王丰微机原理接口电子教案第一章.ppt

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1、 第第1 1章基础知识章基础知识1.11.1数制数制1.1.11.1.1二进制二进制1 1十进制数的特点及基数、权的概念十进制数的特点及基数、权的概念（1 1）0909这十个独立的符号叫做数码，数码的个数叫基数，这十个独立的符号叫做数码，数码的个数叫基数，十进制数的基数是十进制数的基数是1010。（2 2）逢十进一）逢十进一,2 2二进制数的特点二进制数的特点（1 1）有二个独立的符号：）有二个独立的符号：0 0、1 1。二进制数的基数为。二进制数的基数为2 2。（2 2）逢二进一）逢二进一,说明：二进制数在其尾部加字母说明：二进制数在其尾部加字母B B或者加下标或者加下标2 2表示。表示。3

2、 3十进制数转换为二进制数十进制数转换为二进制数 十进制数转换为二进制数时，整数部分与小数部分转换方十进制数转换为二进制数时，整数部分与小数部分转换方法不同，这二部分应分别转换，然后再将得到的二部分二进法不同，这二部分应分别转换，然后再将得到的二部分二进制数合并起来得到转换后的结果。制数合并起来得到转换后的结果。(1)(1)整数部分的转换整数部分的转换 规则规则:除除2 2取余，逆序排列。最先的余数在最低位，最后的取余，逆序排列。最先的余数在最低位，最后的 余数在最高位。余数在最高位。(2)(2)小数部分的转换小数部分的转换 规则规则:乘乘2 2取整，顺序排列。最先的整数在最高位，最后的取整，

3、顺序排列。最先的整数在最高位，最后的 整数在最低位。整数在最低位。4 4二进制数转换为十进制数二进制数转换为十进制数 转换方法为依据二进制数的三个特点：转换方法为依据二进制数的三个特点：二进制数二进制数anananan1a1a01a1a0b1b2b1b2bmbm的值是：的值是：a an n22n n a an-1n-1 2 2n-1n-1 a a1 1 2 21 1 a a0 0220 0b b1 1221 1 b b2 2222 2 bmbm22m m 5 5二进制数运算二进制数运算二进制数的运算规则同十进制数一样，只是逢二进一。二进制数的运算规则同十进制数一样，只是逢二进一。6 6相关概念

4、及术语相关概念及术语 位（位（BitBit）：）：指二进制数字的指二进制数字的1 1位。位。字节（字节（ByteByte）：）：8 8位二进制数为位二进制数为1 1个字节。个字节。字（字（WordWord）：）：1616位二进制数为位二进制数为1 1个字，即个字，即1 1个字个字2 2个字节。个字节。除了以上三个基本单位外，在描述存储器的存储容量时还除了以上三个基本单位外，在描述存储器的存储容量时还常用如下几个单位：常用如下几个单位：1 1KBKB210210字节字节10241024B B1MB1MB220220字节字节210210KBKB1GB1GB230230字节字节210210MBMB1

5、TB1TB240240字节字节210210GBGB记住以下结论：记住以下结论：n n位二进制数可表位二进制数可表2 2n n个数，范围为个数，范围为0 02 2n n1 1。1.1.21.1.2十六进制十六进制1 1十六进制数的特点十六进制数的特点（1 1）有十六个独立的符号：）有十六个独立的符号：0 09 9、A A、B B、C C、D D、E E、F F。（2 2）逢十六进一逢十六进一 说明：十六进制数在尾部加字母说明：十六进制数在尾部加字母H H或下标或下标1616表示。表示。2 2十六进制数与十进制数的相互转换十六进制数与十进制数的相互转换(1)(1)十进制数转换为十六进制数十进制数转

6、换为十六进制数 转换方法类同于向二进制数的转换转换方法类同于向二进制数的转换,但整数部分为除但整数部分为除1616取取 余余,小数部分为乘小数部分为乘1616取整取整.(2)(2)十六进制数转换为十进制数十六进制数转换为十进制数 根据十六进制数的特点根据十六进制数的特点3 3进行转换。进行转换。3 3二进制数与十六进制数的相互转换二进制数与十六进制数的相互转换(1)(1)二进制数转换为十六进制数二进制数转换为十六进制数 将二进制数从小数点开始，向左每将二进制数从小数点开始，向左每4 4位为一组，不足位为一组，不足4 4位的位的左方补左方补0,0,然后每组二进制数用一位等值的十六进制数表示然后每

7、组二进制数用一位等值的十六进制数表示,这这样就得到整数部分的十六进制数；再向右每样就得到整数部分的十六进制数；再向右每4 4位为一组，不足位为一组，不足4 4位的右方补位的右方补0 0，并将每组二进制数用一位等值的十六进制数，并将每组二进制数用一位等值的十六进制数表示，这样就得到小数部分的十六进制数。表示，这样就得到小数部分的十六进制数。(2)(2)十六进制数转换为二进制数十六进制数转换为二进制数 将每位十六进制数字转换为等值的将每位十六进制数字转换为等值的4 4位二进制数即可。位二进制数即可。1.1.31.1.3八进制八进制(略略)1.21.2码制码制1.2.11.2.1带符号数的编码带符号

8、数的编码1 1机器数与真值机器数与真值 一个数在计算机内的表示形式称为机器数。机器数代表一个数在计算机内的表示形式称为机器数。机器数代表的实际数值，称为机器数的真值。的实际数值，称为机器数的真值。2 2原码原码 原码是最简单的带符号数的编码方法。它将机器数的最原码是最简单的带符号数的编码方法。它将机器数的最高位作为符号位，高位作为符号位，0 0表示正数，表示正数，1 1表示负数，后面的各位表示表示负数，后面的各位表示数的绝对值。这种方法也称为数的绝对值。这种方法也称为“符号符号-绝对值绝对值”法，如图法，如图1 15 5所示：所示：图图1-5 1-5 原码表示法解原码表示法解3 3反码反码 正

9、数的反码与其原码相同，负数的反码是其对应的正数连正数的反码与其原码相同，负数的反码是其对应的正数连同符号位按位取反求得。同符号位按位取反求得。4 4补码补码 正数的补码与其原码相同，负数的补码是其反码加正数的补码与其原码相同，负数的补码是其反码加1 1。由补码求真值（即求出补码表示的原数）的方法如下：由补码求真值（即求出补码表示的原数）的方法如下：（1 1）先由符号位判断真值的符号，补码的最高位）先由符号位判断真值的符号，补码的最高位0 0，表示真，表示真 值符号为正，否则为负。值符号为正，否则为负。（2 2）对于正数，符号位后面部分即为真值的绝对值；对于）对于正数，符号位后面部分即为真值的绝

10、对值；对于 负数，需要将符号位后面的部分按位取反，再末位加负数，需要将符号位后面的部分按位取反，再末位加1 1，所得数值才是真值的绝对值。所得数值才是真值的绝对值。5 5原、反、补码的比较原、反、补码的比较 三种码制既有共同点又各自有不同性质三种码制既有共同点又各自有不同性质,主要区别如下：主要区别如下：（1 1）对于正数它们都等于真值本身，而对于负数各有不同）对于正数它们都等于真值本身，而对于负数各有不同 的表示方法。的表示方法。（2 2）最高位都表示符号位。）最高位都表示符号位。（3 3）原码和反码中）原码和反码中0 0有二种表示方法，而补码中有二种表示方法，而补码中0 0只有一种只有一种

11、 表示方法。表示方法。（4 4）原码和反码表示的正、负数范围相对于）原码和反码表示的正、负数范围相对于0 0来说是对称的，来说是对称的，但补码负数表示范围较正数表示范围宽，能多表示一但补码负数表示范围较正数表示范围宽，能多表示一 个最小的负数（绝对值最大的负数）。个最小的负数（绝对值最大的负数）。6 6不同码制下数的表示范围不同码制下数的表示范围（1 1）无符号整数的表示范围）无符号整数的表示范围 8 8位无符号数表示范围为位无符号数表示范围为00N255N255。16 16位无符号数表示范围为位无符号数表示范围为00N65535N65535。n n位无符号数表示范围为位无符号数表示范围为00

12、N2N2n n1 1。（2 2）有符号数的表示范围有符号数的表示范围 8 8位补码表示范围为位补码表示范围为-128-128NN127127。16 16位补码表示范围为位补码表示范围为3276832768NN3276732767。n n位补码能表示范围为位补码能表示范围为 2 2n-1n-1NN 2 2n-1n-11 1。7 7补码的运算规则及溢出补码的运算规则及溢出(1)(1)补码的运算规则补码的运算规则 补码的加法规则是：补码的加法规则是：X XYY补补 XX补补 YY补补 补码的减法规则是：补码的减法规则是：X XYY补补 XX补补 YY补补 其中的其中的 YY补只要对补只要对 YY补求

13、补就可得到。补求补就可得到。(2)(2)补码的溢出、符号扩展补码的溢出、符号扩展 补码只能表示一定范围内的数，当参加运算的二个数都在补码只能表示一定范围内的数，当参加运算的二个数都在此范围之内时，运算结果却可能超出此范围，这时运算结果此范围之内时，运算结果却可能超出此范围，这时运算结果就不正确了，称为溢出。就不正确了，称为溢出。防止溢出的办法是使用更多位数的补码进行运算。防止溢出的办法是使用更多位数的补码进行运算。当将较少位数的补码变为较多位数的补码时，只须在较少当将较少位数的补码变为较多位数的补码时，只须在较少位数的补码前面填充符号位即可变为较多位数补码，这种方位数的补码前面填充符号位即可变

14、为较多位数补码，这种方法称为符号扩展。法称为符号扩展。1.2.21.2.2数的定点表示与浮点表示数的定点表示与浮点表示1 1定点表示法定点表示法 在定点表示法中，所有数据的小数点固定在某一位置上。在定点表示法中，所有数据的小数点固定在某一位置上。通常把小数点的固定在有效数位的最前面或末尾，因而形成通常把小数点的固定在有效数位的最前面或末尾，因而形成了定点整数和定点小数二种定点数。了定点整数和定点小数二种定点数。(1)(1)定点整数定点整数 定点整数约定小数点在数值位的最低位之后，此时计算定点整数约定小数点在数值位的最低位之后，此时计算机中所表示的数一律为整数，如图机中所表示的数一律为整数，如图

15、1 16 6所示。所示。图图1-6 1-6 定点整数格式定点整数格式(2)(2)定点小数定点小数 定点小数用最高位表示符号定点小数用最高位表示符号,其它其它n n1 1位二进制数表示数位二进制数表示数值部分值部分,小数点定在数值部分最高位左边小数点定在数值部分最高位左边,如图如图1-7(1-7(见下页见下页)。图图1-7 1-7 定点小数格式定点小数格式2 2浮点表示法浮点表示法(1)(1)浮点数的格式浮点数的格式 浮点数中首先要将二进制实数写成类似于十进制科学标识浮点数中首先要将二进制实数写成类似于十进制科学标识法的格式：法的格式：N NMRMRE E 式中式中E E为阶码，为阶码，M M为

16、尾数，为尾数，E E和和M M都是带符号的定点数。都是带符号的定点数。R R是常是常数不需要在机器数中表示出来。浮点数的格式如图所示数不需要在机器数中表示出来。浮点数的格式如图所示.图图1-8 1-8 浮点数格式浮点数格式(2)(2)规格化浮点数规格化浮点数 在公式在公式N NMRMRE E中，同一个中，同一个N N的值可以表示成不同的形式，的值可以表示成不同的形式，即表示为不同的即表示为不同的M,EM,E值值(假设假设R R是固定的是固定的)。通常将浮点数表示。通常将浮点数表示成规格化的形式。成规格化的形式。对对r r进制的规格化浮点数是指尾数部分进制的规格化浮点数是指尾数部分M M满足满足

17、:1/2|:1/2|M|M|1 1的数。的数。对于对于r r2 2，则有则有:1/2|:1/2|M|M|1 1。1.2.31.2.3ASCIIASCII码与码与BCDBCD码码 1 1ASCIIASCII码码 ASCIIASCII码有二种形式：码有二种形式：7 7位位ASCIIASCII码和码和8 8位位ASCIIASCII码。码。ASCIIASCII码表中数字和英文字母都是按顺序排列的码表中数字和英文字母都是按顺序排列的.数字的数字的ASCIIASCII码码:任一数字字符的任一数字字符的ASCIIASCII码该数字值码该数字值3030H H。字母的字母的ASCIIASCII码码:同一字母的大

18、小写同一字母的大小写ASCIIASCII码不同码不同,小写字母小写字母 的的ASCIIASCII码比大写字母的码比大写字母的ASCIIASCII码大码大2020H H。2 2BCDBCD码码 BCDBCD码有多种编码方法，最常用的是码有多种编码方法，最常用的是84218421BCDBCD码码.编码方案为：将十进制数的每一位数字直接用等值编码方案为：将十进制数的每一位数字直接用等值4 4位二进位二进制数表示。制数表示。由于由于4 4位二进制数有位二进制数有1616种组合种组合,而而1 1位十进制数字只有位十进制数字只有0909十十种状态种状态,故故84218421BCDBCD码中二进制数不允许出

19、现码中二进制数不允许出现101011116101011116种组种组合。合。1.2.41.2.4如何理解计算机中数的多种表示形式如何理解计算机中数的多种表示形式(略略)1.31.3常用数字逻辑器件常用数字逻辑器件 1.3.11.3.1基本门电路基本门电路1 1基本门电路基本门电路基本门电路的符号与真值表如下图基本门电路的符号与真值表如下图1 19 9所示。所示。图图1-9(1-9(续续)基本门电路基本门电路2 2三态门三态门 三态门的符号如下图三态门的符号如下图1 11010所示。所示。图图1-10 1-10 三态非门三态非门1.3.21.3.2触发器触发器 1 1基本基本RSRS触发器触发器

20、 基本基本RSRS触发器的符号及用法如图触发器的符号及用法如图1 11111所示所示(见下页见下页)。2 2钟控钟控RSRS触发器触发器 钟控型钟控型RSRS触发器的符号及用法如图触发器的符号及用法如图1 112(12(见下页见下页)所示。所示。边沿触发边沿触发RSRS触发器触发器(主从型主从型RSRS触发器触发器)的符号及用法如图的符号及用法如图1 1 13(13(见下页见下页)所示。所示。图图1-11 1-11 基本基本RSRS触发器触发器 图图1-12 1-12 时钟控制时钟控制RSRS触发器触发器 图图1-13 1-13 主从型主从型RSRS触发器触发器3 3D D触发器触发器 D D

21、触发器的符号及用法如图触发器的符号及用法如图1 11414所示。所示。图图1-14 1-14 时钟控制时钟控制D D触发器触发器 7474LS273LS273是常用的是常用的D D触发器之一，它内部由触发器之一，它内部由8 8个个D D触发器构成，触发器构成，其引脚及真值表如图其引脚及真值表如图1 115(15(见下页见下页)所示。所示。74 74LS273LS273用用S S低电来复位，用低电来复位，用CPCP脉冲上升沿将脉冲上升沿将8 8个输入端个输入端D7D7D0D0的状态锁存在的状态锁存在7 7个输出端个输出端Q7Q7Q0Q0。7474LS273LS273不能呈高阻态，而不能呈高阻态，

22、而7474LS374LS374则具有三态输出功能。则具有三态输出功能。7474LS374LS374引脚及真值表如图引脚及真值表如图1 116(16(见下页见下页)所示。所示。图图1-15 741-15 74LS273LS273引脚与真值表引脚与真值表图图1-16 741-16 74LS374LS374引脚与真值表引脚与真值表4 4JKJK触发器触发器 JKJK触发器的符号及用法如图触发器的符号及用法如图1 11717所示。所示。图图1-17 1-17 主从型主从型JKJK触发器触发器1.3.31.3.3译码器译码器 二进制译码器常用的有二进制译码器常用的有2-42-4译码器和译码器和3-83-8译码器。以译码器。以2-42-4译码译码器为例，其符号及真值表如图器为例，其符号及真值表如图1 118(18(见下页见下页)所示。所示。译码器中最常用的产品是译码器中最常用的产品是3-83-8译码器译码器7474LS138LS138，它有三个片它有三个片选控制端，这三个片选控制端内部是选控制端，这三个片选控制端内部是 与与 的关系，只有同时的关系，只有同时有效时，译码器才能工作。有效时，译码器才能工作。7474LS138LS138引脚及真值表如图引脚及真值表如图1 11818所示所示(见课本见课本)。图图1-18 2-41-18 2-4译码器及其真值表译码器及其真值表