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1、1 微机原理与接口技术 大家好 ！ 2 课程目标 掌握： 微型计算机的基本工作原理 汇编语言程序设计方法 微型计算机接口技术 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 3 教材及实验指导书 教材： 微机原理与接口技术（第 3版） . 冯博琴，吴宁主编 . 清华大学出版社 实验指导书 微机原理与接口技术实验指导书 （讲义） 陈文革，吴宁，夏秦编 . 西安交通大学 微机原理与接口技术题解及实验指导（第 3版） . 吴宁，陈文革编 . 清华大学出版社 4 第 1章 微型计算机基础概论 主要内容 ： 微机系统的组成 计算机中的编码、数制及其转换 无符号二进制数的运算 算术运算和逻
2、辑运算 运算中的溢出 机器数的表示及运算 基本逻辑门及译码器 5 一、微型计算机系统 微型机的工作原理 微机系统的基本组成 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 存储程序原理 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 指令按其在存储器中存放的顺序执行； 由控制器控制整个程序和数据的存取以及程序的执行。 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 冯 诺依曼 机的工作过程 内存中的程序 指令 1 指令 2 指令 n 分析 获取操作数 执行 存放结果 程序计数器 址 出 操作数 10 冯 诺依曼 机
3、的工作过程 取一条指令的工作过程： 将指令所在地址赋给程序计数器 R， ； 把 地址译码器译码，选中相应单元。 在读命令控制下，把所选中单元的内容（即指令操作码）读到数据总线 把读出的内容经数据总线送到数据寄存器 指令译码 因为取出的是指令的操作码，故数据寄存器 后再送到指令译码器 冯 诺依曼 机的特点和不足 特点： 程序存储，共享数据，顺序执行 属于顺序处理机，适合于确定的算法和数值数据的处理。 不足： 与存储器间有大量数据交互，对总线要求很高； 执行顺序有程序决定，对大型复杂任务较困难； 以运算器为核心，处理效率较低； 由 以进行真正的并行处理。 11 典型的非 冯 诺依曼机结构 数据流驱
4、动的计算机结构 当指令具有所需数据、且输出端没有数据时就可执行。 12 数据流处理机 存储器主处理机数据通道控制通道高速数据总线磁盘存储器3 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 储器 输入 /输出接口 总线 14 微处理器 微处理器简称 是计算机的核心。 主要包括： 运算器 控制器 寄存器组 15 存储器 定义： 用于存放计算机工作过程中需要操作的数据和程序。 16 有关内存储器的几个概念 内存单元的地址和内容 内存容量 内存的操作 内存的分类 17 内存单元的地址和内容 内存按单元组织 每单元都对应一个地址，以方便对单元的寻址 10110110 38
5、存地址 单元内容 18 内存容量 内存容量： 所含存储单元的个数，以字节为单位 内存容量的大小依 实地址模式下为 19 内存操作 读： 将内存单元的内容取入 原单元内容不改变； 写： 元中原来的内容被覆盖。 20 内存储器的分类 随机存取存储器（ 只读存储器（ 按工作方 式可分为 21 输入 /输出接口 接口是 数据缓冲寄存； 信号电平或类型的转换； 实现主机与外设间的运行匹配。 24 总线 基本概念 分类 工作原理 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） 25 软件系统 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和及其相关资料。 系统软件 应用
6、软件 操作系统 编译系统 网络系统 工具软件 软件 26 二、计算机中的数制和编码 数制和编码的表示 各种计数制之间的相互转换 27 1. 常用计数法 十进制（ D） 二进制（ B） 十六进制（ H） 28 例： D B 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 按相应的权 值表达式展开 例： 23+0 22+1 21+1 20+1 21 28+2+1+ 161+11 160+8 1680+11+1 十进制到非十进制数的转换 到二进制的转换： 对整数：除 2取余； 对小数：乘 2取
7、整。 到十六进制的转换： 对整数：除 16取余； 对小数：乘 16取整。 32 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： 3 3. 计算机中的编码 用二进制编码表示的十进制数 西文字符编码 34 压缩 用 4位二进制码表示一位十进制数 每 4位之间有一个空格 扩展 用 8位二进制码表示一位十进制数，每 4位之间有一个空格。 35 先转换为十进 制数，再转换二进 制数；反之同样。 例 ： （ 0001 0001 101） 11 （ 1011 B 36 西文 字符的编码，一般用 7位二进 制码表示。 认情况下为 0。 要求： 理解校验位的作用 熟悉 037 奇校验 加上
8、校验位后编码中 “ 1” 的个数为奇数。 例： 1H（ 1000001B） 以奇校验传送则为 11000001B） 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、无符号二进制数的运算 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 无符号二进 制数的算术运算 无符号数的表达范围 运算中的溢出问题 无符号数的逻辑运算 基本逻辑门和译码器 40 1. 无符号数的算术运算 加法运算 1+1=0（有进位） 减法运算 0（有借位） 乘法运算 除法运算 41 乘除运算例 00001011 0100 =00101100B 00
9、001011 0100=00000010B 即：商 =00000010B 余数 =11B 42 2. 无符号数的表示范围： 0 X 2 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 掌握： 与、或、非门逻辑符号和逻辑关系（真值表）； 与非门、或非门的应用。 45 “与”、“或”运算 “ 与 ” 运算： 任何数和 “ 0” 相 “ 与 ” ，结果为 0。 “ 或 ” 运算： 任何数和 “ 1” 相 “ 或 ” ，结果为 1。 & & 1 1 46 “非”
10、、“异或”运算 “ 非 ” 运算 按位求反 “ 异或 ” 运算 相同则为 0，相异则为 1 47 4. 译码器 掌握 74 各引脚功能 输入端与输出端关系（真值表） 48 742A B A 7 主要引脚及功能 49 三、机器数（有符号数）的运算 50 计算机中符号数的表示 机器数 计算机中的数据 构成： 符号位 + 真值 “ 0” 表示正 “ 1” 表示负 51 例 +52 = +0110100 = 0 0110100 符号位 真值 1 0110100 符号位 真值 52 1. 符号数的表示 机器数的表示方法： 原码 反码 补码 53 原码 最高位为符号位（用“ 0”表示正，用“ 1”表示负），其余为真值部分。 优点： 真值和其原码表示之间的对应关系简单，容易理解； 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。 54 数 0的原码 8位数 0的原码： +0=0 0000000 0000000 即：数 0的原码不唯一。 55 反码 对一个机器数 X： 若 X0 ， 则 X反 =X原 若 则 X补 = X反 = X原 若 X 体 宏 383 八、其它伪指令 段内程序代码或变量的起始偏移地址 格式： 表达式 例： 2000H 计算值为非负常数 84 其它伪指令
