微机原理及接口2013年度第1次课课件

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1、微机原理及接口,联系方式,联系方式： 邮件： 办公：7楼208室（自动化学院A楼）,答疑地址,自动化学院7# 自动化教研室（208） 自动化学院7# 413,教材,微型计算机系统原理及应用（第三版） 杨素行等 编著 清华大学出版社,参考书,周明德编著，微型计算机系统原理及应用（第四版），清华大学出版社 戴梅萼编著，微型计算机技术及应用（第四版），清华大学出版社,课程安排,共64学时。 上课46学时，实验18学时。,教学要求,学习方面 认真学习、循序渐进、及时总结。 注意课后复习，课前预习。 按时完成课外作业，学会查阅资料、利用网络。 实验课提前准备 纪律方面 在上课的过程中，请将手机的声音关闭

2、。 可以不听，但不能干扰别人，否则扣除平时成绩，直至不允许参加考试,注意事项,考试成绩 平时作业+考勤:10% 实验成绩:10% 期末考试（闭卷）：80% 特别提醒： 凡抄袭作业者，无论抄袭与被抄，成绩均为0！谨记！,内容介绍,第一章 微型计算机基础 微型计算机组成，各种数制，CPU 第二章 微型计算机指令系统 寻址方式，各种指令 第三章 汇编语言程序设计 第四章 半导体存储器 存储器分类以及CPU与存储器的链接 第五章 数字量输入输出 中断、定时、各种接口芯片,第一章 微型计算机基础,1.1 概述 1.2 计算机中的数制和编码 1.3 微型计算机系统的组成、分类和配置 1.4 微处理器,第一

3、章 微型计算机基础,1.1 概述,一、电子计算机的发展,1946年，世界上第一台电子计算机ENIAC（ Electronic Numerical Integrator And Computer-电子数字积分机和计算机）在美国宾夕法尼亚大学研制成功。每秒能进行5000次加法运算，比当时已有的计算装置要快1000倍。,第一章 微型计算机基础,1.1 概述,一、电子计算机的发展,二、电子计算机的结构,ENIAC占地面积为170平方米左右，总重量达到30吨，耗电量超过174千瓦；电子管平均每隔7分钟就要被烧坏一只，必须不停更换。,电子管,晶体管,集成电路,大规模、超大规模集成电路,冯 诺伊曼结构,运算

4、器、控制器、存储器、输入部分和输出部分,Central Processing Unit中央处理单元,CPU,第一章 微型计算机基础,1.1 概述,三、微型计算机系统的组成,第一章 微型计算机基础,1.1 概述,一、电子计算机的发展,二、电子计算机的结构,四、微处理器的发展,CPU，也称为微处理器MP（MicroProcessor）。,第一章 微型计算机基础,1.1 概述,四、微处理器的发展,第一章 微型计算机基础,1.1 概述,四、微处理器的发展,1.2 计算机中的数制和编码,一、无符号数的表示及运算 二、带符号数的表示及运算 三、二进制编码,主要内容 1、无符号数的表示法； 2、数制转换；

5、3、 二进制数的运算,一、无符号数的表示及运算,1、无符号数的表示法,数与数制,计算机中数据和指令都用“0”和“1”二进制编码 表示。,2、数制转换,(1) 二进制数十进制数 各位数字按位权展开后相加（按位加权）,例1：1010,1010B=?D,1字节：D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,位权： 27 26 25 24 23 22 21 20,1010,1010B=271+251+231+211=170D,2、数制转换,(1) 二进制数十进制数 各位数字按位权展开后相加（按位加权）,例1：1010,1010B=170D,1字节：D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,位权

6、： 27 26 25 24 23 22 21 20,1010,1010B=271+251+231+211=170D,乘到小数 等于0为止,1.0 1,0.5 0,2,10,2、数制转换,(2) 十进制数 二进制数 整数部分：除二取余逆序排列 小数部分：乘二取整顺序排列,例2：10.25=?B,整数部分：,5 0,2 1,1 0,0 1,2,2,2,2,余数逆序排列,除到商 为0为止,0.25,小数部分：,2,整数顺序排列,乘到小数 等于0为止,1.0 1,0.5 0,2,10,2、数制转换,(2) 十进制数 二进制数 整数部分：除二取余逆序排列 小数部分：乘二取整顺序排列,例2：10.25=1

7、010.01B,整数部分：,5 0,2 1,1 0,0 1,2,2,2,2,余数逆序排列,除到商 为0为止,0.25,小数部分：,2,整数顺序排列,2、数制转换,二 十六进制 以小数点为基点，分别向左、向右4位二进制数用1位十六进制数取代（不足四位零补）,2、数制转换,例3：1110110101100.10101B=?H,1110110101100.10101,0001110110101100.10101000,小数最低位补0凑足4位,整数最高位补0凑足4位,1 D A C. A 8,1110110101100.10101B=1DAC.A8H,3、 二进制数的运算,(1) 二进制数的算术运算

8、加法： 0+1=1+0=1; 0+0=0; 1+1=0(有进位) 减法： 0-0=1-1=0; 1-0=1; 0-1=1(有借位),3、 二进制数的运算,(1) 二进制数的算术运算 乘法： 00=01=10=0; 11=1 除法：为乘法的逆运算 11=1; 01=0,3. 二进制数的运算,(2) 二进制数的逻辑运算 “与”运算(AND) 又称为逻辑乘，用符号“.”或“ ”表示 真值表：,3. 二进制数的运算,(2) 二进制数的逻辑运算 “或”运算(OR) 又称为逻辑加，可用符号“+”或“ ”表示 真值表：,3. 二进制数的运算,(2) 二进制数的逻辑运算 “非”运算（NOT） 真值表：,3.

9、二进制数的运算,(2) 二进制数的逻辑运算 “异或”运算（XOR） 可用符号“” 表示。真值表：,返回,例4：已知A=11110101B, B=00110000B,求，AB，AB，AB。,A,主要内容 1、带符号数的表示法； 2、真值与补码之间的转换； 3、补码的运算。,二、带符号数的表示及运算,二、带符号数的表示及运算,带符号数、机器数与真值的定义：,连同符号一起数字化，并以某种编码的形式存储在 计算机中的二进制数称为机器数。,机器数代表的数值称为机器数的真值。,一个数的最高位如为0表示正数，如为1表示负数， 这种表示数的方法称为带符号数的表示方法，所 表示的数称为带符号数。,真值：+110

10、1B(+13) -1101B(-13),符号数字化怎么表示,1. 带符号数的表示法, 原码 设机器字长为n位，X原的最高位是符号位，正数为0，负数为1；其余n-1位填X的各数值位的位值，超出数据范围的最高位自然丢失。 反码 最高位是符号位，正数为0，负数为1；正数的反码与其原码相同，负数的反码将其所对应正数的反码按位求反,例：n=8时， X= 45=+0101101B 45原= 00101101 X=-45=- 0101101B -45原= 10101101,例： n=8时， X= 45=+0101101B 45反= 00101101 X=-45=-0101101B -45反= 1101001

11、0,1. 带符号数的表示法, 补码 最高位是符号位，正数为0，负数为1；正数的补码与其原码相同，负数的补码将其所对应的正数的补码按位求反再加1。,例：X= 45=+0101101B 45补= 00101101 X=-45=-0101101B -45补= 11010011, 补码,01111111,01111110,00000001,00000000,10000001,11111111,01111111,01111110,00000001,00000000,11111110,10000000,01111111,01111110,00000001,00000000,11111111,1000000

12、1,10000000,7FH,7EH,01H,00H,FFH,81H,80H,补码的表示范围（n表示位数）,n= 8 ，范围为-128 +127；,n=16，范围为-32768 +32767。,1. 带符号数的表示法, 补码 假设取n=8 特点：(1) +0和-0归一；（2）数的表示范围-128+127,1. 带符号数的表示法, 反码 假设取n=8 特点：(1) +0和-0不归一；（2）数的表示范围-127+127, 原码 假设取n=8 特点：(1) +0和-0不归一；（2）数的表示范围-127+127,则X正原=0 X6X5X4X3X2X1X0 则X负原=1 X6X5X4X3X2X1X0,则

13、X正反= X正原 则X负反= X正原按位求反,则X正补= X正原 则X负补= X正原按位求反+1,若X正=+X6X5X4X3X2X1X0 ，,若X负=-X6X5X4X3X2X1X0 ，,若X正=+X6X5X4X3X2X1X0 ，,若X负=-X6X5X4X3X2X1X0 ，,若X正=+X6X5X4X3X2X1X0 ，,若X负=-X6X5X4X3X2X1X0 ，,1. 带符号数的表示法,例5： x=+122, y= -122, 求x原 、x反、 x补 、y原、 y反、 y补。,解： x原 =01111010 x反= 01111010 x补= 01111010 y原=11111010 y反=1000

14、0101 y补=10000110,(1) 真值转换为补码：利用补码的定义完成 (2) 补码转换为真值 正数的补码求真值 负数的补码求真值 例6 设x补=01111110,求x； 设x补=10000010,求x；,机器数：带符号的二进制数值在机器内的 编码，即符号位数值化。 真值：机器数所代表的实际值。,2. 真值与补码之间的转换,3. 补码的运算,(1) (X)补 + (Y)补(X+Y)补(X)补 + (+Y)补 (2) (X)补 - (Y)补(X-Y)补(X)补 + (-Y)补 采用补码表示有符号数可将减法转换为加法。,主要内容 1、二进制编码的十进制数； 2、字母和字符的编码。,三、二进制

15、编码,1、二进制编码的十进制数,二进制编码的十进制数就是BCD码。 压缩BCD码：是用4位二进制数表示一位十进制数。一个字节表示两位十进制数。 例：1001 0110B 表示 96 (2) 非压缩BCD码：用一个字节表示一位十进制数，高4位总是0000，低4位的0000-1001表示0-9。例：0000 0110B 表示 6,1、二进制编码的十进制数,2、字母和字符的编码,ASCII码美国标准信息交换码 包括： 09十个数字 52个大小写英文字母 34个专用符号 32个控制符号 因为：27=128 所以：ASCII码是7位码,128个元素,ASCII字符编码表,ASCII字符编码,2、字母和字符的编码,数字“8”的ASCII码是 011,1000B或38H,大写字母“A”的ASCII码是 100,0001B或41H；,第一章 微型计算机基础,1.1 概述,一、电子计算机的发展,二、电子计算机的结构,三、微处理器的发展,1.2 计算机中的数制和编码,一、无符号数的表示及运算,二、有符号数的表示及运算,1、原码,2、反码,3、补码,三、二进制编码,1、BCD码,2、ASCII码,本节小结,