微机原理与接口技术第章微型计算机概述课件上课讲义

微机原理与接口技术第1章微型计算机概述教案第1章微型计算机概述1.1微型计算机1.2微机的软件基础1.3微机的结构特点习题例微型计算机

——微型化的电子计算机电子计算机的基本组成存储器输入设备输出设备控制器运算器CPU数据流控制流微处理器、微机、微机系统◆微处理器（MP，Microprocessor），也称为CPU或MPU。微处理器是由算术逻辑部件（ALU）、控制部件（CU）、寄存器（R）组、片内总线等部分组成的大规模集成电路芯片。◆微型计算机（MC，Microcomputer，简称微机）是以微处理器为核心，配上大规模集成电路的半导体存储器、输入和输出接口电路，以及相应的辅助电路。◆微型计算机系统（MCS，MicrocomputerSystem）是以微型计算机为主体，配上一定规模的系统软件和外部设备构成。微型计算机的组成硬件微型计算机微处理器ALU，CU，R，....内存储器ROM，RAMI/O接口并行I/O，串行I/O，....系统总线AB，DB，CB外围设备外部设备键盘，CRT，存储器，....过程通道A/D，D/A，开关量I/O，....电源软件系统软件监控程序，操作系统，编译程序，....程序设计语言机器语言，汇编语言，C语言，....应用软件软件包，数据库，....微机的分类及其应用微机的分类:

◆

微机系统是以微处理器字长作为微机的分类标准。◆微机一般分为4位、8位、16位、32位微机等。微机的应用特点:

◆形小、体轻、功耗低 ◆性能可靠 ◆价格便宜 ◆结构灵活，适应性强 ◆应用面广微机中的数制十进制二进制十六进制数码0~90，10~9，A~F基(或模)10216进位原则逢十进一逢二进一逢十六进一位权值10i2i16i位值规则通项公式N=∑Di×10i

i=n-1~-mN=∑Bi×2i

i=n-1~-mN=∑Hi×16i

i=n-1~-m数制后缀符号D或者省略BH数制之间的转换◆2#数和16#数之间的相互转换

11000001B=1100

0001B=0C1H 7F2AH=0111

1111

0010

1010B=0111111100101010B如果有小数，以小数点为界，对整数、小数转换。 01011101.01B=0101

1101.0100B=5D.4H◆2#/16#数转换成10#数

1010110B=1×26+1×24+1×22+1×2=64+16+4+2=86 4D.8H=4×16+13+8×16-1=64+13+0.5=77.5数制之间的转换◆10#数转换成2#/16#数

10#整数→2#/16#数的转换：

采用“除基取余法”，即除以基数（2/16）取余数法。 233D=0E9H（除以16取余数） 233D=11101001B（除以2取余数）10#小数→2#/16#数的转换：

采用“乘基取整法”，即乘以基数（2/16）取整数法。 0.25D=0.01B=0.4H 0.5D=0.1B=0.8H 0.625D=0.101B=0.AH 0.75D=0.11B=0.CH字符信息编码

◆BCD码（BinaryCodedDecimal）

十进制数0~9的二进制编码，分别用0000~1001表示。 计算机常用一个字节存放2位BCD码（压缩BCD码）。 例如，10000000B（80H），压缩BCD码数解释为80

01001001B（49H），压缩BCD码数解释为49◆ASCII码（AmericanStandardCodeforInformationInterchange） 计算机字符信息交换标准码，共128个，用7位编码（27）表示。

计算机常用一个字节存放一个ASCII码（D7位恒为0）。 例如，0~9的ASCII码30H~39H；A~Z的ASCII码41H~5AH； a~z的ASCII码61H~7AH；空格的ASCII码20H…..

◆机器数（有穷数位）表示字节（8位）数，可表示256个数

字（16位）数，可表示65536个数◆无符号数字节数：0~255（0~0FFH）字数：0~65535（0~0FFFFH）

◆有符号数（原码/补码表示）字节数：-128~127字数：-32768~32767（整）数的表示有/无符号字节数范围

11111111….….…100000011000000001111111….….…000000100000000100000000111111111111111011111101….….…100000011000000001111111….….…0000000100000000无符号数255….

129128127….2

10有符号数-1-2-3….

-127-128有/无符号数表示◆无符号数是正数，无需符号表示，所有数位都是数值数位。n位无符号数N的数值范围是0≤N≤2n-1。◆有符号数的符号用一位二进制数码（正数0，负数1）表示，即符号数值化表示。

原码（符号-绝对值）表示法： 用其最高有效位作为数的符号位（Sf），其余位为数值位。补码表示法：

正数补码同原码表示。 负数补码是将它对应的正数，连同符号位一起按位取反，再在最末数位上加1，即“按位取反+1”。求补码的方法◆

n位补码数N的数值范围：-2n-1≤N≤2n-1-1。

例如，字节数（8位）补码范围：-128~127 字数（16位）补码范围：-32768~32767

◆求X补码（n位）的方法：

X为正数：求X的原码（n位）。

X为负数：求X对应正数的原码（n位），然后“按位取反”，并在最末位+1，即，相当于做了一个n位的0-X运算。 例如：+127的补码（同原码），01111111 -127的补码，01111111按位取反+1，即10000001例如：+1000011（+67） -111000（-56）◆

原码：数符（Sf）—绝对值（8位）01000011（+67） 10111000（-56）

◆反码：正数同原码，负数的数值位“按位取反”（8位）01000011（+67） 11000111（-56）

◆补码：正数同原码，负数的数值位“按位取反+1”（8位）01000011（+67） 11001000（-56）原码，补码表示例D7~D016#数无符号数有符号数（补码）压缩BCD码ASCII码0100000141H656541A0110010064H10010064d01111111

7FH127127非法码<DEL>10000000

80H128-12880非法码1001010195H149-10795非法码10011100

9CH156-100非法码非法码11111111

0FFH255-1非法码非法码8位二进制数/码表示例微机的基本运算◆计算机的基本运算有算术运算和逻辑运算，由算术/逻辑运算部件ALU完成。◆逻辑运算：有反（非）运算、与（∧）运算、或（∨）运算、异或（⊕）运算。对于多位二进制变量的逻辑运算是“按位”运算的，即各对应位分别进行逻辑运算。◆算术运算：计算机中的四则运算最终简化为加/减法运算。ALU的核心电路是加法器，实现的是补码加法运算（不需要判断正/负号，符号位和数值位一起参加运算，能自动得到正确的补码结果，除非出现数值溢出错误）。［X±Y］补码=［X］补码+［±Y］补码

补码加/减法运算例◆41+27=68 00101001+00011011=01000100◆41-27=41+（-27）=14 00101001+11100101=00001110◆-41+27=（-41）+27=-14 11010111+00011011=11110010◆-41-27=（-41）+（-27）=-68 11010111+11100101=10111100指令和指令系统

◆指令——计算机能直接执行的基本操作命令。◆指令系统——计算机能执行的全部指令的集合，称为该计算机的指令系统。◆程序——能实现一定功能的指令序列。用汇编语言/高级语言描述的程序为源程序。◆汇编语言源程序的一条指令语句对应着一条执行指令。◆汇编语言指令语句由操作（码）符和操作数两部分组成。◆操作符——指出所要执行的操作功能，用英文词缩写描述。◆操作数——指出指令操作的数据（操作对象）。汇编语言程序◆计算机程序设计的语言系统:

机器语言（2#代码语言，执行指令序列）

汇编语言（符号机器语言） 高级语言◆汇编语言程序是用助记符号描述的，一一对应机器语言的符号指令序列，便于阅读、书写和记忆。◆汇编语言程序必须经过“汇编过程”，变成机器语言程序（目标程序）才能被执行。◆汇编过程是“一对一”的翻译过程。◆通过汇编语言程序设计，可以直接利用“硬件”，高效地使用计算机实现控制。汇编语言程序设计过程源文件（例：EX1.ASM）执行文件（例：EX1.EXE）目标文件（例：EX1.OBJ）执行编辑程序汇编程序连接程序调试程序汇编语言程序设计的系统软件◆编辑程序

EDIT.EXE/记事本◆汇编程序

MASM.EXE/TASM.EXE◆连接程序

LINK.EXE/TLINK.EXE

◆调试程序

DEBUG.EXE/TD.EXE

*上述系统软件是在MS-DOS环境下使用！微机的总线结构◆

微机的核心部件是微处理器。◆微机的总线是指微机主板或单板机上以微处理器芯片为核心的、芯片与芯片之间的连接总线，称为系统总线。◆系统总线好似微机系统的“中枢神经”，把微处理器、存储器和I/O接口电路（外部设备与微型计算机相连的协调电路）有机地连接起来，所有的地址、数据和控制信号都经过总线传输。◆系统总线分为三类总线，即数据总线（DB）、地址总线（AB）、控制总线（CB）。微机总线结构示意图I/O接口微处理器存储器数据总线DB控制总线CB地址总线AB外部设备引脚的功能复用◆随着微机字长和寻址能力的增加，微处理器的引脚需要的越来越多。又由于工艺技术和生产成本的考虑，大规模集成电路芯片的封装尺寸和引脚数目受到限制。◆微机采用引脚功能复用技术，即把一个引脚设计成由多个功能“共用”的引脚，即让各个功能“分时”使用该引脚，所以也称为引脚分时复用。◆为了区分引脚各个功能，需要有相应的辅助电路，实现分时控制逻辑。所以，引脚功能复用技术是以延长信息传输时间，增加系统的复杂性为代价的。流水线技术

◆流水线技术就是一种同步进行若干操作的处理方式。这种方式的操作过程类似于工厂的流水线作业装配线，故形象地称之为流水线技术。◆流水线技术的实现除了必须增加硬部件外，要保证流水线有良好性能，必须要有一系列有效的技术支持，如，流水线协调管理技术和避免阻塞技术等。◆流水线技术已广泛应用于16位以上的微机系统，主要目的是加快取指令和访问存储器等操作，有指令流水线技术、运算操作流水线技术、寻址流水线技术等一系列应用。微机中常用的数字部件◆三态门电路：微机总线结构中广泛采用三态门电路把部件与总线相连，使挂接在系统总线上的功能部件既要“共享”总线通道，又要避免总线冲突和信息串扰。◆数据缓冲器：由双向三态门构成的数据缓冲器，也称为数据驱动器，或数据收/发器。◆数据锁存器：由D触发器和单向三态门构成的带缓冲的数据锁存器。◆译码器：是根据输入的组合状态得到惟一的输出有效信号的电路，广泛运用在存储器单元和I/O设备的寻址选择中。n位2#数有2n个编码组合，所以，有n个输入端的译码电路，有2n个输出端，称为n-2n译码器。三态门电路◆挂接在微机系统总线上的功能部件既要“共享”总线通道，又要避免总线冲突和信息串扰。微机总线结构中广泛采用三态门电路把部件与总线相连。◆三态门有较高的输入阻抗和较低的输出阻抗，可以改善传输特性，故对传输数据起到缓冲作用，同时能对传输的数据进行功率放大，具有一定的增强数据驱动能力。

EABE2E1AB

E=1B=AE1=1B=AE=0B高阻态E2=1A=B（断开）E1=E2=0A、B断开

单向三态门

双向三态门数据缓冲/驱动器

Intel8286（74LS245）是由8位双向三态门构成的双向数据缓冲/驱动器（数据收/发器）。

A0~A7，B0~B7：双向数据端口。

OE：输出允许信号，低电平有效。

T：传送方向控制信号。当T=1，数据A→B传送，当T=0，数据B→A传送。A1A2A3A4A5A6A7A0B1B2B3B4B5B6B7B0TOE≥1≥1数据锁存器

Intel8282（74LS373）是8位带有单向三态缓冲器的数据锁存器。

DI0~DI7、DO0~DO7：分别是8位数据输入、输出端。

STB：输入选通信号，高电平有效。OE：输出允许信号，低电平有效。DO0OEDO1DO2DO3DO4DO5DO6DO71DQCLKDI0DI1DI2DI3DI4DI5DI6DI7STB1译码器

Intel8205（74LS138）是微机系统广泛运用在存储器和I/O设备寻址的3-8译码器。◆A2,A1,A0

(C,B,A)：3个输入端，有000～111的8种输入组合状态。◆Y0～Y7：8个输出端，译码器工作时， 只有一个Yi输出低电平有效。◆E3,E2,E1

(G1,G2A,G2B)：3个选通信号， 相当于译码器的片选信号。E3∧E2∧E1

=1时，根据A2A1A0的输入组合译码， 得到Y0～Y7中惟一的一个低电平有效。74LS138G2BG2AG1CBAY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y774LS138译码器真值表G1G2AG2BCBAY7~Y0

1000001111111000111111101010111110110111111011110011101111101110111111101011111111101111111习题1.2，习题1.31.2将下列十进制数分别转换成二进制数和十六进制数。（1）