微机原理及应用 信控学院电子信息工程系.ppt

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1、1第一章微机原理及应用 信控学院电子信息工程系 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望2第一章课程内容第一章第一章 绪论绪论第二章第二章 8086系统结构系统结构第三章第三章 8086的寻址方式和指令系统的寻址方式和指令系统第四章第四章 汇编语言程序设计汇编语言程序设计第五章第五章 存储器存储器第六章第六章 IO接口和总线接口和总线第七章第七章 可编程接口芯片可编程接口芯片8255A及应用及应用第八章第八章 可编程计数器可编程计数器/定时器定时器8253及

2、应用及应用第九章第九章 微型计算机中断系统微型计算机中断系统3第一章学习要求做好课前准备工作提高课堂效率独立完成作业课堂提问作为部分平时成绩认真做好实验实验单列课程，32学时4*第一章第一章 绪论1.1 微型计算机发展概况1.2 微型计算机系统1.3 相关术语1.4 数制和码制1.5 小结5第一章1.1 微型计算机发展概况 世界上第一台现代意义的电子计算机是1946年美国宾夕法尼亚大学设计制造的“ENIAC”占地上百平方米重量几十吨功耗几十千瓦 这台计算机有五个基本部件：输入器、输出器、运算器、存储器和控制器，奠定了当代电子数字计算机体系结构的基础。6第一章 电子计算机的发展：第一代：电子管计

3、算机（1946-1956）第二代：晶体管计算机（1957-1964）第三代：中小规模集成电路计算机（1965-1970）第四代：超大规模集成电路计算机（1971-今）摩尔定律（1965）：集成电路内芯片的晶体管数目每隔18-24个月其集成度翻一番。7第一章计算机的分类（综合性能）计算机的分类（综合性能）1.微机：单用户，也可以执行几个用户指令PC机 2.小型机：同时执行数百用户的指令学校、中小企业服务器 3.大型机：同时执行数万用户的指令大型网站服务器 4.巨型机：同时执行数百万用户的指令 国家新闻中心、国防、军事 目前性能最好的超级计算机：目前性能最好的超级计算机：美国：“走娟”，美洲豹（1

4、.76千万亿次/秒）中国：“曙光-星云”，天河一号（2.5千万亿次/秒）日本的K-Computer（10千万亿次/秒）8第一章 微处理器发展概况 第一代：4、8位机 Intel公司4004 1971年第二代：8位 Intel公司8080 1974年第三代：16位机 Intel公司8086 1978年第四代：32位机 Intel公司80386/486 1983年第五代：64位机 PENTIUM PIII等 1993年注：INTEL 微处理器的发展见教材P4：表1-19第一章微处理器的发展80386803868048680486奔腾奔腾奔腾奔腾2代代奔腾奔腾4代代80286802868086808

5、6奔腾奔腾3代代IA-64（安腾）安腾）40044004不是我不明白，这世界变化太快。扎扎实实掌握知识，以不变应万变！10第一章Core酷睿特性：全新的Core架构全部采用65nm制造工艺全线产品为单核心，双核心,四核心，目前为止L2缓存容量存在2MB和4MB两个版本,上市时曾出现过2MB缓存容量性能提升40%能耗降低40%，主流产品的平均能耗为65瓦特前端总线提升至1066Mhz(Conroe)，1333Mhz(Woodcrest)，667Mhz（Merom）“酷睿酷睿”是一款领先节能的新型微架构，是一款领先节能的新型微架构，设计的出发点是提供卓然出众的性能和能效，设计的出发点是提供卓然出众

6、的性能和能效，提高每瓦特性能，也就是所谓的能效比。提高每瓦特性能，也就是所谓的能效比。早期的酷睿是基于笔记本处理器的。早期的酷睿是基于笔记本处理器的。11第一章双核处理器是指在一个处理器上集成两个运算核心，并通过并行总线将各处理器核心连接起来，从而提高计算能力。“双核”的概念最早是由IBM、HP、Sun等支持RISC架构的高端服务器厂商提出的，主要运用于服务器上。而台式机上的应用则是在Intel和AMD的推广下，才得以普及。12第一章酷睿系列CPU型号前字母的含义 酷睿酷睿2双核中，双核中，CPU类型还分类型还分E系，系，Q系，系，T系，系，X系，系，P系，系，L系，系，U系，系，S系系E系就

7、是普通的台机的双核系就是普通的台机的双核CPU，功率，功率65W左右左右Q系就是四核系就是四核CPU，功率会在，功率会在100W-150WT系是普通的笔记本系是普通的笔记本CPU，功率在，功率在35W或者或者31WX系是酷睿系是酷睿2双核至尊版，笔记本的双核至尊版，笔记本的X系系CPU的功率是的功率是45W，台，台机的机的X系的系的CPU功率是功率是100W左右左右P系是迅驰系是迅驰5的低电压的低电压CPU，功率，功率25WL系是迅驰系是迅驰4的低电压的低电压CPU，功率，功率17WU系是迅驰系是迅驰4的超低电压的超低电压CPU，功率，功率5.5W2010Intel酷睿双核处理器新家族：酷睿双

8、核处理器新家族：i3 530，i5 750，i7 930超线程技术、睿频加速，高清画质超线程技术、睿频加速，高清画质13第一章迅驰技术迅驰技术迅驰是英特尔公司针对手提电脑提出的无线移动计算技术解决方案。2003年3月英特尔正式发布了迅驰移动计算技术，英特尔的迅驰移动计算技术并非以往的处理器、芯片组等单一产品形式，其代表了一整套移动计算解决方案，迅驰的构成分为三个部分：奔腾M处理器、855/915系列芯片组和英特尔PRO无线网上，三项缺一不可共同组成了迅驰移动计算技术。Intel发布的第四代迅驰移动平台Santa Rosa，比之前的迅驰平台来说，最大的优势在于其更好的多任务处理能力，清晰的视频播

9、放能力，更好的可管理性和安全性，而这些使的intel移动平台的优势进一步扩大。由酷睿处理器、芯片组、无线网卡。14第一章1.2 微型计算机系统一、计算机基本结构冯.诺依曼原理：存储程序，程序控制控制器控制器输输出出设设备备 CPU 存储器存储器运算器运算器ALUALU输输入入设设备备15第一章冯.诺依曼计算机的工作原理：“存储程序存储程序”+“程序控制程序控制”以二进制表示数据和指令(程序)先将程序存入存储器中，再由控制器自动读取并执行计算机之父：约翰冯诺依曼（John Von Nouma，19031957），美藉匈牙利人，世界著名数学家，最大贡献是对计算机科学、计算机技术和数值分析的开拓性工

10、作。16第一章早期的冯诺依曼结构上以运算器和控制器为中心，随着计算机系统的发展，现在已演化为已存储器为中心的结构。17第一章微型计算机系统的三个层次：微处理器(Microprocessor)微型计算机(Microcomputer)微型计算机系统(Microcomputer System)二、微型计算机系统的组成18第一章微处理器微型计算机19第一章微型计算机系统20第一章 微型计算机系统组成微处理器存储器I/O接口总线 硬件系统软件系统微 型计算机系 统微 型计算机(主板)外 设ALU寄存器控制器键盘、鼠标显示器软驱、硬盘、光驱 打印机、扫描仪系统软件应用软件21第一章三、微型计算机的组成存储

11、器存储器CPUI/O接口接口地址总线地址总线AB数据总线数据总线DB控制总线控制总线CBI/O设备设备I/O总线总线控制控制微机组成框图22第一章1、CPU（也称微处理器、中央处理器）计算机的控制中心，提供运算、判断能力构成：运算器：完成算术、逻辑运算 控制器：协调整机工作 寄存器组：暂存数据等例：Intel 8086、PIII、P4CPU的位数：4位、8位、16位、32位、64位是指一次能处理的二进制数据的位数23第一章2、存储器存储器用来存储程序和数据。存储器一般分为两大类：内部存储器（内存或主存）和外部存储器（外存）。内存存放当前正在使用或者经常使用的数据，内存存放当前正在使用或者经常使

12、用的数据，CPU 可以直接访可以直接访问；外存存放问；外存存放“海量海量”数据，相对访问较少，使用时调入内存。数据，相对访问较少，使用时调入内存。24第一章存放程序和数据的记忆装置内存：ROM、RAM 特点：随机存取，速度快，容量小外存：磁盘、光盘、半导体盘、特点：顺序存取/块存取，速度慢，容量大内存操作：读：将内存单元的内容取入CPU，原单元内容不改变；写：CPU将信息放入内存单元，单元中原内容被覆盖；25第一章3、I/O接口（输入/输出接口）CPU与外部设备间的桥梁。实现CPU与外设之间的速度匹配，信号电平匹配，信号格式匹配，时序控制，终端控制等。CPUI/O接口接口外设外设 主要接口芯片

13、：锁存器74LS373；缓冲器74LS245；可编程中断控制器8259A；可编程计数/定时器8253；可编程并行接口8255A；A/D，D/A等。26第一章4、总线 各部件之间传送信息的公共通路。总线标准的特性：（有4 个特性）物理特性；功能特性；电气特性；时间特性 总线分类：（从不同层次看有4类）内部总线；元件级总线；系统总线；外部总线 总线结构（有3种）单总线结构；面向CPU的双总线结构；面向主存储器的双总线结构27第一章内部总线元件级总线根据传送信息的类型不同分为三种：（1）地址总线AB：传送CPU输出的地址信号，确定被访问的存储单元、I/O端口。地址线的根数决定了CPU的寻址范围。CP

14、U的寻址范围=2n，n-地址线根数 8086CPU寻址范围=220=1MB（2）数据总线DB：决定CPU一次最多传送数据宽度。8086CPUDB 16位（3）控制总线CB：用来传送各种控制信号28第一章3）系统总线 微机机箱内的底板总线，用来连接各个插件板，包括：ISA总线：工业标准体系结构总线 EISA总线：扩展工业标准体系结构总线 VESA总线：视频电子标准协会总线 PCI总线：外设互连局部总线 PCI-E总线：最新的总线和接口标准 AGP总线：加速图形接口总线29第一章4）外部总线 用于微机系统与系统之间，系统与外部设备之间的信息通路。并行：IEEE-488并行标准串行：RS232、48

15、5，USB，IEEE-1394标准30第一章 总线结构1）单总线结构 CPU、存储器和I/O接口均挂在一组总线上。优点：控制简单，易扩充。缺点：总线只能分时工作，数据传输受限。随机存随机存储器储器I/O设备设备地址总线地址总线AB数据总线数据总线DB控制总线控制总线CB只读存只读存储器储器I/O接口接口I/O设备设备CPU31第一章2）面向CPU的双总线结构 CPU与存储器和I/O接口分别有一组总线。优点：提高了数据传送的效率。缺点：降低了CPU的效率。I/O接口接口I/O总线总线存储总线存储总线CPU主存储器主存储器I/O接口接口I/O接口接口I/O设备设备1I/O设备设备2I/O设备设备n

16、32第一章3）面向存储器的双总线结构 CPU与存储器和I/O接口均挂在一组总线上，同时存储器与CPU之间增加一组高速存储总线。优点：提高了数据传送的效率，且不降低CPU效率I/O接口接口I/O总线总线存储存储总线总线CPU主存储器主存储器I/O接口接口I/O设备设备1I/O设备设备n33第一章1、主频：指CPU的时钟频率，与运行速度有关；2、字长：能够直接处理的二进制数的位数；3、内存容量：存储器能存储信息的字节数；4、存取周期：主存储器完成一次读写所需要的时间5、运算速度：是指微机每秒所能执行的指令条数。四、微机的性能指标34第一章1.3 相关术语 位、字节、字和字长、位编号、内存单元的地址

17、和内容、内容容量及常用单位、内存中字数据的存储格式一、位二、字节35第一章三、字和字长36第一章l字长：CPU一次能够处理的二进制数据的位数一次能够处理的二进制数据的位数37第一章四、位编号38第一章五、内存单元的地址和内容地址：内存单元唯一的编号内容：内存单元存储的数据项1 0 1 1 0 1 1 038F04H内存单元地址内存单元内容.7 6 5 4 3 2 1 039第一章六、内容容量及常用单位 内存容量：内存单元的个数（或存储的信息量）通常：512MB 常用单位：位(bit)b 字节(Byte)B 字(Word)W KB MB GB转换关系：b：一位二进制数字1B=8b1W=2B1KB

18、=1024B1MB=1024KB1GB=1024MB40第一章一个字（16位）由两个字节的数据来组成。它在存储器中的存储格式通常有：小地址格式：低字节总是存储在低地址单元中，高字低字节总是存储在低地址单元中，高字节存储在高地址单元中。这在节存储在高地址单元中。这在Intel Intel 家族家族的的CPUCPU中采用。中采用。大地址格式：低字节存储在高地址中，高字节存储在低地址中。这在Motorola家族的CPU中使用。七、内存中字数据的存储格式41第一章 例如：1234H以不同格式的存储时的情况。2FFFH3000H3001H3002H3003H34 12小地址格式12 34大地址格式2FF

19、FH3000H3001H3002H3003H42第一章1.4 数制和码制为了表示方便，使用后缀表明数的进制 十进制，后缀D或省略符合人们习惯 例：17.34二进制，后缀B便于物理实现 例：1101.1010B十六进制，后缀H便于识别书写 例：3A.B2H八进制，后缀Q或O 例：625.71Q1.4.1 数制一、常用数制43第一章1、十进制特点：以10为基数，逢10进一；共有0-9十个数字符号表示：例：267.8544第一章2、二进制特点：以2为基数，逢2进一；只有0和1两个符号。表示：例：1101.1B1101.1B45第一章3、十六进制特点：以16为基数，逢16进一；有0-9及A-F共16个

20、数字符号。表示：例：1A.8H46第一章1、非十进制数到十进制数的转换每位数字与其对应的权值相乘，再按十进制求和即：按权展开，再按十进制求和例：将1110.101B转换为十进制数码 1 1 1 0 .1 0 1权权值 23 22 21 20 .2-1 2-2 2-3数值 8+4+2+0+0.5+0+0.125=14.625 二、各进制数间的转换47第一章2.十进制到非十进制数的转换整数部分：除以基数，取余，至商为0；最先得最低位小数部分：乘以基数，取整；至小数为0，最先得高位以小数点为起点求得整数和小数的各个位。48第一章例：将18.125转换为二进制数。18余数余数=029 =124 =02

21、2=0218=10010B1=1200.125整数整数=00.2522=00.5 0.125=0.001B 21.0=1结果 18.125=10010.001B49第一章3、二进制与十六进制间的转换 用4位二进制数表示1位十六进制数 例：10110001001.110=(?)H 0101 1000 1001.1100 5 8 9 .C 注意：位数不够时要补050第一章F111115701117E111014601106D110113501015C110012401004B101111300113A101010200102910019100011810008000000十六进制二进制十进制十六进

22、制二进制十进制表1-3 二进制编码十六进制BCH码51第一章n位二进制数均用于表示数值本身大小。一个n位的无符号二进制数X，其表示范围为：n 0 X 2n-1n若运算结果超出这个范围，则产生溢出。n 如：n8 则：0X28-1 即：0X255 1.4.2 码制一、无符号数在计算机中的表示52第一章把二进制数的最高位定义为符号位 符号位为 0 表示正数，符号位为 1 表示负数连同符号位一起数值化了的数，称为机器数。机器数所表示的真实的数值，称为真值。（以下均以位二进制数为例）二、有符号数在计算机中的表示53第一章例：设字长n8 +18=+10010B -18=-10010B真值机器数符号位 数值

23、位0 0010010Bn1 0010010B注：机器数包括两方面的含义 1）符号数值化 2）位数等于字长54第一章n 1、机器数常用的表示方法有三种：n 原码、反码和补码。n 数X的原码记作X原n 数X的反码记作X反n 数X的补码记作X补n注：对正数，三种表示法均相同。n它们的差别在于对负数的表示。三、机器数的表示方法55第一章u 原码X原的定义对于二进制数，最高位是符号位，其余各位表示数值本身，则称为该二进制数的原码。符号位：0表示正，1表示负；数值位：真值的绝对值。真值X=+18=+10010BX=-18=-10010B原码 X原=0 0010010BX原=1 0010010B符号符号位n

24、位原码表示数值的范围是：56第一章u 反码X反定义正数的反码与其原码相同;负数的反码，对应原码的符号位不变，数值部分按位求反。即：若X0，则 X反=X原若X0，则X补=X反=X原若X0，则X补=X反+1例：X=-52=-110100B X原=10110100B X反=11001011B X补=X反+1=11001100Bn位补码表示数值的范围是：58第一章2、数0的表示方法+0原=00000000B-0原=10000000B+0反=00000000B-0反=11111111B+0补=00000000B-0补=-0反+1 =100000000B数0的原码不唯一。数0的反码不唯一。数0的补码唯一。

25、对8位字长，进位被舍掉59第一章3、特殊数10000000B 同一个数在不同的码制中表示的真值不同 在原码中定义为：-0 在反码中定义为：-127 在补码中定义为：-128 对无符号数：(10000000B)=12860第一章4、8位二进制数的表示范围 无符号数：0 255 原码：-127 +127 反码：-127 +127 补码：-128 +12761第一章5、补码加减法的运算规则通过引进补码，可将减法转换为加法运算。规则如下：X+Y补=X补+Y补 X-Y补=X补+-Y补 X=X补补 其中X，Y为正负数均可，只要符号位参与运算就能自动得到正确的结果。62第一章例：将一个用补码表示的二进制数转

26、换为十进制数。1)X补=00101110B 正数 所以：真值为+0101110B X=+46 2)X补=11010010B 负数 X=X补补=11010010补=-0101110B 所以：X=-4663第一章溢出：运算结果超出运算器所能表示的范围。1.4.3 溢出判断一、无符号数运算溢出判断溢出判别方法：溢出判别方法：当最高位向更高位有进位（或借位）时则产生溢出。当最高位向更高位有进位（或借位）时则产生溢出。无符号数运算溢出需要查看进位标志位无符号数运算溢出需要查看进位标志位CY64第一章方法：方法：u异号相加异号相加不会溢出。不会溢出。u同号相加同号相加可能溢出：可能溢出：同号相加时，结果符

27、号与加数符号相反则溢出；同号相加时，结果符号与加数符号相反则溢出；方法：双高位判别法方法：双高位判别法u两个带符号二进制数相加或相减时，若两个带符号二进制数相加或相减时，若 C C7 7 C C6 61 1 则结果产生溢出。则结果产生溢出。C C7 7为最高位的进为最高位的进(借借)位；位；C C为次高位的进为次高位的进(借借)位。位。有符号数运算溢出要查看溢出标志位有符号数运算溢出要查看溢出标志位OVOV二、有符号数运算溢出判断65第一章例：u有符号数运算，有溢出表示结果是错误的u无符号数运算，有进位表示结果是错误的 0 1 0 0 0 0 1 0 +0 1 1 0 0 0 1 1 1 0

28、1 0 0 1 0 1 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 0 1 0 +1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1CASE1:CASE2:CASE3:分两种情况讨论：无符号数 有符号数66第一章用4位二进制数编码表示一位十进制数。1.4.4 BCD码和ASCII码一、BCD码111111117 701110111111011106 601100110110111015 501010101110011004 401000100101110113 300110011A AB BC CD

29、DE EF F101010102 2001000109 9100110011 1000100018 8100010000 000000000十进制数十进制数BCDBCD编码编码十进制数十进制数BCDBCD编码编码这六种情这六种情况在况在BCDBCD码中不允码中不允许出现许出现8421-BCD8421-BCD编码表编码表67第一章BCD编码分两种：压缩BCD码和非压缩BCD码。压缩BCD码：一个字节表示两位十进制数；例：120001 0010BCD非压缩BCD码：用一个字节表示一位十进制数，高4位总是0000；例：120000 0001 0000 0010BCD注意：BCD码不是将整个十进制数转

30、换成二进制数68第一章计算机中除了能够处理数值数据以外，还可以处理文字、语音、图像等各种信息，这些信息统称为非数值数据。非数值数据在计算机中也必须以二进制形式表示最常见的是ASCII码。见下页ASCII编码表，教材中的附录Cn 掌握常用字符的ASCII码。二、ASCII码（美国标准信息交换代码）69第一章70第一章1-5 小结1、微机发展概况（了解）2、微机系统/微机/微处理器联系与区别（理解）3、微型计算机的组成及框图4、计算机中的一些相关术语；5、常用数制及其相互间的转换；6、机器数表示：原码、反码、补码的表示及求法；7、8位二进制数的表示范围；8、溢出判断；9、BCD编码及常用字符的ASCII码；重点掌握71第一章作业：P20 习题2.微处理器、微型机、微型计算机系统的有什么区别与联系？9.将下列二进制数转换成十进制数.(1)1101.01B(2)111001.0011B11将下列十进制数装成二进制、八进制、十六进制（1）23（2）10712.将下列十进制数转换为8位有符号二进制数(补码)。(1)+32(2)-1213将下列十进制数转换成压缩和非压缩格式的BCD码（1）102（2）44补充:若字长n8，写出下列各数的原码、反码、补码 +10101B、+11111B、+10000B -10101B、-11111B、-10000B