1、1,微機(jī)原理及接口技術(shù),1.1 有關(guān)術(shù)語(yǔ) 1.2 計(jì)算機(jī)發(fā)展簡(jiǎn)史 1.3 單片微型計(jì)算機(jī) 1.4 計(jì)算機(jī)中的數(shù)和編碼,第1章 微型計(jì)算機(jī)概述,1. 位 ( bit ) 2. 字節(jié) ( Byte ) 3. 字和字長(zhǎng) (word) 4. 位編號(hào) 5. 指令、指令系統(tǒng)和程序 6. 寄存器 7. 譯碼器,1.1 有關(guān)術(shù)語(yǔ),4,1. 位 ( bit) 指計(jì)算機(jī)能表示的最基本最小的單位 在計(jì)算機(jī)中采用二進(jìn)制表示數(shù)據(jù)和指 令，故位就是一個(gè)二進(jìn)制位，有兩 種狀態(tài)，“0” 和 “1”.,5,2. 字節(jié) ( Byte ) 相鄰的8位二進(jìn)制數(shù)稱為一個(gè)字節(jié) 1 Byte = 8 bit 如： 1100 0011 01

2、01 0111,6,3字和字長(zhǎng),字長(zhǎng)：是每一個(gè)字所包含的二進(jìn)制位數(shù)。 它常與CPU內(nèi)部的寄存器、 運(yùn)算裝置、 總線寬度一致。,字：CPU內(nèi)部進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的基本單位。,例 某CPU內(nèi)含 8位運(yùn)算器，則：參加運(yùn)算的數(shù)及結(jié) 果均以 8位 表示,最高位產(chǎn)生的進(jìn)位或借位在8位 運(yùn)算器中不保存，而將其保存到標(biāo)志寄存器中。,字長(zhǎng)是衡量CPU工作性能的一個(gè)重要參數(shù)。 不同類型的CPU有不同的字長(zhǎng)。 如: Intel 4004 是 4 位 8080 是 8 位 8088/ 8086/80286 是 16 位 80386/80486、Pentium 是 32 位,一個(gè)字定為16 位， 1 Word = 2 Byt

3、e 一個(gè)雙字定為32位 1 DWord = 4 Byte,4. 位編號(hào) 為便于描述，對(duì)字節(jié),字和雙字中的各位進(jìn)行編 號(hào)。從低位開(kāi)始，從右到左依次為 0、1、2,指令是CPU能執(zhí)行的一個(gè)基本操作。 如：取數(shù)、加、減、乘、除、存數(shù) 等 指令系統(tǒng)是CPU所能執(zhí)行的全部操作。 不同的CPU，其指令系統(tǒng)不同。 程序是用戶在使用計(jì)算機(jī)時(shí)，為要解決的問(wèn)題， 用一條條指令編寫的指令序列。,5. 指令、指令系統(tǒng)和程序,6寄存器 寄存器是用來(lái)存放數(shù)據(jù)和指令的一種基本邏輯部件。,根據(jù)存放信息的不同，有指令寄存器、數(shù)據(jù)寄存器、地址寄存器等。,7譯碼器,譯碼器是將輸入代碼轉(zhuǎn)換成相應(yīng)輸出信號(hào)的邏輯電路。 指令是CPU能執(zhí)

4、行的一個(gè)基本操作，用戶用編碼形 式的指令進(jìn)行編程，程序存放在內(nèi)存中; CPU的設(shè)計(jì)者對(duì)CPU的所有指令進(jìn)行編碼; CPU從內(nèi)存取來(lái)編碼形式的指令，對(duì)指令進(jìn)行譯碼， 發(fā)出執(zhí)行該指令功能所需的信號(hào),根據(jù)譯碼內(nèi)容的不同分： 指令譯碼器: 將指令代碼轉(zhuǎn)換成該指令所需的各種控制信號(hào)。 地址譯碼器: 將地址信號(hào)轉(zhuǎn)換成各地址單元相應(yīng)的選通信號(hào)。,1.2 計(jì)算機(jī)發(fā)展簡(jiǎn)史,根據(jù)使用的基本電子器件，計(jì)算機(jī)經(jīng)歷了四個(gè)階段：,1.3.1 微型計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 1.3.2 微型計(jì)算機(jī)的分類及IBM PC機(jī)的發(fā)展簡(jiǎn)史 1.3.3 單片微型計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)及發(fā)展概況,1.3 單片微型計(jì)算機(jī),1.3.1 微型計(jì)算

5、機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng),1）微型計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu),微機(jī)的硬件由CPU、存儲(chǔ)器、輸入/輸出設(shè)備構(gòu)成； 輸入/輸出設(shè)備通過(guò)輸入/輸出(I/O )接口與系統(tǒng)相連； 各部件通過(guò)總線連接。,構(gòu)成部件,(1)總線,總線是連接多個(gè)功能部件的一組公共信號(hào)線。 微機(jī)中各功能部件之間的信息是通過(guò)總線傳輸?shù)摹?按信號(hào)的作用，總線分為三類： 地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線,地址總線的條數(shù) 決定CPU的尋址能力。 10根 210 1024 1K 20根 220 1024K 1M 32根 232 22 230 4G 36根 236 26 230 64G,地址總線 AB ( Address Bus) ： 單向，用來(lái)傳送

6、CPU輸出的地址信號(hào)， 確定被訪問(wèn)的存儲(chǔ)單元、I/O端口。,數(shù)據(jù)總線 DB ( Data Bus )：雙向 用來(lái)在CPU與存儲(chǔ)器、I/O接口之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。,數(shù)據(jù)總線條數(shù)決定一次可最多傳送數(shù)據(jù)的寬度,8 根 一次傳送 8位 16 根 一次傳送 16位 32 根 一次傳送 32位 64 根 一次傳送 64位,控制總線CB ( Control Bus ) ：雙向 用于傳送各種控制信號(hào)。有的是CPU 發(fā)出的，有的是發(fā)向CPU的。,(2) 中央處理器CPU,計(jì)算機(jī)的核心部件。用來(lái)實(shí)現(xiàn)指令的自動(dòng)裝入和 自動(dòng)執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)本身的自動(dòng)化。,ALU 控制器,(3) 內(nèi)存 內(nèi)存是存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)的部件，由地址

7、譯碼器、內(nèi)存單元等構(gòu)成。,n根,C P U,地址線AB,數(shù)據(jù)線DB,控制線CB,地 址 譯 碼 器,地址00.0000 地址00.0001 地址00.0010 地址00.0011,地址111111,內(nèi)存結(jié)構(gòu)示意圖,(4) 外設(shè)和輸入/輸出接口（I/O接口） 外設(shè)的電信號(hào)、運(yùn)行速度與CPU不匹配，不能與CPU 直接相連，必須通過(guò)I/O接口與CPU相連。 CPU通過(guò)對(duì)I/O端口進(jìn)行讀/寫操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)外設(shè)的控制。,鍵 盤 鍵盤接口 顯示器 顯示卡 鼠 標(biāo) 串行接口 網(wǎng) 絡(luò) 網(wǎng)卡 打印機(jī) 并行接口 音箱、麥可風(fēng) 聲卡,IDE2,Pentium III,北橋 440BX,南橋 PIIX4E,CMOS &

8、 RTC,USB,超級(jí)I/O,IDE1,COM1,COM2,LPT1,L1Cache,L2 Cache,PCI 插槽,ISA 插槽,內(nèi)存條,ROM BIOS,顯卡,I/O接口結(jié)構(gòu)示意圖,31,2）微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng),1) 按構(gòu)成分類 2) 按CPU的字長(zhǎng)分類 3) 按主機(jī)裝置分類 4) IBM PC機(jī)的發(fā)展簡(jiǎn)史,1.3.2 微型計(jì)算機(jī)的分類及IBM PC機(jī)的發(fā)展簡(jiǎn)史,1) 按構(gòu)成分類,單片機(jī)、單板機(jī)、多板機(jī),34,35,2) 按CPU的字長(zhǎng)分類,3) 按主機(jī)裝置分類 桌上型：臺(tái)式電腦 便攜型：筆記本、掌上電腦等,4) IBM PC機(jī)的發(fā)展簡(jiǎn)史,39,單片機(jī)體積小、功能強(qiáng)、功耗低、可靠性高和性價(jià)比高

9、的特點(diǎn)，在過(guò)程控制、機(jī)電一體化產(chǎn)品、智能儀器、家用電器、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及通訊等方面得到廣泛應(yīng)用。 單片機(jī)經(jīng)歷了一位、4位、8位、16位及32位的發(fā)展階段， Intel、Motorola、Zilog、Philips等半導(dǎo)體器件廠家都開(kāi)發(fā)了單片機(jī)。在眾多的通用型單片機(jī)里，以Intel公司的MCS系列單片機(jī)最為著名。,1.3.3 單片微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展概況,40,1.4.1 進(jìn)位計(jì)數(shù)制及數(shù)制間的轉(zhuǎn)換 1.4.2 二進(jìn)制的運(yùn)算 1.4.3 帶符號(hào)數(shù)的表示法 1.4.4 定點(diǎn)數(shù)與浮點(diǎn)數(shù) 1.4.5 BCD碼和ASC碼,1.4 計(jì)算機(jī)中的數(shù)和編碼,例如：二進(jìn)制數(shù) B=10011101 B=1 27+1 24+1

10、 23+1 22+1 20 =（157）10 日常生活常用十進(jìn)制數(shù)，計(jì)算機(jī)則是按二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行 運(yùn)算和處理。二進(jìn)制數(shù)寫麻煩，故書寫時(shí)又以八進(jìn)制或十 六進(jìn)制表示。 因此就有：二 十 八 十 二 八 數(shù)制之間轉(zhuǎn)換問(wèn)題 十六 十 二 十六,1.4.1 進(jìn)位計(jì)數(shù)制及數(shù)制間的轉(zhuǎn)換,一、進(jìn)位計(jì)數(shù)制,42,例：十進(jìn)制數(shù)有 : 0、1、2、3、4、5、6、7、8、9十種狀態(tài)。 我們說(shuō)：十進(jìn)制數(shù)基數(shù)10，變化范圍0（10-1）, 逢十進(jìn)一。 看一個(gè)十進(jìn)制數(shù)： 4 0 9 4 每一位十種數(shù)碼的狀態(tài)(09) 千 百 十 個(gè) 本位絕對(duì)值的大小=數(shù)位權(quán) 103102101100 如：千位= 4103=4000,1. 基與

11、權(quán),十進(jìn)制數(shù)有二個(gè)要素 1) 基數(shù)：10 （逢 十 進(jìn) 一） 每一位 0、1、2、3、4、5、6、7、8、10-1 2) 位權(quán)：10i 某一位數(shù)絕對(duì)值大小 = 數(shù)位權(quán). 則，第n位的絕對(duì)數(shù)值大小 ： Mn=Kn-1Rn-1 這二個(gè)要素也適用于二、八、十六進(jìn)制 二進(jìn)制數(shù)：基數(shù)2 位權(quán)2i 八進(jìn)制數(shù)：基數(shù)8 位權(quán)8i 十六進(jìn)制數(shù): 基數(shù)16 位權(quán)16i,44,2. 二進(jìn)制 0，1 3. 八進(jìn)制 0，1，2，3，4，5，6，7， 4. 十六進(jìn)制 0，1，2，3，4，5，6，7， 8，9，A, B, C, D, E, F,一、進(jìn)位計(jì)數(shù)制,45,任意十進(jìn)制 N=k n 10n+k n-1 10 n-1+

12、k0 100 +k-1 10-1+ +k-m 10-m = k i 10i (i= -mn) 對(duì)于任意進(jìn)制 N= k i R i (i=-mn) R 基數(shù) ， 逢R進(jìn)一. Ri 位權(quán),5. 進(jìn)位計(jì)數(shù)制的表示方法,46,1. 其他數(shù)制到十進(jìn)制的轉(zhuǎn)換 加權(quán)求和 2. 十進(jìn)制到其他位制 整數(shù)部分：除基取余法 小數(shù)部分：乘基取整法 3. 二進(jìn)制與八進(jìn)制轉(zhuǎn)換 二到八：合三為一 八到二：分一為三 4. 二進(jìn)制與十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換 二到十六：合四為一 十六到二：分一為四,二、 數(shù)制的轉(zhuǎn)換,47,1、二進(jìn)制加法 1110 10011 000 2、二進(jìn)制減法 101 000 110 011 （借位1）,1.4.2 二

13、進(jìn)制的運(yùn)算,一、算術(shù)運(yùn)算,48,3、二進(jìn)制乘法 000 0 1 1 00 1 11 4、二進(jìn)制除法 類似于十進(jìn)制除法的運(yùn)算過(guò)程,一、算術(shù)運(yùn)算,49,1、“與“運(yùn)算 0 00, 0 11 00, 1 11 2、“或“運(yùn)算 000 ， 01101 111,二、邏輯運(yùn)算,50,3、“非“運(yùn)算 10 01 4、“異或“運(yùn)算 000 1 0011 110,機(jī)器數(shù)：數(shù)在計(jì)算機(jī)中的表示形式。 真值：所代表的二進(jìn)制數(shù)的數(shù)值,符號(hào),數(shù)值,1.4.3 帶符號(hào)數(shù)的表示法,一、機(jī)器數(shù)與真值,原碼：正數(shù)的符號(hào)位用0表示，負(fù)數(shù)的符號(hào)位用 1 表示，其余7位表示數(shù)值的大小，這種 二進(jìn)制機(jī)器數(shù)稱為原碼，用X原表示。 7原00

14、000111 7原10000111 0原00000000 0原10000000,二、原碼、反碼與補(bǔ)碼,53,反碼,正數(shù)：反碼與原碼相同 負(fù)數(shù)：反碼等于該負(fù)數(shù)的原碼除符號(hào)位外 其余的數(shù)值位按位取反。 7反00000111 7反11111000 0反00000000 0反11111111,54,補(bǔ)碼,正數(shù)：補(bǔ)碼與原碼相同 負(fù)數(shù)：補(bǔ)碼等于其反碼加1。 7補(bǔ)00000111 7補(bǔ)11111001 0補(bǔ)00000000 0補(bǔ)11111111100000000,55,補(bǔ)碼的運(yùn)算規(guī)則與溢出判別,1、補(bǔ)碼運(yùn)算規(guī)則 XY補(bǔ) X補(bǔ) Y補(bǔ) XY補(bǔ)X補(bǔ)+-Y補(bǔ) X補(bǔ)補(bǔ)=X原,56,P11例2 已知： X3700100

15、101B Y5100110011B 求:（1）XY （2）XY （3）YX,57,例：X10001100100B Y5000110010B 求 XY 解： XY補(bǔ) X補(bǔ) Y補(bǔ) = 0110010000110010 10010110B XY XY補(bǔ)補(bǔ)11101010B 106,58,雙高位判別法 CS 表示符號(hào)位的進(jìn)位 CP 表示最高數(shù)值位的進(jìn)位 CS CP0 運(yùn)算正確 CS CP1 溢出,三、溢出的判別,59,1、定點(diǎn)整數(shù) 例：N1011011,1.4.4 定點(diǎn)數(shù)與浮點(diǎn)數(shù),一、定點(diǎn)數(shù),60,2、定點(diǎn)小數(shù) N0.1011011,61,NM2E M：尾數(shù)，為純小數(shù) E：階碼,N110.011=0.

16、110011 2+11,二、浮點(diǎn)表示法,1.4.5 BCD碼與ASC碼,一、BCD碼,BCD碼：十進(jìn)制數(shù)的二進(jìn)制編碼,63,BCD碼運(yùn)算與十進(jìn)制調(diào)整,計(jì)算機(jī)中可以進(jìn)行十進(jìn)制的加法：用BCD碼 表示十進(jìn)制數(shù)，按二進(jìn)制運(yùn)算規(guī)則進(jìn)行運(yùn)算. 43（0100）BCD+(0011)BCD （0111）BCD 7,64,十進(jìn)制調(diào)整,當(dāng)兩個(gè)十進(jìn)制數(shù)相加和大于1001（9）時(shí) 要加0110（6）進(jìn)行調(diào)整. 48（0100）BCD+(1000)BCD （1100）BCD（不存在）,65,ASC碼：美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼，采用7位二 進(jìn)制數(shù)對(duì)字符進(jìn)行編碼，最高位為 奇偶檢驗(yàn)位。 例：奇檢驗(yàn) 傳送字符“F“,二、ASC碼

17、與奇偶檢驗(yàn),二、進(jìn)位計(jì)數(shù)制,本章小結(jié),一、進(jìn)位計(jì)數(shù)制及其表示方法,基數(shù)R, 位權(quán)Ri ，第n位的數(shù)碼值Kn-1, 則第n位的數(shù)值Mn=Kn-1Rn-1,N= K iR i (i=- mn) 某位數(shù)大小 = K i R i,102 整數(shù)：102，除2取余，直到商為0。 小數(shù)：102，乘2取整，直到要求精度 混合小數(shù)：102，整數(shù)小數(shù)分別轉(zhuǎn)換，然后組合起來(lái)。 210 用公式展開(kāi)或者用湊試法。 28 以小數(shù)點(diǎn)為界向左向右三位一段， 不夠補(bǔ)0，三位二進(jìn)制數(shù)用一位八進(jìn)制數(shù)表示。 82 一位八進(jìn)制數(shù)用三位二進(jìn)制數(shù)表示。,三、數(shù)制之間轉(zhuǎn)換,三、數(shù)制之間轉(zhuǎn)換,216 以小數(shù)點(diǎn)為界向左向右四位一段，不夠補(bǔ)0， 四位二進(jìn)制數(shù) 用一位十六進(jìn)制數(shù)表示。 162 一位十六進(jìn)制數(shù)用四位二進(jìn)制數(shù)表示。 2BCD 先將二進(jìn)制數(shù)十進(jìn)制數(shù)BCD數(shù)。 BCD2 先將BCD數(shù)變成十進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)。 810 按8i展開(kāi)然后再按十進(jìn)制相加。 108 整數(shù)除8取余，小數(shù)乘8取整。,69,正數(shù)：原，反，補(bǔ)相同 負(fù)數(shù)：原，