第01章数制与编码精选文档.ppt
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1、第01章数制与编码本讲稿第一页,共五十七页本讲稿第二页,共五十七页本讲稿第三页,共五十七页本讲稿第四页,共五十七页l在你深入学习在你深入学习“数字逻辑数字逻辑”课程的核心内容之前,首先应课程的核心内容之前,首先应该掌握有关基本概念,以及计算机和其它数字系统中数据该掌握有关基本概念,以及计算机和其它数字系统中数据的表示形式!的表示形式!l第一章知识要点第一章知识要点l数字系统的基本概念;数字系统的基本概念;l常用计数制(二进制、八进制、十进制、常用计数制(二进制、八进制、十进制、十六进制)及其转换;十六进制)及其转换;l带符号二进制数的代码表示(机器数、带符号二进制数的代码表示(机器数、真值、原
2、码、补码、反码等概念);真值、原码、补码、反码等概念);l常用的几种编码(常用的几种编码(BCD码、可靠性编码、可靠性编码)。码)。本讲稿第五页,共五十七页引言引言l什么是数字系统什么是数字系统?简单地说,数字系统是一个能对数简单地说,数字系统是一个能对数字信号进行加工、传递和存储的实体,它由实现各种字信号进行加工、传递和存储的实体,它由实现各种功能的功能的数字逻辑电路数字逻辑电路相互连接而成。相互连接而成。例如,数字计算机就是一种最具代表性的数字系统。例如,数字计算机就是一种最具代表性的数字系统。l什么是数字逻辑电路什么是数字逻辑电路?用来处理数字信号的电子线路称为用来处理数字信号的电子线路
3、称为数字电路数字电路。由于数。由于数字电路的各种功能是通过字电路的各种功能是通过逻辑运算和逻辑判断逻辑运算和逻辑判断来实现来实现的,所以数字电路又称为的,所以数字电路又称为数字逻辑电路或者逻辑电路数字逻辑电路或者逻辑电路。本讲稿第六页,共五十七页如:如:1.在日常通常采用的是在日常通常采用的是十进制十进制计数制,计数计数制,计数 规则规则“逢十进一逢十进一”,例:例:0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,99,100,;所谓所谓“数制数制”,即用一组统一的符号和规则表示数的方,即用一组统一的符号和规则表示数的方 法法。2.在计算机中多用的是在计算机中多用的是二进制二进制计数
4、制,因为其物理计数制,因为其物理 器件的输入、输出是用逻辑电平的两个状态表示,它是器件的输入、输出是用逻辑电平的两个状态表示,它是“逢二进一逢二进一”;1.1进位计数制进位计数制本讲稿第七页,共五十七页1.特点特点:10个有序的数字符号:个有序的数字符号:0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 系统讨论各种进位计数制的系统讨论各种进位计数制的特点、表示法和相互转换。特点、表示法和相互转换。例:十进制数例:十进制数 1 2 4 6 3 8 5 3 4 5 .6 7 8 0 9其中:其中:“十十”为为进位基数进位基数“逢十进一逢十进一”的计数规则的计数规则 小数点符号:小数点符号:“.”2.表示法
5、表示法:并列表示法:并列表示法 多项式表示法多项式表示法简称简称基数基数(R)。本讲稿第八页,共五十七页例:十进制数例:十进制数 1 2 3 4 5 .6 7 8 0 9按权展开表示法按权展开表示法 将并列式按将并列式按“权权”展开为按权展开式,展开为按权展开式,称称为多项式表示法。如下例:为多项式表示法。如下例:104 103 102 101 100 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 如上所示,处在不同如上所示,处在不同位置位置的数字具有不同的的数字具有不同的“权权(Weight)”,并列计数法并列计数法,也称,也称位置表示法位置表示法。万万 千千 百百 十十 个个位位 位位
6、 位位 位位 位位小数点小数点十十 百百 千千 万万 十万分十万分 分分 分分 分分 分分 位位 位位 位位 位位 位位位置记数表示法位置记数表示法12345.67809 =1104+2103+3102+4101+510 0 +610-1+710-2+810-3+0 10-4+910-5本讲稿第九页,共五十七页由此推出,任意一个十进制数由此推出,任意一个十进制数N可以表示成:可以表示成:位置记数表示法:位置记数表示法:(N)10=(Kn-1Kn-2K1K0.K-1K-2K-m)10(0Ki 9)i=-mn-1(N)10=(K n-110 n-1 +K n-210 n-2+K 110 1 +K
7、0 10 0+K-110-1+K-210-2+K-m 10-m )10 =K i 10 i (0 K i 9)按权展开按权展开表示法表示法本讲稿第十页,共五十七页对于一个任意进制对于一个任意进制R的数的数N,有,有:1.特点:特点:1.R个有序个有序的数字符号:的数字符号:0、1、R-1;2.小数点小数点符号:符号:“.”3.“逢逢R进一进一”的计数规则的计数规则其中:其中:“R”为为进位基数进位基数或或基数基数。例:例:R=2,二进制,数字符号有,二进制,数字符号有0、1,逢二进一;,逢二进一;R=3,三进制,数字符号有,三进制,数字符号有0、1、2,逢三进一;,逢三进一;R=8,八进制,数
8、字符号有,八进制,数字符号有0,1,2,3,4,5,6,7,逢八进一;,逢八进一;R=16,十六进制,数字符号有,十六进制,数字符号有0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F(必须用单字符表示必须用单字符表示),逢十六进一;,逢十六进一;本讲稿第十一页,共五十七页2.表示法表示法位置记数表示法位置记数表示法(N)R=(An-1An-2A1A0.A-1A-2A-m)R(0AiR-1)按权展开按权展开表示法表示法(N)R =(A n-1R n-1+A n-2R n-2+A 1R 1+A 0R 0 +A-1R-1+A-2R-2+A-mR-m )R i=-mn-1=(A i R
9、i)R(其中:其中:n 整数位数,整数位数,m 小数位数小数位数,0A iR-1,R为进位基数为进位基数)当当R=10时,则时,则括号及括号外的基数括号及括号外的基数R可以省略。可以省略。本讲稿第十二页,共五十七页一、二进制一、二进制l基数基数R=2的进位计数制称为二进制。二进制数中只有的进位计数制称为二进制。二进制数中只有0和和1两个基本数字符号,进位规律是两个基本数字符号,进位规律是“逢二进一逢二进一”。二进。二进制数的位权是制数的位权是2的整数次幂。的整数次幂。任意一个二进制数任意一个二进制数N可以表示成可以表示成l其中,其中,n为整数位数;为整数位数;m为小数位数;为小数位数;Ki为为
10、0或者或者1,-min-1。例如,一个二进制数例如,一个二进制数1011.01可以表示成可以表示成(1011.01)2=123+022+121+120+02-1+12-2本讲稿第十三页,共五十七页本讲稿第十四页,共五十七页本讲稿第十五页,共五十七页l二进制的优点二进制的优点:运算简单、物理实现容易、存储和传运算简单、物理实现容易、存储和传送方便、可靠。送方便、可靠。因为二进制中只有因为二进制中只有0和和1两个数字符号,可以用电子两个数字符号,可以用电子器件的两种不同状态来表示一位二进制数。例如,可器件的两种不同状态来表示一位二进制数。例如,可以用晶体管的截止和导通表示以用晶体管的截止和导通表示
11、1和和0,或者用电平的高,或者用电平的高和低表示和低表示1和和0等。所以,在数字系统中普遍采用二进等。所以,在数字系统中普遍采用二进制。(见书上制。(见书上P3、P4)二进制的缺点:数的位数太长且字符单调,使得二进制的缺点:数的位数太长且字符单调,使得书写、记忆和阅读不方便。书写、记忆和阅读不方便。为了克服二进制的缺点,人们在进行指令书写、程序输为了克服二进制的缺点,人们在进行指令书写、程序输入和输出等工作时,通常采用八进制数和十六进制数作为入和输出等工作时,通常采用八进制数和十六进制数作为二进制数的缩写。二进制数的缩写。本讲稿第十六页,共五十七页二、八进制二、八进制l基数基数R=8的进位计数
12、制称为八进制。的进位计数制称为八进制。八进制有八进制有0、1、7共共8个基本数字符号,进位规律是个基本数字符号,进位规律是“逢八进一逢八进一”。八八进制数的位权是进制数的位权是8的整数次幂。的整数次幂。l其中,其中,n为整数位数,为整数位数,m为小数位数,为小数位数,Ki表示表示07中的任中的任何一个字符,何一个字符,-min-1。本讲稿第十七页,共五十七页三、十六进制三、十六进制l基数基数R=16的进位计数制称为十六进制。的进位计数制称为十六进制。十六进制数中有十六进制数中有0、1、9、A、B、C、D、E、F共共16个数字符号,其中,个数字符号,其中,AF分别表示十进制数的分别表示十进制数的
13、1015。进位规律为。进位规律为“逢十六进一逢十六进一”,十六进制数的位权是十六进制数的位权是16的整数次幂。的整数次幂。任意一个十六进制数任意一个十六进制数N可以表示成可以表示成l其中,其中,n为整数位数,为整数位数,m为小数位数,为小数位数,Ki表示表示09及及AF中中的任何一个字符的任何一个字符,-min-1。本讲稿第十八页,共五十七页l表表1.1十进制数与二、八、十六进制数对照表十进制数与二、八、十六进制数对照表本讲稿第十九页,共五十七页1.2.数制转换数制转换(1)二进制数转换为十进制数二进制数转换为十进制数二进制数转换成十进制数时,只需将二进制数表示成二进制数转换成十进制数时,只需
14、将二进制数表示成按按权展开式权展开式,并按十进制运算法则进行计算,所得结果即为该,并按十进制运算法则进行计算,所得结果即为该数对应的十进制数。数对应的十进制数。数制转换是指将一个数从一种进位制转换成另一种数制转换是指将一个数从一种进位制转换成另一种进位制。进位制。从实际应用出发,要求掌握二进制数与十进从实际应用出发,要求掌握二进制数与十进制数、八进制数、以及十六进制数之间的相互转换。制数、八进制数、以及十六进制数之间的相互转换。1、二进制数与十进制数之间的转换二进制数与十进制数之间的转换本讲稿第二十页,共五十七页例如,(10110.101)2=124+122+121+12-1+12-3=16+
15、4+2+0.5+0.125=(22.625)10(2)十进制数转换为二进制数十进制数转换为二进制数 十进制数转换成二进制数时,应对十进制数转换成二进制数时,应对整数整数和和小数小数分别分别进行处理。整数转换采用进行处理。整数转换采用“除除2取余取余”的方法,小数转的方法,小数转换采用换采用“乘乘2取整取整”的方法。的方法。本讲稿第二十一页,共五十七页整数部分采用基数连除法:整数部分采用基数连除法:先得到的余数为低位,后得到先得到的余数为低位,后得到的余数为高位的余数为高位。小数部分采用基数连乘法:小数部分采用基数连乘法:先得到的整数为高位,后得到的先得到的整数为高位,后得到的整数为低位。整数为
16、低位。所以:(44.375)10(101100.011)2采用基数连除、连乘法,可将十进制数转换为任意的采用基数连除、连乘法,可将十进制数转换为任意的N进制数。进制数。本讲稿第二十二页,共五十七页注意:注意:当十进制小数不能用有限位二进制小数精确表示当十进制小数不能用有限位二进制小数精确表示时。可根据精度要求,求出相应的二进制位数近似地表时。可根据精度要求,求出相应的二进制位数近似地表示。一般当要求二进制数取示。一般当要求二进制数取m位小数时,可求出位小数时,可求出m+1位,位,然后对最低位作然后对最低位作“0舍舍1入入”处理。处理。例如,将十进制小数例如,将十进制小数0.323转换成二进制小
17、数转换成二进制小数(保留保留4位小数位小数)。即:(0.323)10=(0.0101)2另例题见书上P8本讲稿第二十三页,共五十七页2、二进制数与八进制数、十六进制数之间的转换二进制数与八进制数、十六进制数之间的转换(1)二进制数转换为八进制数:)二进制数转换为八进制数:将二进制数由将二进制数由小数点小数点开始,开始,整整数部分向左,小数部分向右数部分向左,小数部分向右,每,每3位位分成一组,不够分成一组,不够3位补零,则位补零,则每组二进制数便是一位八进制数。每组二进制数便是一位八进制数。(2)八进制数转换为二进制数:将)八进制数转换为二进制数:将每位八进制数用每位八进制数用3位二进制数表位
18、二进制数表示示。例如,将八进制数56.7转换成二进制数。例如,将二进制数11100101.01转换成八进制数。即:(11100101.01)2=(345.2)8即:(56.7)8=(101110.111)2本讲稿第二十四页,共五十七页(3)二进制数转换成十六进制数:)二进制数转换成十六进制数:以以小数点小数点为界,分别往为界,分别往高、高、往低每往低每4位为一组位为一组,最后不足,最后不足4位时用位时用0补充,然后写出每组对补充,然后写出每组对应的十六进制字符即可。应的十六进制字符即可。例如,将二进制数101110.011转换成十六进制数。即:(101110.011)2=(2E.6)16(4)
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