微型计算机基础知识

第1章微型计算机基础知识'''第1章微型计算机基础知识'''11.1计算机中的数和数制

一、计算机中的数制表示:最简单,可靠；运算规则最简单。（一）二进制数特点：1．具有两个不同的数字符号，即0和1。

2．逢二进位。例如：111．11（二）十六进制数特点：1．具有16个数字符号，采用0～9和A～F。

2．逢16进位小数点左边的权是16的正次幂小数点右边的权是16的负次幂'''1.1计算机中的数和数制一、计算机中的数制'''2二进制和十六进制数的转换

1．十六进制转换为二进制

2．二进制转换为十六进制数在机器中是用二进制表示的，但是，一个二进制数书写起来太长，且容易出错。我们在书写时用十六进制来表示。

'''二进制和十六进制数的转换1．十六进制转换为二进制'3二进制编码（一）二进制编码的十进制数较常用的是8421BCD码，十进制数的每一位是用四位二进制编码来表示的，因此，称为二进制编码的十进制数（BCD一BinaryCodedDecimal）'''二进制编码（一）二进制编码的十进制数'''4例题将一个BCD码为00111001的数转化为十六进制应表示为___________H。'''例题将一个BCD码为00111001的数转化为十六进制应表示5（二）字母与字符的编码

ASCII码（AmericansStandardCodeforInformationInterchange美国标准信息交换码）（三）汉字的编码国家根据汉字的常用程序定出了一级和二级汉字字符集，并规定了编码，这就是中华人民共和国国家标准信息交换用汉字编码'''（二）字母与字符的编码'''6

二进制数的运算

（一）二进制加法二进制加法的规则为：①0+0=0②0+1=1+0=1③1+1=0进位1④l＋1＋l=l进位1

（二）二进制减法二进制减法的运算规则为：①0一0＝0②1一1＝0③1一0＝1④0一1=1有借位'''二进制数的运算（一）二进制加法'''7

（三）二进制乘法

二进制乘法的运算规则为：①0*0＝0②0*1＝0③1*0＝1④1*1＝1

这是十分简单的，只有当两个1相乘时，积才为1，否则积为0。二进制的乘法也与十进制的类似：

（四）二进制除法除法是乘法的逆运算，与十进制的类似'''

（三）二进制乘法8带符号数的表示方法

（一）

带符号数：最高位为符号位：0表示正，1表示负（二）

原码：（三）

反码：正数的反码与原码同负数的反码表示为它的正数的按位取反（包括符号位）特点：

1．“0”有两种表示法。

2．－127～+127。

3．当一个带符号数由反码表示时，最高位为符号位。当符号位为0（即正数）时，后面的七位为数值部分；当符号位为1（即负数）时，要按位取反，才表示它的二进制值'''带符号数的表示方法（一）

带符号数：最高位为符9（四）补码：正数的补码与原码同

负数的反码表示为它的它的反码加1特点：

1．“0”有一种表示法。

2．-128～+1273．当一个带符号数由补码表示时，最高位为符号位。当符号位为0（即正数）时，后面的七位为数值部分；当符号位为1（即负数）时，要按位取反加1，才表示它的二进制值

'''（四）补码：正数的补码与原码同'''10已知原码为00000001，则它的反码是______________，补码是_______________。已知原码为11001001，则它的反码是______________，补码是_______________。'''已知原码为00000001，则它的反码是__________11

在计算机中，带符号数一般都以补码的形式在机器中存放和进行运算。关于补码运算'''

在计算机中，带符号数一般都以补码的形式在机器中存放和进121.2微型计算机结构

现在绝大多数计算机使用冯·诺依曼的结构，也就是由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备5个部分组成。'''1.2微型计算机结构现在绝大多数计算机使用冯·13微处理器

微处理器是用一片或少数几片大规模集成电路组成的中央处理器（CPU，CentralProcessingUnit）。这些电路执行控制部件和算术逻辑部件的功能。微处理器的基本组成部分有：寄存器堆、运算器、时序控制电路以及数据和地址总线。微处理器能完成取指令、执行指令以及与外界存储器和逻辑部件交换信息等操作，是微型计算机的运算控制部分，它可与存储器和外围电路芯片组成微型计算机。'''微处理器微处理器是用一片或少数几片大规模集成电路组成14微型计算机

微型计算机（Microcomputer）是指以微处理器为基础，配以内存储器及输入输出（I/O）接口电路和相应的辅助电路而构成的裸机。把微型计算机集成在一个芯片上即构成单片微型计算机（SingleChipMicrocomputer）。'''微型计算机微型计算机（Microcomput15微型计算机系统

由微型计算机配以相应的外围设备（如打印机、显示器、磁盘机和磁带机等）及其它专用电路、电源、面板、机架以及足够的软件构成的系统叫做微型计算机系统（MicrocomputerSystem）。'''微型计算机系统由微型计算机配以相应的外围设备16微型计算机的结构和工作原理一、微型计算机功能部件'''微型计算机的结构和工作原理一、微型计算机功能部件'''17''''''181、中央处理器

CPU微型计算机的核心部件，由运算器、控制器组成运算器运算器进行数据分析、计算和处理控制器处理程序指令，并协调各逻辑部件按一定时序工作。'''1、中央处理器CPU微型计算机的核心部件，由运算器、控制器19（1）算术逻辑单元ALU

运算器的核心部件，执行算术运算、逻辑运算、移位、比较等各种数据处理的相关操作运算器

'''（1）算术逻辑单元ALU 运算器的核心部20特殊功能寄存器SFR累加器工作寄存器也叫通用寄存器，用来暂存ALU待处理的数据和中间结果。规定了特殊用途的寄存器，其内容会影响计算机的工作方式和过程使用最频繁的寄存器，配合ALU进行各种数据处理（2）寄存器组

'''特殊功能寄存器SFR累加器工作寄存器也叫通用寄存器，用来暂存21（1）指令部件读取程序指令、指令译码、修改程序指针控制器

'''（1）指令部件控制器 '''22指令寄存器IR指令译码器ID程序计数器PC存放当前指令地址。CPU执行程序时，先按PC给出的地址到存储器取一条指令，PC自动加1。CPU执行完一条指令，再到存储器取下一条指令，…。暂存当前指令。指令操作码送指令译码器。将每条指令译码变成控制电平'''指令寄存器IR指令译码器ID程序计数器PC存放当前指令地址23（2）时序部件时钟和内部分频电路。时钟信号经过分频，与指令译码信号组合，形成一定节拍的时序信号，控制各逻辑部件协调工作。控制器

'''（2）时序部件控制器 '''241)PC给出当前指令的存储地址PC=程序存储器地址

程序代码0000H

指令代码10001H

指令代码20002H

指令代码3…

N

指令代码nPC=PC=2)CPU到存储器取指令，PC自动加13)指令译码器对指令译码，CPU执行指令4)CPU到存储器取指令，PC=PC+15)CPU执行下一条指令，…CPU执行程序的简要过程'''1)PC给出当前指令的存储地址PC=程序存储器PC=PC=2252、存储器位b(bit)：一个二进制位，信息最小单位字节B(Byte)：8位为一个字节字长W(WordLength)：一个字包含的二进制位数'''2、存储器位b(bit)：一个二进制位，信息最小单位''26（1）存储器结构存储器功能：存放程序和数据等信息存储内容：程序或数据的二进制代码存储地址：存储器每个单元的位置编号存储器容量：指存储单元的多少，如存储器容量为1KB=1024×8位1KB存储器地址

存储内容

010011010101101011…102310100111'''（1）存储器结构存储器功能：存放程序和数据等信息1KB存储器27存储器读：将信息从存储器中读入CPU存储器写：将信息从CPU写到存储器中

（2）存储器的读写操作'''存储器读：将信息从存储器中读入CPU（2）存储器的读写281KB存储器地址

存储内容

010011010101101011…102310100111

CPU

地址内容读写控制存储器的读写操作B、发出读写控制时序信号，对选定单元进行读或写A、CPU先送出一个确定的单元地址给存储器'''1KB存储器地址内容读写控制存储器的读写操作B、发出29RAM：随机读写存储器。 能方便读出和改写信息，但失电后信息将不复存在。RAM常用作数据存储器，暂存各种现场数据、运算结果和正在调试的程序。ROM：只读存储器。

工作时从ROM中读出信息，不能随意改写。断电后信息不会丢失。ROM常用作程序存储器，存放已调试好的固定程序和常数。（3）存储器的分类'''RAM：随机读写存储器。ROM：只读存储器。

工作时从RO30注意

所谓的只读和随机存取都是指在正常工作情况下而言，也就是在使用这块存储器的时候，而不是指制造这块芯片的时候。'''注意'''31程序存储器：存放程序指令代码，每个指令周期CPU自动对程序存储器读操作。数据存储器存放待处理数据，数据存储器读写操作发生在CPU执行程序的过程中。'''程序存储器：'''323、I/O接口

I/O接口是联系微型计算机与外部设备的桥梁，每一台外部设备必须通过I/O接口与计算机连接。

微型计算机有多种功能I/O接口：

PIO：并行I/O接口

SIO：串行I/O接口

CTC：定时计数器

ADC、DAC：A/D、D/A转换器

INT：中断输入口

'''3、I/O接口 I/O接口是联系微型计算机与外33二、微型计算机结构特点

微型计算机由大规模集成电路组成，其应用系统一般也采用特定功能的大规模集成电路器件和组件。'''二、微型计算机结构特点微型计算机由大规模集成电路组成34总线(Bus)

微型计算机各功能部件的连接线，各功能部件之间的公共信息通道。

总线宽度：总线上能并行传送的二进制位数。内部总线

CPU或单片机芯片内部各逻辑部件之间的信息传输线，通常为单总线结构。1、微型机的总线结构'''总线(Bus)1、微型机的总线结构'''35外部总线指微型机各功能芯片之间的信息传输线。CPU或单片机芯片应用系统的主要外部引线。系统总线

微机系统各逻辑功能板卡之间的信息传输线。通常为统一标准总线。'''外部总线'''36（3）控制总线CB

单向三态。传送各种控制脉冲、联络、状态电平等信号，使存储器、I/O接口等部件协调工作。控制总线的根数根据微型计算机控制功能的需要而定。1KB存储器地址

存储内容

010011010101101011…102310100111

CPU

地址内容读写控制'''（3）控制总线CB单向三态。传送各种控制脉冲372、微型计算机总线的主要信号线（2）数据总线DB

双向三态。传送程序和数据的二进制代码。数据总线宽度一般与微型机的字长相同。（1）地址总线AB

单向三态。传送存储器和I/O接口的地址信息。地址总线宽度决定计算机寻址空间(最大寻址)。MCS-51有16根地址总线，寻址空间216=64K=65536'''2、微型计算机总线的主要信号线（2）数据总线DB（1）地38''''''393、微处理器与外设之间数据传送的三种方式（1）查询结构简单，但信息交换速度慢，CPU效率低，通常用来实现CPU与低速外设间的信息交换。（2）中断 当CPU需要输入输出时，若外设已准备好，CPU就暂停原执行的程序，转去执行输入输出任务，完成后，再继续执行原来的程序。中断方式适用于随机出现的服务（如：键盘、打印机）'''3、微处理器与外设之间数据传送的三种方式（1）查询'''40（3）DM