微機(jī)原理與接口技術(shù)(第2版)電子教案1課件

1、第1章 微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí) 微型計(jì)算機(jī)發(fā)展概況 微型計(jì)算機(jī)數(shù)制及其轉(zhuǎn)換 微型計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示方法 經(jīng)歷了電子管、第二代晶體管、中小型規(guī)模集成電路、超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)的發(fā)展過(guò)程，計(jì)算機(jī)技術(shù)逐步走向成熟。1.1 微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展概況發(fā)展階段只有國(guó)家行政和軍事機(jī)構(gòu)、科研院所、大公司、部分大學(xué)才能用得上。小型機(jī)階段對(duì)大型機(jī)的第一次“縮小化”。微型機(jī)階段對(duì)大型機(jī)的第二次的“縮小化”代表機(jī)型： 蘋果公司的APPLE-2,IBM公司的IBM-PC。客戶機(jī)/服務(wù)器階段 處理能力強(qiáng)的計(jì)算機(jī)提供磁盤服務(wù)和文件服務(wù)，處理能力強(qiáng)的扮演服務(wù)器，處理能力弱的充當(dāng)客戶機(jī)。應(yīng)用于航空，鐵路聯(lián)機(jī)訂票系統(tǒng)?；ヂ?lián)網(wǎng)階段 廣域網(wǎng)

2、技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了TCP/IP的傳輸控制協(xié)議與網(wǎng)際互聯(lián)協(xié)議為標(biāo)準(zhǔn)的因特網(wǎng)的發(fā)展。1.1.1 計(jì)算機(jī)的發(fā)展大型機(jī)階段代表機(jī)型：DEC 的PDP-1、PDP-8、VAX-11系列小型機(jī)，能夠滿足中小企業(yè)的信息處理要求。直到1994年，我國(guó)才實(shí)現(xiàn)TCP/IP協(xié)議的國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)的全功能連接，目前，全國(guó)可以通過(guò)4大主干網(wǎng)接入因特網(wǎng)。 微型計(jì)算機(jī)是指以大規(guī)模，超大規(guī)模集成電路的微處理器為核心，配以存儲(chǔ)器，輸入輸出接口電路及系統(tǒng)總線所構(gòu)造出的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。1.1.2 微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展 時(shí)間 字長(zhǎng) 代表產(chǎn)品第一代71-73年4位和低檔8位Intel 公司的4004，及由它組成的MCS微型機(jī)第二代74-78年中高檔8

3、位Intel公司的8080，8085，Motorla的MC6800，Zilog的Z80構(gòu)成的微型機(jī)第三代78-81年16位8086,Z8000,MC68000為CPU的微機(jī)第四代81-92年32位80386，486，MC68020,Pentium等第五代93年以后64位64位 Itantium 在最近的32位機(jī)時(shí)代，Pentium 奠定了計(jì)算機(jī)工業(yè)的堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)微機(jī)發(fā)展的五階段服務(wù)器： 功能強(qiáng)大的處理能力，容量很大的存儲(chǔ)器以及快速的輸入輸出通道和聯(lián)網(wǎng)能力。工作站： 與高端微機(jī)的差別主要表現(xiàn)在工作站通常要有一個(gè)屏幕較大的顯示器，以便顯示設(shè)計(jì)圖，工程圖和控制圖等。臺(tái)式機(jī)： 即通常所說(shuō)的微型機(jī)，由主機(jī)

4、箱、CRT顯示器、鍵盤、鼠標(biāo)等組成。筆記本： 與臺(tái)式機(jī)功能基本一樣，但體積小、重量輕、價(jià)值昂貴。手持設(shè)備： 比筆記本更小更輕，如：一個(gè)數(shù)字助理，商務(wù)通，快譯通及第三代手機(jī)。1.1.3 計(jì)算機(jī)的分類 計(jì)算機(jī)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域：國(guó)家機(jī)關(guān)，工農(nóng)業(yè)，財(cái)經(jīng)金融，交通運(yùn)輸，文化教育，國(guó)防安全，并已走入千家萬(wàn)戶。1. 科學(xué)計(jì)算：2. 事務(wù)處理：主要是文本編輯，數(shù)據(jù)報(bào)表，數(shù)據(jù)檢索，情報(bào)管理。特點(diǎn)：數(shù)據(jù)量大，實(shí)時(shí)性強(qiáng)。3. 過(guò)程控制： 通過(guò)它對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的各個(gè)參數(shù)進(jìn)行連續(xù)的、實(shí)時(shí)的控制，可以節(jié)約人力物力，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，減低能源消耗，提高生產(chǎn)效率。4. 輔助工程：CAD、CAM、CAE、CAI、CAT等,

5、完全改變傳統(tǒng)設(shè)計(jì)面貌。由于它能快速準(zhǔn)確的計(jì)算出結(jié)果，大大加快了科學(xué)研究的發(fā)展。1.1.4 計(jì)算機(jī)的應(yīng)用5. 人工智能： 利用它的邏輯推理能力，模擬人類的某些智能行為，在應(yīng)用中開發(fā)專家系統(tǒng)、模式識(shí)別、問(wèn)題求解、定理證明、機(jī)器翻譯和自然語(yǔ)言理解等技術(shù)。6. 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用： 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，改變著人們的生產(chǎn)，生活方式。E-mail,協(xié)作醫(yī)療，網(wǎng)上出版，定制新聞，娛樂休閑，聊天以及虛擬社區(qū)等。 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由硬件和軟件組成。軟件由程序和相關(guān)文檔組成。軟件是用戶與計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)之間的橋梁，它使用戶能使用并充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的性能。1.1.5 軟件系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)和三類編程語(yǔ)言1.軟件系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)：軟件系統(tǒng)軟件

6、：為解決用戶使用計(jì)算機(jī)而編寫的程序。操作系統(tǒng)、編譯程序、匯編程序、監(jiān)控程序、診斷程序。應(yīng)用軟件：為解決特定問(wèn)題而編制的程序程序包、數(shù)據(jù)庫(kù)、窗口軟件。例如：例如：2.三類編程語(yǔ)言：機(jī)器語(yǔ)言匯編語(yǔ)言高級(jí)語(yǔ)言最貼近機(jī)器硬件的二進(jìn)制代碼使用助記符代替二進(jìn)制代碼人們使用最多的編程語(yǔ)言，較為流行的有各類C、BASIC等。1.2 微型計(jì)算機(jī)數(shù)制及其轉(zhuǎn)換1.2.1 微型計(jì)算機(jī)常用數(shù)制的特點(diǎn)1. 十進(jìn)制數(shù) （1）它的數(shù)碼K共有十個(gè)，為0、1、2、3、4、5、6、7、8、9。數(shù)碼的個(gè)數(shù)稱為基數(shù)，十進(jìn)制數(shù)的基數(shù)是10。（2）在一個(gè)數(shù)中，每一位有各自的權(quán) 任何一個(gè)十進(jìn)制都可以寫成以10為底的冪之和的形式。（3）遵從“

7、逢十進(jìn)一”的原則。N = ( a n-1 10 n-1 + a n-2 10 n-2 + + a 10 + a-1 10 -1 + + a -m 10 -m ) 例如： (11.51)10 1101 1100 510-1 110-2 權(quán) 權(quán) 權(quán) 權(quán) 數(shù)碼與權(quán)的乘積，稱為加權(quán)系數(shù)十進(jìn)制數(shù)可表示為各位加權(quán)系數(shù)之和，稱為按權(quán)展開式。(246.134)10 = 2102 + 4101 + 6100 + 110-1 + 310-2 + 410-310i 稱為十進(jìn)制的權(quán)2. 二進(jìn)制數(shù)（XXX）2或（XXX）B數(shù)制：0、1進(jìn)位規(guī)律：逢二進(jìn)一，借一當(dāng)二權(quán)：2i 基數(shù)：2 系數(shù)：0、1例如 0 + 1 = 1

8、1 + 1 = 10 11 + 1 = 100 10 1 = 1按權(quán)展開式表示(1011)2 = 123 + 022 + 121 + 120 將按權(quán)展開式按照十進(jìn)制規(guī)律相加，即得對(duì)應(yīng)十進(jìn)制數(shù)。(1011.11)2 = 123 + 022 + 121 + 120 + 12-1 + 12-2= 8 + 0 + 2 + 1 + 0.5 + 0.25 = 11.75(1011.11)2 = (11.75)10N = ( a n-1 2 n-1 + a n-2 2 n-2 + + a 2 + a-1 2 -1 + + a -m 2-m ) 例如（1011.23）2或（101123）B 二進(jìn)制是以2為基數(shù)

9、的計(jì)數(shù)體制。在二進(jìn)制中，每位用數(shù)碼0、1種的任何一個(gè)表示，逢二進(jìn)一。3. 八進(jìn)制數(shù)（XXX）8 或（XXX）O數(shù)制：0、1、2、3、4、5、6、7進(jìn)位規(guī)律：逢八進(jìn)一，借一當(dāng)八。權(quán)：8i 基數(shù)：8 N = ( a n-1 2 n-1 + a n-2 2 n-2 + + a 2 + a-1 2 -1 + + a -m 2-m ) 八進(jìn)制是以8為基數(shù)的計(jì)數(shù)體制。在八進(jìn)制中，每位用數(shù)碼 07 種的任何一個(gè)表示，逢八進(jìn)一。例如 ( 234.23)8 或 (234.23)O4. 十六進(jìn)制數(shù)(XXX)16或 (XXX)H 數(shù)碼：09、A F進(jìn)位規(guī)律：逢十六進(jìn)一，借一當(dāng)十六。權(quán)：16i 基數(shù)：16 系數(shù)：09

10、、AF按權(quán)展開式表示 （4E6）16 = 4 162 + E 161 + 6 160（4E6）16 = 4162+14 161+6 160 將按權(quán)展開式按照十進(jìn)制規(guī)律相加，即得對(duì)應(yīng)十進(jìn)制數(shù)。 =（1254）10（4E6）16 = （1254）10例如：（4E6）16或（4E6）H 十六進(jìn)制是以16為基數(shù)的計(jì)數(shù)體制。在十六進(jìn)制中，每位用數(shù)碼 09、A、B、C、D、E、F 種的任何一個(gè)表示，逢十六進(jìn)一。N = ( a n-1 16 n-1 + a n-2 16 n-2 + + a 16 + a-1 16 -1 + + a -m 16 -m ) 設(shè)基數(shù)用R表示，則任意進(jìn)制數(shù)N為：5. 任意進(jìn)制數(shù)N

11、= ( a n-1 R n-1 + a n-2 R n-2 + + a R + a-1 R -1 + + a -m R -m ) 上述幾種任意進(jìn)制數(shù)有以下共同特點(diǎn)：（1）每一種計(jì)數(shù)制有一個(gè)確定的基數(shù)R,每一位的系數(shù)ai有R中可能的取值。 （2）按“逢R進(jìn)一”的方式，在混合小數(shù)中，小數(shù)點(diǎn)右移一位相當(dāng)于乘以R，小數(shù)點(diǎn)左移一位相當(dāng)于除以R。1. R進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制可以將非十進(jìn)制寫為按權(quán)展開式,得出其相加的結(jié)果,就是對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)例2(11010)2=124+123+022+121+020 =24+23+21=(26)10例1(111.01)2=122+121+120+02-1+12-2=22+21+

12、20+2-2=(7.25)10例3(174)16 = 1162+7161+4160=256+112+4=(372)101.2.2 幾種不同數(shù)制間的轉(zhuǎn)換 N = ( a n-1 R n-1 + a n-2 R n-2 + + a R + a-1 R -1 + + a -m R -m ) 2. 十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為R進(jìn)制整數(shù)和小數(shù)分別轉(zhuǎn)換 整數(shù)部分：除 2 取余法 小數(shù)部分：乘 2 取整法例1 將十進(jìn)制數(shù) (107)10 轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù) 1072613 622222讀數(shù)順序0.62521.250 120.500 02 1.000 1整數(shù)讀數(shù)順序一直除到商為 0 為止(107)10= (1101011)21

13、101例2 將（0.625）10轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)（0.625）10=（0.101）21）對(duì)于十進(jìn)制整數(shù)的轉(zhuǎn)換2）對(duì)于十進(jìn)制小數(shù)的轉(zhuǎn)換 3 0 1 余數(shù) 53221103）二進(jìn)制與八進(jìn)制、十六進(jìn)制的相互轉(zhuǎn)換 由于 8 = 23 ，因此從二進(jìn)制的小數(shù)點(diǎn)數(shù)開始，向左每3位產(chǎn)生1個(gè)八進(jìn)制數(shù)字，不足3位的左方補(bǔ)0，得到整數(shù)部分的八進(jìn)制數(shù)；向右每3位產(chǎn)生1個(gè)八進(jìn)制數(shù)字，不足3位的右方補(bǔ)0，得到小數(shù)部分的八進(jìn)制數(shù)。二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制： 由于 16 = 24 ，因此從二進(jìn)制的小數(shù)點(diǎn)數(shù)開始，向左每4位產(chǎn)生1個(gè)十六進(jìn)制數(shù)字，不足4位的左方補(bǔ)0，得到整數(shù)部分的十六進(jìn)制數(shù)；向右每4位產(chǎn)生1個(gè)十六進(jìn)制數(shù)字，不足4位的右方

14、補(bǔ)0，得到小數(shù)部分的十六進(jìn)制數(shù)。二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制：1.3 微型計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示方法 帶有數(shù)碼化了的正負(fù)號(hào)的數(shù)稱為機(jī)器數(shù)。 機(jī)器數(shù)的最高位是其符號(hào)位，0表示正數(shù)，1表示負(fù)數(shù)。例如：0110 0010 = +981110 0010 = -981.3.1 機(jī)器數(shù)與真值1.原碼 最高位為0表示正數(shù)，1表示負(fù)數(shù)，后面的各位為其數(shù)值 ，這種數(shù)的表示方法稱為原碼。但是若兩個(gè)異號(hào)數(shù)相加或兩個(gè)同號(hào)數(shù)相減時(shí)，必須作減法。2.反碼 正數(shù)的反碼與其原碼相同，最高位為0表示正數(shù)，其余為數(shù)值位。負(fù)數(shù)的反碼是其對(duì)應(yīng)的正數(shù)連同符號(hào)位按位取反求得。（+9）反=0000 1001（-9）反=1111 0111（+0）反=00

15、00 0000（-0）反=1111 11111.3.2 原碼、反碼、補(bǔ)碼（+127）反=0111 1111（-127）反=1000 0000例如：3. 補(bǔ)碼 正數(shù)的補(bǔ)碼與其反碼相同，負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼是其反碼加1。即在其反碼的最低位上加1得到。例如：（+9）補(bǔ)=0000 1001（-9）補(bǔ)=1111 0111（+0）補(bǔ)=0000 0000（+127）補(bǔ)=0111 1111(-127)補(bǔ)=1000 00011.補(bǔ)碼的運(yùn)算規(guī)則 引入補(bǔ)碼后可以將減法變成加法。在八位字長(zhǎng)的機(jī)器中，第七位 b7 的進(jìn)位自然丟失。例如：X = 98-10 = 98+(-10) = 88用補(bǔ)碼表示則為（x）補(bǔ) =（98）補(bǔ)+（-1

16、0）補(bǔ) = 0110 0010 + 1111 0110 = 10101 1000故（x）補(bǔ)=0101 1000， 則 x=88。1.3.3 補(bǔ)碼的運(yùn)算規(guī)則與溢出判斷2.溢出判斷 補(bǔ)碼是有一定范圍的，八位整數(shù)的范圍是 +127-128。當(dāng)運(yùn)算結(jié)果超出該范圍時(shí)，稱為溢出 。例1：64+67=131=1000 0111。例2：（-64）+（-67）= -131 最高位的進(jìn)位自然丟失，機(jī)器的運(yùn)算結(jié)果為0111 1001=121，兩個(gè)負(fù)數(shù)的和為正數(shù)，顯然不對(duì)，因?yàn)?131127, 稱為正向溢出。（-64）補(bǔ)+（-67）補(bǔ)=1100 0000 + 1011 1001 =1 0111 10011.二十進(jìn)制代

17、碼1.3.4 微型計(jì)算機(jī)的二進(jìn)制編碼幾種常用的二-十進(jìn)制代碼十 進(jìn)制 數(shù)有 權(quán) 碼無(wú) 權(quán) 碼8421碼2421碼余3碼04125368790000001000010100010101100111100010010011000000100001010001010110011111101111001100110101010001111000100110101011110001101）8421BCD碼：取4位二進(jìn)制數(shù)的前10種組合 。 每一種的權(quán)值是固定不變的，為恒權(quán)碼。從高到底的權(quán)值分別是8、4、2、1,每組二進(jìn)制代碼各系數(shù)之和便為它所代表的十進(jìn)制數(shù)。2）2421BCD碼： 是恒權(quán)碼。從高位到低位的權(quán)值分別是2、