微機(jī)原理及應(yīng)用課件：第1章 微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識

1、微機(jī)原理及應(yīng)用第1章 微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識1.1 概述1946 美國 賓夕法尼亞大學(xué) 第一臺電子數(shù)字計(jì)算機(jī)第一代 電子管計(jì)算機(jī) 特點(diǎn)：運(yùn)算速度每秒幾千次至幾萬次，體積龐大 成果：形成了計(jì)算機(jī)的基本體系，確定了程序設(shè) 計(jì)的基本方法，數(shù)據(jù)處理機(jī)開始得到應(yīng)用一、計(jì)算機(jī)發(fā)展概況第二代 晶體管計(jì)算機(jī)（19581965） 特點(diǎn)：運(yùn)算速度提高到幾萬次至幾十萬次，可靠性 提高，體積縮小，成本降低 成果：工業(yè)控制機(jī)開始得到應(yīng)用，磁芯作主存儲器, 磁盤作外存儲器，開始使用高級語言編程 第三代 中小規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)（19651971） 特點(diǎn)：運(yùn)算速度幾十萬次至幾百萬次，使用半導(dǎo) 體存儲器，出現(xiàn)多終端計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)

2、絡(luò) 成果：在此期間，形成機(jī)種多樣化，生產(chǎn)系列化， 使用系統(tǒng)化，小型計(jì)算機(jī)開始出現(xiàn) 第四代 大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)（19711986）特點(diǎn)：速度每秒幾百萬次至幾千萬次，可靠性更 進(jìn)一步提高，體積更進(jìn)一步縮小，成本更 進(jìn)一步降低 成果：出現(xiàn)微型計(jì)算機(jī)、單片微型計(jì)算機(jī)，外部 設(shè)備多樣化 第五代 巨大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)(1986)特點(diǎn)：運(yùn)算速度提高到每妙幾億次至上百億次 成果：由一片巨大規(guī)模集成電路實(shí)現(xiàn)的單片機(jī)開 始出現(xiàn)二、微型計(jì)算機(jī)的概念三、單片機(jī)的發(fā)展、特點(diǎn)及應(yīng)用1. 第一代（19711973）4位和8位機(jī)，4004，80082. 第二代（19731978）高檔8位機(jī)8080，Z80、MC 6800

3、 MCS-513. 第三代（19781984）16位機(jī)：8086，8088、MC 68000 4. 第四代（19851991）32位機(jī)：80386、80486、MC68040 5. 第五代（19921999）32、64位機(jī)：Pentium/Pentium Pro/Pentium /Pentium /Pentium 4/Itanium 1、單片機(jī)的發(fā)展歷史Intel的CPU的發(fā)展史intel 4004，intel 的發(fā)展史就是從這塊cpu起步的80088085808680286，intel最后一塊16位cpu80386，intel第一代32位cpu486，這是intel最后一代以數(shù)字編號的cpu

4、pentium，傳說中的586pentium propentium mmxpentiumceleron，引發(fā)超頻熱潮pentium_katmaipentiumIntel pentium tualatin/coppermineintel pentium_423intel pentium_478微處理器發(fā)展過程返回仿真器和邏輯測試儀返回編程器編程器和芯片座返回編程器軟件界面返回各種實(shí)驗(yàn)板返回1.2 計(jì)算機(jī)中的數(shù)一、進(jìn)位計(jì)數(shù)制1、二進(jìn)制數(shù) 表示數(shù)據(jù)的數(shù)字符號只有兩個，即0和1 “逢二進(jìn)一”2、十六進(jìn)制數(shù) 表示數(shù)據(jù)的數(shù)字符號為：09，AF “逢二進(jìn)一”二、數(shù)制的轉(zhuǎn)換二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換

5、成二進(jìn)制整數(shù)十進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制小數(shù)任意進(jìn)制數(shù)與十進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換十六進(jìn)制數(shù)與二進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換 1十進(jìn)制數(shù)的編碼BCD碼 計(jì)算機(jī)中采用二進(jìn)制，但二進(jìn)制書寫冗長，閱讀不便，所以在輸入輸出時人們?nèi)粤?xí)慣使用十進(jìn)制。如果計(jì)算量不大，可采用二進(jìn)制數(shù)對每一位十進(jìn)制數(shù)字進(jìn)行編碼的方法來表示一個十進(jìn)制數(shù)，這種數(shù)叫做BCD碼。由于在機(jī)內(nèi)采用BCD碼進(jìn)行運(yùn)算繞過了二進(jìn)制、十進(jìn)制間的復(fù)雜轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)，從而節(jié)省了機(jī)器時間。 BCD碼有多種形式，最常用的是8421BCD碼，它是用4位二進(jìn)制數(shù)對十進(jìn)制數(shù)的每一位進(jìn)行編碼，這4位二進(jìn)制碼的值就是被編碼的一位十進(jìn)制數(shù)的值。三、二進(jìn)制編碼2字符的編碼 在計(jì)算機(jī)中除了數(shù)值之外，還

6、有一類非常重要的數(shù)據(jù)，那就是字符，如英文的大小寫字母（A，B，C，a，b，c，），數(shù)字符號（0，1，2，9）以及其他常用符號（如：？、%、+等）。在計(jì)算機(jī)中，這些符號都是用二進(jìn)制編碼的形式表示，即每一個字符被賦予一個惟一固定的二進(jìn)制編碼，為了統(tǒng)一，人們制定了編碼標(biāo)準(zhǔn)。目前，一般都是采用美國標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼，它使用七位二進(jìn)制編碼來表示一個符號，通常把它稱為ASCII碼。由于用七位碼來表示一個符號，故該編碼方案中共有128個符號（27=128），編號從 (0000000)2到(1111111)2 。3漢字的編碼 計(jì)算機(jī)要處理漢字信息，就必須首先解決漢字的表示問題。同英文字符一樣，漢字的表示也只能采用

7、二進(jìn)制編碼形式，目前使用比較普遍的是我國制定的漢字編碼標(biāo)準(zhǔn)GB2312-80，該標(biāo)準(zhǔn)共包含一、二級漢字6763個，其他符號682個，每個符號都是用14位（兩個7位）二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行編碼，通常叫做國標(biāo)碼。如“啊”的國標(biāo)碼為1110000，1100001。新的國標(biāo)漢字庫已包括兩萬多個漢字和字符。返回本節(jié)四、二進(jìn)制的運(yùn)算五、帶符號數(shù)的表示法 在微機(jī)中，機(jī)器數(shù)有三種表示方法: 原碼、反碼與補(bǔ)碼。真值：機(jī)器數(shù)所能表示的值1. 機(jī)器數(shù)與真值2. 原碼表示法 若定點(diǎn)整數(shù)的原碼形式為X0X1X2Xn，則原碼表示的定義是 X 2nX0 X原= 2n-X=2n +X 0X-2n X0為符號位，若n=7，即字長8位，則

8、 X取值范圍：-127+127 +0原=00000000 -0原=10000000 采用原碼表示法簡單易懂，但它最大缺點(diǎn)是加法運(yùn)算電路復(fù)雜，不容易實(shí)現(xiàn)。3.反碼表示法 對于定點(diǎn)整數(shù)，反碼表示的定義是： X 2nX0 X反= (2n+1-1) +X 0X-2n 同樣n取7，即字長8位，那么 X取值范圍：-127+127 +0反= 00000000 -0反= 11111111 4.補(bǔ)碼表示法 對于定點(diǎn)整數(shù)，補(bǔ)碼表示的定義是： X 2nX0 X補(bǔ)= 2n+1 +X=2n+1 -X 0X-2n 同樣如果n取7，即字長8位，那么 X取值范圍：-128+127 +0補(bǔ)=-0補(bǔ)=00000000 -1000

9、0000補(bǔ)=10000000 X補(bǔ)補(bǔ)=X，對已知的一個補(bǔ)碼通過再一次求其補(bǔ)，便可還原出真值 例【11】 若字長8位，X=126，Y=-126,求 X原，X反 ，X補(bǔ)和Y原，Y反，Y補(bǔ)。 解： X原=X反=X補(bǔ)=01111110 Y原=11111110 Y反=10000001 Y補(bǔ)=10000010 5.補(bǔ)碼的加減法運(yùn)算及溢出的判斷 (1)補(bǔ)碼加法運(yùn)算 規(guī)則：X補(bǔ)+Y補(bǔ) = X+Y補(bǔ) (1-1) 條件：X、Y以及X+Y在定義域內(nèi) 特點(diǎn)：符號位參與運(yùn)算；以2n+1為模進(jìn)行加法，最高位相加產(chǎn)生的進(jìn)位自然丟掉 根據(jù)運(yùn)算后結(jié)果的符號位，對結(jié)果求補(bǔ)，即X+ Y補(bǔ)補(bǔ)=X+Y，便可還原出真值 00001111

10、 + 01000000 在下面所有例子的運(yùn)算過程中，假定字長均是8位例【1-2】X=+00001111，Y=+01000000，求X+Y解：X補(bǔ)=11110001 y補(bǔ)=01000000 11110001 + 01000000 1 00110001=X+Y補(bǔ)=X+Y，結(jié)果正確。 解：X補(bǔ)=00001111 Y補(bǔ)=01000000 01001111=X+Y補(bǔ)=X+Y，結(jié)果正確。例【1-3】X=-00001111，Y=01000000，求X+Y(2)溢出的判斷若參與操作的兩數(shù)在定義域內(nèi)，但運(yùn)算結(jié)果超出了字長范圍內(nèi)補(bǔ)碼所能允許表示的值，所計(jì)算出的結(jié)果產(chǎn)生了錯誤，稱之為溢出例如字長8位，補(bǔ)碼表示數(shù)的范

11、圍是： -128x+127，若字長n位，補(bǔ)碼所能表示數(shù)的范圍是-2n-1x2n-1-1，當(dāng)運(yùn)算結(jié)果超出這個范圍時，便產(chǎn)生溢出，兩個正數(shù)相加可能產(chǎn)生正的溢出，兩個負(fù)數(shù)相加可能會產(chǎn)生負(fù)的溢出，正負(fù)兩數(shù)相加不會產(chǎn)生溢出 例【1-4】 C7C6 0 1 0 0 0 0 0 0 + 64 + 0 1 0 0 0 0 0 1 + 65 1 0 0 0 0 0 0 1 + 129+127， 結(jié)果錯誤，產(chǎn)生了溢出 兩個正數(shù)相加，結(jié)果為負(fù)數(shù)形式，這是由于+129+127的原因，從上式可看出C6=1，C7=0，OF=C6C7=10=1，溢出標(biāo)志OF=1，表示有溢出。 例【1-5】 計(jì)算-128-1 C7C6 -1

12、28補(bǔ) = 1 0 0 0 0 0 0 0 + -1補(bǔ) = 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 兩個負(fù)數(shù)相加，結(jié)果為正數(shù)形式，這是由于-128-1=-129-128的原因，從上式可看出C6=0，C7=1，OF=C6C7=01=1，表示有溢出 例【1-6】計(jì)算64-1 C7C6 +64補(bǔ)=0 1 0 0 0 0 0 0 + -1補(bǔ)=1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 運(yùn)算結(jié)果正確。C7=1，C6=1，則OF=C6C7=11=0，無溢出習(xí)題1、將下列十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)： 100，234，0.125，0.625，13.75，47，0.74，24.382、將下列十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二