微型计算机原理与接口技术

微机原理与接口技术

1

课程目标

・微型计算机的基本工作原理

•汇编语言程序设计方法

•微型计算机接口技术

•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

教材及实验指导书

教材:

《微机原理与接口技术》（第3版）.冯博琴，吴宁

主编.清华大学出版社

实验指导书

自编

★¥

★

第1章微型计算机基础概论

主要内容:

・微机系统的组成

计算机中的常用计数制、编码及其相互间的转换

无符号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

•基本逻辑门及译码器

4

世界上第台计算机

6

计算机的发展

电子管一＞晶体管一集成电路

♦大规模、超大规模集成电路

机

型

巨

机

型

大

型

机

中

按体积、性能和价格｛

型

机

小

型

微

机

8

微型计算机的特点

微型机特点：

•体积小、重量轻

•价格低廉

•可靠性高、结构灵活

•应用面广

★¥

9

微型计算机的分类

1、按规模分类

(1)、单片机

(2)、个人计算机

(3)、笔记本电脑

(4)、掌上电脑

微型计算机的分类

2、按处理器的字长分类

(1)、4位机

(2)、8位机

(3)、16位机

(4)、32位机

★¥

11

rj

★+

■¥

主要内容

微机系统的基本组成

微型机的工作原理

13

1.计算机的工作原理

冯•诺依曼计算机的工作原理

-----.存储程序工作原理

14

冯•诺依曼机的特点:

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；

指令按其在存储器中存放的顺序执行；

•由控制器控制整个程序和数据的存取以及程序

的执行；

•以运算器为核心，所有的执行都经过运算器★。

_____/“

15

冯•诺依曼计算机体系结构

16

2.系统组成

rCPU

存储器

主机输入/输出接口

硬件系统J总线

外设

微机系统

系统软件

软件系统

应用软件

17

微处理器

微处理器简称CPU,是计算机的核心。

•主要包括：

L运算器

Y控制器

〔寄存器组

★★

18

存储器

•定义：

用于存放计算机工作过程中需要操作的

数据和程序。

有关内存储器的几个概念

内存单元的地址和内容

•内存容量

•内存的操作

•内存的分类

20

内存单元的地址和内容

每个单元都对应一个地址，以实现对单元

(38F04H)=B6H

21

内存容量

内存所含存储单元的个数，以字节为单位

•内存容量的大小依CPU的寻址范围而定

（即CPU地址信号线的位数）

★¥

*22

内存操作

读：将内存单元的内容取入CPU,原单元内容

不改变；

・写：CPU将信息放入内存单元，单元中原来的

内容被覆盖。

23

内存储器的分类

随机存取存储器（RAM）

按工作方V

式可分为

只读存储器（ROM）

24

输入/输出接口

接口是CPU与外部设备间的桥梁

I/O外

接口设

25

接口的功能

•数据缓冲寄存；

•信号电平或类型的转换；

实现主机与外设间的运行匹配。

★¥

■

26

总Z受

总线是计算机系统中连接各个部件的

信息通道，通过总线可以数据信息、地址

信息、控制命令

27

系统总线

CPU总线包含三种不同功能的总线:

1.数据总线DB(databus)：

传输数据

2.地址总线AB(addressbus)：

传送地址信息

3.控制总线CB(controlbus)：

传输控制信号

28

软件系统

软件：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。

'操作系统

r系统软件Y编译系统

工具软件

软件

应用软件

30

1L

*■

微处理器、微型计算机和微型

计算机系统的关系

31

微处理器

微处理器又称CPU,是微型计算机的核心芯片,

由运算器、控制器和寄存器组组成，是微型计

算机的运算中心和控制中心。

32

微型计算机

微型计算机由微处理器CPU、存储器、输

入输出接口电路和系统总线构成。

¥

33

微型计算机系统

以微型计算机为主体，配上系统软件、应

用软件和外设之后，就成了微型计算机系统。

34

*/4rl★

二、计算机中的数制及编码

*¥

35

主要内容

各种计数制的特点及表示方法;

各种计数制之间的相互转换。

36

常用计数法

’十进制

＜二进制

、十六进制

★★

*

37

十进制

特点：

•以十为底，逢十进一；有0-9十个数字符号。

用D表示。

权值表达式:

二进制

以功底，逢2进位；只有。和1两个符号。用

表示。

十六进制

特点：

•有0・・9及A・・F共16个数字符号，逢16进位。用H

表示。

权值表达式:

40

例：

234.98D或(234.98)D

1101.11B或(1101.11)B

ABCD.BFH或(ABCD・BF)H

各种进制数间的转换

r非十进制数到十进制数的转换

4十进制到非十进制数的转换

I二进制与十六进制数之间的转换

42

非十进制数到十进制数的转换

按相应的权值表达式展开

例:

1011.11B=1X23+0X22+1X21+1X2°+1X2」+1X22

=8+2+1+0.5+0.25

=11.75

5B.8H=5X161+11X16°+8X16」

=80+11+0.5

=91.5

43

十进制到非十进制数的转换

到二进制的转换：

对整数：除2取余;

对小数：乘2取整。

到十六进制的转换：

对整数：除16取余;

对小数：乘16取整。

44

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：

25.5

=11001.1B=19.8H

11001010.0110101B

=CA.6AH

J"45

3,计算机中的编码

•BCD码

•用二进制编码表示的十进制数

•ASCH码

西文字符编码

★■

★

BCD码

压缩BCD码

用4位二进制码表示一位十进制数

扩展BCD码

用8位二进制码表示一位十进制数

★>

*

47

BCD码与二进制数之间的转换

先转换为十进制数，再转换二进制数；反之同

样。

例：(00010001.00100101)BCD

=11.25

=(1011.01)B

48

ASCH码

字符的编码，一般用7位二进制码表示。在需

要时可在D7位加校验位。

•熟悉0—F的ASCII码

49

ASCH码的校验

奇校验

加上校验位后编码中“1”的个数为奇数。

例：A的ASCH码是41H(1000001B),

以奇校验传送则为C1H(11000001B)

•偶校验

加上校验位后编码中“1”的个数为偶数。

上例若以偶校验传送，则为41H。

50

三、无符号数的运算

算术运算

无符号数

逻辑运算

二进制数的运算

有符号数

★★▼

★

51

主要内容

无符号二进制数的算术运算

无符号数的表达范围

运算中的溢出问题

无符号数的逻辑运算

基本逻辑门和译码器

★★

52

1,无符号数的算术运算

加法运算（1+1=0（有进位））

减法运算（0-1=1（有借位））

乘法运算（注意乘数为2时的规律）

除法运算（注意除数为2时的规律）

53

乘除运算例

1011BX10I

=10110

1010B^10B=0101

54

2,无符号数的表示范围：

0<X<2n-l

若运算结果超出这个范围，则产生溢出。

对无符号数：运算时，当最高位向更高位

有进位（或借位）时则产生

溢出O

55

［例］:

11111111

+00000001

100000000

最高位向前有进位，产生溢出

56

3.逻辑运算

，与

或

非

〔异或

*★¥

4.逻辑门

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。

58

“与”、“或”运算

任何数和“0”相“与"，结果为0。

任何数和“1”相“或”，结果为1。

59

“非”、“异或”运算

“非”运算即按位求反

•两个二进制数相“异或”：

相同则为0,相异则为1

60

5.译码器

74LS138译码器:

-GiYo

--G2A

--G2B

一C

一B

★.

-A

丫7——

★

61

掌握

74LS138译码器:

各引脚功能;

输入端与输出端关系（真值表）

62

三、有符号数的运算

★6*8

★

63

计算机中符号数的表示

符号位+数值位

V)

机器数

“0”——表示正

“1”——表示负

★¥

64

［例］

+52=+0110100=00110100

符号位数值位

-52=-0110100=10110100

符号位数值位

65

符号数的表示

"原码

Y反码

、补码

★★

*

66

原码

最高位为符号位，用“0”表示正，用“1”表

示负；其余为真值部分。

优点：真值和其原码表示之间的对应关系简单,

容易理解；

•缺点：计算机中用原码进行加减运算比较困难,

0的表示不唯一。

67

数0的原码

位数o的原码:+0=00000000

-0=10000000

即：数0的原码不唯一。

68

反码

对一个机器数X：

•若X>0，则［不反=久］原

•若XVO,则以］反=对应原码的符号位不变,

数值部分按位求反

69

[例]

X=-52=-0110100

[X]原=10110100

[X]s=l1001011

★¥

70

0的反码：

[+0]反=00000000

[-0]^=11111111

即：数。的反码也不是唯一的。

★★

____/

71

彳卜码

定义:

若X>0，则相］补=［不反=［X］原

若XVO,则［同补=［不反+1

72

[例]

x=-52=-0110100

1X^=10110100

[X]反=11001011

反

[X]#=[X]+1=11001100

J*

0的补码：

•[+0]#=[+01^=00000000

•[-0]#=[-0]^+1=11111111+1

=100000000

/

对8位字长，进位被舍掉

★★

74

特殊数10000000

对无符号数：（10000000）B=128

•在原码中定义为：-0

•在反码中定义为：・127

在补码中定义为：・128

■★★

75

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

★¥

★

76

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:

1）求出真值

2）进行转换

77

[例]:

将一个用补码表示的二进制数转换为十进制数

•[X]#=00101110B

所