《单片机学习第一章PPT讲稿.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《单片机学习第一章PPT讲稿.ppt（94页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、单片机学习第一章第1页，共94页，编辑于2022年，星期五1.1 微型计算机数制及其转换微型计算机数制及其转换微型计算机是以二进制形式进行算术运算和逻辑操作的，二进制数是计微型计算机是以二进制形式进行算术运算和逻辑操作的，二进制数是计算机系统能认识、处理的惟一数制。因此，用户在键盘上输入的十进制算机系统能认识、处理的惟一数制。因此，用户在键盘上输入的十进制数字和符号命令，微型计算机都必须先把它们转换成二进制形式进行识数字和符号命令，微型计算机都必须先把它们转换成二进制形式进行识别、运算和处理，然后再把运算结果还原成十进制数字和符号在显示器别、运算和处理，然后再把运算结果还原成十进制数字和符号在
2、显示器上显示出来。为了使读者弄清机器的这一工作机理，我们先对微型计算上显示出来。为了使读者弄清机器的这一工作机理，我们先对微型计算机中常用的数制和数制间的转换进行讨论。机中常用的数制和数制间的转换进行讨论。1.1.1 微型计算机的数制微型计算机的数制所谓数制是指数的制式，是人们利用符号计数的一种科学方法。数制有很所谓数制是指数的制式，是人们利用符号计数的一种科学方法。数制有很多种，微型计算机中常用的数制有十进制、二进制和十六进制三种。多种，微型计算机中常用的数制有十进制、二进制和十六进制三种。1十进制十进制(Decimal)十进制是大家很熟悉的进位计数制，它共有十进制是大家很熟悉的进位计数制，
3、它共有0、1、2、3、4、5、6、7、8和和9十个数字符号。这十个数字符号又称为数码，每个数码在数中最多可十个数字符号。这十个数字符号又称为数码，每个数码在数中最多可有两个值的概念。有两个值的概念。下一页返回第2页，共94页，编辑于2022年，星期五1.1 微型计算机数制及其转换微型计算机数制及其转换十进制是一种科学的计数方法，它所能表示的数的范围很大，可以从无十进制是一种科学的计数方法，它所能表示的数的范围很大，可以从无限小到无限大。十进制数通常具有如下两个主要特点：限小到无限大。十进制数通常具有如下两个主要特点：(1)它有它有09十个不同的数码，这是构成所有十进制数的基本符十个不同的数码，
4、这是构成所有十进制数的基本符号。号。(2)它是逢十进位的。十进制数在计数过程中，当它的某位计满它是逢十进位的。十进制数在计数过程中，当它的某位计满10时时就要向它邻近高位进一。就要向它邻近高位进一。因此，任何一个十进制数不仅和构成它的每个数码本身的值有关，而且还因此，任何一个十进制数不仅和构成它的每个数码本身的值有关，而且还和这些数码在数中的位置有关。这就是说，任何一个十进制数都可以展开和这些数码在数中的位置有关。这就是说，任何一个十进制数都可以展开成幂级数形式。成幂级数形式。上一页下一页返回第3页，共94页，编辑于2022年，星期五1.1 微型计算机数制及其转换微型计算机数制及其转换一般地说
5、，任意一个十进制数均可表示为：一般地说，任意一个十进制数均可表示为：2.二进制（二进制（Binary）二进制数的特点是：只有两个数码，即二进制数的特点是：只有两个数码，即0和和1，逢二进一。，逢二进一。因此，二进制数同样也可以展开成幂级数形式，任何二进制数的因此，二进制数同样也可以展开成幂级数形式，任何二进制数的通式为：通式为：上一页下一页返回第4页，共94页，编辑于2022年，星期五1.1 微型计算机数制及其转换微型计算机数制及其转换1位二进制数只能表示位二进制数只能表示0和和1两个状态，为了表示更多的状态，两个状态，为了表示更多的状态，可用两位或两位以上的二进制数表示。二进制数的位数与它能
6、表可用两位或两位以上的二进制数表示。二进制数的位数与它能表示的状态数之间的关系如下：示的状态数之间的关系如下：1位二进制数，共有位二进制数，共有21(即即2)个状态，分别编码为个状态，分别编码为0、1；2位二进制数，共有位二进制数，共有22(即即4)个状态，分别编码为个状态，分别编码为00、01、10、11；4位二进制数，共有位二进制数，共有24(即即16)个状态，分别编码为个状态，分别编码为 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111上一页下一页返回第5页，共94页，编辑于20
7、22年，星期五1.1 微型计算机数制及其转换微型计算机数制及其转换8位二进制数，共有位二进制数，共有28(即即256)个状态，分别编码为个状态，分别编码为 00000000 00000001 00000010 00000011 00000100 00000101 00000110 00000111 00001000 00001001 00001010 00001011 11111100 11111101 11111110 11111111上一页下一页返回第6页，共94页，编辑于2022年，星期五1.1 微型计算机数制及其转换微型计算机数制及其转换在计算机系统中，寄存器、存储器的本质就是一组触发
8、器。一个在计算机系统中，寄存器、存储器的本质就是一组触发器。一个触发器，如触发器，如RS、D型触发器等均有两个稳定的状态，即型触发器等均有两个稳定的状态，即0态和态和1态，显然一个触发器可以存储态，显然一个触发器可以存储1位二进制数。为了提高数据处理位二进制数。为了提高数据处理速度，在计算机中往往需要并行处理多位二进制数。习惯上，存速度，在计算机中往往需要并行处理多位二进制数。习惯上，存储器中一个存储单元通常由储器中一个存储单元通常由8个触发器组成，即一个存储单元可个触发器组成，即一个存储单元可以存放一个以存放一个8位二进制数。一个位二进制数。一个8位二进制数称为一个字节位二进制数称为一个字节
9、(Byte)，有，有256种状态，或者说可以表示种状态，或者说可以表示256个符号。因此，个符号。因此，存储器存储器(包括内存储器和外存储器包括内存储器和外存储器)容量单位常用字节容量单位常用字节(或干字节或干字节)表示，如某存储器的容量为表示，如某存储器的容量为640KB，即该存储器有，即该存储器有6401024个存储单元，每个存储单元的大小为一个字节。个存储单元，每个存储单元的大小为一个字节。上一页下一页返回第7页，共94页，编辑于2022年，星期五1.1 微型计算机数制及其转换微型计算机数制及其转换10位二进制数，共有位二进制数，共有210(1024，在计算机中，在计算机中，“1024”
10、习惯上称习惯上称为为1K)个状态，编码为个状态，编码为00000000001111111111。16位二进制数，共有位二进制数，共有216(65536，即，即64K)个状态，编码为个状态，编码为00000000000000001111111111111111。有些微处理器，如大多数有些微处理器，如大多数8位的微处理器，就有位的微处理器，就有16根地址线。由于根地址线。由于每根地址线有两种可能的状态，所以可以用地址线状态的不同编码每根地址线有两种可能的状态，所以可以用地址线状态的不同编码寻址不同的存储单元。因此，寻址不同的存储单元。因此，16根地址线相当于根地址线相当于16位二进制数，位二进制数
11、，最多可以寻址最多可以寻址64K个存储单元。而存储单元的大小一般是一个字节，个存储单元。而存储单元的大小一般是一个字节，所以对于具有所以对于具有16根地址线的微处理器来说，最多可以寻址根地址线的微处理器来说，最多可以寻址64KB的的存储空间，或者说寻址能力为存储空间，或者说寻址能力为64KB。为了不致引起混乱，二进制数用后缀字母作标记，如二进制数为了不致引起混乱，二进制数用后缀字母作标记，如二进制数1110记为记为lll0B。上一页下一页返回第8页，共94页，编辑于2022年，星期五1.1 微型计算机数制及其转换微型计算机数制及其转换3.十六进制（十六进制（Hexadecimal）十六进制数的
12、特点是：逢十六进一，具有十六进制数的特点是：逢十六进一，具有16个数码，分别用个数码，分别用0、1、2、9和和A、B、C、D、E、F表示。表示。1位十六进制数可以表示位十六进制数可以表示16种状态，编码从种状态，编码从OF；2位十六进制数可位十六进制数可以表示以表示 162(256)种状态，编码从种状态，编码从00FF；4位十六进制数可以表示位十六进制数可以表示164(65536，即，即64K)种状态，编码为种状态，编码为0000FFFF；而；而8位十六进制位十六进制数可以表示数可以表示168(4096M)种状态，编码为种状态，编码为00000000FFFFFFFF。为了不致引起误解，十六进制
13、数要加后缀字母为了不致引起误解，十六进制数要加后缀字母H，如十六进制数，如十六进制数“3F”记为记为“3FH”；而对于以字母开头的十六进制数，必须带有前缀；而对于以字母开头的十六进制数，必须带有前缀0(零零)，以区别于一般字符串，如十六进制数，以区别于一般字符串，如十六进制数FE记为记为“0FEH”。与十进制数类似，对于与十进制数类似，对于n位十六进制数，可以表示为位十六进制数，可以表示为上一页下一页返回第9页，共94页，编辑于2022年，星期五1.1 微型计算机数制及其转换微型计算机数制及其转换1.1.2 微型计算机数制间数的转换微型计算机数制间数的转换1.二进制数与十进制数之间的转换二进制
14、数与十进制数之间的转换对于位十进制数，可以表示为：对于位十进制数，可以表示为：同理，同理，n位二进制数也可以表示为：位二进制数也可以表示为：可见，将二进制数转换为十进制数不难，只要按上式展开即可求出对应的十进制可见，将二进制数转换为十进制数不难，只要按上式展开即可求出对应的十进制数。而十进制数转换为二进制数时，可以按如下规律进行：数。而十进制数转换为二进制数时，可以按如下规律进行：上一页下一页返回第10页，共94页，编辑于2022年，星期五1.1 微型计算机数制及其转换微型计算机数制及其转换整数部分除以整数部分除以2所得的余数就是对应二进制数的个位，其商再除所得的余数就是对应二进制数的个位，其
15、商再除以以2所得的余数就是对应二进制数的十位，依次类推，即可获得所得的余数就是对应二进制数的十位，依次类推，即可获得对应二进制数的整数部分。对应二进制数的整数部分。小数部分乘以小数部分乘以2所得的整数就是对应二进制数小数部分的十分位，乘积中的所得的整数就是对应二进制数小数部分的十分位，乘积中的小数部分再乘以小数部分再乘以2得到的整数就是对应二进制数小数部分的百分位，依次类得到的整数就是对应二进制数小数部分的百分位，依次类推，即可求出所有的小数位。推，即可求出所有的小数位。例例1.1 1375的整数部分是的整数部分是13，小数部分是，小数部分是0.75，转换为二进，转换为二进制数的过程如下所示制
16、数的过程如下所示。上一页下一页返回第11页，共94页，编辑于2022年，星期五1.1 微型计算机数制及其转换微型计算机数制及其转换13相当于二进制数相当于二进制数1101；而；而0752=15，因此十分位为，因此十分位为1；052=10，因此百分位为，因此百分位为l，即，即1375=11011IB。2.二进制数与十六进制数之间的转换二进制数与十六进制数之间的转换二进制和十六进制数间的转换十分方便，这就是为什么要采用十二进制和十六进制数间的转换十分方便，这就是为什么要采用十六进制形式来对二进制数加以表达的内在原因。六进制形式来对二进制数加以表达的内在原因。(1)二进制数转换成十六进制数时，按如下
17、规则进行。二进制数转换成十六进制数时，按如下规则进行。对于二进制数的整数部分来说，从个位开始，每对于二进制数的整数部分来说，从个位开始，每4位作为一组，位作为一组，划分整数部分划分整数部分(如果最后一组不足如果最后一组不足4位，可在前面补位，可在前面补13个零个零)；对于二进制数的小数部分来说，从十分位开始，每；对于二进制数的小数部分来说，从十分位开始，每4位作为一位作为一组，划分小数部分组，划分小数部分(同样，当最后一组不足同样，当最后一组不足4位时，可在后面补位时，可在后面补13个零个零)。然后把每组中的。然后把每组中的4位二进制数用对应的十六进制数表位二进制数用对应的十六进制数表示，即可
18、获得相应的十六进制数。示，即可获得相应的十六进制数。上一页下一页返回第12页，共94页，编辑于2022年，星期五1.1 微型计算机数制及其转换微型计算机数制及其转换如：如：111001010110101B =0011 100l 01011010 1000 3 9 5 A 8即即111001010110101B=395A8H(2)十六进制数转换为二进制数时，按如下规则进行。十六进制数转换为二进制数时，按如下规则进行。将十六进制数的整数部分和小数部分的每一位十六进制数码用对应的将十六进制数的整数部分和小数部分的每一位十六进制数码用对应的4位二位二进制数表示，然后再删除整数部分前面和小数部分后面多余
19、的零，即可获进制数表示，然后再删除整数部分前面和小数部分后面多余的零，即可获得对应的二进制数，如：得对应的二进制数，如：93FE3A3H=1001 0011 1111 11100011 1010 0011B又如：又如：3ECH=0011 111011OOB =11111011B(删除整数部分前面的零和小数删除整数部分前面的零和小数部分后面的零部分后面的零)上一页下一页返回第13页，共94页，编辑于2022年，星期五1.1 微型计算机数制及其转换微型计算机数制及其转换可见二进制数与十六进制数之间的转换非常方便，只要记住可见二进制数与十六进制数之间的转换非常方便，只要记住4位二进制位二进制数数00
20、001111与十六进制数与十六进制数0F之间的对应关系即可。下面是二之间的对应关系即可。下面是二进制数进制数00001111对应的十六进制数和十进制数。对应的十六进制数和十进制数。二进制数二进制数 十进制数十进制数 十六进制数十六进制数 二进制数二进制数 十进制数十进制数 十六进制数十六进制数0000 0 0 1000 8 80001 1 1 1001 9 90010 2 2 1010 10 A0011 3 3 1011 11 B0100 4 4 1100 12 C0101 5 5 1101 13 D0110 6 6 1110 14 E0111 7 7 1111 15 F上一页下一页返回第14
21、页，共94页，编辑于2022年，星期五1.1 微型计算机数制及其转换微型计算机数制及其转换1.1.3 二进制数和十六进制数的运算二进制数和十六进制数的运算1二进制数的运算二进制数的运算二进制数的四则运算包括加、减、乘、除，在学习单片机原理时，二进制数的四则运算包括加、减、乘、除，在学习单片机原理时，尤其需要掌握其中的加、减和乘法运算规则。尤其需要掌握其中的加、减和乘法运算规则。（1)二进制数的加法二进制数的加法二进制数的加法运算规则为二进制数的加法运算规则为 0+0=0，0+1=1，1+0=1(交换律交换律)，1+1=10(二进制数中的二进制数中的“10”就是十进制数的就是十进制数的“2”)。
22、例如：。例如：1001 0110B +0111 0011B 10000 1001B上一页下一页返回第15页，共94页，编辑于2022年，星期五1.1 微型计算机数制及其转换微型计算机数制及其转换(2)二进制数的减法二进制数的减法二进制数向前借位时，为二进制数向前借位时，为“10”，例如：，例如：1001 0110B -0111 0011B 0010 0011B(3)二进制数的乘法二进制数的乘法二进制数的乘法运算规则为二进制数的乘法运算规则为 00=0，01=0，10=0(交换律交换律)，11=1。例如：。例如：1001 0110B 101B 10010110 00000000+10010110
23、 1011101110B上一页下一页返回第16页，共94页，编辑于2022年，星期五1.1 微型计算机数制及其转换微型计算机数制及其转换2十六进制数的运算十六进制数的运算十六进制数的四则运算包括加、减、乘、除，在学习单片机原理十六进制数的四则运算包括加、减、乘、除，在学习单片机原理时，同样需要掌握其中的加、减和乘法运算规则。时，同样需要掌握其中的加、减和乘法运算规则。十六进制数的加法运算规则与十进制数的加法运算规则相同，如十六进制数的加法运算规则与十进制数的加法运算规则相同，如3H+4H=7H，7H+4H=0BH(结果是十进制数的结果是十进制数的11，即十，即十六进制数的六进制数的0BH)，8
24、H+7H=0FH(结果是十进制数的结果是十进制数的15，即，即十六进制数的十六进制数的0FH)，8H+9H=11H(结果是十进制数的结果是十进制数的17，即十六进制数的即十六进制数的llH)。例如：。例如：3 4 6 A H +5 8 9 C H 8 D 0 6 H上一页下一页返回第17页，共94页，编辑于2022年，星期五1.1 微型计算机数制及其转换微型计算机数制及其转换在上式中，个位的在上式中，个位的A(10)加加C(12)，结果为，结果为22，即十六进制数的，即十六进制数的“16”，向十位进，向十位进1，结果为，结果为6；十位的；十位的 6+9+1(个位进位个位进位)，结果为，结果为1
25、6，即十六进制数中的，即十六进制数中的“10”，向百位进，向百位进1，结果为，结果为0；百位；百位4+8+1(十位进位十位进位)，结果为，结果为13，即十六进制数中的，即十六进制数中的“D”；千；千位位3+5，结果为，结果为8。上一页下一页返回第18页，共94页，编辑于2022年，星期五1.1 微型计算机数制及其转换微型计算机数制及其转换 7 4 6 A H -5 8 9 C H 1 B C E H在上式中，个位向十位借在上式中，个位向十位借1后，变成十六进制数的后，变成十六进制数的“1A”，即十进制数的，即十进制数的26，再减，再减C(即十进制数的即十进制数的12)，结果为，结果为14，即十
26、六进制数的，即十六进制数的“E”；十位原本是十位原本是“6”，个位借，个位借1后变为后变为“5”，十位再向百位借，十位再向百位借l，变成，变成十六进制数的十六进制数的“15”，即，即21；减；减9，结果为，结果为12，即十六进制数的，即十六进制数的“C”；百位原本是；百位原本是“4”，十位借，十位借1后变为后变为“3”，百位向千位借，百位向千位借1，变成十六进制数的变成十六进制数的“13”，即，即19；减；减8，结果为，结果为11，即十六进制，即十六进制数的数的“B”。上一页下一页返回第19页，共94页，编辑于2022年，星期五1.1 微型计算机数制及其转换微型计算机数制及其转换 7 4 6
27、A H 9 C H (进位进位)3 4 7 5 7 4 F 8 (进位进位)2 3 5 +4 1 7 B A 4 6 F 0 9 8可见十六进制数的乘法与十进制数的乘法运算方法类似，但必须可见十六进制数的乘法与十进制数的乘法运算方法类似，但必须注意将十六迸制数乘法运算的中间结果转为十六进制数，例如注意将十六迸制数乘法运算的中间结果转为十六进制数，例如69的结果为十进制数的的结果为十进制数的54，转化为十六进制数是，转化为十六进制数是36H。上一页返回第20页，共94页，编辑于2022年，星期五1.2 码制码制计算机内部所有的数据均采用二进制代码表示，但通过输入设备计算机内部所有的数据均采用二进
28、制代码表示，但通过输入设备(如键如键盘盘)输入的信息和通过输出设备输入的信息和通过输出设备(如显示器、打印机如显示器、打印机)输出的信息却是多输出的信息却是多种多样的，既有字母、数字，又有各种控制字符，甚至汉字。为了方便，种多样的，既有字母、数字，又有各种控制字符，甚至汉字。为了方便，人们对计算机中常用的符号进行了编码。当通过输入设备向计算机输入人们对计算机中常用的符号进行了编码。当通过输入设备向计算机输入某个字符时，计算机会自动将该字符转化为对应的二进制数，再进行处某个字符时，计算机会自动将该字符转化为对应的二进制数，再进行处理同时计算机也将处理结果还原为对应的字符。于是，字符所对应的二理同
29、时计算机也将处理结果还原为对应的字符。于是，字符所对应的二进制数就称为该字符的编码。进制数就称为该字符的编码。下一页返回第21页，共94页，编辑于2022年，星期五1.2 码制码制1.2.1 英文字符的表示方法英文字符的表示方法ASCII码码由于计算机只能处理二进制数，因此除了数值本身需要用二进制数由于计算机只能处理二进制数，因此除了数值本身需要用二进制数形式表示外，字符形式表示外，字符(包括数码，如包括数码，如0，1，2，3，4，5，6，7，8，9)、字母、字母(如如A，B，C，D，X，Y，Z及及a,b，C，d,x，y，z)、特殊符号、特殊符号(如，如，!，+，-，=)等也必须用二进制数表示
30、，即等也必须用二进制数表示，即在计算机中需将数码、字母、特殊符号等代码化，以便于计算机识别、在计算机中需将数码、字母、特殊符号等代码化，以便于计算机识别、存储和处理。存储和处理。英文属于典型的拼音文字，由字母、数字、特殊符号等组合而成，英文属于典型的拼音文字，由字母、数字、特殊符号等组合而成，但这些字母、数字、特殊符号的数目毕竟有限，不过百余个。我但这些字母、数字、特殊符号的数目毕竟有限，不过百余个。我们知道们知道7位二进制数可以表示位二进制数可以表示128种状态，如果每一种状态代表种状态，如果每一种状态代表特定的字母或数字，则特定的字母或数字，则7位二进制数可表示位二进制数可表示128个字符
31、。个字符。上一页下一页返回第22页，共94页，编辑于2022年，星期五1.2 码制码制 在计算机系统中，存储单元的长度通常为在计算机系统中，存储单元的长度通常为8位二进制数位二进制数(一个字一个字节节)，为了存取方便，规定一个存储单元存放一个，为了存取方便，规定一个存储单元存放一个ASCII码，其码，其中低中低7位表示字母本身的编码，第位表示字母本身的编码，第8位位(bit7)用作奇偶校验位或用作奇偶校验位或规定为零规定为零(通常如此通常如此)。因此，也可以认为。因此，也可以认为ASCII码的长度为码的长度为8位位(但但bit7为为0)。128个字符对于某些特殊应用来说，可能不够，个字符对于某
32、些特殊应用来说，可能不够，因此就采用因此就采用8位的位的ASCII，即扩展，即扩展ASCII码码(共有共有256个代码个代码)。其中前其中前128个个(高位为高位为O)编码用于表示基本的编码用于表示基本的ASCII码，基本码，基本ASCII码主要用于表示数字、英文字母码主要用于表示数字、英文字母(大、小写大、小写)、标点符号、标点符号、控制字符等，后控制字符等，后128(高位为高位为1)个编码用于表示扩展的个编码用于表示扩展的ASCII码，扩展码，扩展ASCII用于表示一些特殊的符号，如希腊字母等。用于表示一些特殊的符号，如希腊字母等。上一页下一页返回第23页，共94页，编辑于2022年，星期
33、五1.2 码制码制1.2.2 BCD码码(二进制编码的十进制数二进制编码的十进制数)十进制数毕竟是人们最习惯的计数方式，在向计算机输入数据时，常用十十进制数毕竟是人们最习惯的计数方式，在向计算机输入数据时，常用十进制数输入，但计算机只认识二进制数，因此每一位十进制数必须用二进进制数输入，但计算机只认识二进制数，因此每一位十进制数必须用二进制数表示。一位十进制数包含制数表示。一位十进制数包含09十个数码，必须用十个数码，必须用4位二进制数表示，位二进制数表示，这样就需要确定这样就需要确定09与与4位二进制数位二进制数0000B1111B之间的对应关系，之间的对应关系，其中较常用的其中较常用的84
34、21BCD码规定了十进制数码规定了十进制数09与与4位二进制数编码之间位二进制数编码之间的对应关系如下。的对应关系如下。上一页下一页返回第24页，共94页，编辑于2022年，星期五1.2 码制码制上一页下一页返回 十进制数十进制数 8421BCD码码 十进制数十进制数 8421BCD码码 0 0000 5 0101 l 0001 6 0110 2 0010 7 0lll 3 00ll 8 1000 4 0100 9 100l第25页，共94页，编辑于2022年，星期五1.2 码制码制 1.2.3 计算机中带符号数的表示方法计算机中带符号数的表示方法在计算机中，对于带符号数来说，一般用最高位表示
35、数的正负。对于正在计算机中，对于带符号数来说，一般用最高位表示数的正负。对于正数，最高位规定为数，最高位规定为“0”；对于负数，最高位为；对于负数，最高位为“1”。例如：。例如：56H可以表示为可以表示为0 1010110(对于对于8位二进制数来说，位二进制数来说，b7位表位表示数的正负，示数的正负，b6b0表示数的绝对值表示数的绝对值)，-56H可以表示为可以表示为1 1010110。0256H可以表示为可以表示为0 000 0010 0101 0110(对于对于16位二进制位二进制数来说，数来说，b15位表示数的正负，位表示数的正负，b14b0表示数的绝对值表示数的绝对值)，-0256H可
36、以表示为可以表示为1 000 0010 0101 0110。1原码原码对于带符号数来说，用最高位表示数的正负，其余各位表示该数的绝对值，对于带符号数来说，用最高位表示数的正负，其余各位表示该数的绝对值，这种表示方法就称为原码表示法，如上所述。这种表示方法就称为原码表示法，如上所述。上一页下一页返回第26页，共94页，编辑于2022年，星期五1.2 码制码制2反码反码带符号数也可以用反码表示，反码与原码的关系是：正数的反码与带符号数也可以用反码表示，反码与原码的关系是：正数的反码与原码相同，如原码相同，如56H反反=56H原原=0 1010110B。负数的反码等于对应正数的原码按位求反。因此，求
37、负数的反码等于对应正数的原码按位求反。因此，求-56H反码的反码的过程如下：过程如下：对应正数对应正数56H的原码为的原码为0 1010110，按位求反后为，按位求反后为1 0101001，即，即-56H的反码为的反码为10101001。或者说，正数的反码与原码相同，而负数的。或者说，正数的反码与原码相同，而负数的反码是对应负数原码除符号位外，绝对值部分按位取反。反码是对应负数原码除符号位外，绝对值部分按位取反。上一页下一页返回第27页，共94页，编辑于2022年，星期五1.2 码制码制3补码补码在计算机内，带符号数并不是用原码或反码表示，而是用补码表示，引入在计算机内，带符号数并不是用原码或
38、反码表示，而是用补码表示，引入原码、反码的目的只是为了方便理解补码概念而已。不用原码表示的原因原码、反码的目的只是为了方便理解补码概念而已。不用原码表示的原因是：用原码表示时，是：用原码表示时，0的原码并不惟一，的原码并不惟一，0的原码可以表示为的原码可以表示为0 0000000(+0)，也可以表示为，也可以表示为1 0000000(一一0)，这会造成混乱；再，这会造成混乱；再就是用原码表示时，减法并不能转化为加法运算，反码也存在类似问题。就是用原码表示时，减法并不能转化为加法运算，反码也存在类似问题。在计算机中，带符号数用补码表示后，减法就可以转化为加法运算，例如：在计算机中，带符号数用补码
39、表示后，减法就可以转化为加法运算，例如：上一页下一页返回第28页，共94页，编辑于2022年，星期五1.2 码制码制56H-23H=56H-23H+100H (100H是是8位二进制能表示的最大位二进制能表示的最大数，加上数，加上100H后，对计算结果没有影响，原因是后，对计算结果没有影响，原因是8位二进制无法存放位二进制无法存放100H中的中的“1”，即，即b8位位)=56H+100H-23H =56H+0DDH =133H =33H(由于由于8位二进制不能存放位二进制不能存放b8位，结果位，结果133H中最高位中最高位“l”自然丢失自然丢失)可见在可见在8位二进制中，位二进制中，56H-2
40、3H的结果与的结果与56H+0DDH相同，即相同，即引入补码后减法可以用加法来完成。显然在引入补码后减法可以用加法来完成。显然在8位二进制中，位二进制中，23H与与0DDH互为补码。互为补码。补码的定义为：正数的补码与反码、原码相同；负数的补码等于它补码的定义为：正数的补码与反码、原码相同；负数的补码等于它的反码加的反码加1。因此，求。因此，求-23H补码的过程如下：补码的过程如下：上一页下一页返回第29页，共94页，编辑于2022年，星期五1.2 码制码制对应正数对应正数23H的原码为的原码为0 0100011，按位求反后为，按位求反后为1 1011100，即，即-23H的反码，反码加的反码
41、，反码加1后为后为1 1011101，即，即-23H的补码为的补码为1 1011101(相当于无符号数的相当于无符号数的0DDH)。可见，用补码表示时，最高位为可见，用补码表示时，最高位为O，表示该数为正数，数值部分就是真值。，表示该数为正数，数值部分就是真值。而最高位为而最高位为1时是负数，数值部分并不是它的真值，必须再求补后，才得到时是负数，数值部分并不是它的真值，必须再求补后，才得到该数的绝对值，如上例中的一该数的绝对值，如上例中的一23H的补码为的补码为1 1011101，按位取反后为，按位取反后为00100010，加，加1后为后为00100011，即，即23H。对于对于8位二进制数来
42、说，补码表示的范围是位二进制数来说，补码表示的范围是-128+127；对于；对于16位位二进制数来说，补码表示的范围是二进制数来说，补码表示的范围是-32768+32767。上一页返回第30页，共94页，编辑于2022年，星期五1.3 微型计算机组成原理微型计算机组成原理 迄今为止，所有计算机的组成结构都是冯迄今为止，所有计算机的组成结构都是冯诺依曼型的，即：它是执诺依曼型的，即：它是执行存储器中程序而工作的。计算机执行程序是自动按序进行的，毋行存储器中程序而工作的。计算机执行程序是自动按序进行的，毋需人工干预，控制器在时钟信号的控制下，从存储器中取出计算步需人工干预，控制器在时钟信号的控制下
43、，从存储器中取出计算步骤骤(指令指令)和数据，并根据指令操作码内容发出相应的控制信号。程和数据，并根据指令操作码内容发出相应的控制信号。程序和数据由输入设备输入存储器，执行程序所获得的运算结果由输序和数据由输入设备输入存储器，执行程序所获得的运算结果由输出设备输出。因此，计算机通常有运算控制部件、存储器部件、输出设备输出。因此，计算机通常有运算控制部件、存储器部件、输入设备和输出设备四部分组成，计算机系统的基本结构如入设备和输出设备四部分组成，计算机系统的基本结构如图图11所所示。示。下一页返回第31页，共94页，编辑于2022年，星期五1.3 微型计算机组成原理微型计算机组成原理在计算机中，
44、往往把运算器、控制器做在一个芯片上，称为中央在计算机中，往往把运算器、控制器做在一个芯片上，称为中央处理器处理器(Central Processor Unit，简称，简称CPU)，有时也称为，有时也称为微处理器微处理器(Micro Processor Unit，MPU)。为了进一步减小。为了进一步减小电路板面积，提高系统可靠性，将输入、输出接口电路、时钟电电路板面积，提高系统可靠性，将输入、输出接口电路、时钟电路，以及存储器、运算器、控制器等部件集成到一个芯片内，就路，以及存储器、运算器、控制器等部件集成到一个芯片内，就成为单片机成为单片机(也称为微控制器，即也称为微控制器，即Micro Co
45、ntroller Unit，简称简称MCU)。这就表示一个芯片就具备了一个完整的计算机系统。这就表示一个芯片就具备了一个完整的计算机系统所必需的基本部件。为了适应不同的需求，将不同功能的外围电所必需的基本部件。为了适应不同的需求，将不同功能的外围电路，如定时器、中断控制器、路，如定时器、中断控制器、AD及及DA转换器、串行通信转换器、串行通信接口电路等集成在一个芯片内，形成系列化产品，就构成了所谓接口电路等集成在一个芯片内，形成系列化产品，就构成了所谓“嵌入式嵌入式”单片机控制芯片。单片机控制芯片。上一页下一页返回第32页，共94页，编辑于2022年，星期五1.3 微型计算机组成原理微型计算机
46、组成原理1.3.1 微型计算机的基本结构微型计算机的基本结构1CPU的内部结构的内部结构图图1-1中的运算器和控制器等部件往往做在同一芯片内，称为中央处理中的运算器和控制器等部件往往做在同一芯片内，称为中央处理器器(CPU)。8位通用微处理器内部基本结构可用图位通用微处理器内部基本结构可用图1-2描述，它由算术描述，它由算术逻辑运算单元逻辑运算单元(Arithmetic Logic Unit，简称，简称ALU)、累加器、累加器A(8位位)、寄存器、寄存器B(8位位)、程序状态字寄存器、程序状态字寄存器PSW(8位位)、程序计数器、程序计数器PC(有时也称为指令指针，即有时也称为指令指针，即IP
47、，16位位)、地址寄存器、地址寄存器AR(16位位)、数据寄存器数据寄存器DR(8位位)、指令寄存器、指令寄存器IR(8位位)、指令译码器、指令译码器ID、控、控制器等部件组成。制器等部件组成。上一页下一页返回第33页，共94页，编辑于2022年，星期五1.3 微型计算机组成原理微型计算机组成原理(1)程序计数器程序计数器PC是是CPU内部的寄存器，用于记录将要执行的内部的寄存器，用于记录将要执行的指令代码所在存储单元的地址编码。一般说来，指令代码所在存储单元的地址编码。一般说来，PC的长度与的长度与CPU地址线数目一致，例如地址线数目一致，例如8位机的位机的CPU一般具有一般具有16根地址线
48、根地址线(A15A0)，PC的长度也是的长度也是16位。复位后，位。复位后，PC具有确定值，具有确定值，例如在例如在MCS一一51系列单片机中，复位后，系列单片机中，复位后，PC=0000H，即复，即复位后将从程序存储器的位后将从程序存储器的0000H单元读取第一条指令码。由于复单元读取第一条指令码。由于复位后，位后，PC的值就是第一条指令代码存放的单元地址，因此设计的值就是第一条指令代码存放的单元地址，因此设计程序时，必须了解复位后程序时，必须了解复位后PC的值是什么，以便确定第一条指令的值是什么，以便确定第一条指令码从存储器哪一存储单元开始存放。码从存储器哪一存储单元开始存放。PC具有自动
49、加具有自动加1的功能，的功能，即从存储器中读出一个字节的指令码后，即从存储器中读出一个字节的指令码后，PC会自动加会自动加1(指向下指向下一存储单元一存储单元)。上一页下一页返回第34页，共94页，编辑于2022年，星期五1.3 微型计算机组成原理微型计算机组成原理(2)地址寄存器地址寄存器AR(Address Register，16位位)用于存放将要寻址的外用于存放将要寻址的外部存储器单元的地址信息，指令码所在存储单元的地址编码，由程序计数部存储器单元的地址信息，指令码所在存储单元的地址编码，由程序计数器器PC产生；而指令中操作数所在存储单元的地址码，由指令的操作数给定。产生；而指令中操作数
50、所在存储单元的地址码，由指令的操作数给定。地址寄存器地址寄存器AR通过地址总线通过地址总线AB与外部存储器相连。与外部存储器相连。(3)指令寄存器指令寄存器IR(Instruction Register)用于存放取指阶段读出的指用于存放取指阶段读出的指令代码的第一字节，即操作码，使指令译码器令代码的第一字节，即操作码，使指令译码器ID的输入保持不变。存放在的输入保持不变。存放在IR中的指令码经指令译码器中的指令码经指令译码器ID译码后，输入控制器，产生相应的控制信号，译码后，输入控制器，产生相应的控制信号，使使CPU完成指令规定的动作。完成指令规定的动作。上一页下一页返回第35页，共94页，编