微机原理与接口技术
（基于 16位机）
作 者
周佩玲 彭 虎 傅忠谦
中国科学技术大学
第一章 计算机基本知识
? 绪论
?计算机的发展概况
?微型计算机中信息的表示及运算基础
?几种进位制数之间的相互转换
1·1 绪 论
1946年世界上第一台电子计算机由美国宾夕法尼
亚大学研制成功。尽管它重达 30吨，占地 170平方米，
耗电 140千瓦，用了 18800多个电子管，每秒钟仅能做
5000次加法,
这台计算机有五个基本部件：输入器、输出器、
运算器、存储器和控制器，奠定了当代电子数字计算
机体系结构的基础。
1·2 计算机的发展概况
? 一、计算机的发展概况
第一代：电子管计算机时代（ 1947~1957）
第二代：晶体管计算机时代（ 1958~1964）
第三代：集成电路计算机时代（ 1964～ 1972）
第四代：超大规模集成电路（ VLSI）计算机时代
（ 1972年 ~ ）。
第五代：智能计算机（ 1981年 ~ ）。
? 二、微处理器及微型计算机的发展概况
第一代微处理器 是以 Intel公司 1971年推出的 4004,4040为代
表的四位微处理机。
第二代微处理机 （ 1973年 ~1977年），典型代表有,Intel 公
司的 8080,8085； Motorola公司的 M6800以及 Zlog公司的 Z80。
第三代微处理机 第三代微机是以 16位机为代表，基本上是在
第二代微机的基础上发展起来的。其中 Intel公司的 8088。
8086是在 8085的基础发展起来的； M68000是 Motorola公司在
M6800 的基础发展起来的；
第四代微处理机 以 Intel公司 1984年 10月推出的 80386CPU和
1989年 4月推出的 80486CPU为代表，
第五代微处理机 的发展更加迅猛,1993年 3月被命名为
PENTIUM的微处理机面世,98年 PENTIUM 2又被推向市场。
? 三、计算机编程语言的发展概况
机器语言 机器语言就是 0,1 码语言, 是 Von
Neumann机唯一能理解并直接执行的语言 。
汇编语言 用一些助记符号代替用 0,1码描述的某种
机器的指令系统, 汇编语言就是在此基础上完善起
来的 。
高级语言 BASIC,PASCAL,C语言等等 。 用高级语
言编写的程序称源程序, 它们必须通过编译或解释,
连接等步骤才能被计算机处理 。
面向对象语言 C++,Java等编程语言是面向对象的语
言 。
基于规则的智能化语言 Visual C++,Visual Basic,等
语言
1·3 微型计算机中信息的表示
及运算基础
? 一、二进制数的表示与运算
? 1,二进制数的表示
二进制数仅有两个计数符号,0,1。
11010010=1× +1× 2+0× 2+1× 2+0× 2
+0× 2+1× 2+0× 2
? 2、二进制数的运算
?（ 1）、算术运算
加法规则：“逢 2进 1”
减法规则：“借 1当 2”
乘法规则：“逢 0出 0，全 1出 1”
?（ 2）、逻辑运算
逻辑非（ NOT）运算：
0— 1,1— 0
逻辑与（ AND）运算
0 AND 0=0 0 AND 1=0
1 AND 0=0 1 AND 1=0
逻辑或（ OR）运算
0 OR 0=0 0 OR 1=1
1 OR 0=1 1 OR 1=1
逻辑异或（ XOR）运算，又称“模 2和”
运算
0 XOR 0=0 0 XOR 1=1
1 XOR 0=1 1 XOR 1=1
? 二,二 — 十进制（ BCD）数的表示
与运算
? 1、二 — 十进制数的表示
0 0000 5 0101
1 0001 6 0110
2 0010 7 0111
3 0011 8 1000
4 0100 9 1001
?2、二 — 十进制数的加、减运算
BCD数的运算规则 循十进制数的运
算规则“逢 10进 1”。但计算机在进行
这种运算时会出现潜在的错误。为了
解决 BCD数的运算问题，采取调整运
算结果的措施。
例：
10001000(BCD)+01101001(BCD)=000101010111(BCD)
1 0 0 0 1 0 0 0
＋ 0 1 1 0 1 0 0 1
1 1 1 1 0 0 0 1
＋ 0 1 1 0 0 1 1 0 …… 调整
1 0 1 0 1 0 1 1 1
进位
例：
10001000(BCD)－ 01101001(BCD)= 00011001(BCD)
1 0 0 0 1 0 0 0
－ 0 1 1 0 1 0 0 1
0 0 0 1 1 1 1 1
－ 0 1 1 0 …… 调整
0 0 0 1 1 0 0 1
?三、十六进制数的表示与运算
?1、十六进制数的表示
十进制（ D） 二进制（ B） 二 — 十进制（ BCD） 十六进制（ H）
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
1 0 0 0 1 0 0 0 1 1
2 0 0 1 0 0 0 1 0 2
3 0 0 1 1 0 0 1 1 3
4 0 1 0 0 0 1 0 0 4
5 0 1 0 1 0 1 0 1 5
6 0 1 1 0 0 1 1 0 6
7 0 1 1 1 0 1 1 1 7
8 1 0 0 0 1 0 0 0 8
9 1 0 0 1 1 0 0 1 9
10 1 0 1 0 × A
11 1 0 1 1 × B
12 1 1 0 0 × C
13 1 1 0 1 × D
14 1 1 1 0 × E
15 1 1 1 1 × F
?2、十六进制数的加、减运算
加法运算：“逢 16进 1”。
减法运算：“借 1当 16”
?四,带符号二进制数的表示与运算
?1、原码表示
正号“＋”和负号,—,在计算机中只能用 0和 1表
示，
我们用 0表示“＋”号，用 1表示“－”号，并且
符号放
在最高有效位。
一个 8位的二进制表示一个带符号数，最高有效位
D7位为符号位。
如,＋ 1表示为,0 0 0 0 0 0 0 1 B
＋ 127表示为,0 1 1 1 1 1 1 1 B
－ 1表示为,1 0 0 0 0 0 0 1 B
－ 127表示为,1 1 1 1 1 1 1 1 B
?2、补码表示法：
对 1个正的二进制数的每位求反再加 1，
即可得在机器中表示的该数的负数，称 2
的补码表示法。在这种编码方式中，正数
的补码就是该正数。以 8位二进制为例，
求一负数的补码。
例：＋ 1 0 0 0 0 0 0 0 1
每位求反 1 1 1 1 1 1 1 0
加 1 ＋ 1
－ 1 1 1 1 1 1 1 1 1
表 1— 2 带符号数 2的补码值表（ 8位）
十进制 十六进制（ H） 2的补码值（ B）
＋ 127 7 F 0 1 1 1 1 1 1 1
＋ 100 6 4 0 1 1 0 0 1 0 0
＋ 3 3 0 0 0 0 0 0 1 1
＋ 2 2 0 0 0 0 0 0 1 0
＋ 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
－ 1 F F 1 1 1 1 1 1 1 1
－ 2 F E 1 1 1 1 1 1 1 0
－ 100 9 C 1 0 0 1 1 1 0 0
－ 128 8 0 1 0 0 0 0 0 0 0
?3、带符号数的运算
带符号数在计算机中用其补码表
示后，其运算方法与二进制运算相
同，但也会出现其 特有的问题。请
看教材上的例题。
?4、带符号数的符号扩展表示
对无符号数扩展，仅在其数据之
前加上若干位 0即可；而带符号数的
扩展实际是在高位补符号位。
如：
＋ 5的 16位表示 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1
－ 5的 16位表示 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1
?五,实型数的表示
一般 8位和 16位的微处理机都是基于定
点运算，不具备通用计算机那样复杂的数
值运算指令，浮点和长整数的运算要用软
件处理，因而速度慢。 80380,80486等
CPU中配置了专门用于处理浮点运算的
部件。浮点部件所处理的实型数（又称浮
点数）。
形式是,(-1)S2E(b0b1b2...bp-1)。
其中 S是符号位,0为正,1为负； E为指数（称
阶码），是一个二进制整数； bi为二进制有效数
字位（称尾数）,p为精度位数。
?六、字符的编码表示
?1,ASCII 码表示
所谓 ASCII码（ American Standard Code
for Information Interchange），即美国标
准信息交换码。它将数字 0－ 9，字母 A-Z
和 a-z以及一些运算符号等按标准进行二
进制编码。
请看教材的表格。
?2、汉字编码表示
为了能在不同的汉字系统之间互相通
信、共享汉字信息。我国制定并推行一种
汉字编码，称 GB2312— 80国家标准信息
交换用汉字编码字符集（基本集），简称
国标码。在国标码中，每个国形字符都规
定了二进制表示的编码，一个汉字用二个
字节编码，每个字节用 7位二进制，高位
置为 0。国标码在计算机中容易与 ASCII混
淆，在中西文兼用时无法使用。在若将国
标码每个字节的高位置 1，作为标示符，
则可与 ASCII码区分。这种汉字编码又称
内部码。
? 1,4 几种进位制数之间的相互转换
? 一,十进制整数到任意进制整数的转换
?1,十进制整数转换成其他进制整数
除 R取余 R为基数
?2,十进制小数转换成其他进制小数
乘 R取整 R为基数
?二,任意进制整数到十进制整数
之间的转换
按权展开，先乘后加
? 三,二进制数和十六进制数之间的
相互转换
1,二进制数转换成十六进制数方法：
将二进制数从右边开始每 4位可分为 1
个十六进制数，左边不够 4位则用 0补充。
2,十六进制整数转换成二进制数方法：
将每位十六进制数用 4个二进制位表示
即可。
?四、带符号二进制数到十进制整数
之间的转换
如果符号位为 0，则该数为正数，
它可按位权展开；反之，符号位为 1，
它不能按正常位权那样展开。所以，
对带符号二进制负数除符号位外，
对二进制数求反加 1后，再按位权展
开并添上符号，才能将负的二进制
数转换成十进制数。
（基于 16位机）
作 者
周佩玲 彭 虎 傅忠谦
中国科学技术大学
第一章 计算机基本知识
? 绪论
?计算机的发展概况
?微型计算机中信息的表示及运算基础
?几种进位制数之间的相互转换
1·1 绪 论
1946年世界上第一台电子计算机由美国宾夕法尼
亚大学研制成功。尽管它重达 30吨，占地 170平方米，
耗电 140千瓦，用了 18800多个电子管，每秒钟仅能做
5000次加法,
这台计算机有五个基本部件：输入器、输出器、
运算器、存储器和控制器，奠定了当代电子数字计算
机体系结构的基础。
1·2 计算机的发展概况
? 一、计算机的发展概况
第一代：电子管计算机时代（ 1947~1957）
第二代：晶体管计算机时代（ 1958~1964）
第三代：集成电路计算机时代（ 1964～ 1972）
第四代：超大规模集成电路（ VLSI）计算机时代
（ 1972年 ~ ）。
第五代：智能计算机（ 1981年 ~ ）。
? 二、微处理器及微型计算机的发展概况
第一代微处理器 是以 Intel公司 1971年推出的 4004,4040为代
表的四位微处理机。
第二代微处理机 （ 1973年 ~1977年），典型代表有,Intel 公
司的 8080,8085； Motorola公司的 M6800以及 Zlog公司的 Z80。
第三代微处理机 第三代微机是以 16位机为代表，基本上是在
第二代微机的基础上发展起来的。其中 Intel公司的 8088。
8086是在 8085的基础发展起来的； M68000是 Motorola公司在
M6800 的基础发展起来的；
第四代微处理机 以 Intel公司 1984年 10月推出的 80386CPU和
1989年 4月推出的 80486CPU为代表，
第五代微处理机 的发展更加迅猛,1993年 3月被命名为
PENTIUM的微处理机面世,98年 PENTIUM 2又被推向市场。
? 三、计算机编程语言的发展概况
机器语言 机器语言就是 0,1 码语言, 是 Von
Neumann机唯一能理解并直接执行的语言 。
汇编语言 用一些助记符号代替用 0,1码描述的某种
机器的指令系统, 汇编语言就是在此基础上完善起
来的 。
高级语言 BASIC,PASCAL,C语言等等 。 用高级语
言编写的程序称源程序, 它们必须通过编译或解释,
连接等步骤才能被计算机处理 。
面向对象语言 C++,Java等编程语言是面向对象的语
言 。
基于规则的智能化语言 Visual C++,Visual Basic,等
语言
1·3 微型计算机中信息的表示
及运算基础
? 一、二进制数的表示与运算
? 1,二进制数的表示
二进制数仅有两个计数符号,0,1。
11010010=1× +1× 2+0× 2+1× 2+0× 2
+0× 2+1× 2+0× 2
? 2、二进制数的运算
?（ 1）、算术运算
加法规则：“逢 2进 1”
减法规则：“借 1当 2”
乘法规则：“逢 0出 0，全 1出 1”
?（ 2）、逻辑运算
逻辑非（ NOT）运算：
0— 1,1— 0
逻辑与（ AND）运算
0 AND 0=0 0 AND 1=0
1 AND 0=0 1 AND 1=0
逻辑或（ OR）运算
0 OR 0=0 0 OR 1=1
1 OR 0=1 1 OR 1=1
逻辑异或（ XOR）运算，又称“模 2和”
运算
0 XOR 0=0 0 XOR 1=1
1 XOR 0=1 1 XOR 1=1
? 二,二 — 十进制（ BCD）数的表示
与运算
? 1、二 — 十进制数的表示
0 0000 5 0101
1 0001 6 0110
2 0010 7 0111
3 0011 8 1000
4 0100 9 1001
?2、二 — 十进制数的加、减运算
BCD数的运算规则 循十进制数的运
算规则“逢 10进 1”。但计算机在进行
这种运算时会出现潜在的错误。为了
解决 BCD数的运算问题，采取调整运
算结果的措施。
例：
10001000(BCD)+01101001(BCD)=000101010111(BCD)
1 0 0 0 1 0 0 0
＋ 0 1 1 0 1 0 0 1
1 1 1 1 0 0 0 1
＋ 0 1 1 0 0 1 1 0 …… 调整
1 0 1 0 1 0 1 1 1
进位
例：
10001000(BCD)－ 01101001(BCD)= 00011001(BCD)
1 0 0 0 1 0 0 0
－ 0 1 1 0 1 0 0 1
0 0 0 1 1 1 1 1
－ 0 1 1 0 …… 调整
0 0 0 1 1 0 0 1
?三、十六进制数的表示与运算
?1、十六进制数的表示
十进制（ D） 二进制（ B） 二 — 十进制（ BCD） 十六进制（ H）
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
1 0 0 0 1 0 0 0 1 1
2 0 0 1 0 0 0 1 0 2
3 0 0 1 1 0 0 1 1 3
4 0 1 0 0 0 1 0 0 4
5 0 1 0 1 0 1 0 1 5
6 0 1 1 0 0 1 1 0 6
7 0 1 1 1 0 1 1 1 7
8 1 0 0 0 1 0 0 0 8
9 1 0 0 1 1 0 0 1 9
10 1 0 1 0 × A
11 1 0 1 1 × B
12 1 1 0 0 × C
13 1 1 0 1 × D
14 1 1 1 0 × E
15 1 1 1 1 × F
?2、十六进制数的加、减运算
加法运算：“逢 16进 1”。
减法运算：“借 1当 16”
?四,带符号二进制数的表示与运算
?1、原码表示
正号“＋”和负号,—,在计算机中只能用 0和 1表
示，
我们用 0表示“＋”号，用 1表示“－”号，并且
符号放
在最高有效位。
一个 8位的二进制表示一个带符号数，最高有效位
D7位为符号位。
如,＋ 1表示为,0 0 0 0 0 0 0 1 B
＋ 127表示为,0 1 1 1 1 1 1 1 B
－ 1表示为,1 0 0 0 0 0 0 1 B
－ 127表示为,1 1 1 1 1 1 1 1 B
?2、补码表示法：
对 1个正的二进制数的每位求反再加 1，
即可得在机器中表示的该数的负数，称 2
的补码表示法。在这种编码方式中，正数
的补码就是该正数。以 8位二进制为例，
求一负数的补码。
例：＋ 1 0 0 0 0 0 0 0 1
每位求反 1 1 1 1 1 1 1 0
加 1 ＋ 1
－ 1 1 1 1 1 1 1 1 1
表 1— 2 带符号数 2的补码值表（ 8位）
十进制 十六进制（ H） 2的补码值（ B）
＋ 127 7 F 0 1 1 1 1 1 1 1
＋ 100 6 4 0 1 1 0 0 1 0 0
＋ 3 3 0 0 0 0 0 0 1 1
＋ 2 2 0 0 0 0 0 0 1 0
＋ 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
－ 1 F F 1 1 1 1 1 1 1 1
－ 2 F E 1 1 1 1 1 1 1 0
－ 100 9 C 1 0 0 1 1 1 0 0
－ 128 8 0 1 0 0 0 0 0 0 0
?3、带符号数的运算
带符号数在计算机中用其补码表
示后，其运算方法与二进制运算相
同，但也会出现其 特有的问题。请
看教材上的例题。
?4、带符号数的符号扩展表示
对无符号数扩展，仅在其数据之
前加上若干位 0即可；而带符号数的
扩展实际是在高位补符号位。
如：
＋ 5的 16位表示 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1
－ 5的 16位表示 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1
?五,实型数的表示
一般 8位和 16位的微处理机都是基于定
点运算，不具备通用计算机那样复杂的数
值运算指令，浮点和长整数的运算要用软
件处理，因而速度慢。 80380,80486等
CPU中配置了专门用于处理浮点运算的
部件。浮点部件所处理的实型数（又称浮
点数）。
形式是,(-1)S2E(b0b1b2...bp-1)。
其中 S是符号位,0为正,1为负； E为指数（称
阶码），是一个二进制整数； bi为二进制有效数
字位（称尾数）,p为精度位数。
?六、字符的编码表示
?1,ASCII 码表示
所谓 ASCII码（ American Standard Code
for Information Interchange），即美国标
准信息交换码。它将数字 0－ 9，字母 A-Z
和 a-z以及一些运算符号等按标准进行二
进制编码。
请看教材的表格。
?2、汉字编码表示
为了能在不同的汉字系统之间互相通
信、共享汉字信息。我国制定并推行一种
汉字编码，称 GB2312— 80国家标准信息
交换用汉字编码字符集（基本集），简称
国标码。在国标码中，每个国形字符都规
定了二进制表示的编码，一个汉字用二个
字节编码，每个字节用 7位二进制，高位
置为 0。国标码在计算机中容易与 ASCII混
淆，在中西文兼用时无法使用。在若将国
标码每个字节的高位置 1，作为标示符，
则可与 ASCII码区分。这种汉字编码又称
内部码。
? 1,4 几种进位制数之间的相互转换
? 一,十进制整数到任意进制整数的转换
?1,十进制整数转换成其他进制整数
除 R取余 R为基数
?2,十进制小数转换成其他进制小数
乘 R取整 R为基数
?二,任意进制整数到十进制整数
之间的转换
按权展开，先乘后加
? 三,二进制数和十六进制数之间的
相互转换
1,二进制数转换成十六进制数方法：
将二进制数从右边开始每 4位可分为 1
个十六进制数，左边不够 4位则用 0补充。
2,十六进制整数转换成二进制数方法：
将每位十六进制数用 4个二进制位表示
即可。
?四、带符号二进制数到十进制整数
之间的转换
如果符号位为 0，则该数为正数，
它可按位权展开；反之，符号位为 1，
它不能按正常位权那样展开。所以，
对带符号二进制负数除符号位外，
对二进制数求反加 1后，再按位权展
开并添上符号，才能将负的二进制
数转换成十进制数。
