微機(jī)原理及接口技術(shù)第1章課件

1微機(jī)原理及接口技術(shù)上海工程技術(shù)大學(xué)電子信息系概述2345678帶鬧鐘智能電子鐘9

智能快速充電器系統(tǒng)框圖10恒流恒壓電路PWM開關(guān)電源外接電源直流12V鍵盤電路顯示電路I/O接口MC68HC908SR12溫度傳感器模擬部分I2C部分A/D部分電池Rsense0.01ΩSDASCL充電電流10bitA/D電流檢測(cè)遠(yuǎn)程智能防盜報(bào)警裝置1112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)和匯編語言程序設(shè)計(jì)的入門課程：微型計(jì)算機(jī)的基本工作原理匯編語言程序設(shè)計(jì)微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)目的：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)軟硬件開發(fā)的初步能力。13教學(xué)內(nèi)容第一章基礎(chǔ)知識(shí)第二章微處理器的結(jié)構(gòu)第三章8086/8088

CPU的指令系統(tǒng)第四章匯編語言程序設(shè)計(jì)第五章存儲(chǔ)器系統(tǒng)第六章輸入輸出和中斷技術(shù)第七章常用數(shù)字接口電路14教材馮博琴主編，微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)(第三版)，清華大學(xué)出版社，2011參考書1.周明德，微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理及應(yīng)用（第四版），清華大學(xué)出版社.2002[12.[美]BarryB.brey著，金惠華等譯.Intel微處理器結(jié)構(gòu)、編程與接口（第六版）.電子工業(yè)出版社，2004.1

[3.楊全勝.現(xiàn)代微機(jī)原理與接口技術(shù).北京：電子工業(yè)出版社，2002[4.李繼燦.微型計(jì)算機(jī)技術(shù)及應(yīng)用－從16位到64位.北京：清華大學(xué)出版社，2003課程情況教學(xué)：48學(xué)時(shí)綜合實(shí)驗(yàn)：1.5周考核：考勤10%，作業(yè)15%，期中5%，課堂表現(xiàn)10%，期末考試60%答疑輔導(dǎo)地點(diǎn)：行政樓80815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)算中的溢出問題16§1.1概述電子計(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：大中型計(jì)算機(jī)/巨型計(jì)算機(jī)（MainframeComputer）小型計(jì)算機(jī)（Minicomputer）微型計(jì)算機(jī)（Microcomputer）單片計(jì)算機(jī)（Single-ChipMicrocomputer）微型計(jì)算機(jī)的核心：微處理器(中央處理器CPU)IntelCPU的發(fā)展見下頁表17代發(fā)表年份字長(zhǎng)(bits)型號(hào)線寬(m)晶體管數(shù)(萬個(gè))時(shí)鐘頻率(MHz)速度(MIPS)一197119724840048008500.20.3<10.05二197488080200.52-40.5三19781982168086/8088802862-32.9134.77-108-20<11-2四198519893280386804861-227.512012-3325-666-1220-40五199332Pentium0.6-0.833060-200100-200六1995199619971999200132P/ProP/MMXPIIPIIIP5.25-.13.18-.135504507508503000133-200166-233233-450450-12001300-3000>300七2002？64Itanium？0.08CPU:2.5KCache:30K800(20條指令/時(shí)鐘周期)>300018§1.2計(jì)算機(jī)中的數(shù)制了解特點(diǎn)；表示方法；相互間的轉(zhuǎn)換。19一、常用記數(shù)制

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、書寫八進(jìn)制201.十進(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：212.二進(jìn)制特點(diǎn)：以2為底，逢2進(jìn)位；只有0和1兩個(gè)符號(hào)。表示：223.十六進(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：23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–

整數(shù)和小數(shù)的位數(shù)；K

--

基數(shù)；Ki

--K進(jìn)制數(shù)的權(quán)24如何區(qū)分不同進(jìn)位記數(shù)制的數(shù)字在數(shù)字后面加一個(gè)字母進(jìn)行區(qū)分：二進(jìn)制：數(shù)字后面加B,如1001B八進(jìn)制：數(shù)字后面加Q,如1001Q十進(jìn)制：一般不加,如1001十六進(jìn)制：數(shù)字后面加H,如1001H在明顯可以區(qū)分其記數(shù)制的情況下，可以省略數(shù)字后面的字母25二、各種數(shù)制間的轉(zhuǎn)換(不講)11、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，再按十進(jìn)制求和。

例：10110010B

=(178)10

13FAH

=(5114)10

公式(S)K=∑Si×Ki262.十進(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：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。27例如：

126=1111110B最低位最高位整數(shù)轉(zhuǎn)換28小數(shù)轉(zhuǎn)換例如：0.318=0.010100010…B最高位最低位29§1.3無符號(hào)二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算無符號(hào)數(shù)算術(shù)運(yùn)算

有符號(hào)數(shù)邏輯運(yùn)算30一、無符號(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311.規(guī)則加法：1+1=0（有進(jìn)位）,…減法：0-1=1（有借位）,…乘除法：…

一個(gè)數(shù)乘以2相當(dāng)于該數(shù)左移一位；除以2則相當(dāng)于該數(shù)右移1位。

32[例]：00001011×0100=00101100B

00001011÷0100=00000010.00000011B

即：商=00000010B

余數(shù)=00000011B332.無符號(hào)數(shù)的表示范圍一個(gè)n位的無符號(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。（或者說運(yùn)算結(jié)果超出n位，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。34[例]：

11111111

+00000001

100000000結(jié)果超出８位（最高位有進(jìn)位），發(fā)生溢出。（結(jié)果為256，超出８位二進(jìn)制數(shù)所能表示的范圍255）353.邏輯運(yùn)算與(∧)、或(∨)、非(▔)、異或(⊕)特點(diǎn)：按位運(yùn)算，無進(jìn)借位運(yùn)算規(guī)則

…..例：A=10110110,B=01101011求：A∧B,A∨B,A⊕B

364.邏輯門邏輯門：完成邏輯運(yùn)算的電路掌握：與、或、非門邏輯符號(hào)和邏輯關(guān)系（真值表）；與非門、或非門的應(yīng)用。37與門（ANDGate）Y=A∧BABY000010100111&ABY注：基本門電路僅完成1位二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算38或門（ORGate）Y=A∨BABY000011101111YAB≥139非門（NOTGate）1AYY=AAY011040異或門（eXclusiveORGate）Y=A⊕BYAB⊕ABY000011101110415.譯碼器74LS138譯碼器：G1G2AG2BCBAY0Y7????譯碼輸出譯碼輸入譯碼使能4274LS138真值表

使能端輸入端輸出端G1G2AG2B

CBAY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7

01

10

11

0

100100100100100100100100

000

001010011100101110111

11111111

11111111

11111111

1111111101

111111

101

111111

1

01

1111

1

1

101

1111

1

1

1

01

11

1

1

1

1

1

01111111

10111111

1

10

43§1.4帶符號(hào)二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算計(jì)算機(jī)中的帶符號(hào)二進(jìn)制數(shù)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)，稱為機(jī)器數(shù)。機(jī)器數(shù)所表示的真實(shí)的數(shù)值，稱為真值。（在以下講述中，均以８位二進(jìn)制數(shù)為例）44[例]：

+52=+0110100=0

0110100

符號(hào)位數(shù)值位

-52=-0110100=1

0110100

真值機(jī)器數(shù)451.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)數(shù)的表示。46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。47原碼的例子真值X=+18=+0010010X=-18=-0010010原碼[X]原=00010010[X]原=10010010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。48數(shù)0的原碼8位數(shù)0的原碼：+0=00000000-0=10000000即：數(shù)0的原碼不唯一。49反碼[X]反定義

若X>0，則[X]反=[X]原

若X<0，則[X]反=對(duì)應(yīng)原碼的符號(hào)位不變，數(shù)值部分按位求反50[例]：X=-52=-0110100[X]原=10110100[X]反=1100101151反碼的例子真值X=+18=+0010010X=-18=-0010010反碼[X]反=00010010[X]反=11101101符號(hào)符號(hào)位n位反碼表示數(shù)值的范圍是對(duì)應(yīng)的反碼是1000～0111。520的反碼：[+0]反=00000000[-0]反=11111111即：數(shù)0的反碼也不是唯一的。53補(bǔ)碼定義：若X>0，則[X]補(bǔ)=[X]反=[X]原若X<0，則[X]補(bǔ)=[X]反+154[例]：X=–52=–0110100[X]原=10110100[X]反=11001011[X]補(bǔ)=[X]反+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。550的補(bǔ)碼：[+0]補(bǔ)=[+0]原=00000000[-0]補(bǔ)=[-0]反+1=11111111+1=100000000

對(duì)8位字長(zhǎng)，進(jìn)位被舍掉∴[+0]補(bǔ)=[-0]補(bǔ)=0000000056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)無符號(hào)數(shù)：(10000000)２=128578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？582.有符號(hào)二進(jìn)制數(shù)與十進(jìn)制的轉(zhuǎn)換對(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59[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)=00101110B真值為：+0101110B

正數(shù)

所以：X=+462)[X]補(bǔ)=11010010B

負(fù)數(shù)

X=[[X]補(bǔ)]補(bǔ)=[11010010]補(bǔ)=-

0101110B所以：X=

-

46603.補(bǔ)碼加減法的運(yùn)算規(guī)則通過引進(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。61[例]：X=-0110100，Y=+1110100，求[X+Y]補(bǔ)，[X-Y]補(bǔ)[X]原=10110100[X]補(bǔ)=[X]反+1=(10110100)+1=11001011+1=11001100[Y]補(bǔ)=[Y]原=01110100所以：[X+Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)+[Y]補(bǔ)=11001100+01110100=0100000062[X]補(bǔ)=11001100-Y=-1110100=Z[z]原=11110100[z]補(bǔ)=[z]反+1=(11110100)+1

=10001011+1=10001100所以：[X-Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)+[z]補(bǔ)=11001100+10001100=101011000結(jié)果出錯(cuò)，為什么？正數(shù)進(jìn)位位丟棄63溢出的判斷方法方法１：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２：兩個(gè)8位帶符號(hào)二進(jìn)制數(shù)相加或相減時(shí)，若

C7C6＝1，則結(jié)果產(chǎn)生溢出。C7為最高位的進(jìn)(借)位；C６為次高位的進(jìn)(借)位。64[例]：有符號(hào)數(shù)運(yùn)算，有溢出表示結(jié)果是錯(cuò)誤的無符號(hào)數(shù)運(yùn)算，有進(jìn)位表示結(jié)果是錯(cuò)誤的

10110101

+10001111

101000100

01000010

+0110001110100101

01000010

+11001101

10000111