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1、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,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，Microco
2、mputer System）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。,微型计算机性能指标,字长：微处理器并行处理的最大位数，有8/16/32位等，通常与微处理器的ALU、R、数据总线的位数一致。字长是微机分类的主要依据。存储容量：微机系统能够直接访问的存储单元字节数，即内存寻址的最大字节数。存储器字节数是由存储器地址的位数决定的，通常以KB，MB，GB（分别是210，220，230字节）为单位。运算速度：微机通常是以计算机的主频（MHz,106Hz）速度为运算速度单位。系统配置：系统提供的人机联系手段（软/硬件配置越高档，工作效率越高）。性能/价格比：微机系统性能价格比值的
3、综合指标。,微型计算机的组成,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,数制之间的转换,2#数和16#数之间的相互转换11000001B=1100 0001B=0C1H7F2AH=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=
4、126+124+122+12=64+16+4+2=864D.8H=416+13+816-1=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=0.4H0.5D=0.1B=0.8H0.625D=0.101B=0.AH0.75D=0.11B=0.CH,字符信息编码,BCD码（Binary Coded De
5、cimal）十进制数 09 的二进制编码，分别用00001001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49ASCII码（American Standard Code for Information Interchange）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，09的ASCII码30H39H；AZ的ASCII码41H5AH；az的ASCII码 61H7AH；空格的ASCII码 20
6、H.,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：0255（00FFH）字数：065535（00FFFFH）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0N2n-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
7、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-1N 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）0
8、1000011（+67）1 0111000（-56）反码：正数同原码，负数的数值位“按位取反”（8位）0 1000011（+67）1 1000111（-56）补码：正数同原码，负数的数值位“按位取反+1”（8位）0 1000011（+67）1 1001000（-56）,原码，补码表示例,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
9、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）。XY补码=X补码+Y补码,补码加/减法运算例,41+27=6800101001+00011011=01000100 41-27=41+（-27）=1400101001+11100101=00001110-41+27=（-41）+27=-1411010111+00011011=11110010-41-27=（-41）+（-27）=-6811010111+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
10、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
11、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,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
12、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,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
13、。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
14、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。,E=1 B=A E1=1 B=A E=0 B高阻态 E
15、2=1 A=B（断开）E1=E2=0 A、B断开 单向三态门 双向三态门,数据缓冲/驱动器,Intel 8286（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）。A0A7，B0B7：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AB传送，当T=0，数据BA传送。,数据锁存器,Intel 8282（74LS373）是8位带有单向三态缓冲器的数据锁存器。DI0DI7、DO0DO7：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。,译 码 器,Intel 8205（74LS138）是微机系
16、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000111的8种输入组合状态。Y0Y7：8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。E3E2E1=1 时，根据A2A1A0的输入组合译码，得到Y0Y7中惟一的一个低电平有效。,74LS138 译码器真值表,习题1.2，习题1.3,1.2 将下列十进制数分别转换成二进制数和十六进制数。（1）84=54H=1010100B（2）217=0D9H=11011001B（3）35.5=23.8H=100011.1B（
17、4）129.75=81.CH=10000001.11B1.3 给出下列十进制数的补码（8位）表示。（1）+127的补码 01111111（7FH）（2）127的补码 10000001（81H）（3）+105的补码 01101001（69H）（4）64 的补码 11000000（0C0H）,习题1.4，习题1.5,1.4.给出下列十六进制数所代表的无符号数和有符号数。（1）50H 代表的无符号数是80，有符号数是80（2）64H 代表的无符号数是100，有符号数是100（3）85H 代表的无符号数是133，有符号数是-123（4）0FFH 代表的无符号数是255，有符号数是 11.5 将下列算式
18、进行字节补码运算，并指出是否发生溢出。（1）100+86=01100100+01010110=10111010（-70错），溢出（2）99123=01100011+10000101=11101000（-24），无溢出（3）78+49=01001110+00110001=01111111（+127），无溢出（4）7564=10110101+10011100=01010001（+81错），溢出,习题1.6,1.6 将下列算式进行逻辑运算。（1）（01011001）（11001100）=01001000（2）（11010011）（10001010）=11011011（3）（10110101）（01100001）=11010100（4）（01011010）（00001111）=01010101,
