1 微型計算機基礎概論

1、1,微機原理與接口技術,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，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/輸出和中斷技術第七章 常用數字接口電路,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》（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 微型計算機基礎概論,主要內容：微機系統(tǒng)的組成計算機中的編碼、數制

4、及其轉換無符號二進制數的運算算術運算和邏輯運算運算中的溢出機器數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據的存取以及程序的執(zhí)行。,1

5、2,,馮 ? 諾依曼計算機體系結構,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,內存中的程序,指令1,,指令2,指令n,┇,,,分析,獲取操作數,執(zhí)行,存放結果,,,┇,程序計數器PC,,地址,CPU,取出,操作數,,,,,,,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器PC；PC內容送到地址寄存器AR，PC自動加1；把AR的內容通過地址總線

6、送至內存儲器，經地址譯碼器譯碼，選中相應單元。CPU的控制器發(fā)出讀命令。在讀命令控制下，把所選中單元的內容（即指令操作碼）讀到數據總線DB。把讀出的內容經數據總線送到數據寄存器DR。指令譯碼因為取出的是指令的操作碼，故數據寄存器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，共享數據，順序執(zhí)行屬于順序處理機，適合于確定的算法和數值數據的處理。不足：與存儲器間有大量數據

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 ? 諾依曼機結構,數據流驅動的計算機結構 —1972，MIT， Jack Dennis當指令具有所需數據、且輸出端沒有數據時就可執(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據和程序。,20,有關內存儲器的幾個概念,內存單元的地址和內容內存容量內存的操作內存的分類,21,內存單元的地址和內容,內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,內存地址,單元內容,,,22,內存容量,內存容量：所含存儲單元的個數，以字節(jié)為單位內存容量的大小依CPU的尋址能力而定實地址模式下為CPU地址信號線的位數,23,內存操作,讀：將內存單元的內容取入CPU，原單元內容不改變；寫：CPU將信息放入內存單元，單元中原來的內容被覆蓋。,24,內存儲器的分類,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,,,數字接口模擬接口,,輸入接口輸出接口,27,接口的功能,數據緩沖寄存；信號電平或類型的轉換；實現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指標 （具體內容見后續(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)或為實現某一功能

12、而編寫的各種程序的總和及其相關資料。,系統(tǒng)軟件,應用軟件,操作系統(tǒng)編譯系統(tǒng)網絡系統(tǒng)工具軟件,,,軟件,30,二、計算機中的數制和編碼,數制和編碼的表示各種計數制之間的相互轉換,31,1. 常用計數法,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、. 各種進制數間的轉換,非十進制數到十進制數的轉換十進制到非十進制數的轉換二進制與十六進制數之間的轉換,,34,非十進制數到十進制數的轉換,按相應的權值表達式展開例：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的轉換,到二進制的轉換： 對整數：除2取余； 對小數：乘2取整。到十六進制的轉換： 對整數：除16取余； 對小數：乘16取整。,36,二進制與十六進制間的轉換,用4位二

15、進制數表示1位十六進制數例：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，每4位之間有一個空格。

16、,39,BCD碼與二進制數之間的轉換,先轉換為十進 制數，再轉換二進 制數；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”的個數為奇數。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”的個數為偶數。上例若以偶校驗傳送，則為 41H。,42,三、無符號二進制數的運算,算術運算邏輯運算,,,無符號數有符號數,二進 制數的運算,43,主要內容,無符號二進 制數的算術運算無符號數的表達范圍運算中的溢出問題無符號數的邏輯運算基本邏輯門和譯碼器,44,1. 無符號數的算術運算,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=11B,46,2. 無符號數的表示范圍：,0 ≤ X ≤ 2n-1若運算結果超出這個范圍，則

19、產生溢出。對無符號數：運算時，當最高位向更高位 有進位（或借位）時則產生 溢出。,47,[例]：,最高位向前有進位，產生溢出,,,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系（真值表）；與非門、或非門的應用。,49,“與”、“或”運算,“與”運算：任何數和“0”相“與”，結果為0?！盎颉边\算：任何數和“1”相“或”，結果為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系（真值表）,52,74LS138譯碼器,主要引腳及功能,53,四、機器數（有符號數）的運算,54,計算機中符號數的表示,機器數計算機中的數據構成：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. 符號數的表示,機器數的表示方法：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0的原碼,8位數0的原碼：+0=0 0000000 -0=1 0000000 即：數0的原碼不唯一。,59,反碼,對一個機器數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

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10000000,對無符號數:（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,符號數的表示范圍,對8位二進制數：原碼： -127 ~ +127反碼： -127 ~ +127補碼： -128 ~ +127,67,2. 符號二進制數與十進制的轉換,對用補碼表示的二進制數： 1）求出真值 2）進行轉換,內容回顧,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；應用軟件各種數制間轉換編碼BCD碼ASCII碼無符號數的算術運算，邏輯運算，表示范圍機器數（有符號數）的表示：原碼，反碼，補碼,68,69,[例]：補碼數轉換為十進制數,[X]補=0 0101110B 正數所以：真值=0101110B X=+46[X]補=1 1010010B 負數所以：真值

27、不等于-1010010B而是：X=[[X]補]補=[11010010]補= - 0101110 = - 46,,,70,3. 符號數的算術運算,通過引進補碼，可將減法運算轉換為加法運算。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,符號數運算中的溢出問題,兩個帶符號二進制數相加或相減時，若運算結果超出可表達范圍，則產生溢出溢出的判