第1章微型计算机基础知识

会计学1第1章微型计算机基础知识22.课程教学安排总学时：80～90；其中实验学时：20～30考试形式：笔试+实践操作

3.教材特点注重学科体系的完整和前后内容的有机衔接，突出应用特色，理论联系实际，并与工程实践相结合；注入案例的介绍，加大实践教学内容的比重，增加计算机发展的新技术和新知识；《微型计算机原理与接口技术》课程简介第1页/共59页3

相关概念、理论及应用均以基本要求为主；在表达上以实例引出概念、提出问题，通过阐述与分析，进行归纳总结，做到层次清晰，脉络分明；在内容编排上，以典型微型计算机为对象，加大应用实例的分析，力求由浅入深，循序渐进，举一反三，突出重点，内容精炼，通俗易懂，强调教材的实用性。

《微型计算机原理与接口技术》课程简介第2页/共59页43.教材的主要模块对微型计算机基础知识和典型微处理器的介绍；以典型指令讲解指令系统和汇编语言；介绍汇编语言程序的基本结构和典型的顺序、分支、循环、子程序设计；介绍半导体存储器及其接口技术；从PC/XT、PC/AT、EISA、VESA到目前常用的PCI、AGP和外设总线等微机总线接口；《微型计算机原理与接口技术》课程简介第3页/共59页5介绍基本输入/输出接口技术；以常用的8259A中断控制器介绍中断控制接口技术；介绍8237A可编程DMA控制器与定时/计数器接口8253芯片；介绍8255A并行接口和8250、USB串行通信接口；介绍常用的键盘、鼠标、CRT、打印机、扫描仪等人机交互接口技术；以A/D、D/A转换器来分析模拟量输入/输出接口技术等有关知识。《微型计算机原理与接口技术》课程简介第4页/共59页6

本章主要教学内容微处理器的产生和发展、微处理器系统微型计算机的特点、分类及性能指标微型计算机系统的软、硬件组成情况计算机中的数制及其转换无符号数和带符号数的表示方法

ASCII码、BCD码的相关概念和应用第1章微型计算机基础知识第5页/共59页7本章教学目的及要求熟悉微处理器的产生和发展，掌握微型计算机的分类、性能指标；掌握计算机的基本结构及工作原理；掌握计算机中常用的数制及其转换、带符号数的表示、字符编码和汉字编码的基本知识。第1章微型计算机基础知识第6页/共59页8

1.1微型计算机概述

1946年2月15日研制出世界上第一台电子数字计算机：ENIAC（电子数字积分计算机）。

1946年6月，美籍匈牙利科学家冯·诺依曼（JoheVonNeumman）提出了“存储程序”和“程序控制”的计算机设计方案，其特点是：（1）采用二进制数的形式来表示数据和指令；（2）把指令和数据存储在计算机内部的存储器中，按照在存储器中存放的顺序自动依次执行指令；第1章微型计算机基础知识第7页/共59页9（3）由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备5大部件组成计算机的基本硬件系统；（4）由控制器来控制程序和数据的存取以及程序的执行；（5）以运算器为核心，所有的执行都经过运算器。

第1章微型计算机基础知识第8页/共59页10

从第一台电子计算机面世到现在，计算机按照其逻辑部件的组成来化分，经历了4个时代的发展。第一代（1946年~1958年）：电子管阶段第二代（1959年~1964年）：晶体管阶段第三代（1965年~1970年）：集成电路阶段

第四代（1971年~现在）：大规模/超大规模集成电路阶段第1章微型计算机基础知识第9页/共59页11

进入20世纪70年代以后，美国Intel公司研制并推出了微处理器，诞生了微型计算机，使计算机的存储容量、运算速度、可靠性、性能价格比等方面都有了较大的突破。在系统结构方面，发展了并行处理技术、多处理机系统、分布式计算机系统和计算机网络；在软件方面，推出了各种系统软件、支撑软件、应用软件，发展了分布式操作系统和软件工程标准化，并逐渐形成了软件产业。第1章微型计算机基础知识第10页/共59页12

目前，计算机的应用已经进入了以计算机网络为特点的信息社会时代，计算机已经成为人类社会活动中不可缺少的工具，从仪器仪表和家电的智能化，到科学计算、自动控制、办公自动化、生产自动化、数据和事务处理、计算机辅助设计、数据库应用、计算机网络应用、人工智能、计算机模拟、计算机辅助教育等各个领域均得到了广泛的应用。它已渗透到国民经济的各个领域，极大地改变了人们的工作、学习、生活方式，成为信息时代的主要标志。

第1章微型计算机基础知识第11页/共59页13

1.1.1微处理器的产生与发展

20世纪70年代初美国硅谷诞生了第一片微处理器（Microprocessor）。微型计算机就是以微处理器为核心，配置相应的存储器、I/O接口电路和系统总线等构成。微型计算机一经问世，就以其体积小、重量轻、价格低廉、可靠性高、结构灵活、适应性强和应用面广等一系列优点，占领了世界计算机市场并得到了广泛的运用，成为现代社会不可缺少的重要工具。第1章微型计算机基础知识第12页/共59页14

微型计算机如果按照CPU字长和功能进行划分，经历了6代的演变：第一代（1971~1973年）4位和8位低档微处理器第二代（1974~1977年）8位中高档微处理器第三代（1978~1984年）16位微处理器第四代（1985~1992年）32位微处理器第五代（1993~1999年）超级32位Pentium微处理器第六代（2000年以后）64位微处理器Merced

第1章微型计算机基础知识第13页/共59页15

未来计算机发展的总趋势是智能化计算机，它突出了人工智能方法和技术的应用，除了要具备现代计算机的功能之外，还要具有在某种程度上模仿人的推理、联想、学习等思维功能，并具有声音识别和图像识别能力。此外，一些非冯·诺依曼体系结构的新型计算机，例如“神经网络计算机”、“生物计算机”、“光子计算机”等也在研究之中。第1章微型计算机基础知识第14页/共59页161.1.2微型计算机的特点微型计算机除具有运算速度快、计算精度高、有记忆能力和逻辑判断能力、可自动连续工作等特点以外，还具有以下几方面的明显特点：功能强可靠性高价格低廉结构灵活、适应性强体积小、重量轻、功耗低使用和维护方便第1章微型计算机基础知识第15页/共59页171.1.3微型计算机的性能指标位：指二进制位（Bit），由“0”和“1”两种状态构成。字节：由8个二进制位组成。即8位二进制数组成一个字节。字：是计算机内部进行数据处理的基本单位。字长：是计算机在交换、加工和存放信息位的最基本的长度。主频：是指计算机中时钟脉冲发生器所产生的时钟信号的频率。第1章微型计算机基础知识第16页/共59页18内存容量：是微处理器构成的系统所能访问的最大存储单元数。指令数：是微型计算机能够完成某种操作功能的命令数目。基本指令执行时间：指计算机执行基本指令所花的时间。可靠性：指在规定的时间和条件下，正常工作不发生故障的概率。兼容性：指计算机的硬件设备和软件程序可用于其他系统的性能。性能价格比：主要指计算机的硬件和软件性能与售价的关系。第1章微型计算机基础知识第17页/共59页191.1.4微型计算机的分类按照微处理器器件的制造工艺来分类：MOS工艺和双极型TTL工艺微处理器。按照微型计算机的组成结构来分类：单片机（在一个芯片上包括有CPU、RAM、ROM及I/O接口电路等完整功能的微型计算机），单板机、位片式微型计算机等。按照微处理器能够处理的数据字长来分类：4位、8位、16位、32位和64位微型计算机等。

第1章微型计算机基础知识第18页/共59页201.2微型计算机系统组成一台完整的计算机系统是由硬件和软件两大部分组成的。计算机硬件是指那些为组成计算机而有机连接在一起的电子、机械、光学等元部件或装置的总和，它是有形的物理实体；计算机软件是相对于硬件而言的，软件可包括计算机运行所需的各种程序、使用手册、说明书和文档等有关资料。第1章微型计算机基础知识第19页/共59页21

1.2.1微型计算机的硬件结构及其功能通用的微型计算机硬件一般由微处理器、内存储器、外存储器、系统总线、接口电路、输入/输出设备等部件组成，图1-1所示为通用微型计算机的硬件系统结构。第1章微型计算机基础知识第20页/共59页22图

1-1通用微型计算机系统结构

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1.微处理器处理器也称为中央处理器CPU（ControlProcessingUnit），是微型计算机的核心部件，由运算单元、控制单元、寄存器组以及总线接口部件等组成，其功能是负责统一协调、管理和控制系统中的各个部件有机地工作。第1章微型计算机基础知识第22页/共59页242.内存储器内存储器也称为主存储器，主要用来存放计算机工作过程中需要操作的数据和程序。内存储器中存放的信息通常有两类：一类是要处理的数据和运算结果；另一类是要处理的程序。内存储器中的工作主要是读/写操作，“读”是指将指定内存单元的内容取入CPU，原存储单元的内容不改变；“写”是指CPU将信息放入指定的内存单元，内存单元中原来的内容被覆盖。第1章微型计算机基础知识第23页/共59页25

按照内存储器的功能和性能，可以分为随机存储器RAM（RandomAccessMemory）和只读存储器ROM（ReadOnlyMemory）。无论是RAM还是ROM，一般都按字节（Byte）组成存储体，每个字节有一个地址码与之对应，通过给定地址码可以随意访问该地址所对应的存储单元。

总体来看，计算机对内存储器的要求有三点：存取数据的速度要快；存储容量要大；成本要低。第1章微型计算机基础知识第24页/共59页263.系统总线系统总线是CPU与其它部件之间传送数据、地址和控制信息的公共通道。各个部件直接用系统总线相连，信号通过总线相互传送。

根据总线传送内容的不同，可以分成以下3种：（1）数据总线DB（DataBus）：传送数据。主要实现CPU与内存储器或I/O设备之间、内存储器与I/O设备或外存储器之间的数据传送。数据总线一般为双向总线，总线的宽度等于计算机的字长。第1章微型计算机基础知识第25页/共59页27（2）地址总线AB（AddressBus）：传送地址。实现从CPU送地址至内存储器和I/O设备，或从外存储器传送地址至内存储器等。（3）控制总线CB（ControlBus）：传送控制信号、时序信号和状态信息等。控制总线是控制器发送控制信号的通道，控制信号通过控制总线通往各个设备，使这些设备完成指定的操作。第1章微型计算机基础知识第26页/共59页284.输入/输出接口电路输入/输出接口电路即I/O（Input/Output）电路，它的功能是完成微型计算机与外部设备之间的信息交换。接口电路一般由寄存器组、专用存储器和控制电路等组成，当前计算机的控制指令、通信数据以及外部设备的状态信息等分别存放在专用存储器或寄存器组中。第1章微型计算机基础知识第27页/共59页295.主机板通常，我们将CPU、RAM、ROM、I/O接口电路以及系统总线组成的计算机装置称为“主机”，主机的主体是系统主板或简称主板。主板主要由CPU插座、芯片组、内存插槽、系统BIOS、CMOS、总线扩展槽、串行/并行接口、各种跳线和一些辅助电路等硬件组成。微型计算机基础知识第1章第28页/共59页30

6.外存储器外存储器的种类较多，目前使用最多的是磁盘存储器（包括软盘和硬盘）和光盘存储器。（1）软磁盘：常用的是3.5英寸双面高密度软磁盘，容量为1.44MB。（2）硬磁盘：用金属为基底，表面涂覆有磁性材料，刚性较强。目前在市场上使用较多的是2.5或3.5英寸的温切斯特硬盘机。一般硬盘存储器的存储容量为10～80GB。（3）光盘：光盘存储器由光盘、光盘驱动器和接口电路组成。

微型计算机基础知识第1章第29页/共59页31第1章微型计算机基础知识7.输入/输入设备输入/输出设备是微型计算机系统与外部进行通信联系的主要装置。

目前，微型计算机中最常用的输入/输出设备有键盘、鼠标、显示器、打印机和扫描仪等。

第30页/共59页32第1章微型计算机基础知识1.2.2微型计算机的系统组成1．硬件系统是由电子部件和机电装置等所组成的计算机实体，包括微型计算机主机和外围硬件设备。基本功能是接受计算机程序，并在程序的控制下完成各类信息和数据的输入、处理及输出结果等任务。2．软件系统是指为运行、管理和维护计算机系统或为实现某一功能而编写的各种程序的总和及其相关资料。包括计算机运行所需的各种程序、数据、文件、手册和有关资料。第31页/共59页33第1章微型计算机基础知识1.3.1

数据的概念通常意义下的数字、文字、图画、声音和活动图像都可以认为是数据。计算机只能识别和处理以二进制编码形式出现的数据和信息，在使用时要将数字、文字、图画、声音和活动图像等数据采用二进制编码表示，再由计算机进行通信、传递以及加工处理。计算机内部把数据分为数值型数据和非数值型数据。第32页/共59页34第1章微型计算机基础知识1.计算机中常用的数制二进制计数特点是“逢二进一，借一当二”，需要用到的数字符号为2个，分别是0和1；八进制计数的特点是“逢八进一，借一当八”，需要用到的数字符号为8个，分别是0～7；十进制计数需要用到的数字符号为0～9共10个，其特点是“逢十进一，借一当十”；十六进制计数需要用到的数字符号为16个，分别是0～9、A～F，其特点是“逢十六进一，借一当十六”。第33页/共59页35计数制形式基数计数制采用的数码计数制的进位及借位关系计数制表示方法举例二进制20、1逢二进一、借一当二1110B或(1110)2八进制80、1、2、3、4、5、6、7逢八进一、借一当八73Q或(73)8十进制100、1、2、3、4、5、6、7、8、9逢十进一、借一当十95D或(95)10十六进制160、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F逢十六进一、借一当十六2A3BH或(2A3B)16

表1-3

计算机中不同计数制的基数、数码、进位关系和表示方法

第34页/共59页36第1章微型计算机基础知识数制之间的转换为了使用方便，在计算机中有时需要将不同的数制之间进行相互转换，我们将各种计数制之间的转换方法总结如表1-5中所示。第35页/共59页37计数制之间的转换要求相应的转换方法十进制整数转换为二、八、十六进制整数分别采用基数2、8、16连续去除该十进制整数，直至商等于“0”为止，然后逆序排列余数十进制小数转化为二、八、十六进制小数连续用基数2、8、16去乘以该十进制小数，直至乘积的小数部分等于“0”，然后顺序排列每次乘积的整数部分二、八、十六进制数转换为十进制数用其各位所对应的系数和基数，按照“位权展开求和”的方法就可以得到转换结果二进制数转换为八、十六进制数从小数点开始分别向左或向右，将每3位或4位二进制数分成1组，不足位数的补0，每组用1位八、十六进制数表示八、十六进制数转换为二进制数从小数点开始分别向左或向右，将每位八、十六进制数用3位或4位二进制数表示即可表1-5

各种计数制之间的转换方法

第36页/共59页38第1章微型计算机基础知识【例1.1】

将十进制整数(213)10转换为二进制整数。解：按照“除2倒取余”的转换方法，具体步骤为：将给定的十进制数除以2，得到一个商和一个余数；取出余数，再将商除以2，又得到一个商和一个余数；重复该过程，直到商等于0为止。最后将每次得到的余数（必定是0或1）按倒序排列，就可以得到该十进制数所对应的二进制数。

第37页/共59页39第1章微型计算机基础知识转换过程如下：2︳213

余数为12︳106

余数为02︳53

余数为12︳26

余数为02︳13

余数为12︳6

余数为02︳3

余数为12︳1

余数为10

所以，(213)10＝(11010101)2

第38页/共59页40第1章微型计算机基础知识【例1.2】

将十进制小数(0.8125)10转换为二进制小数。解：按照“乘2顺取整”的转换方法，具体步骤为：用2乘以给定的十进制小数，得到其对应的整数和小数部分；取出整数位，再用2乘以余下的小数部分，又得到一个整数和一个小数部分；重复该过程，直到余下的小数部分为0或满足精度要求为止。最后将每次得到的整数部分（必定是0或1）按先后顺序排列即可得到所对应的二进制小数。。第39页/共59页41第1章微型计算机基础知识转换过程如下：0.8125×2＝1.625 取整数位10.625×2＝1.25 取整数位10.25×2＝0.5 取整数位00.5×2＝1.0 取整数位1所以，(0.8125)10＝(0.1101)2第40页/共59页42第1章微型计算机基础知识1.3.3数的定点与浮点表示把一个数及其符号在机器中的表示加以数值化，这样的数称为机器数。机器数所代表的数称为该机器数的真值。机器数被存放在存储器件中，机器数的符号是经过数字化处理的，用一位编码表示，通常用“0”表示正数，“1”表示负数。机器数的小数点位置是事先约定的，它在机器数表示格式中并不出现，其位置通常有两种约定：一种方法规定小数点的位置固定不变，这时的机器数称为“定点数”；另一种方法规定小数点的位置可以浮动，这时的机器数称为“浮点数”。

第41页/共59页43第1章微型计算机基础知识1．数的定点表示由于采用进位计数制，任何一个二进制数N都可以表示为：N=±2±P×S式中的N、P、S均为二进制数。S称为数N的尾数，它表示该数的全部有效数字；2为计数制的底数，2前面的±号是尾数的符号；P称为数N的阶码，它指明了小数点的实际位置，2的右上方的±号是阶码的符号。对任一个二进制数N=±2±P×S，若阶码P固定不变，则小数点位置是固定的，这种表示方法就是数的定点表示，该数为定点数。

第42页/共59页44第1章微型计算机基础知识2．数的浮点表示一个二进制数Ｎ可以表示为：N＝±2±P×S当二进制数的阶码P不固定时，数的小数点实际位置将根据阶码值P相对浮动，这就是数的浮点表示，该数为浮点数。在这种表示方法中要把机器数分为两部分：一部分表示数的阶码，另一部分表示数的尾数，阶码和尾数均有各自的符号位。

第43页/共59页45第1章微型计算机基础知识1.3.4机器数的表示1．机器数的范围（1）对于字长为8位的机器，一个无符号整数的最大值是：(11111111)2=(255)10，此时机器数的表示范围是0~255。（2）对于字长为16位的机器，一个无符号整数的最大值是：(1111111111111111)2=(FFFF)16=(65535)10，此时机器数的表示范围是0~65535。如果用n来表示机器的字长，则无符号数的表示范围是：0≤X≤2n－1若运算结果超出这个范围，会产生溢出。

第44页/共59页46第1章微型计算机基础知识2．机器数的符号计算机在处理带有正、负号的数据运算时要考虑数的符号问题，这些数据称为带符号数。为了在计算机中正确地表示带符号的数据，规定每个字长的最高位为符号位，通常用“0”来表示正数，用“1”来表示负数。第45页/共59页47第1章微型计算机基础知识3．带符号数的原码、反码、补码表示（1）原码：将一个正数的符号“＋”采用“0”表示，负数的符号“－”采用“1”表示的二进制数称为原码。原码可以表示的整数范围是：－(2n-1－1)~＋(2n-1－1)，其中n为机器字长。固定的，这种表示方法就是数的定点表示，该数为定点数。

第46页/共59页48第1章微型计算机基础知识（2）反码：对一个二进制数逐位求反而得到的数称之为该数的反码。对于带符号的数来说，正数的反码与其原码相同，负数的反码为其原码除符号位以外的各位按位取反。通常，8位二进制数所表示的反码数值范围为－127~+127。对于正数，它的反码的符号位为0，其余7位为数值；而当符号位为1时代表的是负数，其余7位并非为真实数值，而是数值的反码，为求其真值，则必须对反码再求反。

第47页/共59页49第1章微型计算机基础知识（3）补码：为了使数字化后的符号位能作为数参加运算，并解决将减法运算转换为加法运算的问题，从而简化计算机的控制线路，提高运算速度，就产生了补码表示。

正数的补码与其原码相同，负数的补码为其反码在最低位加1。通常，补码表示的整数范围是：－2n-1~＋（2n-1－1），其中n为机器字长。对于8位二进制补码，可表示的整数范围是－128~＋127，对于16位二进制补码，可表示的整数范围是－32768~＋32767。第48页/共59页50第1章微型计算机基础知识4.补码与真值之间的转换已知某机器数的真值可以通过补码的定义来完成真值到补码的转换；反之，若已知某数的补码也可以通过以下方法来求出其真值。（1）对于正数的补码，其真值等于补码的本身；（2）对于负数的补码，求其真值时可以除符号位以外将补码的有效值按位求反后在末位加1，即可得到该负数补码对应的真值。

第49页/共59页51第1章微型计算机基础知识【例1.9】已知X=–52，求出X的原码、反码和补码表示。解：给定的数据为负数，将其转换为二进制数为：X=–(0110100)2按照上述分析可得X的原码、反码和补码表示：

[X]原码=(10110100)2[X]反码=(11001011)2[X]补码=[X]反+1=(11001100)2第50页/共59页52第1章微型计算机基础知识【例1.10】给定[X]补码＝(01011100)2，求真值X。解：由于给定[X]补码的符号位是“0”，代表该数是正数，则其真值为：X＝＋(1011100)2＝＋(1×26＋1×24＋1×23＋1×22)＝＋(64＋16＋8＋4)10＝(＋92)10第51页/共59页53第1章微型计算机基础知识【例1.11】给定[X]补码＝(10101101)2，求真值X。解：由于给定[X]补码的符号位是“1”，代表该数是负数，则其真值为：X＝－([0101101]求反＋1)2＝－(1010010＋1)2＝－(1010011)2＝－(1×26＋1×24＋1×21＋1×20)＝－(64＋16＋2＋1)10＝(－83)10第52页/共59页54第1章微型计算机基础知识5.带符号数的加减运算与溢出判断（1）带符号数的算术运算：大多数计算机采用定点整数补码形式来表示有符号数，补码运算比较简单，而且负数用相应的补码表示后，可以将减法运算转换为加法运算。一般计算机中只设置加法器，减法运算都是通过适当的求补处理，然后通过相加来实现的。（2）溢出的判断：计算机中参加运算的数若超过计算机所能表示的数值范围，则称之为溢出。例如，我们已经知道8位带符号数的取值范围是－128～+127，当X±Y＜－128或

X±Y＞127时会发生溢出，溢出将导致错误的结果。这时，计算机要对溢出进行相应的处理。第53页/共59页55第1章微型计算机基础知识1.3.5