西北工业大学微机原理第一张

前言:《微机原理与接口技术》

课程简介1.课程性质及教学目的《微机原理与接口技术》是学习微机基本知识和应用技能的重要课程，其目的是帮助学生掌握微机的硬件结构和基本原理；学会运用指令系统和汇编语言进行程序设计；熟悉各种典型的接口芯片，掌握接口技术及其具体应用，为后继计算机课程的学习及工程实际应用打下良好基础。前言:《微机原理与接口技术》

课程简介2.课程教学安排总学时：68学时；其中实验：20学时考试形式：机试3.教材特点按照高等教育的新要求，以必须、够用为原则，着重阐述微机原理与接口技术中必须掌握的基本知识和技能，由浅入深、重点突出、应用性强微机原理与接口技术》

课程简介相关概念及应用均以课程基本要求为主，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；内容编排上以典型微机为对象，内容精炼，通俗易懂。强调理解概念、弄懂原理、掌握方法、培养技能、突出实用。强化学习过程中的习题练习和实践训练，每章给出学习指导和小结以及习题和思考题，便于读者学习和练习。《微机原理与接口技术》

课程简介3.教材的主要模块微型计算机基础知识微处理器内外部特性指令系统与汇编语言存储器及其接口总线技术4.学习方法:预习。寻找一点线索听课。理解知识点复习。消化知识未来人才的培养重点：重实践、能自学、勤研究、勇创新。锲而不舍的复合型人才。《微机原理与接口技术》

课程简介输入/输出接口技术中断控制接口通用可编程接口人机交互设备及接口模拟量输入/输出接口技术第一章绪论本章主要教学内容微处理器的产生和发展、微型计算机的特点、分类、性能指标微型计算机系统的组成情况计算机中数制及其相互转换、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微型计算机的应用领域微型计算机基础知识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、字符编码等基本知识。微型计算机基础知识1.1微型计算机概述1.1.1微处理器的产生和发展1．计算机发展简介1946年2月，在美国宾夕法尼亚大学研制成功了世界上第一台电子数字计算机ENIAC，此后计算机的发展随着其主要电子部件的演变已经历了4代：（1）第一代（1946~1958）电子管计算机（2）第二代（1959~1964）晶体管计算机（3）第三代（1965~1970）中小规模集成电路计算机（4）第四代（1971年以后）大规模和超大规模集成电路计算机微型计算机基础知识2．微处理器的产生及发展微处理器诞生于20世纪70年代初，将传统计算机的运算器和控制器等集成在一块大规模集成电路芯片上作为中央处理部件，简称为微处理器。按照微处理器的字长和功能划分经历了5代演变：（1）第一代（1971~1973）4位和8位低档微处理器（2）第二代（1974~1978）8位中高档微处理器（3）第三代（1978~1980）16位微处理器（4）第四代（1981~1992）32位微处理器（5）第五代（1993年以后）是32位全新高性能奔腾（Pentium）系列微处理器。微型计算机基础知识3．计算机的发展趋势随着科学技术的发展，未来计算机的发展趋势有如下几个方面：（1）朝着微型计算机和巨型计算机两级方向发展。（2）开发和研究的热点是多媒体计算机。（3）未来计算机发展的总趋势是智能化计算机。微型计算机基础知识1.1.2微型计算机的特点与性能指标1．微型计算机的特点（1）功能强（2）可靠性高（3）价格低（4）适应性强（5）维护方便微型计算机基础知识2．微型计算机的性能指标（1）位（Bit）：一个二进制位，由0和1两种状态构成。（2）字长：计算机CPU一次可同时处理的二进制数的位数。（3）字节（Byte）：由8个二进制位组成。（4）字：是计算机内部进行数据处理的常用单位。16位微机由两个字节组成一个字，32位微机由4个字节组成一个双字。微型计算机基础知识5）主频：也称时钟频率，单位为MHz（兆赫），决定微机的处理速度。（6）主存容量：主存储器中RAM和ROM的总和。（7）可靠性：计算机在规定的时间和工作条件下正常工作不发生故障的概率。（8）兼容性：计算机的硬件和软件可用于其他多种系统的性能。（9）性能价格比：衡量计算机产品优劣的综合性指标，包括计算机的硬软件性能与售价的关系。微型计算机基础知识1.1.3微型计算机的分类1．按照字长来分类按照微处理器能够处理的字长可分为8、16、32和64位微机。2．按照制造工艺来分类按照微处理器器件的制造工艺可分成MOS型和双极型TTL两类。3．按照利用形态来分类按照利用形态可分为位片机、单片机、单板机和PC机等。微型计算机基础知识1.2微型计算机系统简介1.2.1微型计算机硬件结构通用微型计算机的硬件系统由微处理器、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，如图1-1所示。微型计算机基础知识图1-1通用微型计算机的硬件系统结构微型计算机基础知识1.微处理器也称为CPU，是微机的核心部件，包含有运算器、控制器、寄存器组以及总线接口等部件，负责对计算机系统的各个部件进行统一的协调和控制。2.内存储器也称为主存储器，用来存放各类操作的数据和程序。按功能和性能可分为随机存储器RAM和只读存储器ROM。3.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，根据传送内容的不同，可以将总线分成数据总线DB、地址总线AB、控制总线CB。微型计算机基础知识4.I/O接口电路是微型计算机与外部设备交换信息的桥梁。5.主机板由CPU插座、芯片组、内存插槽、系统BIOS、CMOS、总线扩展槽、串并行接口、各种跳线和一些辅助电路等构成。6.外存储器使用最多的是磁盘存储器和光盘存储器。7.输入/输入设备是微机系统与外界通信联系的渠道，最常用的有键盘、鼠标、显示器、打印机等。微型计算机基础知识1.2.2微型计算机系统组成及其功能完整的微型计算机系统组成框架如图1-2所示。硬件系统是由电子部件和机电装置所组成的计算机实体；软件是为运行、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。软件由系统软件和应用软件组成。系统软件简化了计算机操作，支持应用软件的运行并提供服务，包括操作系统、实用程序和语言处理程序等；应用软件是为用户解决某种应用问题的程序及有关的文件和资料。微型计算机系统硬件软件系统软件程序设计语言应用软件（如软件包、数据库等）机器语言汇编语言高级语言监控程序操作系统编辑程序解释程序编译程序诊断程序主机外围设备运算器控制器寄存器微处理器内存储器I/O接口电路系统总线数据总线地址总线控制总线并行I/O串行I/OROMRAM外部设备过程I/O通道I/O设备外存储器模拟量I/O开关量I/O图1-2微型计算机系统的组成框架第1章微型计算机基础知识微型计算机基础知识1.3计算机中的数据表示1.3.1常用计数制及其转换1．数的表示十进制数采用0~9共10个数字符号及其进位来表示数的大小。0~9这些数字符号称为“数码”；全部数码的个数称为“基数”，用“逢基数进位”进行计数称为进位计数制。进位以后的数字按其所在位置的前后，将代表不同的数值，表示各位有不同的“位权”，位权与基数的关系是：位权的值等于基数的若干次幂。微型计算机基础知识2．计算机中常用的进位计数制表1-1给出了计算机中常用计数制的基数和数码以及进位关系。表1-1计算机中常用计数制的基数和数码以及进位关系计数制基数数码进位关系二进制20、1逢二进一十进制100、1、2、3、4、5、6、7、8、9逢十进一十六进制160、1、2、3、4、5、6、7、8、9A、B、C、D、E、F逢十六进一微型计算机基础知识3．计数制的书写规则（1）在数字后面加写英文字母作为标识：B(Binary)表示二进制数；D(Decimal)表示十进制数（通常可以省略）；H(Hexadecimal)表示十六进制数。（2）在括号外面加数字下标作为标识：(1101)2表示二进制数；(287)10表示十进制数；(5AB9)16表示十六进制数。1.2

运算基础1.2.1进位计数制

进位计数制基数位权如：10011101B1234/1234D572Q2F0AH123.45=1×102＋2×101＋3×100＋4×10-1＋5×10-21.2.2二进制计算机内部,采用二进制,因为:.容易实现.算术四则运算规则简单.可进行二值逻辑运算1.2.3各进制之间的转换举例1、任意进制数→十进制数例：11001B=1×24＋1×23＋0×22＋0×21＋1×100=25325.7Q=3×82＋2×81＋5×80＋7×8-1

4F5.C2H=4×162＋15×161＋5×160＋12×16-1＋2×16-22、十进制数→任意进制数例：将十进制数25.625转换为二进制数。

225余数整数212K0=10.625×2=1.25k-1=126K1=01.25×2=0.5k-2=023K2=00.5×2=1k-3=121K3=10K4=1故25.625对应的二进制数为11001.101B3、二进制、八进制、十六进制之间的转换例：1100010.1101111B=142.674Q1100010.1101111B=62.DEH142.674Q=001100010.110111100B4F5.C2H=010011110101.11000010B1.2.4计算机中带符号数的表示方法几个概念:无符号数带符号数机器数真值机器数的三种表示方法:原码表示法

反码表示法

补码表示法一、原码表示法

数的最高位表示数的符号，数值部分是数的绝对值，也称真值，这种表示法称为原码表示法。

1．对于正数：符号位用0表示，数字位同真值。2．对于负数：符号位用1表示，数字位同真值。

例x＝+91＝+10l1011B[x]原=01011011B

例y＝-91＝-1011011B[y]原=11011011B

“0”的表示：[+0]原=00000000B[-0]原=10000000B对于8位机，原码可表示的数的范围：-127～+127二、反码表示法

数的最高位表示数的符号，数值部分对于正数同真值，对于负数是真值各位取反，这种表示法就叫反码表示法。1．对于正数：符号位用0表示，数字位同真值。2．对于负数：符号位用1表示，数字位为真值按位取反。例x＝+91＝+10l1011B[x]反=01011011B

例y＝-91＝-1011011B[y]反=10100100B

“0”的表示：[+0]反=00000000B[-0]反=11111111B对于8位机，反码可表示的数的范围：-127～+127三、补码表示法

1．对于正数：符号位用0表示，数字位同真值。2．对于负数：符号位用1表示，数字位为它的反码末位加1。例x＝+91＝+10l1011B[x]补=01011011B

例y＝-91＝-1011011B[y]补=10100100B+1=10100101B例x＝+8＝+0001000B[x]补=00001000B

例y＝-8＝-0001000B[y]补=11110111B+1=11111000B

从这两个例子中得到如下规律：对一个数的补码连同符号位在内求反加1，即为其相反数的补码。例已知[+X]补=01000110B，则[-X]补=?

[-X]补=10111010B

“0”的表示：[+0]补=00000000B[-0]补=00000000B对于8位机，原码可表示的数的范围：-128～+127使用机器数要注意:

机器数是二进制数，由于符号位占据一位，因此有符号的数的形式值不等于真正的数值。特别对于负数的表示形式，原码形式最高位的1表示负号，不是数，数值部分是数的真正值；而反码和补码就连数值部分也不是数本身了。所以，若要计算一个负数的机器数为十进制的多少时，只有负数的原码的数值部分才可展开按权相加。

四、计算机引入补码的好处

引入补码,可以使减法运算转化为加法运算，简化了运算器的线路设计。在计算机中，减法可以通过加补码来实现；乘法可以通过一系列移位相加来实现；除法则可以通过一系列移位加补码来实现。

因此，计算机中只需要一个加法器就可完成运算。五、补码运算

补码加法规则：[X+Y]补=[X]补+[Y]补

补码减法规则：[X-Y]补=[X]补+[-Y]补例：已知[X]补=11101011B，[Y]补=11001010B，求[X+Y]补和[X-Y]补解：[-Y]补=00110110B[X+Y]补=[X]补+[Y]补=11101011B+11001010B=10110101B[X-Y]补=[X]补+[-Y]补=11101011B+00110110B=00100001B

[X+Y]补和[X-Y]补均无溢出.1.2.5计算机中数的小数点表示方法

一个二进制数1010.01B可表示为:1010.01B=24×0.101001B

那么,任意一个二进制数N,可表示为:N=2j×S

j----阶码,指明小数点的位置。

s----尾数,表示数N的全部有效数字。（1/2≤S＜1）对任何一个数，若阶码j总是固定不变的，则把这种表示法称为数的定点表示。如果阶码j可以取不同的值，则把这种表示称为数的浮点表示。

1.定点表示若定点计算机的阶码j＝0，则该定点数只能是小数，其表示的格式为:数符.数值小数点的位置在符号位与尾数部分最高位之间。若为8位机,其能表示的数的范围:－0.1111111B～＋0.1111111B即－(1-2－7)≤X≤1-2－7还以8位机为例,若定点计算机的阶码j＝7，则该定点数只能是整数，其表示的格式为:数符

数值.小数点的位置在符号位与数值位之后。8位机能表示的数的范围:－1111111B～＋1111111B即－(27－1)≤X≤27－12.浮点表示阶符阶码数符.数码若浮点计算机的字长为13位，阶符为1位，阶码为3位，数符为1位，数码为8位，则所能表示数的范围是：

01111．11111111～01110．1111llll即－27×（1-2－8）～＋27×（1-2－8）若阶符1位、阶码m位、数符1位、数码n位，则表示范围：211…1×(－0.111…1)～211…1×(＋0.111…1)m个1n个1m个1n个1应当注意，浮点数的正负号是由尾数的正负号决定的，而阶码的正负号只决定小数点的位置，即决定浮点数的绝对值大小。1.2.6常用的二进制编码一、BCD码（二进制编码的十进制数）

每一位