微机原理及应用-ch191051035.ppt

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1、微机原理及应用微机原理及应用主讲主讲主讲主讲:向菲向菲向菲向菲Email:Email:教材教材教材教材:微型计算机原理及接口技术（第二版）微型计算机原理及接口技术（第二版）微型计算机原理及接口技术（第二版）微型计算机原理及接口技术（第二版）主编主编主编主编:常通义常通义常通义常通义 副主编：孙立功副主编：孙立功副主编：孙立功副主编：孙立功成绩：成绩：成绩：成绩：期终期终期终期终考试占考试占考试占考试占70%70%，平时平时平时平时（作业与考勤）占（作业与考勤）占（作业与考勤）占（作业与考勤）占20%20%，实验实验实验实验占占占占10%10%。本本本本课程共计课程共计课程共计课程共计4040学

2、时，其中理论课时学时，其中理论课时学时，其中理论课时学时，其中理论课时3232学时，学时，学时，学时，实验学时实验学时实验学时实验学时8 8学时，我们共做学时，我们共做学时，我们共做学时，我们共做4 4个实验。个实验。个实验。个实验。答疑答疑答疑答疑安排：每周四晚安排：每周四晚安排：每周四晚安排：每周四晚7 7：309309：0000。地点：地点：地点：地点：1010号楼四楼号楼四楼号楼四楼号楼四楼408408室，室，室，室，中部中部中部中部“电子科学系电子科学系电子科学系电子科学系”。计算机的发展计算机的发展：1946年，世界上第一台电子数字计算机年，世界上第一台电子数字计算机ENIAC（E

3、lectronic Numerical Integrator And Calculator）在美国宾夕法尼亚大学研制成功）在美国宾夕法尼亚大学研制成功.计算机的发展经历了电子管时代、晶体管时计算机的发展经历了电子管时代、晶体管时代代(1958)、中小规模集成电路时代、中小规模集成电路时代(1965)、大、大规模和超大规模集成电路时代规模和超大规模集成电路时代(1970)，目前已，目前已进入巨大规模的集成电路时代。进入巨大规模的集成电路时代。电子计算机根据体积、性能、价格划分为电子计算机根据体积、性能、价格划分为巨型机、大型机、中型机、小型机和巨型机、大型机、中型机、小型机和微型机微型机微型机微

4、型机。微型机的特点微型机的特点：1.1.体积小，重量轻体积小，重量轻体积小，重量轻体积小，重量轻2.2.价格低廉价格低廉价格低廉价格低廉3.3.可靠性高，结构灵活可靠性高，结构灵活可靠性高，结构灵活可靠性高，结构灵活4.4.应用面广，如测量仪器仪表、教学设备、医疗设备、应用面广，如测量仪器仪表、教学设备、医疗设备、应用面广，如测量仪器仪表、教学设备、医疗设备、应用面广，如测量仪器仪表、教学设备、医疗设备、家用电器家用电器家用电器家用电器微型微型计算机计算机 系统系统微型微型计算机计算机 微处理器（微处理器（微处理器（微处理器（CPUCPU）存储器（存储器（存储器（存储器（MM）输入输出接口输入

5、输出接口输入输出接口输入输出接口（I/OI/O）软件软件 系统软件：操作系统、语言处理程序、系统软件：操作系统、语言处理程序、系统软件：操作系统、语言处理程序、系统软件：操作系统、语言处理程序、数据库数据库数据库数据库应用软件：办公软件、网络软件应用软件：办公软件、网络软件应用软件：办公软件、网络软件应用软件：办公软件、网络软件总线总线总线总线第一章第一章 计算机基础知识计算机基础知识1.1 数制数制1.2 计算机的逻辑运算和数值运算计算机的逻辑运算和数值运算1.3 信息交换码信息交换码1.4 微型计算机的组成及其信息传输微型计算机的组成及其信息传输1.5 微型计算机的基本逻辑部件微型计算机的

6、基本逻辑部件1.1 数制数制一、数制的基与权一、数制的基与权基：数制所使用的数码的个数。基：数制所使用的数码的个数。e.g.十进制的基？十进制的基？二进制的基？二进制的基？权：基本单位的数符权：基本单位的数符“1”在某个数位上所表示的数值在某个数位上所表示的数值叫该数位的权。叫该数位的权。1.十进制（十进制（Decimal System）D基：基：?10e.g.65498.13D=?特点：特点：基：？，数码基：？，数码0-9共？个共？个 各位的权是以？为底的幂次各位的权是以？为底的幂次 逢？进位逢？进位2.二进制（二进制（Binary System)Be.g.10101.01B=?特点：特点：

7、基？基？权？权？进位？进位？3.八进制（八进制（Octal Number System）O特点：特点：基：？，数码基：？，数码0-7共？个共？个 各位的权是以？为底的幂次各位的权是以？为底的幂次 逢？进位逢？进位4.十六进制（十六进制（Hexadecimal System）特点：特点：基：？，数码基：？，数码0-9、A-F共？个共？个 各位的权是以？为底的幂次各位的权是以？为底的幂次 逢？进位逢？进位5.二二-十进制（十进制（BCD-Binary Coded Decimal）用四位二进制数码表示十进制数，本质是十进制用四位二进制数码表示十进制数，本质是十进制 0000，0001，0010，00

8、11，0100 0101，0110，0111，1000，1001 e.g.BCD码码0101,0111,1001.0011,0110=？二、数制间的相互转换二、数制间的相互转换1.十进制十进制二进制二进制整数部分：除整数部分：除2取余；小数部分：乘取余；小数部分：乘2取整。取整。e.g.(97)10=？(0.6875)10=？2.二进制二进制十进制十进制按权展开按权展开e.g.0.110B=(1100001)2(0.1011)212-1+12-2=0.753.二进制与八进制、十六进制相互转换二进制与八进制、十六进制相互转换原则：每原则：每3个二进制位对应一个八进制位个二进制位对应一个八进制位

9、每每4个二进制位对应一个十六进制位个二进制位对应一个十六进制位e.g.111100.1110B=(?)H 2A.5H=(?)B 思考思考:(1)10110.10111B=(?)H (2)0BA.7FH=(?)B (3)0.83D=(?)B (4)1.6875D=(?)B=(?)BCD 3C.E0010 1010.01011.2 计算机的逻辑运算和数值运算计算机的逻辑运算和数值运算一、逻辑运算一、逻辑运算1.“与与”运算运算 “”原则：原则：00=0，01=0，10=0，11=1 有有0出出0，全，全1为为1.2.“或或”运算运算“”原则：原则：00=0，01=1，10=1，11=1 有有1出出

10、1，全，全0为为0.3.“非非”运算运算“”原则：原则：4.异或运算异或运算“”原则：原则：0 0=0，0 1=1，1 0=1，1 1=0 相同为相同为0，相异为，相异为1.二、数值运算二、数值运算 采用二进制采用二进制1.加法运算加法运算 逢二进位逢二进位 0+0=0，0+1=1，1+0=1，1+1=10e.g.1011B+1001B=?2.减法运算减法运算 补码加法补码加法10100B符号位符号位 数值位数值位“0”表表“+”,“1”表表“-”带符号数带符号数原码原码反码反码补码补码(1)原码原码 将最高位作为符号位，余下位是数值位将最高位作为符号位，余下位是数值位e.g.D=+90,D原

11、原=？D=-90,D原原=？(2)反码反码 正数的反码与原码相同，符号位为正数的反码与原码相同，符号位为0 负数的反码符号位为负数的反码符号位为1，数值位按位取反，数值位按位取反e.g.+2反反=？-2反反=？+127反反=？-127反反=？+0反反=？-0反反=？0101 1010B1101 1010B0000 00101111 11010111 11111000 00000000 00001111 1111八位二进制反码八位二进制反码表示的范围：表示的范围：-127D+127D(3)补码补码正数的补码与原码相同，符号位为正数的补码与原码相同，符号位为0负数补码是反码负数补码是反码+1，符号

12、位为，符号位为1e.g.-8补补=？解：解：-8原原=1000 1000B -8反反=1111 0111B -8补补=-8反反+1=1111 1000B -0补补=-0反反+1=1111 1111+1=0000 0000=+0补补 “0”在补码表示法中有唯一值在补码表示法中有唯一值e.g.已知补码求原码已知补码求原码 补码为补码为0101 1011B解：符号位为解：符号位为“0”，说明是正数，原码，说明是正数，原码=0101 1011B 补码为补码为1101 1011B解：符号位为解：符号位为“1”，说明是负数，说明是负数 对于负数：补码对于负数：补码=原码原码反反+1 原码原码=补码补码-1

13、反反=1101 1011-1反反=1101 1010反反 =1010 0101B 求补码，并写成十进制求补码，并写成十进制0000 0000B,0111 1111B,1111 1111B,1000 0000B解解:0000 0000B补补=+000 0000B=0D 0111 1111B补补=+111 1111B=+127D 1111 1111B补补=1111 1111B反反+1=-000 0000B+1 =-000 0001B=-1D 1000 0000B补补=1000 0000B反反+1=-111 1111B+1 =-1000 0000B=-128D八位二进制补码表示的范围：八位二进制补码

14、表示的范围：-128D+127D在微机中，凡是带符号的数都是用补码表示的。在微机中，凡是带符号的数都是用补码表示的。其运算结果也用补码表示其运算结果也用补码表示e.g.1 字长为字长为8位的二进制数字系统中，求位的二进制数字系统中，求X=80-20的的结果（结果（减法运算即补码的加法运算减法运算即补码的加法运算）解解:X=80-20=+80+(-20)X补补=+80补补+-20补补 =0101 0000B+1001 0100B补补 =0101 0000B+1110 1011+1B =0101 0000B+1110 1100B =0011 1100B=+60D 0 1 0 1 0 0 0 0+1

15、 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 0 0最高位向符最高位向符号位进位号位进位符号位也符号位也出现进位出现进位e.g.2 x补补=0100 0001,y补补=0110 0000,求求z=x+y解：解：z补补=x补补+y补补=0100 0001B+0110 0000B =1010 0001B 注：符号位为注：符号位为“1”两个正数相加变成了负数，两个正数相加变成了负数，why？x原原=+65D,y原原=+96D,z=x+y=+161D+127D,超出补码表示的范围超出补码表示的范围溢出溢出怎样判断结果是否有溢出？怎样判断结果是否有溢出？运算过程中，符号位和数值最高位都没有进

16、位，或运算过程中，符号位和数值最高位都没有进位，或者数值位最高位运算向符号位有进位，符号位运算者数值位最高位运算向符号位有进位，符号位运算也出现进位，都不会溢出也出现进位，都不会溢出(如如e.g.1)；而运算时只有数；而运算时只有数值最高位运算向符号位有进位或只有符号位运算出值最高位运算向符号位有进位或只有符号位运算出现了进位就有溢出现了进位就有溢出(如如e.g.2)。0 1 0 0 0 0 0 1+0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1最高位向符最高位向符号位进位号位进位Example 用补码进行下列计算用补码进行下列计算,并判断结果有无溢出并判断结果有无溢出(-

17、56)-(-17)(-110)+(-92)(-14)+(-16)解解:(-56)-(-17)补补=-56补补+17补补 =1011 1000B补补+0001 0001B补补 =1100 0111+1B+0001 0001B =1100 1000B+0001 0001B=1101 1001B-无溢出无溢出 解解:(-110)+(-92)补补=-110补补+-92补补 =1110 1110补补+1101 1100补补 =1001 0001+1B+1010 0011+1B =1001 0010B+1010 0100B=0011 0110-有溢出有溢出 解：解：(-14)+(-16)补补=-14补补+

18、-16补补 =1000 1110B补补+1001 0000B补补 =1111 0001+1B+1110 1111+1B =1111 0010B+1111 0000B=1110 0010B-无溢出无溢出 计算机与外部设备交换的信息除数字以外还有字符、计算机与外部设备交换的信息除数字以外还有字符、控制信号等，这些信息必须用二进制代码的形式去传控制信号等，这些信息必须用二进制代码的形式去传输。需要约定上述信息的代码，约定的代码即信息交输。需要约定上述信息的代码，约定的代码即信息交换码。换码。常用的信息交换码：常用的信息交换码：ASCII码、码、EBCDIC码、汉字码、汉字编码。编码。一、一、ASCI

19、I码码(American Standard Code for Information Interchange)美国标准信息交换码美国标准信息交换码 七位二进制码，可表示七位二进制码，可表示27(128)种码字，最高位一般种码字，最高位一般用作校验位。用作校验位。1.3 信息交换码信息交换码e.g.将下列字符串或数值表示成相应的将下列字符串或数值表示成相应的ASCII码码 SAM how are you?51 7FH解解:SAM(101 0011)(100 0001)(100 1101)how are you?68H6FH77H20H61H72H65H20H79H6FH75H3FH 51 35H

20、31H 7FH 37H46H48H二、奇偶校验二、奇偶校验1.微机中的信息单位微机中的信息单位(1)位位(bit):最基本数据单元。位是一个二进制数位。最基本数据单元。位是一个二进制数位。(2)字节字节(Byte):相邻的相邻的8位二进制数称为一个字节。位二进制数称为一个字节。(3)字字(Word):内部数据传递基本单位内部数据传递基本单位,与计算机内部寄与计算机内部寄存器、运算器和总线宽度一致。在存器、运算器和总线宽度一致。在PC机中，一般把机中，一般把字定义为字定义为2Byte(16bit)，双字，双字(Double Word 32bit)、四字四字(Quad Word 64bit)2.奇

21、偶校验奇偶校验 通常用一个字节来表示一个通常用一个字节来表示一个ASCII码字符，其码字符，其中低中低7位为位为ASCII码值，最高位或者为码值，最高位或者为0，或，或者为奇偶校验位。者为奇偶校验位。奇校验：使一个字节中奇校验：使一个字节中“1”的个数总和为奇数的个数总和为奇数偶校验：使一个字节中偶校验：使一个字节中“1”的个数总和为偶数的个数总和为偶数Example:有一个有一个16位数值位数值0101 0000 0100 0011(1)如果它是一个二进制数，和它等值的十进制如果它是一个二进制数，和它等值的十进制数是多少？数是多少？(2)如果它是如果它是ASCII码字符，是什么字符？码字符，

22、是什么字符？(3)如果是如果是BCD码，它表示的数是什么？码，它表示的数是什么？1.4 微型计算机的组成及其信息传输微型计算机的组成及其信息传输一、微型计算机一、微型计算机(microcomputer,简称简称micom)的功能及的功能及组成组成1.微处理器微处理器(CPU)是整个系统的核心，包括运算器、控制器和寄存器组。是整个系统的核心，包括运算器、控制器和寄存器组。2.存储器存储器(M)用来存放程序和数据。用来存放程序和数据。3.输入输入/输出设备输出设备(I/O)二、总线及微型计算机中的数据传输二、总线及微型计算机中的数据传输1.总线概念总线概念逻辑部件之间传输信息的导线。逻辑部件之间传

23、输信息的导线。按功能分：数据总线按功能分：数据总线DB，地址总线，地址总线AB，控制总线控制总线CB总线结构是建立在总线结构是建立在三态门三态门基础之上的。基础之上的。(1)三态门：三态门：输出端呈现三种输出状态：高电平、低电平、高阻抗输出端呈现三种输出状态：高电平、低电平、高阻抗E为高电平，为高电平，B=AE为低电平，为低电平，B=高阻态高阻态E为高电平，为高电平，B=高阻态高阻态E为低电平，为低电平，B=AB=A，信息，信息A可通过三态门传输到可通过三态门传输到B;B=高阻态，信息高阻态，信息A不能通过三态门传输到不能通过三态门传输到B.信息传输的方向信息传输的方向AB，单向三态门单向三态

24、门(2)双向三态门双向三态门E1E210AB01BA00不传输(3)总线传输信息的原理总线传输信息的原理E1E2E3101MAF011NBFAB为总线，为总线，E1E2E3决定信息的流决定信息的流向，称为控制字，用向，称为控制字，用CON表示表示1.5 微型计算机的基本逻辑部件微型计算机的基本逻辑部件一、算术逻辑部件一、算术逻辑部件(ALU)进行算术运算和逻辑运算进行算术运算和逻辑运算A,B-输入数据输入数据C-控制信号，决定控制信号，决定ALU进行何种运算进行何种运算S-输出数据输出数据二、寄存器二、寄存器1.缓冲寄存器缓冲寄存器暂存有关数据，暂存有关数据，CLK前沿到来，数据存入寄存器。前

25、沿到来，数据存入寄存器。2.可控缓冲寄存器可控缓冲寄存器数据是否存入寄存器由数据是否存入寄存器由CLK和控制装入端共同决定。和控制装入端共同决定。ALUABSC三、计数器三、计数器每输入一个计数脉冲，其中数据加每输入一个计数脉冲，其中数据加(减减)一一1.计数器计数器2.可控计数器可控计数器3.环形计数器环形计数器不是用来计数的，是用来发出顺序控制信号的。不是用来计数的，是用来发出顺序控制信号的。四、存储器和地址译码器四、存储器和地址译码器 存储器由若干寄存器组合而成，每个寄存器叫做存储器存储器由若干寄存器组合而成，每个寄存器叫做存储器的一个单元，每个单元可以存放的一个单元，每个单元可以存放8位位(一个字节一个字节Byte)二二进制信息。每个单元被赋予一个编号，即单元地址。进制信息。每个单元被赋予一个编号，即单元地址。CPU向存储器存储数据，给出单元地址，通过存储器，向存储器存储数据，给出单元地址，通过存储器，地址译码器可以读取单元内容。详见第三章。地址译码器可以读取单元内容。详见第三章。五、指令译码器五、指令译码器指令指令:可以被可以被CPU识读后去完成一个操作的二进制代码。识读后去完成一个操作的二进制代码。二进制代码二进制代码指令译码器指令译码器特定的控制信息特定的控制信息00000001001011101111作业作业习题一习题一1-1，1-2，1-5，1-7