四川大學(xué)電子信息學(xué)院微機(jī)原理ppt 1概述

微機(jī)原理與接口技術(shù)第一章微型計(jì)算機(jī)概述主要內(nèi)容微型計(jì)算機(jī)發(fā)展過(guò)程簡(jiǎn)介基本概念計(jì)算機(jī)中的數(shù)的表示方法微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成微型計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程1.微型計(jì)算機(jī)發(fā)展過(guò)程什么是微型計(jì)算機(jī)？微型計(jì)算機(jī)是建立在大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的技術(shù)基礎(chǔ)上的第四代計(jì)算機(jī)的總稱(chēng)。構(gòu)成微機(jī)的最重要的部件中央處理器（CPU），包括控制器＆運(yùn)算器1.微型計(jì)算機(jī)發(fā)展過(guò)程微處理器的發(fā)展過(guò)程第一代：電子管第二代：晶體管第三代：中小規(guī)模集成電路第四代：大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路2.基本概念位、字、字長(zhǎng)、字節(jié)位是計(jì)算機(jī)所能表示的最基本最小的數(shù)據(jù)單元字是計(jì)算機(jī)內(nèi)部進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的基本單位字長(zhǎng)是每一個(gè)字所包含的二進(jìn)制的位數(shù)字節(jié)相鄰8位二進(jìn)制數(shù)單板機(jī)和單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)2.基本概念位、字、字長(zhǎng)、字節(jié)單板機(jī)和單片機(jī)單板機(jī)是一種功能簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、專(zhuān)為特殊應(yīng)用而將CPU、ROM、RAM、I/O口及其他輔助電路全部安裝在一塊電路板上的低檔微機(jī)單片機(jī)是將CPU、ROM、RAM、I/O口電路全部集成在一塊芯片上，具有基本功能的特殊的計(jì)算機(jī)嵌入式系統(tǒng)2.基本概念位、字、字長(zhǎng)、字節(jié)單板機(jī)和單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，并且軟硬件可裁減，適用于應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴(yán)格要求的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。3.計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示方法計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)、數(shù)制以及數(shù)的基與權(quán)數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換數(shù)制的編碼計(jì)算機(jī)中帶符號(hào)數(shù)的表示方法數(shù)的小數(shù)點(diǎn)表示方法3.計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示方法數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)能夠處理的信息，如文字、數(shù)據(jù)、聲音、圖形圖像等統(tǒng)稱(chēng)為數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)中的數(shù)制二進(jìn)制（0，1）八進(jìn)制（0~8）、十進(jìn)制（0~9）、十六進(jìn)制（0~9，A~F）3.計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示方法數(shù)制的基與權(quán)在一種技術(shù)制中，表示每個(gè)數(shù)位上可用字符的個(gè)數(shù)稱(chēng)為該計(jì)數(shù)制的基數(shù)一個(gè)數(shù)值中每一個(gè)數(shù)碼表示的值還取決于其所處的位置，即不同的位置具有不同的權(quán)例如：八進(jìn)制基數(shù)為8，十進(jìn)制基數(shù)為10…(111)10中每個(gè)位置的1代表的值是不一樣的3.計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示方法數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制整數(shù)部分除二取余倒排小數(shù)部分乘二取整正排十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制，與上雷同，基數(shù)變103.計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示方法十六（八）進(jìn)制轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制：對(duì)應(yīng)的十六（八）進(jìn)制數(shù)用相應(yīng)的四（三）位二進(jìn)制代替即可二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成八（十六）進(jìn)制：整數(shù)部分由小數(shù)點(diǎn)處向左分成3（4）位一組，最后不足3（4）位補(bǔ)0，小數(shù)部分自小數(shù)點(diǎn)向右分成每3（4）位一組，最后不足3（4）位補(bǔ)0，然后每段用相應(yīng)的八（十六）進(jìn)制代替即可，小數(shù)點(diǎn)位置不變。3.計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示方法數(shù)制中的編碼BCD碼：二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制數(shù)，即一位10進(jìn)制的數(shù)用4位2進(jìn)制編碼表示。字符編碼——ASCII碼漢字編碼——國(guó)標(biāo)碼3.計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示方法計(jì)算機(jī)中帶符號(hào)數(shù)的表示方法數(shù)的符號(hào)表示法和真值帶有數(shù)碼化的正負(fù)號(hào)的數(shù)稱(chēng)為機(jī)器數(shù)習(xí)慣上約定機(jī)器數(shù)的最高位為其符號(hào)位，0表示正數(shù)，1表示負(fù)數(shù)0100010011000100正數(shù)符號(hào)位數(shù)值部分負(fù)數(shù)符號(hào)位數(shù)值部分3.計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示方法機(jī)器數(shù)有3中不同的編碼形式：原碼、反碼、補(bǔ)碼原碼：最高位為0表示正數(shù)，為1表示負(fù)數(shù)，其余各位為該數(shù)的二進(jìn)制數(shù)值(54)原＝00110110(-67)原＝110000110取原值不變符號(hào)位數(shù)值部分正數(shù)1取原值不變符號(hào)位數(shù)值部分負(fù)數(shù)3.計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示方法反碼：正數(shù)的反碼與原碼同，負(fù)數(shù)的反碼是除符號(hào)位不變，其余個(gè)數(shù)值位在原碼的基礎(chǔ)上“按位取反”得到(54)反＝00110110(-67)反＝101111000取原值不變符號(hào)位數(shù)值部分正數(shù)1按位取反符號(hào)位數(shù)值部分負(fù)數(shù)3.計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示方法補(bǔ)碼：正數(shù)的補(bǔ)碼與原碼相同，負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼等于該數(shù)的反碼加1(54)補(bǔ)＝00110110(-67)補(bǔ)＝10111101注： 表示范圍： 原碼：－127~+127(10000000=00000000=0) 反碼：－127~+127(10000000=00000000=0) 補(bǔ)碼：－128~+127(-128=10000000)(00000000=0)溢出3.計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示方法數(shù)的小數(shù)點(diǎn)表示方法計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示方法有兩種：定點(diǎn)表示法：小數(shù)點(diǎn)位置人為約定，隱含，不占位置，無(wú)需用任何二進(jìn)制數(shù)值來(lái)表示。浮點(diǎn)表示法：小數(shù)點(diǎn)位置浮動(dòng)，不固定。定點(diǎn)表示法定點(diǎn)純小數(shù)：約定小數(shù)點(diǎn)位置固定在符號(hào)位之后，最高數(shù)值位之前。定點(diǎn)純整數(shù)：約定小數(shù)點(diǎn)位置固定在最低數(shù)值位之后。符號(hào)位尾數(shù)S小數(shù)點(diǎn)隱含處符號(hào)位尾數(shù)S小數(shù)點(diǎn)隱含處浮點(diǎn)表示法IEEE標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，浮點(diǎn)數(shù)可用下述公式表示：(-1)S2E(b0▽b1b2…bp-1)(209.125)10表示成單精度浮點(diǎn)數(shù)(209.125)10=(11010001.001)2=1.1010001001×27指數(shù)為7，加上偏移量127，E＝7＋127＝134符號(hào)位S=0,1指數(shù)帶偏移量的整數(shù)，表示成無(wú)符號(hào)的整數(shù)尾數(shù)bi,二進(jìn)制的數(shù)位隱含的小數(shù)點(diǎn)的位置尾數(shù)長(zhǎng)度，共有p位規(guī)格化形式010000110101000100100…0000000SE(8位)b1b2b3b4b5b6b7…b22b234微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成微型計(jì)算機(jī)由硬件（主機(jī)、輸入輸出設(shè)備、電源）和軟件（系統(tǒng)軟件、用戶軟件）組成。4.1微型計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的組成微型計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的組成微機(jī)由微處理器、總線、存儲(chǔ)器、輸入/輸出設(shè)備及各種接口模塊組成4.1.1微處理器微處理器（CPU）運(yùn)算器以累加器為核心控制器（PC,IR,ID,PLA）寄存器組4.1.2系統(tǒng)總線微機(jī)在組織形式上采用了總線結(jié)構(gòu)，即各個(gè)部分通過(guò)一組公共的信號(hào)聯(lián)系起來(lái)，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)各模塊之間以及計(jì)算機(jī)與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)傳輸，這組信號(hào)線稱(chēng)為系統(tǒng)總線4.1.2系統(tǒng)總線總線根據(jù)功能劃分為3種地址總線（AB）：用于傳送CPU輸出的地址信號(hào)，以尋址存儲(chǔ)器單元和外設(shè)接口。數(shù)據(jù)總線（DB）：用于在CPU與存儲(chǔ)器和I/O接口之間傳輸數(shù)據(jù)，是雙向的，也是三態(tài)的?？刂瓶偩€（CB）：用于傳送各種控制信號(hào)，即用于CPU與其他設(shè)備之間的通信，CPU發(fā)出的命令和接收的請(qǐng)求信號(hào)由控制總線傳送。4.1.2系統(tǒng)總線采用總線結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)點(diǎn)：可以減少機(jī)器中的信息傳送線的根數(shù)，從而簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了機(jī)器的可靠性；可以方便地對(duì)存儲(chǔ)器芯片及I/O接口芯片進(jìn)行擴(kuò)充；缺點(diǎn)：分時(shí)傳送操作為代價(jià)，降低了系統(tǒng)的工作速度

4.1.3存儲(chǔ)器馮．諾依曼存儲(chǔ)程序程序控制存儲(chǔ)器分類(lèi)存儲(chǔ)器根據(jù)其位置不同分為內(nèi)存儲(chǔ)器和外存儲(chǔ)器內(nèi)存根據(jù)工作原理