微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)

1整理ppt本門課的參考書1.凡與匯編程序設(shè)計(jì)、與80X86硬件接口有關(guān)的書與資料2.戴梅萼.微型計(jì)算機(jī)技術(shù)及應(yīng)用(第3版〕.清華大學(xué)出版社.2003年3.仇玉章等.32位微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù).清華大學(xué)出版社.2004年答疑教材孫力娟等.微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)(第2版〕清華大學(xué)出版社.2007年2月2整理ppt本門課的課程與實(shí)驗(yàn)安排

總學(xué)時(shí)56學(xué)時(shí)

實(shí)驗(yàn)8學(xué)時(shí)

3整理ppt序言4整理ppt存儲(chǔ)器按照馮.諾依曼的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)思想運(yùn)算器控制器輸入輸出5整理ppt計(jì)算機(jī)開展第一代〔1946~1958〕電子管計(jì)算機(jī)第二代〔1959~1963〕晶體管計(jì)算機(jī)第三代〔1964~1970〕集成電路電子計(jì)算機(jī)第四代〔1971~1990〕大規(guī)模集成電路第五代〔1991~〕黃金時(shí)期6整理ppt什么是微型計(jì)算機(jī)？

微型計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)：體積小、重量輕、價(jià)格低廉簡(jiǎn)單靈活、可靠性高功耗低、對(duì)使用環(huán)境要求不高結(jié)構(gòu)靈活、應(yīng)用面廣計(jì)算機(jī)按體積、性能和價(jià)格等分類，可分為：巨型機(jī)、大型機(jī)、中型機(jī)、小型機(jī)、微型機(jī)7整理ppt

課程內(nèi)容本課程講述３２位微型機(jī)的硬件、軟件的根本知識(shí)，其中：硬件：３２位微處理器的指令系統(tǒng)，微處理器結(jié)構(gòu)，中斷系統(tǒng)，I/O系統(tǒng)與常規(guī)I/O接口電路及其應(yīng)用軟件：匯編語言程序設(shè)計(jì)本課程涉及到的根底知識(shí)有：數(shù)字電路,DOS操作命令，數(shù)制和碼制。8整理ppt第1章計(jì)算機(jī)根底9整理ppt解決微型機(jī)領(lǐng)域中數(shù)的不同表示方法一．常用計(jì)數(shù)制1.十進(jìn)制數(shù)：編程時(shí)使用〔D〕2.二進(jìn)制數(shù)：計(jì)算機(jī)內(nèi)部信息存儲(chǔ)，運(yùn)算，輸入/輸出都是二進(jìn)制數(shù)〔B〕1.1

計(jì)算機(jī)中的數(shù)制10整理ppt在二進(jìn)制計(jì)數(shù)系統(tǒng)中，表示數(shù)據(jù)的數(shù)字符號(hào)只有兩個(gè)，即0和1；大于1的數(shù)就需要兩位或更多位來表示；以小數(shù)點(diǎn)為界向前各位的位權(quán)依次是20，21，22，…，向后依次為2-1，2-2，2-3，…；一個(gè)二進(jìn)制數(shù)可以通過各位數(shù)字與其位權(quán)之積的和來計(jì)算其大小。11整理ppt〔１１０１．１１〕２權(quán)：．

每位代碼非０即１高位權(quán)是低位權(quán)的２倍加減運(yùn)算法那么：逢二進(jìn)一，借一當(dāng)二＋10111111011010－特點(diǎn)：12整理ppt3.十六進(jìn)制數(shù)：人們最常用的是十進(jìn)制，但在計(jì)算機(jī)中為了物理實(shí)現(xiàn)的方便，采用的是二進(jìn)制。人們?yōu)榱藭鴮戦喿x方便，又常常采用十六進(jìn)制數(shù)來表示二進(jìn)制數(shù)。十六進(jìn)制的基數(shù)是16，權(quán)值為160、161、…，數(shù)碼有0、1、…、9、A、B、C、D、E、F。十六進(jìn)制用H表示，二進(jìn)制數(shù)用B表示13整理ppt４位二進(jìn)制數(shù)

等值的一位十六進(jìn)制數(shù)４位二進(jìn)制數(shù)

等值的一位十六進(jìn)制數(shù)00000100080001110019001021010A001131011B010041100C010151101D011061110E011171111F十六進(jìn)制與二進(jìn)制的關(guān)系：

每4位二進(jìn)制數(shù)用1位十六進(jìn)制數(shù)來表示14整理ppt所以，〔10，1001，1010，1111〕２＝〔29AF〕16十六進(jìn)制數(shù)特點(diǎn)：〔２９AF〕16權(quán)：每位代碼０～９，A～F高位權(quán)是低位權(quán)的16倍加減運(yùn)算法那么：逢十六進(jìn)一，借一當(dāng)十六(39)16(7A)16＋(B3)16(45)16(26)16－(1F)1615整理ppt二．?dāng)?shù)制轉(zhuǎn)換１．二、八、十六進(jìn)制數(shù)→十進(jìn)制數(shù)算法:每位的代碼和該位的權(quán)值相乘，再求累加和如：〔１１０１．１１〕２＝〔？〕１０解：

1×23＋1×22＋0×21＋

1×20＋1×2－1＋1×2－2=8＋4＋0＋1＋0.5＋0.25=(13.75)10如：〔２９AF〕16=(?)10解：2×163＋9×162＋10×161＋15×160=8192＋2304＋160＋15=(10671)1016整理ppt２.二進(jìn)制數(shù)→十六進(jìn)制數(shù)四位二進(jìn)制數(shù)為一組，每組用等值的十六進(jìn)制代換如：(101011.11)２＝(10,1011.1100)2=(2B.C)163．十六進(jìn)制數(shù)→二進(jìn)制數(shù)一位十六進(jìn)制數(shù)用等值的四位二進(jìn)制數(shù)代換如:(17E.58)16＝〔0001,0111,1110.0101,1000)24.十進(jìn)制數(shù)→二進(jìn)制數(shù)①十進(jìn)制整數(shù)→二進(jìn)制數(shù)算法：除２取整，直到商為零為止，倒排17整理ppt11222120所以，(11)10=(1011)25

218整理ppt②十進(jìn)制數(shù)純小數(shù)→二進(jìn)制數(shù)算法:乘2取整,直到乘積的小數(shù)局部為0時(shí)止，順排∴(0.8125)10=(0.1101)20.81251.625221.25021.020.519整理ppt

③十進(jìn)制帶小數(shù)→二進(jìn)制數(shù)整數(shù)、純小數(shù)分別計(jì)算,再合并∴(11.8125)10=(1011.1101)2例:設(shè)X=(01010110)2

Y=(5A)16

問:X,Y誰大?解:轉(zhuǎn)換成同一數(shù)制比。等值的十進(jìn)制數(shù)誰最大?！遆=(01010110)2=26＋24＋22＋21=(86)10Y=(5A)16=5×161＋10×160=(90)

10∴Y大不同數(shù)制的數(shù)比大小,可看它等值的十進(jìn)制數(shù)誰大。20整理ppt1.2計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)的編碼一．十進(jìn)制數(shù)的二進(jìn)制編碼——BCD碼二．字符的編碼——ASCII碼三．碼制解決不同信息在計(jì)算機(jī)中的具體表示21整理ppt

一．十進(jìn)制數(shù)的二進(jìn)制編碼—BCD碼計(jì)算機(jī)中采用二進(jìn)制，但二進(jìn)制書寫、閱讀不便，所以在輸入輸出時(shí)人們?nèi)粤?xí)慣使用十進(jìn)制。采用二進(jìn)制數(shù)對(duì)每一位十進(jìn)制數(shù)字進(jìn)行編碼來表示一個(gè)十進(jìn)制數(shù)，這種數(shù)叫做BCD碼。BCD碼有多種形式，最常用的是8421BCD碼，它是用4位二進(jìn)制數(shù)對(duì)十進(jìn)制數(shù)的每一位進(jìn)行編碼，這4位二進(jìn)制碼的值就是被編碼的一位十進(jìn)制數(shù)的值。22整理ppt401000100300110011200100010100010001000000000等值的一位十進(jìn)制數(shù)等值的一位BCD碼數(shù)四位二進(jìn)制數(shù)23整理ppt0101010150110011060111011171000100081001100191010非法BCD碼1011110011011110111124整理pptBCD碼在計(jì)算機(jī)中的存儲(chǔ)分為緊湊型和非緊湊型兩種：緊湊型BCD碼：〔37〕D=0011，0111B非緊湊型BCD碼： 〔37〕D=0000，0011B0000，0111B25整理ppt二．字符的編碼——ASCII碼在計(jì)算機(jī)中除了數(shù)值之外，還有一類非常重要的數(shù)據(jù)，那就是字符，計(jì)算機(jī)常用的輸入／輸出設(shè)備有鍵盤、顯示器、打印機(jī)，它們處理的數(shù)都是人熟悉的字符,有英文的大小寫字母，數(shù)字符號(hào)〔0，1，…，9〕以及其他常用符號(hào)〔如：%、+等〕。在計(jì)算機(jī)中，這些符號(hào)都是用二進(jìn)制編碼的形式表示，每一個(gè)字符被賦予一個(gè)惟一固定的二進(jìn)制編碼。目前，一般都是采用美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼〔ASCII〕，它使用七位二進(jìn)制編碼來表示一個(gè)符號(hào)。由于用七位碼來表示一個(gè)符號(hào)，故該編碼方案中共有128個(gè)符號(hào)〔27=128〕。26整理ppt如：鍵入“１〞，實(shí)際寫入鍵盤存儲(chǔ)區(qū)的是31H即00110001B鍵入“A〞，實(shí)際寫入鍵盤存儲(chǔ)區(qū)的是41H即01000001B又如：欲顯示“0〞，應(yīng)把30H即00110000B→顯示存儲(chǔ)區(qū)欲顯示“F〞，應(yīng)把46H即01000110B→顯示存儲(chǔ)區(qū)27整理ppt要求同學(xué)們要牢記以下18個(gè)字符的ASCⅡ碼：0～9的ASCⅡ碼為30H～39HA～F的ASCⅡ碼為41H～46H回車符的ASCⅡ碼為0DH換行符的ASCⅡ碼為0AH28整理ppt

三.碼制

解決在微型機(jī)領(lǐng)域中如何表示有符號(hào)數(shù)？〔一〕真值和機(jī)器數(shù)的概念計(jì)算機(jī)只能識(shí)別0和1組成的數(shù)或代碼，所以有符號(hào)數(shù)的符號(hào)也只能用0和1來表示，29整理ppt真值：一個(gè)數(shù)的數(shù)值。用“＋〞表示正數(shù)，用“－〞表示負(fù)數(shù)如：+101-101把符號(hào)數(shù)值化，用0表示“+〞，用1表示“-〞，這樣，連同符號(hào)位在一起作為一個(gè)數(shù)，稱為機(jī)器數(shù)。

正數(shù)負(fù)數(shù)0XXXXXXX1XXXXXXX

機(jī)器數(shù)：在計(jì)算機(jī)中如何表示正負(fù)?

30整理ppt由于數(shù)值局部的表示方法不同，有符號(hào)數(shù)可有三種表示方法，即機(jī)器數(shù)有三種形式，分別叫做原碼、反碼和補(bǔ)碼。

字長(zhǎng)：包括符號(hào)位在內(nèi)，一個(gè)二進(jìn)制數(shù)占有的位數(shù)如：字長(zhǎng)n=8的二進(jìn)制數(shù)，除了符號(hào)位，數(shù)值部分為7位31整理ppt1.原碼：原碼表示的有符號(hào)數(shù)，最高位為符號(hào)位，數(shù)值位局部就是該數(shù)的絕對(duì)值。例如：假設(shè)某機(jī)器為8位機(jī)，即一個(gè)數(shù)據(jù)用8位〔二進(jìn)制〕來表示，那么： +23(17H)的原碼機(jī)器數(shù)為00010111 -23(-17H)的原碼機(jī)器數(shù)為10010111其中最高位是符號(hào)位，后7位是數(shù)值位。32整理ppt2.反碼：反碼表示的有符號(hào)數(shù)，也是把最高位規(guī)定為符號(hào)位，但數(shù)值局部對(duì)于正數(shù)是其絕對(duì)值，而對(duì)于負(fù)數(shù)那么是其絕對(duì)值按位取反〔即1變0，0變1〕。 例如：+23的反碼機(jī)器數(shù)為00010111-23的反碼機(jī)器數(shù)為11101000

數(shù)字‘0’的反碼有2種表示：(+0)10=(00000000)2(-0)10=(11111111)233整理ppt3.補(bǔ)碼：補(bǔ)碼表示的有符號(hào)數(shù)，對(duì)于正數(shù)來說同原碼、反碼一樣，但負(fù)數(shù)的數(shù)值位局部為其絕對(duì)值按位取反后末位加1所得。例如：+23的反碼為00010111-23的反碼為11101000-23的補(bǔ)碼為1110100134整理ppt小結(jié)：①機(jī)器數(shù)比真值數(shù)多一個(gè)符號(hào)位。

②正數(shù)的原、反、補(bǔ)碼與真值數(shù)相同。③負(fù)數(shù)原碼的數(shù)值局部與真值相同；負(fù)數(shù)反碼的數(shù)值局部為真值數(shù)按位取反;負(fù)數(shù)補(bǔ)碼的數(shù)值局部為真值數(shù)按位取反末位加1。

④沒有負(fù)零的補(bǔ)碼，或者說負(fù)零的補(bǔ)碼與正零的補(bǔ)碼相同。35整理ppt⑥補(bǔ)碼機(jī)器數(shù)的數(shù)值范圍設(shè)機(jī)器數(shù)字長(zhǎng)=n位,用來表示整數(shù),那么n位補(bǔ)碼數(shù),其真值范圍為

-2n-1～+2n-1-1⑤由于補(bǔ)碼表示的機(jī)器數(shù)更適合運(yùn)算，為此，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中負(fù)數(shù)一律用補(bǔ)碼表示。設(shè)：8位補(bǔ)碼數(shù)為1000,0000～0111,1111那么：十進(jìn)制真值數(shù)為-128～+127設(shè)：16位補(bǔ)碼數(shù)為1000,0000,0000,0000～0111,1111,1111,1111那么：十進(jìn)制真值數(shù)為-32768～+3276736整理ppt〔1〕設(shè)[X]補(bǔ)=(96)16,那么x=(?)10解:[x]補(bǔ)=(96)16=10010110那么x=-1101010=(-106)10〔2〕設(shè)x=(-120)10,那么[x]補(bǔ)=(?)16解：x=(-120)10=(-1111000)2那么[x]補(bǔ)=(1000,1000)=(88)16〔3〕設(shè)x=(108)10,那么[x]補(bǔ)=(?)16解:x=(108)10=(+110,1100)2那么[x]補(bǔ)=(0110,1100)2=(6C)16

真值與機(jī)器數(shù)的轉(zhuǎn)換(設(shè)字長(zhǎng)n=8)37整理ppt〔二〕整數(shù)補(bǔ)碼的運(yùn)算１．關(guān)于“模〞的概念一個(gè)計(jì)量器的最大容量稱為該計(jì)量器的“模〞四位計(jì)數(shù)器能存0000～1111共十六個(gè)數(shù),

∴

模＝24八位計(jì)數(shù)器能存0000,0000～1111,1111共256個(gè)數(shù)，

∴模＝28

十六位計(jì)數(shù)器能存0000,0000,0000,0000～1111,1111,1111,1111共65536個(gè)數(shù)，∴模＝216

38整理ppt2．四位的加法器〔由四個(gè)全加器組成〕模＝24＝16一位全加器有3個(gè)輸入端(加數(shù),被加數(shù),低位向本位的進(jìn)位)2個(gè)輸出端(本位和,本位向高位的進(jìn)位)∑∑∑∑在上述加法器上進(jìn)行:7+6=13,進(jìn)位為08+8=0,進(jìn)位為1進(jìn)位為“1〞，其值為16，就是四位加法器的“模〞，它被運(yùn)算器“喪失〞了。01111100111039整理ppt3.整數(shù)補(bǔ)碼的加減運(yùn)算〔ｘ＋ｙ〕補(bǔ)＝〔ｘ〕補(bǔ)＋〔ｙ〕補(bǔ)〔ｘ－ｙ〕補(bǔ)＝〔ｘ〕補(bǔ)＋〔－ｙ〕補(bǔ)條件：(1)符號(hào)位參加運(yùn)算(2)以2n為?！玻顬樽珠L(zhǎng)〕(3)當(dāng)真值滿足以下條件時(shí)，結(jié)果是正確的，否那么結(jié)果錯(cuò)誤－2n-1≤x,y,x+y,x－y<+2n-140整理ppt

[x]補(bǔ)=01000010[y]補(bǔ)=00110011∴x+y=+117，進(jìn)位=0，∴x-y=+15，進(jìn)位=1被運(yùn)算器丟失，保存在進(jìn)位標(biāo)志寄存器中

被運(yùn)算器喪失，保存在進(jìn)位標(biāo)志存放器中[x+y]補(bǔ)=001110101[x-y]補(bǔ)=100001111

[x]補(bǔ)=01000010[-y]補(bǔ)=11001101例1.設(shè)x=(66)10，y=(51)10,以28

為模，補(bǔ)碼運(yùn)算x+y解：x=(66)10=+1000010，y=(51)10=+011001141整理ppt∴66+99=-1011011=-91-66-99=+01011011=+91結(jié)果都是錯(cuò)的？被運(yùn)算器丟失，保存在進(jìn)位標(biāo)志寄存器中

被運(yùn)算器丟失，保存在進(jìn)位標(biāo)志寄存器中

[66+99]補(bǔ)=010100101[-66-99]補(bǔ)=101011011[-66]補(bǔ)=10111110[-99]補(bǔ)=10011101例2．以28為模，補(bǔ)碼運(yùn)算,求66+99，-66-99解：[66]補(bǔ)=01000010[99]補(bǔ)=0110001142整理ppt錯(cuò)誤原因：因?yàn)樽珠L(zhǎng)n=8，8位字長(zhǎng)的補(bǔ)碼數(shù)，其真值范圍是：-128～+127

而66+99165，真值超過127，

-66-99-165，真值小于-128總之，∵運(yùn)算器位數(shù)不夠，不能表示165和-165，∴出錯(cuò)。43整理ppt〔三〕無符號(hào)數(shù)的概念計(jì)算機(jī)處理的數(shù)值數(shù)據(jù)，包括有符號(hào)數(shù)和無符號(hào)數(shù)兩類。有符號(hào)數(shù)用補(bǔ)碼表示，其最高位代表符號(hào)。如：編程統(tǒng)計(jì)某班級(jí)單科的及格人數(shù)。學(xué)生成績(jī)沒有負(fù)數(shù)，所以成績(jī)應(yīng)視為無符號(hào)數(shù)。如：編程統(tǒng)計(jì)某科室工資總額…工資是無符號(hào)數(shù)如：數(shù)N=〔1111，1111〕2假設(shè)它是有符號(hào)補(bǔ)碼數(shù)，那么其值=－1假設(shè)它是無符號(hào)數(shù)，那么其值=255什么是無符號(hào)數(shù)？即數(shù)的最高位不代表符號(hào)，而是數(shù)值的一局部。某數(shù)是無符號(hào)數(shù)，還是有符號(hào)數(shù)，其物理意義是由程序員定義44整理ppt〔四〕溢出和進(jìn)位的概念1．進(jìn)位：運(yùn)算后，最高位向更高位的進(jìn)位值。溢出：運(yùn)算結(jié)果超出了運(yùn)算器所能表示的范圍。以下情況就發(fā)生了溢出：8位加法器，運(yùn)算無符號(hào)數(shù)，結(jié)果≥2568位加法器，運(yùn)算有符號(hào)數(shù)，結(jié)果>+127，<－12816位加法器，運(yùn)算無符號(hào)數(shù)，結(jié)果≥6553616位加法器，運(yùn)算有符號(hào)數(shù)，結(jié)果>215-1,<-21545整理ppt2．計(jì)算機(jī)怎樣表示進(jìn)位和溢出CFOF溢出判斷電路∑

來自低位的進(jìn)位值46整理ppt①運(yùn)算器對(duì)有符號(hào)數(shù)和無符號(hào)數(shù)同樣對(duì)待②最高位的進(jìn)位值保存在“進(jìn)位標(biāo)志存放器〞中③如加數(shù)與被加數(shù)的最高位相同，卻與結(jié)果的最高位相異，那么將溢出標(biāo)志置為1如果參與運(yùn)算的數(shù)是無符號(hào)數(shù)，那么判進(jìn)位標(biāo)志，進(jìn)位標(biāo)志=1，表示溢出錯(cuò)。如果參與運(yùn)算的數(shù)是有符號(hào)數(shù)，那么判溢出標(biāo)志，溢出標(biāo)志=1，表示溢出錯(cuò)。3．程序員如何判斷溢出錯(cuò)？47整理ppt例：加數(shù)=01000010

被加數(shù)=01100011再如：加數(shù)=10111110

被加數(shù)=10011101假設(shè)加數(shù)、被加數(shù)為無符號(hào)數(shù)，那么結(jié)果=10100101=165假設(shè)加數(shù)、被加數(shù)有符號(hào)數(shù)，那么結(jié)果=－91假設(shè)它們是無符號(hào)數(shù)，結(jié)果=+91(CF=1)它們是有符號(hào)數(shù)，結(jié)果=+91(OF=1)CF=0，OF=1和=010100101

和=101011011CF=1，OF=1結(jié)果都錯(cuò)（+（+48整理ppt一.

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成：硬件：泛指設(shè)備而言軟件：泛指程序而言

1.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的根本組成硬件：

中央處理器CPU

（運(yùn)算器、控制器）存儲(chǔ)器系統(tǒng)

I/O接口電源系統(tǒng)

I/O設(shè)備主機(jī)箱49整理ppt軟件：系統(tǒng)軟件〔操作系統(tǒng)，程序設(shè)計(jì)語言及其編輯、編譯軟件……〕應(yīng)用軟件：為解決某一實(shí)際問題而編制的軟件二.微型機(jī)硬件結(jié)構(gòu)50整理ppt

CP

U

存儲(chǔ)器

AB地址總線

DB數(shù)據(jù)總線

CB控制總線

存儲(chǔ)器I/O接口I/O設(shè)備微機(jī)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)①以CPU為核心通過3條總線連接存儲(chǔ)器、I/O接口51整理ppt

存儲(chǔ)器CPU:即微處理器，是超大規(guī)模集成電路，內(nèi)部集成了運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器管理部件……CP

U

AB地址總線

DB數(shù)據(jù)總線

CB控制總線

存儲(chǔ)器I/O接口I/O設(shè)備微機(jī)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)①以CPU為核心通過3條總線連接存儲(chǔ)器、I/O接口52整理ppt存儲(chǔ)器:指系統(tǒng)的主存儲(chǔ)器，簡(jiǎn)稱為內(nèi)存。用來存放程序、數(shù)據(jù)

存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器CP

U

AB地址總線

DB數(shù)據(jù)總線

CB控制總線

I/O接口I/O設(shè)備微機(jī)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)①以CPU為核心通過3條總線連接存儲(chǔ)器、I/O接口

53整