微機原理與接口技術A

（基于16位機）第1章計算機基本知識

緒論計算機的發展概況微型計算機中信息的表示及運算基礎幾種進位制數之間的相互轉換

1946年世界上第一臺電子計算機由美國賓夕法尼亞大學研制成功。盡管它重達30噸，占地170平方米，耗電140千瓦，用了18800多個電子管，每秒鐘僅能做5000次加法.

1·1緒論論文：《論數字計算在決斷難題中的應用》《機器能思考嗎？》圖靈機、圖靈測試

圖靈1912-1954

匈牙利籍數學家馮·諾依曼在1946年提出了“程序存儲”和“二進制運算”的思想，進一步構建了計算機由運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備組成這一計算機的經典結構。（EDVAC-ELECTRONICDISCRETEVARIABLEAUTOMATICCOMPUTER）1.2計算機的特點和發展①體積小、重量輕。②價格低廉③可靠性高、結構靈活④應用面廣

計算機的發展

一、計算機的發展概況

第一代：電子管計算機時代（1947~1957）第二代：晶體管計算機時代（1958~1964）第三代：集成電路計算機時代（1964～1972）第四代：超大規模集成電路（VLSI）計算機時代（1972年~）。第五代：智能計算機（1981年~）。二、微型處理器的發展第1代：4位和低檔8位微機I4004→I4040→I8008第2代：中高檔8位微機M6800、I8080、Z80、I8085

Apple-II微機、MCS-48、MCS-51系列第3代：16位微機

M68000、Z8000I8086/8088

→80286，IBMPC系列機Intel4004和采用4004的計算器16位IBMPC系列機8088CPUIBMPC/AT機IBMPC/XT機Apple微型計算機Apple-IApple-II第4代：32位微機I80386→80486→Pentium→PentiumII→PentiumIII→Pentium4第5代：64位微機Titanium

、64位RISC微處理器芯片英特爾微處理器芯片80386PentiumPentium432位PC機與16位PC機的基本部件相同微型機的分類

按機器組成，分為: 1.位片式 2.單片式 3.多片式按制造工藝，分為: 1.MOS(metaloxidesemiconductor)型 2.雙極型

按微處理器的字長，分為：

4位微處理器 8位微處理器 16位微處理器 32位微處理器

用于數值計算、數據處理及信息管理方向通用微機，例如：PC微機功能、速度、使用方便、人機對話手段用于過程控制及智能化儀器儀表方向專用微機，如：單片機、工控機、嵌入式系統可靠性高、實時性強程序相對簡單、處理數據量小

將CPU以及其他主要部件（如ROM、RAM、I/O接口）都集成在一個微處理器芯片中例如：常用的MCS-51、MCS-96微處理器、微型計算機和微型計算機系統 微處理器、微型計算機和微型計算機系統三者的關系

運算器

控制器寄存器組

內存儲器總線輸入輸出接口電路外部設備軟件微處理器微型計算機微型計算機系統微處理器（CPU）功能：

·可以進行算術和邏輯運算·可保存較少量數據·能對指令進行譯碼并執行規定的動作；·能和存儲器、外設交換數據·提供整個系統所需要的定時和控制·可以響應其他部件發來的中斷請求CPU在內部結構上包含下面這些部分：

·算術邏輯部件；·累加器和通用寄存器組；·程序計數器(指令指針)、指令寄存器和譯碼器；·

時序和控制部件。

微型計算機

微型計算機由CPU、存儲器、輸入輸出接口電路和系統總線構成。

CPU總線包含三種不同功能的總線： 1.數據總線DB(databus)：傳輸數據 2.地址總線AB(addressbus)：傳送地址信息

3.控制總線CB(controlbus)：傳輸控制信號微型計算機系統 以微型計算機為主體，配上系統軟件和外設之后，就成了微型計算機系統。

系統軟件操作系統一系列語言處理程序和數據庫操作系統具有如下功能：

CPU的運行和管理文件管理存儲器管理設備管理人機界面程序員界面最常用的輸入設備鍵盤鼠標掃描儀光筆最常用的輸出設備顯示器打印機繪圖儀

等

控制總線CB數據總線DB地址總線AB系統總線形成處理器子系統I/O設備I/O接口存儲器系統總線BUS微型計算機的硬件組成微處理器子系統存儲器I/O設備和I/O接口系統總線三、計算機編程語言的發展概況

機器語言

機器語言就是0，1碼語言。匯編語言

用一些助記符號代替用0，1碼描述的某種機器的指令系統，匯編語言就是在此基礎上完善起來的。高級語言

BASIC，PASCAL，C語言等等。用高級語言編寫的程序稱源程序，它們必須通過編譯或解釋，連接等步驟才能被計算機處理。面向對象語言

C++，Java等編程語言是面向對象的語言。基于規則的智能化語言

VisualC++、VisualBasic等語言微型計算機的應用科學計算

信息處理

過程控制

儀器、儀表控制

家用電器和民用產品控制

微型機的性能指標

CPU的位數和主頻

內存容量和速度

硬盤容量1·3微型計算機中信息的表示

及運算基礎

一、數制

數制基數數碼

十進制Decimal100,1,2,3,4,5,6,7,8,9

二進制Binary20,1

八進制Octal80,1,2,3,4,5,6,7十六進制Hexadecimal160,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F二進制：基數為2，逢二進一

11012=1×23+1×22+1×20=13101個二進制位：bit（比特）8個二進制位：Byte（字節）1Byte=8bit2個字節：Word（字） 1Word=2Byte=16bit存儲容量1K=1024=210（Kilo）1M=1024K=220

（Mega）1G=1024M=230（Giga）2、二進制數的運算（1）、算術運算

加法規則：“逢2進1”

減法規則：“借1當2”

乘法規則：“逢0出0，全1出1”（2）、邏輯運算

邏輯非（NOT）運算：

0—1，1—0

邏輯與（AND）運算

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

邏輯或（OR）運算

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

邏輯異或（XOR）運算

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

二、

二—十進制（BCD）數的表示與運算

1、二—十進制數的表示

000005010110001601102001070111300118100040100910012、二—十進制數的加、減運算

BCD數的運算規則循十進制數的運算規則“逢10進1”。但計算機在進行這種運算時會出現潛在的錯誤。為了解決BCD數的運算問題，采取調整運算結果的措施。三、十六進制數的表示與運算1、十六進制數的表示

十進制（D）二進制（B）二—十進制（BCD）十六進制（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、十六進制數的加、減運算 加法運算：“逢16進1”。減法運算：“借1當16”四、

帶符號二進制數的表示與運算

1、原碼表示正號“＋”和負號“—”在計算機中只能用0和1表示，我們用0表示“＋”號，用1表示“－”號，并且符號放在最高有效位。一個8位的二進制表示一個帶符號數，最高有效位D7位為符號位。如： ＋1表示為： 00000001B

＋127表示為： 01111111B

－1表示為： 10000001B

－127表示為： 11111111B2、補碼表示法：對1個正的二進制數的每位求反再加1，即可得在機器中表示的該數的負數，稱2的補碼表示法。在這種編碼方式中，正數的補碼就是該正數。以8位二進制為例，求一負數的補碼。例：＋100000001

每位求反11111110

加1＋1

－111111111

45

為什么要用補碼運算符號位可以作為數據的一位參與運算，不必單獨處理二進制的減法可用其補碼的加法來實現，簡化了硬件電路。唯一一個“0”結果的處理符號位為0：正數符號位為1：負數的補碼表示，對其求補得到真值補碼的運算規則：[X]補+[Y]補=[X+Y]補[[X+Y]補]補=[X+Y]原

十進制二進制十六進制十進制十六進制

n=8n=16+127011111117F+327677FFF+126011111107E+327667FFE......……...+20000001002+20002+10000000101+100010000000000000000-111111111FF-1FFFF-211111110FE-2FFFE......……...-1261000001082-327668002-1271000000181-327678001-1281000000080-327688000n位二進制補碼的表數范圍：

-2n-1≤N≤2n-1-1無符號整數的表數范圍：

0≤N≤2n-13、帶符號數的運算

帶符號數在計算機中用其補碼表示后，其運算方法與二進制運算相同，但也會出現其特有的問題。請看教材上的例題。

4、帶符號數的符號擴展表示對無符號數擴展，僅在其數據之前加上若干位0即可；而帶符號數的擴展實際是在高位補符號位。如：＋5的16位表示0000000000000101－5的16位表示1111111111111011五、

實型數的表示一般8位和16位的微處理機都是基于定點運算，不具備通用計算機那樣復雜的數值運算指令，浮點和長整數的運算要用軟件處理，因而速度慢。80386、80486等CPU中配置了專門用于處理浮點運算的部件。浮點部件所處理的實型數（又稱浮點數）。浮點表示法浮點表示法就是一個數的小數點位置不固定。為便于軟件移植，國際標準化組織制定了IEEE754標準，規范了浮點數的表示格式。在程序設計語言中，浮點數有兩種形式：單精度浮點數（float)：占4個字節，即32位雙精度浮點數(double)：占8個字節，即64位步驟：將實數ｘ轉換為二進制數規格化32位單精度浮點數規格化的32位單精度浮點數ｘ的真值表示為：ｘ＝(－1)S×(1.Ｍ)×2e=(－1)S×(1.Ｍ)×2E-127

1位，浮點數的符號位0表示正數，1表示負數23位，用小數表示，尾數部分最高有效位（即整數字）是18位，采用移碼方式來表示正負指數,

E＝e＋127階碼決定:數值范圍尾數決定:

數值精度六、字符的編碼表示

1、ASCII碼表示

所謂ASCII碼（AmericanStandardCodeforInformationInterchange），即美國標準信息交換碼。它將數字0－9，字母A-Z和a-z以及一些運算符號等按標準進行二進制編碼。

表2?3字符ASCII編碼表d6d5d4d3d2d1d00000010100111001011101110000NULDELSP0@P、p0001SOHDC1!1AQaq0010STXDC2”2BRbr0011EXTDC3#3CScs0100EOTDC4$4DTdt0101ENQNAK%5EUeu0110ACKSYN&6FVfv0111BELETB,7GWgw1000BSCAN(8HXhx1001HTEM)9IYiy1010LFSUB*：JZjz1011VTESC+；K[k{1100FFFS.<

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oDEL‘A’=01000001B=65‘a’=01100001B=97要記住規律‘0’~‘9’<‘A’~‘Z’<‘a’~‘z’

小寫字母的ACSII碼=大寫字母的ACSII碼+32大寫字母和小寫字母不連續2、漢字編碼表示

為了能在不同的漢字系統之間互相通信、共享漢字信息。我國制定并推行一種漢字編碼，稱GB2312—80國家標準信息交換用漢字編碼字符集（基本集），簡稱國標碼。在國標碼中，每個國形字符都規定了二進制表示的編碼，一個漢字用二個字節編碼，每個字節用7位二進制，高位置為0。國標碼在計算機中容易與ASCII混淆