第1章計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)

微機(jī)原理與接口技術(shù)A

（基于16位機(jī)）第1章計(jì)算機(jī)基本知識(shí)

緒論計(jì)算機(jī)的發(fā)展概況微型計(jì)算機(jī)中信息的表示及運(yùn)算基礎(chǔ)幾種進(jìn)位制數(shù)之間的相互轉(zhuǎn)換

1946年世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)由美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)研制成功。盡管它重達(dá)30噸，占地170平方米，耗電140千瓦，用了18800多個(gè)電子管，每秒鐘僅能做5000次加法.

1·1緒論論文：《論數(shù)字計(jì)算在決斷難題中的應(yīng)用》《機(jī)器能思考嗎？》圖靈機(jī)、圖靈測(cè)試

圖靈1912-1954

匈牙利籍?dāng)?shù)學(xué)家馮·諾依曼在1946年提出了“程序存儲(chǔ)”和“二進(jìn)制運(yùn)算”的思想，進(jìn)一步構(gòu)建了計(jì)算機(jī)由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備組成這一計(jì)算機(jī)的經(jīng)典結(jié)構(gòu)。（EDVAC-ELECTRONICDISCRETEVARIABLEAUTOMATICCOMPUTER）1.2計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)和發(fā)展①體積小、重量輕。②價(jià)格低廉③可靠性高、結(jié)構(gòu)靈活④應(yīng)用面廣

計(jì)算機(jī)的發(fā)展

一、計(jì)算機(jī)的發(fā)展概況

第一代：電子管計(jì)算機(jī)時(shí)代（1947~1957）第二代：晶體管計(jì)算機(jī)時(shí)代（1958~1964）第三代：集成電路計(jì)算機(jī)時(shí)代（1964～1972）第四代：超大規(guī)模集成電路（VLSI）計(jì)算機(jī)時(shí)代（1972年~）。第五代：智能計(jì)算機(jī)（1981年~）。二、微型處理器的發(fā)展第1代：4位和低檔8位微機(jī)I4004→I4040→I8008第2代：中高檔8位微機(jī)M6800、I8080、Z80、I8085

Apple-II微機(jī)、MCS-48、MCS-51系列第3代：16位微機(jī)

M68000、Z8000I8086/8088

→80286，IBMPC系列機(jī)Intel4004和采用4004的計(jì)算器16位IBMPC系列機(jī)8088CPUIBMPC/AT機(jī)IBMPC/XT機(jī)Apple微型計(jì)算機(jī)Apple-IApple-II第4代：32位微機(jī)I80386→80486→Pentium→PentiumII→PentiumIII→Pentium4第5代：64位微機(jī)Titanium

、64位RISC微處理器芯片英特爾微處理器芯片80386PentiumPentium432位PC機(jī)與16位PC機(jī)的基本部件相同微型機(jī)的分類

按機(jī)器組成，分為: 1.位片式 2.單片式 3.多片式按制造工藝，分為: 1.MOS(metaloxidesemiconductor)型 2.雙極型

按微處理器的字長(zhǎng)，分為：

4位微處理器 8位微處理器 16位微處理器 32位微處理器

用于數(shù)值計(jì)算、數(shù)據(jù)處理及信息管理方向通用微機(jī)，例如：PC微機(jī)功能、速度、使用方便、人機(jī)對(duì)話手段用于過(guò)程控制及智能化儀器儀表方向?qū)Ｓ梦C(jī)，如：?jiǎn)纹瑱C(jī)、工控機(jī)、嵌入式系統(tǒng)可靠性高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)程序相對(duì)簡(jiǎn)單、處理數(shù)據(jù)量小

將CPU以及其他主要部件（如ROM、RAM、I/O接口）都集成在一個(gè)微處理器芯片中例如：常用的MCS-51、MCS-96微處理器、微型計(jì)算機(jī)和微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 微處理器、微型計(jì)算機(jī)和微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)三者的關(guān)系

運(yùn)算器

控制器寄存器組

內(nèi)存儲(chǔ)器總線輸入輸出接口電路外部設(shè)備軟件微處理器微型計(jì)算機(jī)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)微處理器（CPU）功能：

·可以進(jìn)行算術(shù)和邏輯運(yùn)算·可保存較少量數(shù)據(jù)·能對(duì)指令進(jìn)行譯碼并執(zhí)行規(guī)定的動(dòng)作；·能和存儲(chǔ)器、外設(shè)交換數(shù)據(jù)·提供整個(gè)系統(tǒng)所需要的定時(shí)和控制·可以響應(yīng)其他部件發(fā)來(lái)的中斷請(qǐng)求CPU在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上包含下面這些部分：

·算術(shù)邏輯部件；·累加器和通用寄存器組；·程序計(jì)數(shù)器(指令指針)、指令寄存器和譯碼器；·

時(shí)序和控制部件。

微型計(jì)算機(jī)

微型計(jì)算機(jī)由CPU、存儲(chǔ)器、輸入輸出接口電路和系統(tǒng)總線構(gòu)成。

CPU總線包含三種不同功能的總線： 1.數(shù)據(jù)總線DB(databus)：傳輸數(shù)據(jù) 2.地址總線AB(addressbus)：傳送地址信息

3.控制總線CB(controlbus)：傳輸控制信號(hào)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 以微型計(jì)算機(jī)為主體，配上系統(tǒng)軟件和外設(shè)之后，就成了微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

系統(tǒng)軟件操作系統(tǒng)一系列語(yǔ)言處理程序和數(shù)據(jù)庫(kù)操作系統(tǒng)具有如下功能：

CPU的運(yùn)行和管理文件管理存儲(chǔ)器管理設(shè)備管理人機(jī)界面程序員界面最常用的輸入設(shè)備鍵盤(pán)鼠標(biāo)掃描儀光筆最常用的輸出設(shè)備顯示器打印機(jī)繪圖儀

等

控制總線CB數(shù)據(jù)總線DB地址總線AB系統(tǒng)總線形成處理器子系統(tǒng)I/O設(shè)備I/O接口存儲(chǔ)器系統(tǒng)總線BUS微型計(jì)算機(jī)的硬件組成微處理器子系統(tǒng)存儲(chǔ)器I/O設(shè)備和I/O接口系統(tǒng)總線三、計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言的發(fā)展概況

機(jī)器語(yǔ)言

機(jī)器語(yǔ)言就是0，1碼語(yǔ)言。匯編語(yǔ)言

用一些助記符號(hào)代替用0，1碼描述的某種機(jī)器的指令系統(tǒng)，匯編語(yǔ)言就是在此基礎(chǔ)上完善起來(lái)的。高級(jí)語(yǔ)言

BASIC，PASCAL，C語(yǔ)言等等。用高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)的程序稱源程序，它們必須通過(guò)編譯或解釋，連接等步驟才能被計(jì)算機(jī)處理。面向?qū)ο笳Z(yǔ)言

C++，Java等編程語(yǔ)言是面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言?；谝?guī)則的智能化語(yǔ)言

VisualC++、VisualBasic等語(yǔ)言微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用科學(xué)計(jì)算

信息處理

過(guò)程控制

儀器、儀表控制

家用電器和民用產(chǎn)品控制

微型機(jī)的性能指標(biāo)

CPU的位數(shù)和主頻

內(nèi)存容量和速度

硬盤(pán)容量1·3微型計(jì)算機(jī)中信息的表示

及運(yùn)算基礎(chǔ)

一、數(shù)制

數(shù)制基數(shù)數(shù)碼

十進(jìn)制Decimal100,1,2,3,4,5,6,7,8,9

二進(jìn)制Binary20,1

八進(jìn)制Octal80,1,2,3,4,5,6,7十六進(jìn)制Hexadecimal160,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F二進(jìn)制：基數(shù)為2，逢二進(jìn)一

11012=1×23+1×22+1×20=13101個(gè)二進(jìn)制位：bit（比特）8個(gè)二進(jìn)制位：Byte（字節(jié)）1Byte=8bit2個(gè)字節(jié)：Word（字） 1Word=2Byte=16bit存儲(chǔ)容量1K=1024=210（Kilo）1M=1024K=220

（Mega）1G=1024M=230（Giga）2、二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算（1）、算術(shù)運(yùn)算

加法規(guī)則：“逢2進(jìn)1”

減法規(guī)則：“借1當(dāng)2”

乘法規(guī)則：“逢0出0，全1出1”（2）、邏輯運(yùn)算

邏輯非（NOT）運(yùn)算：

0—1，1—0

邏輯與（AND）運(yùn)算

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

邏輯或（OR）運(yùn)算

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

邏輯異或（XOR）運(yùn)算

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

二、

二—十進(jìn)制（BCD）數(shù)的表示與運(yùn)算

1、二—十進(jìn)制數(shù)的表示

000005010110001601102001070111300118100040100910012、二—十進(jìn)制數(shù)的加、減運(yùn)算

BCD數(shù)的運(yùn)算規(guī)則循十進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算規(guī)則“逢10進(jìn)1”。但計(jì)算機(jī)在進(jìn)行這種運(yùn)算時(shí)會(huì)出現(xiàn)潛在的錯(cuò)誤。為了解決BCD數(shù)的運(yùn)算問(wèn)題，采取調(diào)整運(yùn)算結(jié)果的措施。三、十六進(jìn)制數(shù)的表示與運(yùn)算1、十六進(jìn)制數(shù)的表示

十進(jìn)制（D）二進(jìn)制（B）二—十進(jìn)制（BCD）十六進(jìn)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(jìn)制數(shù)的加、減運(yùn)算 加法運(yùn)算：“逢16進(jìn)1”。減法運(yùn)算：“借1當(dāng)16”四、

帶符號(hào)二進(jìn)制數(shù)的表示與運(yùn)算

1、原碼表示正號(hào)“＋”和負(fù)號(hào)“—”在計(jì)算機(jī)中只能用0和1表示，我們用0表示“＋”號(hào)，用1表示“－”號(hào)，并且符號(hào)放在最高有效位。一個(gè)8位的二進(jìn)制表示一個(gè)帶符號(hào)數(shù)，最高有效位D7位為符號(hào)位。如： ＋1表示為： 00000001B

＋127表示為： 01111111B

－1表示為： 10000001B

－127表示為： 11111111B2、補(bǔ)碼表示法：對(duì)1個(gè)正的二進(jìn)制數(shù)的每位求反再加1，即可得在機(jī)器中表示的該數(shù)的負(fù)數(shù)，稱2的補(bǔ)碼表示法。在這種編碼方式中，正數(shù)的補(bǔ)碼就是該正數(shù)。以8位二進(jìn)制為例，求一負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼。例：＋100000001

每位求反11111110

加1＋1

－111111111

45

為什么要用補(bǔ)碼運(yùn)算符號(hào)位可以作為數(shù)據(jù)的一位參與運(yùn)算，不必單獨(dú)處理二進(jìn)制的減法可用其補(bǔ)碼的加法來(lái)實(shí)現(xiàn)，簡(jiǎn)化了硬件電路。唯一一個(gè)“0”結(jié)果的處理符號(hào)位為0：正數(shù)符號(hào)位為1：負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼表示，對(duì)其求補(bǔ)得到真值補(bǔ)碼的運(yùn)算規(guī)則：[X]補(bǔ)+[Y]補(bǔ)=[X+Y]補(bǔ)[[X+Y]補(bǔ)]補(bǔ)=[X+Y]原

十進(jìn)制二進(jìn)制十六進(jìn)制十進(jìn)制十六進(jìn)制

n=8n=16+127011111117F+327677FFF+126011111107E+327667FFE......……...+20000001002+20002+10000000101+100010000000000000000-111111111FF-1FFFF-211111110FE-2FFFE......……...-1261000001082-327668002-1271000000181-327678001-1281000000080-327688000n位二進(jìn)制補(bǔ)碼的表數(shù)范圍：

-2n-1≤N≤2n-1-1無(wú)符號(hào)整數(shù)的表數(shù)范圍：

0≤N≤2n-13、帶符號(hào)數(shù)的運(yùn)算

帶符號(hào)數(shù)在計(jì)算機(jī)中用其補(bǔ)碼表示后，其運(yùn)算方法與二進(jìn)制運(yùn)算相同，但也會(huì)出現(xiàn)其特有的問(wèn)題。請(qǐng)看教材上的例題。

4、帶符號(hào)數(shù)的符號(hào)擴(kuò)展表示對(duì)無(wú)符號(hào)數(shù)擴(kuò)展，僅在其數(shù)據(jù)之前加上若干位0即可；而帶符號(hào)數(shù)的擴(kuò)展實(shí)際是在高位補(bǔ)符號(hào)位。如：＋5的16位表示0000000000000101－5的16位表示1111111111111011五、

實(shí)型數(shù)的表示一般8位和16位的微處理機(jī)都是基于定點(diǎn)運(yùn)算，不具備通用計(jì)算機(jī)那樣復(fù)雜的數(shù)值運(yùn)算指令，浮點(diǎn)和長(zhǎng)整數(shù)的運(yùn)算要用軟件處理，因而速度慢。80386、80486等CPU中配置了專門(mén)用于處理浮點(diǎn)運(yùn)算的部件。浮點(diǎn)部件所處理的實(shí)型數(shù)（又稱浮點(diǎn)數(shù)）。浮點(diǎn)表示法浮點(diǎn)表示法就是一個(gè)數(shù)的小數(shù)點(diǎn)位置不固定。為便于軟件移植，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織制定了IEEE754標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范了浮點(diǎn)數(shù)的表示格式。在程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言中，浮點(diǎn)數(shù)有兩種形式：?jiǎn)尉雀↑c(diǎn)數(shù)（float)：占4個(gè)字節(jié)，即32位雙精度浮點(diǎn)數(shù)(double)：占8個(gè)字節(jié)，即64位步驟：將實(shí)數(shù)ｘ轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)規(guī)格化32位單精度浮點(diǎn)數(shù)規(guī)格化的32位單精度浮點(diǎn)數(shù)ｘ的真值表示為：ｘ＝(－1)S×(1.Ｍ)×2e=(－1)S×(1.Ｍ)×2E-127

1位，浮點(diǎn)數(shù)的符號(hào)位0表示正數(shù)，1表示負(fù)數(shù)23位，用小數(shù)表示，尾數(shù)部分最高有效位（即整數(shù)字）是18位，采用移碼方式來(lái)表示正負(fù)指數(shù),

E＝e＋127階碼決定:數(shù)值范圍尾數(shù)決定:

數(shù)值精度六、字符的編碼表示

1、ASCII碼表示

所謂ASCII碼（AmericanStandardCodeforInformationInterchange），即美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼。它將數(shù)字0－9，字母A-Z和a-z以及一些運(yùn)算符號(hào)等按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行二進(jìn)制編碼。

表2?3字符ASCII編碼表d6d5d4d3d2d1d00000010100111001011101110000NULDELSP0@P、p0001SOHDC1!1AQaq0010STXDC2”2BRbr0011EXTDC3#3CScs0100EOTDC4$4DTdt0101ENQNAK%5EUeu0110ACKSYN&6FVfv0111BELETB,7GWgw1000BSCAN(8HXhx1001HTEM)9IYiy1010LFSUB*：JZjz1011VTESC+；K[k{1100FFFS.<

L\l|1101CRGS-=M]m}1110SORS。>

N

n~1111SIUS/?O

oDEL‘A’=01000001B=65‘a(chǎn)’=01100001B=97要記住規(guī)律‘0’~‘9’<‘A’~‘Z’<‘a(chǎn)’~‘z’

小寫(xiě)字母的ACSII碼=大寫(xiě)字母的ACSII碼+32大寫(xiě)字母和小寫(xiě)字母不連續(xù)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(guó)制定并推行一種漢字編碼，稱GB2312—80國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)信息交換用漢字編碼字符集（基本集），簡(jiǎn)稱國(guó)標(biāo)碼。在國(guó)標(biāo)碼中，每個(gè)國(guó)形字符都規(guī)定了二進(jìn)制表示的編碼，一個(gè)漢字用二個(gè)字節(jié)編碼，每個(gè)字節(jié)用7位二進(jìn)制，高位置為0。國(guó)標(biāo)碼在計(jì)算機(jī)中容易與ASCII混淆