1 微型計算機基礎(chǔ)概論

1、1,微機原理與接口技術(shù),大家好！,上課教師：劉玉淑所在學院：電氣學院電子系電子信箱：lysh_qlu@163.com,,課堂要求,必須到課。以隨機抽點方式考勤，3次以上不到者取消期末考試資格。作業(yè)必須按時、認真、獨立完成。缺作業(yè)3次以上者取消期末考試資格。實驗為4次，任缺一次者取消考試資格。期末總成績 = 期末卷面成績*70% + 平時成績(20%) + 實驗成績(10%)；其中平時成績包括考勤、作業(yè)、課堂表現(xiàn)，實驗成績包括實

2、驗報告及實驗操作等。,,,第一章 微型計算機基礎(chǔ)概論第二章 微處理器與總線第三章 8086/8088指令系統(tǒng)第四章 匯編語言 程序設計第五章 存儲器系統(tǒng)第六章 輸入/輸出和中斷技術(shù)第七章 常用數(shù)字接口電路,理論學時：40,,實驗學時：8,匯編程序、鏈接程序、編輯程序及調(diào)試程序的基本使用方法分支程序設計循環(huán)程序設計簡單子程序的編寫與調(diào)試,,6,課程目標,掌握：微型計算機的基本工作原理匯編語言程序設計方法微型計算機接

3、口技術(shù)建立微型計算機系統(tǒng)的整體概念，形成微機系統(tǒng)軟硬件開發(fā)的初步能力,7,教材及實驗指導書,教材：《微機原理與接口技術(shù)》（第3版）. 馮博琴，吳寧主編. 清華大學出版社實驗指導書《微機原理與接口技術(shù)實驗指導書》（講義） 陳文革，吳寧，夏秦編. 西安交通大學《微機原理與接口技術(shù)題解及實驗指導》（第3版）. 吳寧，陳文革編. 清華大學出版社,8,第1章 微型計算機基礎(chǔ)概論,主要內(nèi)容：微機系統(tǒng)的組成計算機中的編碼、數(shù)制

4、及其轉(zhuǎn)換無符號二進制數(shù)的運算算術(shù)運算和邏輯運算運算中的溢出機器數(shù)的表示及運算基本邏輯門及譯碼器,9,一、微型計算機系統(tǒng),微型機的工作原理微機系統(tǒng)的基本組成,10,1. 計算機的工作原理,馮 ? 諾依曼計算機的工作原理 存儲程序工作原理,,11,存儲程序原理,將計算過程描述為由許多條指令按一定順序組成的程序，并放入存儲器保存指令按其在存儲器中存放的順序執(zhí)行；由控制器控制整個程序和數(shù)據(jù)的存取以及程序的執(zhí)行。,1

5、2,,馮 ? 諾依曼計算機體系結(jié)構(gòu),運算器,,存儲器,,控制器,,輸入設備,,輸出設備,,,,,13,馮 ? 諾依曼機的工作過程,內(nèi)存中的程序,指令1,,指令2,指令n,┇,,,分析,獲取操作數(shù),執(zhí)行,存放結(jié)果,,,┇,程序計數(shù)器PC,,地址,CPU,取出,操作數(shù),,,,,,,14,馮 ? 諾依曼機的工作過程,取一條指令的工作過程：將指令所在地址賦給程序計數(shù)器PC；PC內(nèi)容送到地址寄存器AR，PC自動加1；把AR的內(nèi)容通過地址總線

6、送至內(nèi)存儲器，經(jīng)地址譯碼器譯碼，選中相應單元。CPU的控制器發(fā)出讀命令。在讀命令控制下，把所選中單元的內(nèi)容（即指令操作碼）讀到數(shù)據(jù)總線DB。把讀出的內(nèi)容經(jīng)數(shù)據(jù)總線送到數(shù)據(jù)寄存器DR。指令譯碼因為取出的是指令的操作碼，故數(shù)據(jù)寄存器DR把它送到指令寄存器IR，然后再送到指令譯碼器ID,馮 ? 諾依曼機的特點和不足,特點：程序存儲，共享數(shù)據(jù)，順序執(zhí)行屬于順序處理機，適合于確定的算法和數(shù)值數(shù)據(jù)的處理。不足：與存儲器間有大量數(shù)據(jù)

7、交互，對總線要求很高；執(zhí)行順序由程序決定，對大型復雜任務較困難；以運算器為核心，處理效率較低；由PC控制執(zhí)行順序，難以進行真正的并行處理。,15,典型的非馮 ? 諾依曼機結(jié)構(gòu),數(shù)據(jù)流驅(qū)動的計算機結(jié)構(gòu) —1972，MIT， Jack Dennis當指令具有所需數(shù)據(jù)、且輸出端沒有數(shù)據(jù)時就可執(zhí)行。,16,Dataflow Image Processing System,17,

8、2. 系統(tǒng)組成,主機 硬件系統(tǒng) 外設 微機系統(tǒng) 系統(tǒng)軟件 軟件系統(tǒng) 應用軟件,,,,,CPU存儲器

9、輸入/輸出接口總線,18,微處理器,微處理器簡稱CPU，是計算機的核心。主要包括： 運算器 控制器 寄存器組,,19,存儲器,定義：用于存放計算機工作過程中需要操作的數(shù)據(jù)和程序。,20,有關(guān)內(nèi)存儲器的幾個概念,內(nèi)存單元的地址和內(nèi)容內(nèi)存容量內(nèi)存的操作內(nèi)存的分類,21,內(nèi)存單元的地址和內(nèi)容,內(nèi)存按單元組織每單元都對應一個地

10、址，以方便對單元的尋址,10110110,38F04H,內(nèi)存地址,單元內(nèi)容,,,22,內(nèi)存容量,內(nèi)存容量：所含存儲單元的個數(shù)，以字節(jié)為單位內(nèi)存容量的大小依CPU的尋址能力而定實地址模式下為CPU地址信號線的位數(shù),23,內(nèi)存操作,讀：將內(nèi)存單元的內(nèi)容取入CPU，原單元內(nèi)容不改變；寫：CPU將信息放入內(nèi)存單元，單元中原來的內(nèi)容被覆蓋。,24,內(nèi)存儲器的分類,隨機存取存儲器（RAM）只讀存儲器（ROM）,,按工作方式可分為,

11、25,輸入/輸出接口,接口是CPU與外部設備間的橋梁,,,,CPU,I/O接口,外設,,,26,接口的分類,串行接口并行接口,,,數(shù)字接口模擬接口,,輸入接口輸出接口,27,接口的功能,數(shù)據(jù)緩沖寄存；信號電平或類型的轉(zhuǎn)換；實現(xiàn)主機與外設間的運行匹配。,28,總線,基本概念分類工作原理常用系統(tǒng)總線標準及其主要技術(shù)指標 （具體內(nèi)容見后續(xù)課程）,29,軟件系統(tǒng),軟件：為運行、管理和維護計算機系統(tǒng)或為實現(xiàn)某一功能

12、而編寫的各種程序的總和及其相關(guān)資料。,系統(tǒng)軟件,應用軟件,操作系統(tǒng)編譯系統(tǒng)網(wǎng)絡系統(tǒng)工具軟件,,,軟件,30,二、計算機中的數(shù)制和編碼,數(shù)制和編碼的表示各種計數(shù)制之間的相互轉(zhuǎn)換,31,1. 常用計數(shù)法,十進制（D） 二進制（B） 十六進制（H）,,32,例：,234.98D或（234.98）D1101.11B或（1101.11）BABCD . BFH或（ABCD . BF） H,33,2

13、. 各種進制數(shù)間的轉(zhuǎn)換,非十進制數(shù)到十進制數(shù)的轉(zhuǎn)換十進制到非十進制數(shù)的轉(zhuǎn)換二進制與十六進制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換,,34,非十進制數(shù)到十進制數(shù)的轉(zhuǎn)換,按相應的權(quán)值表達式展開例：1011.11B=1×23+0×22+1×21+1×20+1×2-1+ 1×2-2 =8+2+1+0.5+0.25 =11.755

14、B.8H=5×161+11×160+8×16-1 =80+11+0.5 =91.5,35,十進制到非十進制數(shù)的轉(zhuǎn)換,到二進制的轉(zhuǎn)換： 對整數(shù)：除2取余； 對小數(shù)：乘2取整。到十六進制的轉(zhuǎn)換： 對整數(shù)：除16取余； 對小數(shù)：乘16取整。,36,二進制與十六進制間的轉(zhuǎn)換,用4位二

15、進制數(shù)表示1位十六進制數(shù)例：25.5 = 11001.1B = 19.8H 11001010.0110101B =CA.6AH,37,3. 計算機中的編碼,BCD碼用二進制編碼表示的十進制數(shù)ASCII碼西文字符編碼,38,BCD碼,壓縮BCD碼用4位二進制碼表示一位十進制數(shù)每4位之間有一個空格擴展BCD碼用8位二進制碼表示一位十進制數(shù)，每4位之間有一個空格。

16、,39,BCD碼與二進制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換,先轉(zhuǎn)換為十進 制數(shù)，再轉(zhuǎn)換二進 制數(shù)；反之同樣。例：（0001 0001 .0010 0101）BCD =11 .25 =（1011 .01） B,40,ASCII碼,西文 字符的編碼，一般用7位二進 制碼表示。D7位為校驗位，默認情況下為0。要求：理解校驗位的作用熟悉0---F的ASCII碼,41,ASCII碼的奇偶校驗,奇校驗加上校驗位后編碼中“1”的個數(shù)為奇數(shù)。例：

17、A的ASCII碼是41H（1000001B）以奇校驗傳送則為 C1H（11000001B）偶校驗加上校驗位后 編碼中“1”的個數(shù)為偶數(shù)。上例若以偶校驗傳送，則為 41H。,42,三、無符號二進制數(shù)的運算,算術(shù)運算邏輯運算,,,無符號數(shù)有符號數(shù),二進 制數(shù)的運算,43,主要內(nèi)容,無符號二進 制數(shù)的算術(shù)運算無符號數(shù)的表達范圍運算中的溢出問題無符號數(shù)的邏輯運算基本邏輯門和譯碼器,44,1. 無符號數(shù)的算術(shù)運算,加法運算1

18、+1=0（有進位）減法運算0-1=1（有借位）乘法運算除法運算,45,乘除運算例,00001011×0100 =00101100B 00001011÷0100=00000010B 即：商=00000010B 余數(shù)=11B,46,2. 無符號數(shù)的表示范圍：,0 ≤ X ≤ 2n-1若運算結(jié)果超出這個范圍，則

19、產(chǎn)生溢出。對無符號數(shù)：運算時，當最高位向更高位 有進位（或借位）時則產(chǎn)生 溢出。,47,[例]：,最高位向前有進位，產(chǎn)生溢出,,,48,3. 邏輯運算,與、或、非、異或掌握：與、或、非門邏輯符號和邏輯關(guān)系（真值表）；與非門、或非門的應用。,49,“與”、“或”運算,“與”運算：任何數(shù)和“0”相“與”，結(jié)果為0?！盎颉边\算：任何數(shù)和“1”相“或”，結(jié)果為1。,50,“非”、“

20、異或”運算,“非”運算按位求反“異或”運算相同則為0，相異則為1,51,4. 譯碼器,掌握74LS138譯碼器各引腳功能輸入端與輸出端關(guān)系（真值表）,52,74LS138譯碼器,主要引腳及功能,53,四、機器數(shù)（有符號數(shù)）的運算,54,計算機中符號數(shù)的表示,機器數(shù)計算機中的數(shù)據(jù)構(gòu)成：符號位 + 真值,,,“0” 表示正“1” 表示負,55,[例],+52 = +0110100 = 0

21、0110100 符號位 真值,,,,,-52 = -0110100 = 1 0110100 符號位 真值,56,1. 符號數(shù)的表示,機器數(shù)的表示方法：原碼反碼補碼,57,原碼,最高位為符號位（用“0”表示正，用“1”表示負），其余為真值

22、部分。優(yōu)點： 真值和其原碼表示之間的對應關(guān)系簡單，容易理解；缺點：計算機中用原碼進行加減運算比較困難0的表示不唯一。,58,數(shù)0的原碼,8位數(shù)0的原碼：+0=0 0000000 -0=1 0000000 即：數(shù)0的原碼不唯一。,59,反碼,對一個機器數(shù)X：若X>0 ，則 [X]反=[X]原若X<0， 則 [X]反= 對應原碼的符號位不變，數(shù)

23、值部分按位求反,60,[例],X= -52 = -0110100 [X]原=1 0110100 [X]反=1 1001011,61,0的反碼：,[+0]反=00000000 [-0]反 =11111111即：數(shù)0的反碼也不是唯一的。,62,補碼,定義：若X>0， 則[X]補= [X]反= [X]原若X<0， 則[X]補= [X]反+1,63,[例],X

24、= – 52= – 0110100 [X]原=10110100 [X]反=11001011 [X]補= [X]反+1=11001100,64,0的補碼：,[+0]補= [+0]原=00000000[-0]補= [-0]反+1=11111111+1 =1 00000000 對8位字長，進位被舍掉,,65,

25、特殊數(shù)10000000,對無符號數(shù):（10000000）B=128在原碼中定義為： -0在反碼中定義為： -127在補碼中定義為： -128,66,符號數(shù)的表示范圍,對8位二進制數(shù)：原碼： -127 ~ +127反碼： -127 ~ +127補碼： -128 ~ +127,67,2. 符號二進制數(shù)與十進制的轉(zhuǎn)換,對用補碼表示的二進制數(shù)： 1）求出真值 2）進行轉(zhuǎn)換,內(nèi)容回顧,微機系統(tǒng)組成硬件系統(tǒng)：主機（CP

26、U，存儲器，輸入/輸出接口，總線）；外設軟件系統(tǒng)：系統(tǒng)軟件；應用軟件各種數(shù)制間轉(zhuǎn)換編碼BCD碼ASCII碼無符號數(shù)的算術(shù)運算，邏輯運算，表示范圍機器數(shù)（有符號數(shù)）的表示：原碼，反碼，補碼,68,69,[例]：補碼數(shù)轉(zhuǎn)換為十進制數(shù),[X]補=0 0101110B 正數(shù)所以：真值=0101110B X=+46[X]補=1 1010010B 負數(shù)所以：真值

27、不等于-1010010B而是：X=[[X]補]補=[11010010]補= - 0101110 = - 46,,,70,3. 符號數(shù)的算術(shù)運算,通過引進補碼，可將減法運算轉(zhuǎn)換為加法運算。即：[X+Y]補=[X]補+[Y]補 [X-Y]補=[X+(-Y)]補 =[X]補+[-Y]補,注：運算時符號位須對齊,71,[例],X=-0110100，Y=+1110100，求X+

28、Y=？[X]原=10110100 [X]補= [X]反+1=11001100[Y]補= [Y]原=01110100[X+Y]補= [X]補+ [Y]補 =11001100+01110100 =01000000X+Y=+1000000,72,符號數(shù)運算中的溢出問題,兩個帶符號二進制數(shù)相加或相減時，若運算結(jié)果超出可表達范圍，則產(chǎn)生溢出溢出的判