微机原理

十六进制转换为二进制数
例：39F.E1AH = ?B
3 9 F .E 1 A
↓↓↓ ↓↓↓
001110011111 . 111000011010
39F.E1AH = 0011 1001 1111.1110 0001 1010B = 11 1001 1111.1110 0001 101B
三、 计算机中的数及编码
1972年，8位微处理器(低档)，典型产品是Intel8008；
时钟频率0.5～0.8MHz，其集成度是30000个晶体管/片。 主要采用机器语言和简单的汇编语言，是低档微处理器。
②1974年，中高档8位微处理器，典型产品是 Intel8080/8085、MC6800、Z80；
时钟频率2～8MHz，其集成度是9000晶体 管/片。采用汇编语言及高级语言。
二、 数制及转换
1、数制 2、各种数制的相互转换
1、数制
（1）十进制数 （2）二进制数 （3）十六进制数
（1）十进制数（Decimal)
①具有10个数字符号（系数）0 ， 1 ， 2 ， ···， 9； ②由低位向高位进位是按“逢10进1”的规则进行的； ③基数为10，第i位的权为10i。
其中 i=n，n-1，···，2，1，0，-1，-2，···
例：(6543.21)10 =6543.21D =6×103 + 5×102 + 4×101 + 3×100 + 2×10-1
+1×10-2
（2）二进制数(Binary)
①具有2个数字符号0，1； ②由低位向高位进位是按“逢2进1”的规则进行的； ③基数为2，第i位的权为2i。
其中 i=n，n-1，···，2，1，0，-1，-2，··· 例：(1010.101)2
=1010.101B =1×23+0 ×22 + 1×21 + 0×20 + 1×2-1 + 0×22 + 1×2-3
（3）十六进制数(Hexadecimal)
1、具有16个数字符号0 ， 1 ， 2 ， ···， 9 ， A ， B ， C ， D ， E ， F；
2、由低位向高位进位是按“逢16进1”的规则进行的； 3、基数为16，第i位的权为 16i。
其中 i=n，n-1，···，2，1，0，-1，-2，···
例：(19BF.ABE)16 =19BF.ABEH = 1×163+ 9× 162+ 11×161+ 15×160+ 10×16-
1+ 11×16-2+ 14×16-3
2、各种数制的相互转换
（1）二进制、十六进制转换为十进制 （2）十进制转换为二进制 （3）二进制转换为十六进制
例：有两个数： N1=＋1101001
N2=－1101001
真值(也可用十进制数表示）
在计算机中的表示形式：
N1：01101001 N2：11101001
机器数
2、带符号数、无符号数
（1）带符号数
用0表示正数，用1表示负数，这种表示数的方 法，称为带符号数的表示方法，所表示的数称为带 符号数。
带符号数的表示形式：
时钟频率16～33MHz, 集成度为27.5万个晶体 管/片。
⑤1993年以来，64位微处理器，Pentium Pro （高能奔腾）， Pentium Ⅳ；
时钟频率达150~1000MHz, 其集成度为2100 万个晶体管/片。
2、微型计算机 （Microcomputer）— C
微型计算机是指以微处理器为基础， 配以内存(内存储器）和输入/输出接口电 路。（裸机）
8位全部用来表示数值大小
3、原码、反码及补码
（1）原码 （2）反码 （3）补码
（1）原码
定义：一个数的原码就是该数的机器数。
①对正数
X=+X6X5X4X3X2X1X0 （Xi = 0 或 1） 则：[X]原码= 0X6X5X4X3X2X1X0 ②对负数
X=－X6X5X4X3X2X1X0 （Xi = 0 或 1） 则：[X]原= 1X6X5X4X3X2X1X0
1、机器数与真值 2、带符号数、无符号数 3、原码、补码及反码 4、真值与补码之间的转换 5、补码的运算 6、二进制编码 7、 微机中数的表示
1、机器数与真值
（1）在计算机中数是用二进制数来表示的。
（高电平代表“1”，低电平代表“0”)
（2）数的符号在计算机中也是用二进制数表 示的。
“＋”用“0”表示， “－”用“1”表示。
4．输入输出接口电路
输入/输出接口电路也称为I/O（Input /Output ） 电 路 ， 即 通 常 所 说 的 适 配 器 、 适配卡或接口卡。它是微型计算机外部设 备交换信息的桥梁。
3、微型计算机系统 (Microcomputer System) —CS
微型计算机系统是指由微型计算机配以 相应的外部设备（如打印机、显示器、键盘， 硬盘、光盘等）、电源和相关的软件。
① ＋22
②－22
00010110
1 001 0 1 1 0
符
数值部分
号
位
符
数值部分
号
位
2、带符号数、无符号数
（2）无符号数
如果把全部有效位都用来表示数的大小， 即没有符号位，这种方法表示的数，叫无符 号数。
无符号数表示形式：
① 22
②150
00 010110
1 00 1 0 1 1 0
8位全部用来表示数值大小
（2）反码
定义：正数的反码就等于它的原码； 负数的反码就是它的原码除符号位
外，各位取反。
①对正数 X=+X6X5X4X3X2X1X0 （Xi = 0 或 1） 反码 [X]反码= 0X6X5X4X3X2X1X0
②对负数 X=－X6X5X4X3X2X1X0 （Xi = 0 或 1） 反码 [X]反码= 1X6X5X4X3X2X1X0
CPU通过三种总线连接存储器和I/O接口， 构成了微型计算机。
数据总线DB（Data Bus）：用于CPU与主 存储器、CPU与I/O接口之间传送数据。
地址总线AB（Address Bus）：用于CPU 访问主存储器和外部设备时，传送相关的地址。
控制总线CB（Control Bus）：用于传送 CPU对主存储器和外部设备的控制信号。
RAM，也可随时从RAM中读出信息。
另一种是只读存储器ROM（Read Only M emory），CPU只能从ROM中读出预先写 入的信息。
（2）存储器均按字节（8位）编址。
3、系统总线
总线（BUS）包括地址总线、数据总线和控 制总线三种。所谓总线，它将多个功能部件连 接起来，并提供传送信息的公共通道，能为多 个功能部件分时共享，总线上能同时传送二进 制信息的位数称为总线的宽度。
6H
1110B
EH
0111B
7H
1111B
FH
二进制转换为十六进制数
例：1110110101100.10101B = ?H
1110110101100.10101
0001110110101100.10101000 ↓ ↓ ↓↓ ↓ ↓ 1 D A C. A 8
1110110101100.10101B = 1DAC.A8H
（2）反码
例：X1=＋100 1001 则：
[X1]原 = 0100 1001 [X1]反 = 0100 1001
X2=－100 1001
[X2]原 = 1100 1001 [X2]反 = 1011 0110
（3）补码
四位二进制数正好等于一位十六进制数
四位二进制与一位十六进制数的对应关系
四位二进制数 一位十六进制数 四位二进制数 一位十六进制数
0000B
0H
1000B
8H
0001B
1H
1001B
9H
0010B
2H
1010B
AH
0011B
3H
1011B
BH
0100B
4H
1100B
CH
0101B
5H
1101B
DH
0110B
③1978年，16位微处理器，典型产品是 Intel8086/8088，MC68000，Z8000；1982 年， Intel80286 。
时钟频率5～16MHz，集成度为29000个晶体 管/片。
④1985， 32位微处理器，典型产品 Intel80386, Intel80486，Z80000， MC68020；
一般指的是由一片或几片大规模集成电路芯 片组成的中央处理部件。
（Central Processing Unit，俗称 CPU ） (1)基本组成：算术逻辑单元、控制器、寄存器组 (2)发展简况
微处理器发展简况
由上个世纪70年代发展至今，经历了五代，它的划分是 以其数据总线的宽度为标志的。
① 1971年，4位微处理器，典型产品是Intel4004；
整数
高
0.625×2 = 1.25 … 1
0.25 ×2 = 0.5 … 0
0.5 ×2 = 1.0 … 1
低
所以我们可以得到：
0.625D = 0.101B
（3）二进制与十六进制之间的转换
0001 1111 B
1 ( 1×20=1) 2 ( 1×21=2) 4( 1×22=4) 8 ( 1×23=8) 16 ( 1×24=16)
（1）二进制、十六进制转换为十进制
按权展开求和。 如：①10101.101B = 1 ×24 + 1×22 + 1×20 + 1×2-1 + 1×2-3 = 16 + 4 + 1 + 0.5 + 0.125 =21.625D ② 19B.ABH = 1×162+ 9× 161+ 11×160+ 10×16-1+ 11×16-2 = 256 +144 +11 + 0.625 +0.04296875 =411.66796875D
（2）十进制转换为二进制
① 整数部分 ② 小数部分
①整数部分——除2取余法
例：19D = ?B 余数
低
19÷2 =9 … 1
9÷2 =4 … 1
4÷2 = 2 … 0
2÷2 =1 … 0
1÷2 = 0 … 1
高
所以，我们可以得到：
19D = 10011B
②小数部分——乘2取整法
例：0 .625D = ?B
③ 个人计算机——这是一种通用的微型计算机 系统，广泛用于办公室和家庭、个人使用。个人计算 机在商业、家庭、科学、工业和教学领域都得到广泛 的应用。
软件的配置
软件和硬件是计算机系统中两大资源。 软件配置直接影响计算机系统的使用和性 能的发挥。必须配置的软件： 1、系统软件（操作系统、诊断程序、编译程 序等）； 2、程序设计语言（机器语言、汇编语言，高 级语言）； 3、应用软件（软件包、数据库）。
微处理器是微型计算机的核心，它的性能决定了整个微型机
的各项关键指标。
工作原理下章介绍。
2．存储器(用于存放程序与数据的半导体器件)
（1）按读写方式可分为两种：
一种是随机存取存储器RAM（Random A ccess Memory），RAM又分为静态存储器 SRAM和动态存储器DRAM，在PC机中，前 者用作高速缓存，后者用作内存条。可随时 将信息写入
微型计算机 C
微处理器 P
内存储器 输入/输出接口 系统总线
典型的微机硬件系统，CPU通过三 组总线将内存储器、I/O接口连接起来。
微型计算机的组成图：
微
处
理
内存
器
CPU来自百度文库
I/O接口
数据总线
I/O设备 地址总线 控制总线
各组成模块及其功能：
1．微处理器
微处理器CPU（Control Processing Unit）是微型 计算机的核心部件。采用大规模和超大规模集成电路 技术将算术逻辑部件ALU（Arithmetic Logic Unit）、 控制部件CU（Control Unit）和寄存器组R （Registers）三个基本部分以及内部总线集成在一 块半导体芯片上构成的电子器件。又称为“中央处理 单元”（Central Processor Unit），简称CPU。
（1）微处理器、微型计算机和微型计算机系 统的关系（图1-1）
（2）微型计算机系统类型
微型计算机系统类型
① 单片机——又称“微控制器 （Microcontroller）”和“嵌入式计算机”。它是把 构成微型计算机的所有部件集成在一块芯片上。其体 积小，功耗低，在智能化仪表及控制领域应用极广；
② 单板机——这是将构成微型计算机的一些功 能部件安装在一块印刷电路板上。用于生产过程的实 时控制和教学实验平台；
《微机原理及应用》
主讲教师 李国利
第一章 微型计算机的基础知识
主要介绍微型计算机的发展，基本 组成原理以及运算基础。
一、微型计算机系统的概论 二、数制及转换 三、计算机中的数及编码 四、计算机中数的运算方法
一、微型计算机系统的概论
1、微处理器 2、微型计算机 3、微型计算机系统
1、微处理器（Microprocessor）—P (MPC)