现代微机原理及接口技术 第01章 微型计算机基础.ppt

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1、现代微机原理及接口技术现代微机原理及接口技术 清华大学出版社清华大学出版社第第1章章 微型计算机基础微型计算机基础 现代微机原理及接口技术现代微机原理及接口技术 清华大学出版社清华大学出版社教学目标教学重点教学过程1/6/20231现代微机原理及接口技术现代微机原理及接口技术 清华大学出版社清华大学出版社教学目标教学目标l了解微型计算机的发展历程、分类及应用；了解微型计算机的发展历程、分类及应用；l掌握微型计算机硬件系统和软件系统的组掌握微型计算机硬件系统和软件系统的组成；成；l熟练掌握各种数制及其相互转换，理解数熟练掌握各种数制及其相互转换，理解数值和非数值数据的编码。值和非数值数据的编码。

2、Friday,January 6,20232现代微机原理及接口技术现代微机原理及接口技术 清华大学出版社清华大学出版社教学重点教学重点l微型计算机硬件系统的组成微型计算机硬件系统的组成l微型计算机软件系统的组成微型计算机软件系统的组成l各种数制及其相互转换各种数制及其相互转换l数值编码中带符号数的原码、反码、补码数值编码中带符号数的原码、反码、补码表示表示lASCII码和码和BCD码码1/6/20233现代微机原理及接口技术现代微机原理及接口技术 清华大学出版社清华大学出版社教学过程教学过程l1.1 微型计算机发展概况微型计算机发展概况l1.2 微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成l1.3

3、 计算机中的数制及其编码计算机中的数制及其编码 1/6/20234现代微机原理及接口技术现代微机原理及接口技术 清华大学出版社清华大学出版社1.1 微型计算机发展概况微型计算机发展概况l1.1.1 微处理器和微型计算机的发展微处理器和微型计算机的发展l1.1.2 微型计算机的分类及其应用微型计算机的分类及其应用1/6/20235现代微机原理及接口技术现代微机原理及接口技术 清华大学出版社清华大学出版社1.1.1 微处理器和微型计算机的发展微处理器和微型计算机的发展l微处理器微处理器MPU（microprocessor）也常）也常称为微处理机，它是微型计算机的核心部称为微处理机，它是微型计算机的

4、核心部件，微处理器的发展过程就是微型计算机件，微处理器的发展过程就是微型计算机的发展过程。微处理器的发展历程经历了的发展过程。微处理器的发展历程经历了以下六代。以下六代。1/6/20236现代微机原理及接口技术现代微机原理及接口技术 清华大学出版社清华大学出版社1.1.1 微处理器和微型计算机的发展微处理器和微型计算机的发展年份年份位数位数典型产品典型产品第一代第一代19711973 4位或低档位或低档8位位 Intel 4004，Intel 8008 第二代第二代19741977 8位位Intel 8080，Intel 8085 第三代第三代19781984 16位位Intel 8086，I

5、ntel 8088 第四代第四代19851992 32位位Intel 80386，Intel 80486 第五代第五代1993199432位位Pentium第六代第六代1995至今至今64位位Pentium Pro，Pentium ，Pentium III，Pentium 4，Pentium D,Penium dual-core,Pentium Extreme Edition1/6/20237现代微机原理及接口技术现代微机原理及接口技术 清华大学出版社清华大学出版社1.1.2 微型计算机的分类及其应用微型计算机的分类及其应用l微型计算机的分类微型计算机的分类按微处理器的字长分类按微处理器的字长

6、分类可分为4位、8位、16位、32位、64位微型计算机按功能和结构分类按功能和结构分类可以分为单片机和多片机 按组装方式分类按组装方式分类可以分为单板机和多板机1/6/20238现代微机原理及接口技术现代微机原理及接口技术 清华大学出版社清华大学出版社1.1.2 微型计算机的分类及其应用微型计算机的分类及其应用l微型计算机的应用微型计算机的应用数值计算数值计算办公自动化办公自动化数据库应用数据库应用多媒体技术多媒体技术过程控制过程控制计算机辅助处理计算机辅助处理网络与信息化网络与信息化人工智能人工智能1/6/20239现代微机原理及接口技术现代微机原理及接口技术 清华大学出版社清华大学出版社1

7、.2 微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成l微微型型计计算算机机系系统统包包括括硬硬件件和和软软件件两两大大部部分分。硬硬件件系系统统是是由由电电子子部部件件和和机机电电装装置置所所组组成成的的计计算算机机实实体体，其其基基本本功功能能是是接接受受计计算算机机程程序序，并并在在程程序序控控制制下下完完成成信信息息输输入入、处处理理和和结结果果输输出出等等任任务务。软软件件系系统统是是指指为为计计算算机机运运行行服服务务的的全全部部技技术术资资料料和和各各种种程程序序，以保证计算机硬件的功能得以充分发挥以保证计算机硬件的功能得以充分发挥。1/6/202310现代微机原理及接口技术现代微机原理

8、及接口技术 清华大学出版社清华大学出版社1.2 微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成l1.2.1 微型计算机的硬件系统微型计算机的硬件系统l1.2.2 微型计算机的软件系统微型计算机的软件系统1/6/202311现代微机原理及接口技术现代微机原理及接口技术 清华大学出版社清华大学出版社1.2.1 微型计算机的硬件系统微型计算机的硬件系统图1-1 微型计算机的基本结构 1/6/202312现代微机原理及接口技术现代微机原理及接口技术 清华大学出版社清华大学出版社1.2.2 微型计算机的软件系统微型计算机的软件系统l系统软件系统软件操作系统操作系统 程序设计语言程序设计语言编译和解释程序编译和

9、解释程序 监控管理程序、调试程序、故障检查和诊断程监控管理程序、调试程序、故障检查和诊断程序序 l应用软件应用软件数据库管理系统、办公自动化软件、图形图像数据库管理系统、办公自动化软件、图形图像处理软件等处理软件等1/6/202313现代微机原理及接口技术现代微机原理及接口技术 清华大学出版社清华大学出版社1.3 计算机中的数制及其编码计算机中的数制及其编码l对计算机而言，无论是控制信息还是数据对计算机而言，无论是控制信息还是数据信息，都采用信息，都采用“0”和和“1”两个基本符号两个基本符号（即基（即基2码）来编码表示，这是因为：码）来编码表示，这是因为：基基2码在物理上最容易实现。码在物理

10、上最容易实现。基基2码用来表示二进制数，其编码、加减运算码用来表示二进制数，其编码、加减运算规则简单。规则简单。基基2码的两个符号码的两个符号“1”和和“0”正好与逻辑数正好与逻辑数据据“真真”和和“假假”相对应，为计算机实现逻辑相对应，为计算机实现逻辑运算带来方便。运算带来方便。1/6/202314现代微机原理及接口技术现代微机原理及接口技术 清华大学出版社清华大学出版社1.3 计算机中的数制及其编码计算机中的数制及其编码l1.3.1 数与数制数与数制l1.3.2 不同数制之间的转换不同数制之间的转换l1.3.3 数值数据的编码及其运算数值数据的编码及其运算l1.3.4 非数值数据的二进制编

11、码非数值数据的二进制编码1/6/202315现代微机原理及接口技术现代微机原理及接口技术 清华大学出版社清华大学出版社1.3.1 数与数制数与数制计计数制数制基数基数数数码码进进位关系位关系表示方法表示方法十进制100、1、2、3、4、5、6、7、8、9逢10进1(65)10二进制20、1逢2进1(01000001)2八进制80、1、2、3、4、5、6、7逢8进1(101)8十六进制160、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F逢16进1(41)16二、十、六二、十、六进进制的基数、数制的基数、数码码、进进位关系和表示方法位关系和表示方法1/6/202316现代微机原理及接

12、口技术现代微机原理及接口技术 清华大学出版社清华大学出版社1.3.2 不同数制之间的转换不同数制之间的转换l其它进制数与十进制数之间的相互转换其它进制数与十进制数之间的相互转换二、八、十六进制二、八、十六进制十进制十进制用其各位所对应的数码，按照“位权展开求和”的方法就可以得到。1/6/202317现代微机原理及接口技术现代微机原理及接口技术 清华大学出版社清华大学出版社【课堂示例（一）课堂示例（一）】l【例例1-1】试将试将(1110.101)2、(637)8、(5DF.48)16分别转换为十进制。分别转换为十进制。解：按照按位权展开求和的方法，得解：按照按位权展开求和的方法，得(1110.

13、101)2=(123+122+121+020+12-1+02-2+12-3)10=(15.625)10(637)8=(682+381+780)10=(415)10(5DF.48)16=(5162+13161+15160+416-1+816-2)10=(1503.28125)101/6/202318现代微机原理及接口技术现代微机原理及接口技术 清华大学出版社清华大学出版社1.3.2 不同数制之间的转换不同数制之间的转换l其它进制数与十进制数之间的相互转换其它进制数与十进制数之间的相互转换十进制十进制其它进制数其它进制数十进制整数其它进制数，一般采用“基数除法”，又称为“除基取余法”，即将十进制整

14、数连续除以N进制的基数N，直至商等于0为止，然后逆序排列所得到的余数。十进制小数其它进制数，一般采用“基数乘法”，又称为“乘基取整法”，即将十进制小数连续乘以N进制的基数N，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。1/6/202319现代微机原理及接口技术现代微机原理及接口技术 清华大学出版社清华大学出版社【课堂示例（二）课堂示例（二）】l【例例1-2】试将十进制数试将十进制数65分别转换成二进制、八分别转换成二进制、八进制和十六进制数。进制和十六进制数。解：按照除基取余法，得解：按照除基取余法，得所以，所以，(65)10=(1000001)2，同理可得，同理可得，(65)1

15、0=(101)8，(65)10=(41)161/6/202320现代微机原理及接口技术现代微机原理及接口技术 清华大学出版社清华大学出版社【课堂示例（三）课堂示例（三）】l【例例1-3】试将十进制小数试将十进制小数0.375分别转换成二进分别转换成二进制、八进制和十六进制数。制、八进制和十六进制数。l解：按照乘基取整法，得解：按照乘基取整法，得所以，所以，(0.375)10=(0.011)2，同理可得，同理可得，(0.375)10=(0.3)8，(0.375)10=(0.6)16 1/6/202321现代微机原理及接口技术现代微机原理及接口技术 清华大学出版社清华大学出版社1.3.2 不同数制

16、之间的转换不同数制之间的转换l二进制数与八进制数之间的相互转换二进制数与八进制数之间的相互转换 由于由于1位八进制数的位八进制数的8个数码正好相应于个数码正好相应于3位二进制数的位二进制数的8种不同种不同组合，所以八进制及与二进制之间有如下简单的对应关系：组合，所以八进制及与二进制之间有如下简单的对应关系：由于这种对应关系，可以很方便地在八进制与二进制之间进行由于这种对应关系，可以很方便地在八进制与二进制之间进行数的转换。数的转换。八进制01234567二进制0000010100111001011101111/6/202322现代微机原理及接口技术现代微机原理及接口技术 清华大学出版社清华大学

17、出版社1.3.2 不同数制之间的转换不同数制之间的转换l二进制数与八进制数之间的相互转换二进制数与八进制数之间的相互转换二进制二进制八进制八进制以小数点为界，将二进制的整数部分从低位开始，小数部分从高位开始，每3位分为一组，头尾不足3位的补0，然后将每组的3位二进制数转换为1位八进制数。八进制八进制二进制二进制将每1位八进制数用3位二进制数表示即可 1/6/202323现代微机原理及接口技术现代微机原理及接口技术 清华大学出版社清华大学出版社【课堂示例（四）课堂示例（四）】l例如，将二进制数例如，将二进制数11101110.0101转换为八转换为八进制数：进制数：011 101 110.010

18、 1003 5 6 .2 4所以，所以，(11101110.0101)2=(356.24)8l例如，将八进制数例如，将八进制数251.36转换为二进制数：转换为二进制数：(251.36)8=(010 101 001.011 110)2=(10101001.01111)21/6/202324现代微机原理及接口技术现代微机原理及接口技术 清华大学出版社清华大学出版社1.3.2 不同数制之间的转换不同数制之间的转换l二进制数与十六进制数之间的相互转换二进制数与十六进制数之间的相互转换由由于于1位位十十六六进进制制数数的的16个个数数码码正正好好相相应应于于4位位二二进进制制数数的的16种种不不同同组

19、组合合，所所以以十十六六进进制制及及与与二二进进制制之之间间有有如如下下简简单单的的对对应应关关系：系：利利用用这这种种对对应应关关系系，可可以以很很方方便便地地在在十十六六进进制制与与二二进进制制之之间间进进行数的转换。行数的转换。十六进制01234567二进制00000001001000110100010101100111十六进制89ABCDEF二进制100010011010101111001101111011111/6/202325现代微机原理及接口技术现代微机原理及接口技术 清华大学出版社清华大学出版社【课堂示例（五）课堂示例（五）】l例如，将二进制数例如，将二进制数11101110.

20、0101转换为十转换为十六进制数：六进制数：1110 1110.0101E E .5所以，所以，(11101110.0101)2=(EE.5)16。l例如，将十六进制数例如，将十六进制数4FA.C6转换为二进制转换为二进制数：数：(4FA.C6)16=(0100 1111 1010.1100 0110)2=(10011111010.1100011)2 1/6/202326现代微机原理及接口技术现代微机原理及接口技术 清华大学出版社清华大学出版社1.3.3 数值数据的编码及其运算数值数据的编码及其运算l基本概念基本概念在计算机内部表示二进制数的方法称为数值编码，把一个数及在计算机内部表示二进制数

21、的方法称为数值编码，把一个数及其符号在机器中的表示加以数值化，这样的数称为机器数。机其符号在机器中的表示加以数值化，这样的数称为机器数。机器数所代表的数称为该机器数的真值。要完整地表示一个机器器数所代表的数称为该机器数的真值。要完整地表示一个机器数，应考虑数，应考虑3个因素：个因素：机器数的范围由计算机的CPU字长来决定。机器数的符号在算术运算中，数据是有正有负的，称之为带符号数。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。机器数中小数点的位置在机器数中，小数点的位置通常有两种约定，一种规定小数点的位置固定不变，这时的机器数称为“定

22、点数”；另一种规定小数点的位置可以浮动，这时的机器数称为“浮点数”。1/6/202327现代微机原理及接口技术现代微机原理及接口技术 清华大学出版社清华大学出版社1.3.3 数值数据的编码及其运算数值数据的编码及其运算l带符号数的原码、反码、补码表示带符号数的原码、反码、补码表示定义定义取值范围取值范围示例（机器字长为示例（机器字长为8位）位）原码符号和数值表示法，规定正数的符号位为0，负数的符号位为1-(2n-1-1)+(2n-1-1)，其中n为机器字长 X=+1011011 X原码=01011011Y=-1011011 Y原码=11011011反码正数的反码与其原码相同，负数的反码为其原码

23、除符号位外的各位按位取反 同原码X=+1011011 X反码=01011011Y=-1011011 Y反码=10100100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l-2n-1 +(2n-1-1)，其中n为机器字长 X=+1011011 X补码=01011011Y=-1011011 Y补码=10100101 1/6/202328现代微机原理及接口技术现代微机原理及接口技术 清华大学出版社清华大学出版社二二进进制数制数无符号数无符号数有符号数有符号数原原码码反反码码补码补码000000000+0+0+0000000011+1+1+101111111127+127+127+1271

24、0000000128-0-127-12811111110254-126-1-211111111255-127-0-18位二进制数原码、反码、补码的对应关系位二进制数原码、反码、补码的对应关系 1/6/202329现代微机原理及接口技术现代微机原理及接口技术 清华大学出版社清华大学出版社1.3.3 数值数据的编码及其运算数值数据的编码及其运算l补码运算和溢出判断补码运算和溢出判断引入补码概念，目的在于将加、减法运算简引入补码概念，目的在于将加、减法运算简化为单纯的加法运算。补码的运算规则是：化为单纯的加法运算。补码的运算规则是：X+Y补=X补+Y补X-Y补=X补+-Y补已知已知Y补补求求-Y补补

25、的方法是将的方法是将Y补各位按位补各位按位取反（包括符号位在内）后末位加取反（包括符号位在内）后末位加1。下面举。下面举例说明以上两个公式的正确性。例说明以上两个公式的正确性。1/6/202330现代微机原理及接口技术现代微机原理及接口技术 清华大学出版社清华大学出版社【课堂示例（六）课堂示例（六）】l【例例1-4】设设X1=+0001101，X2=-0001101，Y1=+0000110，Y2=-0000110，计算，计算X1+Y1、X1-Y1、X2+Y2、X2-Y2。解：解：X1补补=00001101，X2补补=11110011，Y1补补=00000110，Y2补补=111110101/6

26、/202331现代微机原理及接口技术现代微机原理及接口技术 清华大学出版社清华大学出版社1/6/202332现代微机原理及接口技术现代微机原理及接口技术 清华大学出版社清华大学出版社1.3.3 数值数据的编码及其运算数值数据的编码及其运算l补码运算和溢出判断补码运算和溢出判断计算机引入补码之后，带来了以下优点：计算机引入补码之后，带来了以下优点：补码表示的机器数其符号位和数值位能一起参加数值运算，符号位产生的进位丢掉不管，其结果是正确的，从而简化运算规则。使减法运算转化为加法运算，简化了运算器硬件电路的设计，加减法可由同一硬件电路进行处理。运用以上两个公式时，应注意以下两点：运用以上两个公式时

27、，应注意以下两点：公式成立有一定的前提条件，就是运算结果不能超出机器数所能表示的范围，否则运算结果不正确，按“溢出”处理。采用补码运算后，结果还是补码，欲得到运算结果的真值，还需要进行转换。1/6/202333现代微机原理及接口技术现代微机原理及接口技术 清华大学出版社清华大学出版社1.3.3 数值数据的编码及其运算数值数据的编码及其运算l定点数和浮点数的表示定点数和浮点数的表示定点数定点数定点数是指小数点位置固定不变的数，采用这种表示法的机器叫做定点计算机。如果数据采用整数表示，那么将小数点约定在最低位的右边，称之为定点整数；如果数据采用纯小数表示，那么将小数点约定在符号位之后，称之为定点小

28、数。1/6/202334现代微机原理及接口技术现代微机原理及接口技术 清华大学出版社清华大学出版社1.3.3 数值数据的编码及其运算数值数据的编码及其运算l定点数和浮点数的表示定点数和浮点数的表示浮点数浮点数如果要处理的数据既有整数部分又有小数部分，就可以采用浮点数表示。浮点数是小数点位置不固定的数，采用这种表示法的计算机叫做浮点计算机。浮点数表示的数值范围要比定点数大。浮点数表示法浮点数表示法 1/6/202335现代微机原理及接口技术现代微机原理及接口技术 清华大学出版社清华大学出版社1.3.4 非数值数据的二进制编码非数值数据的二进制编码l美国信息交换标准代码（美国信息交换标准代码（AS

29、CII码）码）ASCII（American Standard Code for Information-Interchange）码是美国信息交换标准）码是美国信息交换标准代码的简称，用于给西文字符编码，包括英文字母的代码的简称，用于给西文字符编码，包括英文字母的大小写、数字、专用字符、控制字符等。大小写、数字、专用字符、控制字符等。ASCII码对应IOS646标准，采用7位二进制数进行编码，可以表示128种字符，在计算机内部，一个ASCII码占用1个字节，通常最高位为“0”。在数据传输中，ASCII码的最高位用作奇偶校验位。扩展ASCII码：由于标准ASCII码字符数目有限，为此，国际标准化组

30、织又制定了ISO2022标准，它规定了在保持与ISO646兼容的前提下将ASCII字符集扩充为8位代码的统一方法。ISO陆续制定了一批适用于不同地区的扩充ASCII字符集，每种扩充ASCII字符集分别可以扩充128个字符。1/6/202336现代微机原理及接口技术现代微机原理及接口技术 清华大学出版社清华大学出版社1.3.4 非数值数据的二进制编码非数值数据的二进制编码l二二十进制编码十进制编码（BCD码）码）BCD（Binary-Coded Decimal）码就是专门解）码就是专门解决用二进制数表示十进制决用二进制数表示十进制数的问题。数的问题。BCD码又称为码又称为“二二十进制编码十进制编

31、码”，最常用的是最常用的是8421-BCD编编码，其方法是采用码，其方法是采用4位二位二进制数来表示进制数来表示1位十进制位十进制数，自左向右每个二进制数，自左向右每个二进制位对应的位权依次是位对应的位权依次是8、4、2、1。十十进进制数制数8421-BCD编码编码十十进进制数制数8421-BCD编码编码000008100010001910012001010101030011111011401001211005010113110160110141110701111511118421-BCD编码表编码表 1/6/202337现代微机原理及接口技术现代微机原理及接口技术 清华大学出版社清华大学出版

32、社1.3.4 非数值数据的二进制编码非数值数据的二进制编码l二二十进制编码（十进制编码（BCD码）码）由于由于4位二进制数有位二进制数有00001111共共16种状态，种状态，而十进制数而十进制数09只取只取00001001的的10种状态，种状态，其余其余6种状态闲置不用。一般情况下，种状态闲置不用。一般情况下，BCD码码有两种表示形式。有两种表示形式。压缩BCD码。压缩BCD码的每一位数采用4位二进制数来表示，即一个字节表两位十进制数。非压缩BCD码。非压缩BCD码的每一位数采用8位二进制数来表示，即一个字节表示1位十进制数，而且只用每个字节的低4位来表示09，高4位为0。1/6/20233

33、8现代微机原理及接口技术现代微机原理及接口技术 清华大学出版社清华大学出版社1.3.4 非数值数据的二进制编码非数值数据的二进制编码l汉字编码汉字编码汉字输入码汉字输入码用于外部输入汉字，也称为外码。它位于人机界面上，面向用户，其编码原则是简单易记、操作方便、有利于提高输入速度。目前使用较多的有顺序码、音码、形码、音形码等。汉字机内码汉字机内码是汉字处理系统内部存储、处理汉字而使用的编码，简称内码。内码与国家标推GB2312-80汉字字符集有简明的一一对应关系。汉字交换码汉字交换码是汉字信息处理系统之间或通信系统之间传输信息时，对每个汉字所规定的统一编码。我国已指定了汉字交换码的国家标准信息交

34、换用汉字编码基本字符集，代号GB2312-80，又称“国标码”。1/6/202339现代微机原理及接口技术现代微机原理及接口技术 清华大学出版社清华大学出版社小结小结l 通过本章的学习，要了解微型计算机的发展历史通过本章的学习，要了解微型计算机的发展历史和应用场合，关注当前微型计算机的发展动向，和应用场合，关注当前微型计算机的发展动向，尤其是微处理器芯片的更新换代，以及相关软件尤其是微处理器芯片的更新换代，以及相关软件的应用。要熟悉微型计算机系统组成，理解微型的应用。要熟悉微型计算机系统组成，理解微型计算机硬件和软件各主要模块的功能和在系统中计算机硬件和软件各主要模块的功能和在系统中所处的地位；要掌握计算机内部的信息处理方法所处的地位；要掌握计算机内部的信息处理方法和特点，熟悉各类数制之间的相互转换，理解无和特点，熟悉各类数制之间的相互转换，理解无符号数和带符号数的表示方法，掌握字符的符号数和带符号数的表示方法，掌握字符的ASCII码、码、BCD码、汉字编码和应用。码、汉字编码和应用。1/6/202340