第1章基础知识p - 副本

1、20222022年年2 2月月9 9日星期三日星期三第第1章章 计算机基础知识计算机基础知识主要内容：主要内容：计算机中的常用计数制、编码及其相互转换计算机中的常用计数制、编码及其相互转换二进制数的算术运算和逻辑运算二进制数的算术运算和逻辑运算微机系统的组成微机系统的组成1 1武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院单片机应用系统设计单片机应用系统设计教学课件教学课件本章内容以自学为主本章内容以自学为主下面仅就常见问题做简单辅导下面仅就常见问题做简单辅导20222022年年2 2月月9 9日星期三日星期三武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院单片机应用系统设计单片机应用系统设计教学课件教学课

2、件2 21.1 1.1 二进制数及其在计算机中的使用二进制数及其在计算机中的使用二进制数是计算机工作的基础。二进制数是计算机工作的基础。软件和操作以二进制数为基础。软件和操作以二进制数为基础。硬件结构也以二进制数为基础。硬件结构也以二进制数为基础。20222022年年2 2月月9 9日星期三日星期三武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院单片机应用系统设计单片机应用系统设计教学课件教学课件3 31.1.1 1.1.1 二进制数的进位计数特性二进制数的进位计数特性最大特点最大特点: : 同样的数字符号，因在数字序列中所处的位置同样的数字符号，因在数字序列中所处的位置 不同，而使所代表的数值也不同

3、。不同，而使所代表的数值也不同。这样的符号仅这样的符号仅2 2个：个：0 0和和1 1小于小于0.6V0.6V表示表示0 0 ，大于，大于3.4V3.4V表示表示1 1 。可以用开关电路来表达（最简）。可以用开关电路来表达（最简）。20222022年年2 2月月9 9日星期三日星期三武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院单片机应用系统设计单片机应用系统设计教学课件教学课件4 4数字表示信息的数字表示信息的3个关键：个关键：1、符号；、符号；2、位数；、位数；3、排列顺序。、排列顺序。20222022年年2 2月月9 9日星期三日星期三武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院单片机应用系统设计

4、单片机应用系统设计教学课件教学课件5 520222022年年2 2月月9 9日星期三日星期三武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院单片机应用系统设计单片机应用系统设计教学课件教学课件6 61.1.2 1.1.2 机器数与机器数表示形式机器数与机器数表示形式1.1.机器数机器数20222022年年2 2月月9 9日星期三日星期三武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院单片机应用系统设计单片机应用系统设计教学课件教学课件7 72.2.符号数和无符号数符号数和无符号数符号数和无符号数是针对符号而出现的符号数和无符号数是针对符号而出现的2 2种机器数表示方法。种机器数表示方法。同一个二进制数，可以代

5、表符号数或无符号数。同一个二进制数，可以代表符号数或无符号数。但其含义是完全不同的！但其含义是完全不同的！20222022年年2 2月月9 9日星期三日星期三武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院单片机应用系统设计单片机应用系统设计教学课件教学课件8 820222022年年2 2月月9 9日星期三日星期三武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院单片机应用系统设计单片机应用系统设计教学课件教学课件9 901100000符号位符号位数值位数值位20222022年年2 2月月9 9日星期三日星期三武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院单片机应用系统设计单片机应用系统设计教学课件教学课件10102

6、0222022年年2 2月月9 9日星期三日星期三武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院单片机应用系统设计单片机应用系统设计教学课件教学课件11114.4.原码、反码和补码原码、反码和补码机器数有原码、反码和补码机器数有原码、反码和补码3 3种表示方法。种表示方法。其目的是：其目的是： 1 1）简化运算电路；）简化运算电路； 2 2）提高运算速度。）提高运算速度。20222022年年2 2月月9 9日星期三日星期三武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院单片机应用系统设计单片机应用系统设计教学课件教学课件121220222022年年2 2月月9 9日星期三日星期三武汉理工大学机电学院武汉理工

7、大学机电学院单片机应用系统设计单片机应用系统设计教学课件教学课件131320222022年年2 2月月9 9日星期三日星期三武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院单片机应用系统设计单片机应用系统设计教学课件教学课件141420222022年年2 2月月9 9日星期三日星期三武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院单片机应用系统设计单片机应用系统设计教学课件教学课件151520222022年年2 2月月9 9日星期三日星期三武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院单片机应用系统设计单片机应用系统设计教学课件教学课件161620222022年年2 2月月9 9日星期三日星期三武汉理工大学机电学院

8、武汉理工大学机电学院单片机应用系统设计单片机应用系统设计教学课件教学课件171720222022年年2 2月月9 9日星期三日星期三武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院单片机应用系统设计单片机应用系统设计教学课件教学课件18181.1.3 1.1.3 计算机中二进制数的单位计算机中二进制数的单位1.1.位位 （BitBit）2.2.字节（字节（ByteByte）3.3.字字 （WordWord）20222022年年2 2月月9 9日星期三日星期三武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院单片机应用系统设计单片机应用系统设计教学课件教学课件19191.1.4 1.1.4 计算机使用二进制数的原

9、因计算机使用二进制数的原因1.1.易于实现易于实现2.2.运算简单运算简单3.3.具有逻辑属性具有逻辑属性4.4.可靠性高可靠性高5.5.节省硬件资源节省硬件资源20222022年年2 2月月9 9日星期三日星期三武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院单片机应用系统设计单片机应用系统设计教学课件教学课件20201.2 1.2 二进制数的运算二进制数的运算1.2.1 1.2.1 二进制算术运算二进制算术运算 主要有：加、减、乘、除。主要有：加、减、乘、除。 （自学）（自学）20222022年年2 2月月9 9日星期三日星期三武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院单片机应用系统设计单片机应用系

10、统设计教学课件教学课件21211.2.2 1.2.2 二进制逻辑运算二进制逻辑运算能够反映开关量的二进制数本身就具有逻辑性。能够反映开关量的二进制数本身就具有逻辑性。逻辑判断与运算是程序控制的重要环节。逻辑判断与运算是程序控制的重要环节。逻辑运算共有逻辑运算共有4 4种：或、与、非、异或。种：或、与、非、异或。20222022年年2 2月月9 9日星期三日星期三2222（重点重点）武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院单片机应用系统设计单片机应用系统设计教学课件教学课件20222022年年2 2月月9 9日星期三日星期三2323（重点重点）武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院单片机应用系

11、统设计单片机应用系统设计教学课件教学课件20222022年年2 2月月9 9日星期三日星期三2424（重点重点）武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院单片机应用系统设计单片机应用系统设计教学课件教学课件20222022年年2 2月月9 9日星期三日星期三2525（重点重点）武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院单片机应用系统设计单片机应用系统设计教学课件教学课件20222022年年2 2月月9 9日星期三日星期三武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院单片机应用系统设计单片机应用系统设计教学课件教学课件26261.3 1.3 其他进制数其他进制数计算机中的二进制数给用户带来很多不便，计算机

12、中的二进制数给用户带来很多不便，为了读写方便，也采用十进制数或十六进制数。为了读写方便，也采用十进制数或十六进制数。1.3.1 1.3.1 十进制数与十六进制数十进制数与十六进制数20222022年年2 2月月9 9日星期三日星期三武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院单片机应用系统设计单片机应用系统设计教学课件教学课件27271.3.2 1.3.2 不同进制数之间的转换不同进制数之间的转换主要是指：主要是指： 二进制数二进制数、十六进制数十六进制数和和十进制数十进制数之间之间 的转换。的转换。20222022年年2 2月月9 9日星期三日星期三武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院单片机

13、应用系统设计单片机应用系统设计教学课件教学课件2828十进制二进制十六进制012345678012345678000000010010001101000101011001111000十进制二进制十六进制91011121314159ABCDEF1001101010111100110111101111熟记熟记十进制数、二进制数、十六进制数之间十进制数、二进制数、十六进制数之间的的转换转换关系关系（重点重点）20222022年年2 2月月9 9日星期三日星期三武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院单片机应用系统设计单片机应用系统设计教学课件教学课件29291.4 1.4 计算机中使用的编码计算机中

14、使用的编码计算机中除了数字外，还有对符号的编码，计算机中除了数字外，还有对符号的编码，包括：包括： 十进制数编码十进制数编码BCD 码码 文字符号编码文字符号编码ASCII码码20222022年年2 2月月9 9日星期三日星期三3030BCD码码（Binary Coded Decimal）定义：定义：用二进制来表示的十进制数用二进制来表示的十进制数压缩压缩BCD用四位二进制表示一位十进制数，即通常所说的用四位二进制表示一位十进制数，即通常所说的BCD码，即码，即8421BCD码，简称码，简称NBCD。例：例：34D的的BCD表示：表示：0011 0100B34H非压缩非压缩 用八位二进制表示一

15、位十进制数用八位二进制表示一位十进制数 高四位任意，低四位表示高四位任意，低四位表示0-9 例：例：34D的非压缩的非压缩BCD表示：表示：00000011 00000100B0304H武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院单片机应用系统设计单片机应用系统设计教学课件教学课件（重点重点）20222022年年2 2月月9 9日星期三日星期三3131BCDBCD码的十进制表示与运算码的十进制表示与运算 例如，例如，将十进制数将十进制数83.683.6转换成压缩转换成压缩BCDBCD码。码。解解：8 8 3 3 . 6. 6 10001000 0011 .01100011 .0110所以，所以，(

16、83.6)(83.6)1010=(10000011.011)=(10000011.011)BCDBCD （重点重点）武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院单片机应用系统设计单片机应用系统设计教学课件教学课件20222022年年2 2月月9 9日星期三日星期三3232例如，例如，将将BCD码码10010111.01000010转换成十进制数。转换成十进制数。解：解：1001 0111 . 0100 0010 9 7 . 4 2 (100101110100001) BCD=(97.42)10（重点重点）武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院单片机应用系统设计单片机应用系统设计教学课件教学课件2

17、0222022年年2 2月月9 9日星期三日星期三3333注意注意：BCD码不是真正的二进制码，实际上仍然是十进码不是真正的二进制码，实际上仍然是十进制数，通常用在计算机输入输出设备上，作为一制数，通常用在计算机输入输出设备上，作为一种过渡性编码，以简化人机关系。种过渡性编码，以简化人机关系。由于计算机总是将数作为二进制数进行处理，因由于计算机总是将数作为二进制数进行处理，因此可能出错。比如：此可能出错。比如： （重点重点）武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院单片机应用系统设计单片机应用系统设计教学课件教学课件20222022年年2 2月月9 9日星期三日星期三3434求求BCD码码43？

18、 0100 0011 01117结果正确；结果正确；但是，但是， 武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院单片机应用系统设计单片机应用系统设计教学课件教学课件20222022年年2 2月月9 9日星期三日星期三3535但是，若求但是，若求BCDBCD码码7 76 6？ 0111 0111 01100110 1101 1101 D13D13结果错误！结果错误！ BCDBCD码的码的1313应该是应该是0001001100010011。武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院单片机应用系统设计单片机应用系统设计教学课件教学课件20222022年年2 2月月9 9日星期三日星期三武汉理工大学机电学院

19、武汉理工大学机电学院单片机应用系统设计单片机应用系统设计教学课件教学课件3636出出 错错 原原 因因BCD码是码是4位二进制编码，而位二进制编码，而4位二进制数共位二进制数共有有16个编码，但个编码，但BCD码只用了其中的码只用了其中的10个，个，剩下剩下6个没用。个没用。在在BCD码的加法运算中，凡结果进入或者跳码的加法运算中，凡结果进入或者跳过无效编码区，其结果就是错误的。过无效编码区，其结果就是错误的。 因此因此，BCD码加法运算出错有两种情况码加法运算出错有两种情况相加结果大于相加结果大于9，说明已经进入无效编码区，说明已经进入无效编码区相加结果有进位，说明已经跳过无效编码区相加结果

20、有进位，说明已经跳过无效编码区20222022年年2 2月月9 9日星期三日星期三武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院单片机应用系统设计单片机应用系统设计教学课件教学课件3737解解 决决 方方 法法 不管是上面的哪一种错误，都是相加结果不管是上面的哪一种错误，都是相加结果比正确值小比正确值小6，这是因为出错是由，这是因为出错是由6个无效个无效编码造成的。调整方法：编码造成的。调整方法：出现上述情况，就把结果加出现上述情况，就把结果加6。20222022年年2 2月月9 9日星期三日星期三3838修正规则如下修正规则如下：（：（重点重点）（1）若两个）若两个BCD码数相加大于码数相加大于9

21、（1001）则应加则应加6（0110）进行修正；）进行修正；（2）若两个）若两个BCD码数相加在本位上码数相加在本位上 不大于不大于9，但却产生了进位，也需加，但却产生了进位，也需加6。 武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院单片机应用系统设计单片机应用系统设计教学课件教学课件20222022年年2 2月月9 9日星期三日星期三3939例如，例如，求求BCD码码5448？解：解： 01010100 01001000 10011100129 0110 加加6修正修正 10100010 109 0110 高高4位加位加6修正修正 000100000010102（十进制）（十进制） 武汉理工大学机

22、电学院武汉理工大学机电学院单片机应用系统设计单片机应用系统设计教学课件教学课件20222022年年2 2月月9 9日星期三日星期三4040BCDBCD码与二进制数之间的转换（重点）先转换为十进制数，再转换二进制数；反先转换为十进制数，再转换二进制数；反之同样。之同样。例例：（：（0001 0001 .0010 0101）BCD =11 .25 =（1011 .01） B武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院单片机应用系统设计单片机应用系统设计教学课件教学课件20222022年年2 2月月9 9日星期三日星期三4141ASCII码字符的编码，一般用字符的编码，一般用7位二进制码表示。位二进制码

23、表示。在需要时可在在需要时可在D7位加校验位。位加校验位。熟悉熟悉0-F的的ASCII码（码（重点重点）武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院单片机应用系统设计单片机应用系统设计教学课件教学课件20222022年年2 2月月9 9日星期三日星期三武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院单片机应用系统设计单片机应用系统设计教学课件教学课件42421.5 1.5 微型计算机概述（自学）微型计算机概述（自学） 匈牙利籍数学家匈牙利籍数学家冯冯诺依曼诺依曼在方案的设计上做出了在方案的设计上做出了重要的贡献。重要的贡献。1946年年6月，他又提出了月，他又提出了“程序存储程序存储”和和“二进制运算二进

24、制运算”的思想，进一步构建了的思想，进一步构建了计算机由运计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备组成算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备组成这这一计算机的经典结构。一计算机的经典结构。（EDVAC-ELECTRONIC DISCRETE VARIABLE AUTOMATIC COMPUTER）20222022年年2 2月月9 9日星期三日星期三门电路基础门电路基础1 1“与与”门门 “ “与与”门反映的是逻辑门反映的是逻辑“与与”的运算关系，输入端可有的运算关系，输入端可有2 2、4 4、8 8个，而输出端只有一个，逻辑表达式为个，而输出端只有一个，逻辑表达式为F=ABF=AB

25、。 若以高电平表示若以高电平表示1 1，低电平表示，低电平表示0 0时，称为正逻辑，反之为时，称为正逻辑，反之为负逻辑。对于当前广泛使用的负逻辑。对于当前广泛使用的TTLTTL门电路，高电平大于门电路，高电平大于3.6V3.6V，低，低电平小于电平小于0.3V0.3V。“与与”门的真值表与逻辑门的真值表与逻辑“与与”相同。当相同。当A A和和B B都是都是1 1时，输出时，输出F F为为1 1；否则为；否则为0 0。4343武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院单片机应用系统设计单片机应用系统设计教学课件教学课件20222022年年2 2月月9 9日星期三日星期三 “与”门逻辑符号BAFF=

26、ABBAF& “或”门逻辑符号F=A+BBAFBAF2 2“或或”门门 “ “或或”门反映的是逻辑门反映的是逻辑“或或”的运算关系，输的运算关系，输入端可有入端可有2 2、4 4、8 8个，而输出端只有一个，其表示符个，而输出端只有一个，其表示符号如图所示，逻辑表达为号如图所示，逻辑表达为F=A+BF=A+B，真值表与逻辑，真值表与逻辑“或或”相同。当相同。当A A和和B B中有一个是中有一个是1 1，或者两个都是，或者两个都是1 1时，输时，输出出F F为为1 1；否则为；否则为0 0。4444武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院单片机应用系统设计单片机应用系统设计教学课件教学课件202

27、22022年年2 2月月9 9日星期三日星期三3 3“非非”门门 “ “非非”门又称反相器，反映的是逻辑门又称反相器，反映的是逻辑“非非”的运算关系，的运算关系，当当A A为为1 1时，输出时，输出F F为为0 0；当当A A为为0 0时，输出时，输出F F为为1 1。表示符号如图。表示符号如图1.81.8所示，逻辑表达式所示，逻辑表达式为为F= F= ，真值表与逻辑，真值表与逻辑“非非”相同。相同。A1 F= “非”门逻辑符号FAFAA4545武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院单片机应用系统设计单片机应用系统设计教学课件教学课件20222022年年2 2月月9 9日星期三日星期三图1.

28、9 “与非”门逻辑符号FBA&BAF F=AB4 4“与非与非”门门 “ “与非与非”门是在门是在“与与”门的后面再串接一级门的后面再串接一级“非非”门，门，如图如图1.91.9所示，表达式为所示，表达式为F= F= ，真值表如表，真值表如表1.71.7所示。当所示。当A A和和B B都是都是1 1时，输出时，输出F F为为0 0；否则为；否则为1 1。AB表表1.7逻辑逻辑“与非与非”真值表真值表 A B F 0 00 11 01 1 1110 4646武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院单片机应用系统设计单片机应用系统设计教学课件教学课件20222022年年2 2月月9 9日星期三日星

29、期三5 5“或非或非”门门 “ “或非或非”门是在门是在“或或”门的后面再串接一级门的后面再串接一级“非非”门，门，如图如图1.101.10所示，表达式的所示，表达式的F= F= ，真值表如表，真值表如表1.81.8所示。所示。当当A A和和B B有一个是有一个是1 1，或者两个都是，或者两个都是1 1时，输出时，输出F F为为0 0；否则为；否则为1 1。A+B 图1.10 “或”门逻辑符号BAFFBA F=A+B表表1.8逻辑逻辑“或非或非”真值表真值表 A B F 0 00 11 01 1 1000 4747武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院单片机应用系统设计单片机应用系统设计教学

30、课件教学课件20222022年年2 2月月9 9日星期三日星期三6 6“与或与或”门门 “ “与或与或”门是将门是将“与与”门和门和“或或”门串接起来，如图门串接起来，如图1.11(a)1.11(a)所示，逻辑表达式为所示，逻辑表达式为F=AB+CDF=AB+CD，真值表如表，真值表如表1.91.9中的中的F F所示。当所示。当A A、B B同时为同时为1 1，或者，或者C C、D D同时为同时为1 1，或者，或者4 4个输入端都为个输入端都为1 1时，输出端时，输出端F F为为1 1；否则；否则0 0。 ABCDF&FABCDF=AB+CD(a) “与或与或”门逻辑符号门逻辑符号ABCDFABCD&F图图1.11 “与或与或”和和“与或非与或非”门逻辑符号门逻辑符号(b) “与或非与或非”门逻辑符号门逻辑符号F=AB+CD4848武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院单片机应用系统设计单片机应用系统设计教学课件教