四川大学电子信息学院微机原理 1概述课件

1、微机原理与接口技术第一章 微型计算机概述主要内容微型计算机发展过程简介基本概念计算机中的数的表示方法微型计算机系统的组成微型计算机的工作过程1.微型计算机发展过程什么是微型计算机？微型计算机是建立在大规模和超大规模集成电路的技术基础上的第四代计算机的总称。构成微机的最重要的部件中央处理器（CPU），包括控制器运算器1.微型计算机发展过程微处理器的发展过程第一代：电子管第二代：晶体管第三代：中小规模集成电路第四代：大规模和超大规模集成电路2.基本概念位、字、字长、字节位是计算机所能表示的最基本最小的数据单元字是计算机内部进行数据处理的基本单位字长是每一个字所包含的二进制的位数字节相邻8位二进制数

2、单板机和单片机嵌入式系统2.基本概念位、字、字长、字节单板机和单片机嵌入式系统嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁减，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。3.计算机中数的表示方法计算机中数据、数制以及数的基与权数制之间的转换数制的编码计算机中带符号数的表示方法数的小数点表示方法3.计算机中数的表示方法数制的基与权在一种技术制中，表示每个数位上可用字符的个数称为该计数制的基数一个数值中每一个数码表示的值还取决于其所处的位置，即不同的位置具有不同的权例如：八进制基数为8，十进制基数为10 (111)10中每个位置的1代表的值是不一样的3

3、.计算机中数的表示方法数制之间的转换十进制转换成二进制整数部分除二取余倒排小数部分乘二取整正排十进制转换成十六进制，与上雷同，基数变103.计算机中数的表示方法十六（八）进制转换成二进制：对应的十六（八）进制数用相应的四（三）位二进制代替即可二进制转换成八（十六）进制：整数部分由小数点处向左分成3（4）位一组，最后不足3（4）位补0，小数部分自小数点向右分成每3（4）位一组，最后不足3（4）位补0，然后每段用相应的八（十六）进制代替即可，小数点位置不变。3.计算机中数的表示方法计算机中带符号数的表示方法数的符号表示法和真值带有数码化的正负号的数称为机器数习惯上约定机器数的最高位为其符号位，0表

4、示正数，1表示负数0100010011000100正数符号位数值部分负数符号位数值部分3.计算机中数的表示方法机器数有3中不同的编码形式：原码、反码、补码原码：最高位为0表示正数，为1表示负数，其余各位为该数的二进制数值(54)原0 0110110 (-67)原1 10000110取原值不变符号位数值部分正数1取原值不变符号位数值部分负数3.计算机中数的表示方法补码：正数的补码与原码相同，负数的补码等于该数的反码加1 (54)补0 0110110 (-67)补1 0111101注：表示范围：原码： 127+127 (10000000=00000000=0)反码： 127+127 (100000

5、00=00000000=0)补码： 128+127 (-128=10000000)(00000000=0)溢出3.计算机中数的表示方法数的小数点表示方法计算机中数的表示方法有两种：定点表示法：小数点位置人为约定，隐含，不占位置，无需用任何二进制数值来表示。浮点表示法：小数点位置浮动，不固定。定点表示法定点纯小数：约定小数点位置固定在符号位之后，最高数值位之前。定点纯整数：约定小数点位置固定在最低数值位之后。符号位尾数S小数点隐含处符号位尾数S小数点隐含处浮点表示法IEEE标准规定，浮点数可用下述公式表示： (-1)S2E(b0b1b2bp-1)(209.125) 10表示成单精度浮点数(209

6、.125)10=(11010001.001)2=1.101000100127指数为7，加上偏移量127，E7127134符号位S=0,1指数带偏移量的整数，表示成无符号的整数尾数bi,二进制的数位隐含的小数点的位置尾数长度，共有p位规格化形式010000110101000100100 0000000SE(8位)b1b2b3b4b5b6b7 b22b234微型计算机系统的组成微型计算机由硬件（主机、输入输出设备、电源）和软件（系统软件、用户软件）组成。4.1微型计算机硬件系统的组成微型计算机硬件系统的组成微机由微处理器、总线、存储器、输入/输出设备及各种接口模块组成4.1.2系统总线微机在组织形

7、式上采用了总线结构，即各个部分通过一组公共的信号联系起来，实现计算机各模块之间以及计算机与外设之间的数据传输，这组信号线称为系统总线4.1.2系统总线总线根据功能划分为3种地址总线（AB）：用于传送CPU输出的地址信号，以寻址存储器单元和外设接口。数据总线（DB）：用于在CPU与存储器和I/O接口之间传输数据，是双向的，也是三态的。控制总线（CB）：用于传送各种控制信号，即用于CPU与其他设备之间的通信，CPU发出的命令和接收的请求信号由控制总线传送。4.1.3存储器冯诺依曼存储程序程序控制存储器分类存储器根据其位置不同分为内存储器和外存储器内存根据工作原理划分为RAM和ROM由CPU访问存储

8、器，CPU对存储器的访问约占CPU时间的70%左右4.1.4输入输出接口及外部设备输入设备：鼠标、键盘、扫描仪、摄像机等输出设备：显示器、打印机、绘图仪、音响设备等外部设备只有通过I/O接口才能和CPU进行数据交换 CPUI/O接口I/O及外部设备4.2微型计算机软件系统的组成计算机软件：程序数据有关文档计算机软件分类：系统软件：面向计算机系统的软件，用来组织计算机各个部分协调工作。操作系统（Dos、Windows、Unix、Linux）语言处理系统（机器语言、汇编语言、高级语言、汇编程序、编译程序、解释程序等）应用软件5微型计算机的工作过程模型存储器结构存储单元单元地址单元内容1.5微型计算

9、机的工作过程冯诺依曼体系存储程序、程序控制指令即为指定计算机完成某一特定操作的命令，由二进制编码组成。为方便记忆，常用英文缩写为指令的助记符号5微型计算机的工作过程举例：710？我们需要做如下工作首先用助记符号指令编写程序，此即源程序由于机器不能识别助记符号，需要翻译（汇编）成机器语言指令将数据和程序通过输入设备送至存储器中存放，整个程序一共3条指令，5个字节，假设它们存放在存储器从00H单元开始的相继5个存储单元中5微型计算机的工作过程简单程序名称 助记符 机器码 十六进制 说 明 立即数取入累加器 MOV AL，07H1011000000000111 B0H07H 这是一条双字节指令，把指

10、令第2字节的立即数07H取入累加器AL中 加立即数 ADD AL，0AH 00000100 00001010 04H0AH 这是一条双字节指令，把指令第2字节的立即数0AH取与AL中的内容相加，结果暂存AL 暂 停 HLT 11110100 F4H停止所有操作 微机工作过程取第1条指令指令指针PC的内容（00H）送至地址寄存器当PC的内容已送入地址寄存器后，PC的内容自动加1,此时PC=01H。地址寄存器把地址号00H通过地址总线送至存储器。经地址译码器译码，选中00H号单元CPU发出读命令所选中的00H号单元的内容B0H读至数据总线上读出的内容经过数据总线送至数据寄存器因为是取指阶段，取出的

11、为指令，故DR把它送至指令寄存器IR,然后经过译码发出执行该指令的各种控制命令微机工作过程执行第1条指令当DR把第一条指令送至指令寄存器IR后，经过译码器译码后知道，这是一条把操作数送至累加器AL的指令，而操作数在指令的第二个字节。所以，执行第一条指令就必须把存储器单元中的第二个字节中的操作数取出来 将程序计数器PC的内容01H送至地址寄存器AR PC+1PC，即程序计数器的内容自动加1变为02H，为取下一条指令作准备 地址寄存器AR将01H通过地址总线送至存储器，经地址译码选中01H单元 CPU发出“读”命令 选中的01H存储单元的内容07H读至数据总线DB上 通过数据总线，把读出的内容07

12、H送至数据寄存器DR 经过译码已经知道读出的是立即数，并要求将它送到累加器AL，故数据寄存器DR通过内部数据总线将07H送至累加器AL 微机工作过程取第2条指令指令指针PC的内容（02H）送至地址寄存器 当PC的内容已送入地址寄存器后，PC的内容自动加1，此时PC=03H 地址寄存器把地址号02H通过地址总线送至存储器。经地址译码器译码，选中02号单元 CPU发出“读”命令所选中的02H号单元的内容04H读至数据总线上 读出的内容经过数据总线送至数据寄存器 因为是取指阶段，取出的为指令，故DR把它送至指令寄存器IR,然后经过译码发出执行该指令的各种控制命令 微机工作过程执行第2条指令把PC的内容03H送至AR 当把PC内容可靠地送至AR以后，PC的值自动加1，指向下一指令单元 AR通过地址总线把地址03H送至存储器，经过译码，选中相应的单元 选中的03H存储单元的内容0AH读出至数据总线 数据通过数据总线送至DR CPU发出“读”命令累