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1、微机原理与接口技术 大家好！ 1 课程目标 掌握： l微型计算机的基本工作原理 l汇编语言程序设计方法 l微型计算机接口技术 l建立微型计算机系统的整体概念，形成微机 系统软硬件开发的初步能力 2 教材及实验指导书 l教材： l微机原理与接口技术（第2版）. 冯博琴，吴宁 主编. 清华大学出版社 l实验指导书 l微机原理与接口技术题解及实验指导（第2版 ）. 吴宁，陈文革编. 清华大学出版社 3 第1章 微型计算机基础概论 主要内容： l微机系统的组成 l计算机中的常用计数制、编码及其相互间的转 换 l无符号二进制数的算术运算和逻辑运算 l符号数的表示及补码运算 l二进制数运算中的溢出 l基本
2、逻辑门及译码器 4 一、微型计算机系统 5 主要内容 l微机系统的基本组成 l微型机的工作原理 6 1. 计算机的工作原理 冯 诺依曼计算机的工作原理 存储程序工作原理 7 冯 诺依曼机的特点： l将计算过程描述为由许多条指令按一定顺序组 成的程序，并放入存储器保存 l指令按其在存储器中存放的顺序执行； l由控制器控制整个程序和数据的存取以及程序 的执行； l以运算器为核心，所有的执行都经过运算器。 8 冯 诺依曼计算机体系结构 运算 器 存储器 控制器 输入设备输出设备 9 2. 系统组成 主机 硬件系统 外设 微机系统 系统软件 软件系统 应用软件 CPU 存储器 输入/输出接口 总线 1
3、0 微处理器 l微处理器简称CPU，是计算机的核心。 l主要包括： 运算器 控制器 寄存器组 11 存储器 l定义： 用于存放计算机工作过程中需要操作的 数据和程序。 12 有关内存储器的几个概念 l内存单元的地址和内容 l内存容量 l内存的操作 l内存的分类 13 内存单元的地址和内容 l每个单元都对应一个地址，以实现对单 元内容的寻址。 1011011038F04H 内存地址 单元内容 14 内存容量 l内存所含存储单元的个数，以字节为单位 l内存容量的大小依CPU的寻址范围而定 （即CPU地址信号线的位数） 15 内存操作 l读：将内存单元的内容取入CPU，原单元内 容 不改变； l写：
4、CPU将信息放入内存单元，单元中原来 的 内容被覆盖。 16 内存储器的分类 随机存取存储器（RAM ） 只读存储器（ROM） 按工作方 式可分为 17 输入/输出接口 l接口是CPU与外部设备间的桥梁 CPU I/O 接口 外 设 18 接口的分类 串行接口 输入接口 并行接口 输出接口 数字接口 模拟接口 19 接口的功能 l数据缓冲寄存； l信号电平或类型的转换； l实现主机与外设间的运行匹配。 20 总线 l基本概念 l分类 l工作原理 l常用系统总线标准及其主要技术指标 （具体内容见后续课程） 21 软件系统 l软件：为运行、管理和维护计算机系统或为 实现某一功能而编写的各种程序的总
5、和及其 相关资料。 系统软件 应用软件 操作系统 编译系统 网络系统 工具软件软件 22 二、计算机中的数制及编码 23 主要内容 l各种计数制的特点及表示方法； l各种计数制之间的相互转换。 24 1. 常用计数法 十进制 二进制 十六进制 25 十进制 特点： l以十为底，逢十进一；有0-9十个数字符号。 用D表示。 权值表达式： 26 二进制 特点： l以2为底，逢2进位；只有0和1两个符号。用 B表示。 权值表达式： 27 十六进制 特点： l有0-9及A-F共16个数字符号，逢16进位。用 H表示。 权值表达式： 28 例： l234.98D或（234.98）D l1101.11B或
6、（1101.11）B lABCD . BFH或（ABCD . BF） H 29 2. 各种进制数间的转换 非十进制数到十进制数的转换 十进制到非十进制数的转换 二进制与十六进制数之间的转换 30 非十进制数到十进制数的转换 l按相应的权值表达式展开 l例： l1011.11B=123+022+121+120+12-1+ 12-2 =8+2+1+0.5+0.25 =11.75 l5B.8H=5161+11160+816-1 =80+11+0.5 =91.5 31 十进制到非十进制数的转换 l到二进制的转换： 对整数：除2取余； 对小数：乘2取整。 l到十六进制的转换： 对整数：除16取余； 对小
7、数：乘16取整。 32 二进制与十六进制间的转换 l用4位二进制数表示1位十六进制数 l例： l25.5 = 11001.1B= 19.8H l11001010.0110101B =CA.6AH 33 3. 计算机中的编码 lBCD码 l用二进制编码表示的十进制数 lASCII码 l西文字符编码 34 BCD码 l压缩BCD码 l用4位二进制码表示一位十进制数 l扩展BCD码 l用8位二进制码表示一位十进制数 35 BCD码与二进制数之间的转换 l先转换为十进制数，再转换二进制数；反之同 样。 l例：（0001 0001 .0010 0101）BCD =11 .25 =（1011 .01） B
8、 36 ASCII码 l字符的编码，一般用7位二进制码表示。在需 要时可在D7位加校验位。 l熟悉0-F的ASCII码 37 ASCII码的校验 l奇校验 加上校验位后编码中“1”的个数为奇数。 例：A的ASCII码是41H（1000001B）， 以奇校验传送则为C1H（11000001B） l偶校验 加上校验位后编码中“1”的个数为偶数。 上例若以偶校验传送，则为41H。 38 三、无符号数的运算 算术运算 逻辑运算 无符号数 有符号数 二进制数的运算 39 主要内容 l无符号二进制数的算术运算 l无符号数的表达范围 l运算中的溢出问题 l无符号数的逻辑运算 l基本逻辑门和译码器 40 1.
9、 无符号数的算术运算 l加法运算（1+1=0（有进位） l减法运算（0-1=1（有借位） l乘法运算（注意乘数为2时的规律） l除法运算（注意除数为2时的规律） 41 乘除运算例 l000010110100 =00101100B l000010110100=00000010B 即：商=00000010B 余数=11B 42 2. 无符号数的表示范围： 0 X 2n-1 若运算结果超出这个范围，则产生溢出。 对无符号数：运算时，当最高位向更高位 有进位（或借位）时则产生 溢出。 43 例： 最高位向前有进位，产生溢出 44 3. 逻辑运算 与 或 非 异或 45 4. 逻辑门 掌握： l与、或、
10、非门逻辑符号和逻辑关系（真 值表）； l与非门、或非门的应用。 46 “与”、“或”运算 l任何数和“0”相“与”，结果为0。 l任何数和“1”相“或”，结果为1。 47 “非”、“异或”运算 l“非”运算即按位求反 l两个二进制数相“异或”： 相同则为0，相异则为1 48 5. 译码器 l74LS138译码器： G1 G2A G2B C B A Y0 Y7 49 掌握 74LS138译码器： l各引脚功能； l输入端与输出端关系（真值表） 50 三、有符号数的运算 51 计算机中符号数的表示 符号位 + 真值 机器数 “0” 表示正 “1” 表示负 52 例 +52 = +0110100 =
11、 0 0110100 符号位 真值 -52 = -0110100 = 1 0110100 符号位 真值 53 1. 符号数的表示 原码 反码 补码 54 原码 l最高位为符号位，用“0”表示正，用“1”表示 负；其余为真值部分。 l优点： 真值和其原码表示之间的对应关系简 单，容易理解； l缺点： 计算机中用原码进行加减运算比较困 难，0的表示不唯一。 55 数0的原码 l8位数0的原码：+0=0 0000000 -0=1 0000000 即：数0的原码不唯一。 56 反码 对一个机器数X： l若X0 ，则 X反=X原 l若X0， 则X补= X反= X原 l若X0， 则X补= X反+1 60
12、例 lX= 52= 0110100 X原=10110100 X反=11001011 X补= X反+1=11001100 61 0的补码： l+0补= +0原=00000000 l-0补= -0反+1=11111111+1 =1 00000000 对8位字长，进位被舍掉 62 特殊数10000000 l对无符号数:（10000000）B=128 l在原码中定义为： -0 l在反码中定义为： -127 l在补码中定义为： -128 63 符号数的表示范围 对8位二进制数： l原码： -127 +127 l反码： -127 +127 l补码： -128 +127 64 2. 符号二进制数与十进制的转
13、换 对用补码表示的二进制数： 1）求出真值 2）进行转换 65 例： 将一个用补码表示的二进制数转换为十进制数 lX补=0 0101110B 正数 所以：真值=0101110B X=+46 lX补=1 1010010B 负数 所以：真值不等于-1010010B 而是：X=X补补=11010010补= - 0101110 = - 46 66 3. 符号数的算术运算 l通过引进补码，可将减法运算转换为加法运算 。 l即：X+Y补=X补+Y补 X-Y补=X+(-Y)补 =X补+-Y补 67 例 X=-0110100，Y=+1110100，求X+Y=？ lX原=10110100 lX补= X反+1=11001100 lY补= Y原=01110100 l所以： X+Y补= X补+ Y补 =11001100+01110100 =01000000 X+Y=+1000000 注：运算时符号位须对齐 68 符号数运算中的溢出问题 l两个带符号二进制数相加或相减时，若最高 位次高位1，则结果产生溢出。 69 例： l若：X=01111000， Y=01101001 则：X+Y= 即：次高位向最高位有进位，而最高位向前无进 位，产生溢出。 （事实上，两正数相加得出负数，结果出错） 70 结束语： l第1章难点： 补码的概念及其运算 71 作业： l作业请从网上下载 72
