第1章微型計算機概述

１.本課程與其他課程的關系前修課程：《計算機應用基礎》《數(shù)字電子技術》并行課程：《微機原理與應用實驗》（實驗課與本課程同時進行）開課前應該明確的幾個問題2、本課程教學目的和任務

《微機原理及接口技術》是機械制造及其自動化專業(yè)的重要技術基礎課，是必修課。其目的在于使學生了解微型計算機的基本結構、微型計算機與外設的數(shù)據(jù)傳輸方式、中斷技術、輸入輸出接口技術及應用。為后續(xù)課程：單片機原理及應用、計算機控制系統(tǒng)等奠定必要的基礎。本課程是一門實踐性很強的課程，技術發(fā)展和知識更新的速度較快，必須注意理論聯(lián)系實際，加強實踐環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學習分析問題和解決問題的能力。3.學習資源要利用[1]姚燕南《微機原理與接口技術》高等教育出版社，2004.11[2]胡鋼《微機原理及應用》（1版），機械工業(yè)出版社，2004.1[3]龔尚福《微機原理與接口技術》西安電子科技出版社2003.8[4]錢曉捷《微型計算機原理及應用》清華大學出版社,2006.6[5]沈美明《IBM-PC匯編語言程序設計》清華大學出版2001.8錢曉捷之微輔網(wǎng)/qwfw微機原理遠程教學0/caicomputer/4.學習方法很重要復習并掌握先修課的有關內容課堂：聽講與理解、適當筆記課后：認真讀書、完成作業(yè)實驗：充分準備、勇于實踐總成績＝考試成績＋實驗成績＋平時成績第1章微型計算機概述教學目的及要求掌握計算機的數(shù)制及轉換掌握數(shù)值數(shù)據(jù)的編碼及其運算掌握微型計算機的系統(tǒng)組成掌握符號數(shù)溢出的條件和判別掌握主要技術性能指標教學重點1.數(shù)值數(shù)據(jù)的編碼及運算有符號數(shù)的溢出問題微處理器、微型計算機和微型計算機系統(tǒng)的差別1.1緒論

1946年世界上第一臺電子計算機由美國賓夕法尼亞大學研制成功。盡管它重達30噸，占地170平方米，耗電140千瓦，用了18800多個電子管，每秒鐘僅能做5000次加法.

這臺計算機有五個基本部件：輸入器、輸出器、運算器、存儲器和控制器，奠定了當代電子數(shù)字計算機體系結構的基礎。1·2計算機的發(fā)展概況

一、計算機的發(fā)展概況

第一代：電子管計算機時代（1947~1957）第二代：晶體管計算機時代（1958~1964）第三代：集成電路計算機時代（1964～1972）第四代：超大規(guī)模集成電路（VLSI）計算機時代（1972年~）。第五代：智能計算機（1981年~）。二、微處理器及微型計算機的發(fā)展概況

第一代微處理器是以Intel公司1971年推出的4004，4040為代表的四位微處理機。

第二代微處理機（1973年~1977年），典型代表有：Intel公司的8080、8085；Motorola公司的M6800以及Zlog公司的Z80。

第三代微處理機第三代微機是以16位機為代表，基本上是在第二代微機的基礎上發(fā)展起來的。其中Intel公司的8088。8086是在8085的基礎發(fā)展起來的；M68000是Motorola公司在M6800的基礎發(fā)展起來的；第四代微處理機以Intel公司1984年10月推出的80386CPU和1989年4月推出的80486CPU為代表，

第五代微處理機的發(fā)展更加迅猛，1993年3月被命名為PENTIUM的微處理機面世，98年PENTIUM2又被推向市場。三、計算機編程語言的發(fā)展概況

機器語言

機器語言就是0，1碼語言，是VonNeumann機唯一能理解并直接執(zhí)行的語言。匯編語言

用一些助記符號代替用0，1碼描述的某種機器的指令系統(tǒng)，匯編語言就是在此基礎上完善起來的。高級語言

BASIC，PASCAL，C語言等等。用高級語言編寫的程序稱源程序，它們必須通過編譯或解釋，連接等步驟才能被計算機處理。面向對象語言

C++，Java等編程語言是面向對象的語言。基于規(guī)則的智能化語言

VisualC++、VisualBasic等語言1·3微型計算機中信息的表示及運算基礎

一、計算機內部的信息分為控制信息和數(shù)據(jù)信息控制信息是一系列的控制命令,用于指揮計算機如何操作;數(shù)據(jù)信息是計算機操作的對象,又分為數(shù)值數(shù)據(jù)和非數(shù)值數(shù)據(jù);在計算機中,這些信息都用基2碼來編碼表示。二、二進制數(shù)的表示與運算

1、

二進制數(shù)的表示 二進制數(shù)僅有兩個計數(shù)符號：0，1。

2、二進制數(shù)的運算（1）算術運算

加法規(guī)則：“逢2進1”

減法規(guī)則：“借1當2”

乘法規(guī)則：“逢0出0，全1出1”（2）邏輯運算

邏輯非（NOT）運算：

0—1，1—0

邏輯與（AND）運算

0AND0=0 0AND1=0 1AND0=0 1AND1=0

邏輯或（OR）運算

0OR0=0 0OR1=1 1OR0=1 1OR1=1

邏輯異或（XOR）運算，又稱“模2和”運算

0XOR0=0 0XOR1=1 1XOR0=1 1XOR1=1

三、

二—十進制（BCD）數(shù)的表示與運算

1、二—十進制數(shù)的表示

000005010110001601102001070111300118100040100910012、二—十進制數(shù)的加、減運算

BCD數(shù)的運算規(guī)則循十進制數(shù)的運算規(guī)則“逢10進1”。但計算機在進行這種運算時會出現(xiàn)潛在的錯誤。為了解決BCD數(shù)的運算問題，采取調整運算結果的措施。例：

10001000(BCD)+01101001(BCD)=000101010111(BCD)

10001000

＋ 01101001 11110001

＋ 01100110……調整

101010111

進位

例：

10001000(BCD)－01101001(BCD)=00011001(BCD) 10001000

－ 01101001 00011111

－ 0110……調整

00011001四、十六進制數(shù)的表示與運算1、十六進制數(shù)的表示

十進制（D）二進制（B）二—十進制（BCD）十六進制（H）

0 0000 000001 0001 000112 0010 001023 0011 001134 0100 010045 0101 010156 0110 011067 0111 011178 1000 100089 1001 1001910 1010 ×A11 1011 ×B12 1100×C13 1101×D14 1110×E15 1111×F2、十六進制數(shù)的加、減運算 加法運算：“逢16進1”

減法運算：“借1當16”五、

帶符號二進制數(shù)的表示與運算

1、原碼表示正號“＋”和負號“—”在計算機中只能用0和1表示，我們用0表示“＋”號，用1表示“－”號，并且符號放在最高有效位。一個8位的二進制表示一個帶符號數(shù)，最高有效位D7位為符號位。如： ＋1表示為： 00000001B

＋127表示為： 01111111B

－1表示為： 10000001B

－127表示為： 11111111B2、補碼表示法：對1個正的二進制數(shù)的每位求反再加1，即可得在機器中表示的該數(shù)的負數(shù)，稱2的補碼表示法。在這種編碼方式中，正數(shù)的補碼就是該正數(shù)。以8位二進制為例，求一負數(shù)的補碼。例：＋1 00000001

每位求反11111110

加1＋1

－111111111

表1—2帶符號數(shù)2的補碼值表（8位）

十進制十六進制（H）2的補碼值（B）＋127 7F01111111

＋100 6401100100

＋3 300000011

＋2 200000010

＋1 1000000010 000000000

－1 FF11111111

－2 FE11111110

－100 9C10011100

－128 80100000003、帶符號數(shù)的運算

帶符號數(shù)在計算機中用其補碼表示后，其運算方法與二進制運算相同，但也會出現(xiàn)其特有的問題。4、帶符號數(shù)的符號擴展表示對無符號數(shù)擴展，僅在其數(shù)據(jù)之前加上若干位0即可；而帶符號數(shù)的擴展實際是在高位補符號位。如：＋5的16位表示0000000000000101－5的16位表示11111111111110115、有符號數(shù)的溢出問題溢出條件：同號數(shù)據(jù)相加／異號數(shù)相減，可能產生溢出。溢出判別：Ｃs:表示符號位進位，若有進位，則CS=1,否則CS=０

Cp:表示數(shù)值最高位進位,若有進位,則Cp＝１，否則,Cp＝0OF:溢出標志位邏輯關系:OF=CS⊕Cp

六、

實型數(shù)的表示

一般8位和16位的微處理機都是基于定點運算，不具備通用計算機那樣復雜的數(shù)值運算指令，浮點和長整數(shù)的運算要用軟件處理，因而速度慢。80380、80486等CPU中配置了專門用于處理浮點運算的部件。浮點部件所處理的實型數(shù)（又稱浮點數(shù)）。形式是：(-1)S2E(b0b1b2...bp-1)。其中S是符號位，0為正，1為負；E為指數(shù)（稱階碼），是一個二進制整數(shù)；bi為二進制有效數(shù)字位（稱尾數(shù)），p為精度位數(shù)。七、字符的編碼表示

1、ASCII碼表示

所謂ASCII碼（AmericanStandardCodeforInformationInterchange），即美國標準信息交換碼。它將數(shù)字0－9，字母A-Z和a-z以及一些運算符號等按標準進行二進制編碼。請看教材的表格。2、漢字編碼表示

為了能在不同的漢字系統(tǒng)之間互相通信、共享漢字信息。我國制定并推行一種漢字編碼，稱GB2312—80國家標準信息交換用漢字編碼字符集（基本集），簡稱國標碼。在國標碼中，每個國形字符都規(guī)定了二進制表示的編碼，一個漢字用二個字節(jié)編碼，每個字節(jié)用7位二進制，高位置為0。國標碼在計算機中容易與ASCII混淆，在中西文兼用時無法使用。在若將國標碼每個字節(jié)的高位置1，作為標示符，則可與ASCII碼區(qū)分。這種漢字編碼又稱內部碼。1.4幾種進位制數(shù)之間的相互轉換

一、

十進制整數(shù)到任意進制整數(shù)的轉換1、

十進制整數(shù)轉換成其他進制整數(shù)除R取余 R為基數(shù)2、十進制小數(shù)轉換成其他進制小數(shù)乘R取整 R為基數(shù)二、

任意進制整數(shù)到十進制整數(shù)之間的轉換

按權展開，先乘后加三、

二進制數(shù)和十六進制數(shù)之間的相互轉換

1、二進制數(shù)轉換成十六進制數(shù)方法：將二進制數(shù)從右邊開始每4位可分為1個十六進制數(shù)，左邊不夠4位則用0補充。2、十六進制整數(shù)轉換成二進制數(shù)方法：將每位十六進制數(shù)用4個二進制位表示即可。四、帶符號二進制數(shù)到十進制整數(shù)之間的轉換

如果符號位為0，則該數(shù)為正數(shù)，它可按位權展開；反之，符號位為1，它不能按正常位權那樣展開。所以，對帶符號二進制負數(shù)除符號位外，對二進制數(shù)求反加1后，再按位權展開并添上符號，才能將負的二進制數(shù)轉換成十進制數(shù)。運算器

控制器寄存器組

內存儲器總線輸入輸出接口電路外部設備軟件微處理器微型計算機微型計算機系統(tǒng)2.1微型計算機系統(tǒng)2.1.1微處理器CPU功能：

·可以進行算術和邏輯運算