第二章微型计算机基础知识本章学习目标掌握微型计算机中的.ppt

微机原理及接口技术,第二级,第三级,第四级,第五级,微机原理及接口技术,*,/148,1,/148,第二章 微型计算机基础知识,本章学习目标,掌握微型计算机中的数制及其编码,掌握布尔代数和常见逻辑电路,了解微型计算机的常用技术术语和技术,2,/148,1,微型机中的数制及其编码,一、数与数制,进位计数制，简称数制。,十进制：,人们习惯采用的计数制是十进制。,0,9,十个不同的基数，逢十进一。,用,D,表示或省略。,二进制：,计算机所采用的计数制是二进制。,只有,0,、,1,两个不同的基数，逢二进一。,用,B,表示。,因为计算机用晶体管截止、饱和两个状态下的输出电平,1,、,0,表示数字。,3,/148,十进制与二进制转换,人机交互时采用十进制，计算机内数据存储、计算、处理用二进制，需要需要进行转换。在计算机中的解决方法是，利用,接口技术,作转换。,如：用键盘输入数据时使用十进制数，即输入电路使用的键盘是十进制数，输入接口电路将十进制数转换为二进制数后送到机器内部；,4,/148,二、不同数制之间的转换,1,、十进制数转换为二进制数,十进制数转换为二进制数的方法,整数部分转换方法,：除以,2,取余，直到商为,0,为止。最后将所有余数倒序排列，得到转换结果。,小数部分转换方法,：乘以,2,取整，直到满足精度要求为止。,5,/148,例,1,：将十进制数,100,转换为二进制数,(100),10,=(01100100),2,或者表示为：,100D=01100100B,6,/148,例,1,：将十进制数,100,转换为二进制数,(100),10,=(01100100),2,或者表示为：,100D=01100100B,7,/148,例,2,：将十进制数,45.613,转换成二进制数,45.613,(101101.100111),2,或,45.613D,101101.100111B,8,/148,2,、二进制数转换为十进制数,转换方法：按权展开相加。,例如，一个,8,位的二进制数的各位的权值依次是,2,7,、,2,6,、,2,5,、,、,2,0,。,如将,10110110B,转换为十进制数的方法是：,即，,(10110110)2=(182),10,或者表示为：,10110110B=182D,9,/148,3,、十六进制数,优点,：二进制数位数较多时，读写不方便。而使用十六进制表示简明。,十六进制数表示：,09,、,A,、,B,、,C,、,D,、,E,、,F,十六个不同的基数,逢十六进一 用,H,表示。,10,148,二进制数转换为十六进制数,原理：,四位二进制数对应一位十六进制，所以二进制整数转换为,16,进制时，从最低位开始，每四位一组（不足四位时高位补,0,）转换成一位十六进制数据即可。,例如：,1011 0110B=B6H,。,11,148,十六进制数转换为二进制数,十六进制数据转换为二进制数据时，把每一位十六进制数据直接写成四位二进制数。,例如：,64H=0110 0100B,12,148,十六进制数转换为二进制数,十六进制数据转换为二进制数据时，把每一位十六进制数据直接写成四位二进制数。,例如：,64H=0110 0100B,13,148,4,位二进制数和一位十六进制数具有一一对应的关系。,十六进制,二进制,十六进制,二进制,0,0000,8,1000,1,0001,9,1001,2,0010,A,1010,3,0011,B,1011,4,0100,C,1100,5,0101,D,1101,6,0110,E,1110,7,0111,F,1111,表2-1 4,位二进制数和一位十六进制数的对应关系,14,148,十六进制数据和十进制数据之间的转换,通过二进制转换；,将十进制整数除以十六取余，小数部分乘以十六取整，可直接转换为十六进制数；,将十六进制数按权展开相加得到十进制数。,n+1,位十六进制数的权值分别为,16,n,、,16,n-1,、,、,16,2,、,16,1,、,16,0,15,148,三、数制数据的编码及其运算,在计算机中，数据分,无符号数,和,带符号数,。,无符号数用整个机器字长的全部二进制位表示数值位,无符号位；,带符号数用,最高位,表示该数的,符号位,。,带符号数又有,原码,、,补码,和,反码,三种形式。,16,1481,、原码表示法,由于计算机中只能有,0,、,1,两种数，不仅数的数值部分在计算机中用,0,、,1,编码的形式表示，正、负号也只能用,0,、,1,编码表示。,一般用数的,最高位,（,Most Significant Bit,，,MSB,）表示数的正负符号。,原码表示法,:,一个数连同它的符号在机器中使用,0,、,1,进行编码。,17,148,例如，若用,5,位二进制数表示数据时，最高位表示符号，,0,表示正数，,1,表示负数，余下的四位表示数据：,MSB=0,表示正数，如,1011B,表示为,0,1011B,；,MSB=1,表示负数，如,1011B,表示为,1,1011B,。,18,148,例如，若用,5,位二进制数表示数据时，最高位表示符号，,0,表示正数，,1,表示负数，余下的四位表示数据：,MSB=0,表示正数，如,1011B,表示为,0,1011B,；,MSB=1,表示负数，如,1011B,表示为,1,1011B,。,19,148,机器数和真值,把一个数在机器内的二进制形式称为机器数。,把这个数本身称为该机器数的真值。,上例的,“,01011B,”,和,“,11011B,”,就是两个机,器数。,它们的真值分别为,1011B,和,1011B,。,20,148,真值为纯小数时，其原码形式为,X,S,X,1,X,2,X,n,，其中,X,S,表示符号位。例如，,若,X,0.0110,，则,X,原,X,0.0110,；,若,X,-0.0110,，则,X,原,1.0110,真值为纯整数时，其原码形式为,X,S,X,n,X,n-1,X,2,X,1,，其中,X,S,表示符号位。,21,148,8,位二进制原码的表示范围为：,-127-0 +0+127,16,位二进制原码的表示范围为：,-32767-0 +0+32767,原码表示中，真值,0,有两种不同的表示形式：,0,原,00000,，,0,原,10000,22,148,无符号数,没有符号位的数，称为无符号数。,无符号数的最大值比有符号数大一倍。,如字长为,8,位时，能表示的无符号数的最大值为,11111111B,，即,255,，而,8,位有符号数的最大值是,01111111B,，即,+127,。,23,148,8,位二进制无符号数的表示范围为：,0255,16,位二进制无符号数的表示范围为：,065535,原码的优点是直观易懂，机器数和真值间的转换很容易，用原码实现乘、除运算的规则简单。,缺点,是加、减运算规则较复杂。,24,148,8,位二进制无符号数的表示范围为：,0255,16,位二进制无符号数的表示范围为：,065535,原码的优点是直观易懂，机器数和真值间的转换很容易，用原码实现乘、除运算的规则简单。,缺点,是加、减运算规则较复杂。,25,148,原码计算存在的问题,直接用,0,、,1,表示正、负，运算时带来的问题：有符号数和无符号数的表示形式并没有任何区别，所以，,CPU,在进行运算时，并不知道参与运算的数是有符号数还是无符号数，在进行有符号数的运算时，会将符号也当作是数值进行运算，因而有时会出现,错误的结果,。,26,148,两个正数相加时，符号位也同时相加,若两个数之和不超出其所能表示的最大值,127,时，符号位相加：,0,0,0,，即和仍然为正数，结果正确。,若两个数之和超出了其所能表示的最大值,127,时，就会产生数字位向符号位的进位，两个符号位相加,0,0,0,，再加上低位进上来的,1,，则符号位为,1,，作为有符号数，表示两个正数相加的和为负数，显然是不对的。,27,148,例,1,，两个有符号正数,01010111B,（,87D,）,和,00010110B,（,22D,）相加。,其和为,1101101B,，即十进制的,109,127,，,符号位为,0,，表示和为正数，结果正确。,28,148,例,2,，两个有符号正数,00110111B,（,55D,）和,01011101B,（,93D,）相加。,和应为,+148,，但符号位为,1,，表示和是负数，错误。,产生错误的原因是：,相加的和是,148,127,，,超出了,8,位有符号正数所能,表示的最大值，对于有,符号数，这种数值运算,侵入到符号位造成结果,错误的情况，称为,溢出,。,29,148,一个正数与一个负数相加,，和的符号位不应是两个符号位直接运算的值：,0,1,1,。,和的符号位应由两数中绝对值大的数所决定。,两个负数相加时,，由于,1,1,10,，符号位只表示,0,，因此和的符号也不应是由两符号位直接运算的结果所决定。,为解决机器内有符号数的符号位参加运算的问题，引入了,反码,和,补码,。,30,148,一个正数与一个负数相加,，和的符号位不应是两个符号位直接运算的值：,0,1,1,。,和的符号位应由两数中绝对值大的数所决定。,两个负数相加时,，由于,1,1,10,，符号位只表示,0,，因此和的符号也不应是由两符号位直接运算的结果所决定。,为解决机器内有符号数的符号位参加运算的问题，引入了,反码,和,补码,。,31,148,2,、反码表示法,对正数来说，其反码和原码相同。,即,原,反,。,对负数来说，反码为其原码的符号位不变，数值部分的各位取反。,在反码表示中，真值,0,也有两种不同的表示,形式：,0,反,00000B,0,反,11111B,32,148,真值、原码、反码的不同表示,原,反,1101B,01101B,01101B,1101B,11101B,10010B,33,148,反码运算要注意以下三个问题：,符号位可与数值位一样参加运算。,符号位运算后如有进位产生，则把这个进位送回到最低位去相加，这叫循环进位。,反码运算具有性质：,X,反,Y,反,X,Y,反,34,148,3,补码表示法,同余的概念,两整数,A,和,B,除以同一正整数,M,，所得余数相,同，则称,A,和,B,对,M,同余。,可写成：,A,B,（,mod M,）,例如：对钟表来说，其模,M,12,，故,4,点和,16,点、,5,点和,17,点,均是同余的。,4,16,（,mod 12,），,5,17,（,mod 12,）,35,148,指针式钟表的校准（快两个小时,),方法一：往回拨两个小时,方法二：往前拨,10,个小时，结果相同。,钟表按照,12,小时循环计数，一旦加到大于,12,小时时，就会将,12,舍弃，计为,0,点。,36,148,指针式钟表的校准（快两个小时,),方法一：往回拨两个小时,方法二：往前拨,10,个小时，结果相同。,钟表按照,12,小时循环计数，一旦加到大于,12,小时时，就会将,12,舍弃，计为,0,点。,37,148,这种按照周期循环的数的周期叫做模，这里模是,12,，数一旦大于或等于其模，就会被自动舍弃。,所以，,5+10-12=3,，而,5-2=5+10-12=5+,（,10-12,），,10,可看作,-2,的补码。,即以,12,为模时，,2,和,10,同余。同余的两个数具有互补关系,2,与,10,对模,12,互补，即,2,的补码是,10,。,38,148,可见，只要确定了,“,模,”,，就可找到一个与负数等价的正数,(,该正数是负数的补码,),来代替此负数这个正数可用模加上负数本身求得，这样就可把减法运算用加法实现了。,39,148,补码的概念：,知道模的大小，求某个负数的补码时，只要将该负数加上其模，就得到它的补码。,如以,“,10,”,为模，,“,-7,”,的补码为,（,7,）,+10,3,（,mod 10,）,这时,“,3,”,就是,“,-7,”,的补码。,40,148,某一正数加上一个负数时，实际上是做一次减法。引入补码概念之后，可将该正数加上这个负数的补码，最高位产生的进位会自然丢失，所以得到的结果同样是正确的。,例如，当模为,10,时，,7,(-7),7,(-7+10)=7+3=10=10-10,=0(mod 10),又如，,7+4)=7+(-4+10)=7+6=13=13-10=3(mod 10),41,148,以,2,n,为模的补码,在计算机中，带符号的数用二进制补码表示。存放数据的存储器的位数都是确定的。如每个存数单元的字长为,n,位，则它的模就是,2,n,。,2,n,是,n,l,位的二进制数,100,0B,（,1,后面有,n,个,0,），由于机器只能表示,n,位数，因此数,2,n,在机器中仅能以,n,个,0,来表示，而该数最高位的数字,1,就被自动舍弃了。则以,2,n,为模时,2,n,和,0,在机器中的表示形式是完全一样的。,42,148,以,2,n,为模的补码,在计算机中，带符号的数用二进制补码表示。存放数据的存储器的位数都是确定的。如每个存数单元的字长为,n,位，则它的模就是,2,n,。,2,n,是,n,l,位的二进制数,100,0B,（,1,后面有,n,个,0,），由于机器只能表示,n,位数，因此数,2,n,在机器中仅能以,n,个,0,来表示，而该数最高位的数字,1,就被自动舍弃了。则以,2,n,为模时,2,n,和,0,在机器中的表示形式是完全一样的。,43,148,如果将,n,位字长的二进制数的最高位留做符号,位，则数字只剩下,n-1,位，下标从,n-2,到,0,，数,字,X,的补码（以,2,n,为模）的表示形式为：,当,X,为正数时，即,X,+X,n-2,X,n-3,X,1,X,0,时X,补,=2,n,+X,=0 X,n-2,X,n-3,X,1,X,0,(mod2,n,),=X,原,44,148,当,X,为负数时，即,X,-X,n-2,X,n-3,X,1,X,0,时，,45,148,例如，,n=8,时，,2,8,=100000000B,，则,1010111B,的补码为：,1010111B,补,100000000B,1010111B,10101001B,或,1010111B,补,1010111B,反,1,10101000B,1,10101001B,46,148,正数：补码和原码的形式相同：,原,补,；,负数：补码为其反码（数值部分各位变反）加。,例如：,原,反,补,正数,0001101B 00001101B 00001101B 00001101B,负数,0001101B 10001101B 11110010B 11110011B,47,148,不论是正数，还是负数，反码与补码具有,下列相似的性质：,反,反,原,补,补,原,48,148,不论是正数，还是负数，反码与补码具有,下列相似的性质：,反,反,原,补,补,原,49,148,【,例,2-1】+13,和,-13,的原码、反码、补码以及反码的反码和补码的补码如下：,X,原,反,补,反,反,补,补,0001101B 00001101B 00001101B 00001101B 00001101B 00001101B0001101B 10001101B 11110010B 11110011B 10001101B 10001101B,50,148,无符号数,有符号数,十进制数,二进制数,真值,原码,反码,补码,127,1,0,128,129,255,0111 1111B,0000 0001B,0000 0000B,1000 0000B,1000 0001B,1111 1111B,+127,：,+1,+0,-0,-1,：,-127,-128,0111 1111B,：,0000 0001B,0000 0000B,1000 0000B,1000 0001B,：,1111 1111B,不能表示,0111 1111B,：,0000 0001B,0000 0000 B,1111 1111 B,1111 1110 B,：,1000 0000 B,不能表示,0111 1111 B,：,0000 0001 B,0000 0000 B,0000 0000 B,1111 1111 B,：,1000 0001 B,1000 0000 B,表,2-2 8,位二进制数的原码、反码、补码的表示,51,148,可见，,8,位字长，原码、反码表示的数的 范围为,127,127,，而补码表示的数的范围为,127,128,。,下面对两个特殊的数的补码作进一步说明：,0,的补码,+0,补,00000000B,-0,原,10000000B,，经求反加,1,，得,00000000B,，,所以，,-0,补,00000000B,。,即，对补码，,+0,补,-0,补,00000000B,52,148,-128,的补码,根据补码的定义，,128,补,=2,8,(,128),=2,8,(,127)-1,=100000000B-1111111B-1,=100000001B-1,=10000000B,53,148,数值数据的运算,采用补码进行加减运算时要注意以下几个问题：,溢出,补码运算时，其符号位与数值部分一样参加运算，但,结果不能超出其所能表示的数的范围，否则会出现溢出错,误。,无符号数的加减运算结果超出数的范围的情况叫做进位,或借位计算机中有专用的标志位作记录，只要适当处理,这些标志，结果就不会出错，所以在多字节数的加减运算,时必须考虑进位和借位的处理。,54,148,数值数据的运算,采用补码进行加减运算时要注意以下几个问题：,溢出,补码运算时，其符号位与数值部分一样参加运算，但,结果不能超出其所能表示的数的范围，否则会出现溢出错,误。,无符号数的加减运算结果超出数的范围的情况叫做进位,或借位，计算机中有专用的标志位作记录，只要适当处理,这些标志，结果就不会出错，所以在多字节数的加减运算,时必须考虑进位和借位的处理。,55,148,采用了补码以后，符号运算后如出现进位，则把这个进位舍去不要，不影响运算结果，运算后的符号就是结果的符号。,补码运算的性质：,补,补,补,补,补,补,以上运算性质，与数的位数,n,无关。,56,148,下面以二进制数的补码运算为例，说明有符号数的,运算性质,【,例,2-2】,已知：,+0101101B,0000001B,求？,解：补,=00101101,补,=11111111,补,=100101100,进位舍去不要,补补,0101100B=X,补,+Y,补,57,148,【,例,2-3】,已知：,0001101B,0000001B,求：？,解：补,=11110011,补,=11111111,补,=111110010,进位舍去不要,所以，补补,0001110B,58,148,【,例,2-4】,已知：,+1,128,求：？,解：补,00000001,补,10000000,补,10000001,所以，补补,11111111B,127,59,148,加法器就能完成所有的算术运算,加法算减法,：因为减去一个正数的减法运算可以看作是加上一个负数的加法运算，所以在计算机中，求得补码之后，就把减一个正数的运算转变为加上该负数的补码的加法运算。,加法算乘法,：可以采用移位相加的方法完成。,加法算除法,：采用移位相减的方法完成，这样只用加法器就能完成所有的算术运算。,60,148,加法器就能完成所有的算术运算,加法算减法,：因为减去一个正数的减法运算可以看作是加上一个负数的加法运算，所以在计算机中，求得补码之后，就把减一个正数的运算转变为加上该负数的补码的加法运算。,加法算乘法,：可以采用移位相加的方法完成。,加法算除法,：采用移位相减的方法完成，这样只用加法器就能完成所有的算术运算。,61,148,三种编码小结：,对正数而言，上述三种码都等于真值本身。,最高位都表示符号位，补码和反码的符号位可与数值位一样对待，和数值位一起参加运算；但原码的符号位必须与数值位分开处理。,原码和反码的真值,0,各有两种不同的表示方式，而补码的真值,0,表示是唯一的。,62,148,4,、十进制数的编码,常用的十进制数编码有：,BCD,码（,Binary-Coded Decimal,）,余,3,码格雷码,BCD,码：是二进制编码形式的十进制数。即用,4,位二进制数表示一位十进制数，这种编码形式可以有多种，其中最自然、最常用的一种形式为,8-4-2-1BCD,码。,63,148,非压缩,BCD,用一个字节的,8,位二进制数表示十进制数时，若,每个字节的高四位为,0,，只用其低四位表示一位十,进制数，则称为非压缩的,BCD,码，表示格式如图所,示。它所表示的数的范围是,0-9,。,D7,D6,D5,D4,D3,D2,D1,D0,0,0,0,0,个位,图,2-3,非压缩,BCD,码的表示格式,64,148,D7,D6,D5,D4,D3,D2,D1,D0,十位,个位,图,2-4,压缩,BCD码的表示格式,压缩,BCD,若将,8,位用于表示两位十进制数，则称为压缩的,BCD,码，表示格式如图所示。它所表示的数的范,围是,0-99,。,65,148,例如，若用,4,个字节表示十进制数,4321,用非压缩的,BCD,码表示时是,00000100,，,00000011,，,00000010,，,00000001,；,写成十六进制的形式,:04H,、,03H,、,02H,、,01H,；,用压缩的,BCD,码表示时，为：,01000011,，,00100001,；,写成十六进制的形式：,43H,、,21H,。,66,148,例如，若用,4,个字节表示十进制数,4321,用非压缩的,BCD,码表示时是,00000100,，,00000011,，,00000010,，,00000001,；,写成十六进制的形式,:04H,、,03H,、,02H,、,01H,；,用压缩的,BCD,码表示时，为：,01000011,，,00100001,；,写成十六进制的形式：,43H,、,21H,。,67,148,尽管在,8421,码中,09,10,个数码的表示形式与用二进制表示的形式一样，,但这是两个完全不同的概念，不能混淆。,如，十进制数,39,可表示为,(0011 1001),8421,或,100111B,，两者是完全不同的。,68,148,四、非数值数据的编码,计算机不仅能对数值数据进行处理，还能够对文本和其它非数值数据信息进行处理。,非数值数据是指不能进行算术运算的数据，如：字符、字符串、图形符号和汉字、语音与图像等多种数据。,这些信息在传送时，不是直接传送和处理其原值，而是先按照某种规则进行一定的处理，以便使之具有通用的传送格式。经过这种处理的数值信息，称为编码。,69,148,1,、,ASCII,编码,处理文本文件时，每个字符都由其相应的标准字模构成，文本文件本身并不包括这些字模，而只是使用其编码来表示每个字符。,例如，使用区位编码的中文编辑时，,4,位十进制区位码可以表示一万个不同的字符。国际上通用的标准字符编码为,ASCII,码,(American Standard Code for Information Interchange,，,ASCII),，即美国标准信息交换码。,70,148,ASCII,码共定义了,256,个代码（从,0-255,）,从,0-32,位为控制字符（,ASCII control characters,）,从,33-127,位为可打印字符（,ASCII printable characters,）,从,0-127,是标准的,ASCII,编码,从,128-255,是扩展的,ASCII,编码,71,148,标准,ASCII,码：用,7,位二进制编码表示,87,个字符,26,个小写英文字母：,41H,5AH,26,个大写英文字母：,61H,7AH,10,个数字码（,09,）：,30H,39H,25,个特殊字符：，,，等,共计,87,个字符。,72,148,标准,ASCII,码：用,7,位二进制编码表示,87,个字符,26,个小写英文字母：,41H,5AH,26,个大写英文字母：,61H,7AH,10,个数字码（,09,）：,30H,39H,25,个特殊字符：，,，等,共计,87,个字符。,73,148,附录,A,为,ASCII,码字符表，它用,8,位二进制数表示字符代码。其基本代码占,7,位，第,8,位可用作奇偶校验，通过对奇偶校验位设置,“,1,”,或,“,0,”,状态，保持,8,位字节中的,“,1,”,的个数总是奇数（称为奇校验）或偶数（称为偶校验），一般用于字符或数字的串行传送时检测传送过程中是否出错。,74,148,2,、汉字编码,汉字输入编码,汉字信息处理系统一般包括编码、输入、存储、编辑、输出和传输。,编码是关键,。不解决这个问题，汉字就不能进入计算机。汉字输入编码是用计算机标准键盘上按键的不同排列组合来对汉字进行编码。,75,148,常用的输入编码有数字、字音、字形和音形编码等。,数字编码：如电报码、区位码等。无重码，但难记。,字音编码：以汉语拼音作为编码基础。简单易学，但重码很高，如搜狗拼音、全拼、双拼等。,字形编码法：如五笔字型码、郑码等。具有重码少的优点。,音形编码法：音形编码吸取了音码和形码的优点使编码规则简化，重码少。常用的有全息码等。,76,148,汉字国标码,汉字国标码即国标码，是不同汉字信息处理系统间进行汉字交换时所使用的编码。国标码以国家标准局颁布的,GB2312-80,规定的汉字交换码作为标准汉字编码。共收录,7445,个。,在字符集中，汉字和字符分,94,个区，每区,94,位。每个汉字及字符用两个字节表示，前一个字节为区码，后一字节为位码，各用两位,16,进制数字表示。这就是所谓的汉字区位码。,汉字区位码并不等于汉字国标码，两者间的关系可用以下公式表示：,国标码区位码（化成,16,进制）,2020H,77,148,汉字机内码,汉字机内码简称汉字内码，是在计算机外设和信息系统内部存储、处理、传输汉字用的代码。,在西文计算机中，无交换码和内码之分，一般以,ASCII,码作为内码。英文字符的机内码是,7,位,ASCII,码，最高位为,0,（即,D7,0,）。,78,148,汉字机内码,汉字机内码简称汉字内码，是在计算机外设和信息系统内部存储、处理、传输汉字用的代码。,在西文计算机中，无交换码和内码之分，一般以,ASCII,码作为内码。英文字符的机内码是,7,位,ASCII,码，最高位为,0,（即,D7,0,）。,79,148,汉字内码用两个字节表示。为了区分汉字字符与英文字符，将汉字国标码的每个字节的最高位置,1,，作为汉字机内码。,如，,“,啊,”,的国标码为,0011 0000 0010 0001,（,3021H,），机内码为,1011 0000 1010 0001,（,B0A1H,）,汉字机内码汉字国标码,8080H,80,148,汉字字形码,汉字用点阵方式表示其外形，这个点阵称为汉字字模，也称为汉字字形码。,不管汉字的笔划多少，都可在同样的方块中书写，把方块分割为许多小方块，组成一个点阵，每个小方块就是点阵中的一个点，即二进制的一个位。每个点由,0,和,1,表示,“,白,”,和,“,黑,”,两种颜色。用这样的点阵就可输出汉字。,81,148,不同的输入编码输入到计算机中，都统一使用国标码。各种代码间的逻辑关系如图所示。,图,2-5,各种代码间的逻辑关系,82,148,【,例,2-5】,汉字,“,春,”,的区位码为,20-26,，计算其国标码和机内码。,区位码：第,1,字节 第,2,字节,十进制,20 26,十六进制,14H 1AH,20H,20H,国标码：,34H 3AH,80H,80H,机内码：,B4H BAH,83,148,一、布尔代数,布尔代数是英国数学家乔治,布尔（,George Boole,）发明的，布尔也是数理逻辑的创始人。近几十年来，布尔代数在自动化技术、电子计算机的逻辑设计等工程技术领域中有重要的应用。,2,布尔代数和常见逻辑电路,84,148,一、布尔代数,布尔代数是英国数学家乔治,布尔（,George Boole发明的，布尔也是数理逻辑的创始人。近几十年来，布尔代数在自动化技术、电子计算机的逻辑设计等工程技术领域中有重要的应用。,2,布尔代数和常见逻辑电路,85,148,布尔代数是以命题为对象，包含三种基本逻辑操作（,与，或，非,）的完整的代数学，它可以对命题进行运算。,基本的运算符有,+,，,和,。,二元运算,+,称为布尔加法，布尔和，布尔并等；,二元运算,称为布尔乘法，布尔积，布尔交等；,一元运算,称为布尔补，有时使用,“,”,表示。,86,148,运算的基本依据是下面的基本公式和规则：,交换律：,A,B,B,A,A,B,B,A,结合律：,A,(B,C),(A,B),C,A,(B,C),(A,B),C,分配律：,A,（,B,C,）,(A,B),(A,C),A,(B,C),A,B,A,C,87,148,吸收律：,第二吸收律：,反演律,（又称摩根定律）：,包含律：,重叠律：,88,148,互补律,：,A,A,1,A,A,0,0-1,律：,0,A,A,1,A,A,0,A,0,1,A,1,反演律即摩根定律，常用于复杂逻辑函数的化简。,89,148,二、基本逻辑运算和逻辑门电路,逻辑运算主要包括,与、或、非、异或,等。逻辑变量只有两个：,逻辑,0,和,逻辑,1,。,逻辑运算只是,按位,进行运算，没有进位和借位关系，逻辑变量也没有符号问题。,90,148,二、基本逻辑运算和逻辑门电路,逻辑运算主要包括,与、或、非、异或,等。逻辑变量只有两个：,逻辑,0,和,逻辑,1,。,逻辑运算只是,按位,进行运算，没有进位和借位关系，逻辑变量也没有符号问题。,91,148,1,、基本逻辑运算和逻辑门电路,逻辑与（,AND,）,逻辑与也叫逻辑乘，其结果叫逻辑积。,运算规则,：逻辑与运算的规则是按位相与，当两位逻辑变量都为逻辑,1,时，逻辑积才为,1,，否则逻辑积为,0,。,逻辑与的运算符号,是：,“,”,或者,“,”,。表示逻辑与运算的圆点也可以省略。,92,148,若用,Y,表示逻辑积，,A,和,B,分别表示两个逻辑,变量时，其表达式为：,两个逻辑变量,A,、,B,及其逻辑积,Y,的关系的,真值表如表,2-3,所示。,例如,A,B,Y=A,B,0,0,0,0,1,0,1,0,0,1,1,1,和逻辑与运算对应的逻辑电路是,“与门,”。,表,2-3,逻辑与的真值表,93,148,逻辑或（,OR,）,逻辑或也叫逻辑加，其结果叫逻辑和。,运算的规则,也是按位运算，两位逻辑变量中只要有任何一个为逻辑,1,时，逻辑或的结果就为,1,，否则逻辑或的结果为,0,。,逻辑或的运算符号,是：,“,+,”,或者,“,”,。,94,148,A,B,Y=A+B,0,0,0,0,1,1,1,0,1,1,1,1,表,2-4,逻辑或的真值表,若用,Y,表示逻辑和，,A,和,B,分别表示两个逻辑变量时，其表达式为：,两个逻辑变量,A,、,B,及其,逻辑和,Y,的关系的真值表,如表,2-4,所示。,例如，,和逻辑或运算对应的逻辑电路是,“或门”,95,148,逻辑非（,NOT,）,逻辑非也叫逻辑反,运算规则,：将一个变量按位求反的运算。,表达式为,：,对于任一位逻辑数据，,逻辑非运算的真值表,如表,2-5,所示。,表,2-5,逻辑非的真值表,96,148,逻辑非（,NOT,）,逻辑非也叫逻辑反,运算规则,：将一个变量按位求反的运算。,表达式为,：,对于任一位逻辑数据，,逻辑非运算的真值表,如表,2-5,所示。,表,2-5,逻辑非的真值表,97,148,例如，若,A=01100011,，则，,Y=A=10011100,和逻辑非对应的逻辑电路是,“,非门,”,。,上述逻辑运算中，,“,非,”,运算的级别最高；,“,与,”,运算次之；,“,或,”,运算最低。,98,148,2,、组合逻辑电路,与非门：,或非门：,异或门：,异或运算规则,：两变量相同,为,0,，不同,为,1,。它可进行两逻辑变量不相等的逻辑测试。,99,148,逻辑异或的真值表如表,2-6,所示。,例如，设,A=10110110,，,B=00110101,即,Y=A,B=10000011,A,B,Y=A,B,0,0,0,0,1,1,1,0,1,1,1,0,表,2-6,逻辑或的真值表,100,48,同或门,三态门,在各种数字电路中，有些电路引脚的输出状态除了高、低电平即,1,、,0,之外，还有第三种状态，即,高阻状态,，这种状态叫做浮空，也叫做高阻、挂起等。具有高阻态输出的门电路称为三态门，常,用于构成总线接收器和发送器。,Y,AB=AB,AB,101,48,高阻状态是门电路输出端的上拉、下拉两个晶体管在控制端的作用下都处于截止状态，而截止状态所呈现的阻抗很高。,当输出端呈高阻状态时，输出端不输出任何逻辑电平，就像是开路一样。,每条线上不能同时有两个信号是输出状态，所以当几个芯片的输出端连在一起的时候，如其中一个是输出状态时，其他芯片的输出端不能同时也是输出状态，此时其他芯片既不能输出,1,，也不能输出,0,，就像是断开电路一样，这就是高阻状态，一般用符号,Z,来表示。,102,48,高阻状态是门电路输出端的上拉、下拉两个晶体管在控制端的作用下都处于截止状态，而截止状态所呈现的阻抗很高。,当输出端呈高阻状态时，输出端不输出任何逻辑电平，就像是开路一样。,每条线上不能同时有两个信号是输出状态，所以当几个芯片的输出端连在一起的时候，如其中一个是输出状态时，其他芯片的输出端不能同时也是输出状态，此时其他芯片既不能输出,1,，也不能输出,0,，就像是断开电路一样，这就是高阻状态，一般用符号,Z,来表示。,103,48,三、常用组合逻辑电路,1,、锁存器,锁存,:,把信号暂存以维持某种电平状态。,74LS373:,具有三态缓冲输出的,8D,锁存器，当地址线和数据线复用的时候，在单片机应用系统中常被用作地址锁存器。,104,48,74LS373,的内部逻辑电路图如图,2-7,所示,图,2-7 74LS373,内部逻辑电路图,105,48,74LS373,引脚图如图,2-8,所示。,D0D7,为数据输入端,OC,为输出允许控制端,(,三态，低电平有效）；,G,为锁存允许端,(,也称为,LE,端,),；,Q0Q7,为输出端。,图,2-8 74LS373,引脚图,106,48,2,、数据选择器,在数字电路中，常常需要把多个通道的信号传送到公共数据线上，完成这一功能的逻辑电路称为数据选择器。,数据选择器又称多路选择器或多路开关，是以,“,与或,”,门或,“,与或非,”,门为主体的电路，其功能是在通道选择信号的作用下，从多个数据输入通路中选择某一个通道的数据作为该选择器的输出。数据选择器的原理图如图,2-9,所示。,107,48,S E,通道选择 使能输入,数,据,输,入,2,n,选一,数据,选择器,数据输出,Y,I,0,I,1,I,2,n-1,I,0,I,1,I,2,n-1,输,入,信,号,数据输出,Y,通道选择信号,(a),示意图,(b),逻辑原理图,图,2-9,数据选择器原理图,108,48,S E,通道选择 使能输入,数,据,输,入,2,n,选一,数据,选择器,数据输出,Y,I,0,I,1,I,2,n-1I,0,I,1,I,2,n-1,输,入,信,号,数据输出,Y,通道选择信号,(a),示意图,(b),逻辑原理图,图,2-9,数据选择器原理图,109,48,常见的,8,选,1,数据选择器有,74151,、,74251,；,16,选,1,数据选择器有,74150,，也可以用两片,74151,连接起来构成。,具体的使用方法，可从互联网上搜索并下载数据手册查阅。,110,48,3,、译码器,计算机的数据总线是一组公共信号线，各个芯片分时使用数据总线来传递各自不同的信号。从硬件的角度来看，各个芯片的数据线都是对应引脚,并联,在一起的，那么数据是怎样区分其流向的呢？,111,48,计算机的三总线包括数