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1、微型计算机原理,主讲教师：宋雪丽,教材及主要参考书,教材： 微机原理与接口技术，冯博琴主编，清华大学出版社，2002.2 主要参考书： 微型计算机原理，姚燕南、薛钧义主编 姚向华、欧文编著，高等教育出版社 硬件技术基础，冯博琴主编，邮电出版社 微机原理及应用，李伯成等编，西安电子科技大学出版社,考核方式,平时及实验 30% 期末考试 70%,机械07-1.2.3.4.5班,星期二第3.4节 机电楼B231星期五第3.4节（单周）机电楼B231,欢迎大家按时来上课!,（高职）机械07-1、2班,星期二第1.2节 机电楼A511星期五第1.2节（单周）机电楼A511,欢迎大家按时来上课!,课程目标
2、,掌握： 微型计算机的基本工作原理 汇编语言程序设计方法 微型计算机接口技术 建立微型计算机系统的整体概念，形成微机系统软硬件开发的初步能力,课程主要内容,微型计算机的基础知识 ； 微处理器结构及组成，引脚及时序，寻址方式、指令系统与汇编语言程序设计 ； 半导体存储器及存储器管理技术 中断、异常及输入输出接口技术,基 础 知 识,第 1 章,主要内容：,计算机中的常用计数制、编码及它们相互间的转换 二进制数的算术运算和逻辑运算 符号数的表示及补码运算 二进制数运算中的溢出问题,1.1 电子计算机的发展概述,1.1.1 电子计算机的问世及其经典结构,1946年2月15日，第一台电子数字计算机问世
3、，这标志着计算机时代的到来。 （CALCULATOR） ENIAC （“埃尼阿克”）,与现代的计算机相比，有许多不足，但它的问世开创了计算机科学技术的新纪元，对人类的生产和生活方式产生了巨大的影响 。,ENIAC是电子管计算机，时钟频率仅有100 KHz，但能在1秒钟的时间内完成5000次加法运算。,匈牙利籍数学家冯诺依曼在方案的设计上做出了重要的贡献。1946年6月，他又提出了“程序存储”和“二进制运算”的思想，进一步构建了计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备组成这一计算机的经典结构。 （EDVAC-ELECTRONIC DISCRETE VARIABLE AUTOMATIC
4、COMPUTER）,电子计算机技术的发展，相继经历了五个时代：,电子管计算机； 晶体管计算机； 集成电路计算机； 大规模集成电路计算机； 超大规模集成电路计算机。,计算机的结构仍然没有突破冯诺依曼提出的计算机的经典结构框架。,PC机的选购,品牌机兼容机（DIY）,总线和接口,计算机的各种硬件设备通过总线互连外部设备通过接口与主机相连,计算机公司,Microsoft:windows操作系统、office办公软件、Visual C+、Explorer Intel:CPU的主要生产厂商 IBM Dell,第一章 微型计算机基础知识,1.2.1计算机中的数制 了解：各种计数制的特点及表示方法 掌握：各
5、种计数制之间的相互转换,1.2 计算机中的数制,一、常用计数法,数制：数的表示方法 基数：一种数制中包含数码的个数权：数码在不同位置所代表的数的大小 十进制：以十为基数 二进制：以二为基数 计算机中常用的其他进制：八进制、十六进制,数的位置表示法,设待表示的数为N则式中 X 为基数ai 为系数（0aiXl）m 为小数位数n 为整数位数,1. 十进制,特点：以十为底，逢十进一；共有09十个数字符号。用D代表。 表示：,2. 二进制,特点：以2为底，逢二进一；只有0和1两个符号。用B表示。 表示：,3. 十六进制,特点：有0-9及A-F共16个数字符号，逢16进位。用H表示。 表示：,例1：,23
6、4.98D或（234.98）10 1101.11B或（1101.11）2 ABCD . BFH或（ABCD . BF） 16,（1） 二进制数10011.11B=124023022121 12012-112-2=19.75（2） 八进制数7345.6Q=78338248158068-1=3813.75（3） 十六进制4AC6H=41631016212161 6160=19142,例2,表1-1 计算机中不同计数制的基数、数码、 进（借）位关系和表示方法,1.2.2 各种数制间的转换,1. 非十进制数到十进制数的转换 按相应的权表达式展开 ( 101101.1 ) 2 或 101101.1 B
7、=125+024+123+122 +021+120+12-1= 45.5D,2. 十进制到非十进制数的转换,对二进制的转换：对整数：除2取余倒着写；对小数：乘2取整顺着写。 对十六进制的转换：对整数：除16取余倒着写； 对小数：乘16取整顺着写。,【例1.1】将十进制整数(213)10转换为 二进制整数。,转换过程如下： 取余数 2 213 1 2 106 0 2 53 1 2 26 0 2 13 1 2 6 0 2 3 1 2 1 10 所以，(213)10(11010101)2,【例1.2】将十进制小数(0.8125)10转换为 二进制小数,0.812521.625 取整数位1 0.625
8、21.25 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)2,3. 二进制与十六进制间的转换,用4位二进制数表示1位十六进制数11110. 01B = 0001 1110. 0100 B= 1 E . 4 H 1111101. 001B = 0111 1101. 0010 B= 7 D . 2 H,十六进制数二进制数 将每位十六进制数用其对应的4位二进制数代替即可。 例 ： 1E. 4H = 0001 1110. 0100B = 11110. 01B 7D. 2H = 0111 1101. 0010B = 111 1101. 0
9、01B,本节习题,（1）124.625= B= H （2）35.5= B= H （3）110101101B= H= Q （4）9AF1H = B 答案：（1）1111100.101B 7C.AH（2）100011.1B 23.8H（3）1ADH 655Q（4） 1001 1010 1111 0001B,1.3 无符号二进制数的算术运算、 逻辑运算,1.3.1 二进制的算术运算包括： 加法运算减法运算乘法运算除法运算,加法 逢2进1 减法 借1为2,1 0 1 1 0 1 0 1 + 1 0 0 0 1 1 1 11 0 1 0 0 0 1 0 0,对二进制数，乘2相当于左移一位，乘2n 相当于
10、左移n位； 除以2则相当于右移1位，除以2n相当于 右移n位。,000010110100=00101100B000010110100=00000010B即：商=00000010B余数=11B,1.3.2 无符号数的表示范围,1.无符号二进制数的表示范围 对8位二进制数，所能表示的数的范围为：0255 （00HFFH） 对16位二进制数，所能表示的数的范围为： 065535 （0000HFFFFH） 一个n位的无符号二进制数X，它可表示的数的范围为： 0 X 2n-1,2.无符号二进制数的溢出判断 若运算结果超出数的可表示范围，则会产生溢出。 无符号二进制数的溢出判断令无符号二进制数加法（或减法
11、）中最高有效位Di的进（借）位为Ci，则Ci=1， 产生溢出。,1.3.3 二进制数的逻辑运算,与或非异或,1.4 带符号数在计算机中的表示及运算,无符号数：每一位都表示数值带符号数：最高位为符号位“0” 表示正“1” 表示负,机器数与真值,机器数：符号数值化了的数真值： 机器数所代表的真实数值,+52 = +0110100 = 0 0110100符号位 数值-52 = -0110100 = 1 0110100符号位 数值,14.1 带符号数的表示方法,计算机中的一个带符号数有3种表示方法 原码 X原 反码 X反 补码 X补,1. 原码 X原,不论数的正负，数值部分均保持原真值不变。,举例,已
12、知真值X=+42，Y= -42，求X原和Y原 解：因为（+42）10=+0101010B（-42）10= -0101010B所以X原=+42原=0 0101010符号位 数值部分Y原=-42原=1 0101010符号位 数值部分,8位数0的原码：+0原=0 0000000-0原=1 0000000即：数0的原码不惟一,2. 反码 X反,正数： X反= X原 负数：符号位保持不变，其数值部分为真值的各位按位取反。,8位数0的反码： +0反=00000000-0反 =11111111即：数0的反码也不惟一,举例,已知：X= -52 ，求x原和X反 解： X= -52 = -0110100BX原=1
13、 0110100X反=1 1001011,3. 补码X补,计算机中用补码表示带符号数 正数的补码：最高位为 0，与原码及反码相同，即X补=X反=X原 负数的补码：最高位为1，反码加1即X补=X反+1,+0补= +0原=00000000 -0补= -0反+1=11111111+1=1 00000000 对8位字长，进位被舍掉 即：数0的补码表示惟一,X= 52= 0110100X原=10110100X反=11001011X补= X反+1=11001100,举例,正数 原码、反码、补码相同 负数 原码：机器数本身反码：符号位保持不变，其余位 按位求反补码：反码加一,总结,举例,已知真值X=+011
14、0100，Y=-0110100求X补和Y补 解：X0，所以X补=00110100Y0，所以Y补=Y反+1=11001011+1=11001100,补码的求法,根据定义求（一般不用） 利用原码求 简便的直接求补法,例：对 8 位二进制数 11110001B进行求补运算 解：1.判断数的正负2.按位取反，最低位加11111 0001B反= 1000 1110B1111 0001B补= 1000 1110B+1= 1000 1111B,简便的直接求补法,对负数而言 直接从原码求补码：从最低位起，到出现第一个1以前（包括第一个1）原码中的数字不变，以后逐位取反，但符号位不变。,例 ：试用直接求补法求X1= -101 0111B的补码解： X1 = -101 0111B X1原= 1101 0111B由原码求补码： X1补 = 1010 1001B,
