第1章微型计算机概述

１.本课程与其他课程的关系前修课程：《计算机应用基础》《数字电子技术》并行课程：《微机原理与应用实验》（实验课与本课程同时进行）开课前应该明确的几个问题2、本课程教学目的和任务

《微机原理及接口技术》是机械制造及其自动化专业的重要技术基础课，是必修课。其目的在于使学生了解微型计算机的基本结构、微型计算机与外设的数据传输方式、中断技术、输入输出接口技术及应用。为后续课程：单片机原理及应用、计算机控制系统等奠定必要的基础。本课程是一门实践性很强的课程，技术发展和知识更新的速度较快，必须注意理论联系实际，加强实践环节，培养学习分析问题和解决问题的能力。3.学习资源要利用[1]姚燕南《微机原理与接口技术》高等教育出版社，2004.11[2]胡钢《微机原理及应用》（1版），机械工业出版社，2004.1[3]龚尚福《微机原理与接口技术》西安电子科技出版社2003.8[4]钱晓捷《微型计算机原理及应用》清华大学出版社,2006.6[5]沈美明《IBM-PC汇编语言程序设计》清华大学出版2001.8钱晓捷之微辅网/qwfw微机原理远程教学0/caicomputer/4.学习方法很重要复习并掌握先修课的有关内容课堂：听讲与理解、适当笔记课后：认真读书、完成作业实验：充分准备、勇于实践总成绩＝考试成绩＋实验成绩＋平时成绩第1章微型计算机概述教学目的及要求掌握计算机的数制及转换掌握数值数据的编码及其运算掌握微型计算机的系统组成掌握符号数溢出的条件和判别掌握主要技术性能指标教学重点1.数值数据的编码及运算有符号数的溢出问题微处理器、微型计算机和微型计算机系统的差别1.1绪论

1946年世界上第一台电子计算机由美国宾夕法尼亚大学研制成功。尽管它重达30吨，占地170平方米，耗电140千瓦，用了18800多个电子管，每秒钟仅能做5000次加法.

这台计算机有五个基本部件：输入器、输出器、运算器、存储器和控制器，奠定了当代电子数字计算机体系结构的基础。1·2计算机的发展概况

一、计算机的发展概况

第一代：电子管计算机时代（1947~1957）第二代：晶体管计算机时代（1958~1964）第三代：集成电路计算机时代（1964～1972）第四代：超大规模集成电路（VLSI）计算机时代（1972年~）。第五代：智能计算机（1981年~）。二、微处理器及微型计算机的发展概况

第一代微处理器是以Intel公司1971年推出的4004，4040为代表的四位微处理机。

第二代微处理机（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。

第三代微处理机第三代微机是以16位机为代表，基本上是在第二代微机的基础上发展起来的。其中Intel公司的8088。8086是在8085的基础发展起来的；M68000是Motorola公司在M6800的基础发展起来的；第四代微处理机以Intel公司1984年10月推出的80386CPU和1989年4月推出的80486CPU为代表，

第五代微处理机的发展更加迅猛，1993年3月被命名为PENTIUM的微处理机面世，98年PENTIUM2又被推向市场。三、计算机编程语言的发展概况

机器语言

机器语言就是0，1码语言，是VonNeumann机唯一能理解并直接执行的语言。汇编语言

用一些助记符号代替用0，1码描述的某种机器的指令系统，汇编语言就是在此基础上完善起来的。高级语言

BASIC，PASCAL，C语言等等。用高级语言编写的程序称源程序，它们必须通过编译或解释，连接等步骤才能被计算机处理。面向对象语言

C++，Java等编程语言是面向对象的语言。基于规则的智能化语言

VisualC++、VisualBasic等语言1·3微型计算机中信息的表示及运算基础

一、计算机内部的信息分为控制信息和数据信息控制信息是一系列的控制命令,用于指挥计算机如何操作;数据信息是计算机操作的对象,又分为数值数据和非数值数据;在计算机中,这些信息都用基2码来编码表示。二、二进制数的表示与运算

1、

二进制数的表示 二进制数仅有两个计数符号：0，1。

2、二进制数的运算（1）算术运算

加法规则：“逢2进1”

减法规则：“借1当2”

乘法规则：“逢0出0，全1出1”（2）逻辑运算

逻辑非（NOT）运算：

0—1，1—0

逻辑与（AND）运算

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

逻辑或（OR）运算

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

逻辑异或（XOR）运算，又称“模2和”运算

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

三、

二—十进制（BCD）数的表示与运算

1、二—十进制数的表示

000005010110001601102001070111300118100040100910012、二—十进制数的加、减运算

BCD数的运算规则循十进制数的运算规则“逢10进1”。但计算机在进行这种运算时会出现潜在的错误。为了解决BCD数的运算问题，采取调整运算结果的措施。例：

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

10001000

＋ 01101001 11110001

＋ 01100110……调整

101010111

进位

例：

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

－ 01101001 00011111

－ 0110……调整

00011001四、十六进制数的表示与运算1、十六进制数的表示

十进制（D）二进制（B）二—十进制（BCD）十六进制（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、十六进制数的加、减运算 加法运算：“逢16进1”

减法运算：“借1当16”五、

带符号二进制数的表示与运算

1、原码表示正号“＋”和负号“—”在计算机中只能用0和1表示，我们用0表示“＋”号，用1表示“－”号，并且符号放在最高有效位。一个8位的二进制表示一个带符号数，最高有效位D7位为符号位。如： ＋1表示为： 00000001B

＋127表示为： 01111111B

－1表示为： 10000001B

－127表示为： 11111111B2、补码表示法：对1个正的二进制数的每位求反再加1，即可得在机器中表示的该数的负数，称2的补码表示法。在这种编码方式中，正数的补码就是该正数。以8位二进制为例，求一负数的补码。例：＋1 00000001

每位求反11111110

加1＋1

－111111111

表1—2带符号数2的补码值表（8位）

十进制十六进制（H）2的补码值（B）＋127 7F01111111

＋100 6401100100

＋3 300000011

＋2 200000010

＋1 1000000010 000000000

－1 FF11111111

－2 FE11111110

－100 9C10011100

－128 80100000003、带符号数的运算

带符号数在计算机中用其补码表示后，其运算方法与二进制运算相同，但也会出现其特有的问题。4、带符号数的符号扩展表示对无符号数扩展，仅在其数据之前加上若干位0即可；而带符号数的扩展实际是在高位补符号位。如：＋5的16位表示0000000000000101－5的16位表示11111111111110115、有符号数的溢出问题溢出条件：同号数据相加／异号数相减，可能产生溢出。溢出判别：Ｃs:表示符号位进位，若有进位，则CS=1,否则CS=０

Cp:表示数值最高位进位,若有进位,则Cp＝１，否则,Cp＝0OF:溢出标志位逻辑关系:OF=CS⊕Cp

六、

实型数的表示

一般8位和16位的微处理机都是基于定点运算，不具备通用计算机那样复杂的数值运算指令，浮点和长整数的运算要用软件处理，因而速度慢。80380、80486等CPU中配置了专门用于处理浮点运算的部件。浮点部件所处理的实型数（又称浮点数）。形式是：(-1)S2E(b0b1b2...bp-1)。其中S是符号位，0为正，1为负；E为指数（称阶码），是一个二进制整数；bi为二进制有效数字位（称尾数），p为精度位数。七、字符的编码表示

1、ASCII码表示

所谓ASCII码（AmericanStandardCodeforInformationInterchange），即美国标准信息交换码。它将数字0－9，字母A-Z和a-z以及一些运算符号等按标准进行二进制编码。请看教材的表格。2、汉字编码表示

为了能在不同的汉字系统之间互相通信、共享汉字信息。我国制定并推行一种汉字编码，称GB2312—80国家标准信息交换用汉字编码字符集（基本集），简称国标码。在国标码中，每个国形字符都规定了二进制表示的编码，一个汉字用二个字节编码，每个字节用7位二进制，高位置为0。国标码在计算机中容易与ASCII混淆，在中西文兼用时无法使用。在若将国标码每个字节的高位置1，作为标示符，则可与ASCII码区分。这种汉字编码又称内部码。1.4几种进位制数之间的相互转换

一、

十进制整数到任意进制整数的转换1、

十进制整数转换成其他进制整数除R取余 R为基数2、十进制小数转换成其他进制小数乘R取整 R为基数二、

任意进制整数到十进制整数之间的转换

按权展开，先乘后加三、

二进制数和十六进制数之间的相互转换

1、二进制数转换成十六进制数方法：将二进制数从右边开始每4位可分为1个十六进制数，左边不够4位则用0补充。2、十六进制整数转换成二进制数方法：将每位十六进制数用4个二进制位表示即可。四、带符号二进制数到十进制整数之间的转换

如果符号位为0，则该数为正数，它可按位权展开；反之，符号位为1，它不能按正常位权那样展开。所以，对带符号二进制负数除符号位外，对二进制数求反加1后，再按位权展开并添上符号，才能将负的二进制数转换成十进制数。运算器

控制器寄存器组

内存储器总线输入输出接口电路外部设备软件微处理器微型计算机微型计算机系统2.1微型计算机系统2.1.1微处理器CPU功能：

·可以进行算术和逻辑运算