微型計算機(jī)概述60091課件

微型計算機(jī)技術(shù)2011.2.28前言課程目標(biāo)微型計算機(jī)技術(shù)課是工科學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握微機(jī)硬件知識、匯編語言程序設(shè)計的入門課程。課程的任務(wù)是使學(xué)生從理論和實踐上掌握微機(jī)的基本組成、工作原理、接口電路及硬件的連接，建立微機(jī)系統(tǒng)的整機(jī)概念；使學(xué)生具有微機(jī)系統(tǒng)軟硬件開發(fā)的初步能力。主要參考書洪永強(qiáng)主編，微機(jī)原理與接口技術(shù)，科學(xué)出版社，2010.01考試資格考核方式作業(yè) 50%實驗 50%期末考試 100%課程內(nèi)容及學(xué)時安排1.主要內(nèi)容：1個中心（CPU），2個基本點（內(nèi)存、I/O接口），3大要素（三總線、三步曲、三屬性）2.主要知識點：軟硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、匯編語言程序設(shè)計、中斷技術(shù)、存儲器技術(shù)、可編程接口技術(shù)等。3.知識點側(cè)重點：了解：計算機(jī)發(fā)展；掌握：方法；重點：應(yīng)用4.學(xué)時安排：總學(xué)時60學(xué)時，15周，48學(xué)時授課，12學(xué)時實驗。主要參考書［1］朱金鈞,麻新旗.微型計算機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005.［2］吳寧.80X86/Pentium微型計算機(jī)原理及應(yīng)用.北京:電子工業(yè)出版社,2000.［3］楊志堅.Intel8086/8088系列微型計算機(jī)原理及接口技術(shù).北京:中國電力出版社,2003［4］周荷琴,吳秀清.微型計算機(jī)原理與接口技術(shù).北京:中國科技大學(xué)出版社,2004.［5］劉樂善.微型計算機(jī)接口技術(shù)及應(yīng)用.武漢:華中科技大學(xué)出版社,2000.［6］王忠民.微型計算機(jī)原理.西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2003.［7］龔尚福.微機(jī)原理與接口技術(shù).西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2003.［8］馬群生,溫冬蟬,仇玉章.微計算機(jī)技術(shù).北京:清華大學(xué)出版社,2006.［9］馬義德,張在峰,徐光柱,杜桂芳.微型計算機(jī)原理及應(yīng)用.北京:高等教育出版社,2004.［10］陸鑫,廖建明,張建,李巧勤.微機(jī)原理與接口技術(shù).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005.第1章微型計算機(jī)（微機(jī)）概述（約4學(xué)時）1.1微機(jī)硬件初步認(rèn)識

1.2微型計算機(jī)硬件系統(tǒng)

1.3微型計算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

1.4微型計算機(jī)的運算基礎(chǔ)

1.5常用字符編碼1.主板1.主板2.CPU3.內(nèi)存4.電源

5.輸入輸出接口（板卡）聲卡網(wǎng)卡6.外設(shè)1.2微型計算機(jī)系統(tǒng)組成微型計算機(jī)系統(tǒng)硬件軟件主機(jī)外圍設(shè)備----系統(tǒng)軟件程序設(shè)計語言應(yīng)用軟件、軟件包、數(shù)據(jù)庫微處理器內(nèi)存儲器輸入/輸出接口電路系統(tǒng)總線運算器控制器RAMROM數(shù)據(jù)總線地址總線控制總線鍵盤/顯示器、打印機(jī)、磁帶機(jī)、磁盤機(jī)、D/A、A/D轉(zhuǎn)換器監(jiān)控程序、操作系統(tǒng)匯編程序解釋程序編譯程序機(jī)器語言匯編語言高級語言微機(jī)系統(tǒng)組成硬件是基礎(chǔ)，軟件依賴于硬件的存在而發(fā)生作用。軟件是靈魂，是硬件功能的擴(kuò)充和完善。硬件和軟件相互滲透，相互促進(jìn)，并可以相互轉(zhuǎn)化。軟硬件之間的相互關(guān)系由運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大部分組成。數(shù)據(jù)和程序以二進(jìn)制代碼的形式不加區(qū)別地存放在存儲器中，存放位置由地址指定，地址碼也是二進(jìn)制形式?？刂破鞲鶕?jù)存放在存儲器中的指令序列（即程序）工作，并由一個程序計數(shù)器（PC）控制指令的執(zhí)行?？刂破骶哂信袛嗄芰?，能夠根據(jù)計算結(jié)果選擇不同的動作流程1.3.1馮·諾依曼計算機(jī)結(jié)構(gòu)1.3微型計算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)控制器:負(fù)責(zé)控制并協(xié)調(diào)各部件的工作,使計算機(jī)能自動地執(zhí)行程序。控制器從存儲器順序地取出指令，并對指令代碼進(jìn)行翻譯，然后向各部件發(fā)出相應(yīng)的命令，使指令規(guī)定的操作得以執(zhí)行。因此，控制器是統(tǒng)一指揮和控制計算機(jī)各部件進(jìn)行工作的中央機(jī)構(gòu)。輸入設(shè)備：負(fù)責(zé)把用戶的程序和數(shù)據(jù)輸入到計算機(jī)的存儲器中。

輸出設(shè)備：負(fù)責(zé)從計算機(jī)中取出程序執(zhí)行結(jié)果或其它信息，供用戶查看。

存儲器：是實現(xiàn)記憶功能的部件。數(shù)據(jù)和程序以二進(jìn)制代碼的形式不加區(qū)別地存放在存儲器中，存放位置由地址指定，地址碼也是二進(jìn)制形式

運算器：負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的算術(shù)運算和邏輯運算，即數(shù)據(jù)的加工處理。1.3.2單總線微型計算機(jī)內(nèi)部組成微處理器CPU存儲器DMA控制部件輸入/輸出接口部件外設(shè)外設(shè)ABDBCB地址總線AB（AddressBus）

用于傳送CPU發(fā)出的用于選擇要訪問的器件或部件的地址信息(單向輸出線)。（在微機(jī)中除存儲器具有單元地址外，幾乎所有的I/O接口部件都具有地址。）一般處理器有16根、20根或更多。數(shù)據(jù)總線DB（DataBus）

用于傳送微機(jī)系統(tǒng)內(nèi)的各種類型的數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)可以由外部流向CPU，也可由CPU流向外部，故是雙向傳輸線）。8位CPU有8根，16位CPU有16根等?？刂瓶偩€CB（ControlBus）

傳送保證微機(jī)同步和協(xié)調(diào)的定時和控制信號(單向輸出線)。但有時也把外圍部件傳送的協(xié)調(diào)信號（狀態(tài)信號，單向輸入）作為CB。輸入設(shè)備運算器控制器輸入信息輸出設(shè)備輸出信息讀出讀出外存儲器寫入內(nèi)存儲器寫入取出指令數(shù)據(jù)信息控制信息微型計算機(jī)（主機(jī)）CPU+內(nèi)存+I/O接口外圍設(shè)備中央處理器CPU1.3.3微處理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)作業(yè)P14-3、4、5計算機(jī)內(nèi)部處理信息二進(jìn)制代碼形式流通、處理

信息轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化數(shù)字編碼1.4微型計算機(jī)的運算基礎(chǔ)常用的信息分為：定點數(shù)數(shù)值信息浮點數(shù)字符非數(shù)值信息漢字邏輯數(shù)據(jù)1.4.1數(shù)和數(shù)制1.4.2機(jī)器數(shù)(碼制)1.4.3計算機(jī)的補(bǔ)碼運算1.4微型計算機(jī)的運算基礎(chǔ)1.計算機(jī)中為什么要采用二進(jìn)制？

在計算機(jī)中任何信息均采用二進(jìn)制，計算機(jī)內(nèi)部存儲、處理的只有0和1組成的代碼。主要原因如下：

二進(jìn)制在計算機(jī)中容易實現(xiàn)（只需二種狀態(tài)）；運算簡單；如：十進(jìn)制的乘法運算，九九表有100條法則，而二進(jìn)制只有4條法則：0×0=0，0×1=0，1×0=0，1×1=1。便于計算機(jī)實現(xiàn)邏輯運算；“1、0”兩種狀態(tài)剛好與“真、假”、“是、非”對應(yīng)。1.4.1數(shù)和數(shù)制2.數(shù)制的常用表示方法人工書寫時，可用右下角小數(shù)字來表示不同數(shù)制的數(shù)。如：(100)2(100)10(100)16(100)8在計算機(jī)中，通常用數(shù)字后面跟一個英文字母來表示不同數(shù)制的數(shù)。如：110B（二進(jìn)制）5A6H（十六進(jìn)制）685D（十進(jìn)制）235O（八進(jìn)制Q）在計算機(jī)應(yīng)用中引入十六進(jìn)制數(shù)主要是為了書寫和使用上的方便，在計算機(jī)內(nèi)部信息處理仍是二進(jìn)制數(shù)。注意：因為23=8，24=16所以，一位八進(jìn)制數(shù)可以用3位二進(jìn)制數(shù)來表示，一位十六進(jìn)制數(shù)可以用4位二進(jìn)制數(shù)來表示。3.數(shù)制間的轉(zhuǎn)換十進(jìn)制ND有十個數(shù)碼0～9、逢十進(jìn)一。十進(jìn)制用于計算機(jī)輸入輸出，人機(jī)交互。二進(jìn)制NB兩個數(shù)碼:0、1,逢二進(jìn)一。二進(jìn)制為機(jī)器中的數(shù)據(jù)形式。十六進(jìn)制NH十六個數(shù)碼:0～9,A～F,逢十六進(jìn)一。十六進(jìn)制用于表示二進(jìn)制數(shù)。不同進(jìn)位制數(shù)以下標(biāo)或后綴區(qū)別,十進(jìn)制數(shù)可不帶下標(biāo)。如:101、101D、101B、101H、101H（1）進(jìn)位計數(shù)制進(jìn)制轉(zhuǎn)換總結(jié)例1：

X1=+127，X2=－127，求[X]原、[X]補(bǔ)[X1]原=[X1]補(bǔ)=01111111=7FH [X2]原=11111111=FFH [X2]補(bǔ)=10000001=81H1.真值、機(jī)器數(shù)1.4.2機(jī)器數(shù)（碼制）計算機(jī)規(guī)約：1.機(jī)器數(shù)分作符號位和數(shù)值位。2.符號位占一位，且占據(jù)機(jī)器數(shù)的最高位。3.正數(shù)用0表示，負(fù)數(shù)用1表示。 原碼表示法反碼表示法補(bǔ)碼表示法2.機(jī)器數(shù)的表示方法以下例題機(jī)器字長均為8位，注意方法。例1：X=＋1011011－101101100000000

[X]原=0101

10111101

10110000

0000

1000

00000的表示不唯一（1）原碼表示法性質(zhì):原碼為符號位加數(shù)的絕對值，0正1負(fù)原碼零有兩個編碼，+0和-0編碼不同原碼難以用于加減運算小數(shù)：MAX=1－2-n

，MIN=－(1-2-n)整數(shù)：MAX=2n－1，MIN=－(2n-1)機(jī)器字長n+1位二進(jìn)制原碼所表示的范圍：對應(yīng)于坐標(biāo)的正負(fù)平均分配，原碼有正負(fù)0之分。（2）反碼表示法0的表示不唯一。例1：X=＋

1011011－101101100000000

[X]反=0101

10111010

01000000

0000

1111

1111小數(shù)：MAX=1－2-n

，MIN=－(1-2-n)整數(shù)：MAX=2n－1，MIN=－(2n-1)機(jī)器字長n+1位二進(jìn)制反碼所表示的范圍：對應(yīng)于坐標(biāo)的正負(fù)平均分配，反碼有正負(fù)0之分?，F(xiàn)在是北京時間5點整，而需要指向3點時鐘，辦法有：5-2=3（逆時針）5+10=3（順時針12自動丟失。12就是模）（3）補(bǔ)碼表示法補(bǔ)碼是在“?！钡母拍钕聦?dǎo)出的。模是指一個計量系統(tǒng)的計量范圍，即產(chǎn)生溢出的量或者周期。繼續(xù)推導(dǎo)：

5－2

=5+10（MOD12）

5＋（－2）=5+10（MOD12）－2=10（MOD12）結(jié)論：可以說：在模為12的情況下，-2的補(bǔ)碼就是10。一個負(fù)數(shù)用其補(bǔ)碼代替，同樣可以得到正確的運算結(jié)果。進(jìn)一步結(jié)論：在計算機(jī)中，機(jī)器能表示的數(shù)據(jù)位數(shù)是一定的，其運算都是有模運算（字長一定）。n+1位字長，其模為2n+1,其公式為：[X]補(bǔ)=2n+1+X小數(shù)：MAX=1－2-n

，MIN=－(1-2-n)整數(shù)：MAX=2n－1，MIN=－2n機(jī)器字長n+1位二進(jìn)制補(bǔ)碼所表示的范圍：（以原點為中心，正負(fù)平分，各占一半）對應(yīng)于坐標(biāo)的正負(fù)平均分配，補(bǔ)碼只有唯一的0，歸于正數(shù)。因此，補(bǔ)碼是計算機(jī)機(jī)器數(shù)的唯一表示方法。計算機(jī)引人補(bǔ)碼的原因有二：1.機(jī)器數(shù)和真值一一對應(yīng)，實現(xiàn)了計算機(jī)表示的唯一性。2.補(bǔ)碼屬于一種數(shù)學(xué)算法，消除了機(jī)器數(shù)中符號位和數(shù)值位的區(qū)別，便于計算機(jī)計算過程的簡單化。例1：X=＋

1011011－101101100000000

[X]補(bǔ)=0101

10111010

0101

0000

0000

0的表示是唯一的，即機(jī)器數(shù)和真值一一對應(yīng)。例2：X=－1101001B[X]補(bǔ)=28+X=100000000B+(－1101001B)=10010111B解法1：[X]補(bǔ)=28+X=100H-69H=97H解法2：例1：

已知[X]補(bǔ)=11101001B，求真值X反過來，由補(bǔ)碼求真值，只要將公式進(jìn)行交換即可。X=－28+[X]補(bǔ)=－100H+E9H=－17H＝－23解：X=－2n+1+[X]補(bǔ)原碼、補(bǔ)碼、反碼和移碼的區(qū)別，可分三個區(qū)域：①零區(qū)：

a、[X]原、[X]反有+0、-0之分

b、[X]補(bǔ)+0=-0=0②正數(shù)：

a、[X]原=[X]反=[X]補(bǔ)③負(fù)數(shù)：

a、原、反、補(bǔ)各不相同b、[X]反、[X]原按位求反[X]補(bǔ)=[X]反+11.4.3計算機(jī)的補(bǔ)碼運算1.補(bǔ)碼的加減法運算

[X+Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)+[Y]補(bǔ)

(mod2n+1)[X-Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)+[-Y]補(bǔ)

(mod2n+1)

兩個數(shù)不管正負(fù)，均用補(bǔ)碼表示，符號位應(yīng)當(dāng)做數(shù)值參加運算，符號位相加所產(chǎn)生的進(jìn)位要丟掉，結(jié)果為補(bǔ)碼。例1:已知，機(jī)器字長為8位，X＝+0001101B，Y＝+0001010B，求X+Y＝？解:[X]補(bǔ)=00001101B=0DH[Y]補(bǔ)=00001010B=0AH[X+Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)+[Y]補(bǔ)

=0DH+0AH=17H=00010111BX+Y＝+17H=+23例2:X＝+0001001BY＝-0000101B，求X+Y＝？解:[X]補(bǔ)=00001001B=09H[Y]補(bǔ)=11111011B=FBH[X+Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)+[Y]補(bǔ)=09H+FBH=104H=04H(去模)X+Y＝+04H=+4例3:X＝+1111001BY＝+1110101B，求X+Y＝？解:[X]補(bǔ)=01111001B=79H（正）[Y]補(bǔ)=01111011B=7BH（正）[X+Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)+[Y]補(bǔ)=79H+7BH=F4H（負(fù)，邏輯錯誤）X+Y＝－0CH=－12（結(jié)果錯誤）2.溢出在計算機(jī)中，由于機(jī)