數位電子學學習心得:從數制轉換到二補數的實踐探索

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數位電子學學習心得

機械四德曾郁翔


數位電子學一向是電子類組相關科系,必修的一門課,裡面包含了數位電子學、數位電路、邏輯設計、交換電路等課程。所以是一門相當重要的課程之一。

在每本數位電子學開頭幾乎都會先介紹數目系統,數目系統有無限多種,最常見到應用在日常生活當中的,有我們最熟悉的十進制,何謂十進制呢?就是一、二、三至十,這就是十進制。以及時、分、秒的六十進制,也有半打六個數的就是六進制,等等之類的。一個以r為基底的數系,稱之為r進制,其每逢r就必須進位,一個進制使用到的數就為0r-1。如十進制,就是一、二、三、四、五、六、七、八、九、零,就這十個數,到九後在進一位就變成十,然後十一到十九,在進位就變成二十,這就是大家常見的十進制了。

通常數字的最右邊為最低位數,最左邊為最高位數。在電腦的應用上,常用的數目系統實際上只有二、八、十、十六等四種數目系統。其中二進制以二為基底,就只有1、0二個數字、超過二即進位,是電腦內部所使用的數系。在電腦所使用的所有東西包括程式、文字、等等之類的都是用二進制在執行,因電腦只會辨識二進制而已,所以電腦是用1與0所組成的。

然後在電子零件上,也常用1與0來做輸出結果,如電晶體不是操作在截止狀態就是是飽和狀態。基極電壓在0伏特時,電晶體在截止狀態;基極電壓在5伏特時,電晶體在飽和狀態。也就是電晶體依輸入訊號而在載止與飽和之下。還有積體電路中的或閘,也是用1與0來做輸出結果。通常電燈開關也是開與關來做結果。太多東西包括電腦、日常電器、電子零件都跟1與0有關,可以說是跟人密不可切了。

而電腦就只有1與0二種數字,有正數就一定會有負數嘛,那當要表示負號時該怎麼辨呢?這時就可以使用二補數來表示負號,至於二補數該如何計算呢?

舉一個例子,如A=0111,此為二進位,然後先轉換成一補數,就是把0變成1,1變成0,轉換後就變成A=1000,這就是一補數,然後轉為二補數,就是在一補數的最後一個數加一,就變成A=1001,這就是原先A=0111,轉變為二補數後的答案,簡單來說,就是要轉二補數的數,先轉成二進位,在轉成一補數,在轉成二補數,這是數位電子學最基本也是最初學會的解題方法之一。

還有進制的轉換也是基礎之一,就是如十進制轉成二進制,最常用的方法就是,整數的部份就連除N,取餘數,由下往上,就可以求出整數的部份,小數點的部份就連乘N,取進位,由上往下,就可以求出小數點的部份了。

在數位電子學內,布林代數也是重要的基礎之一,其基本運算為OR運算、AND運算,和NOT運數,這些都是基本運算都是布林代數的基礎,如沒學會如何去運算,那往後的課程如邏輯閘運算,就可以說不會去運算了。所以以上所講的數目系統轉換、補數轉換,進制轉換、還有布林代數運算和邏輯閘都是數位電子學的基礎,要學好學會,數位電子學後面的課程才能瞭解如何去運算。才能用以後的相關課程打下穩定的基礎。



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