西安交通大学微机原理PPT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 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微机原理与接口技术题解及实验指导（第微机原

2、理与接口技术题解及实验指导（第2 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l202.117.35.239202.117.35.239lu=p=u=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45考核方式l平时作业平时作业10% 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% 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%80%l传统试卷传统试卷联系方式lOfficeOfficel计算机教学实验中心计算机教学实验中心501501lEmailE(需要学校邮箱需要学校邮箱) )lTelephoneTelephonel82664160-60582664160-60567第1 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

4、计算机中的常用计数制、编码及其相互间的转换l无符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101.1. 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

5、放入存储器保存l指令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132. 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CPUCPU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CP

6、UCPU，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。10110110101101103838F04HF04H内存地址内存地址单元内容单元内容18内存容量l内存所含存储单元的

7、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接口是接口是CPUCPU与外部设备

8、间的桥梁与外部设备间的桥梁CPUI/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

9、、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。281. 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

10、D表示表示。权值表达式：权值表达式： 111002211101010101010nmiiimmnnnnDDDDDDD30二进制特点：特点：l以以2 2为底，逢为底，逢2 2进位；只有进位；只有0 0和和1 1两个符号。两个符号。用用B B表示表示。权值表达式权值表达式： 111002211n2222222)(nmiiimmnnnBBBBBBB31十六进制特点：特点：l有有0-90-9及及A-FA-F共共1616个数字符号，逢个数字符号，逢1616进位。进位。用用H H表示表示。权值表达式权值表达式： 1110022n1116161616161616)(nmiiimmnnnHHHHHHH32例：

11、l234.98234.98D D或（或（234.98234.98）D Dl1101.11B1101.11B或（或（1101.111101.11）B BlABCD . BFHABCD . BFH或（或（ABCD . BFABCD . BF） H H332. 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=11011.11B=12 23 3+0+02 22 2+

12、1+12 21 1+1+12 20 0+1+12 2-1-1+ 1+ 12 2-2-2 =8+2+1+0.5+0.25 =8+2+1+0.5+0.25 =11.75 =11.75l5B.8H=55B.8H=516161 1+11+1116160 0+8+81616-1-1 =80+11+0.5=80+11+0.5 =91.5 =91.535十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 2取余；取余； 对小数：乘对小数：乘2 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1616取余；取余； 对小数：乘对小数：乘1616取整。取整

13、。36二进制与十六进制间的转换l用用4 4位二进制数表示位二进制数表示1 1位十六进制数位十六进制数l例：例：l25.525.5 = = 11001.1B=11001.1B= 19.8H 19.8H l11001010.0110101B11001010.0110101B =CA.6AH =CA.6AH373.3. 计算机中的编码lBCDBCD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lASCIIASCII码码l西文字符编码西文字符编码38BCDBCD码码l压缩压缩BCDBCD码码l用用4 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 11111010 111

14、1为非法为非法BCDBCD码码l例：例：l（1000.01101000.0110）BCD BCD = 8.6= 8.6l扩展扩展BCDBCD码码l用用8 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（00001000.0000011000001000.00000110）BCD BCD = 8.6= 8.6THANK YOUSUCCESS2022-2-2140BCDBCD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 01010001 0001 .0010 0101

15、）BCDBCD =11 .25 =11 .25 = =（1011 .011011 .01） B B41ASCIIASCII码l字符的编码，一般用字符的编码，一般用7 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D D7 7位加校验位。位加校验位。l熟悉熟悉0-0-F F的的ASCIIASCII码码42ASCIIASCII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”“1”的个数为奇数。的个数为奇数。 例：例：A A的的ASCIIASCII码是码是4141H H（1000001B1000001B），）， 以奇校验传送则为以奇校验传送则为C1HC1H（110000

16、01B11000001B）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”“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4141H H。43三、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44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译码器451. 1. 无符号数的算术运算l加法运算加法运算（1+1=01+1=0（有进位）（有进位

17、）l减法运算减法运算（0-1=10-1=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 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 2时的规律）时的规律）46乘除运算例l000010110000101101000100 =00101100 =00101100B B l00001011000010110100=00000010B0100=00000010B 即：商即：商=00000010=00000010B B 余数余数=11=11B B472. 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

18、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。48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 100000001 11111111 493. 3. 逻辑运算与与或或非非异或异或504. 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。51“与”、“或”运算l与：与：l任何数和任何数和“0”“0”相相“与与”，结果为，结果为0 0。l或：或：

19、l任何数和任何数和“1”“1”相相“或或”，结果为，结果为1 1。52“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 0，相异则为，相异则为1 1535. 译码器l7474LS138LS138译码器：译码器：G1G2AG2BCBAY0Y7 54掌握7474LS138LS138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）55三、有符号数的运算56计算机中符号数的表示 符号位符号位 + + 真真值值 机器数机器数“0” “0” 表示表示正正“1” “1” 表示表示负负

20、57例 +52 = +0110100 = +52 = +0110100 = 0 0 01101000110100-52 = -0110100 = -52 = -0110100 = 1 1 01101000110100符号位符号位真值真值符号位符号位真值真值581.1. 符号数的表示 原码原码 反码反码 补码补码59原码l最高位为符号位，用最高位为符号位，用“0”“0”表示正，用表示正，用“1”“1”表表示负；其余为真值部分。示负；其余为真值部分。60数0 0的原码l8 8位数位数0 0的原码：的原码：+0=0 0000000 +0=0 0000000 -0=1 -0=1 00000000000

21、000 即：数即：数0 0的原码不唯一。的原码不唯一。61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；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 0的表示的表示不唯一。不唯一。62反码对一个机器数对一个机器数X X：l若若X0 X0 ，则则 XX反反=XX原原l若若X0X0X0， 则则 XX补补= = XX反反= = XX原原l若若X0X0， 则则 XX补补= = XX反反+1+166例lX= 52= 0110100X= 52= 0110100 X X原原=10110

22、100=10110100 XX反反=11001011=11001011 XX补补= = XX反反+1=11001100+1=11001100670 0的补码：l+0+0补补= +0= +0原原=00000000=00000000l-0-0补补= -0= -0反反+1=11111111+1+1=11111111+1 = =1 1 0000000000000000 对对8 8位字长，进位被舍掉位字长，进位被舍掉68特殊数1000000010000000l对无符号数对无符号数: :（1000000010000000）B B=128=128l在原码中定义为：在原码中定义为： -0 -0l在反码中定义为

23、：在反码中定义为： -127 -127l在补码中定义为：在补码中定义为： -128 -12869符号数的表示范围对对8 8位二进制数：位二进制数：l原码：原码： -127 +127 -127 +127l反码：反码： -127 +127 -127 +127l补码：补码： -128 +127 -128 +127702. 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 1）求出真值）求出真值 2 2）进行转换）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将一个用补码表示的二进制数转换为十进制数l XX补补= =0 0 0101110 0101110B

24、 B 正数正数 所以：真值所以：真值=0101110B=0101110B X=+46 X=+46lXX补补= =1 1 1010010 1010010B B 负数负数所以：所以：真值不等于真值不等于-1010010B-1010010B而是：而是：X=XX=X补补 补补=11010010=11010010补补= = - 0101110 = - - 0101110 = - 4646723. 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，可将减法运算转换为加法运算。l即：即： X+YX+Y补补=XX补补+YY补补 X-YX-Y补补=X+(-Y)X+(-Y)补补 = =XX补补+-+-YY补补73例X=-0110100X=-0110100，Y=+1110100Y=+1110100，求求X+Y=X+Y=？lXX原原=10110100 =10110100 l XX补补= = XX反反+1=11001100+1=1100