第一章微型计算机概述1演示教学

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1、微机原理及接口技术课程简介及要求,1. 课程性质及教学目的 微机原理及接口技术是理工科计算机及其相关专业的一门重要的专业技术基础课程。 本课程帮助学生掌握微型计算机的硬件组成及使用；学会运用汇编语言进行程序设计；树立起计算机体系结构的基本概念；为后继的软、硬件课程做好铺垫。,微机原理及接口技术课程简介及要求,2. 课程教学安排 理论学时：48学时 实验学时：16学时 考试形式：笔试 3. 教材内容体系结构 基本知识与基本概念 计算机的基本结构与工作原理 微处理器与微型计算机的概念 微型计算机系统组成及其应用 计算机中的数据表示、数制与编码的应用,微机原理及接口技术课程简介及要求,8086微处理

2、器 微处理器内部结构 存储器和I/O组织 总线周期与操作时序 指令系统与汇编语言 指令的概念与寻址方式 8086指令系统介绍 汇编语言格式、基本表达、伪指令介绍 汇编语言源程序的建立、编辑、运行、调试,本章主要教学内容 微处理器的产生和发展、微处理器系统 微型计算机的特点、分类及性能指标 微型计算机系统的软、硬件组成情况 计算机中的数制及其转换 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,第1章,微型计算机系统概述,1.1 计算机的发展简介 一、计算机的发展历史 1第一台电子计算机 1946年2月，美国宾夕法尼亚大学诞生了世界上第一台电子数字计算机：“埃尼阿克”（EN

3、IAC，即Electronic Numerical Integrator and Calculator，电子数字积分计算机）。 重量30吨，占地170平方米，每小时耗电150千瓦，价值约40万美元。采用18000只电子管，70000个电阻，10000支电容，研制时间近三年，运算速度为每秒5000次加减法运算。 ENIAC的不足：运算速度慢、存储容量小、全部指令没有存放在存储器中、机器操作复杂、稳定性差 。,2冯诺依曼结构计算机 1946年6月，美籍匈牙利科学家冯诺依曼（Johe Von Neumman）提出了“存储程序”的计算机设计方案。 其特点是： 采用二进制数形式表示数据和计算机指令。 指

4、令和数据存储在计算机内部存储器中，能自动依次执行指令。 由控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备5大部分组成计算机硬件。 工作原理的核心是“存储程序”和“程序控制”。 按照这一原理设计的计算机称为冯诺依曼型计算机。 冯诺依曼提出的体系结构奠定了现代计算机结构理论的基础，被誉为计算机发展史上的里程碑。,冯诺依曼计算机的基本结构,各部分的主要功能： （1）输入设备：用于输入原始信息和处理信息的程序。如键盘、鼠标器和扫描仪等。 （2）输出设备：用来输出计算机的处理结果及程序清单。如显示器和打印机。 （3）存储器：用来存放程序和数据。在控制器的控制下，可与输入设备、输出设备、运算器、控制器交换信息

5、，是计算机中各种信息存储和交流的中心。 （4）运算器：用来对信息及数据进行处理和计算。也称为算术逻辑部件ALU（Arithmetic and Logic Unit）。 （5）控制器：是整个计算机的指挥中心，用来指挥计算机各部件的操作，使其协调一致地工作。 计算机中的两类信息：一类是采用双线表示的数据信息流，它包括原始数据、中间结果、计算结果和程序中的指令；另一类是采用单线表示的控制信息流，它是控制器发出的各种操作命令。,二、计算机的工作原理,1存储程序原理 把事先编制好的由计算机指令组成的程序存放到存储器内，计算机在运算时依次取出指令，根据指令的功能进行相应的运算，这就是存储程序原理。 2程序

6、的自动执行 程序在执行前先装入内存储器，CPU负责从内存中逐条取出指令，分析识别指令，最后执行指令，从而完成一条指令的执行周期。 程序的执行流程： 取指令分析指令执行指令。,三、微型计算机的性能指标介绍,位：这是计算机中所表示的最基本、最小的数据单元。 字长：是计算机在交换、加工和存放信息时的最基本的长度。 字节（Byte）：是计算机中通用的基本单元，由8个二进制位组成。 字：是计算机内部进行数据处理的基本单位。 主频：也称时钟频率，是指计算机中时钟脉冲发生器所产生的频率。 访存空间：是该微处理器构成的系统所能访问的存储单元个数。 基本指令执行时间：计算机执行程序所花的时间。 可靠性：指计算机

7、在规定时间和条件下正常工作不发生故障的概率。 兼容性：指计算机硬件设备和软件程序可用于其他多种系统的性能。 性能价格比：是衡量计算机产品优劣的综合性指标。,四、微型计算机的分类,1按照CPU的字长来分类 有4位、8位、16位、32位、64位微型计算机等。 2按照微处理器器件的工艺来分类 可分成MOS工艺、双极型TTL工艺的微处理器。 3按照微型计算机的利用形态来分类 有单片机、单板机、位片机、微机系统等。,五、微处理器(CPU)的产生和发展 将传统计算机的运算器和控制器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。 按照计算机CPU、字长和功能划分，经历了5代的演变: 第一

8、代（1971年1973年）：4位和8位低档微处理器 典型:Intel 8008 第二代（1974年1978年）：8位中高档微处理器 典型(Motorola)MC6800、(Intel)8080、(ZILOG)Z80 第三代（1978年1980年）：16位微处理器 典型(Motorola)MC68000、(Intel)8086/8088 (ZILOG)Z8000,第四代（1985年2000年）：32位微处理器 典型:(Intel)80386DX、80486以及Pentium系列、 (AMD)K5/6/7等。 PII首次引入MMX技术。 第五代（2001年以后）： 64位微处理器 典型:(AMD)

9、 Athlon 64 、(Intel)Itanium系列。,一、数制：用一组数字和一套统一的规则来表示数目 1数的表示 任何一种数制表示的数都可以写成按位权展开的多项式之和。 Ndn1bn1dn2bn2dn3bn3dmbm 式中：n整数的总位数。 m小数的总位数。 d下标表示该位的数码。 b表示进位制的基数（=10，16，8，2等）。 b上标表示该位的位权。,1.2 计算机中的数据表示,2计算机中常用的进位计数制 计数制 基数 数 码 进位关系 二进制 2 0、1 逢二进一 八进制 8 0、1、2、3、4、5、6、7 逢八进一 十进制 10 0、1、2、3、4、5、6、7、8、9 逢十进一 十

10、六进制 16 0、1、2、3、4、5、6、7、8、9 A、B、C、D、E、F 逢十六进一 3计数制的书写规则 （1）在数字后面加写相应的英文字母作为标识。 如：二进制数的100可写成100B 十六进制数100可写成100H （2）在括号外面加数字下标。 如：（1011）2 表示二进制数的1011 （2DF2）16 表示十六进制数的2DF2,4. 数制之间的转换 （1）十进制整数转换为二进制整数 采用基数2连续去除该十进制整数，直至商等于“0”为止，然后逆序排列余数。 （2）十进制小数转化为二进制小数 连续用基数2去乘以该十进制小数，直至乘积的小数部分等于“0”，然后顺序排列每次乘积的整数部分。

11、 （3）十进制整数转换为十六进制整数 采用基数16连续去除该十进制整数，直至商等于“0”为止，然后逆序排列所得到的余数。 （4）十进制小数转换为十六进制小数 连续用基数16去乘以该十进制小数，直至乘积的小数部分等于“0”，然后顺序排列每次乘积的整数部分。,（5）二、十六进制数转换为十进制数 用其各位所对应的系数，按“位权展开求和”的方法就可以得到。其基数分别为2、16。 （6）二进制数转换为十六进制数 从小数点开始分别向左或向右，将每4位二进制数分成1组，不足4位的补0，然后将每组用一位十六进制数表示即可。 （7）十六进制数转换为二进制数 将每位十六进制数用4位二进制数表示即可。,【例1】将十

12、进制整数（105）10转换为二进制整数，采用“除2倒取余”的方法，过程如下： 2 105 2 52 余数为1 2 26 余数为0 2 13 余数为0 2 6 余数为1 2 3 余数为0 2 1 余数为1 0 余数为1 所以，（105）10（1101001）2,【例2】将十进制小数（0.8125）10转换为二进制小数，采用“乘2顺取整”的方法，过程如下： 0.812521.625 取整数位1 0.62521.25 取整数位1 0.2520.5 取整数位0 0.521.0 取整数位1 所以，（0.8125）10（0.1101）2 如果出现乘积的小数部分一直不为“0”，则可以根据精度的要求截取一定的

13、位数即可。,【例3】将十进制整数（2347）10转换为十六进制整数，采用“除16倒取余”的方法，过程如下： 16 2347 16 146 余数为11（十六进制数为B） 16 9 余数为2 0 余数为9 所以，（2347）10（92B）16,二、机器数,在算术运算中，数据是有正有负的，将这类数据称为带符号数。 为了在计算机中正确地表示带符号数，通常规定每个字长的最高位为符号位，并用0表示正数，用1表示负数。这种把一个数及其符号在机器中的表示加以数值化，称为机器数。机器数所代表的数称为数的真值。 如果最高位不当作符号，而是数值位，则称为无符号数。,1原码 正数的符号位为0，负数的符号位为1，其它位

14、按照一般 的方法来表示数的绝对值。用这样的表示方法得到的就是数的 原码。 【例1】当机器字长为8位二进制数时： X91D=1011011B X原码01011011B Y-91D=1011011B Y原码11011011B 1原码00000001B 1原码10000001B 127原码01111111B 127原码11111111B 原码表示的整数范围是： （2n-11）（2n-11），其中n为机器字长。 则：8位二进制原码表示的整数范围是127127 16位二进制原码表示的整数范围是3276732767,【例2】0的原码表示方法(设机器字长为8位)： X0000000 +0原码00000000

15、B Y0000000 -0原码10000000B,2反码 对于一个带符号的数来说，正数的反码与其原码相同， 负数的反码为其原码除符号位以外的各位按位取反。 【例3】当机器字长为8位二进制数时： X1011011 X原码01011011B X反码01011011B Y1011011 Y原码11011011B Y反码10100100B 1反码00000001B 1反码11111110B 127反码01111111B 127反码10000000B 负数的反码与负数的原码有很大的区别，反码通常用作求补码过程中的中间形式。 反码表示的整数范围与原码相同。,【例4】0的反码表示方法(设机器字长为8位)： +0原码00000000B +0反码00000000B -0原码10000000B -0反码11111111B,3补码 正数的补码与其原码相同，负数的补码为其反码在最低位 加1。 【例5】（1）X1011011 （2） Y1011011 （1）根据定义有： X原码01011011B X补码01011011B （2） 根据定义有： Y原码11011011B Y反码10100100B Y补码10100101B 补码表示的整数范围是2n-1（2n-11），其中n为机器字长。