微型计算机基础.ppt

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1、0,2012年10月,主讲人：王红星,机械类专业必修课,专 业:机械制造及其自动化,1,教学内容,1、课程准备,2、微型计算机基础,4、微机系统接口扩展,3、微机系统应用程序设计,5、微机系统通信接口,6、人及交互接口,2,第一章 微型计算机基础,微型计算机是一种能对信息加工处理的机器，它具有记忆、判断和运算能力，能仿效人类的思维活动，代替人的部分脑力劳动，并能对生产过程实施某种控制等等。1946年，美国宾夕法尼亚大学制成世界上第一台ENIAC（Electronic Numerical Integrator And Computer）电子计算机以来，电子计算机经历了电子管、晶体管和集成电路三个

2、发展时代，于20世纪70年代初出现了第一台微型计算机。,最初的计算机只是作为一种现代化的计算工具，而现在微型计算机的应用领域已广泛渗透到国民经济的各个领域和人民生活的各个方面，在信息社会中彰显出日益重要的地位，其科学水平、生产规模和应用程度已成为衡量一个国家现代化水平的重要标志。,3,1.1 微型计算机的组成体系,第一章 微型计算机基础,1.微型化计算机装置,以微处理器为核心，配置辅助电路（如RAM、ROM、I/O接口电路）而构成的微型化的计算机装置（简称C），它是具有完成运行功能的计算机。,2.单片微型计算机,由单块集成电路芯片构成，内部包含有计算机的基本功能部件：中央处理器CPU，存储器和

3、I/O接口电路等，只需要与适当的软件和外部设备相结合，便可成为微机控制系统。,4,第一章 微型计算机基础,1.1.1 微型计算机的发展,1.微处理器技术的发展,第一代，1971年10月，美国Intel公司首先推出Intel4004微处理器。微处理器进入4位微处理器和低档8位微处理器的时期。1972年3月，Intel公司又推出Intel8008微处理器实现了8位并行运算。第二代，1973年开始，以8位微处理为主的时期。典型产品有：1973年Intel8080；1974年3月，Motorola公司的MC6800；19751976年，Zilog公司的Z80；1976年，Intel8085等。,5,第

4、一章 微型计算机基础,第三代，1978年开始，以16位微处理为主的时期。典型产品有：1978年Intel8086；1979年，Zilog公司的Z8000;1979年，Motorola公司的MC68000等。第四代，1981年开始，以32位微处理为主的时期。典型产品有：1983年，Zilog公司的Z80000；1984年，Motorola公司的MC68020；1985年，Intel公司的80386等。这一时期微处理器的集成度达到了空前规模。如80386微处理器集成度为27.5万管/片。自Intel80386芯片推出以来，又出现了许多高性能的32位和64位微处理器，如Motorola的MC6803

5、0、MC68040，AMD公司的K6-2、K6-3、K7以及Intel的80486、Pentium、PentiumII、PentiumIII和Pentium4等产品。,6,第一章 微型计算机基础,2.单片微型计算机的发展,单片微型计算机的发展，以Intel公司1976年推出的8位单片机为起点，大体经历了三个历史阶段。,1974年，美国仙童（Fairchild）公司研制出世界上第一台单片微型计算机F8，该机由两块集成电路芯片组成，结构独特，具有与众不同的指令系统，深受民用电器和仪器仪表领域的欢迎和重视。,第一代单片微型计算机（19761978）。始于1976年，以MCS-48系列为代表。,第二代

6、单片微型计算机（19781982）。以Intel公司的MCS-51系列为代表,7,第一章 微型计算机基础,第三代单片微型计算机（1982）。技术特点是全速发展单片微机的控制功能。综合特点为：,（1）发展非总线型单片微机，并与原有的总线型单片机形成了两大派系。为了满足家电控制器的巨大市场，将单片机的并行扩展总线省去，推出廉价型单片微机，并尽可能将一些外围接口封装在片内；（2）为了满足不使用并行总线而能扩展各种外围器件，推出了串行扩展总线。如philips的I2C总线、Motorola的SPL、NS公司的Microwire/PLUS的串行外围接口等；（3）发展具有良好控制功能的控制网络总线，以实现

7、串行通信总线难以构成的多主强控制功能的网络系统。例如汽车电子系统中采用的CAN总线。,8,第一章 微型计算机基础,1.1.2 微型计算机的分类机主流系列,1.单片微机的分类,20世纪80年代以来，各大电气及半导体器件厂商纷纷推出自己的产品系列。迄今为止，市场上的单片微机产品已达60多个系列，600余个品种。,从不同的角度有不同的分法。从运算位长短分，可分为4位、8位、16位、32位等微机种类；从使用场合的不同，可分为高端单片机和低端单片机；从应用领域分，可分为家电类单片机、工控类单片机、通信类单片机、军工类单片机；按是否通用分，有通用型单片机和专用型单片机。,数据处理位数是单片微机的重要标志，

8、因此重点讨论。,9,第一章 微型计算机基础,(1)4位单片机,4位单片微型计算机的控制功能较弱，CPU一次只能处理4位二进制。这类单片微机常用于计算器、各种形态的智能单元以及作为家用电器中的控制器。典型产品有美国NS（National semiconductor）公司的COP4系列、Toshiba公司的TMP47系列以及Panasonic公司的MN1400系列单片微机。,(2)8位单片机,8位单片微型计算机的控制功能较强，品种最为齐全。对比4位单片微机，它不仅具有较大的存储容量和寻址范围，而且中断源、并行I/O接口和定时器/计数器个数都有了不同程度的增加，并集成有全双工串行通讯接口。,其他还有

9、16位和32位单片机等类型，根据需要自行选定。,10,第一章 微型计算机基础,2.单片微型计算机的主流系列,市场上流行的单片微型计算机种类很多，主要有：美国的Intel、Motorola、Zilog、NS、Microchip、Atmel和TI公司，日本的NEC（日电）、Toshiba（东芝）、Fujitsu（富士通）和Hitachi（日立）公司，荷兰的Philips，英国的Inmos和德国的Siemens（西门子）公司等等。,(1)Intel公司的单片微机,MCS-51系列单片机是Intel公司1980年推出的8位单片机。80C51是MCS-51系列中的一个子系列，是一族高性能兼容型单片机，S

10、iemens、Philips等公司在80C51基础上推出了与80C51兼容的新型单片机统称80C51系列。,11,第一章 微型计算机基础,(2)Freescale公司的单片微机,Freescale是世界上最大的单片机厂商，2004年由Motorola公司半导体部更名为Freescale Semiconductor,并独立运行。Freescale单片机的特点之一是在同样的速度下所用的时钟频率较Intel类单片机低得多，因而使得高频噪声低，抗干扰能力强，更适合于工控领域及恶劣的环境。,（3）Atmel公司的单片微机,美国Atmel公司是世界上著名的高性能、低功耗、非易失性存储器和数字集成电路的一流

11、半导体制造公司。Atmel公司最令人注目的是E2PROM和闪存（flash）存储器技术，一直处在世界领先地位。该公司把E2PROM和Flash存储器技术巧妙地运用于单片机，并采用多种封装形式和高标准质量检测。,12,第一章 微型计算机基础,1.1.3 微型计算机的组成原理,20世纪80年代以来，各大电气及半导体器件厂商纷纷推出自己的产品系列。迄今为止，市场上的单片微机产品已达60多个系列，600余个品种。,1.以微处理器为中心的微型计算机系统,以微处理器为中心的微型计算机系统是在中小型计算机基础上发展起来的，并以大规模集成电路技术为条件的一种新型计算机，和其他计算机相比，其最大特点是采用总线结

12、构，其中三总线结构尤为普遍，目前已成为微型计算机的一种结构。,13,第一章 微型计算机基础,微处理器MPU是通过AB、DB和CB三总线同外围的大规模集成电路ROM存储器、RAM存储器及I/O接口电路相连进行工作的。,14,第一章 微型计算机基础,微处理器是微型计算机的CPU（Central Processing Unit），具有运算器和控制器的功能，因而它是组成微型计算机的核心部件。微处理器内部结构极其复杂，从功能上看，主要分三大部分运算器、控制器和寄存器组。,（2）ROM和RAM存储器,ROM和RAM是半导体存储器。ROM（Read Only Memory）存储器是一种在正常工作时只能读不能

13、写的存储器，故它通常用来存放固定程序和常数。RAM（Random Access Memory）存储器是一种在正常工作时既能读又能写的存储器，通常用来存放原始数据、中间结果、最终结果和实时数据等。RAM中存入的信息不能长久保存，停电后便立即消失，故它又称为易失性存储器。,（1）微处理器MPU,微处理器是微型计算机的CPU（Central Processing Unit），具有运算器和控制器的功能，因而它是组成微型计算机的核心部件。微处理器内部结构极其复杂，从功能上看，主要分三大部分运算器、控制器和寄存器组。,15,第一章 微型计算机基础,（3）I/O接口电路,微型计算机通过I/O接口电路与各种外

14、部设备相连，而总线是CPU和存储器、I/O接口电路之间信息传输的通道。,16,第一章 微型计算机基础,2.以单片微机为中心的微型计算机系统,单片微型计算机由单块集成电路芯片构成，内部包含有计算机的基本功能部件：中央处理器CPU、存储器和I/O接口电路等，因此单片微型计算机只需要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个计算机应用系统。,17,第一章 微型计算机基础,（1）中央处理器CPU,CPU是单片机的核心部分，通常由运算器、控制器和中断电路等组成。CPU进行算术运算和逻辑操作的字长同样有4位、8位、16位和32位之分，字长越长运算速度越快。,（2）存储器,单片微型计算机中，ROM和RAM存

15、储器是分开制造的。ROM存储器用于存放应用程序，故又称为程序存储器。目前，单片微型计算机根据片内ROM的结构，可分为无ROM型、ROM型和EPROM型三类，常用常见的是新出现的具有E2ROM和Flash型ROM存储器的产品。RAM存储器主要用来存放实时数据或作为通用寄存器、数据堆栈和数据缓冲器之用。,18,第一章 微型计算机基础,（3）I/O接口和特殊功能部件,I/O接口电路有串行和并行两种。串行I/O用于串行通信，它可以把单片机内部的并行8位数据（位机）变成串行数据向外传送，也可以串行接收外部送来的数据并把它们变成并行数据送给CPU处理。并行I/O电路可以使单片微型计算机和存储器或外设之间并

16、行地传送8位数据（8位机）。特殊功能部件指单片微型计算机集成的定时器/计数器、A/D和D/A、DMA通道等电路。定时器/计数器用于产生定时脉冲，以实现单片机的定时控制；A/D和D/A转换器用于模拟量和数字量之间的相互转换，以完成实时数据的采集和控制；DMA通道可以使单片机和外设之间实现数据的快速传送。因此，单片微型计算机集成的特殊功能部件及其数量与产品的型号有关。,19,第一章 微型计算机基础,1.2 微型计算机的数制及其转换,计算机最基本的功能是对“数据”进行运算处理。数据是计算机操作的对象，一般可分为数值数据和非数值数据。数值数据用于表示数量的大小，它有确定的数值；非数值数据没有确定的数值

17、，它主要包括字符、汉字、逻辑数据等。数值数据的正负、大小、小数点如何表示为二进制形式，非数值数据如何表示为二进制形式，数据表示为二进制信息后，如何对数据进行运算，运算结果是否会溢出等一系列问题需要进行详细讨论。,20,第一章 微型计算机基础,1十进制,一种数制最基本的特征是它的基数，基数是指数制中表示数值的数码个数。日常生活中，人们习惯使用十进制，它有10个符号0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，即十进制有10个数码，基数为10。它的计数规则是“逢十进一，借一当十”。,数的表示法一般采用位置计数法。每一个数码和数码所在的位置载有该数大小的数值称为“权”。每个位置的“权”可以用基数的乘方表示

18、。如数(53891)10可表示为：,按位权展开表示为：,53891=5104+3103+8102+9101+1100,21,第一章 微型计算机基础,十进制小数的位权是以10的负次方幂表示的，如10-1=0.1，10-2=0.01。,所以有n位整数和m位小数十进制数D(Decimal number)用按权展开表示为：,m和n取正整数。,22,第一章 微型计算机基础,2二进制,二进制的基为“2”，数字符号为0和1，其计算规则为“逢二进一，借一当二”。二进制各位的权是以2为底的幂，例如数(10111)2可表示为：,任意二进制数B(Binary number)按权位展开为：,2二进制,二进制的基为“2

19、”，数字符号为0和1，其计算规则为“逢二进一，借一当二”。二进制各位的权是以2为底的幂，例如数(10111)2可表示为：,23,第一章 微型计算机基础,3八进制,八进制的基为“8”，对应的数字符号共有8个：0，1，2，3，4，5，6，7，其计算规则为“逢八进一，借一当八”。八进制各位的权是以8为底的幂，八进制数按权展开的计算方法同十进制和二进制，例如数(362)8按权展开为：,(362)8=382+681+280,3八进制,八进制的基为“8”，对应的数字符号共有8个：0，1，2，3，4，5，6，7，其计算规则为“逢八进一，借一当八”。八进制各位的权是以8为底的幂，八进制数按权展开的计算方法同十

20、进制和二进制，例如数(362)8按权展开为：,4十六进制,十六进制的基为“16”，对应的数字符号共有16个：0，1，2，9，A，B，C，D，E，F，其计算规则为“逢十六进一，借一当十六”。十六进制各位的权是以16为底的幂，十六进制数按权展开的计算方法同十进制和二进制，例如数(362)16按权展开为：,(362)16=3162+6161+1160,24,第一章 微型计算机基础,各数制的数码对照表,25,第一章 微型计算机基础,在编写计算机程序时，数据的书写可以用各种计数制来表示，为了区别不同的计数制，可以在数的右下角用数字标注该数的数制，例如，八进制数342.32可以写成(342.32)8。此外

21、，还可以采用数据加后缀作标识：D后缀表示十进制（Decimal），如3438D表示十进制数3468；B后缀表示二进制（Binary），如0111 0101B表示二进制数0111 0101；O后缀表示八进制（Octal），如2632O表示八进制数2632，由于O容易与0相混淆，统常用Q代替；H后缀表示十六进制（Hexadecimal），如96A7BH表示十六进制数96A7B。,26,第一章 微型计算机基础,1.2.2 微型计算机数制之间的转换,人们习惯使用十进制，但计算机的算术运算和逻辑运算是以二进制为基础的运算，因此在解决问题时，需要把问题变成计算机能够“理解”的形式，这就需要把十进制数转换成

22、二进制代码。当计算机运算完毕时，又需要把获得的二进制结果转换为十进制数，以满足人们的工作习惯。二进制数通常位数多，书写麻烦，而十六进制数易于书写，在编程时多为人们采用。因此，在应用中，同一个数据在不同场合需要用不同的数制来表示，不同进制数在计算过程中完成相应转换，转换前后两数应相等。,27,第一章 微型计算机基础,1各类进制数转换为十进制数,转换方法：直接按位权展开，并求和。转换计算如下：,例1 将二进制数111.11转换成十进制数。计算过程如下：,28,第一章 微型计算机基础,将十六进制数61.B转换成十进制数。计算过程如下：,2十进制数转换为其他进制数,（1）十进制数转换二进制数,十进制数

23、通常分为整数部分和小数部分，转换时要分别进行计算。,29,第一章 微型计算机基础,整数部分的转换方法为“除2取余数，结果倒排序”，即将整数部分除以2，得到整数商和余数，对商再除以2，又得到商和余数，继续这一过程，直到商等于0为止，在将所得的一系列余数按逆序排列，即得到整数部分对应的二进制数。,小数部分的转换方法为“乘2取整数，结果顺排列”，即将小数部分乘以2，乘积保留整数部分，再将所得乘积小数部分乘以2，再保留整数部分，继续这一过程，直到达到有效位数或小数部分等于零为止，然后将所得的整数部分按顺序排列，即得到小数部分对应的二进制数。,将整数部分和小数部分所得的二进制数合起来，便得到转换后的二进

24、制数。小数部分转换中，乘积的小数部分常常是总不为零，二进制小数的位数可能很多，转换时可以根据精度要求，取一定的位数即可。,30,第一章 微型计算机基础,例3 将(41.495)10转换为二进制数。解 1）先将整数部分转换为二进制数，计算过程如下：,因此有(41)10=(101001)2。,31,第一章 微型计算机基础,2）小数部分转换为二进制数，计算过程如下：,因此有(0.495)10=(0.0111)2。,综合起来，得,(41.495)10=(101001.0111)2。,32,第一章 微型计算机基础,（2）十进制数转换为任意进制数,把十进制转换为任意进制数的方法和十进制转换成二进制数相似，

25、整数部分采用除以基数取余数的方法，然后倒排序；小数部分是乘以基数得整数的方法，然后顺排序，最后再将其结果分别排列在一起即可。,例4 将十进制数(97.0664)10转换成十六进制数。解：1）先将整数部分转换为十六进制，计算过程如下：,因此有(97)10=(61)16。,33,第一章 微型计算机基础,2）小数部分转换为十六进制数，计算过程如下：,所以有(0.0664)10=(0.10FF)16。综合起来，(97.0664)10=(61.10FF)16。,34,第一章 微型计算机基础,3二进制数与八进制数、十六进制数之间的转换,（1）二进制数与八进制数之间的转换,由于23=8，24=16，所以每三

26、位二进制数对应一位八进制数，每四位二进制数对应一位16进制数，因此二进制与八进制、十六进制之间的转换可以通过表1-1之间的对应关系进行转换。,转换方法：以小数点为界线，分别向左或向右按三位二进制进行分组，不足三位的在前面或后面补足三位。参照表1-1，再将每一组二进制数转换为一位八进制数，排列后即为二进制数对应的八进制数。二进制数和八进制数之间的转换过程可逆。,35,第一章 微型计算机基础,例5 将二进制数11110.11转换成八进制数。转换过程如下：,所以有，(11110.11)2=(36.6)8。,例6 将八进制数35.6转换成二进制数，转换过程如下：,所以有，(35.6)8=(11101.

27、11)2。,36,第一章 微型计算机基础,（2）二进制数与十六进制数之间的转换,转换方法：以小数点为界线，分别向左或向右按四位二进制进行分组，不足四位的在前面或后面补足四位。参照表1-1，再将每一组二进制数转换为一位十六进制数，排列后即为二进制数对应的十六进制数。二进制数和十六进制数之间的转换过程也可逆。,例7 将二进制数110 1110 1111.0110 101B转换为十六进制数，转换过程如下：,所以有，110 1110 1111.0110 101B=(6EF.6A)16。,37,第一章 微型计算机基础,例8 将十六进制数EF.C转换成二进制数，转换过程如下：,所以有，(EF.C)16=(

28、1110 1111.11)2。,38,第一章 微型计算机基础,综上所述，不同进制数之间进行转换时需要注意以下几点：,1）一个二进制数可以准确地转换为十进制数，而一个带小数的十进制数不一定能够准确地用二进制来表示；2）带小数的十进制数在转换为二进制数时，以小数点为分界，整数和小数要分别转换；3）二进制与八进制、十六进制数进行相互转换方便，且能准确地相互转换，因此带小数的十进制数向八进制或十六进制转换时也存在精度问题；4）十六进制数表示二进制数长度较短，且微机中数据表达和编程方便，因此二进制数与十六进制数之间的转换必须十分熟悉。,39,第一章 微型计算机基础,1.3 微型计算机的码制和编码,数据是

29、计算机的处理对象，在计算机中采用基2码进行编码，它包括数值数据和非数值数据两类。数值数据可分为有符号数和无符号数，有符号数又有正、负之分，而且数值数据又有整数和小数之分，存在小数点。本节重点对数据的表示问题进行讨论。,40,第一章 微型计算机基础,1.3.1 微型计算机中数的表示方法,计算机所处理的数据中，对于无正、负意义的数，称为无符号数。而算术运算中的数，存在正负之分，这类数称为带符号数，通常规定一个数的最高位为其符号位。带符号数的正号（+）、负号（-）采用“0”和“1”来表示，“0”表示正数的符号，“1”表示负数的符号。例如，8位二进制数，计算机一般用D7位来表示符号，如。,1机器数与真

30、值（数的符号表示）,41,第一章 微型计算机基础,上述表示方法中，D7为0表示数据为正，为1表示数据为负。例如，有符号二进制数+110101B和-110101B在计算机中分别表示为0110101B和1110101B。为了区别原来的数与它在计算机中的表示形式的不同，符号位和数值位一起作为一个数称为机器数，机器数能被计算机正确识别，而数据的实际数值称为机器数的真值。,2小数的表示,计算机中，小数点通常采用两种表示方法，即定点表示法和浮点表示法。,42,第一章 微型计算机基础,1）定点表示法 定点表示法指小数点在数中的位置是固定不变的。因此，在计算机中数的小数点是隐含的。一个二进制数可以写成如下形式

31、：,式中 J二进制整数，称为数N的阶码；2阶码的底；S为尾数，为K位二进制小数，是N全部有效数字。,例如1011.11B=0.10111012100。,43,第一章 微型计算机基础,式（1-2）也可以表示如下：,J指明了小数点的位置，当J=K时，定点数为整数，即小数点被固定在数值位最低有效位之后，定点数为纯整数。,44,第一章 微型计算机基础,例91011.101B=0.10111012100，表达式中，J=4，而K=7，为了化成定点整数，将表达式右侧二进制数再右移3位，即为1011.101B=0.00010111012111。若字长8位，则数值部分取0001011。当J=0时，定点数就是定点

32、小数。例10 0.00010111211=0.1011120这时J=0，此数字就是定点小数。J码固定不变的二进制数的表示法称为定点表示，这样的数为定点数，机器称为定点机。,45,第一章 微型计算机基础,2）浮点表示法,浮点表示法是指小数点在数中的位置是浮动可变的。由于计算机不能识别小数点“.”，数据中的小数点用J表示表示小数点的位置，J称为浮点数的阶码，阶码包括阶码的符号（又称为阶符）Jf和阶码JM两部分。尾数S包括尾数符号Sf和尾数SM两部分。SM通常采用定点小数形式表示，它决定了浮点数的精度。计算机中，浮点数的表示如下：,46,第一章 微型计算机基础,例11 采用十六位二进制数表示一个浮点

33、数，阶码占5位，尾数和数符占11位，把实数84.375表示为浮点数。,解 84.375=101 0100.011B=0.1010 1000 112+111 阶码J=+111，尾数S=0.1010 1000 11，尾数符号为0，则浮点形式为,47,第一章 微型计算机基础,1.3.2 微型计算机中的原码、反码和补码,二进制数据的正负可以用一位二进制的“0”和“1”两个状态来表示。计算机对数据进行运算时，直接对符号位进行计算得到的是错误的结果，因此为了简化对二进制数值数据实现算术运算，需要将二进制数据进行编码表示，常用的编码有原码、反码和补码。为了讨论方便，首先引入两个概念：机器数和真值。,机器数：

34、带符号的二进制数值数据在计算机内部的编码；真值：机器数所代表的实际值。,48,第一章 微型计算机基础,1原码,设真值为X，机器字长为n位，在二进制数X的原码定义为：,一个数的原码就是该数的机器数，它的最高位为符号位，且用“0”表示正，用“1”表示负，其余各位为数值位。因此，二进制正、负数的原码就是符号化的机器数真值本身。,例12 已知X=+111 0010B，Y=1 1011B，求X，Y的原码（机器字长为8位）。,设真值为X，机器字长为n位，在二进制数X的原码定义为：,X原=0111 0010B；Y原=1001 1011B。,49,第一章 微型计算机基础,例13 已知X原=0101 0011B

35、；Y原=1010 1100B，求X和Y的真值。,解：由式（1-3），已知原码求真值，只需用“+”、“-”分别取代符号位中的“0”和“1”即可。所以有，。,X的真值为：+101 0011BY的真值为：10 1100B,2反码,设真值为X，机器字长为n位，在二进制数X的反码定义为：,50,第一章 微型计算机基础,对于正数，其反码就是该数的原码；对于负数，其反码就是机器数符号位保持不变，其余按位取反。,例14 已知X=+1 1010B，Y=10 0010B，求X和Y的反码（机器字长为8位）。,解：由式（1-4）得：,X反=X原=0001 1010B Y反=1101 1101B,例15 已知X反=01

36、11 1101B，Y反=1111 1111B，求X和Y的真值。,解：根据原码与真值之间的关系，先求出原码，然后求真值。,51,第一章 微型计算机基础,根据X和Y的反码值，X0，则X原=X反，X的真值为：+111 1101B，即+125。Y0，则Y原=1000 0000B，Y的真值为：000 0000B，即0。,3补码,设真值为X，机器字长为n位，在二进制数X的补码定义为：,对于正数，其补码就是该数的原码；对于负数，其补码就是机器数符号位保持不变，其余按位取反后末位加1。,3补码,设真值为X，机器字长为n位，在二进制数X的补码定义为：,52,第一章 微型计算机基础,求二进制数的补码应注意：（1）

37、在补码表示法中，0只有一种表示，即000000;（2）对于1000 0000这个补码编码，其真值被定义为128；（3）负数的补码再取补码等于原码。,例16已知X=+48D，Y=48D，机器字长n=8位，求X和Y的补码。,解：首先将48D转换为二进制数：110000B。由于机器字长是8位，符号位占1位，所以数值占7位。再根据正数的补码等于原码，得：,X补0 011 0000B,Y写成二进制数：Y110000B。,为求Y的补码，首先求Y的原码：Y原1 011 0000B。根据式(1-5)，Y的补码为：Y补1 101 0000B,53,第一章 微型计算机基础,例16 已知X补=0001 1001，Y

38、补=1111 1111，求X和Y的真值。,解：由于X0，所以X原=X补=0001 1001B，X的真值为+001 1001B，即+25。由于Y0，所以Y反=Y补1=1111 11111=1111 1110B。所以有，Y原=1000 0001，Y的真值为000 0001B，即1。,综合来讲，一个有符号数究竟采用何种形式的机器数，必须事先约定；对微型计算机系统来讲，一般采用补码形式表示机器数。有符号数采用补码形式表示后，符号位可以直接参与运算，使运算器的结构简化，降低了机器的成本。,54,第一章 微型计算机基础,1.3.3 微型计算机中的二进制编码,计算机不仅要处理数值数据，而且还要处理大量的非数

39、值数据，例如英文大写字母AZ，标点符号，汉字，专用符号、非数据性数码（如电话号码），而计算机在信息处理过程中，只能识别二进制数，而二进制数只有“0”和“1”两个数，仅用0和1表示非数值性数据存在困难，因此二进制编码就是用一组二进制数来表示字母、字符和数码。,1字符编码,在微型计算机中，使用最多最普遍的编码形式是ASCII字符编码，即美国标准信息交换码（American Standard Code for Information Interchange，ASCII）。,55,第一章 微型计算机基础,56,第一章 微型计算机基础,28421BCD码,8421BCD（Binary Coded Dec

40、imal）码是二进制编码的十进制数，它是将十进制数码09分别用四位二进制数来表示。四位二进制码的位权从高到低分别为8、4、2、1，选择的是0000，0001，0010，1001这10种组合。,例18将十进制数67.9转换成BCD码。,解：转换过程如下：,因此有(67.9)10=(01100111.1001)BCD。,57,第一章 微型计算机基础,1.4 微型计算机的二进制运算,微型计算机的运算包括算术运算和逻辑运算。算术运算包括加、减、乘和除四种运算，而在微型计算机内部常常只有加法电路，在加法电路的基础上完成算术的四种基本运算。,58,第一章 微型计算机基础,1.4.1 算术运算,（1）加法规

41、则0+0=0，0+1=1，1+0=1，1+1=0（向前有进位）。（2）减法规则00=0，10=1，11=0，01=1（向前有借位）。二进制数的加、减运算类似于十进制数的加、减运算，小数点对齐后，相应位按加、减规则直接进行运算。,任何有符号数在微机中一般用定点整数的补码形式表示，其运算结果也是定点整数的补码形式。补码的运算规则是：,X+Y补=X补+Y补XY补=X补+Y补,59,第一章 微型计算机基础,例19 已知X=+10 0011B，Y=101 1001B，求X+Y和XY的补码（用八位二进制数表示）。,解 X=+10 0011B0，则 X补=0010 0011 Y=101 1001B0 Y补=

42、1010 0111B，Y补=0101 1001B X+Y补=X补+Y补=0010 0011+1010 0111=1100 1010B XY补=X补+Y补=0010 0011+0101 1001B=0111 1100,具体计算过程：,60,第一章 微型计算机基础,根据上面的计算过程，有,X+Y补=1100 1010=X补+Y补。X-Y补=0111 1100=X补+-Y补。,61,第一章 微型计算机基础,一般来讲，采用补码形式表示数据后，符号位可以和数值位一样参加运算，而且减法运算可以通过加法运算来实现。采用补码进行加减运算应注意以下几点：1）加法运算时，符号位产生的进位丢掉不管，结果是正确的；2

43、）运算结果不能超出机器数所能表示的范围，否则运算结果不正确，按“溢出”处理。溢出现象只会发生在同号数相加或异号数相减运算之中；3）采用补码运算后，结果也是补码，欲得运算结果的真值，还需进行转换。,62,第一章 微型计算机基础,1.4.2 逻辑运算,逻辑运算是针对逻辑数据进行运算的。逻辑数据主要用来表示“是”或“否”，或称“真”或“假”两个状态的数据，在计算机中用“1”表示“是”或“真”，用“0”表示“否”或“假”。这里“1”和“0”没有数值和大小的概念，只有逻辑意义。,逻辑运算的规则如下：（）逻辑“与”（AND）“与”运算又称逻辑乘，用符号或表示，其运算规则如下：,（2）逻辑“或”（OR）“或”运算又称逻辑加，用符号+或表示，其运算规则如下：,63,第一章 微型计算机基础,（3）逻辑“非”（NOT）“非”运算用符号来表示，其运算规则如下：,（4）逻辑“异或”（XOR）“异或”运算用符号表示，其运算规则如下：,例20已知X=00F0H，Y=7777H，求XY，XY，XY。,解：根据逻辑运算规则，所求结果为：XY0070H，XY77F7H，XY7787H,64,四、本讲小结,单片机的组成体系及分类,微型机的数制及其转换,微型计算机的应用,微型机的码制和编码,二进制运算,第一章 微型计算机基础,