微机原理与接口技术的课件 第1章.ppt

1 微机原理与接口技术 大家好 2 课程目标 掌握 微型计算机的基本工作原理汇编语言程序设计方法微型计算机接口技术建立微型计算机系统的整体概念 形成微机系统软硬件开发的初步能力 3 教材及实验指导书 教材 微机原理与接口技术 第2版 冯博琴 吴宁主编 清华大学出版社实验指导书 微机原理与接口技术题解及实验指导 第2版 吴宁 陈文革编 清华大学出版社 4 第1章微型计算机基础概论 主要内容 微机系统的组成计算机中的常用计数制 编码及其相互间的转换无符号二进制数的算术运算和逻辑运算符号数的表示及补码运算二进制数运算中的溢出基本逻辑门及译码器 5 一 微型计算机系统 6 主要内容 微机系统的基本组成微型机的工作原理 7 1 计算机的工作原理 冯 诺依曼计算机的工作原理存储程序工作原理 8 冯 诺依曼机的特点 将计算过程描述为由许多条指令按一定顺序组成的程序 并放入存储器保存指令按其在存储器中存放的顺序执行 由控制器控制整个程序和数据的存取以及程序的执行 以运算器为核心 所有的执行都经过运算器 9 冯 诺依曼计算机体系结构 运算器 存储器 控制器 输入设备 输出设备 10 2 系统组成 主机硬件系统外设微机系统系统软件软件系统应用软件 CPU存储器输入 输出接口总线 11 微处理器 微处理器简称CPU 是计算机的核心 主要包括 运算器控制器寄存器组 12 存储器 定义 用于存放计算机工作过程中需要操作的数据和程序 13 有关内存储器的几个概念 内存单元的地址和内容内存容量内存的操作内存的分类 14 内存单元的地址和内容 每个单元都对应一个地址 以实现对单元内容的寻址 10110110 38F04H 内存地址 单元内容 15 内存容量 内存所含存储单元的个数 以字节为单位内存容量的大小依CPU的寻址范围而定 即CPU地址信号线的位数 16 内存操作 读 将内存单元的内容取入CPU 原单元内容不改变 写 CPU将信息放入内存单元 单元中原来的内容被覆盖 17 内存储器的分类 随机存取存储器 RAM 只读存储器 ROM 按工作方式可分为 18 输入 输出接口 接口是CPU与外部设备间的桥梁 CPU I O接口 外设 19 接口的分类 串行接口输入接口并行接口输出接口 数字接口模拟接口 20 接口的功能 数据缓冲寄存 信号电平或类型的转换 实现主机与外设间的运行匹配 21 总线 基本概念分类工作原理常用系统总线标准及其主要技术指标 具体内容见后续课程 22 软件系统 软件 为运行 管理和维护计算机系统或为实现某一功能而编写的各种程序的总和及其相关资料 系统软件 应用软件 用户为了解决实际问题而编制的程序 操作系统编译系统网络系统工具软件 软件 23 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 是计算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 24 二 计算机中的数制及编码 25 主要内容 各种计数制的特点及表示方法 各种计数制之间的相互转换 26 1 常用计数法 十进制二进制十六进制 为防止二义性 约定 数后带D或不带任何符号 则为十进制数 数后带B为二进制数 数后带H为十六进制数 如 100 即一百 100B 即四 100H 即256 27 有十个数码 0 9 逢十进一 例1234 5 1 103 2 102 3 101 4 100 5 10 1加权展开式以10称为基数 各位系数为0 9 10i为权 一般表达式 ND dn 1 10n 1 dn 2 10n 2 d0 100 d 1 10 1 一 十进制 28 两个数码 0 1 逢二进一 例1101 101 1 23 1 22 0 21 1 20 1 2 1 1 2 3加权展开式以2为基数 各位系数为0 1 2i为权 一般表达式 NB bn 1 2n 1 bn 2 2n 2 b0 20 b 1 2 1 二 二进制 29 十六个数码0 9 A F 逢十六进一 例 DFC 8 13 162 15 161 12 160 8 16 1展开式以十六为基数 各位系数为0 9 A F 16i为权 一般表达式 NH hn 1 16n 1 hn 2 16n 2 h0 160 h 1 16 1 三 十六进制 30 31 2 各种进制数间的转换 非十进制数到十进制数的转换十进制到非十进制数的转换二进制与十六进制数之间的转换 32 非十进制数到十进制数的转换 一个R进制的数转换成十进制数的方法 按权展开 先乘后加 例 把二进制数1011 11B及十六进制数5B 8H转换成十进制数1011 11B 1 23 0 22 1 21 1 20 1 2 1 1 2 2 8 2 1 0 5 0 25 11 755B 8H 5 161 11 160 8 16 1 80 11 0 5 91 5 33 十进制到非十进制数的转换 到二进制的转换 对整数 除2取余 对小数 乘2取整 到十六进制的转换 对整数 除16取余 对小数 乘16取整 34 十进制数转换成二 十六进制数 整数 小数分别转换1 整数转换法 除基取余 十进制整数不断除以转换进制基数 直至商为0 每除一次取一个余数 从低位排向高位 举例 35 36 2 小数转换法 乘基取整 用转换进制的基数乘以小数部分 直至小数为0或达到转换精度要求的位数 每乘一次取一次整数 从最高位排到最低位 举例 37 38 24 16 四位二进制数对应一位十六进制数 举例 3AF 2H 001110101111 0010 1110101111 001B1111101 11B 01111101 1100 7D CH 二进制与十六进制数之间的转换 39 3 计算机中的编码 BCD码用二进制编码表示的十进制数ASCII码西文字符编码 40 1 8421码 用4位二进制数表示1位十进制数 4位二进制数编码的每一位都有特定的权值 BCD码表示的十进制数 只有0 9这10个有效数字 计数规律与十进制相同 逢十进一 41 2 BCD码与十进制数 二进制数的转换 一 十进制数与BCD码的转换只要对十进制的每一位按表中对应关系转换即可 二 二进制数与BCD码的转换需要先转换为十进制数 42 3 BCD码的存储方式 压缩BCD码用4位二进制码表示一位十进制数 在一个字节中存放2个4位的BCD码 一个字节表示两位十进制数 其中高四位存放十位数字 低四位存放个位数字 例如 56的压缩型8421bcd码是01010110扩展BCD码 非压缩BCD码 用8位二进制码表示一位十进制数 每个字节只存放一个BCD码 低4位是有效BCD码 高四位是0 例如 56的非压缩BCD码是0000010100000110 43 ASCII码 字符的编码 一般用7位二进制码表示 在需要时可在D7位加校验位 熟悉0 F的ASCII码 44 ASCII码的校验 奇校验加上校验位后编码中 1 的个数为奇数 例 A的ASCII码是41H 1000001B 以奇校验传送则为C1H 11000001B 偶校验加上校验位后编码中 1 的个数为偶数 上例若以偶校验传送 则为41H 01000001B 45 三 无符号数的运算 算术运算逻辑运算 无符号数有符号数 二进制数的运算 46 主要内容 无符号二进制数的算术运算无符号数的表达范围运算中的溢出问题无符号数的逻辑运算基本逻辑门和译码器 47 1 无符号数的算术运算 加法运算 1 1 0 有进位 减法运算 0 1 1 有借位 乘法运算除法运算 48 2 无符号数的表示范围 一个n位无符号二进制数X 可表示数的范围为 0 X 2n 1若运算结果超出这个范围 则产生溢出 对无符号数 运算时 当最高位向更高位有进位 或借位 时则产生溢出 49 例 最高位向前有进位 产生溢出 50 3 二进制数的逻辑运算 与或非异或 51 与 或 运算 任何数和 0 相 与 结果为0 任何数和 1 相 或 结果为1 52 非 异或 运算 非 运算即按位求反两个二进制数相 异或 相同则为0 相异则为1 53 4 逻辑门 掌握 与 或 非门逻辑符号和逻辑关系 真值表 与非门 或非门的应用 54 5 译码器 74LS138译码器 G1 G2A G2B C B A Y0 Y7 55 掌握 74LS138译码器 各引脚功能 输入端与输出端关系 真值表 56 三 有符号数的运算 57 计算机中符号数的表示 符号位 真值机器数 0 表示正 1 表示负 58 机器数 机器中数的表示形式 真值 机器数所代表的实际数值 举例 一个8位机器数与它的真值对应关系如下 真值 X1 84 1010100BX2 84 1010100B机器数 X1 机 01010100 X2 机 11010100 机器数与真值 59 1 符号数的表示 原码反码补码 60 原码 最高位为符号位 用 0 表示正 用 1 表示负 其余为真值部分 例 8位原码机器数 真值 x1 1010100Bx2 1010100B机器数 x1 原 01010100 x2 原 11010100优点 真值和其原码表示之间的对应关系简单 容易理解 缺点 计算机中用原码进行加减运算比较困难 0的表示不唯一 61 数0的原码 8位数0的原码 0 00000000 0 10000000即 数0的原码不唯一 62 反码 对一个机器数X 若X 0 则 X 反 X 原若X 0 则 X 反 对应原码的符号位不变 数值部分按位求反 63 例 X 52 0110100 X 原 10110100 X 反 11001011 64 0的反码 0 反 00000000 0 反 11111111即 数0的反码也不是唯一的 65 补码 定义 若X 0 则 X 补 X 反 X 原若X 0 则 X 补 X 反 1 66 例 X 52 0110100 X 原 10110100 X 反 11001011 X 补 X 反 1 11001100 67 0的补码 0 补 0 原 00000000 0 补 0 反 1 11111111 1 100000000对8位字长 进位被舍掉 68 特殊数10000000 对无符号数 10000000 B 128在原码中定义为 0在反码中定义为 127在补码中定义为 128 69 符号数的表示范围 对8位二进制数 原码 127 127反码 127 127补码 128 127 70 2 符号二进制数与十进制的转换 对用补码表示的二进制数 1 求出真值2 进行转换 71 例 将一个用补码表示的二进制数转换为十进制数 X 补 00101110B正数所以 真值 0101110BX 46 X 补 11010010B负数所以 真值不等于 1010010B而是 X X 补 补 11010010 补 0101110 46 72 3 符号数的算术运算 通过引进补码 可将减法运算转换为加法运算 即 X Y 补 X 补 Y 补 X Y 补 X Y 补 X 补 Y 补 73 例 X 0110100 Y 1110100 求X Y X 原 10110100 X 补 X 反 1 11001100 Y 补 Y