FRAM(铁电存储器铁电存储器)NVSRAM(非易失静态读写存储器非易失静态读写存储器)从原理看从原理看,属于属于ROM从功能看从功能看,可以随时改写信息可以随时改写信息2.3.22022/12/222.1 2.1 数制与编码数制与编码 2.3.3存储器的寻址原理2022/12/222.1 2.1 数制与编码数制与编码