第0章计算机基础知识.ppt

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1、第第0章章计算机基算机基础知知识第第0章章 计算机的基础知识计算机的基础知识 单片机原理、接口及应用单片机原理、接口及应用单片机原理、接口及应用单片机原理、接口及应用第第0章章 计算机的基础知识计算机的基础知识 内内 容容 提提 要要 绪论绪论 微型计算机的基本结构和工作原理微型计算机的基本结构和工作原理 计算机中的数制与码制计算机中的数制与码制 小结小结第第0章章 计算机的基础知识计算机的基础知识 0.1 绪 论 计算机的新分类计算机的新分类 嵌入式系统嵌入式系统 单片机单片机 单片机的应用单片机的应用 单片机的发展趋势单片机的发展趋势 MCS-51系列系列单片机类型单片机类型第第0章章 计

2、算机的基础知识计算机的基础知识 一、计算机的新分类一、计算机的新分类 长期以来人们按照计算机的体系结构、运算速度、结长期以来人们按照计算机的体系结构、运算速度、结构规模、适用领域，将其分为构规模、适用领域，将其分为 大型计算机、中型机、小型机和微型计算机。大型计算机、中型机、小型机和微型计算机。随着计算机技术的迅速发展，计算机技术和产品对其随着计算机技术的迅速发展，计算机技术和产品对其它行业的广泛渗透，人们以应用为中心、按计算机的嵌入式它行业的广泛渗透，人们以应用为中心、按计算机的嵌入式应用和非嵌入式应用进行新的分类应用和非嵌入式应用进行新的分类,将其分为将其分为 嵌入式计算机嵌入式计算机 和

3、和 通用计算机。通用计算机。通用计算机通用计算机具有计算机的标准形态，通过装配不同的应具有计算机的标准形态，通过装配不同的应用软件，以类同面目出现，并应用在社会的各个方面，其典用软件，以类同面目出现，并应用在社会的各个方面，其典型产品为型产品为PCPC机；机；嵌入式计算机嵌入式计算机则是以嵌入式系统的形式隐藏在各种装则是以嵌入式系统的形式隐藏在各种装置、产品和系统中。置、产品和系统中。第第0章章 计算机的基础知识计算机的基础知识 什么是嵌入式系统什么是嵌入式系统 嵌入式系统是嵌入式系统是以应用为中心以应用为中心、以计算机技术为基础、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、针对具体应用系统、对功能、

4、可靠性、软件硬件可裁剪、针对具体应用系统、对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。嵌入式计算机在应用数量上远远超过了各种通用计算机，嵌入式计算机在应用数量上远远超过了各种通用计算机，一台通用计算机的外部设备中就包含了一台通用计算机的外部设备中就包含了5-105-10个嵌入式微处个嵌入式微处理器，键盘、鼠标、软驱、硬盘、显示卡、显示器、网卡、理器，键盘、鼠标、软驱、硬盘、显示卡、显示器、网卡、ModemModem、声卡、打印机、扫描仪、数字相机、声卡、打印机、扫描仪、数字相机、USBUSB集线器集线器等均是由嵌入式处理器控制的。在制造工

5、业、过程控制、等均是由嵌入式处理器控制的。在制造工业、过程控制、通讯、仪器、仪表、汽车、船舶、航空、航天、军事装备、通讯、仪器、仪表、汽车、船舶、航空、航天、军事装备、家电产品等方面无不是嵌入式计算机的应用领域。家电产品等方面无不是嵌入式计算机的应用领域。第第0章章 计算机的基础知识计算机的基础知识 二、嵌入式系统二、嵌入式系统1.1.嵌入式系统的种类嵌入式系统的种类 嵌入式系统的核心部件有以下三类：嵌入式系统的核心部件有以下三类：（1 1）嵌入式微处理器嵌入式微处理器（Embedded Microprocessor Unit,EMPU）：功能同标准的功能同标准的CPUCPU，但在工作温度、，

6、但在工作温度、电电磁干扰、可靠性等方面做了各种增强。磁干扰、可靠性等方面做了各种增强。（2 2）嵌入式微控制器嵌入式微控制器（Microcontroller Unit,MCU又又称单片机）称单片机）。（3 3）嵌入式嵌入式DSP处理器处理器（Embedded Digital Signal Processor,EDSP）：）：DSPDSP处理器对系统结构和指令进行了处理器对系统结构和指令进行了特殊设计，使其适合于执行特殊设计，使其适合于执行DSPDSP算法，编译效率较高，指算法，编译效率较高，指令执行速度也较高。令执行速度也较高。第第0章章 计算机的基础知识计算机的基础知识 2.2.嵌入式系统的

7、特点嵌入式系统的特点 1。分散、创新、不可垄断性。分散、创新、不可垄断性 通用计算机行业的技术是通用计算机行业的技术是垄断的，垄断的，其体系结构、操作系统其体系结构、操作系统（如（如Windows）几乎垄断全世界。）几乎垄断全世界。而嵌入式系统是一个分散的工业，而嵌入式系统是一个分散的工业，充满竞争、机遇和创新，充满竞争、机遇和创新，没有哪一个系列的处理器和操作系统没有哪一个系列的处理器和操作系统 能垄能垄断全世界，各自有各自的应用领域市场。断全世界，各自有各自的应用领域市场。2。产品稳定性多样化。产品稳定性多样化 通用计算机淘汰很快，几年一个更新换代，而嵌入式系统新通用计算机淘汰很快，几年一

8、个更新换代，而嵌入式系统新产品虽层出不穷，但它的核心处理器不变，指令系统兼容，产品虽层出不穷，但它的核心处理器不变，指令系统兼容，51单片单片机问世机问世20多年，至今方兴未艾。多年，至今方兴未艾。4位机、位机、8位机、位机、16位机、位机、32位机并位机并存于市场，各有自己的用武之地、因为嵌入式产品追求性价比，生存于市场，各有自己的用武之地、因为嵌入式产品追求性价比，生产厂家绝不会杀鸡用牛刀。产厂家绝不会杀鸡用牛刀。3。软件特性：编程的语言可以是。软件特性：编程的语言可以是C语言、也可以是汇编语言，程序语言、也可以是汇编语言，程序不是以磁盘的形式存储，而是固化在单片机芯片或存储器芯片中。不是

9、以磁盘的形式存储，而是固化在单片机芯片或存储器芯片中。4。嵌入式系统的开发需要开发工具嵌入式系统的开发需要开发工具 嵌入式系统自身无开发能力，需借助开发工具，如编程器、仿嵌入式系统自身无开发能力，需借助开发工具，如编程器、仿真器。单片机、真器。单片机、DSPDSP、ARMARM各自都有自己的开发工具。各自都有自己的开发工具。第第0章章 计算机的基础知识计算机的基础知识 嵌入式操作系统负责嵌入式系统全部的软、硬件资源分配、调度工作，它除了具备一般操作系统的具备功能外，还具有以下等特点：1.体系结构具有可装卸性、开放性和可伸缩性。2.强实时性。3.提供各种设备驱动接口。4.操作方便、简单、提供友好

10、界面。5.提供强大网络功能。常用的嵌入式操作系统有Linux等嵌入式操作系统嵌入式操作系统第第0章章 计算机的基础知识计算机的基础知识 全称全称单片微型计算机单片微型计算机(Single ChipMicrocomputer)又称又称微控制器微控制器MCU(Micro Controller Unit),是将计算机的基是将计算机的基本部分微型化本部分微型化,使之集成在一块芯片上的微机。片内含有使之集成在一块芯片上的微机。片内含有CPU、ROM、RAM、并行并行I/0I/0、串行、串行I/OI/O、定时器、定时器/计数器、中断控制、计数器、中断控制、系统时钟及系统总线等，它本身就是一个嵌入式系统，同

11、时它系统时钟及系统总线等，它本身就是一个嵌入式系统，同时它也可作更大的嵌入式系统的核心。也可作更大的嵌入式系统的核心。单片机的特点是小而全，即体积小、功能全、功耗低、性能单片机的特点是小而全，即体积小、功能全、功耗低、性能价格比高。价格比高。三、单片机三、单片机 第第0章章 计算机的基础知识计算机的基础知识 1.1.单片机的应用单片机的应用 由于单片机小而全，易于推广应用等显著优点，在自由于单片机小而全，易于推广应用等显著优点，在自动化装置，智能化仪器仪表和家用电器等领域得到日益广泛动化装置，智能化仪器仪表和家用电器等领域得到日益广泛的应用。下面仅列举一些典型的应用领域。的应用。下面仅列举一些

12、典型的应用领域。（1 1）工业控制）工业控制 数控机床，电机控制，工业机器人，自动控制等数控机床，电机控制，工业机器人，自动控制等 （2 2）仪器仪表）仪器仪表 智能仪器，医疗器械，数字示波器等。智能仪器，医疗器械，数字示波器等。（3 3）电信技术）电信技术 调制解调器，声像处理，数字滤波，通信设备等。调制解调器，声像处理，数字滤波，通信设备等。（4 4）办公自动化和计算机外部设备）办公自动化和计算机外部设备 传真机，复印机，打印机，绘图仪，扫描仪等传真机，复印机，打印机，绘图仪，扫描仪等第第0章章 计算机的基础知识计算机的基础知识 （5 5）汽车与节能）汽车与节能 点火控制，变速控制，防滑车

13、控制，排气控制，计费点火控制，变速控制，防滑车控制，排气控制，计费器，交通控制等。器，交通控制等。（6 6）导弹）导弹 导弹控制，鱼雷制导，智能武器装置，航天导弹系统导弹控制，鱼雷制导，智能武器装置，航天导弹系统等。等。（7 7）商用产品）商用产品 电子收款机，电子秤，银行统计机等。电子收款机，电子秤，银行统计机等。（8 8）家用电器）家用电器 微波炉，电视机，录像机，音响设备，游戏机等微波炉，电视机，录像机，音响设备，游戏机等 以上可见它无处不有、无时不在，像个万能的以上可见它无处不有、无时不在，像个万能的螺丝钉。螺丝钉。第第0章章 计算机的基础知识计算机的基础知识 2.2.单片机的发展趋势

14、单片机的发展趋势（1 1）单片机的字长由）单片机的字长由4 4位、位、8 8位、位、16 16 位发展到位发展到3232位。位。这几种字长的这几种字长的MCUMCU目前同时存在于市场，由于单片机主目前同时存在于市场，由于单片机主要用于控制，目前要用于控制，目前8 8位的位的MCU MCU 仍然占主流地位，只有在精度仍然占主流地位，只有在精度要求特别高的场合如图像处理等，才采用要求特别高的场合如图像处理等，才采用1616位的位的MCU,MCU,用户用户可以根据产品的需要进行选择。可以根据产品的需要进行选择。（2 2）运行速度不断提高。）运行速度不断提高。单片机的使用最高频率由单片机的使用最高频率

15、由6MHz、12MHz、24MHz、33MHz、发展到、发展到 40MHz。（3 3）单片机内的存储容量越来越大。）单片机内的存储容量越来越大。由由1KB、2KB、4KB、8KB、16KB、32KB、发展、发展到到 64KB 等。等。第第0章章 计算机的基础知识计算机的基础知识 （4 4）ROMROM存储器的编程也越来越方便存储器的编程也越来越方便 有有 ROM ROM型（掩模型）、型（掩模型）、OTPOTP型（一次性编程）、型（一次性编程）、EPROMEPROM（紫外线擦除编程）、（紫外线擦除编程）、EEPROMEEPROM（电擦除编程）及（电擦除编程）及FLASHFLASH（闪速（闪速编程

16、）。编程（烧录）方式也越来越方便，目前有脱机编程、编程）。编程（烧录）方式也越来越方便，目前有脱机编程、在系统编程（在系统编程（ISPISP）、在应用编程（）、在应用编程（IAPIAP）。各类产品并存，）。各类产品并存，可供用户选择。可供用户选择。（5 5）I/OI/O端口多功能化端口多功能化 单片机内除集成有并行接口、串行接口外，还集成有单片机内除集成有并行接口、串行接口外，还集成有A/D、D/A、LED/LCD显示驱动、显示驱动、DMA控制、控制、PWM（脉宽（脉宽调制输出）、调制输出）、PLC（锁相环控制）、（锁相环控制）、PCA(逻辑阵列）逻辑阵列）WDT（看门狗）等。（看门狗）等。第

17、第0章章 计算机的基础知识计算机的基础知识 （6 6）功耗越来越低）功耗越来越低 采用采用CHMOSCHMOS制作工艺使单片机集制作工艺使单片机集HMOSHMOS的高速、高集成度和的高速、高集成度和CMOSCMOS的低功耗技术为一体，使单片机的功耗进一步降低，适的低功耗技术为一体，使单片机的功耗进一步降低，适应的电压范围更宽（应的电压范围更宽（2.62.66V6V）。）。（7 7）结合专用集成电路结合专用集成电路ASICASIC、精简指令集和、精简指令集和RISCRISC技术，使技术，使单片机发展成为嵌入式的处理器，深入到数字信号处理、图单片机发展成为嵌入式的处理器，深入到数字信号处理、图象处

18、理、人工智能、机器人等领域。象处理、人工智能、机器人等领域。为适应不同的应用需求，一个系列的单片机都有多种衍为适应不同的应用需求，一个系列的单片机都有多种衍生产品，其处理器核心一样，只是存储器、接口配置不一样，生产品，其处理器核心一样，只是存储器、接口配置不一样，使功能与应用匹配，以减少功耗和成本。使功能与应用匹配，以减少功耗和成本。第第0章章 计算机的基础知识计算机的基础知识 以上单片机各种发展系列并非一代淘汰一代，用户根据以上单片机各种发展系列并非一代淘汰一代，用户根据产品要求、性价比等情况选择。产品要求、性价比等情况选择。目前市面上较有影响的单片机厂家有目前市面上较有影响的单片机厂家有：

19、lINTEL：MCS-51、MCS-96系列。系列。lMOTOROLA：68HCXX系列。系列。lMICROCHIP：16C5X/6X/7X/8X系列。系列。lZILOG：Z86EXXXPSC系列系列lTEXAS：MSP430FXX系列系列l多个公司生产多个公司生产32位位ARM系列系列 第第0章章 计算机的基础知识计算机的基础知识 各厂家单片机的指令系统各不相同，功能各厂家单片机的指令系统各不相同，功能各有所长，其中市场占有最高的是各有所长，其中市场占有最高的是MCS-51MCS-51系列，系列，因为世界上很多知名的因为世界上很多知名的ICIC生产厂家都生产生产厂家都生产5151兼兼容的芯片

20、。目前为止，容的芯片。目前为止，MCS-51MCS-51单片机已有数百单片机已有数百个品种，还在不断推出功能更强的新产品。近个品种，还在不断推出功能更强的新产品。近年来年来PHILIPSPHILIPS公司又推出了指令和公司又推出了指令和MCS-51MCS-51兼容的兼容的1616位单片机，这样保证了位单片机，这样保证了MCS-51MCS-51单片机的先进单片机的先进性，同时，很多专用芯片以它作为控制核心，性，同时，很多专用芯片以它作为控制核心，可以预言，几十年内不会淘汰。因此，可以预言，几十年内不会淘汰。因此，MCS-51MCS-51单片机成为教学的首选机型。单片机成为教学的首选机型。第第0章

21、章 计算机的基础知识计算机的基础知识 3.MCS-513.MCS-51系列单片机类型系列单片机类型 MCS-51MCS-51系列单片机品种很多，如果按照存储器系列单片机品种很多，如果按照存储器ROMROM配置状态配置状态,可划分为：可划分为：l片内无片内无EPROMEPROM型，如型，如80(C)3X;80(C)3X;l片内片内EPROM,EPROM,如如87(C)5X87(C)5X；l片内片内FLASH EEPROMFLASH EEPROM型，如型，如89C5X;89C5X;l片内片内EEPROM ISPEEPROM ISP型型(可在系统编程）如可在系统编程）如89S5X89S5X。第第0章

22、章 计算机的基础知识计算机的基础知识 如果按照其功能，则可划分以下一些类型如果按照其功能，则可划分以下一些类型:(1)(1)(1)(1)基本型基本型基本型基本型 基本型有基本型有基本型有基本型有8031803180318031、8051805180518051、8751875187518751、89C51/S5189C51/S5189C51/S5189C51/S51等。等。等。等。基本型的代表产品是基本型的代表产品是基本型的代表产品是基本型的代表产品是80518051，其基本特性如下：，其基本特性如下：，其基本特性如下：，其基本特性如下：一个一个一个一个8 8 8 8位位位位CPUCPUCPU

23、CPU和指令系统。和指令系统。和指令系统。和指令系统。128128128128字节的片内字节的片内字节的片内字节的片内RAMRAMRAMRAM。21212121个特殊功能寄存器。个特殊功能寄存器。个特殊功能寄存器。个特殊功能寄存器。32323232线并行线并行线并行线并行I/OI/OI/OI/O口。口。口。口。2 2 2 2个个个个16161616位定时位定时位定时位定时/计数器。计数器。计数器。计数器。一个全双工串行口。一个全双工串行口。一个全双工串行口。一个全双工串行口。5 5 5 5个中断源、个中断源、个中断源、个中断源、2 2 2 2个中断优先级的中断结构个中断优先级的中断结构个中断优

24、先级的中断结构个中断优先级的中断结构.第第0章章 计算机的基础知识计算机的基础知识 4KB4KB4KB4KB片内片内片内片内ROMROMROMROM。一个片内时钟振荡器和时钟电路一个片内时钟振荡器和时钟电路一个片内时钟振荡器和时钟电路一个片内时钟振荡器和时钟电路.片外可扩展片外可扩展片外可扩展片外可扩展64KBROM64KBROM64KBROM64KBROM和和和和64KBRAM.64KBRAM.64KBRAM.64KBRAM.由此可见由此可见由此可见由此可见,它本身就是一个功能相当强的它本身就是一个功能相当强的它本身就是一个功能相当强的它本身就是一个功能相当强的8 8位微型机位微型机位微型机

25、位微型机.(2)2)2)2)增强型增强型增强型增强型 有有有有8052AH8052AH、8032AH8032AH、8752BH,8752BH,此类型单片机的此类型单片机的此类型单片机的此类型单片机的内内内内ROMROM和和和和RAMRAM容量比基本型的增大一倍容量比基本型的增大一倍容量比基本型的增大一倍容量比基本型的增大一倍,同时把同时把同时把同时把1616位计数位计数位计数位计数增为增为增为增为3 3个个个个.87C54.87C54内部内部内部内部ROMROM增加到增加到增加到增加到16KB,87C5816KB,87C58增加到增加到增加到增加到32KB.32KB.第第0章章 计算机的基础知

26、识计算机的基础知识 (3)(3)(3)(3)低功耗型低功耗型低功耗型低功耗型 有有有有80C5XBH80C5XBH、80C31XBH80C31XBH、87C5X.87C5X.这类型号带有这类型号带有这类型号带有这类型号带有“C”“C”字字字字的单片机采用的单片机采用的单片机采用的单片机采用CHMOSCHMOS工艺工艺工艺工艺,其特点是功耗低，另外其特点是功耗低，另外其特点是功耗低，另外其特点是功耗低，另外,87C51,87C51还还还还有两级程序存储器保密系统有两级程序存储器保密系统有两级程序存储器保密系统有两级程序存储器保密系统,可防止非法拷贝程序可防止非法拷贝程序可防止非法拷贝程序可防止非

27、法拷贝程序.此外还有内含此外还有内含此外还有内含此外还有内含DMADMADMADMA、PCA(PCA(PCA(PCA(可编程计数阵列可编程计数阵列可编程计数阵列可编程计数阵列)、A/DA/DA/DA/D、多并行口、及内含多并行口、及内含多并行口、及内含多并行口、及内含BASICBASICBASICBASIC高级语言型等多类产品，高级语言型等多类产品，高级语言型等多类产品，高级语言型等多类产品，详详见教材续表。见教材续表。由于单片机结构完整、不涉及操作系统，易学易懂、由于单片机结构完整、不涉及操作系统，易学易懂、价格便宜、方便动手实践，因此它是价格便宜、方便动手实践，因此它是嵌入式系统学习的嵌入

28、式系统学习的入门课入门课，通过它，既学习了硬件、也学习了软件，是工，通过它，既学习了硬件、也学习了软件，是工科学生的基础课。科学生的基础课。第第0章章 计算机的基础知识计算机的基础知识 0.2.1 0.2.1 微机的系统结构微机的系统结构 微机系统微机系统软件软件硬件硬件主机主机外围设备外围设备微处理器微处理器（CPU）运算器运算器控制器控制器寄存器寄存器存储器存储器（内存）（内存）RAMROM输入输入/输出接口输出接口（I/O接口）接口）并行、串行接口并行、串行接口定时器、定时器、A/D、D/A总线总线系统软件系统软件应用软件应用软件程序设计语言程序设计语言外部设备外部设备辅助设备辅助设备输

29、入设备输入设备输出设备输出设备辅助存储器辅助存储器电源电路电源电路时钟电路时钟电路第第0章章 计算机的基础知识计算机的基础知识 CPUCPU是计算机的控制核心，它的功能是执行指令，完成算是计算机的控制核心，它的功能是执行指令，完成算数运算、逻辑运算，并对整机进行控制。数运算、逻辑运算，并对整机进行控制。存储器存储器用于存储程序和数据。用于存储程序和数据。输入输入/输出接口输出接口（又称（又称I/OI/O接口）是接口）是CPUCPU和外设之间相连的和外设之间相连的逻辑电路，外设必须通过接口才能和逻辑电路，外设必须通过接口才能和CPUCPU相连。不同的外设所相连。不同的外设所用接口不同。每个用接口

30、不同。每个I/OI/O接口也有一个地址，接口也有一个地址，CPUCPU通过对不同的通过对不同的I/OI/O接口进行操作来完成对外设的操作。接口进行操作来完成对外设的操作。总线总线 CPU CPU、存储器、存储器、I/OI/O接口和之间相连的一组线。接口和之间相连的一组线。用于传送程序或数据的总线称为用于传送程序或数据的总线称为数据总线（数据总线（DB)DB)；用于传；用于传送地址，以识别不同的存储单元或送地址，以识别不同的存储单元或I/OI/O接口的一组线称为接口的一组线称为地址地址总线（总线（AB)AB)；用于控制数据总线上数据流送的方向、对象等的；用于控制数据总线上数据流送的方向、对象等的

31、一组线称为一组线称为控制总线（控制总线（。第第0章章 计算机的基础知识计算机的基础知识 计算机系统的硬件结构如下图所示计算机系统的硬件结构如下图所示:CPU存储器存储器输入接口输入接口 输入设备输入设备DBABCBDBABCB输出接口输出接口输出设备输出设备第第0章章 计算机的基础知识计算机的基础知识 0.2.2 0.2.2 微机的基本工作原理微机的基本工作原理存储程序、执行程序是存储程序、执行程序是微机的工作原理微机的工作原理，取指令，译码，执行，取指令，译码，执行是是微机的基本工作过程微机的基本工作过程。单片机单片机是微型计算机的一种，是将计算机主机（是微型计算机的一种，是将计算机主机（C

32、PUCPU、存储器、存储器和和I/OI/O接口）集成在一小块硅片上的微机，又称微控制器。它专为接口）集成在一小块硅片上的微机，又称微控制器。它专为工业测量与设计而设计，具有三高优势（集成度高、可靠性高、性工业测量与设计而设计，具有三高优势（集成度高、可靠性高、性价比高）价比高）.单片机的特点单片机的特点是小而全是小而全(体积小，功能全），主要应用于工业检体积小，功能全），主要应用于工业检测与控制、计算机外设、智能仪器、仪表、通信设备、家用电器等，测与控制、计算机外设、智能仪器、仪表、通信设备、家用电器等，特别适合于嵌入式微型机应用系统。特别适合于嵌入式微型机应用系统。嵌入式工程师的任务嵌入式工

33、程师的任务 就是根据应用对象的需求，完成硬件和软就是根据应用对象的需求，完成硬件和软件的设计，即选择合适的单片机，进行接口、存储器等电路的系统件的设计，即选择合适的单片机，进行接口、存储器等电路的系统设计，并设计程序，以控制应用系统按程序的指令完成规定的工作。设计，并设计程序，以控制应用系统按程序的指令完成规定的工作。这就是本门课要学习的内容。这就是本门课要学习的内容。第第0章章 计算机的基础知识计算机的基础知识 0.2.3 0.2.3 微机的主要技术指标微机的主要技术指标微型计算机主要有如下一些技术指标：微型计算机主要有如下一些技术指标：l字长：字长：CPUCPU并行处理数据位，由此定为并行

34、处理数据位，由此定为8 8位机、位机、1616位机、位机、3232位机等。位机等。l存储容量：存储容量：存储器单元数，例如存储器单元数，例如256B256B、8KB8KB、1MB1MB等（等（1B1B即一个字节，也就是一个即一个字节，也就是一个8 8位二进制数，是计位二进制数，是计算机数据的基本单位）。算机数据的基本单位）。l运算速度：运算速度：CPUCPU处理速度，它和内部的工艺结构处理速度，它和内部的工艺结构以及外接的时钟频率有关。以及外接的时钟频率有关。l时钟频率：时钟频率：在在CPUCPU极限频率以下，时钟频率越高，极限频率以下，时钟频率越高，执行指令速度越快，对单片机而言，有执行指令

35、速度越快，对单片机而言，有6MHz6MHz、12MHz12MHz、24MHz24MHz等。等。第第0章章 计算机的基础知识计算机的基础知识 0.3.1 0.3.1 计算机中的数计算机中的数 计算机中的数字电路具有两种不同的稳定状态且能相计算机中的数字电路具有两种不同的稳定状态且能相互转换，即互转换，即“0”“0”和和“1”“1”两种状态。计算机处理的一切两种状态。计算机处理的一切信息均用二进制数表示，但是二进制数书写起来太长，信息均用二进制数表示，但是二进制数书写起来太长，所以微型计算机中的二进制数都采用十六进制来缩写。所以微型计算机中的二进制数都采用十六进制来缩写。十六进制数用十六进制数用0

36、 09 9、A AF F等等1616个数码表示十进制数个数码表示十进制数0 01515。为了区别十进制数、二进制数及十六进制数为了区别十进制数、二进制数及十六进制数3 3种数制，种数制，在数的后面加一个字母以进行区别。用在数的后面加一个字母以进行区别。用 B B（binarybinary）表示二进制数制；）表示二进制数制；D D（decimaldecimal）或不带字母表示十进制数制；）或不带字母表示十进制数制；H H（hexadecimalhexadecimal）表示十六进制数制。）表示十六进制数制。第第0章章 计算机的基础知识计算机的基础知识 表表0-1 不同进位记数制对照表不同进位记数制

37、对照表第第0章章 计算机的基础知识计算机的基础知识 l二进制数转换为十六进制数二进制数转换为十六进制数 将二进制数从右（最低位）向左每将二进制数从右（最低位）向左每4 4位为位为1 1组分组分组，若最后一组不足组，若最后一组不足4 4位，则在其左边添加位，则在其左边添加0 0，以，以凑成凑成4 4位，每组用位，每组用1 1位十六进制数表示。如：位十六进制数表示。如：0001 1111 1100 0111B1FC7Hl 十六进制数转换位二进制数十六进制数转换位二进制数 只需用只需用4 4位二进制数代替位二进制数代替1 1位十六进制数即可。位十六进制数即可。如：如：3AB9H=0011 1010

38、1011 1001B第第0章章 计算机的基础知识计算机的基础知识 l十六进制数和十进制数间的相互转换十六进制数和十进制数间的相互转换 将十六进制数按权展开相加，如：将十六进制数按权展开相加，如：1F3DH=163116215161316013 =4096125615163113 =4096 =409638403840484813=799713=7997 十进制整数转换为十六进制数可用出十进制整数转换为十六进制数可用出16取余取余法，即用法，即用16不断地去除待转换的十进制数，直不断地去除待转换的十进制数，直至商等于至商等于0为止。将所得的各次余数，依倒叙为止。将所得的各次余数，依倒叙排列，即可

39、得到所转换的十六进制数。排列，即可得到所转换的十六进制数。如将如将3894738947转换为十六进制数，其方法及算式如下：转换为十六进制数，其方法及算式如下：即即38947=9823H38947=9823H第第0章章 计算机的基础知识计算机的基础知识 0.3.2 计算机中数的几个概念计算机中数的几个概念1.1.机器数与真值机器数与真值l机器数：机器数：机器中数的表示形式，它将数的正、负符号机器中数的表示形式，它将数的正、负符号和数值部分一起进行二进制编码，其位数通常为和数值部分一起进行二进制编码，其位数通常为8 8的整的整数倍。数倍。l真值：真值：机器数所代表的实际数值的正负和大小，是人机器数

40、所代表的实际数值的正负和大小，是人们习惯表示的数。们习惯表示的数。2 2。数的单位。数的单位l位（位（bitbit）：）：一个二进制数中的一个二进制数中的1 1位，其值不是位，其值不是1 1便便0 0。l字节（字节（ByteByte）：一个字节，就是一个：一个字节，就是一个8 8位的二进制数。位的二进制数。l字（字（WordWord）：）：两个字节，就是一个两个字节，就是一个1616位的二进制数。位的二进制数。l双字：双字：两个字，即四个字节，一个两个字，即四个字节，一个3232位二进制数。位二进制数。只有只有8 8位、位、1616位或位或3232位机器数的最高位才是符号位。位机器数的最高位才

41、是符号位。第第0章章 计算机的基础知识计算机的基础知识 0.3.3 计算机中的有符号数的表示计算机中的有符号数的表示有符号数有有符号数有原码原码、反码反码和和补码补码三种表示法。三种表示法。1.1.原码原码 数值部分用其绝对值，正数的符号位用数值部分用其绝对值，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”表示。如：表示。如：X1=X1=5=+00000101B X15=+00000101B X1原原=0 00000101B0000101B X2=-5=-00000101B X2 X2=-5=-00000101B X2原原=1 10000101B0000101B

42、 符号位符号位第第0章章 计算机的基础知识计算机的基础知识 8 8位位原原码码数数的的范范围围为为FFHFFH7FH7FH（-127-127127127）。原原码码数数00H00H和和80H80H的的数数值值部部分分相相同同、符符号号位位相相反反，它它们们分分别别为为+0+0和和-0-0。1616位位原原码码数数的的数数值值范范围围为为FFFFHFFFFH7FFFH7FFFH（-32767-327673276732767）。原原码码数数0000H0000H和和8000H8000H的的数数值值部部分相同、符号位相反，它们分别为分相同、符号位相反，它们分别为+0+0和和-0-0。原原码码表表示示简

43、简单单易易懂懂，而而且且与与真真值值的的转转换换方方便便。但但若若是是两两个个异异号号数数相相加加，或或两两个个同同号号数数相相减减，就就要要做做减减法法。为为了了把把减减运运算算转转换换为为加加运运算算，从从而而简简化化计计算算机机的的结结构构，就引进了反码和补码。就引进了反码和补码。第第0章章 计算机的基础知识计算机的基础知识 （2 2）反码反码 正数的反码与原码相同；正数的反码与原码相同；负数反码：符号位不负数反码：符号位不 变，数值部分按位取反。变，数值部分按位取反。例例 求求8 8位反码机器数：位反码机器数：x1=+4 x1x1=+4 x1原原=00000100B x1=000001

44、00B x1反反=00000100B=00000100B=04H04Hx2=-4 x2x2=-4 x2原原=1=100001000000100B x2B x2反反=1=111110111111011B=FBHB=FBH 取反取反第第0章章 计算机的基础知识计算机的基础知识 (3)(3)补码补码正数的补码与原码相同；负数补码为其反码加正数的补码与原码相同；负数补码为其反码加1 1。例：求例：求 8 8位补码机器数：位补码机器数：x1=+4：x1原=x1反=x1补=00000100=04Hx2=-4：x2原=10000100 x2反=11111011 x2补=x2 反+1=1111100=FCH

45、8 8位补码数的数值范围为位补码数的数值范围为-128-128127127（80H80H7FH7FH）。）。1616位补码数的数值范围为位补码数的数值范围为8000H8000H7FFFH7FFFH（-32768-327683276732767）。字节）。字节80H80H和字和字8000H8000H的真值分别是的真值分别是-128(-80H)-128(-80H)和和-32768(-8000H)-32768(-8000H)。补码数。补码数80H80H和和8000H8000H的最高位既代的最高位既代 表了符号为负表了符号为负,又代表了数值为又代表了数值为1 1。第第0章章 计算机的基础知识计算机的基

46、础知识 快速求法：快速求法：将负数原码的最前面的将负数原码的最前面的1和最后一个和最后一个1之间的每一位取反。例如之间的每一位取反。例如x=-4：x原原=10000100 x补补=11111100=FCH取反取反 用用 模模-X X求求 两数互补是针对一定的两数互补是针对一定的“模模”而言，而言，“模模”即计数系统的过量程即计数系统的过量程回零值，例如时钟以回零值，例如时钟以12为模（为模（12点也称点也称0点），点），4和和8互补，一位十互补，一位十进制数进制数3和和7互补（因为互补（因为3710，个位回零，模为，个位回零，模为10110），两），两位十进制数位十进制数35和和65互补（因为

47、互补（因为3567100，十进制数两位回零，十进制数两位回零，模为模为102100），而对于），而对于8位二进制数，模为位二进制数，模为28100000000B=100H,同理同理16位二进制数，模为位二进制数，模为21610000H取反取反第第0章章 计算机的基础知识计算机的基础知识 设有原码机器数设有原码机器数X,X,X0X0 则则 X X补补=X=X原原;X0X0 则则 X X补补=模模-例如例如对八位二进制数对八位二进制数：X1=+4 X1=+4：X1X1补补=00000100=04H=00000100=04H；X2=-4 X2=-4：X2X2补补=100H-4=FCH=100H-4=

48、FCH对于对于1616二进制位数二进制位数：X2=+4 X2=+4：X2 X2补补=0004H=0004H；X2=-4 X2=-4：X2 X2补补=10000H-4=FFFCH=10000H-4=FFFCH由此得出求补的通用方法：由此得出求补的通用方法：一个数的补数模该数，这里一个数的补数模该数，这里补数补数是对任意的数而言，是对任意的数而言，包括正、负数。而包括正、负数。而补码补码是针对符号机器数而言。是针对符号机器数而言。第第0章章 计算机的基础知识计算机的基础知识 几点说明：几点说明：根据两数互为补的原理，对补码求补码就可以得到其根据两数互为补的原理，对补码求补码就可以得到其原码，将原码

49、的符号位变为正、负号，即是它的真值原码，将原码的符号位变为正、负号，即是它的真值 例如求补码数例如求补码数FAHFAH的真值的真值 。因为。因为FAHFAH为负数为负数,求补码求补码 FAH FAH补补86H=-6,86H=-6,所以补码数所以补码数FAHFAH的真值为的真值为-6.-6.例如求补码数例如求补码数78H78H的真值的真值 。因为。因为78H78H为正数求补码为正数求补码 78H 78H补补78H=+120 78H78H=+120 78H的真值为的真值为120 120 一个用补码表示的机器数，若最高位为一个用补码表示的机器数，若最高位为0 0，则其余几，则其余几位即为此数的绝对值

50、；若最高位为位即为此数的绝对值；若最高位为1 1，其余几位不是此，其余几位不是此数的绝对值，必须把该数求补（按位取反（包括符号数的绝对值，必须把该数求补（按位取反（包括符号位）加位）加1 1），才得到它的绝对值。），才得到它的绝对值。如：如：X=-15 -15X=-15 -15补补F1HF1H11110001B 11110001B 求补得求补得00001110000011101 100001111B=1500001111B=15 第第0章章 计算机的基础知识计算机的基础知识 当数采用补码表示时，就可以把减法转换为加法。当数采用补码表示时，就可以把减法转换为加法。例例1：64-10=64+(-1