第1章微型計(jì)算機(jī)概述

１.本課程與其他課程的關(guān)系前修課程：《計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)》《數(shù)字電子技術(shù)》并行課程：《微機(jī)原理與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)》（實(shí)驗(yàn)課與本課程同時(shí)進(jìn)行）開(kāi)課前應(yīng)該明確的幾個(gè)問(wèn)題2、本課程教學(xué)目的和任務(wù)

《微機(jī)原理及接口技術(shù)》是機(jī)械制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的重要技術(shù)基礎(chǔ)課，是必修課。其目的在于使學(xué)生了解微型計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、微型計(jì)算機(jī)與外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸方式、中斷技術(shù)、輸入輸出接口技術(shù)及應(yīng)用。為后續(xù)課程：?jiǎn)纹瑱C(jī)原理及應(yīng)用、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等奠定必要的基礎(chǔ)。本課程是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，技術(shù)發(fā)展和知識(shí)更新的速度較快，必須注意理論聯(lián)系實(shí)際，加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)習(xí)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。3.學(xué)習(xí)資源要利用[1]姚燕南《微機(jī)原理與接口技術(shù)》高等教育出版社，2004.11[2]胡鋼《微機(jī)原理及應(yīng)用》（1版），機(jī)械工業(yè)出版社，2004.1[3]龔尚?！段C(jī)原理與接口技術(shù)》西安電子科技出版社2003.8[4]錢(qián)曉捷《微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用》清華大學(xué)出版社,2006.6[5]沈美明《IBM-PC匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)》清華大學(xué)出版2001.8錢(qián)曉捷之微輔網(wǎng)/qwfw微機(jī)原理遠(yuǎn)程教學(xué)0/caicomputer/4.學(xué)習(xí)方法很重要復(fù)習(xí)并掌握先修課的有關(guān)內(nèi)容課堂：聽(tīng)講與理解、適當(dāng)筆記課后：認(rèn)真讀書(shū)、完成作業(yè)實(shí)驗(yàn)：充分準(zhǔn)備、勇于實(shí)踐總成績(jī)＝考試成績(jī)＋實(shí)驗(yàn)成績(jī)＋平時(shí)成績(jī)第1章微型計(jì)算機(jī)概述教學(xué)目的及要求掌握計(jì)算機(jī)的數(shù)制及轉(zhuǎn)換掌握數(shù)值數(shù)據(jù)的編碼及其運(yùn)算掌握微型計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)組成掌握符號(hào)數(shù)溢出的條件和判別掌握主要技術(shù)性能指標(biāo)教學(xué)重點(diǎn)1.數(shù)值數(shù)據(jù)的編碼及運(yùn)算有符號(hào)數(shù)的溢出問(wèn)題微處理器、微型計(jì)算機(jī)和微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的差別1.1緒論

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.

這臺(tái)計(jì)算機(jī)有五個(gè)基本部件：輸入器、輸出器、運(yùn)算器、存儲(chǔ)器和控制器，奠定了當(dāng)代電子數(shù)字計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。1·2計(jì)算機(jī)的發(fā)展概況

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、微處理器及微型計(jì)算機(jī)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(jī)。

第二代微處理機(jī)（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(jī)第三代微機(jī)是以16位機(jī)為代表，基本上是在第二代微機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。其中Intel公司的8088。8086是在8085的基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的；M68000是Motorola公司在M6800的基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的；第四代微處理機(jī)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(jī)的發(fā)展更加迅猛，1993年3月被命名為PENTIUM的微處理機(jī)面世，98年P(guān)ENTIUM2又被推向市場(chǎng)。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，是VonNeumann機(jī)唯一能理解并直接執(zhí)行的語(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(chēng)源程序，它們必須通過(guò)編譯或解釋?zhuān)B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1·3微型計(jì)算機(jī)中信息的表示及運(yùn)算基礎(chǔ)

一、計(jì)算機(jī)內(nèi)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(jì)算機(jī)如何操作;數(shù)據(jù)信息是計(jì)算機(jī)操作的對(duì)象,又分為數(shù)值數(shù)據(jù)和非數(shù)值數(shù)據(jù);在計(jì)算機(jī)中,這些信息都用基2碼來(lái)編碼表示。二、二進(jìn)制數(shù)的表示與運(yùn)算

1、

二進(jìn)制數(shù)的表示 二進(jìn)制數(shù)僅有兩個(gè)計(jì)數(shù)符號(hào)：0，1。

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=0

邏輯或（OR）運(yùn)算

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

邏輯異或（XOR）運(yùn)算，又稱(chēng)“模2和”運(yùn)算

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

三、

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。例：

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

10001000

＋ 01101001 11110001

＋ 01100110……調(diào)整

101010111

進(jìn)位

例：

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

－ 01101001 00011111

－ 0110……調(diào)整

00011001四、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”五、

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(chēng)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：＋1 00000001

每位求反11111110

加1＋1

－111111111

表1—2帶符號(hào)數(shù)2的補(bǔ)碼值表（8位）

十進(jìn)制十六進(jìn)制（H）2的補(bǔ)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(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。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11111111111110115、有符號(hào)數(shù)的溢出問(wèn)題溢出條件：同號(hào)數(shù)據(jù)相加／異號(hào)數(shù)相減，可能產(chǎn)生溢出。溢出判別：Ｃs:表示符號(hào)位進(jìn)位，若有進(jìn)位，則CS=1,否則CS=０

Cp:表示數(shù)值最高位進(jìn)位,若有進(jìn)位,則Cp＝１，否則,Cp＝0OF:溢出標(biāo)志位邏輯關(guān)系:OF=CS⊕Cp

六、

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。80380、80486等CPU中配置了專(zhuān)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(chēng)浮點(diǎn)數(shù)）。形式是：(-1)S2E(b0b1b2...bp-1)。其中S是符號(hào)位，0為正，1為負(fù)；E為指數(shù)（稱(chēng)階碼），是一個(gè)二進(jìn)制整數(shù)；bi為二進(jìn)制有效數(shù)字位（稱(chēng)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(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。請(qǐng)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(guó)制定并推行一種漢字編碼，稱(chēng)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(chēng)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，在中西文兼用時(shí)無(wú)法使用。在若將國(guó)標(biāo)碼每個(gè)字節(jié)的高位置1，作為標(biāo)示符，則可與ASCII碼區(qū)分。這種漢字編碼又稱(chēng)內(nèi)部碼。1.4幾種進(jìn)位制數(shù)之間的相互轉(zhuǎn)換

一、

十進(jìn)制整數(shù)到任意進(jìn)制整數(shù)的轉(zhuǎn)換1、

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

任意進(jìn)制整數(shù)到十進(jìn)制整數(shù)之間的轉(zhuǎn)換

按權(quán)展開(kāi)，先乘后加三、

二進(jìn)制數(shù)和十六進(jìn)制數(shù)之間的相互轉(zhuǎn)換

1、二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)方法：將二進(jìn)制數(shù)從右邊開(kāi)始每4位可分為1個(gè)十六進(jìn)制數(shù)，左邊不夠4位則用0補(bǔ)充。2、十六進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)方法：將每位十六進(jìn)制數(shù)用4個(gè)二進(jìn)制位表示即可。四、帶符號(hào)二進(jìn)制數(shù)到十進(jìn)制整數(shù)之間的轉(zhuǎn)換

如果符號(hào)位為0，則該數(shù)為正數(shù)，它可按位權(quán)展開(kāi)；反之，符號(hào)位為1，它不能按正常位權(quán)那樣展開(kāi)。所以，對(duì)帶符號(hào)二進(jìn)制負(fù)數(shù)除符號(hào)位外，對(duì)二進(jìn)制數(shù)求反加1后，再按位權(quán)展開(kāi)并添上符號(hào)，才能將負(fù)的二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)。運(yùn)算器

控制器寄存器組

內(nèi)存儲(chǔ)器總線(xiàn)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)2.1微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)2.1.1微處理器CPU功能：

·可以進(jìn)行算術(shù)和邏輯運(yùn)算