第一章 微型计算机基础课件

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1、1,课程目标,掌握微机系统的基本组成、工作原理、接口电路及硬件的连接，建立微机系统的概念，具备初步开发微机系统软、硬件的能力。,微型计算机系统 (Micro-Computer System and Applications)应用与开发（而非使用）的开始,Lucky一代: 计算机无所不能;娱乐享受工具; 几乎人手一台,使用自如 良好学习条件?能学好吗?必要性,2,课程背景和重要性,先修课程(软件基础): 计算机科学基础/程序设计与C语言 高级程序设计语言如何实现的? (面向过程,OO设计方法?) 系统与数据结构实现 孰先孰后?重要性差异?,实例化: 英特尔X86/Pentium系列微处理机汇编语

2、言(机器语言) 系统开发基础 实时系统(Real time Systems)控制,3,课程背景和重要性,先修课程(硬件基础): 数字逻辑电路/模拟电子线路(门电路、运算放大器) 计算机结构与组成 机器级属性-概念性结构和功能特性 体系结构的逻辑实现(数据流/控制流组成和逻辑设计),本质 特殊的数字逻辑电路 门-组合逻辑时序逻辑有限状态机 指令（软件）时序/控制/运算逻辑 二者融合CPLD/FPGA软核处理器(ALtera Nios II),问题: 计算机物理实现? 实例化: 英特尔架构微处理器及系统 多层次 最高级-运行程序(功能)/ 最低级-晶体管和线路,4,课程背景和重要性,实例化:不同的

3、计算机实现 IA: DeskTop/Laptop/Notebook Computer 结构功能复杂, 计算功能强大,人机交互,应用广泛 32位/64位. 硬件基础,软件开发 其他实现:8/16/32位 单片机/微控制器 DSP/DSP控制器 嵌入式处理器,面向嵌入式系统应用/开发:硬件/软件开发固件 FirmWare Engineer,5,第一章 微型计算机基础,重 点 1. 补码的概念与运算 2. 微型机基本结构(概念复习） 3系统组成（术语）及各部分之间关系 4. 了解8086/8088工作方式与存储器的管理机制,6,计算机中常用数制,无符号整型(Unsigned, Integer) n位

4、二进制数据： 位序号Di（1/0） Dn-1*2n-1+D1*21+D0*20 ( MSB/LSB（Most/Least Significant Bit）Dn/ D0 ) 表示(代表)不同的含义不同含义的内容的表示方法(大小/物理意义)扩展到小数 N=8/16: 1010 0100B / 1011 1010 0011 0001B,本课程:n=8/16/32位: 0A4H, 0BA31H 0BA31A4A4H,基2(Base),7,数制：数的表示和运算,不同的基(Base): 十进制（Decimal) Di=09 八进制（Octal Q) Di=07 二进制（Binary) Di=0,1 十六进

5、制（Hexdecimal) Di=09,AF,45340(D) = 130434Q =1011 0001 0001 1100B = 0B11CH,8,模、字长与补码,字长： 运算器（ALU)位数 （宽度） 运算： 二进制（模2） 十六进制 加运算 1011 0001 0001 1100B B11CH +1010 1011 0101 0110B +AB56H 1 0101 1100 0111 0010B 15C72H,十六位模10000H(65536),正负数补码(Complement),9,互补（Complement),A+B=M (A=M-B) (M)-B=+A? A与B以M为模互补（互为补

6、码） X-A=X-(M-B)=X+B-M=X+B (模M运算）,2的补码（2s Complement) 位：模2；1+1=10B 八位：模256（100H) 80+176=256 （50H+B0H=100H),十六位: 模65536（10000H) 456+65080=65536 1C8H+FE38H=10000H,10,有符号数(Signed)与机器数,数及其符号被数值化带符号数称为机器数 机器数：常用原码、反码和补码表示,对于带符号数（二进制表示），计算机用最高位(MSB)表示符号：0-正，1-负 11111111B 微机中用补码表示带符号数 例： (真值）456（D)=1C8H 1C8H

7、+FE38H=10000H -456(D)=0FE38H=1111 1110 0011 1000B 原码和反码是人为定义，补码是机器特性?,11,有符号数的表示：真值与补码,16位 有符号数： -32768+32767, 8000H0FFFFH07FFFH 无符号数：065535 （00FFFFH),8位 有符号数： （不连续表示偏置码) -128+127, 10000000B1111 1111B001111111B 无符号数：0255 （00FFH),n位二进制数,12,有符号数：原码、反码与补码,若X0，则X补=X反=X原 若X0，则X反=(2n-1)-|x|;X原的绝对值按位求反。(?)

8、 =2n -|x|= X补=X反+1,特性:,例：X= 72= 0100 1000B X原 = 1100 1000B X反 = 1011 0111B X补 = X反+1=1011 1000B,问题: X=-200怎么办?,13,有符号数：原码、反码与补码,特例: 位数0的原码 8位：+0 = 0 0000000 - 0 = 1 0000000 即：数0的原码不唯一,补码:不对称, 非线性 8位:12810000000B=80H ,-12710000001B +12701111111B=7FH 16位:327681000000000000000B=8000H +32767011111111111

9、1111B=7FFFH,与字长/位数密切相关,14,三位整数补码运算,溢出点,15,三位有符号整数表示,十进制 无符号 原码 反码 补码 偏置码,16,8位有符号数整数表示列表,17,二进制编码,数值表示（约定）DEC的编码（表示）：BCD（Binary Coded Decimal）Compact BCD 10010110B代表96D (1Byte代表2位DEC)； Uncompact BCD （1Byte=1位DEC）00-09H,非数值表示 7位：字母与符号：ASCII （American Standard Code for Information Interchange）美国信息交换标准

10、代码）00-7FH（7位）P409 A1.1为扩展ASCII表；8位：EBCDIC Extended BCD interchange Code 8Bit Keyboard ；16位：UNICODE （2.0版本38885个）；32位：ISO 10646（Universal Code Set-UCS-4）0000007F=ASCII, 000000FF=UNICODE 2.1,18,字符编码国际标准ASCII码(P459）,NUL 空 SOH 标题开始 STX 正文结束 ETX 本文结束 EOT 传输结束 ENQ 询问 ACK 承认 BEL 报警符 BS 退格 HT 横向列表 LF 换行 VT

11、垂直制表 FF 走纸控制 CR 回车 SO 移位输出 SI 移位输入 SP 空格,DLE 数据链换码 DC1 设备控制1 DC2 设备控制2 DC3 设备控制3 DC4 设备控制4 NAK 否定 SYN 空转同步 ETB 信息组传送结束 CAN 作废 EM 纸尽 SUB 减 ESC 换码 FS 分隔符 GS 组分隔符 RS 记录分隔符 US 单元分隔符DEL 作废,19,常用ASCII码举例,ASCII（American Standard Code for Information Interchange 美国信息交换标准代码, 256字符 含数字,字符和控制码 00 NUL空白 02 STX

12、文本开始 03 ETX 文本结束 07 BEL 报警符（可听见的信号） BS 退一格（并删去该字符） 0DH CR 回车, 0AH LF 换行 , 40H 字符：0-9： 30-39H; A-41H, B-42H, Z-5AH; a-61H, z-7AH,20,控制与计算:定点数与浮点数,定点数(Fixed Point)小数点位置固定（例如纯整数和纯小数） 1110 01.01 浮点数(Floating Point)小数点位置不固定（充分利用有限位数，扩大数的表示范围和精度）阶码+尾数 X=2n*x 0.125 7F 00 00 00(MS) 3E 00 00 00(IEEE) 定点运算: 处

13、理器整数处理功能 浮点运算: 仿真运算/协处理器运算 相关内容自学(含8087协处理器FPU),21,课程内容,微处理器结构 指令与汇编语言程序设计 微机系统技术 微机系统常用接口及控制,22,教材和教学参考书,教 材 杨素行，微型计算机系统原理及应用(第2/3版)，清华大学出版社, 2004/2006,参考书 戴梅萼，微型计算机技术及应用，清华大学出版社 钱晓捷汇编语言程序设计电子工业出版社，2003 吴宁编.80X86/Pentium微型计算机原理及应用.电子工业出版社,2000 戴先中等，微机硬件应用实践原理与接口,东南大学出版社,1999,23,其他参考书,谢瑞和等，32位微型计算机原

14、理与接口技术，高等教育出版社，2004.7 李继灿等，新编16/32微型计算机原理及应用（第2版），清华大学出版社，2001年 唐袆玲,毛月东，32位微机原理与接口技术实验教程，西安电子科技大学出版社，2003 张怀莲，IBM-PC宏汇编语言程序设计，电子工业出版社 张昆藏， IBM-PC/XT微型计算机接口技术，清华大学出版社,24,微型计算机及其发展,（电子微型计算机及其发展数字）计算机 一种能自动地、高速计算的电子设备 发展历史- 1946 年诞生; 模拟计算机 电子管、晶体管(分立元件）、IC、(V)LSI 微型计算机 VLSI, CPU为单片集成 4, 8, 16.64位, 大众化:

15、 PC 字长 一般指CPU与I/O设备存储器之间一次传送二进制数据的位数（总线字长）。 运算器（ALU)位数 精度,25,微型计算机及其发展,8086/8088 80386 Pentium Pentium 4 1978 1985 1993 2001,IA64/单核/双核/三核/四核,26,微型计算机及其发展,IBM PC机（1981） 现代PC Apple II (台式/移动/手持式）,27,微机基本概念,传统: CPU（中央处理单元）？ 外设 ( Peripherals)-终端(Terminals) MPU或：LSI-CPU微处理器 （ALU+CTRLER） MPC（微机）：MPU+MEM+

16、I/O接口电路+辅助电路（裸机） MPCS（微机系统）：MPC+外部设备和其它专用电路、电源、面板、机架、系统软件 嵌入式处理器与嵌入式应用 Embedded Processor/ Systems,28,微处理器、微型计算机和微机系统,29,系统的基本（原型）组成(硬件+软件）,硬件= 主机 + 外设（Peripherals） CPU+ MEMERY +I/O接口 （三大组成） 运算器（ALU）+控制器+寄存器件 软件: 控制器根据存放在存储器中的程序来工作 软件=系统软件+ 应用软件 （系统软件：控制接口/系统管理类） OS(DOS/WIN/WIN9X/NT/XP-OS/2, UNIX, LINUX); RTOSEOS +娱乐/CAD/CAI/CAT/SCADA/管