微机原理与接口技术(第2版)电子教案1课件

1、第1章 微型计算机基础知识 微型计算机发展概况 微型计算机数制及其转换 微型计算机中数的表示方法 经历了电子管、第二代晶体管、中小型规模集成电路、超大规模集成电路计算机的发展过程，计算机技术逐步走向成熟。1.1 微型计算机的发展概况发展阶段只有国家行政和军事机构、科研院所、大公司、部分大学才能用得上。小型机阶段对大型机的第一次“缩小化”。微型机阶段对大型机的第二次的“缩小化”代表机型： 苹果公司的APPLE-2,IBM公司的IBM-PC。客户机/服务器阶段 处理能力强的计算机提供磁盘服务和文件服务，处理能力强的扮演服务器，处理能力弱的充当客户机。应用于航空，铁路联机订票系统。互联网阶段 广域网

2、技术的发展促进了TCP/IP的传输控制协议与网际互联协议为标准的因特网的发展。1.1.1 计算机的发展大型机阶段代表机型：DEC 的PDP-1、PDP-8、VAX-11系列小型机，能够满足中小企业的信息处理要求。直到1994年，我国才实现TCP/IP协议的国际互联网的全功能连接，目前，全国可以通过4大主干网接入因特网。 微型计算机是指以大规模，超大规模集成电路的微处理器为核心，配以存储器，输入输出接口电路及系统总线所构造出的计算机系统。1.1.2 微型计算机的发展 时间 字长 代表产品第一代71-73年4位和低档8位Intel 公司的4004，及由它组成的MCS微型机第二代74-78年中高档8

3、位Intel公司的8080，8085，Motorla的MC6800，Zilog的Z80构成的微型机第三代78-81年16位8086,Z8000,MC68000为CPU的微机第四代81-92年32位80386，486，MC68020,Pentium等第五代93年以后64位64位 Itantium 在最近的32位机时代，Pentium 奠定了计算机工业的坚实的基础微机发展的五阶段服务器： 功能强大的处理能力，容量很大的存储器以及快速的输入输出通道和联网能力。工作站： 与高端微机的差别主要表现在工作站通常要有一个屏幕较大的显示器，以便显示设计图，工程图和控制图等。台式机： 即通常所说的微型机，由主机

4、箱、CRT显示器、键盘、鼠标等组成。笔记本： 与台式机功能基本一样，但体积小、重量轻、价值昂贵。手持设备： 比笔记本更小更轻，如：一个数字助理，商务通，快译通及第三代手机。1.1.3 计算机的分类 计算机已经广泛应用于各个领域：国家机关，工农业，财经金融，交通运输，文化教育，国防安全，并已走入千家万户。1. 科学计算：2. 事务处理：主要是文本编辑，数据报表，数据检索，情报管理。特点：数据量大，实时性强。3. 过程控制： 通过它对工业生产过程中的各个参数进行连续的、实时的控制，可以节约人力物力，减轻劳动强度，减低能源消耗，提高生产效率。4. 辅助工程：CAD、CAM、CAE、CAI、CAT等,

5、完全改变传统设计面貌。由于它能快速准确的计算出结果，大大加快了科学研究的发展。1.1.4 计算机的应用5. 人工智能： 利用它的逻辑推理能力，模拟人类的某些智能行为，在应用中开发专家系统、模式识别、问题求解、定理证明、机器翻译和自然语言理解等技术。6. 网络应用： 网络技术的飞速发展，改变着人们的生产，生活方式。E-mail,协作医疗，网上出版，定制新闻，娱乐休闲，聊天以及虚拟社区等。 计算机系统由硬件和软件组成。软件由程序和相关文档组成。软件是用户与计算机硬件系统之间的桥梁，它使用户能使用并充分发挥计算机的性能。1.1.5 软件系统的层次结构和三类编程语言1.软件系统的层次结构：软件系统软件

6、：为解决用户使用计算机而编写的程序。操作系统、编译程序、汇编程序、监控程序、诊断程序。应用软件：为解决特定问题而编制的程序程序包、数据库、窗口软件。例如：例如：2.三类编程语言：机器语言汇编语言高级语言最贴近机器硬件的二进制代码使用助记符代替二进制代码人们使用最多的编程语言，较为流行的有各类C、BASIC等。1.2 微型计算机数制及其转换1.2.1 微型计算机常用数制的特点1. 十进制数 （1）它的数码K共有十个，为0、1、2、3、4、5、6、7、8、9。数码的个数称为基数，十进制数的基数是10。（2）在一个数中，每一位有各自的权 任何一个十进制都可以写成以10为底的幂之和的形式。（3）遵从“

7、逢十进一”的原则。N = ( a n-1 10 n-1 + a n-2 10 n-2 + + a 10 + a-1 10 -1 + + a -m 10 -m ) 例如： (11.51)10 1101 1100 510-1 110-2 权 权 权 权 数码与权的乘积，称为加权系数十进制数可表示为各位加权系数之和，称为按权展开式。(246.134)10 = 2102 + 4101 + 6100 + 110-1 + 310-2 + 410-310i 称为十进制的权2. 二进制数（XXX）2或（XXX）B数制：0、1进位规律：逢二进一，借一当二权：2i 基数：2 系数：0、1例如 0 + 1 = 1

8、1 + 1 = 10 11 + 1 = 100 10 1 = 1按权展开式表示(1011)2 = 123 + 022 + 121 + 120 将按权展开式按照十进制规律相加，即得对应十进制数。(1011.11)2 = 123 + 022 + 121 + 120 + 12-1 + 12-2= 8 + 0 + 2 + 1 + 0.5 + 0.25 = 11.75(1011.11)2 = (11.75)10N = ( a n-1 2 n-1 + a n-2 2 n-2 + + a 2 + a-1 2 -1 + + a -m 2-m ) 例如（1011.23）2或（101123）B 二进制是以2为基数

9、的计数体制。在二进制中，每位用数码0、1种的任何一个表示，逢二进一。3. 八进制数（XXX）8 或（XXX）O数制：0、1、2、3、4、5、6、7进位规律：逢八进一，借一当八。权：8i 基数：8 N = ( a n-1 2 n-1 + a n-2 2 n-2 + + a 2 + a-1 2 -1 + + a -m 2-m ) 八进制是以8为基数的计数体制。在八进制中，每位用数码 07 种的任何一个表示，逢八进一。例如 ( 234.23)8 或 (234.23)O4. 十六进制数(XXX)16或 (XXX)H 数码：09、A F进位规律：逢十六进一，借一当十六。权：16i 基数：16 系数：09

10、、AF按权展开式表示 （4E6）16 = 4 162 + E 161 + 6 160（4E6）16 = 4162+14 161+6 160 将按权展开式按照十进制规律相加，即得对应十进制数。 =（1254）10（4E6）16 = （1254）10例如：（4E6）16或（4E6）H 十六进制是以16为基数的计数体制。在十六进制中，每位用数码 09、A、B、C、D、E、F 种的任何一个表示，逢十六进一。N = ( a n-1 16 n-1 + a n-2 16 n-2 + + a 16 + a-1 16 -1 + + a -m 16 -m ) 设基数用R表示，则任意进制数N为：5. 任意进制数N

11、= ( a n-1 R n-1 + a n-2 R n-2 + + a R + a-1 R -1 + + a -m R -m ) 上述几种任意进制数有以下共同特点：（1）每一种计数制有一个确定的基数R,每一位的系数ai有R中可能的取值。 （2）按“逢R进一”的方式，在混合小数中，小数点右移一位相当于乘以R，小数点左移一位相当于除以R。1. R进制转换为十进制可以将非十进制写为按权展开式,得出其相加的结果,就是对应的十进制数例2(11010)2=124+123+022+121+020 =24+23+21=(26)10例1(111.01)2=122+121+120+02-1+12-2=22+21+

12、20+2-2=(7.25)10例3(174)16 = 1162+7161+4160=256+112+4=(372)101.2.2 几种不同数制间的转换 N = ( a n-1 R n-1 + a n-2 R n-2 + + a R + a-1 R -1 + + a -m R -m ) 2. 十进制转换为R进制整数和小数分别转换 整数部分：除 2 取余法 小数部分：乘 2 取整法例1 将十进制数 (107)10 转换成二进制数 1072613 622222读数顺序0.62521.250 120.500 02 1.000 1整数读数顺序一直除到商为 0 为止(107)10= (1101011)21

13、101例2 将（0.625）10转换为二进制数（0.625）10=（0.101）21）对于十进制整数的转换2）对于十进制小数的转换 3 0 1 余数 53221103）二进制与八进制、十六进制的相互转换 由于 8 = 23 ，因此从二进制的小数点数开始，向左每3位产生1个八进制数字，不足3位的左方补0，得到整数部分的八进制数；向右每3位产生1个八进制数字，不足3位的右方补0，得到小数部分的八进制数。二进制转换为八进制： 由于 16 = 24 ，因此从二进制的小数点数开始，向左每4位产生1个十六进制数字，不足4位的左方补0，得到整数部分的十六进制数；向右每4位产生1个十六进制数字，不足4位的右方

14、补0，得到小数部分的十六进制数。二进制转换为十六进制：1.3 微型计算机中数的表示方法 带有数码化了的正负号的数称为机器数。 机器数的最高位是其符号位，0表示正数，1表示负数。例如：0110 0010 = +981110 0010 = -981.3.1 机器数与真值1.原码 最高位为0表示正数，1表示负数，后面的各位为其数值 ，这种数的表示方法称为原码。但是若两个异号数相加或两个同号数相减时，必须作减法。2.反码 正数的反码与其原码相同，最高位为0表示正数，其余为数值位。负数的反码是其对应的正数连同符号位按位取反求得。（+9）反=0000 1001（-9）反=1111 0111（+0）反=00

15、00 0000（-0）反=1111 11111.3.2 原码、反码、补码（+127）反=0111 1111（-127）反=1000 0000例如：3. 补码 正数的补码与其反码相同，负数的补码是其反码加1。即在其反码的最低位上加1得到。例如：（+9）补=0000 1001（-9）补=1111 0111（+0）补=0000 0000（+127）补=0111 1111(-127)补=1000 00011.补码的运算规则 引入补码后可以将减法变成加法。在八位字长的机器中，第七位 b7 的进位自然丢失。例如：X = 98-10 = 98+(-10) = 88用补码表示则为（x）补 =（98）补+（-1

16、0）补 = 0110 0010 + 1111 0110 = 10101 1000故（x）补=0101 1000， 则 x=88。1.3.3 补码的运算规则与溢出判断2.溢出判断 补码是有一定范围的，八位整数的范围是 +127-128。当运算结果超出该范围时，称为溢出 。例1：64+67=131=1000 0111。例2：（-64）+（-67）= -131 最高位的进位自然丢失，机器的运算结果为0111 1001=121，两个负数的和为正数，显然不对，因为-131127, 称为正向溢出。（-64）补+（-67）补=1100 0000 + 1011 1001 =1 0111 10011.二十进制代

17、码1.3.4 微型计算机的二进制编码几种常用的二-十进制代码十 进制 数有 权 码无 权 码8421码2421码余3码04125368790000001000010100010101100111100010010011000000100001010001010110011111101111001100110101010001111000100110101011110001101）8421BCD码：取4位二进制数的前10种组合 。 每一种的权值是固定不变的，为恒权码。从高到底的权值分别是8、4、2、1,每组二进制代码各系数之和便为它所代表的十进制数。2）2421BCD码： 是恒权码。从高位到低位的权值分别是2、