西安交通大學微機原理PPT課件

1、1微機原理與接口技術(shù)微機原理與接口技術(shù)大家好大家好！2課程目標掌握：掌握：l微型計算機的基本工作原理微型計算機的基本工作原理l匯編語言程序設(shè)計方法匯編語言程序設(shè)計方法l微型計算機接口技術(shù)微型計算機接口技術(shù)l建立微型計算機系統(tǒng)的整體概念，形成微機系建立微型計算機系統(tǒng)的整體概念，形成微機系統(tǒng)軟硬件開發(fā)的初步能力統(tǒng)軟硬件開發(fā)的初步能力3教材及實驗指導(dǎo)書l教材教材l微機原理與接口技術(shù)（第微機原理與接口技術(shù)（第3 3版）版）. . 馮博琴，吳寧馮博琴，吳寧主編主編. . 清華大學出版社清華大學出版社l實驗指導(dǎo)書實驗指導(dǎo)書l自編實驗講義自編實驗講義l輔導(dǎo)書輔導(dǎo)書l微機原理與接口技術(shù)題解及實驗指導(dǎo)（第微機原

2、理與接口技術(shù)題解及實驗指導(dǎo)（第2 2版）版）. . 吳寧，陳文革編吳寧，陳文革編. . 清華大學出版社清華大學出版社l提供教材課后題答案、軟件部分實驗提供教材課后題答案、軟件部分實驗網(wǎng)絡(luò)資源l電子教室電子教室l202.117.35.239202.117.35.239lu=p=u=p=學號學號l提供課件、作業(yè)、實驗軟件、通知提供課件、作業(yè)、實驗軟件、通知l精品課程網(wǎng)站精品課程網(wǎng)站微機原理與接口技術(shù)微機原理與接口技術(shù)l提供視頻、百問、軟件實驗部分說明提供視頻、百問、軟件實驗部分說明45考核方式l平時作業(yè)平時作業(yè)10% 10% l客觀題（填空和選擇題在電子教室作答）客觀題（填空和選擇題在電子教室作答

3、）l主觀題（編程和設(shè)計題用紙本作答）主觀題（編程和設(shè)計題用紙本作答）l實實 驗驗 10% 10%l計算機教學實驗中心機房計算機教學實驗中心機房l通過電子教室提供電子版實驗報告通過電子教室提供電子版實驗報告l期末考試期末考試 80%80%l傳統(tǒng)試卷傳統(tǒng)試卷聯(lián)系方式lOfficeOfficel計算機教學實驗中心計算機教學實驗中心501501lEmailE(需要學校郵箱需要學校郵箱) )lTelephoneTelephonel82664160-60582664160-60567第1 1章 微型計算機基礎(chǔ)概論主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：l微機系統(tǒng)的組成微機系統(tǒng)的組成l計算機中的常用計數(shù)制、編碼及其相互間的轉(zhuǎn)換

4、計算機中的常用計數(shù)制、編碼及其相互間的轉(zhuǎn)換l無符號二進制數(shù)的算術(shù)運算和邏輯運算無符號二進制數(shù)的算術(shù)運算和邏輯運算l符號數(shù)的表示及補碼運算符號數(shù)的表示及補碼運算l二進制數(shù)運算中的溢出二進制數(shù)運算中的溢出l基本邏輯門及譯碼器基本邏輯門及譯碼器8一、微型計算機系統(tǒng)9主要內(nèi)容l微機系統(tǒng)的基本組成微機系統(tǒng)的基本組成l微型機的工作原理微型機的工作原理101.1. 計算機的工作原理馮馮 諾依曼計算機的工作原理諾依曼計算機的工作原理 存儲程序工作原理存儲程序工作原理11馮 諾依曼機的特點：l將計算過程描述為由許多條指令按一定順序組將計算過程描述為由許多條指令按一定順序組 成的程序，并放入存儲器保存成的程序，并

5、放入存儲器保存l指令按其在存儲器中存放的順序執(zhí)行；指令按其在存儲器中存放的順序執(zhí)行；l由控制器控制整個程序和數(shù)據(jù)的存取以及程序由控制器控制整個程序和數(shù)據(jù)的存取以及程序 的執(zhí)行；的執(zhí)行；l以運算器為核心，所有的執(zhí)行都經(jīng)過運算器。以運算器為核心，所有的執(zhí)行都經(jīng)過運算器。12馮 諾依曼計算機體系結(jié)構(gòu)運算器運算器存儲器存儲器控制器控制器輸入設(shè)備輸入設(shè)備輸出設(shè)備輸出設(shè)備132. 2. 系統(tǒng)組成 主機主機 硬件系統(tǒng)硬件系統(tǒng) 外設(shè)外設(shè) 微機系統(tǒng)微機系統(tǒng) 系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件 軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng) 應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件CPUCPU存儲器存儲器輸入輸入/ /輸出接口輸出接口總線總線14微處理器l微處理器簡稱微處理器簡稱CP

6、UCPU，是計算機的核心。是計算機的核心。l主要包括：主要包括： 運算器運算器 控制器控制器 寄存器組寄存器組15存儲器l定義：定義： 用于存放計算機工作過程中需要操作的用于存放計算機工作過程中需要操作的數(shù)據(jù)和程序。數(shù)據(jù)和程序。16有關(guān)內(nèi)存儲器的幾個概念l內(nèi)存單元的地址和內(nèi)容內(nèi)存單元的地址和內(nèi)容l內(nèi)存容量內(nèi)存容量l內(nèi)存的操作內(nèi)存的操作l內(nèi)存的分類內(nèi)存的分類17內(nèi)存單元的地址和內(nèi)容l每個單元都對應(yīng)一個地址，以實現(xiàn)對單元每個單元都對應(yīng)一個地址，以實現(xiàn)對單元內(nèi)容的尋址。內(nèi)容的尋址。10110110101101103838F04HF04H內(nèi)存地址內(nèi)存地址單元內(nèi)容單元內(nèi)容18內(nèi)存容量l內(nèi)存所含存儲單元的

7、個數(shù)，以字節(jié)為單位內(nèi)存所含存儲單元的個數(shù)，以字節(jié)為單位l內(nèi)存容量的大小依內(nèi)存容量的大小依CPUCPU的尋址范圍而定的尋址范圍而定 （即（即CPUCPU地址信號線的位數(shù)）地址信號線的位數(shù)）19內(nèi)存操作l讀：將內(nèi)存單元的內(nèi)容取入讀：將內(nèi)存單元的內(nèi)容取入CPUCPU，原單元內(nèi)容原單元內(nèi)容 不改變；不改變；l寫：寫：CPUCPU將信息放入內(nèi)存單元，單元中原來的將信息放入內(nèi)存單元，單元中原來的 內(nèi)容被覆蓋。內(nèi)容被覆蓋。20內(nèi)存儲器的分類隨機存取存儲器（隨機存取存儲器（RAMRAM）只讀存儲器（只讀存儲器（ROMROM）按工作方按工作方式可分為式可分為21輸入/輸出接口l接口是接口是CPUCPU與外部設(shè)備

8、間的橋梁與外部設(shè)備間的橋梁CPUI/OI/O接口接口外外設(shè)設(shè)22接口的分類串行接口串行接口并行接口并行接口數(shù)字接口數(shù)字接口模擬接口模擬接口輸入接口輸入接口輸出接口輸出接口23接口的功能l數(shù)據(jù)緩沖寄存；數(shù)據(jù)緩沖寄存；l信號電平或類型的轉(zhuǎn)換；信號電平或類型的轉(zhuǎn)換；l實現(xiàn)主機與外設(shè)間的運行匹配。實現(xiàn)主機與外設(shè)間的運行匹配。24總線l計算機系統(tǒng)各部件之間傳輸?shù)刂?、?shù)據(jù)和計算機系統(tǒng)各部件之間傳輸?shù)刂?、?shù)據(jù)和控制信息控制信息的的通道。通道。l內(nèi)容包括：內(nèi)容包括：l基本概念基本概念l分類分類l工作原理工作原理l常用系統(tǒng)總線標準及其主要技術(shù)指標常用系統(tǒng)總線標準及其主要技術(shù)指標25軟件系統(tǒng)l軟件：軟件：l為運行

9、、管理和維護計算機系統(tǒng)或為實現(xiàn)某一功能為運行、管理和維護計算機系統(tǒng)或為實現(xiàn)某一功能而編寫的各種程序的總和及其相關(guān)資料。而編寫的各種程序的總和及其相關(guān)資料。系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)編譯系統(tǒng)編譯系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)工具軟件工具軟件軟件軟件26二、計算機中的數(shù)制及編碼27主要內(nèi)容l各種計數(shù)制的特點及表示方法；各種計數(shù)制的特點及表示方法；l各種計數(shù)制之間的相互轉(zhuǎn)換各種計數(shù)制之間的相互轉(zhuǎn)換。281. 1. 常用計數(shù)法 十進制十進制 二進制二進制 十六進制十六進制29十進制特點：特點：l以十為底，逢十進一；以十為底，逢十進一；有有0 0- -9 9十個數(shù)字符號十個數(shù)字符號。用用D

10、D表示表示。權(quán)值表達式：權(quán)值表達式： 111002211101010101010nmiiimmnnnnDDDDDDD30二進制特點：特點：l以以2 2為底，逢為底，逢2 2進位；只有進位；只有0 0和和1 1兩個符號。兩個符號。用用B B表示表示。權(quán)值表達式權(quán)值表達式： 111002211n2222222)(nmiiimmnnnBBBBBBB31十六進制特點：特點：l有有0-90-9及及A-FA-F共共1616個數(shù)字符號，逢個數(shù)字符號，逢1616進位。進位。用用H H表示表示。權(quán)值表達式權(quán)值表達式： 1110022n1116161616161616)(nmiiimmnnnHHHHHHH32例：

11、l234.98234.98D D或（或（234.98234.98）D Dl1101.11B1101.11B或（或（1101.111101.11）B BlABCD . BFHABCD . BFH或（或（ABCD . BFABCD . BF） H H332. 2. 各種進制數(shù)間的轉(zhuǎn)換非十進制數(shù)到十進制數(shù)的轉(zhuǎn)換非十進制數(shù)到十進制數(shù)的轉(zhuǎn)換十進制到非十進制數(shù)的轉(zhuǎn)換十進制到非十進制數(shù)的轉(zhuǎn)換二二進制與十六進制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換進制與十六進制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換 34非十進制數(shù)到十進制數(shù)的轉(zhuǎn)換l按相應(yīng)的權(quán)按相應(yīng)的權(quán)值表達式展開值表達式展開l例：例：l1011.11B=11011.11B=12 23 3+0+02 22 2+

12、1+12 21 1+1+12 20 0+1+12 2-1-1+ 1+ 12 2-2-2 =8+2+1+0.5+0.25 =8+2+1+0.5+0.25 =11.75 =11.75l5B.8H=55B.8H=516161 1+11+1116160 0+8+81616-1-1 =80+11+0.5=80+11+0.5 =91.5 =91.535十進制到非十進制數(shù)的轉(zhuǎn)換l到二進制的轉(zhuǎn)換：到二進制的轉(zhuǎn)換： 對整數(shù)：除對整數(shù)：除2 2取余；取余； 對小數(shù)：乘對小數(shù)：乘2 2取整。取整。l到十六進制的轉(zhuǎn)換：到十六進制的轉(zhuǎn)換： 對整數(shù)：除對整數(shù)：除1616取余；取余； 對小數(shù)：乘對小數(shù)：乘1616取整。取整

13、。36二進制與十六進制間的轉(zhuǎn)換l用用4 4位二進制數(shù)表示位二進制數(shù)表示1 1位十六進制數(shù)位十六進制數(shù)l例：例：l25.525.5 = = 11001.1B=11001.1B= 19.8H 19.8H l11001010.0110101B11001010.0110101B =CA.6AH =CA.6AH373.3. 計算機中的編碼lBCDBCD碼碼l用二進制編碼表示的十進制數(shù)用二進制編碼表示的十進制數(shù)lASCIIASCII碼碼l西文字符編碼西文字符編碼38BCDBCD碼碼l壓縮壓縮BCDBCD碼碼l用用4 4位二進制碼表示一位十進制數(shù)位二進制碼表示一位十進制數(shù)l1010 11111010 111

14、1為非法為非法BCDBCD碼碼l例：例：l（1000.01101000.0110）BCD BCD = 8.6= 8.6l擴展擴展BCDBCD碼碼l用用8 8位二進制碼表示一位十進制數(shù)位二進制碼表示一位十進制數(shù)l例：例：l（00001000.0000011000001000.00000110）BCD BCD = 8.6= 8.6THANK YOUSUCCESS2022-2-2140BCDBCD碼與二進制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換l先轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)，再轉(zhuǎn)換二進制數(shù)；反之同先轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)，再轉(zhuǎn)換二進制數(shù)；反之同樣。樣。l例例：（：（0001 0001 .0010 01010001 0001 .0010 0101

15、）BCDBCD =11 .25 =11 .25 = =（1011 .011011 .01） B B41ASCIIASCII碼l字符的編碼，一般用字符的編碼，一般用7 7位二進制碼表示。在需位二進制碼表示。在需要時可在要時可在D D7 7位加校驗位。位加校驗位。l熟悉熟悉0-0-F F的的ASCIIASCII碼碼42ASCIIASCII碼的校驗l奇校驗奇校驗 加上校驗位后編碼中加上校驗位后編碼中“1”“1”的個數(shù)為奇數(shù)。的個數(shù)為奇數(shù)。 例：例：A A的的ASCIIASCII碼是碼是4141H H（1000001B1000001B），）， 以奇校驗傳送則為以奇校驗傳送則為C1HC1H（110000

16、01B11000001B）l偶校驗偶校驗 加上校驗位后編碼中加上校驗位后編碼中“1”“1”的個數(shù)為偶數(shù)。的個數(shù)為偶數(shù)。 上例若以偶校驗傳送，則為上例若以偶校驗傳送，則為4141H H。43三、無符號數(shù)的運算算術(shù)運算算術(shù)運算邏輯運算邏輯運算無符號數(shù)無符號數(shù)有符號數(shù)有符號數(shù)二進制數(shù)的運算二進制數(shù)的運算44主要內(nèi)容l無符號二進制數(shù)的算術(shù)運算無符號二進制數(shù)的算術(shù)運算l無符號數(shù)的表達范圍無符號數(shù)的表達范圍l運算中的溢出問題運算中的溢出問題l無符號數(shù)的邏輯運算無符號數(shù)的邏輯運算l基本邏輯門和譯碼器基本邏輯門和譯碼器451. 1. 無符號數(shù)的算術(shù)運算l加法運算加法運算（1+1=01+1=0（有進位）（有進位

17、）l減法運算減法運算（0-1=10-1=1（有借位）（有借位）l乘法運算乘法運算（注意乘數(shù)為（注意乘數(shù)為2 2時的規(guī)律）時的規(guī)律）l除法運算除法運算（注意除數(shù)為（注意除數(shù)為2 2時的規(guī)律）時的規(guī)律）46乘除運算例l000010110000101101000100 =00101100 =00101100B B l00001011000010110100=00000010B0100=00000010B 即：商即：商=00000010=00000010B B 余數(shù)余數(shù)=11=11B B472. 2. 無符號數(shù)的表示范圍： 0 0 X 2X 2n n-1-1若運算結(jié)果超出這個范圍，則產(chǎn)生溢出。若運算結(jié)

18、果超出這個范圍，則產(chǎn)生溢出。對無符號數(shù)：運算時，當最高位向更高位對無符號數(shù)：運算時，當最高位向更高位 有進位（或借位）時則產(chǎn)生有進位（或借位）時則產(chǎn)生 溢出。溢出。48例： 最高位向前有進位，產(chǎn)生溢出最高位向前有進位，產(chǎn)生溢出00000000 100000001 11111111 493. 3. 邏輯運算與與或或非非異或異或504. 4. 邏輯門掌握：掌握：l與、或、非門邏輯符號和邏輯關(guān)系（真與、或、非門邏輯符號和邏輯關(guān)系（真值表）；值表）；l與非門、或非門的應(yīng)用。與非門、或非門的應(yīng)用。51“與”、“或”運算l與：與：l任何數(shù)和任何數(shù)和“0”“0”相相“與與”，結(jié)果為，結(jié)果為0 0。l或：或：

19、l任何數(shù)和任何數(shù)和“1”“1”相相“或或”，結(jié)果為，結(jié)果為1 1。52“非”、“異或”運算l“非非”l按位求反按位求反l異或異或l兩個二進制數(shù)相兩個二進制數(shù)相“異或異或”：l相同則為相同則為0 0，相異則為，相異則為1 1535. 譯碼器l7474LS138LS138譯碼器：譯碼器：G1G2AG2BCBAY0Y7 54掌握7474LS138LS138譯碼器：譯碼器：l各引腳功能；各引腳功能；l輸入端與輸出端關(guān)系（真值表）輸入端與輸出端關(guān)系（真值表）55三、有符號數(shù)的運算56計算機中符號數(shù)的表示 符號位符號位 + + 真真值值 機器數(shù)機器數(shù)“0” “0” 表示表示正正“1” “1” 表示表示負負

20、57例 +52 = +0110100 = +52 = +0110100 = 0 0 01101000110100-52 = -0110100 = -52 = -0110100 = 1 1 01101000110100符號位符號位真值真值符號位符號位真值真值581.1. 符號數(shù)的表示 原碼原碼 反碼反碼 補碼補碼59原碼l最高位為符號位，用最高位為符號位，用“0”“0”表示正，用表示正，用“1”“1”表表示負；其余為真值部分。示負；其余為真值部分。60數(shù)0 0的原碼l8 8位數(shù)位數(shù)0 0的原碼：的原碼：+0=0 0000000 +0=0 0000000 -0=1 -0=1 00000000000

21、000 即：數(shù)即：數(shù)0 0的原碼不唯一。的原碼不唯一。61原碼的特點:l優(yōu)點：優(yōu)點： l真值和其原碼表示之間的對應(yīng)關(guān)系簡單，容易理解；真值和其原碼表示之間的對應(yīng)關(guān)系簡單，容易理解；l缺點：缺點：l 計算機中用原碼進行加減運算比較困難，計算機中用原碼進行加減運算比較困難，0 0的表示的表示不唯一。不唯一。62反碼對一個機器數(shù)對一個機器數(shù)X X：l若若X0 X0 ，則則 XX反反=XX原原l若若X0X0X0， 則則 XX補補= = XX反反= = XX原原l若若X0X0， 則則 XX補補= = XX反反+1+166例lX= 52= 0110100X= 52= 0110100 X X原原=10110

22、100=10110100 XX反反=11001011=11001011 XX補補= = XX反反+1=11001100+1=11001100670 0的補碼：l+0+0補補= +0= +0原原=00000000=00000000l-0-0補補= -0= -0反反+1=11111111+1+1=11111111+1 = =1 1 0000000000000000 對對8 8位字長，進位被舍掉位字長，進位被舍掉68特殊數(shù)1000000010000000l對無符號數(shù)對無符號數(shù): :（1000000010000000）B B=128=128l在原碼中定義為：在原碼中定義為： -0 -0l在反碼中定義為

23、：在反碼中定義為： -127 -127l在補碼中定義為：在補碼中定義為： -128 -12869符號數(shù)的表示范圍對對8 8位二進制數(shù)：位二進制數(shù)：l原碼：原碼： -127 +127 -127 +127l反碼：反碼： -127 +127 -127 +127l補碼：補碼： -128 +127 -128 +127702. 2. 符號二進制數(shù)與十進制的轉(zhuǎn)換對用補碼表示的二進制數(shù)：對用補碼表示的二進制數(shù)： 1 1）求出真值）求出真值 2 2）進行轉(zhuǎn)換）進行轉(zhuǎn)換71例：將一個用補碼表示的二進制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)將一個用補碼表示的二進制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)l XX補補= =0 0 0101110 0101110B

24、 B 正數(shù)正數(shù) 所以：真值所以：真值=0101110B=0101110B X=+46 X=+46lXX補補= =1 1 1010010 1010010B B 負數(shù)負數(shù)所以：所以：真值不等于真值不等于-1010010B-1010010B而是：而是：X=XX=X補補 補補=11010010=11010010補補= = - 0101110 = - - 0101110 = - 4646723. 3. 符號數(shù)的算術(shù)運算l通過引進補碼，可將減法運算轉(zhuǎn)換為加法運算。通過引進補碼，可將減法運算轉(zhuǎn)換為加法運算。l即：即： X+YX+Y補補=XX補補+YY補補 X-YX-Y補補=X+(-Y)X+(-Y)補補 = =XX補補+-+-YY補補73例X=-0110100X=-0110100，Y=+1110100Y=+1110100，求求X+Y=X+Y=？lXX原原=10110100 =10110100 l XX補補= = XX反反+1=11001100+1=1100