前言:《微機原理與接口技術》

課程簡介1.課程性質及教學目的《微機原理與接口技術》是學習微機基本知識和應用技能的重要課程，其目的是幫助學生掌握微機的硬件結構和基本原理；學會運用指令系統和匯編語言進行程序設計；熟悉各種典型的接口芯片，掌握接口技術及其具體應用，為后繼計算機課程的學習及工程實際應用打下良好基礎。前言:《微機原理與接口技術》

課程簡介2.課程教學安排總學時：68學時；其中實驗：20學時考試形式：機試3.教材特點按照高等教育的新要求，以必須、夠用為原則，著重闡述微機原理與接口技術中必須掌握的基本知識和技能，由淺入深、重點突出、應用性強微機原理與接口技術》

課程簡介相關概念及應用均以課程基本要求為主，表達上以實例引出概念、提出問題，通過闡述與分析進行歸納總結；內容編排上以典型微機為對象，內容精煉，通俗易懂。強調理解概念、弄懂原理、掌握方法、培養技能、突出實用。強化學習過程中的習題練習和實踐訓練，每章給出學習指導和小結以及習題和思考題，便于讀者學習和練習。《微機原理與接口技術》

課程簡介3.教材的主要模塊微型計算機基礎知識微處理器內外部特性指令系統與匯編語言存儲器及其接口總線技術4.學習方法:預習。尋找一點線索聽課。理解知識點復習。消化知識未來人才的培養重點：重實踐、能自學、勤研究、勇創新。鍥而不舍的復合型人才。《微機原理與接口技術》

課程簡介輸入/輸出接口技術中斷控制接口通用可編程接口人機交互設備及接口模擬量輸入/輸出接口技術第一章緒論本章主要教學內容微處理器的產生和發展、微型計算機的特點、分類、性能指標微型計算機系統的組成情況計算機中數制及其相互轉換、無符號數和帶符號數的表示方法ASCII碼、BCD碼的相關概念和應用微型計算機的應用領域微型計算機基礎知識本章教學目的及要求熟悉微處理器的產生和發展，掌握微型計算機的分類、性能指標；掌握計算機的基本結構及工作原理；掌握計算機中常用的數制及其轉換、帶符號數的表示、字符編碼等基本知識。微型計算機基礎知識1.1微型計算機概述1.1.1微處理器的產生和發展1．計算機發展簡介1946年2月，在美國賓夕法尼亞大學研制成功了世界上第一臺電子數字計算機ENIAC，此后計算機的發展隨著其主要電子部件的演變已經歷了4代：（1）第一代（1946~1958）電子管計算機（2）第二代（1959~1964）晶體管計算機（3）第三代（1965~1970）中小規模集成電路計算機（4）第四代（1971年以后）大規模和超大規模集成電路計算機微型計算機基礎知識2．微處理器的產生及發展微處理器誕生于20世紀70年代初，將傳統計算機的運算器和控制器等集成在一塊大規模集成電路芯片上作為中央處理部件，簡稱為微處理器。按照微處理器的字長和功能劃分經歷了5代演變：（1）第一代（1971~1973）4位和8位低檔微處理器（2）第二代（1974~1978）8位中高檔微處理器（3）第三代（1978~1980）16位微處理器（4）第四代（1981~1992）32位微處理器（5）第五代（1993年以后）是32位全新高性能奔騰（Pentium）系列微處理器。微型計算機基礎知識3．計算機的發展趨勢隨著科學技術的發展，未來計算機的發展趨勢有如下幾個方面：（1）朝著微型計算機和巨型計算機兩級方向發展。（2）開發和研究的熱點是多媒體計算機。（3）未來計算機發展的總趨勢是智能化計算機。微型計算機基礎知識1.1.2微型計算機的特點與性能指標1．微型計算機的特點（1）功能強（2）可靠性高（3）價格低（4）適應性強（5）維護方便微型計算機基礎知識2．微型計算機的性能指標（1）位（Bit）：一個二進制位，由0和1兩種狀態構成。（2）字長：計算機CPU一次可同時處理的二進制數的位數。（3）字節（Byte）：由8個二進制位組成。（4）字：是計算機內部進行數據處理的常用單位。16位微機由兩個字節組成一個字，32位微機由4個字節組成一個雙字。微型計算機基礎知識5）主頻：也稱時鐘頻率，單位為MHz（兆赫），決定微機的處理速度。（6）主存容量：主存儲器中RAM和ROM的總和。（7）可靠性：計算機在規定的時間和工作條件下正常工作不發生故障的概率。（8）兼容性：計算機的硬件和軟件可用于其他多種系統的性能。（9）性能價格比：衡量計算機產品優劣的綜合性指標，包括計算機的硬軟件性能與售價的關系。微型計算機基礎知識1.1.3微型計算機的分類1．按照字長來分類按照微處理器能夠處理的字長可分為8、16、32和64位微機。2．按照制造工藝來分類按照微處理器器件的制造工藝可分成MOS型和雙極型TTL兩類。3．按照利用形態來分類按照利用形態可分為位片機、單片機、單板機和PC機等。微型計算機基礎知識1.2微型計算機系統簡介1.2.1微型計算機硬件結構通用微型計算機的硬件系統由微處理器、內存儲器、外存儲器、系統總線、接口電路、輸入/輸出設備等部件組成，如圖1-1所示。微型計算機基礎知識圖1-1通用微型計算機的硬件系統結構微型計算機基礎知識1.微處理器也稱為CPU，是微機的核心部件，包含有運算器、控制器、寄存器組以及總線接口等部件，負責對計算機系統的各個部件進行統一的協調和控制。2.內存儲器也稱為主存儲器，用來存放各類操作的數據和程序。按功能和性能可分為隨機存儲器RAM和只讀存儲器ROM。3.系統總線是CPU與其它部件之間傳送數據、地址和控制信息的公共通道，根據傳送內容的不同，可以將總線分成數據總線DB、地址總線AB、控制總線CB。微型計算機基礎知識4.I/O接口電路是微型計算機與外部設備交換信息的橋梁。5.主機板由CPU插座、芯片組、內存插槽、系統BIOS、CMOS、總線擴展槽、串并行接口、各種跳線和一些輔助電路等構成。6.外存儲器使用最多的是磁盤存儲器和光盤存儲器。7.輸入/輸入設備是微機系統與外界通信聯系的渠道，最常用的有鍵盤、鼠標、顯示器、打印機等。微型計算機基礎知識1.2.2微型計算機系統組成及其功能完整的微型計算機系統組成框架如圖1-2所示。硬件系統是由電子部件和機電裝置所組成的計算機實體；軟件是為運行、管理和維護計算機系統或為實現某一功能而編寫的各種程序的總和及其相關資料。軟件由系統軟件和應用軟件組成。系統軟件簡化了計算機操作，支持應用軟件的運行并提供服務，包括操作系統、實用程序和語言處理程序等；應用軟件是為用戶解決某種應用問題的程序及有關的文件和資料。微型計算機系統硬件軟件系統軟件程序設計語言應用軟件（如軟件包、數據庫等）機器語言匯編語言高級語言監控程序操作系統編輯程序解釋程序編譯程序診斷程序主機外圍設備運算器控制器寄存器微處理器內存儲器I/O接口電路系統總線數據總線地址總線控制總線并行I/O串行I/OROMRAM外部設備過程I/O通道I/O設備外存儲器模擬量I/O開關量I/O圖1-2微型計算機系統的組成框架第1章微型計算機基礎知識微型計算機基礎知識1.3計算機中的數據表示1.3.1常用計數制及其轉換1．數的表示十進制數采用0~9共10個數字符號及其進位來表示數的大小。0~9這些數字符號稱為“數碼”；全部數碼的個數稱為“基數”，用“逢基數進位”進行計數稱為進位計數制。進位以后的數字按其所在位置的前后，將代表不同的數值，表示各位有不同的“位權”，位權與基數的關系是：位權的值等于基數的若干次冪。微型計算機基礎知識2．計算機中常用的進位計數制表1-1給出了計算機中常用計數制的基數和數碼以及進位關系。表1-1計算機中常用計數制的基數和數碼以及進位關系計數制基數數碼進位關系二進制20、1逢二進一十進制100、1、2、3、4、5、6、7、8、9逢十進一十六進制160、1、2、3、4、5、6、7、8、9A、B、C、D、E、F逢十六進一微型計算機基礎知識3．計數制的書寫規則（1）在數字后面加寫英文字母作為標識：B(Binary)表示二進制數；D(Decimal)表示十進制數（通常可以省略）；H(Hexadecimal)表示十六進制數。（2）在括號外面加數字下標作為標識：(1101)2表示二進制數；(287)10表示十進制數；(5AB9)16表示十六進制數。1.2

運算基礎1.2.1進位計數制

進位計數制基數位權如：10011101B1234/1234D572Q2F0AH123.45=1×102＋2×101＋3×100＋4×10-1＋5×10-21.2.2二進制計算機內部,采用二進制,因為:.容易實現.算術四則運算規則簡單.可進行二值邏輯運算1.2.3各進制之間的轉換舉例1、任意進制數→十進制數例：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、十進制數→任意進制數例：將十進制數25.625轉換為二進制數。

225余數整數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對應的二進制數為11001.101B3、二進制、八進制、十六進制之間的轉換例：1100010.1101111B=142.674Q1100010.1101111B=62.DEH142.674Q=001100010.110111100B4F5.C2H=010011110101.11000010B1.2.4計算機中帶符號數的表示方法幾個概念:無符號數帶符號數機器數真值機器數的三種表示方法:原碼表示法

反碼表示法

補碼表示法一、原碼表示法

數的最高位表示數的符號，數值部分是數的絕對值，也稱真值，這種表示法稱為原碼表示法。

1．對于正數：符號位用0表示，數字位同真值。2．對于負數：符號位用1表示，數字位同真值。

例x＝+91＝+10l1011B[x]原=01011011B

例y＝-91＝-1011011B[y]原=11011011B

“0”的表示：[+0]原=00000000B[-0]原=10000000B對于8位機，原碼可表示的數的范圍：-127～+127二、反碼表示法

數的最高位表示數的符號，數值部分對于正數同真值，對于負數是真值各位取反，這種表示法就叫反碼表示法。1．對于正數：符號位用0表示，數字位同真值。2．對于負數：符號位用1表示，數字位為真值按位取反。例x＝+91＝+10l1011B[x]反=01011011B

例y＝-91＝-1011011B[y]反=10100100B

“0”的表示：[+0]反=00000000B[-0]反=11111111B對于8位機，反碼可表示的數的范圍：-127～+127三、補碼表示法

1．對于正數：符號位用0表示，數字位同真值。2．對于負數：符號位用1表示，數字位為它的反碼末位加1。例x＝+91＝+10l1011B[x]補=01011011B

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

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

從這兩個例子中得到如下規律：對一個數的補碼連同符號位在內求反加1，即為其相反數的補碼。例已知[+X]補=01000110B，則[-X]補=?

[-X]補=10111010B

“0”的表示：[+0]補=00000000B[-0]補=00000000B對于8位機，原碼可表示的數的范圍：-128～+127使用機器數要注意:

機器數是二進制數，由于符號位占據一位，因此有符號的數的形式值不等于真正的數值。特別對于負數的表示形式，原碼形式最高位的1表示負號，不是數，數值部分是數的真正值；而反碼和補碼就連數值部分也不是數本身了。所以，若要計算一個負數的機器數為十進制的多少時，只有負數的原碼的數值部分才可展開按權相加。

四、計算機引入補碼的好處

引入補碼,可以使減法運算轉化為加法運算，簡化了運算器的線路設計。在計算機中，減法可以通過加補碼來實現；乘法可以通過一系列移位相加來實現；除法則可以通過一系列移位加補碼來實現。

因此，計算機中只需要一個加法器就可完成運算。五、補碼運算

補碼加法規則：[X+Y]補=[X]補+[Y]補

補碼減法規則：[X-Y]補=[X]補+[-Y]補例：已知[X]補=11101011B，[Y]補=11001010B，求[X+Y]補和[X-Y]補解：[-Y]補=00110110B[X+Y]補=[X]補+[Y]補=11101011B+11001010B=10110101B[X-Y]補=[X]補+[-Y]補=11101011B+00110110B=00100001B

[X+Y]補和[X-Y]補均無溢出.1.2.5計算機中數的小數點表示方法

一個二進制數1010.01B可表示為:1010.01B=24×0.101001B

那么,任意一個二進制數N,可表示為:N=2j×S

j----階碼,指明小數點的位置。

s----尾數,表示數N的全部有效數字。（1/2≤S＜1）對任何一個數，若階碼j總是固定不變的，則把這種表示法稱為數的定點表示。如果階碼j可以取不同的值，則把這種表示稱為數的浮點表示。

1.定點表示若定點計算機的階碼j＝0，則該定點數只能是小數，其表示的格式為:數符.數值小數點的位置在符號位與尾數部分最高位之間。若為8位機,其能表示的數的范圍:－0.1111111B～＋0.1111111B即－(1-2－7)≤X≤1-2－7還以8位機為例,若定點計算機的階碼j＝7，則該定點數只能是整數，其表示的格式為:數符

數值.小數點的位置在符號位與數值位之后。8位機能表示的數的范圍:－1111111B～＋1111111B即－(27－1)≤X≤27－12.浮點表示階符階碼數符.數碼若浮點計算機的字長為13位，階符為1位，階碼為3位，數符為1位，數碼為8位，則所能表示數的范圍是：

01111．11111111～01110．1111llll即－27×（1-2－8）～＋27×（1-2－8）若階符1位、階碼m位、數符1位、數碼n位，則表示范圍：211…1×(－0.111…1)～211…1×(＋0.111…1)m個1n個1m個1n個1應當注意，浮點數的正負號是由尾數的正負號決定的，而階碼的正負號只決定小數點的位置，即決定浮點數的絕對值大小。1.2.6常用的二進制編碼一、BCD碼（二進制編碼的十進制數）

每一位