微機原理與接口技術(shù) 課件

微機原理及接口技術(shù)上海工程技術(shù)大學電子信息系2007.21微機原理及接口技術(shù)上海工程技術(shù)大學電子信息系2007.21概述2概述233445566778899帶鬧鐘智能電子鐘10帶鬧鐘智能電子鐘10

智能快速充電器系統(tǒng)框圖恒流恒壓電路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11 智能快速充電器系統(tǒng)框圖恒流恒壓電路PWM開關(guān)電源外接電源遠程智能防盜報警裝置12遠程智能防盜報警裝置12課程目標微機原理是學習和掌握微機硬件知識和匯編語言程序設(shè)計的入門課程：微型計算機的基本工作原理匯編語言程序設(shè)計微型計算機接口技術(shù)目的：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。13課程目標13教學內(nèi)容第一章基礎(chǔ)知識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)計第五章存儲器系統(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教學內(nèi)容14教材馮博琴主編，微型計算機原理與接口技術(shù)，清華大學出版社，2002.2參考書1.周明德，微型計算機系統(tǒng)原理及應用（第四版），清華大學出版社.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.微型計算機技術(shù)及應用－從16位到64位.北京：清華大學出版社，2003課程情況教學：48學時課程設(shè)計：2周考試：平時（作業(yè)10%，課堂測驗10%，考勤10%）期末考試70%答疑輔導地點：行政樓803時間：15教材課程情況答疑輔導15第1章基礎(chǔ)知識主要內(nèi)容：各種常用記數(shù)制和編碼以及它們相互間的轉(zhuǎn)換；二進制數(shù)的算術(shù)運算和邏輯運算；符號數(shù)的表示及補碼運算；二進制數(shù)運算中的溢出問題16第1章基礎(chǔ)知識主要內(nèi)容：16§1.1概述電子計算機的發(fā)展：電子管計算機（1946-1956）晶體管計算機（1957-1964）中小規(guī)模集成電路計算機（1965-1970）超大規(guī)模集成電路計算機（1971-今）電子計算機按其性能分類：大中型計算機/巨型計算機（MainframeComputer）小型計算機（Minicomputer）微型計算機（Microcomputer）單片計算機（Single-ChipMicrocomputer）微型計算機的核心：微處理器(中央處理器CPU)IntelCPU的發(fā)展見下頁表17§1.1概述電子計算機的發(fā)展：17代發(fā)表年份字長(bits)型號線寬(m)晶體管數(shù)(萬個)時鐘頻率(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/MMXPIIPIIIP40.60.60.35.25-.13.18-.135504507508503000133-200166-233233-450450-12001300-3000>300七2002？64Itanium？0.08CPU:2.5KCache:30K800(20條指令/時鐘周期)>300018代發(fā)表字長型號線寬晶體管數(shù)時鐘頻率速度一1971440045§1.2計算機中的數(shù)制了解特點；表示方法；相互間的轉(zhuǎn)換。19§1.2計算機中的數(shù)制了解19一、常用記數(shù)制

十進制——符合人們的習慣二進制——便于物理實現(xiàn)十六進制——便于識別、書寫八進制20一、常用記數(shù)制201.十進制特點：以十為底，逢十進一；

共有0-9十個數(shù)字符號。表示：211.十進制特點：以十為底，逢十進一；212.二進制特點：以2為底，逢2進位；只有0和1兩個符號。表示：222.二進制特點：以2為底，逢2進位；223.十六進制特點：以16為底，逢16進位； 有0--9及A--F共16個數(shù)字符號。表示：233.十六進制特點：以16為底，逢16進位；23進位計數(shù)制的一般表示一般地，對任意一個K進制數(shù)S都可表示為其中：Si

--

S的第i位數(shù)碼，可以是K個符號中任何一個；n,m–

整數(shù)和小數(shù)的位數(shù)；K

--

基數(shù)；Ki

--K進制數(shù)的權(quán)24進位計數(shù)制的一般表示一般地，對任意一個K進制數(shù)S都可表示為其如何區(qū)分不同進位記數(shù)制的數(shù)字在數(shù)字后面加一個字母進行區(qū)分：二進制：數(shù)字后面加B,如1001B八進制：數(shù)字后面加Q,如1001Q十進制：一般不加,如1001十六進制：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如何區(qū)分不同進位記數(shù)制的數(shù)字在數(shù)字后面加一個字母進行區(qū)分：2二、各種數(shù)制間的轉(zhuǎn)換11、非十進制數(shù)到十進制數(shù)的轉(zhuǎn)換.

按相應進位計數(shù)制的權(quán)表達式展開，再按十進制求和。

例：10110010B

=(178)10

13FAH

=(5114)10

公式(S)K=∑Si×Ki26二、各種數(shù)制間的轉(zhuǎn)換11、非十進制數(shù)到十進制數(shù)的轉(zhuǎn)換.262.十進制到非十進制數(shù)的轉(zhuǎn)換十進制→二進制的轉(zhuǎn)換： 整數(shù)部分：除2取余；小數(shù)部分：乘2取整。十進制→十六進制的轉(zhuǎn)換：整數(shù)部分：除16取余；小數(shù)部分：乘16取整。以小數(shù)點為起點求得整數(shù)和小數(shù)的各個位。272.十進制到非十進制數(shù)的轉(zhuǎn)換十進制→二進制的轉(zhuǎn)換：2例如：

126=1111110B最低位最高位整數(shù)轉(zhuǎn)換28例如：126=1111110B最低位最高位整數(shù)小數(shù)轉(zhuǎn)換例如：0.318=0.010100010…B最高位最低位29小數(shù)轉(zhuǎn)換例如：0.318=0.010100010…B最高位最§1.3無符號二進制數(shù)的運算無符號數(shù)算術(shù)運算

有符號數(shù)邏輯運算30§1.3無符號二進制數(shù)的運算30一、無符號數(shù)的運算算術(shù)運算

包括：加法運算減法運算乘法運算除法運算31一、無符號數(shù)的運算算術(shù)運算311.規(guī)則加法：1+1=0（有進位）,…減法：0-1=1（有借位）,…乘除法：…

一個數(shù)乘以2相當于該數(shù)左移一位；除以2則相當于該數(shù)右移1位。

321.規(guī)則加法：1+1=0（有進位）,…32[例]：00001011×0100=00101100B

00001011÷0100=00000010.00000011B

即：商=00000010B

余數(shù)=00000011B33[例]：00001011×0100=00101100B332.無符號數(shù)的表示范圍一個n位的無符號二進制數(shù)X，其表示范圍為

0≤

X≤2n-1若運算結(jié)果超出這個范圍，則產(chǎn)生溢出。（或者說運算結(jié)果超出n位，則產(chǎn)生溢出）判別方法：運算時，當最高位向更高位有進位（或借位）時則產(chǎn)生溢出。342.無符號數(shù)的表示范圍一個n位的無符號二進制數(shù)X，其表[例]：

11111111

+00000001

100000000結(jié)果超出８位（最高位有進位），發(fā)生溢出。（結(jié)果為256，超出８位二進制數(shù)所能表示的范圍255）35[例]：11111111353.邏輯運算與(∧)、或(∨)、非(▔)、異或(⊕)特點：按位運算，無進借位運算規(guī)則

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

363.邏輯運算與(∧)、或(∨)、非(▔)、異或(⊕)34.邏輯門邏輯門：完成邏輯運算的電路掌握：與、或、非門邏輯符號和邏輯關(guān)系（真值表）；與非門、或非門的應用。374.邏輯門邏輯門：完成邏輯運算的電路37與門（ANDGate）Y=A∧BABY000010100111&ABY注：基本門電路僅完成1位二進制數(shù)的運算38與門（ANDGate）Y=A∧BABY00001010或門（ORGate）Y=A∨BABY000011101111YAB≥139或門（ORGate）Y=A∨BABY000011101非門（NOTGate）1AYY=AAY011040非門（NOTGate）1AYY=AAY011040異或門（eXclusiveORGate）Y=A⊕BYAB⊕ABY00001110111041異或門（eXclusiveORGate）Y=A⊕BY5.譯碼器74LS138譯碼器：G1G2AG2BCBAY0Y7????譯碼輸出譯碼輸入譯碼使能425.譯碼器74LS138譯碼器：G1G2AG2BCBAY74LS138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

4374LS138真值表使能端輸入端輸出§1.4帶符號二進制數(shù)的運算計算機中的帶符號二進制數(shù)把二進制數(shù)的最高位定義為符號位符號位為0

表示正數(shù)，符號位為1

表示負數(shù)連同符號位一起數(shù)值化了的數(shù)，稱為機器數(shù)。機器數(shù)所表示的真實的數(shù)值，稱為真值。（在以下講述中，均以８位二進制數(shù)為例）44§1.4帶符號二進制數(shù)的運算計算機中的帶符號二進制數(shù)44[例]：

+52=+0110100=0

0110100

符號位數(shù)值位

-52=-0110100=1

0110100

真值機器數(shù)45[例]：真值機器數(shù)451.符號數(shù)的表示對于符號數(shù)，機器數(shù)常用的表示方法有原碼、反碼和補碼三種。數(shù)X的原碼記作[X]原，反碼記作[X]反，補碼記作[X]補。

注意：對正數(shù)，三種表示法均相同。它們的差別在于對負數(shù)的表示。461.符號數(shù)的表示對于符號數(shù)，機器數(shù)常用的表示方法有原碼、原碼[X]原定義 符號位：0表示正，1表示負；數(shù)值位：真值的絕對值。47原碼[X]原定義47原碼的例子真值X=+18=+0010010X=-18=-0010010原碼[X]原=00010010[X]原=10010010符號符號位n位原碼表示數(shù)值的范圍是對應的原碼是1111～0111。48原碼的例子真值X=+18=+0010010X=-18=-00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數(shù)0的原碼8位數(shù)0的原碼：+0=0000000049反碼[X]反定義

若X>0，則[X]反=[X]原

若X<0，則[X]反=對應原碼的符號位不變，數(shù)值部分按位求反50反碼[X]反定義50[例]：X=-52=-0110100[X]原=10110100[X]反=1100101151[例]：51反碼的例子真值X=+18=+0010010X=-18=-0010010反碼[X]反=00010010[X]反=11101101符號符號位n位反碼表示數(shù)值的范圍是對應的反碼是1000～0111。52反碼的例子真值X=+18=+0010010X=-18=-000的反碼：[+0]反=00000000[-0]反=11111111即：數(shù)0的反碼也不是唯一的。530的反碼：53補碼定義：若X>0，則[X]補=[X]反=[X]原若X<0，則[X]補=[X]反+154補碼定義：54[例]：X=–52=–0110100[X]原=10110100[X]反=11001011[X]補=[X]反+1=11001100n位補碼表示數(shù)值的范圍是對應的補碼是1000～0111。55[例]：X=–52=–0110100n位補碼表示數(shù)值的0的補碼：[+0]補=[+0]原=00000000[-0]補=[-0]反+1=11111111+1=100000000

對8位字長，進位被舍掉∴[+0]補=[-0]補=00000000560的補碼：[+0]補=[+0]原=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在補碼中定義為：-128對無符號數(shù)：(10000000)２=12857特殊數(shù)10000000該數(shù)在原碼中定義為：-0578位有符號數(shù)的表示范圍：對8位二進制數(shù)：原碼：-127~+127反碼：-127~+127補碼：-128~+127想一想：16位有符號數(shù)的表示范圍是多少？588位有符號數(shù)的表示范圍：對8位二進制數(shù)：582.有符號二進制數(shù)與十進制的轉(zhuǎn)換對用補碼表示的二進制數(shù)：

1）求出真值2）進行轉(zhuǎn)換592.有符號二進制數(shù)與十進制的轉(zhuǎn)換對用補碼表示的二進制數(shù)：[例]：將一個用補碼表示的二進制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)。

1)

[X]補=00101110B真值為：+0101110B

正數(shù)

所以：X=+462)[X]補=11010010B

負數(shù)

X=[[X]補]補=[11010010]補=-

0101110B所以：X=

-

4660[例]：將一個用補碼表示的二進制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)。603.補碼加減法的運算規(guī)則通過引進補碼，可將減法運算轉(zhuǎn)換為加法運算。規(guī)則如下：[X+Y]補=[X]補+[Y]補[X-Y]補=[X]補+[-Y]補其中X，Y為正負數(shù)均可，符號位參與運算。613.補碼加減法的運算規(guī)則通過引進補碼，可將減法運算轉(zhuǎn)換為[例]：X=-0110100，Y=+1110100，求[X+Y]補，[X-Y]補[X]原=10110100[X]補=[X]反+1=(00110100)+1=11001011+1=11001100[Y]補=[Y]原=01110100所以：[X+Y]補=[X]補+[Y]補=11001100+01110100=0100000062[例]：X=-0110100，Y=+1110100，求[X+[X]補=11001100-Y=-1110100=Z[z]原=11110100[z]補=[z]反+1=(+1110100)+1=(01110100)+1=10001011+1=10001100所以：[X-Y]補=[X]補+[z]補=11001100+10001100=101011000結(jié)果出錯，為什么？正數(shù)進位位63[X]補=11001100正進63溢出的判斷方法方法１：同號相減或異號相加——不會溢出。同號相加或異號相減——可能溢出：兩種情況： 同號相加時，結(jié)果符號與加數(shù)符號相反——溢出；異號相減時，結(jié)果符號與減數(shù)符號相同——溢出。方法２：兩個8位帶符號二進制數(shù)相加或相減時，若

C7C6＝1，則結(jié)果產(chǎn)生溢出。C7為最高位的進(借)位；C６為次高位的進(借)位。64溢出的判斷方法方法１：64[例]：有符號數(shù)運算，有溢出表示結(jié)果是錯誤的無符號數(shù)運算，有進位表示結(jié)果是錯誤的

10110101

+10001111

101000100

01000010

+0110001110100101

01000010

+11001101

100001111CASE1:CASE2:CASE3:65[例]：有符號數(shù)運算，有溢出表示結(jié)果是錯誤的1§1.5二進制編碼一、十進制數(shù)的表示——BCD碼用