第一章微机原理与接口技术2.ppt

1、绪 论,1.1 概述,1.2 计算机中的数据表示与编码,1.3 微型计算机的逻辑电路基础,1.4 微型计算机基本结构与工作原理,1.1 概 述,计算机系统 是一个由硬件、软件组成的复杂的电子装置， 它能够存储程序和原始数据、中间结果和最终运算结果，并自动完成运算，是一种能对各种数字化信息进行处理的“信息处理机”。 “电脑”。,“ENIAC （电子数据积分器）” 摩尔定律,1.1.1 微型计算机及其发展概况,1946年，世界上出现第一台数字式电子计算机ENIAC （电子数据积分器） 发展到以大规模集成电路为主要部件的第四代，产生了微型计算机 1971年，Intel公司设计了世界上第一个微处理器芯

2、片Intel4004 ，开创了一个全新的计算机时代,1、微型计算机 微处理器（Microprocessor） 简称P或MP，是由一片或几片大规模集成电路组成的具有运算器和控制器的中央处理机部件，即CPU（Certal Processing Unit）。 微处理器本身并不等于微型计算机，它仅仅是微型计算机中央处理器，有时为了区别大、中、小型中央处理器（CPU）与微处理器，把前者称为CPU，后者称为MPU（Microprocessing Unit）。 微型计算机（Microcomputer） 简称C或MC，是指以微处理器为核心，配上由大规模集成电路制作的存储器、输入/输出接口电路及系统总线所组成的

3、计算机。 微型计算机系统（Microcomputer System） 简称CS或MCS，是指以微型计算机为中心，以相应的外围设备、电源、辅助电路以及控制微型计算机工作的系统软件所构成的计算机系统。,2. 微型计算机系统的主要性能指标, 字长 内存容量 指令系统 运算速度 容许配置的外设数量 系统软件的配置,3. 微型计算机的发展简史,第1代：4位和低档8位微机 第2代：中高档8位微机 第3代：16位微机 第4代：32位微机 第5代：64位微机,4. 微型计算机的新技术,流水线技术 芯片上存储管理技术 虚拟存储管理技术 并行处理的哈佛结构 RISC结构 整片集成技术 多媒体技术,1.1.2 微型

4、计算机的特点,功能强 可靠性高 价格低廉 适应性强，系统设计灵活 周期短、见效快 体积小、重量轻、耗电省 维护方便,1.2 计算机中的数据表示与编码,所谓编码，就是用少量、简单的基本符号，选用一定的组合规则，来表示大量复杂多样的信息。 基本符号的种类和这些符号的组合规则构成编码的两大要素。 在计算机中，广泛采用的是仅用“0”和“1”两个基本符号组成的基2码，亦称为二进制码。,1.2.1 数和数制,1.2.2 计算机中带符号数的表示方法,机器码： 数值在计算机中的表示形式 (二进制)。 例： 1001 1100,机器数的特点：,表示的数的范围受计算机字长的限制；,例 计算机字长为8位时, 无符号

5、数的范围是 0000 00001111 1111 （0255）,符号位被数字化 （正号：0 负号：1）,小数点处于约定的位置,例 计算机字长为8位时, 有符号数的范围是 1 111 11110 111 1111（-127+127）,定点数：小数点的位置固定不变。 浮点数：小数点的位置允许浮动。,原码,反码,补码,机器数的三种表示,原 码,表示方法,符号位用0或1表示，数值部分不变,例: (设机器字长为8位) 13的原码为 0 0001101 -13的原码为 1 0001101,0的原码表示(两种方法),+0原=00000000 -0 原=10000000,反 码,表示方法,0的反码表示(两种方

6、法),X0时，X反= X原 X0时，X反= 将原码除符号位外逐位取反,+0反=00000000 -0反=11111111,补 码,表示方法,0的补码表示(一种方法),X0时，X补= X原 X0时，X补= X反+1,+0补=00000000 -0补=11111111+1=00000000,定点纯整数：小数点的位置在所有数字之后,定点纯小数：小数点的位置在所有数字之前,1.2.3 定点数与浮点数,定点数,浮点数,1. BCD码(二十进制码),是一种用二进制编码表示十进制数的编码方法,最常用的BCD码是8421码,用4位二进制编码表示1位十进制数.,例如: (5 2 9)10=(0101 0010

7、1001)BCD,1.2.4 十进制数的编码,2. BCD码的加减运算,BCD码的运算规则： 当两个BCD码相加，如果和等于或小于1001，即9H，不需要修正； 如果相加之和在1010到1111即0AH0FH之间，则需加6H加以修正； 如果相加时本位产生了进位，则需加6H加以修正。,1.2.5 ASCII字符代码,1. ASCII码 (American Standard Code For Information Interchange),西文字符在计算机内的二进制表示,两种版本 编码顺序,7位版本：用7个二进制位代表一个字符(128个) 8位版本:,控制字符空格数字09 大写字母AZ小写字母a

8、z,1.3 微型计算机的逻辑电路基础,1.3.1 触发器 触发器（Trigger）是计算机的记忆装置的基本单元，也是构成时序电路的基础。在计算机中用触发器来存储数据，1个触发器存储1位二进制数。 触发器的种类很多。按时钟控制方式分，有电位触发、边沿触发、主从触发等方式。按功能分类，有R-S型、D型、J-K型等。,1.3.2 寄存器,寄存器（Register）是计算机的一个重要部件，用于暂存数据、指令等。 它是由触发器和一些控制门组成的。 1个触发器就是一个1位寄存器,，由n个触发器可以组成1个n位寄存器。,1. 缓冲寄存器（Buffer） 用以暂存某个数据，以便在适当的时间节拍和给定的计算步

9、骤将数据输入或输出到其它记忆元件去。 2. 移位寄存器（Shifting Register） 具有数码寄存和移位两个功能。在移位脉冲的作用下，能将其所存储的数据逐位向或向右移动，以达到计算机在运行过程中所需的功能。,3. 计数器（Counter） 计数器是计算机、数字仪表中常用的一种电路。它也是由若干个触发器组成的寄存器，当一个计数脉冲到达时，它会按二进制数的规律累计脉冲数，使存储在其中的数字加1。 4. 累加器（Accumulator） 累加器也是一个由多个触发器组成的多位寄存器，它并不进行加法运算，而是用以暂存每次在ALU中计算的中间结果。,1.3.4 译码器74LS138,常见的二进制集

10、成译码器有2：4译码器、3：8译码器、和416译码器。 3：8译码器的输入是3位2进制代码，分别用A2、A1、A0表示，有8种不同的状态组合000、001、010111，分别译成Y0、Y1、Y2Y7共8个输出。 译码器可以用来作多路分配器、地址译码器、或实现逻辑函数等。,1.4 微型计算机基本结构与工作原理,1.4.1 微型计算机系统的组成,计 算 机 系 统,1. 冯诺依曼计算机,冯诺依曼结构的基本思想,运算器、控制器、存储器、 输入设备、输出设备,数据流,控制流,冯诺依曼计算机结构,运算器: 处理算术运算和逻辑运算,简称算逻单元 (ALU),控制器: 保证计算机系统的各个部件正确有序地执行

11、程序,存储器: 存储程序和数据. 分为内部存储器和外部存储器.,输入设备: 接收用户输入的原始数据和程序,并将其转换 为二进制编码.,输出设备: 将计算机的处理结果转换为人或其他设备可以 接收或识别的信息形式.,2. 现代微型计算机系统, 以存储器为中心的计算机系统,定义,类型,连接CPU与IO 提供外设访问内存和CPU资源的通道,数据总线(DB): 传送程序或数据 地址总线(AB): 传送内存地址 控制总线(CB): 传送各种控制信息,(2) 总线,(3) I/O 接口,定义,类型,主机与外部设备互连的对接部分,串行口 并行口 USB口(Universal Serial Bus 通用串行总线

12、),CPU,Cache(高速缓冲存储器),内部存储器,外部存储器(软盘、硬盘等), 存储系统,微型计算机的三级存储结构,3. 微处理器的内部结构与基本功能,典型微处理器结构,4. 微型计算机的软件系统,控制、管理和协调微机及其外部设备 支持应用软件的开发和运行,如：,操作系统(最重要的系统软件),语言处理程序(如:编译程序、汇编程序等),数据库管理系统(如:FoxPro、SQL等),功能: 处理器管理、 存储器管理 设备管理、 文件管理 作业管理,(1)系统软件,(2)应用软件,为解决特定领域问题而开发的软件,如:,财务软件 文字处理软件 图形处理软件等,1.4.2 微型计算机的基本工作方法,每种型号的CPU都有自己的指令系统，用户根据要完成的任务预先编好程序，再通过输入设备将程序送入存储器中。 微型计算机开始工作后，首先将该程序