微机原理及接口技术第1章课件

1微机原理及接口技术上海工程技术大学电子信息系概述2345678带闹钟智能电子钟9

智能快速充电器系统框图10恒流恒压电路PWM开关电源外接电源直流12V键盘电路显示电路I/O接口MC68HC908SR12温度传感器模拟部分I2C部分A/D部分电池Rsense0.01ΩSDASCL充电电流10bitA/D电流检测远程智能防盗报警装置1112课程目标微机原理是学习和掌握微机硬件知识和汇编语言程序设计的入门课程：微型计算机的基本工作原理汇编语言程序设计微型计算机接口技术目的：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。13教学内容第一章基础知识第二章微处理器的结构第三章8086/8088

CPU的指令系统第四章汇编语言程序设计第五章存储器系统第六章输入输出和中断技术第七章常用数字接口电路14教材冯博琴主编，微型计算机原理与接口技术(第三版)，清华大学出版社，2011参考书1.周明德，微型计算机系统原理及应用（第四版），清华大学出版社.2002[12.[美]BarryB.brey著，金惠华等译.Intel微处理器结构、编程与接口（第六版）.电子工业出版社，2004.1

[3.杨全胜.现代微机原理与接口技术.北京：电子工业出版社，2002[4.李继灿.微型计算机技术及应用－从16位到64位.北京：清华大学出版社，2003课程情况教学：48学时综合实验：1.5周考核：考勤10%，作业15%，期中5%，课堂表现10%，期末考试60%答疑辅导地点：行政楼80815第1章基础知识主要内容：各种常用记数制和编码以及它们相互间的转换；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问题16§1.1概述电子计算机的发展：电子管计算机（1946-1956）晶体管计算机（1957-1964）中小规模集成电路计算机（1965-1970）超大规模集成电路计算机（1971-今）电子计算机按其性能分类：大中型计算机/巨型计算机（MainframeComputer）小型计算机（Minicomputer）微型计算机（Microcomputer）单片计算机（Single-ChipMicrocomputer）微型计算机的核心：微处理器(中央处理器CPU)IntelCPU的发展见下页表17代发表年份字长(bits)型号线宽(m)晶体管数(万个)时钟频率(MHz)速度(MIPS)一197119724840048008500.20.3<10.05二197488080200.52-40.5三19781982168086/8088802862-32.9134.77-108-20<11-2四198519893280386804861-227.512012-3325-666-1220-40五199332Pentium0.6-0.833060-200100-200六1995199619971999200132P/ProP/MMXPIIPIIIP5.25-.13.18-.135504507508503000133-200166-233233-450450-12001300-3000>300七2002？64Itanium？0.08CPU:2.5KCache:30K800(20条指令/时钟周期)>300018§1.2计算机中的数制了解特点；表示方法；相互间的转换。19一、常用记数制

十进制——符合人们的习惯二进制——便于物理实现十六进制——便于识别、书写八进制201.十进制特点：以十为底，逢十进一；

共有0-9十个数字符号。表示：212.二进制特点：以2为底，逢2进位；只有0和1两个符号。表示：223.十六进制特点：以16为底，逢16进位； 有0--9及A--F共16个数字符号。表示：23进位计数制的一般表示一般地，对任意一个K进制数S都可表示为其中：Si

--

S的第i位数码，可以是K个符号中任何一个；n,m–

整数和小数的位数；K

--

基数；Ki

--K进制数的权24如何区分不同进位记数制的数字在数字后面加一个字母进行区分：二进制：数字后面加B,如1001B八进制：数字后面加Q,如1001Q十进制：一般不加,如1001十六进制：数字后面加H,如1001H在明显可以区分其记数制的情况下，可以省略数字后面的字母25二、各种数制间的转换(不讲)11、非十进制数到十进制数的转换.

按相应进位计数制的权表达式展开，再按十进制求和。

例：10110010B

=(178)10

13FAH

=(5114)10

公式(S)K=∑Si×Ki262.十进制到非十进制数的转换十进制→二进制的转换： 整数部分：除2取余；小数部分：乘2取整。十进制→十六进制的转换：整数部分：除16取余；小数部分：乘16取整。以小数点为起点求得整数和小数的各个位。27例如：

126=1111110B最低位最高位整数转换28小数转换例如：0.318=0.010100010…B最高位最低位29§1.3无符号二进制数的运算无符号数算术运算

有符号数逻辑运算30一、无符号数的运算算术运算

包括：加法运算减法运算乘法运算除法运算311.规则加法：1+1=0（有进位）,…减法：0-1=1（有借位）,…乘除法：…

一个数乘以2相当于该数左移一位；除以2则相当于该数右移1位。

32[例]：00001011×0100=00101100B

00001011÷0100=00000010.00000011B

即：商=00000010B

余数=00000011B332.无符号数的表示范围一个n位的无符号二进制数X，其表示范围为

0≤

X≤2n-1若运算结果超出这个范围，则产生溢出。（或者说运算结果超出n位，则产生溢出）判别方法：运算时，当最高位向更高位有进位（或借位）时则产生溢出。34[例]：

11111111

+00000001

100000000结果超出８位（最高位有进位），发生溢出。（结果为256，超出８位二进制数所能表示的范围255）353.逻辑运算与(∧)、或(∨)、非(▔)、异或(⊕)特点：按位运算，无进借位运算规则

…..例：A=10110110,B=01101011求：A∧B,A∨B,A⊕B

364.逻辑门逻辑门：完成逻辑运算的电路掌握：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。37与门（ANDGate）Y=A∧BABY000010100111&ABY注：基本门电路仅完成1位二进制数的运算38或门（ORGate）Y=A∨BABY000011101111YAB≥139非门（NOTGate）1AYY=AAY011040异或门（eXclusiveORGate）Y=A⊕BYAB⊕ABY000011101110415.译码器74LS138译码器：G1G2AG2BCBAY0Y7••••译码输出译码输入译码使能4274LS138真值表

使能端输入端输出端G1G2AG2B

CBAY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7

01

10

11

0

100100100100100100100100

000

001010011100101110111

11111111

11111111

11111111

1111111101

111111

101

111111

1

01

1111

1

1

101

1111

1

1

1

01

11

1

1

1

1

1

01111111

10111111

1

10

43§1.4带符号二进制数的运算计算机中的带符号二进制数把二进制数的最高位定义为符号位符号位为0

表示正数，符号位为1

表示负数连同符号位一起数值化了的数，称为机器数。机器数所表示的真实的数值，称为真值。（在以下讲述中，均以８位二进制数为例）44[例]：

+52=+0110100=0

0110100

符号位数值位

-52=-0110100=1

0110100

真值机器数451.符号数的表示对于符号数，机器数常用的表示方法有原码、反码和补码三种。数X的原码记作[X]原，反码记作[X]反，补码记作[X]补。

注意：对正数，三种表示法均相同。它们的差别在于对负数的表示。46原码[X]原定义 符号位：0表示正，1表示负；数值位：真值的绝对值。47原码的例子真值X=+18=+0010010X=-18=-0010010原码[X]原=00010010[X]原=10010010符号符号位n位原码表示数值的范围是对应的原码是1111～0111。48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。49反码[X]反定义

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50[例]：X=-52=-0110100[X]原=10110100[X]反=1100101151反码的例子真值X=+18=+0010010X=-18=-0010010反码[X]反=00010010[X]反=11101101符号符号位n位反码表示数值的范围是对应的反码是1000～0111。520的反码：[+0]反=00000000[-0]反=11111111即：数0的反码也不是唯一的。53补码定义：若X>0，则[X]补=[X]反=[X]原若X<0，则[X]补=[X]反+154[例]：X=–52=–0110100[X]原=10110100[X]反=11001011[X]补=[X]反+1=11001100n位补码表示数值的范围是对应的补码是1000～0111。550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∴[+0]补=[-0]补=0000000056特殊数10000000该数在原码中定义为：-0在反码中定义为：-127在补码中定义为：-128对无符号数：(10000000)２=128578位有符号数的表示范围：对8位二进制数：原码：-127~+127反码：-127~+127补码：-128~+127想一想：16位有符号数的表示范围是多少？582.有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59[例]：将一个用补码表示的二进制数转换为十进制数。

1)

[X]补=00101110B真值为：+0101110B

正数

所以：X=+462)[X]补=11010010B

负数

X=[[X]补]补=[11010010]补=-

0101110B所以：X=

-

46603.补码加减法的运算规则通过引进补码，可将减法运算转换为加法运算。规则如下：[X+Y]补=[X]补+[Y]补[X-Y]补=[X]补+[-Y]补其中X，Y为正负数均可，符号位参与运算。61[例]：X=-0110100，Y=+1110100，求[X+Y]补，[X-Y]补[X]原=10110100[X]补=[X]反+1=(10110100)+1=11001011+1=11001100[Y]补=[Y]原=01110100所以：[X+Y]补=[X]补+[Y]补=11001100+01110100=0100000062[X]补=11001100-Y=-1110100=Z[z]原=11110100[z]补=[z]反+1=(11110100)+1

=10001011+1=10001100所以：[X-Y]补=[X]补+[z]补=11001100+10001100=101011000结果出错，为什么？正数进位位丢弃63溢出的判断方法方法１：同号相减或异号相加——不会溢出。同号相加或异号相减——可能溢出：两种情况： 同号相加时，结果符号与加数符号相反——溢出；异号相减时，结果符号与减数符号相同——溢出。方法２：两个8位带符号二进制数相加或相减时，若

C7C6＝1，则结果产生溢出。C7为最高位的进(借)位；C６为次高位的进(借)位。64[例]：有符号数运算，有溢出表示结果是错误的无符号数运算，有进位表示结果是错误的

10110101

+10001111

101000100

01000010

+0110001110100101

01000010

+11001101

10000111