微機(jī)原理與接口技術(shù)課件：第1章 基礎(chǔ)知識(shí)

1、1微機(jī)原理與接口技術(shù)2課程目標(biāo)微機(jī)原理是學(xué)習(xí)和掌握微機(jī)硬件知識(shí)和匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的入門(mén)課程：微型計(jì)算機(jī)的基本工作原理匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)建立微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的整體概念，形成微機(jī)系統(tǒng)軟硬件開(kāi)發(fā)的初步能力3教學(xué)大綱第一章 基礎(chǔ)知識(shí)第二章 微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)第三章 8086/8088 CPU的指令系統(tǒng)第四章 匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)第五章 存儲(chǔ)器系統(tǒng)第六章 I/O接口與中斷技術(shù)第七章 常用數(shù)字接口第八章 模擬量的輸入輸出 4第1章 基礎(chǔ)知識(shí)主要內(nèi)容：各種常用記數(shù)制和編碼以及它們 相互間的轉(zhuǎn)換；二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算；符號(hào)數(shù)的表示及補(bǔ)碼運(yùn)算；二進(jìn)制數(shù)運(yùn)算中的溢出問(wèn)題51.1 概 述世界上第一臺(tái)現(xiàn)

2、代意義的電子計(jì)算機(jī)是1946年美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)設(shè)計(jì)制造的”ENIAC”占地上百平方米重量幾千噸功耗幾十千瓦 6計(jì)算機(jī)的發(fā)展及分類(lèi)電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展：電子管計(jì)算機(jī)（1946-1956）晶體管計(jì)算機(jī)（1957-1964）中小規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)（1965-1970）超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)（1971-今）電子計(jì)算機(jī)按其性能分類(lèi)：大型計(jì)算機(jī)/巨型計(jì)算機(jī)（Mainframe Computer）中型計(jì)算機(jī)小型計(jì)算機(jī)（Minicomputer）微型計(jì)算機(jī)（Microcomputer）單片計(jì)算機(jī)（Single-Chip Microcomputer）7代發(fā)表年份字長(zhǎng)(bits)型號(hào)線寬(m)晶體管數(shù)(萬(wàn)個(gè))時(shí)鐘頻

3、率(MHz)速度(MIPS)一197119724840048008500.20.310.05二197488080200.52-40.5三19781982168086/8088802862-32.913.44.77-108-16300七2002？64Itanium0.13CPU:2.5KCache:30K800(20條指令/時(shí)鐘周期)300081.2 常用計(jì)數(shù)制了解 特點(diǎn)； 表示方法； 相互間的轉(zhuǎn)換。9一、常用計(jì)數(shù)法 十進(jìn)制符合人們的習(xí)慣二進(jìn)制便于物理實(shí)現(xiàn)十六進(jìn)制便于識(shí)別、書(shū)寫(xiě)八進(jìn)制101. 十進(jìn)制特點(diǎn)：以十為底，逢十進(jìn)一； 共有0-9十個(gè)數(shù)字符號(hào)。表示：112. 二進(jìn)制特點(diǎn)：以2為底，逢2進(jìn)位

4、； 只有0和1兩個(gè)符號(hào)。表示：123. 十六進(jìn)制特點(diǎn)：以16為底，逢16進(jìn)位； 有0-9及A-F共16個(gè)數(shù)字符號(hào)。表示：13進(jìn)位計(jì)數(shù)制的一般表示一般地，對(duì)任意一個(gè)K進(jìn)制數(shù)S都可表示為其中： Si - S的第i位數(shù)碼，可以是K個(gè)符號(hào)中任何一個(gè)； n,m - 含義同前； K - 基數(shù)； Ki - K進(jìn)制數(shù)的權(quán)14二、各進(jìn)制數(shù)間的轉(zhuǎn)換1. 非十進(jìn)制數(shù)到十進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換 按相應(yīng)進(jìn)位計(jì)數(shù)制的權(quán)表達(dá)式展開(kāi)，再按十進(jìn)制求和。 例：10110010B = (?)10 13FAH = (?)10152. 十進(jìn)制到非十進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換十進(jìn)制 二進(jìn)制的轉(zhuǎn)換：整數(shù)部分：除2取余； 小數(shù)部分：乘2取整。十進(jìn)制 十六進(jìn)制的轉(zhuǎn)換

5、： 整數(shù)部分：除16取余； 小數(shù)部分：乘16取整。以小數(shù)點(diǎn)為起點(diǎn)求得整數(shù)和小數(shù)的各個(gè)位。163. 二進(jìn)制與十六進(jìn)制間的轉(zhuǎn)換用4位二進(jìn)制數(shù)表示1位十六進(jìn)制數(shù) 例： 10110001001.110 = (?)H 0101 1000 1001.1100 5 8 9 . C171.3 二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算 無(wú)符號(hào)數(shù) 算術(shù)運(yùn)算 有符號(hào)數(shù) 邏輯運(yùn)算18一、無(wú)符號(hào)數(shù)的運(yùn)算算術(shù)運(yùn)算 包括： 加法運(yùn)算 減法運(yùn)算 乘法運(yùn)算 除法運(yùn)算191. 規(guī)則加法：1+1=0（有進(jìn)位）, 減法：0-1=1（有借位）, 乘法：, 乘以2相當(dāng)于左移一位； 除法：, 除以2則相當(dāng)于右移1位。例：001011100000010 = ? 00

6、101110/00000010 = ? 20例：000010110100=00101100B 000010110100=00000010B 即：商=00000010B 余數(shù)=11B212. 無(wú)符號(hào)數(shù)的表示范圍 一個(gè)n位的無(wú)符號(hào)二進(jìn)制數(shù)X，其表示范圍為 0 X 2n-1若運(yùn)算結(jié)果超出這個(gè)范圍，則產(chǎn)生溢出。判別方法： 運(yùn)算時(shí)，當(dāng)最高位向更高位有進(jìn)位（或 借位）時(shí)則產(chǎn)生溢出。22例： 11111111 + 00000001 1 00000000結(jié)果超出位（最高位有進(jìn)位），發(fā)生溢出。（結(jié)果為256，超出位二進(jìn)制數(shù)所能表示的范圍255） 233. 邏輯運(yùn)算與()、或()、非() 、異或()特點(diǎn)：按位運(yùn)算

7、，無(wú)進(jìn)借位運(yùn)算規(guī)則.244. 邏輯門(mén)掌握：與、或、非門(mén)邏輯符號(hào)和邏輯關(guān)系（真值表）；與非門(mén)、或非門(mén)的應(yīng)用。25與門(mén)（AND Gate）Y = ABABY000010100111&ABY26或門(mén)（OR Gate）Y = ABABY000011101111YAB127非門(mén)（NOT Gate）1AYY = AAY011028異或門(mén)（eXclusive OR Gate）Y = ABYABABY000011101110295. 譯碼器74LS138譯碼器：G1G2AG2BCBAY0Y7 譯碼輸出譯碼輸入譯碼使能3074LS138真值表 使 能 端輸 入 端輸 出 端G1 #G2A #G2B C B A

8、#Y0 #Y1 #Y2 #Y3 #Y4 #Y5 #Y6 #Y7 0 1 1 0 1 1 0 1 0 01 0 01 0 01 0 01 0 01 0 01 0 01 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1

9、 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 31二、有符號(hào)數(shù)計(jì)算機(jī)中有符號(hào)數(shù)的表示把二進(jìn)制數(shù)的最高位定義為符號(hào)位符號(hào)位為 0 表示正數(shù)，符號(hào)位為 1 表示負(fù)數(shù)連同符號(hào)位一起數(shù)值化了的數(shù)，稱(chēng)為機(jī)器數(shù)。機(jī)器數(shù)所表示的真實(shí)的數(shù)值，稱(chēng)為真值。（在以下講述中，均以位二進(jìn)制數(shù)為例）32例： +52 = +0110100 = 0 0110100 符號(hào)位數(shù)值位 -52 = -0110100 = 1 0110100 真值機(jī)器數(shù)331. 符號(hào)數(shù)的表示對(duì)于符號(hào)數(shù)，機(jī)器數(shù)常用的表示方法有原碼、反碼和補(bǔ)碼三種。數(shù)X的原碼記作X原，反碼記作X反，補(bǔ)碼記作X補(bǔ)。注意：對(duì)正數(shù)，三種表示法均相同。 它們的差別在于對(duì)負(fù)

10、數(shù)的表示。34原碼X原定義符號(hào)位：0表示正，1表示負(fù)； 數(shù)值位：真值的絕對(duì)值。35原碼的例子真值X=+18=+0010010X=-18=-0010010原碼X原 =0 0010010X原 =1 0010010符號(hào)符號(hào)位n位原碼表示數(shù)值的范圍是對(duì)應(yīng)的原碼是1111 0111。36數(shù)0的原碼8位數(shù)0的原碼：+0 = 0 0000000 - 0 = 1 0000000 即：數(shù)0的原碼不唯一。37反碼X反定義 若X0 ，則 X反=X原 若X0， 則X補(bǔ)= X反= X原若X0， 則X補(bǔ)= X反+142例：X= 52= 0110100 X原 = 10110100 X反 = 11001011 X補(bǔ) = X反

11、+1=11001100n位補(bǔ)碼表示數(shù)值的范圍是對(duì)應(yīng)的補(bǔ)碼是1000 0111。430的補(bǔ)碼：+0補(bǔ)= +0原=00000000-0補(bǔ)= -0反+1=11111111+1 =1 00000000 對(duì)8位字長(zhǎng)，進(jìn)位被舍掉+0補(bǔ)= -0補(bǔ)= 0000000044特殊數(shù)10000000該數(shù)在原碼中定義為： -0在反碼中定義為： -127在補(bǔ)碼中定義為： -128對(duì)無(wú)符號(hào)數(shù)：(10000000) = 128458位有符號(hào)數(shù)的表示范圍：對(duì)8位二進(jìn)制數(shù)：原碼： -127 +127反碼： -127 +127補(bǔ)碼： -128 +127想一想：16位有符號(hào)數(shù)的表示范圍是多少？462. 有符號(hào)二進(jìn)制數(shù)與十進(jìn)制的轉(zhuǎn)換

12、對(duì)用補(bǔ)碼表示的二進(jìn)制數(shù)： 1）求出真值 2）進(jìn)行轉(zhuǎn)換47例：將一個(gè)用補(bǔ)碼表示的二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)。 1) X補(bǔ) = 0 0101110B 真值為：+0101110B 正數(shù) 所以：X=+46 2) X補(bǔ) = 1 1010010B 負(fù)數(shù) X = X補(bǔ)補(bǔ) = 11010010補(bǔ) = - 0101110B 所以：X = - 46483. 補(bǔ)碼加減法的運(yùn)算規(guī)則通過(guò)引進(jìn)補(bǔ)碼，可將減法運(yùn)算轉(zhuǎn)換為加法運(yùn)算。規(guī)則如下：X+Y補(bǔ)=X補(bǔ)+Y補(bǔ) X-Y補(bǔ)=X補(bǔ)- Y補(bǔ) 其中X，Y為正負(fù)數(shù)均可，符號(hào)位參與運(yùn)算。49補(bǔ)碼的運(yùn)算原理模（module）就是一個(gè)計(jì)數(shù)系統(tǒng)的最大容量，其大小等于以進(jìn)位計(jì)數(shù)制基數(shù)為底，以位數(shù)為指

13、數(shù)的冪。凡是用器件進(jìn)行的運(yùn)算都是有模運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果超過(guò)模的部分被運(yùn)算器自動(dòng)丟棄。因此，當(dāng)器件為n位時(shí)，有X=2n+X (mod 2n)不難驗(yàn)證， X補(bǔ)=2n+X (mod 2n)因此， XY補(bǔ)= 2n+ (XY) (mod 2n) = (2n+ X)+ (2n+ X) (mod 2n) = X補(bǔ)+ Y補(bǔ)50例：X=-0110100，Y=+1110100，求X+Y補(bǔ)X原=10110100 X補(bǔ)= X反+1=11001100Y補(bǔ)= Y原=01110100所以： X+Y補(bǔ)= X補(bǔ)+ Y補(bǔ) =11001100+01110100 =01000000514. 符號(hào)數(shù)運(yùn)算中的溢出問(wèn)題進(jìn)(借)位在加法過(guò)程中，

14、符號(hào)位向更高位產(chǎn)生進(jìn)位；在減法過(guò)程中，符號(hào)位向更高位產(chǎn)生借位。溢出運(yùn)算結(jié)果超出運(yùn)算器所能表示的范圍。52溢出的判斷方法方法：同號(hào)相減或異號(hào)相加不會(huì)溢出。同號(hào)相加或異號(hào)相減可能溢出：兩種情況：同號(hào)相加時(shí)，結(jié)果符號(hào)與加數(shù)符號(hào)相反溢出；異號(hào)相減時(shí)，結(jié)果符號(hào)與減數(shù)符號(hào)相同溢出。方法：兩個(gè)帶符號(hào)二進(jìn)制數(shù)相加或相減時(shí)，若 C7C61， 則結(jié)果產(chǎn)生溢出。 C7為最高位的進(jìn)(借)位；C為次高位的進(jìn)(借)位。53例：有符號(hào)數(shù)運(yùn)算，有溢出表示結(jié)果是錯(cuò)誤的無(wú)符號(hào)數(shù)運(yùn)算，有進(jìn)位表示結(jié)果是錯(cuò)誤的 1 0 1 1 0 1 0 1 + 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0

15、0 1 0 + 0 1 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 + 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1CASE1:CASE2:CASE3:54十進(jìn)制數(shù)的表示BCD碼用4位二進(jìn)制數(shù)表示一位十進(jìn)制數(shù)。有兩種表示法：壓縮BCD碼和非壓縮BCD碼。壓縮BCD碼的每一位用4位二進(jìn)制表示，00001001表示09，一個(gè)字節(jié)表示兩位十進(jìn)制數(shù)。非壓縮BCD碼用一個(gè)字節(jié)表示一位十進(jìn)制數(shù)，高4位總是0000，低4位的00001001表示09。55非數(shù)值數(shù)據(jù)的表示計(jì)算機(jī)中除了能夠處理數(shù)值數(shù)據(jù)以外，還可以處理文字、語(yǔ)音、圖像等各種信息，這些信息統(tǒng)稱(chēng)為非數(shù)值數(shù)據(jù)。非數(shù)值數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中也必須以二進(jìn)制形式表示，非數(shù)值數(shù)據(jù)的表示本質(zhì)上是編碼的過(guò)程。56ASCII碼美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)信息交換代碼57 ASCII碼采用7位二進(jìn)制代碼對(duì)字符進(jìn)行編碼數(shù)字09的編碼是01100000111001，它們的高3位均是011，后4位正好與其對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制代碼（BCD碼）相符。英文字母AZ的ASCII碼從1000001（41H）開(kāi)始順序遞增，字母az的ASCII碼從1100001（61H）開(kāi)始順序遞增，這樣的排列對(duì)信息檢索十分有