微机课件第一章

微机课件第一章第一页，共六十七页，2022年，8月28日计算机原理与接口技术课程是学习和掌握微机硬件知识和单片机的入门课程：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。课程目标：第二页，共六十七页，2022年，8月28日第一章基础知识第二章微处理器与总线第三章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教学内容第三页，共六十七页，2022年，8月28日第1章基础知识主要内容：微机系统的整体结构；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第四页，共六十七页，2022年，8月28日大中型计算机/巨型计算机小型计算机微型计算机单片计算机微型计算机的核心：

微处理器(中央处理器CPU)电子计算机按其性能分类：§1.1概述第五页，共六十七页，2022年，8月28日微型电子计算机的发展：年代时间（年）字长(位)典型产品第一代1971～19734／8Intel4004、4040,Intel8008第二代1974～19778Intel8088，Motorola6800，Zilogz-80，Rockwell6502第三代1978～198416Intel8086、8088、80286，MotorolaMC68000第四代1985～199132Intel80386、80486、Motorola68020、MC68030、68040，Z8000第五代1992～现在32／64Pentim(奔腾)，Alpha(超群)，PowerPC(威力)的601、603、604、620，PentimⅡ、PentimMMX、PentimⅢ、P4

、双核第六页，共六十七页，2022年，8月28日代发表年份字长(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/MMXPIIPIIIP40.60.60.35.25-.13.18-.135504507508503000133-200166-233233-450450-12001300-3000>300七2002至今64Itanium

至今0.08>3000第七页，共六十七页，2022年，8月28日1.1.2计算机的工作过程存储程序计算机—又称为冯•诺依曼型计算机：以运算器为核心、以存储程序原理为基础；将计算过程描述为由许多条指令按一定顺序组成的程序；数据和程序均以二进制代码的形式不加区别地存放在存储器中，存放位置由地址指定，地址码也是二进制形式；由控制器控制整个程序和数据的存取以及程序的执行；指令驱动第八页，共六十七页，2022年，8月28日存储程序计算机的工作原理控制器按预先存放在计算机存储器中的程序的流程自动地连续取出指令并执行之。运算器输出设备控制器输入设备存储器指令流控制命令数据流第九页，共六十七页，2022年，8月28日1.1.3微机系统的构成硬件系统软件系统微型计算机系统微处理器存储器I/O接口总线微型计算机(主机)外设运算器ALU控制器寄存器键盘、鼠标显示器软驱、硬盘、光驱打印机、扫描仪系统软件应用软件第十页，共六十七页，2022年，8月28日微型计算机的系统结构存储器I/O接口输入设备I/O接口地址总线AB输出设备CPU数据总线DB控制总线CBI/O接口AB:AddressBusDB:DataBusCB:ControlBus第十一页，共六十七页，2022年，8月28日§1.2计算机中的数制及编码掌握：特点；表示方法；相互间的转换。第十二页，共六十七页，2022年，8月28日一、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、书写八进制第十三页，共六十七页，2022年，8月28日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O,如1001O十进制：一般不加,或加D

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。第十四页，共六十七页，2022年，8月28日1.十进制特点：以十为底，逢十进一；

共有0-9十个数字符号。表示：第十五页，共六十七页，2022年，8月28日2.二进制特点：以2为底，逢2进位；只有0和1两个符号。表示：第十六页，共六十七页，2022年，8月28日3.十六进制特点：以16为底，逢16进位； 有0--9及A--F共16个数字符号。表示：第十七页，共六十七页，2022年，8月28日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进制数的权第十八页，共六十七页，2022年，8月28日二、各种数制间的转换1.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

=(?)1013FAH

=(?)10第十九页，共六十七页，2022年，8月28日2.十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。第二十页，共六十七页，2022年，8月28日例：将112.25转换为二进制数112/2=56…………..056/2=28…………….028/2=14…………….014/2=7………………07/2=3………………..13/2=1………………..11/2=0………………..10.25×2=0.5…….00.5×2=1.0………1(112.25)10=(1110000.01)2第二十一页，共六十七页，2022年，8月28日3.二进制与十六进制间的转换用4位二进制数表示1位十六进制数

例：

0101

1000

1001.1100589.C

注意：位数不够时要补0第二十二页，共六十七页，2022年，8月28日§1.3无符号二进制数的运算无符号数算术运算

有符号数逻辑运算第二十三页，共六十七页，2022年，8月28日一、无符号数的运算算术运算：加法运算减法运算乘法运算除法运算第二十四页，共六十七页，2022年，8月28日1.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。第二十五页，共六十七页，2022年，8月28日[例]：00001011×0100=00101100B

相当于乘4，所以左移2位00001011÷0100=00000010B…11B

相当于除4，所以右移2位即：商=00000010B

余数=00000011B第二十六页，共六十七页，2022年，8月28日2.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。第二十七页，共六十七页，2022年，8月28日[例]：11111111

+00000001100000000

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）

第二十八页，共六十七页，2022年，8月28日3.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第二十九页，共六十七页，2022年，8月28日4.逻辑门逻辑门：完成逻辑运算的电路第三十页，共六十七页，2022年，8月28日与门（ANDGate）Y=A∧BABY000010100111&ABY注：基本门电路仅完成1位二进制数的运算真值表：第三十一页，共六十七页，2022年，8月28日或门（ORGate）Y=A∨BABY000011101111YAB≥1真值表：第三十二页，共六十七页，2022年，8月28日非门（NOTGate）1AYY=AAY0110真值表：第三十三页，共六十七页，2022年，8月28日异或门（eXclusiveORGate）Y=A⊕BYAB⊕ABY000011101110真值表：第三十四页，共六十七页，2022年，8月28日与非门（NANDGate）Y=A∧BABY001011101110真值表：&ABY第三十五页，共六十七页，2022年，8月28日或非门（ORGate）Y=A∨BABY001010100110YAB≥1真值表：第三十六页，共六十七页，2022年，8月28日5.译码器在计算机系统中，将不同的地址信号通过一定的控制电路转换为对某一芯片的选片信号，这个控制电路就称为译码电路。对应的逻辑部件称为译码器。它的作用就是在某一时刻，将一组输入信号转换为一个确定的输出信号。第三十七页，共六十七页，2022年，8月28日74LS138译码器G1G2AG2BCBAY0Y7••••译码输出译码输入译码使能第三十八页，共六十七页，2022年，8月28日74LS138真值表

11111111

11111111

11111111

1111111101

111111

101

111111

1

01

1111

1

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01

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1

1

1

01111111

10111111

1

10

000

001010011100101110111

01

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11

0

100100100100100100100100#Y0#Y1#Y2#Y3#Y4#Y5#Y6#Y7CBAG1#G2A#G2B输出端输入端使能端第三十九页，共六十七页，2022年，8月28日§1.4带符号二进制数的运算

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。第四十页，共六十七页，2022年，8月28日[例]：

+52=+0110100=0

0110100

符号位数值位

-52=-0110100=1

0110100

真值机器数第四十一页，共六十七页，2022年，8月28日1.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3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。第四十二页，共六十七页，2022年，8月28日原码[X]原定义： 符号位：0表示正，1表示负；数值位：真值的绝对值。第四十三页，共六十七页，2022年，8月28日原码的例子真值：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。第四十四页，共六十七页，2022年，8月28日数0的原码8位数0的原码：

+0=00000000-0=10000000

即：数0的原码不唯一。第四十五页，共六十七页，2022年，8月28日反码[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。第四十六页，共六十七页，2022年，8月28日[例]：求以下机器数的反码X=-52=-0110100[X]原=10110100[X]反=11001011第四十七页，共六十七页，2022年，8月28日反码的例子真值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。第四十八页，共六十七页，2022年，8月28日0的反码：

[+0]反=00000000[-0]反=11111111即：数0的反码也不是唯一的。第四十九页，共六十七页，2022年，8月28日补码定义：若X>0，则[X]补=[X]反=[X]原若X<0，则[X]补=[X]反+1第五十页，共六十七页，2022年，8月28日[例]：求以下机器数的补码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。第五十一页，共六十七页，2022年，8月28日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∴[+0]补=[-0]补=00000000第五十二页，共六十七页，2022年，8月28日特殊数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=128第五十三页，共六十七页，2022年，8月28日8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？第五十四页，共六十七页，2022年，8月28日2.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：对负数补码再求补

2）进行转换第五十五页，共六十七页，2022年，8月28日[例]：求一个用补码表示的二进制数的真值。1)[X]补=00101110B

真值为：+0101110B

2)[X]补=11010010B

真值为：X=[[X]补]补=[11010010]补

=-0101110B

第五十六页，共六十七页，2022年，8月28日[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所以：X=+462)[X]补=11010010B

真值为：X=[[X]补]补=[11010010]补

=-0101110B

所以：X=-46第五十七页，共六十七页，2022年，8月28日3.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。第五十八页，共六十七页，2022年，8月28日[例]：X=-0110100，Y=+1110100，求[X+Y]补[X]原=10110100[X]补=[X]反+1=11001100[Y]补=[Y]原=01110100[X+Y]补=[X]补+[Y]补

=11001100+01110100=01000000第五十九页，共六十七页，2022年，8月28日若已知[X]补=11101011，[y]补=01001010，则[x-y]补=()。

A．10100000

B．10100001

C．11011111

D．溢出

第六十页，共六十七页，2022年，8月28日4.符号数运算中的溢出问题进(借)位—