第一章单片微型计算机概述

第一章单片微型计算机概述2023/9/41第1页，课件共130页，创作于2023年2月1.1概述世界上第一台现代意义的电子计算机是1946年美国宾夕法尼亚大学设计制造的“ENIAC”占地上百平方米重量几千吨功耗几十千瓦2023/9/42第2页，课件共130页，创作于2023年2月一.计算机的发展及分类电子计算机按其性能分类：大型计算机/巨型计算机（MainframeComputer）中型计算机（MiddleComputer）小型计算机（Minicomputer）微型计算机（Microcomputer）电子管计算机（1946-1956）晶体管计算机（1957-1964）中小规模集成电路计算机（1965-1970）超大规模集成电路计算机（1971-今）2023/9/43第3页，课件共130页，创作于2023年2月电子管计算机（1946-1956）晶体管计算机（1957-1964）中小规模集成电路计算机（1965-1970）超大规模集成电路计算机（1971-今）微型计算机系统机(PC机)：数据运算，信息处理。单片微机：用于对控制功能要求并不复杂，但是对体积、功耗、成本等的要求比较苛刻的场合。一.计算机的发展及分类2023/9/44第4页，课件共130页，创作于2023年2月单片机20世纪70年代问世。已广泛应用在：工业自动化控制、自动检测、智能仪器仪表、家用电器、电力电子、机电一体化设备等方面。2023/9/45第5页，课件共130页，创作于2023年2月在一块半导体芯片上，集成了：

中央处理单元CPU(CentralProcessingUnit)

只读存储器ROM(ReadOnlyMemory)随机存取存储器RAM(RandomAccessMemory)

I/O(InputandOutput)接口

定时器/计数器(Timer/Counter)

中断系统(Interrupt)

等功能部件，构成一台完整的数字电子计算机。1单片机概念2023/9/46第6页，课件共130页，创作于2023年2月单片机实物图(1)单片机芯片AT89C51AT89S51AT89S52AT89C2051双列直插式DIP40(DualIn-linePackage)封装2023/9/47第7页，课件共130页，创作于2023年2月单片机实物图(2)单片机芯片STC89C52塑料扁平式PQFP/TQFP(PlasticQuadFlatPackage)封装

带引线的塑料芯片封装PLCC44(PlasticLeadedChipCarrier)2023/9/48第8页，课件共130页，创作于2023年2月单片机也称为：我国，习惯使用“单片机”这一名称。嵌入式控制器EMCU（EmbeddedmicroControllerUnit）。微控制器MCU(MicroControllerUnit)1单片机概念2023/9/49第9页，课件共130页，创作于2023年2月（2）专用型专门针对某些产品的特定用途而制作的单片机，针对性强且数量巨大。对系统结构的最简化、可靠性和成本的最佳化等方面都作了全面的考虑。

“专用”单片机具有十分明显的综合优势。

可开发的内部资源：RAM、ROM、I/O等功能部件，全部提供给用户。用户根据需要，设计一个以通用单片机芯片为核心的测控系统。按用途可分为通用型和专用型两大类：（1）通用型2单片机类型2023/9/410第10页，课件共130页，创作于2023年2月三单片机的历史及发展概况四个阶段：第一阶段(1971年～1976年)：单片机初级阶段。发展了各种4位单片机，多用于家用电器、计算器、高级玩具。第二阶段（1976年～1980年）：低性能8位单片机阶段。以Intel公司制造的MCS-48单片机为代表。第三阶段(1980年～1983年)：高性能8位单片机阶段。Intel公司的MCS-51系列、Mortorola公司的6801系列等。第四阶段(1983年～现在)：8位单片机巩固发展及16位单片机、32位单片机推出阶段。2023/9/411第11页，课件共130页，创作于2023年2月四8位单片机的主要生产厂家和机型（1）美国Intel公司MCS-51系列及其增强型、扩展型系列。（2）美国ATMEL公司89C51、89C52、89C55、89S51等。（3）荷兰PHILIPS（菲力浦）公司8xC552系列。MCS-51系列单片机在我国得到了广泛的应用，主流系列，软、硬件设计资料丰富齐全。2023/9/412第12页，课件共130页，创作于2023年2月五单片机的发展趋势

1.CPU的改进

（1）采用双CPU结构，提高处理能力（2）增加数据总线宽度，内部采用16位数据总线。（3）串行总线结构，菲利浦公司的I2C总线（Inter－Ictus）。用两根信号线代替现行的8位数据总线。2．存储器的发展

（1）加大存储容量。（2）片内EPROM采用E2PROM或闪烁（Flash）存储器（3）程序保密化。2023/9/413第13页，课件共130页，创作于2023年2月3．片内I/O的改进（1）增加并行口的驱动能力，能直接输出大电流和高电压。（2）增加I/O口的逻辑控制功能。（3）设置了一些特殊的串行接口功能，构成分布式、网络化系统。4．外围电路内装化器件集成度的不断提高，把众多的外围功能部件集成在片内－－系统的单片化。

5．低功耗化CMOS化、CHMOS工艺。总之，向高性能、高速、低压、低功耗、低价格、外围电路内装化方向发展。2023/9/414第14页，课件共130页，创作于2023年2月六单片机的应用单片机因卓越的性能，得到了广泛的应用，已深入到各个领域。使用温度：民品：

0°C—+70°C工业品：-40°C—+85°C军品：-65°C—+125°C。在下述的各个领域广泛的应用：1.工业自动化2.智能仪器仪表3.消费类电子产品4.通讯5．武器装备6．终端及外部设备控制7．多机分布式系统2023/9/415第15页，课件共130页，创作于2023年2月七MCS-51系列单片机20世纪80年代后期：Intel公司以专利的形式把8051内核技术转让给厂家。这些厂家生产的兼容单片机，与8051的系统结构（主要是指令系统）相同，采用CMOS工艺。如：AT(Atmel)、Philips(飞利浦)、Winbond(华邦)、Siemens(西门子)、STC公司。不应直接称为MCS-51系列单片机，MCS只是Intel公司专用的单片机系列符号。8051系列：所有具有8051指令系统的单片机2023/9/416第16页，课件共130页，创作于2023年2月（1）基本型

典型产品：8031/8051/8751内部RAM增到256字节，8052、8752的内部程序存储器扩展到8KB，16位定时器/计数器增至3个。（3）低功耗型

典型产品：80C31/87C51/80C51。采用CMOS工艺，适于电池供电或其它要求低功耗的场合。（4）专用型

8044/8744，用于总线分布式多机测控系统。（2）增强型

典型产品：8032/8052/8752MCS-51系列单片机及其兼容产品通常分成以下几类：2023/9/417第17页，课件共130页，创作于2023年2月（5）超8位型

典型产品：PHILIPS公司80C552/87C552/83C552系列单片机。将MCS-96系列（16位单片机）I/O部件如：高速输入/输出（HSI/HSO）、A/D转换器、脉冲宽度调制（PWM）、看门狗定时器（WDT）等移植进来构成新一代MCS-51产品。功能介于MCS-51和MCS-96之间。目前已得到了较广泛的使用。（6）片内闪烁存储器型

美国ATMEL公司的AT89C51单片机，受到应用设计者的欢迎。2023/9/418第18页，课件共130页，创作于2023年2月89S51相对于89C51增加的新功能包括：

--新增加很多功能，性能有了较大提升，价格却基本不变，甚至比89C51更低！

--ISP在线编程功能，这个功能的优势在于改写单片机存储器内的程序不需要把芯片从工作环境中剥离。是一个强大易用的功能。

--工作频率为33MHz，大家都知道89C51的极限工作频率只有24M，就是说S51具有更高工作频率，从而具有了更快的计算速度。

--具有双工UART串行通道。

--内部集成看门狗计时器，不再需要像89C51那样外接看门狗计时器单元电路。

--全新的加密算法，这使得对于89S51的解密变为不可能，程序的保密性大大加强，这样就可以有效的保护知识产权不被侵犯。

--兼容性方面：向下完全兼容51全部子系列产品。比如8051、89C51等早期MCS-51兼容产品。也就是说所有教科书、网络教程上的程序（不论教科书上采用的单片机是8051还是89C51还是MCS-51等等），在89S51上一样可以照常运行，这就是所谓的向下兼容。ATMEL公司当前主流的AT89S51单片机简介2023/9/419第19页，课件共130页，创作于2023年2月相关网站/wjyl盐城工学院单片机原理与应用精品课程网站天祥电子/other

Proteus仿真软件教程网址

http：//51单片机学习网http：///c51blog/inex.html单片机的C语言http：///广州周立功单片机http：///Philips公司http：//Intel公司http：//Motorola公司http：//凌阳大学计划http：//北京单片机开发网http：//中原单片机

2023/9/420第20页，课件共130页，创作于2023年2月八、单片机原理与接口课程的学习1学习本课程应硬件、软件兼顾并重，既要注意单片机的结构、原理，也要注意其汇编语言指令和程序，做到两者融会贯通，能够将两者相互渗透。2会组成单片机应用系统。学习时对单片机扩展用到的芯片、接口、以及各种应用实例(环节)须给予足够的重视。3学习本课程时，宜结合习题、实验、课程设计，以提高学习质量，巩固和扩大学习收获。4学习顺序：基本概念、硬件结构(CPU)、指令系统和程序设计、硬件结构(定时器/计数器、并口、串口、中断）、单片机扩展、接口应用。5总学时64+S16周学时6（4-14周）2023/9/421第21页，课件共130页，创作于2023年2月单片机技术课程在同类课程中的特殊地位：1、单片机技术是现代DSP技术（数字信号处理器）、嵌入式计算机、片上可编程系统的基础，是一门非常实用的技术，其就业前景良好。2、学习、掌握、应用该技术所需的成本越来越低，将成为一种普及性技术，使得越来越多的学生有条件、有机会仅靠自己的力量、按照自己的想法设计制作作品（产品）。这对于在校的、爱好电子产品设计、制作的学生是一个较好的选择。。3、计算机技术、通讯技术、微电子技术、网络技术是现代社会文明的标志，而单片机技术是这些技术的微缩。2023/9/422第22页，课件共130页，创作于2023年2月考核方法和成绩评定说明

考试采用统一命题，闭卷考试，考试时间为120分钟。成绩评定：闭卷笔试（70％）＋实验（20％）＋平时成绩（10％）其中：平时成绩含作业及课堂学习情况。2023/9/423第23页，课件共130页，创作于2023年2月九、参考文献1.新概念51单片机C语言教程—入门、提高、开发拓展全攻略郭天祥编著电子工业出版社2010.32.单片机原理及应用张毅刚主编高等教育出版社2008.53.单片机C语言程序设计实训100例—基于8051+Proteus仿真彭伟编著电子工业出版社2010.64.张大明.单片机控制实训指导及综合应用实例[M].北京：清华大学出版社，20045.张齐，朱宁西.单片机应用系统设计技术—基于C51的Proteus仿真[M].北京：化学工业出版社，2004.2023/9/424第24页，课件共130页，创作于2023年2月十、辅导与答疑联系方式电话mail：zlhycit@126.com课程网站/wjyl

2023/9/425第25页，课件共130页，创作于2023年2月预备知识：元器件实物图单片机芯片AT89C51AT89S51AT89S52AT89C20512023/9/426第26页，课件共130页，创作于2023年2月通信芯片MAX232CPE时钟芯片DS13022023/9/427第27页，课件共130页，创作于2023年2月EEPROM24C02温度传感器18B20AD变换器0832稳压片78L052023/9/428第28页，课件共130页，创作于2023年2月晶振电阻和排电阻2023/9/429第29页，课件共130页，创作于2023年2月瓷片小电容零压力插座万用焊接板仪器盒2023/9/430第30页，课件共130页，创作于2023年2月步进电机2023/9/431第31页，课件共130页，创作于2023年2月液晶字符显示屏液晶图形点阵显示屏2023/9/432第32页，课件共130页，创作于2023年2月拨动开关2023/9/433第33页，课件共130页，创作于2023年2月红外遥控用发射接受一体管继电器2023/9/434第34页，课件共130页，创作于2023年2月2023/9/435第35页，课件共130页，创作于2023年2月各类接插件2023/9/436第36页，课件共130页，创作于2023年2月遥控组件超声波发射接受头2023/9/437第37页，课件共130页，创作于2023年2月双路遥控组件2023/9/438第38页，课件共130页，创作于2023年2月长距离遥控器3000－4000M2023/9/439第39页，课件共130页，创作于2023年2月8×8二极管点阵八段数码管2023/9/440第40页，课件共130页，创作于2023年2月B电气05-吴欣--单片机控制的GPS定位信息显示器系统

2023/9/441第41页，课件共130页，创作于2023年2月B电气06-张新文--单片机控制的超声波测距器2023/9/442第42页，课件共130页，创作于2023年2月BMZ电气061--邵轩--单片机控制的交通灯系统2023/9/443第43页，课件共130页，创作于2023年2月BMZ电气061--于祥键--单片机控制的步进电机系统2023/9/444第44页，课件共130页，创作于2023年2月B电气07--单片机课程设计作品2023/9/445第45页，课件共130页，创作于2023年2月计算机的基本结构微型计算机系统组成

微型计算机硬件

微型计算机软件2023/9/446第46页，课件共130页，创作于2023年2月1计算机的基本结构计算机结构图运算器：是计算机处理信息的主要部件。控制器：产生一系列控制命令，控制计算机各部件自动地、协调一致地工作。存储器：是存放程序与数据的部件。输入设备：用来输入程序与数据，常用的输入设备有键盘、鼠标、光电输入机等。输出设备：将计算机的处理结果用数字、图形等形式表示出来。常用的输出设备有显示终端、数码管、打印机、绘图仪等。2023/9/447第47页，课件共130页，创作于2023年2月1计算机的基本结构计算机结构图中央处理单元CPU：运算器、控制器合称为中央处理单元CPU(CentralProcessingUnit)。主机：通常把运算器、控制器、存储器这三部分称为计算机主机。外设：输入、输出设备称为计算机的外围设备(简称“外没”)。1.2微型计算机基础2023/9/448第48页，课件共130页，创作于2023年2月2字长定义：一台计算机一次所能处理的二进制信息的位数称为该计算机的字长。说明：(1)微型计算机的字长有1位、4位、8位、16位、32位等。(2)用户通常要根据不同的任务选择不同字长的计算机。2023/9/449第49页，课件共130页，创作于2023年2月3.微型计算机系统组成(1)微型计算机系统的三个层次微处理器(Microprocessor)微型计算机(Microcomputer)微型计算机系统(MicrocomputerSystem)2023/9/450第50页，课件共130页，创作于2023年2月(1).微型计算机系统的三个层次硬件系统软件系统微型计算机系统微处理器存储器I/O接口总线微型计算机(主机)外设ALU工作寄存器组控制器键盘、鼠标显示器软驱、硬盘、光驱打印机、扫描仪系统软件应用软件2023/9/451第51页，课件共130页，创作于2023年2月①核心级——微处理器微处理器简称CPU，是微型计算机的核心，主要包括：

算术逻辑单元ALU(ArithmaticLogicUnit)控制部件CU(ControlUnit)工作寄存器组RegistersCPU实现运算功能和控制功能2023/9/452第52页，课件共130页，创作于2023年2月②硬件系统级——微型计算机以微处理器为核心，配上只读存储器(ROM)、读写存储器(RAM)、输入/输出(I/O)接口电路及系统总线等部件，就构成了微型计算机。将CPU、存储器、I/O接口、总线等集成在一片超大规模集成电路芯片上，称为单片微型计算机，简称单片机。2023/9/453第53页，课件共130页，创作于2023年2月③系统级以微型计算机为中心，配以相应的外围设备以及控制微型计算机工作的软件，就构成了完整的微型计算机系统。微型计算机如果不配有软件，通常称为裸机软件分为系统软件和应用软件两大类。2023/9/454第54页，课件共130页，创作于2023年2月(2)微型计算机结构微处理器（CPU）存储器输入/输出接口总线2023/9/455第55页，课件共130页，创作于2023年2月微型计算机结构框图存储器I/O接口输入/输出设备地址总线ABCPU数据总线DB控制总线CBAB：AddressBusDB：DataBusCB：ControlBusI/O接口I/O接口输入/输出设备2023/9/456第56页，课件共130页，创作于2023年2月微型计算机结构框图存储器I/O接口I/O接口地址总线ABCPU数据总线DB控制总线CBI/O接口AB：AddressBusDB：DataBusCB：ControlBus输入/输出设备输入/输出设备2023/9/457第57页，课件共130页，创作于2023年2月①CPU计算机的控制中心，提供运算、判断能力构成：运算器(ALU)、控制器(CU)、寄存器组（Registers）2023/9/458第58页，课件共130页，创作于2023年2月①CPU微处理器典型结构运算器(ALU)控制器寄存器组2023/9/459第59页，课件共130页，创作于2023年2月微型计算机结构框图存储器I/O接口I/O接口地址总线ABCPU数据总线DB控制总线CBI/O接口AB：AddressBusDB：DataBusCB：ControlBus输入/输出设备输入/输出设备2023/9/460第60页，课件共130页，创作于2023年2月②存储器存放程序和数据的记忆装置用途：存放程序和要操作的各类信息（数据、文字、图像、…）内存：ROM、RAM特点：速度快，容量小外存：磁盘、光盘、半导体盘、…特点：顺序存取/块存取，速度慢，容量大2023/9/461第61页，课件共130页，创作于2023年2月有关内存储器的几个概念A.内存单元的地址和内容B.内存容量C.内存的操作D.内存的分类2023/9/462第62页，课件共130页，创作于2023年2月A.内存单元的地址和内容内存包含有很多存储单元(每个内存单元包含8bit)，为区分不同的内存单元，对计算机中的每个内存单元进行编号，内存单元的编号就称为内存单元的地址。内存单元中存放的二进制信息称为内存单元的内容。101101108F04H内存单元地址内存单元内容......Bit7654321001011000*内存单元有时又称为地址单元0000H2023/9/463第63页，课件共130页，创作于2023年2月B.内存容量即内存单元的个数，以字节为单位。注意：内存空间与内存容量的区别

内存容量：实际配置的内存大小。例：某微机配置2条128MB的RAM内存条，其内存容量为256MB

内存空间：又称为存储空间、寻址范围，是指微机的寻址能力，与CPU的地址总线宽度有关。2023/9/464第64页，课件共130页，创作于2023年2月C.内存操作读：将内存单元的内容取入CPU，原单元内容不改变；写：CPU将信息放入内存单元，单元中原内容被覆盖；内存的读写的步骤为：CPU把要读写的内存单元的地址放到AB上若是写操作，CPU紧接着把要写入的数据放到DB上CPU发出读写命令数据被写入指定的单元或从指定的单元读出到DB若是读操作，CPU紧接着从DB上取回数据2023/9/465第65页，课件共130页，创作于2023年2月C.内存操作内存读操作过程：①②③2023/9/466第66页，课件共130页，创作于2023年2月C.内存操作内存写操作过程：①②③2023/9/467第67页，课件共130页，创作于2023年2月D.内存储器的分类读写存储器RAM(RandomAccessMemory)可读可写易失性，临时存放程序和数据只读存储器ROM（ReadOnlyMemory）工作时只能读非易失性，永久或半永久性存放信息2023/9/468第68页，课件共130页，创作于2023年2月微型计算机结构框图存储器I/O接口I/O接口地址总线ABCPU数据总线DB控制总线CBI/O接口AB：AddressBusDB：DataBusCB：ControlBus输入/输出设备输入/输出设备2023/9/469第69页，课件共130页，创作于2023年2月③输入/输出接口简写为I/O接口，是CPU与外部设备间的桥梁CPUI/O接口外设2023/9/470第70页，课件共130页，创作于2023年2月接口的功能提供驱动外设的电压或电流；匹配计算机与外设之间的信号电平、速度、信号类型、数据格式等；缓存发给外设的数据、控制命令和外设提供的运行状态信息；DMA控制和中断控制。2023/9/471第71页，课件共130页，创作于2023年2月微型计算机结构框图存储器I/O接口输入设备I/O接口地址总线AB输出设备CPU数据总线DB控制总线CBI/O接口AB：AddressBusDB：DataBusCB：ControlBus2023/9/472第72页，课件共130页，创作于2023年2月④总线BUS连接多个功能部件的一组公共信号线

地址总线AB：用来传送CPU输出的地址信号，确定被访问的存储单元、I/O端口。地址线的根数决定了CPU的寻址范围。

CPU的寻址范围=2n，n：地址线根数数据总线DB：在CPU与存储器、I/O接口之间数据传送的公共通路。数据总线的条数决定CPU一次最多可以传送的数据宽度。控制总线CB：用来传送各种控制信号2023/9/473第73页，课件共130页，创作于2023年2月二、微型计算机的软件1.软件定义

硬件：是在执行任务过程中相对固定的一种物质体现。软件：则是在执行任务过程中比较灵活的信息的体现，即指使用和管理计算机的各种程序(Program)。2.指令指令：控制计算机进行各种操作的命令称为指令。操作码：表示该指令执行何种操作。操作数：表示参加运算的数据或数据所在的地址2023/9/474第74页，课件共130页，创作于2023年2月3.程序

程序：一系列指令的有序集合称为程序。程序设计：编制程序的过程称为程序设计。

2023/9/475第75页，课件共130页，创作于2023年2月4.机器语言、汇编语言和高级语言

(1)汇编语言：用助记符(通常是指令功能的英文缩写)表示操作码、用字符(字母、数字、符号)表示操作数的指令称为汇编指令。用汇编指令编制的程序称为汇编语言程序。特点：①这种程序占用存储器单元少，执行速度较快，能够准确掌握执行时间，可实现精细控制，因此特别适用于实时控制。②然而汇编语言是面向机器的语言，各种计算机的汇编语言是不同的，必须对所用机器的结构、原理和指令系统比较清楚，才能编写出它的各种汇编语言程序，而且不能通用于其他机器，这是汇编语言的不足之处。2023/9/476第76页，课件共130页，创作于2023年2月(2)高级语言：为使用户编程容易，程序中所用的语句与实际更接近，而且使用户不必了解具体的机器，就能编程，使编出的程序通用性更强，于是产生了高级语言。常用的高级语言有BASIC、FORTRAN、C等。

特点：高级语言是面向过程的语言，用高级语言编写程序时主要着眼于算法，而不必了解计算机的硬件结构和指令系统，因此易学易用。高级语言是独立于机器的，一般地说，同一个程序可在任何种类的机器中使用。应用：高级语言适用于科学计算、数据处理等方面。2023/9/477第77页，课件共130页，创作于2023年2月(3)机器语言：二进制代码形式的程序就是机器语言程序。二进制代码形式的指令又称机器指令或机器码。汇编指令与机器指令具有一一对应的关系，特点：计算机最终执行的都是机器语言程序。机器语言只有0和1两个符号，用它来直接编写程序十分困难。因此，往往先用汇编语言或高级语言编写程序，然后再转换成目标程序。2023/9/478第78页，课件共130页，创作于2023年2月(4)几个概念：源程序：汇编语言程序与高级语言程序统称为源程序目标程序：机器语言程序又称为目标程序。汇编：将汇编语言程序翻译成目标程序的过程称为汇编。手工汇编：由编程人员对照指令表，一条一条查找、翻译的方法称为手工汇编。机器汇编：由计算机自动完成汇编语言转换为机器语言的称为机器汇编。汇编程序：机器汇编时用到的软件称为汇编程序。编译程序：高级语言转换成机器语言的工作只能由计算机完成，转换时所用的软件为编译程序。2023/9/479第79页，课件共130页，创作于2023年2月5、程序分类计算机软件示意图2023/9/480第80页，课件共130页，创作于2023年2月三.计算机中的数1．进位计数制

十进制数、十二进制数（1年=12个月），十六进制，六十进制、二进制数。数制表示方法：

(1)

在数的后面放一个英文字母作为标识符。二进制数用B(Binary)，十六进制数用H(Hexdecimal)，十进制数用D(Decimal)。D可以省略不用，即不带标识符的数是十进制数。

(2)在数的右下方加一个小数字说明例：(1011011)2，(896)10，(896)162023/9/481第81页，课件共130页，创作于2023年2月数制的基：计数制中所具有的数码的个数。数制的权：计数制中每一位所具有的值。2023/9/482第82页，课件共130页，创作于2023年2月（1）十进制数特点：①有十个不同的数字符号：0、1、2、3……9。②逢十进位，即各位的权是以十为底的幂。一般表达式：2023/9/483第83页，课件共130页，创作于2023年2月（2）二进制数特点：①有两个不同的数字符号：0、1。②逢二进位，即各位的权是以二为底的幂。一般表达式：2023/9/484第84页，课件共130页，创作于2023年2月（3）十六进制数特点：①有十六个不同的数字符号：0、1、2、3……9、A、B、C、D、E、F。②逢十六进位，即各位的权是以十六为底的幂。一般表达式：2023/9/485第85页，课件共130页，创作于2023年2月2.不同计数制间的转换(1)二进制数与十六进制数的相互转换2023/9/486第86页，课件共130页，创作于2023年2月

①十六进制数转换成二进制数

只要把每一位十六进制数用对应的4位二进制数代替就转换成了二进制数。例2.A4H＝0010.10100100B＝10.101001B

②二进制数转换成十六进制数

二进制数的整数部分由小数点向左，每4位一分，最后不足部分左面补零，小数部分由小数点向右，每4位一分，最后不足部分右面补零，然后每４位二进制数用1位十六进制数代替，就转换成了十六进制数。例：100l11l001010．01011B＝0001001111001010．01011000B＝13CA．58H2023/9/487第87页，课件共130页，创作于2023年2月(2)二进制数、十六进制数转换成十进制数

根据二进制数及十六进制数的定义，将一个二进制数或十六进制数按权展开，然后相加，就得到了十进制数。例：101111B＝2FH＝2×161十15＝472023/9/488第88页，课件共130页，创作于2023年2月(3)十进制数转换成二进制数、十六进制数

①整数部分的换算：除2（或16）取余法十进制数的整数部分连续被2（或16）所除，依次记下余数．直到商为0为止。第一个余数是转换后的最低位，最后一个余数是最高位。

②小数部分的转换。乘2（或16）取整法：十进制小数连续乘以2(或16)，依次记下积的整数部分．直到积为0或达到一定的精度为止。第一个整数是二(或十六)进制小数的最高位，最后一个整数是最低位。例：23.625=(?)2=(?)162023/9/489第89页，课件共130页，创作于2023年2月3无符号二进制数的算术运算与逻辑运算(1)算术运算包括：加法运算减法运算乘法运算除法运算2023/9/490第90页，课件共130页，创作于2023年2月①加法运算0+0=00+1=1+0=11+1=0(进位1)

11111100B+10100110B

110100010B2023/9/491第91页，课件共130页，创作于2023年2月②减法运算0-0=01-0=10-1=1(有借位1)1-1=0

11111000B-10110110B

01000010B2023/9/492第92页，课件共130页，创作于2023年2月③.乘法运算0×0=01×0=10×1=01×1=11100×

1001110011001101100000000002023/9/493第93页，课件共130页，创作于2023年2月④除法运算110110B110B=？00001011B÷0100B=？2023/9/494第94页，课件共130页，创作于2023年2月(2)无符号数的表示范围一个n位的无符号二进制数X，其表示范围为

0≤

X≤2n-1若运算结果超出这个范围，则产生溢出。溢出判别方法：运算时，当最高位向更高位有进位（或借位）则产生溢出。2023/9/495第95页，课件共130页，创作于2023年2月例：

11111111+00000001100000000结果超出８位（最高位有进位），发生溢出。（结果为256，超出８位二进制数所能表示的范围255）2023/9/496第96页，课件共130页，创作于2023年2月(3)逻辑运算与(∧)、或(∨)、非(▔)、异或(⊕)特点：按位运算，无进、借位

2023/9/497第97页，课件共130页，创作于2023年2月①与运算

l∧1＝11∧0＝O0∧l＝00∧0＝0

2023/9/498第98页，课件共130页，创作于2023年2月②或运算

l∨1＝11∨0＝10∨l＝10∨0＝0

2023/9/499第99页，课件共130页，创作于2023年2月③非运算

l＝00＝1

2023/9/4100第100页，课件共130页，创作于2023年2月④异或运算

l⊕1＝01⊕0＝10⊕l＝10⊕0＝0

2023/9/4101第101页，课件共130页，创作于2023年2月4带符号二进制数的表示及运算计算机中带符号数的表示把二进制数的最高位定义为符号位符号位为

0

表示正数，符号位为

1

表示负数连同符号位一起数值化了的数，称为机器数。机器数所表示的真实的数值，称为真值。（在以下讲述中，均以８位二进制数为例）2023/9/4102第102页，课件共130页，创作于2023年2月带符号数的表示

8位微机中的带符号数符号位数值位2023/9/4103第103页，课件共130页，创作于2023年2月例：

+52=+0110100B=0

0110100B

符号位

数值位

-52=-0110100B=1

0110100B真值机器数2023/9/4104第104页，课件共130页，创作于2023年2月(1)带符号数的机器数表示对于符号数，机器数常用的表示方法有原码、反码和补码三种。数X的原码记作[X]原，反码记作[X]反，补码记作[X]补。

注意：对正数，三种表示法均相同。它们的差别在于对负数的表示。2023/9/4105第105页，课件共130页，创作于2023年2月①原码凡是正数符号位用0表示，负数符号位用1表示，而数值位保持原样的机器数称为原码。

正数：原码符号位用0表示，数值位保持原样。

负数：原码符号位要置1，数值位保持原样。

0：[+0]原＝00000000B[-0]原＝10000000B特点：(1)8位二进制原码表示的数的范围为：-127～127。(2)0的原码表示不唯一。2023/9/4106第106页，课件共130页，创作于2023年2月②反码

正数：反码表示与原码相同，即[x]反＝[x]原(x＞0)

负数：反码符号位置1，其余各位按位取反。

0：[+0]反＝00000000B[-0]反＝11111111B特点：(1)8位二进制反码表示的数的范围为：-127～127。(2)0的反码表示不唯一。2023/9/4107第107页，课件共130页，创作于2023年2月③补码

正数：补码表示与原码相同，即[x]补＝[x]原(x＞0)

负数：符号位置1，其余各位按位取反，然后在最低位加1，即反码加1。

负数补码的简便求法：对负数的原码，从最低位向左数，在遇到第一个1以前，包括第一个1，重写每一位，其余各位取反，符号位置1。

0：[+0]补＝00000000B[-0]补＝11111111B+1B=100000000B=00000000B

对于8位字长的计算机，第九位进位自然丢失。所以0的补码表示唯一。

特点：(1)8位二进制补码表示的数的范围为：-128～127。(2)0的补码表示是唯一的。

2023/9/4108第108页，课件共130页，创作于2023年2月(2)真值与补码之间的转换已知一个数的补码，求其原码时，应将其补码再求补。即

[[x]补]补=[x]原

2023/9/4109第109页，课件共130页，创作于2023年2月例：将一个用补码表示的二进制数转换为十进制数。

1)[X]补=00101110B真值为：+0101110B

正数

所以：X=+462)[X]补=

1

1010010B

负数

X=[[X]补]补=[11010010]补=-0101110B所以：X=-462023/9/4110第110页，课件共130页，创作于2023年2月(3)补码运算

运算法则：x、y无论是正数还是负数，可以证明：[x±y]补＝[x]补+[±y]补即引入补码的概念后，可将减法变为加法运算。例1：用补码运算下列式子①99-58=？②

a.采用减法运算99-58=41b.采用补码运算将99与-58用补码表示，在执行了[99]补十[-58]补的加法运算后会得到99-58的补码。

[99]补＝01100011B+[-58]补＝11000110B[99-58]补＝100101001B在8位字长的计算机中，进位自然丢失。所以[99-58]补＝[99]补+[-58]补＝00101001B所以[99-58]原＝00101001B99-58=412023/9/4111第111页，课件共130页，创作于2023年2月(3)补码运算

例2：用补码运算下列式子-99-58=？采用补码运算将-99与-58用补码表示，在执行了[-99]补十[-58]补的加法运算后会得到-99-58的补码。

[-99]补＝10011101B+[-58]补＝11000110B[-99-58]补＝101100011B在8位字长的计算机中，进位自然丢失。所以[-99-58]补＝[-99]补+[-58]补＝01100011B所以[-99-58]原＝01100011B-99-58=99结果错误!2023/9/4112第112页，课件共130页，创作于2023年2月(3)补码运算

溢出：指运算时数值超过了机器内存部件所能表示的最大值时，发生数据丢失的现象。（主要为两个同符号相加或两个异号数相减时，结果超出了8位二进制补码所能表示的范围）溢出的判别方法：两个8位（D7～D0）带符号数（补码表示）相加（或相减），设第7位向上的进位（或借位）为C，D6向D7位的进位（或借位）为C’，则当C⊕C’=1时，产生溢出，否则无溢出。注意：同号相减或异号相加——不会溢出。同号相加或异号相减——可能溢出。2023/9/4113第113页，课件共130页，创作于2023年2月(3)补码运算

例判别下列两个8位带符号数相加是否溢出。①01011011B+01000001B②00111111B+10011110B2023/9/4114第114页，课件共130页，创作于2023年2月5定点数与浮点数(1)定点表示法在计算机中，如将小数点的位置固定不变，称为定点表示法。

这个固定的位置是事先约定好的，不必用符号表示。

用定点法表示的实数叫做定点数。通常，定点表示采用以下两种方法。2023/9/4115第115页，课件共130页，创作于2023年2月

小数点固定在最低数值位之后，机器中能表示的所有数都是整数，这种方法称之为定点整数表示法。其格式如下：符号位数值位

当用n位表示数N时，1位为符号位，n-1位为数值位，则N的范围是：-2n-1≤N≤2n-1-1小数点隐含在此

①定点整数表示法2023/9/4116第116页，课件共130页，创作于2023年2月

若n＝8，则-128≤N≤127；若n＝16，则－32768≤N≤32767。例如：若N＝＋1011011B，n＝8，则在计算机内用定点整数法可将N表示为：

010110112023/9/4117第117页，课件共130页，创作于2023年2月

②

定点小数表示法

小数点固定在最高数值位之前，机器中能表示的所有数都为纯小数，这种方法称之为定点小数表示法。其格式如下：符号位数值位当用n位表示数N时，1位为符号位，n-1位为数值位，则N的范围是：-1≤N≤1-21-n小数点隐含在此2023/9/4118第118页，课件共130页，创作于2023年2月例如：若N＝0.1011011B，n＝8，则在计算机内用定点小数法可将N表示为：01011011例如：若N＝-0.1011011B，n＝8，则在计算机内用定点小数法可将N表示为：101001012023/9/4119第119页，课件共130页，创作于2023年2月在计算机中，小数点位置并不是固定不变的，而是可以改变的，这种表示法称为浮点表示法。用浮点法表示的实数，叫做浮点数。任意一个十进制数N可以表示成如下形式：N＝10PSP称作N的阶码，10称作阶码的底，S称作N的尾数。2浮点表示法任意一个二进制数N可以表示成如下形式：