西安交通大学微机原理课件

1、1 微机原理与接口技术微机原理与接口技术 大家好大家好！ 2 课程目标 掌握：掌握： l微型计算机的基本工作原理微型计算机的基本工作原理 l汇编语言程序设计方法汇编语言程序设计方法 l微型计算机接口技术微型计算机接口技术 l建立微型计算机系统的整体概念，形成微机系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统软硬件开发的初步能力 3 教材及实验指导书 l教材教材 l微机原理与接口技术（第微机原理与接口技术（第3版）版）. 冯博琴，吴宁冯博琴，吴宁 主编主编. 清华大学出版社清华大学出版社 l实验指导书实验指导书 l自编实验讲义自编实验讲义 l辅导书辅导书 l微机原理与接口技

2、术题解及实验指导（第微机原理与接口技术题解及实验指导（第2版）版）. 吴宁，陈文革编吴宁，陈文革编. 清华大学出版社清华大学出版社 l提供教材课后题答案、软件部分实验提供教材课后题答案、软件部分实验 网络资源 l电子教室电子教室 l202.117.35.239 lu=p=学号学号 l提供课件、作业、实验软件、通知提供课件、作业、实验软件、通知 l精品课程网站精品课程网站 微机原理与接口技术微机原理与接口技术 l提供视频、百问、软件实验部分说明提供视频、百问、软件实验部分说明 4 5 考核方式 l平时作业平时作业10% l客观题（填空和选择题在电子教室作答）客观题（填空和选择题在电子教室作答）

3、l主观题（编程和设计题用纸本作答）主观题（编程和设计题用纸本作答） l实实 验验 10% l计算机教学实验中心机房计算机教学实验中心机房 l通过电子教室提供电子版实验报告通过电子教室提供电子版实验报告 l期末考试期末考试 80% l传统试卷传统试卷 联系方式 lOffice l计算机教学实验中心计算机教学实验中心501 lEmail (需要学校邮箱需要学校邮箱) lTelephone l82664160-605 6 7 第1章 微型计算机基础概论 主要内容：主要内容： l微机系统的组成微机系统的组成 l计算机中的常用计数制、编码及其相互间的转换计算机中的常用计数制、编码及其相互间的转换 l无符

4、号二进制数的算术运算和逻辑运算无符号二进制数的算术运算和逻辑运算 l符号数的表示及补码运算符号数的表示及补码运算 l二进制数运算中的溢出二进制数运算中的溢出 l基本逻辑门及译码器基本逻辑门及译码器 8 一、微型计算机系统 9 主要内容 l微机系统的基本组成微机系统的基本组成 l微型机的工作原理微型机的工作原理 10 1. 计算机的工作原理 冯冯 诺依曼计算机的工作原理诺依曼计算机的工作原理 存储程序工作原理存储程序工作原理 11 冯 诺依曼机的特点： l将计算过程描述为由许多条指令按一定顺序组将计算过程描述为由许多条指令按一定顺序组 成的程序，并放入存储器保存成的程序，并放入存储器保存 l指令

5、按其在存储器中存放的顺序执行；指令按其在存储器中存放的顺序执行； l由控制器控制整个程序和数据的存取以及程序由控制器控制整个程序和数据的存取以及程序 的执行；的执行； l以运算器为核心，所有的执行都经过运算器。以运算器为核心，所有的执行都经过运算器。 12 冯 诺依曼计算机体系结构 运算器运算器 存储器存储器 控制器控制器 输入设备输入设备输出设备输出设备 13 2. 系统组成 主机主机 硬件系统硬件系统 外设外设 微机系统微机系统 系统软件系统软件 软件系统软件系统 应用软件应用软件 CPU 存储器存储器 输入输入/输出接口输出接口 总线总线 14 微处理器 l微处理器简称微处理器简称CPU

6、，是计算机的核心。是计算机的核心。 l主要包括：主要包括： 运算器运算器 控制器控制器 寄存器组寄存器组 15 存储器 l定义：定义： 用于存放计算机工作过程中需要操作的用于存放计算机工作过程中需要操作的 数据和程序。数据和程序。 16 有关内存储器的几个概念 l内存单元的地址和内容内存单元的地址和内容 l内存容量内存容量 l内存的操作内存的操作 l内存的分类内存的分类 17 内存单元的地址和内容 l每个单元都对应一个地址，以实现对单元每个单元都对应一个地址，以实现对单元 内容的寻址。内容的寻址。 1011011038F04H 内存地址内存地址 单元内容单元内容 18 内存容量 l内存所含存储

7、单元的个数，以字节为单位内存所含存储单元的个数，以字节为单位 l内存容量的大小依内存容量的大小依CPUCPU的寻址范围而定的寻址范围而定 （即（即CPUCPU地址信号线的位数）地址信号线的位数） 19 内存操作 l读：将内存单元的内容取入读：将内存单元的内容取入CPUCPU，原单元内容原单元内容 不改变；不改变； l写：写：CPUCPU将信息放入内存单元，单元中原来的将信息放入内存单元，单元中原来的 内容被覆盖。内容被覆盖。 20 内存储器的分类 随机存取存储器（随机存取存储器（RAMRAM） 只读存储器（只读存储器（ROMROM） 按工作方按工作方 式可分为式可分为 21 输入/输出接口 l

8、接口是接口是CPUCPU与外部设备间的桥梁与外部设备间的桥梁 CPU I/OI/O 接口接口 外外 设设 22 接口的分类 串行接口串行接口 并行接口并行接口 数字接口数字接口 模拟接口模拟接口 输入接口输入接口 输出接口输出接口 23 接口的功能 l数据缓冲寄存；数据缓冲寄存； l信号电平或类型的转换；信号电平或类型的转换； l实现主机与外设间的运行匹配。实现主机与外设间的运行匹配。 24 总线 l计算机系统各部件之间传输地址、数据和计算机系统各部件之间传输地址、数据和 控制信息控制信息的的通道。通道。 l内容包括：内容包括： l基本概念基本概念 l分类分类 l工作原理工作原理 l常用系统总

9、线标准及其主要技术指标常用系统总线标准及其主要技术指标 25 软件系统 l软件：软件： l为运行、管理和维护计算机系统或为实现某一功能为运行、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。而编写的各种程序的总和及其相关资料。 系统软件系统软件 应用软件应用软件 操作系统操作系统 编译系统编译系统 网络系统网络系统 工具软件工具软件软件软件 26 二、计算机中的数制及编码 27 主要内容 l各种计数制的特点及表示方法；各种计数制的特点及表示方法； l各种计数制之间的相互转换各种计数制之间的相互转换。 28 1. 常用计数法 十进制十进制 二进制二进制 十六进制十六进制

10、 29 十进制 特点：特点： l以十为底，逢十进一；以十为底，逢十进一；有有0 0- -9 9十个数字符号十个数字符号。 用用D D表示表示。 权值表达式：权值表达式： 1 1 1 0 0 2 2 1 1 10 1010101010 n mi i i m m n n n n D DDDDDD 30 二进制 特点：特点： l以以2为底，逢为底，逢2进位；只有进位；只有0和和1两个符号。两个符号。用用B 表示表示。 权值表达式权值表达式： 1 1 1 0 0 2 2 1 1n2 2 22222)( n mi i i m m n n n B BBBBBB 31 十六进制 特点：特点： l有有0-9及

11、及A-F共共16个数字符号，逢个数字符号，逢16进位。进位。用用H 表示表示。 权值表达式权值表达式： 1 1 1 0 0 2 2n 1 116 16 1616161616)( n mi i i m m nn n H HHHHHH 32 例： l234.98D或（或（234.98）D l1101.11B或（或（1101.11）B lABCD . BFH或（或（ABCD . BF） H 33 2. 各种进制数间的转换 非十进制数到十进制数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十进制到非十进制数的转换 二二进制与十六进制数之间的转换进制与十六进制数之间的转换 34 非十进制数到

12、十进制数的转换 l按相应的权按相应的权值表达式展开值表达式展开 l例：例： l1011.11B=123+022+121+120+12-1+ 12-2 =8+2+1+0.5+0.25 =11.75 l5B.8H=5161+11160+816-1 =80+11+0.5 =91.5 35 十进制到非十进制数的转换 l到二进制的转换：到二进制的转换： 对整数：除对整数：除2取余；取余； 对小数：乘对小数：乘2取整。取整。 l到十六进制的转换：到十六进制的转换： 对整数：除对整数：除16取余；取余； 对小数：乘对小数：乘16取整。取整。 36 二进制与十六进制间的转换 l用用4位二进制数表示位二进制数表

13、示1位十六进制数位十六进制数 l例：例： l25.5 = 11001.1B= 19.8H l11001010.0110101B =CA.6AH 37 3. 计算机中的编码 lBCD码码 l用二进制编码表示的十进制数用二进制编码表示的十进制数 lASCII码码 l西文字符编码西文字符编码 38 BCD码码 l压缩压缩BCD码码 l用用4位二进制码表示一位十进制数位二进制码表示一位十进制数 l1010 1111为非法为非法BCD码码 l例：例： l（1000.0110）BCD = 8.6 l扩展扩展BCD码码 l用用8位二进制码表示一位十进制数位二进制码表示一位十进制数 l例：例： l（00001

14、000.00000110）BCD = 8.6 39 BCD码与二进制数之间的转换 l先转换为十进制数，再转换二进制数；反之同先转换为十进制数，再转换二进制数；反之同 样。样。 l例例：（：（0001 0001 .0010 0101）BCD =11 .25 =（1011 .01） B 40 ASCII码 l字符的编码，一般用字符的编码，一般用7位二进制码表示。在需位二进制码表示。在需 要时可在要时可在D7位加校验位。位加校验位。 l熟悉熟悉0-F的的ASCII码码 41 ASCII码的校验 l奇校验奇校验 加上校验位后编码中加上校验位后编码中“1”的个数为奇数。的个数为奇数。 例：例：A的的AS

15、CII码是码是41H（1000001B），）， 以奇校验传送则为以奇校验传送则为C1H（11000001B） l偶校验偶校验 加上校验位后编码中加上校验位后编码中“1”的个数为偶数。的个数为偶数。 上例若以偶校验传送，则为上例若以偶校验传送，则为41H。 42 三、无符号数的运算 算术运算算术运算 逻辑运算逻辑运算 无符号数无符号数 有符号数有符号数 二进制数的运算二进制数的运算 43 主要内容 l无符号二进制数的算术运算无符号二进制数的算术运算 l无符号数的表达范围无符号数的表达范围 l运算中的溢出问题运算中的溢出问题 l无符号数的逻辑运算无符号数的逻辑运算 l基本逻辑门和译码器基本逻辑门和

16、译码器 44 1. 无符号数的算术运算 l加法运算加法运算（1+1=0（有进位）（有进位） l减法运算减法运算（0-1=1（有借位）（有借位） l乘法运算乘法运算（注意乘数为（注意乘数为2时的规律）时的规律） l除法运算除法运算（注意除数为（注意除数为2时的规律）时的规律） 45 乘除运算例 l000010110100 =00101100B l000010110100=00000010B 即：商即：商=00000010B 余数余数=11B 46 2. 无符号数的表示范围： 0 0 X 2X 2n n-1-1 若运算结果超出这个范围，则产生溢出。若运算结果超出这个范围，则产生溢出。 对无符号数：

17、运算时，当最高位向更高位对无符号数：运算时，当最高位向更高位 有进位（或借位）时则产生有进位（或借位）时则产生 溢出。溢出。 47 例： 最高位向前有进位，产生溢出最高位向前有进位，产生溢出 00000000 1 00000001 11111111 48 3. 逻辑运算 与与 或或 非非 异或异或 49 4. 逻辑门 掌握：掌握： l与、或、非门逻辑符号和逻辑关系（真与、或、非门逻辑符号和逻辑关系（真 值表）；值表）； l与非门、或非门的应用。与非门、或非门的应用。 50 “与”、“或”运算 l与：与： l任何数和任何数和“0”相相“与与”，结果为，结果为0。 l或：或： l任何数和任何数和“

18、1”相相“或或”，结果为，结果为1。 51 “非”、“异或”运算 l“非非” l按位求反按位求反 l异或异或 l两个二进制数相两个二进制数相“异或异或”： l相同则为相同则为0，相异则为，相异则为1 52 5. 译码器 l74LS138译码器：译码器： G1 G2A G2B C B A Y0 Y7 53 掌握 74LS138译码器：译码器： l各引脚功能；各引脚功能； l输入端与输出端关系（真值表）输入端与输出端关系（真值表） 54 三、有符号数的运算 55 计算机中符号数的表示 符号位符号位 + 真值真值 机器数机器数 “0” 表示正表示正 “1” 表示负表示负 56 例 +52 = +01

19、10100 = 0 0110100 -52 = -0110100 = 1 0110100 符号位符号位真值真值 符号位符号位真值真值 57 1. 符号数的表示 原码原码 反码反码 补码补码 58 原码 l最高位为符号位，用最高位为符号位，用“0”表示正，用表示正，用“1”表表 示负；其余为真值部分。示负；其余为真值部分。 59 数0的原码 l8位数位数0的原码：的原码：+0=0 0000000 - -0=1 0000000 即：数即：数0的原码不唯一。的原码不唯一。 60 原码的特点: l优点：优点： l真值和其原码表示之间的对应关系简单，容易理解；真值和其原码表示之间的对应关系简单，容易理解

20、； l缺点：缺点： l 计算机中用原码进行加减运算比较困难，计算机中用原码进行加减运算比较困难，0的表示的表示 不唯一。不唯一。 61 反码 对一个机器数对一个机器数X： l若若X0 ，则则 X反 反=X原原 l若若X0， 则则X补 补= X反反= X原原 l若若X0， 则则X补 补= X反反+1 65 例 lX= 52= 0110100 X原 原=10110100 X反 反=11001011 X补 补= X反反+1=11001100 66 0的补码： l+0补 补= +0原原=00000000 l-0补 补= -0反反+1=11111111+1 =1 00000000 对对8 8位字长，进位

21、被舍掉位字长，进位被舍掉 67 特殊数10000000 l对无符号数对无符号数:（10000000）B=128 l在原码中定义为：在原码中定义为： -0 l在反码中定义为：在反码中定义为： -127 l在补码中定义为：在补码中定义为： -128 68 符号数的表示范围 对对8位二进制数：位二进制数： l原码：原码： -127 +127 l反码：反码： -127 +127 l补码：补码： -128 +127 69 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：对用补码表示的二进制数： 1）求出真值）求出真值 2）进行转换）进行转换 70 例： 将一个用补码表示的二进制数转换为十进制数将一个用补码表示的二进制数转换为十进制数 lX补 补=0 0101110B 正数正数 所以：真值所以：真值=0101110B X=+46 lX补 补=1 1010010B 负数负数 所以：所以：真值不等于真值不等于-1010010B 而是：而是：X=X补 补补补=11010010补补= - 0101110 = - 46 71 3. 符号数的算术运算 l通过引进补码，可将减法运算转换为加法运算。通过引进补码，可