微型计算机原理与接口技术（第二版）第1章微型计算机基础

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1、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,微型计算机原理与接口技术,中国水利水电出版社,ISBN 978-7-5170-3719-4,,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,,微型计算机原理与接口技术〔第二版〕,第1章 微型计算机根底,1.1 微型计算机,概述,1.2 微型计算机系统的,组成,1.3 计算机中数和字符的,表示,1.4,二进制运算,习题与,思考,,,,,,学习目标,1.1 微型计算机概述,1.1.1 微型计算机的产生与开展,1.1.2 微型计算机的特点,1.1.3 微型计算机的分类,1.1.

2、4 微型计算机系统的主要性能指标,1.1.5 微型计算机的应用,,,,,,,1.1.1 微型计算机的产生与开展,1,．计算机,的诞生,1946年第一台电子数字计算机〔ENIAC〕于美国宾夕法尼亚大学诞生：,18800多个电子管,1500多个继电器,占地面积170平方米,重约30余吨,耗电150千瓦,每秒钟完成5000次加法或400次乘法运算,ENIAC的诞生，标识着计算机时代的到来。,电子管,计算机逻辑元件经历了电子管、晶体管、集成电路、超大规模集成电路、甚大规模集成电路多个时代。,计算机的运算速度、存储容量、体积、重量、功耗、本钱、功能、可靠性、软件功能不断完善，性能价格比越来越高。,

3、1.1.1 微型计算机的产生与开展,晶体管,集成电路,超大规模集成电路,1,．计算机,的诞生,1971年第一个,微处理器诞生,，,标志,着微型计算机时代的,开始。微型计算机以微处理器为,标志，主要表现在微处理器的字长、主频、结构和功能等,方面,。,1.1.1 微型计算机的产生与开展,2．微型计算机的产生与开展,,,,,,显示器,键盘,,,,,机箱,鼠标,1.1.1 微型计算机的产生与开展,2．微型计算机的产生与开展,时代,起止年份,典型,微处理器,主频,4,位和,8,位低档,微处理器,1971,~,1973,Intel 4004 8008,1 MHz,8,位中高档,微处理器,1974,~

4、,1977,Intel 8080 8085,2,~,5,MHz,16,位,微处理器,1978,~,1984,Intel 8086/8088 80286,5,~,25,MHz,32,位,微处理器,1985,~,1992,Intel 80386 80486,12,~,100,MHz,奔腾系列,微处理器（,32/64,位）,1993,~,2005,Pentium,（Ⅱ、Ⅲ、,4,、,M,）,60,MHz~3.8GHz,酷睿系列,微处理器（,64,位）,,2006,~,今,Core 2 Duo,、,Core,（,i7,、,i5,、,i3,）,1,~,3.6GHz,多,核心技术,1.1.2,微型计算机的

5、特点,1,．体积小、重量轻、功耗低,2,．功能强,3,．可靠性高,4,．价格低廉,5,．结构灵活、适应性强,6,．使用方便、维护,容易,1.1.3,微型计算机的分类,,2,．,按用途,分类,1,．按,字长分类,专用,机,通用,机,4,位,机,8,位,机,16,位机,32,位机,64,位机,,3,．按,结构形式,分类,台式电脑,掌上电脑,一体电脑,笔记本电脑,平板电脑,1.1.3,微型计算机的分类,1.1.4,微型计算机系统的主要性能指标,1,．字长,2,．主频,3,．内存容量,4,．运算速度,5,．外设配置,6,．软件配置,7,．性能价格比,1.1.5,微型计算机的应用,1,．,科学计算,2,

6、．数据处理,3,．过程控制,4,．计算机辅助,5,．网络通信,6,．办公自动化,7,．仪器仪表及家电,控制,计算机辅助设计（,CAD,）,计算机辅助制造（CAM）,计算机辅助测试（CAT）,计算机辅助教学（CAI,）,,1.2 微型计算机系统的组成,1.2.1,冯·诺依曼体系结构,1.2.2,微型计算机的硬件系统,1.2.3,微型计算机的软件,系统,1.2.4,微处理器、微型计算机及,微型,计算机系统,,,,,,1.2.1,冯·诺依曼体系结构,美籍匈牙利科学家冯·诺依曼又提出了“存储程序〞思想：把程序预先存放在存储器中，运行程序时，按照程序中指令的逻辑顺序，把指令从存储器取到中央处理器逐条执

7、行，自动完成程序所描述的处理工作，随后设计出第一台“存储程序〞计算机EDVAC。其核心局部是中央处理器〔CPU〕，计算机所有功能均集中于其中，这种结构被称为“冯·诺依曼体系结构〞，被人们普遍接受并延续至今。,计算机硬件系统由五大局部组成：运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备。,计算机内部采用二进制编码表示指令和数据。,存储程序的思想：把程序预先存放于计算机的存储器中，运行时按程序顺序逐条执行。,1.2.1,冯·诺依曼体系结构,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,程序、数据,输入设备,存储器,输出设备,计算结果,控制器,运算器,CPU,数据流,控制流,1.2.2,微型计算机的硬件系统,微

8、型计算机硬件系统是指构成微型计算机系统的所有实体部件的集合,，由,微处理器、内存储器、输入/输出接口、外部设备等部件组成，通过系统总线各部件连接并,通信,。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,外部设备,1,外部设备,n,……,……,I/O,接口,n,I/O,接口,1,ROM,RAM,,,,,CPU,,,,,,AB,DB,CB,1,．微处理器,2,．内存储器,3,．外部设备,4,．输入,/,输出接口,5,．系统总线,1.2.2,微型计算机的硬件系统,是微型计算机的核心部件，由控制器、运算器、存放器组和内部总线组成。,主要负责指令的执行，根据具体指令的要求，完成算术运

9、算和逻辑运算，控制微型计算机其他各部件协调工作。,计算机存储器系统用于存储计算机工作所需的程序和数据，包括内存储器和外存储器。,内存被用来存放计算机工作时必须的程序和数据，而更多的程序和数据那么是存放于外存中，在需要时由外存调入内存。,内存分为RAM和ROM。,外部设备是人机交互的必要设备,，,分为输入设备和,输出设备,。,外部设备,并,不,能与微处理器直接相连，而由I/O接口电路负责在微处理器与外部设备之间进行信息,中转,。,是微型计算机与外部设备通信联系的主要装置，负责数据的缓冲和格式转换，协调主机与外设间数据传输的速度差异，完成数据的,中转。不同,外设都有相应的I/O接口电路,支持,。,

10、总线是,计算机各部件之间信息传输的一组物理信号线及相关的控制电路，是系统信息传输的公共,通路。系统,总线分为数据总线、,地址总线,、,控制总线,。,1.2.3,微型计算机的软件系统,1．系统软件,指控制计算机的运行、管理计算机的各种资源、支持应用软件的开发和运行的软件。,(1) 操作系统：DOS、Windows、UNIX、Linux等,(2) 语言处理程序：机器语言、汇编语言、高级语言,翻译程序〔汇编、编译、解释〕,(3) 数据库管理系统：MySQL、Access、FoxPro等,(4) 系统效劳程序：编辑程序、连接程序、调试程序,2．应用软件,为支持某一应用领域、解决某个实际问题，使用各种程

11、序设计语言而开发的软件。,(1) 应用软件包：Microsoft Office、WPS Office,(2) 用户程序：针对某具体应用问题定制的专用软件,1.2.4,微处理器、,微型计算机,,及,微型计算机系统,微处理器是由一片大规模集成电路组成的具有运算器和控制器功能的中央处理器芯片。微处理器的特性根本上反映了微型计算机的性能。,微型计算机又称主机或微机，是以微处理器为核心部件，再配上内存储器、输入/输出接口电路及系统总线所构成的计算机。,微型计算机系统是指以微型计算机为核心，配以相应的外部设备、电源、辅助电路以及指挥微型计算机工作的系统软件所构成的系统。,,1.2.4,微处理器、,微型计算

12、机,,及,微型计算机系统,,硬件系统,,,,,,,软件,系统,主机,,微型计算机系统,,,微处理器,,内存储器,,,I/O,接口,,运算器,控制器,,ROM,RAM,,地址总线,数据总线,控制总线,外部设备,,,输入设备,输出设备,外存储器,系统软件,应用软件,,操作系统,语言处理程序,数据库管理系统,系统服务程序,,应用软件包,用户程序,,1.3 计算机中数和字符的表示,1.3.1,进位计数,制,1.3.2,不同数制之间的转换,1.3.3,计算机中数值信息的表示,1.3.4,数的定点及浮点表示,1.3.5,计算机中文字信息的表示,,,,,,,1.3.1,进位计数制,计数制,基数,第,r,位

13、的权,有效数码,进位规则,表示,方法,二进制,2,2,r,0 1,逢二进,一,借,一当二,(,1011.1),2,或,1011.1B,八进制,8,8,r,0 1 2 3 4 5 6 7,逢八进,一,借,一当八,(,702.03),8,或,702.03Q,十进制,10,10,r,0 1 2 3 4 5 6 7 8 9,逢十进,一,借,一当十,(,6801.2),10,或,6801.2D,十六进制,16,1,6,r,0 1 2 3 4 5 6,7,8,9,A,B C D E F,逢十六进,一,借,一当十六,(,2C9.E),16,或,2C9.EH,计算机中常用的几种计数制,1.3.2,不同数制之间

14、的转换,【例,1.1,】,,将,二进制数,(1011.0101),2,转换,为,十进制数,1,．,二进制数转换为,十进制数,转换,过程,：,1011.0101B = 1,×,2,3,+0,×,2,2,+1,×,2,1,+1,×,2,0,+0,×,2,-1,+1,×,2,-2,+0,×,2,-3,+1,×,2,-4,,,=,2,3,+2,1,+2,0,+2,-2,+2,-4,,=8+2+1+0.25+0.0625,,=11.3125D,〔按位权展开求和法〕,2,．,十六进制数转换为十进,制,数,1.3.2,不同数制之间的转换,〔按位权展开求和法〕,【例,1.2,】,,将,十六进制,数,(70B.

15、A8),16,转换,为十进制数,转换,过程,：,70B.A8H,=,7×16,2,+0×16,1,+B×16,0,+A×16,-1,+8×16,-2,,=7×256+0×16+11×1+10×0.0625+8×16,-2,,=,1792+0+11+0.625+0.03125,,=,1803.65625D,3,．,八进制数转换为十进,制,数,1.3.2,不同数制之间的转换,〔按位权展开求和法〕,【例,1.3,】,,将,八,进制数,(123.24),8,转换,为十进制数,转换,过程,：,123.24Q =,1×8,2,+2×8,1,+3×8,0,+2×8,-1,+4×8,-2,,,=,1×64+2

16、×8+3×1+2×0.125+4×8,-2,,,=,64+16+3+0.25+0.0625,,,=,83.3125D,4,．,十进制数转换为二进,制,数,1.3.2,不同数制之间的转换,【例,1.4,】,,将十进制数,(11.3125),10,转换为,二,进制数,转换,过程,：,〔整数局部的转换采用“除2取余〞法〕,〔小数局部的转换采用“乘2取整〞法〕,所,以,11D=1011B,，,0.3125D=0.0101B。11.3125D=1011.0101B,5,．,十进制数转换为十六进,制,数,1.3.2,不同数制之间的转换,【例,1.5,】,,将,十进制数,(,1803.,65625,),10

17、,转换为,十六,进制数,转换,过程,：,〔整数局部的转换采用“除16取余〞法〕,〔小数局部的转换采用“乘16取整〞法〕,所以,1803D=70BH,，,0.65625D=0.A8H,。,1803.65625,D=70,B.A8H,6,．,十进制数转换为八进,制,数,1.3.2,不同数制之间的转换,【例,1.6,】,,将,十进制数,(83.3125,),10,转换为,八,进制数,转换,过程,：,〔整数局部的转换采用“除8取余〞法〕,〔小数局部的转换采用“乘8取整〞法〕,所以,83D=123Q,，,0.3125D=0.24Q,。,83.3125D=123.24Q,7,．,二进制与十六进制、八进制的

18、相互转换,1.3.2,不同数制之间的转换,计算机中常用进制的对应关系,十进制,二进制,十六进制,八进制,十进制,二进制,十六进制,八进制,0,0000,0,0,8,1000,8,10,1,0001,1,1,9,1001,9,11,2,0010,2,2,10,1010,A,12,3,0011,3,3,11,1011,B,13,4,0100,4,4,12,1100,C,14,5,0101,5,5,13,1101,D,15,6,0110,6,6,14,1110,E,16,7,0111,7,7,15,1111,F,17,1.3.2,不同数制之间的转换,所以1101011.001B,= 6B.2H,【例

19、,1.7,】,,将,二,进制数,(1101011.001,),2,转换为,十六,进制数,转换,过程,：,所以1101011.001B,=,153.1Q,【例,1.8,】,,将,二,进制数,(1101011.001,),2,转换为,八,进制数,转换,过程,：,7,．二进制与十六进制、八进制的相互转换,1.3.2,不同数制之间的转换,所以,27D,.,6H=1001111101.011B,【例,1.9,】,,将,十六,进制数,(27D.6,),16,转换为,二,进制数,转换,过程,：,所以11,75,.,3Q,=,1001111101.011B,【例,1.10,】,,将,八,进制数,(1175.3

20、,),8,转换为,二,进制数,转换,过程,：,7,．二进制与十六进制、八进制的相互转换,1.3.3,计算机中数值信息的表示,1,．无符号二进制数,2,．,带,符号,二进制数,没有,符号位的,二进制编码,把二进制编码的最高位作为符号位，0表示“正数〞，1表示“负数〞，其余各位为数值位，表示数的大小。,常用编码：原码、反码、补码、过余码,字长,表示范围,8,,0,~,2,8,-1（,0,~,255,）,16,,0,~,2,16,-1（,0,~,65535,）,n,,0,~,2,n,-1,〔1〕原码,1.3.3,计算机中数值信息的表示,最高位,为符号位，,0,表示正数，,1,表示负数，其余各位表示数

21、值的绝对值大小,。,以,8,位字长为例：,[+0D],原,=[+0000000B],原,=00000000B,[-0D],原,=[-0000000B],原,=10000000B,[+1D],原,=[+0000001B],原,=00000001B,[-1D],原,=[-0000001B],原,=10000001B,[,+127D],原,=[+1111111B],原,=01111111B,[,-127D],原,=[-1111111B],原,=11111111B,〔2〕反码,1.3.3,计算机中数值信息的表示,最高位为符号位，,0,表示正数，,1,表示负数，正数,的反码,与原码的表示相同，负数,的反

22、码,为其原码除符号位之外的其余各位按位,取反。,以,8,位字长为例：,,[+0D,],反,=[+0000000B,],反,=00000000B,,[+1D,],反,=[+0000001B,],反,=00000001B,,[+127D,],反,=[+1111111B,],反,=01111111B,,[-0D,],反,=[+0D,],反,按,位,取反,=00000000B,=11111111B,[-1D,],反,=[+1D,],反,按,位,取反,=00000001B,=11111110B,[,-127D,],反,=[,+127D,],反,按,位,取反,=01111111B,=10000000B,〔

23、3〕补码,1.3.3,计算机中数值信息的表示,正数的补码与原码的表示相同，负数的补码为其原码除了符号位之外的各位按位,取反后,，再加,1。,以,8,位字长为例：,,[+0D,],补,=[+0000000B,],补,=00000000B,,[+1D,],补,=[+0000001B,],补,=00000001B,,[+127D,],补,=[+1111111B,],补,=01111111B,,[-0D,],补,=[+0D,],补,按,位,取反,+1,=,00000000B+1,=00000000B,[-1D,],补,=[+1D,],补,按,位,取反,+1,=,00000001B+1,=,111111

24、11B,[,-127D,],补,=[,+127D,],补,按,位,取反,+1,=,01111111B+1,=,10000001B,〔4〕过余码,1.3.3,计算机中数值信息的表示,又称移码，是将真值在数轴上往正方向平移,2,n,-,1,后得到的,编码。即将,真值加上一个正,数,2,n-1,，这个加上去的正数称为过,余量。,以,8,位字长为例：,,[+0D,],过余,=128+0,=128,=10000000B,[+1D,],过余,=128+1,=129,=10000001B,[+127D,],过余,=128+127,=255,=11111111B,[-0D,],过余,=128-0,=128,=

25、10000000B,[-1D,],过余,=128-,1,=127,=,01111111B,[,-,128D],过余,=128-128,=0,=,00000000B,3,．,补码与真值的转换,1.3.3,计算机中数值信息的表示,正数,的补码等于其真值，即正数补码的真值就等于正数补码本身的二进制,值。,以,8,位字长为例,：,,[X],补,=,0,1010011B,时，正数，即,X=+1010011B,＝,+83,,[X],补,=,1,0101101B,时，负数，将,[X],补,按位取反再加,1,，得到,01010011B,＝,83,，即,X,＝,-,83,对于,负,数的补码首先确定其符号位，然后

26、将补码按位全部取反再加,1,，即得到其真值的,绝对值。,1.3.4,数的定点及浮点表示,小数点,位置固定,不变。,小数点,位置可以,改变。,1,．,定点数,2,．,浮点数,定点整数：小数点隐含于最,末位之后,定点小数,：,小数点隐含于最高位（符号位）之后,,符号位,阶码,,尾数,Ms,E,M,,1.3.5,计算机中文字信息的表示,美国标准信息交换码〔American Standard Code for Information Interchange〕是计算机中最常用的字符编码，由7位二进制编码组成，共计128〔27〕个，包括：,26个大写字母、26个小写字母、10个数字、1个空格、32个标点符

27、号和运算符号〔这些字符有确定的结构形状，在键盘上能找到相应的键位〕。,33个控制字符〔在通信、打印、显示输出时起控制作用〕。,1,．,ASCII,码,2.BCD,码,,用,4,位,二进制数来表示,1,位十进制数的编码方法,称为二进制编码的十进数或称为二,—,十进制数，简称,BCD,码。,1.3.5,计算机中文字信息的表示,1111,7,0111,1110,6,0110,1101,5,0101,1100,4,0100,1011,3,0011,A,B,C,D,E,F,1010,2,0010,9,1001,1,0001,8,1000,0,0000,十进制数,8421BCD,码,十进制数,8421BC

28、D,码,,,,,,,,,,,,,,,,,这,6,种,编码在,BCD,码中不允许出现,8421-BCD,编码表,,3.,汉字编码,1.3.5,计算机中文字信息的表示,,,,,国标码,,,,,打印汉字,显示汉字,搜狗拼音输入,五笔字型输入,自然码输入,┇,区位码输入,机内码,字形码,1.3.5,计算机中文字信息的表示,国标码〔交换码〕,输入码〔机外码〕,机内码,字形码,3.,汉字编码,国家汉字编码标准GB2312-80，收录7445个图形符号和常用汉字〔其中3755个一级汉字，3008个二级汉字〕。,分为数字码、音码、形码、音,形码。,好的,汉字输入码应具有简单、易学、易记、编码短和重码少等,特点

29、,汉字信息,在,计算机系统内部存储、处理、传输,的编码,，,机内码=国标码+8080H,处理器,与外部设备之间进行信息,中转,表示汉字形状的,编码。对,字形数字化，存储于汉字字库中，用于汉字的显示和,打印。如,48×48,点阵汉字，占用,288,Ｂ,存储空间,1.4,二进制运算,1.4.1 二进制算术运算规那么,1.4.2 二进制逻辑运算规那么,1.4.3 补码的加减法运算,,,,,1.4.1 二进制算术运算规那么,加法运算,减法运算,乘法运算,除法运算,0+0=0,0-0=0,0,×,0=0,0,÷,1=0,1+0=1,1-0=1,1,×,0=0,1,÷,1=1,0+1=1,0-1=

30、1,（,有借位）,0×1=0,（0不能作除数）,1+1=,0,（,有进位）,1,-,1=0,1×1=1,,【例,1.23,】,,计算二进制数,0011,与,1001,之和，,0101,与,0011,之差,【例,1.24,】,,计算,二进制数,1101,×,0011,和,1000101,÷,1011,的值,1.4.1 二进制算术运算规那么,1.4.2 二进制逻辑运算规那么,与,运算,或,运算,异或,运算,非,运算,0,∧,0=0,0,∨,0=0,0　0=0,0=1,1,∧,0=0,1,∨,0=1,1,,0=1,1=0,0,∧,1=0,0,∨,1=1,0,,1=,1,,1,∧,1=,1,1,∨

31、,1=,1,1,,1=,0,,【例,1.25,】,,计算二进制数,0011,与,1010,相与、相或、相异或的结果,1.4.2 二进制逻辑运算规那么,[X],补,- [Y],补,=[X],补,+[-Y],补,[X+Y],补,=[X],补,+[Y],补,[X-Y],补,=[X],补,- [Y],补,1.4.3,补码的加减法运算,【例,1.26,】,,X=26,，,Y=30,，分别计算,[X],补,+[Y],补,和,[X],补,- [Y],补,，要求用二进制,8,位表示,,,,解：,[X],补,=,00011010B,,,[Y],补,=,00011110B,,,[X],补,+[Y],补,=000

32、11010B+00011110B,=00111000B,,[X],补,- [Y],补,=00011010B-00011110B,=11111100B,【例,1.27,】,,X=126,，,Y=30,，计算,[X],补,+[Y],补,，用,二进制,8,位表示,,,,解：,[X],补,=,01111110B,,,[Y],补,=,00011110B,,,[X],补,+[Y],补,=,01111110B+00011110B,=11111100B,1、微型计算机系统由_____系统和_____系统两局部组成,2,、计算机,软件分为,_____,软件和,_____,软件,习题与思考,简述微型计算机系统的组

33、成及各局部作用,,填空,硬件,软件,系统,应用,,举例说明微型计算机的特点及其应用,(　) 17H=23D=1100111B,(　),8,位二进制补,码,E6H,表示的真值,是,–26,(　),求一个数的补码就是对其求,补,×,×,√,,判断对错,答案,,,答案,,,,,,答案,第,1,章 学习目标,本章介绍了微型计算机的开展、应用、特点及主要性能指标，概述了微型计算机的工作原理、系统组成、软硬件特点；同时介绍了计算机中各种进制数、数据编码、字符编码、二进制数运算规那么。,通过本章的学习，读者应了解微型计算机的特点、分类及应用，掌握微型计算机的系统组成、主要技术指标，掌握各种进制数及其相互转换，理解带符号数的原码、反码、补码以及字符的ASCII码、BCD码、汉字编码的表示及应用特点，从而为后续内容的学习打下良好的根底。,再见,