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1、计算机硬件技术基础,河北工业大学计算机科学与软件学院,主讲教师 李 娟, ,本课的地位,学习本课对基础知识的要求,本课教学目标,学习本课的方法,本课使用教材,授课章节及学时安排,实验内容及安排,第一讲的重点和难点,本课的地位,计算机软件技术基础,计算机硬件技术基础,计算机硬件技术基础微机原理、微机接口、微机应用,微机运算基础 微机组成、基本工作原理、微机系统初步 了解CPU体系结构 了解存储器系统结构、作用 了解I/O接口基本功能、结构、端口的编址方式 和I/O同步控制方式 掌握中断概念、CPU响应中断的条件和处理过程 掌握指令系统和汇编语言程序设计（隐含的）,微机原理（重点）,了解并行接口与
2、串行接口的共性与区别 掌握串行通讯的基本概念 掌握可编程并行接口芯片的工作方式、初始化编程 掌握定时器、计数器的原理、功能、应用与编程 了解键盘、显示器等人机交互设备的作用、原理及接口方法 理解并掌握A/D,D/A转换原理、主要性能参数，了解典型DAC、ADC集成芯片,与MPU的接口方法、应用及编程 了解异步串行通讯协议、应用与编程,微机接口（重点）,了解微机在测控系统中的应用 了解计算机测控系统的实时处理概念和一般结构 了解测控系统的分析和设计方法 单片机应用系统的一般分析和设计方法（重点）,微机应用,学习本课对基础知识的要求,预先应学习： 1、计算机文化基础 2、计算机软件技术基础 3、数
3、字电路、模拟电路 4、电工基础,本课教学目标,基本知识,基本技能,思路方法,独立分析问题和解决问题的能力 实践能力和创新能力 综合运用能力 独立获取知识的能力,教师讲解,学生“悟”,教学目标,传授知识与能力培养统一，理论与实践统一。,学习本课的方法,1、利用迁移原理 将自身积累的知识充分发挥出来，迁移到本课新知识的学习。 2、重视实践，独立思考，认真做实验 3、带着问题学，寻找解决问题的知识、思路、方法,本课使用教材,课堂用教材：天大出版社 MCS-51单片机原理及应用 实验指导书：本校印 计算机硬件技术基础实验指导书,授课章节及学时安排,实验内容及安排,内容：书P1P28 重点： 难点： “
4、三微”的概念 减法运算的原理 机器数与真值 补码 补码、定点补码运算及 BCD 码、 ASCII 码 判溢出 算术运算与逻辑运算 BCD码运算及调整 作业： 消化本讲内容，P33思考习题1 1-11-5 消化1.4.3 计算机中的运算 P33 1-11、1-12、1-13、1-14 、1-15 1-16 、1-17、1-18,第一讲,第一章 微型计算机基础,.1 微型计算机系统的概念 1、 微处理器、微型计算机、 微型计算机系统 2、本课主要讲授内容及要求 专题一 计算机中的数、编码及运算 1. 微型计算机的运算基础,第一讲,1. “三微”的概念,1、微处理器 (MPU) 算术逻辑单元 其核心
5、cpu运算器和控制器 寄存器组 是微型计算机的核心部件 控制部件,2、微型计算机 MPU 为核心 半导体存储器（ROM/RAM) I/O(Input/Output)接口和中断系统 系统总线（CB DB AB),集成在一个半导体芯片上,组装在一块或数块印刷电路板上,多板微型计算机 单板微型计算机 单片微型计算机,微型计算机的两大分支,核心器件,微处理器,微控制器,MicroProcessor Unit,embed,MicroController Unit,MPU,MCU,微机组成结构的两大类型,冯.诺依曼型,哈佛型,系统总线,例：PC机,例：MCS-51单片机,3、微型计算机系统,硬件系统,软件
6、系统,硬件系统,微型计算机 微处理器：运算器、控制器 内存储器 ROM：ROM、PROM、EPROM、E2PROM、Flash ROM RAM：SRAM、DRAM、iRAM、NVRAM I/O接口：并行、串行、中断接口、DMA接口 系统总线：数据、地址、控制总线（DB、AB、CB） 外围设备 输入/输出设备 A/D 、D/A转换器 开关量输入/输出 终端,微型计算机(P21) 微处理器：运算器、控制器 内存储器 ROM：ROM、PROM、EPROM、E2PROM、Flash memory RAM： DRAM、 SRAM、iRAM、NVRAM I/O接口：并行、串行、中断接口、DMA接口 系统总
7、线：数据、地址、控制总线（DB、AB、CB） 外围设备 输入/输出设备 A/D 、D/A转换器 开关量输入/输出 终端terminal,软件系统,系统软件 操作系统 编译系统 监控程序 汇编程序 程序设计语言 机器语言 汇编语言 高级语言 应用软件,把汇编语言源程序翻译成机器语言目标程序的语言处理程序 自汇编程序 交叉汇编程序,本课的主要内容及要求,微型计算机,MPU 微处理器,存储器（内存）,I/O接口,系统总线,连线,编程,综合应用,器件的 外特性 掌握规律,具体机型：MCS-51单片微型计算机,Single-Chip Microcomputer Micro-Controller,MCS-
8、51 单片机的基本组成 一、中央处理器CPU 二、时钟电路 三、内部存储器 四、定时器/计数器(T/C) 五、并行I/O口 六、串行口 七、中断控制系统,14 微型计算机运算基础（p1) 1.4.1 计算机中数的表示方法 1.4.2 计算机中的编码 1.4.3 计算机中的运算,重点解决：计算机的重要职能之一处理数 在计算机中如何表示一个数？ 不同性质数的运算规则和算法。,几个重要概念 复习不同进制数之间的互换 3. 机器数与真值 4带符号数的原码、反码、补码 5数的定点与浮点表示,1.4.1 计算机中数的表示方法,1 几个重要概念,重点概念1： 计算机中的数据都是以二进制形式进行存储和运算的,
9、重点概念2： 在计算机中存储数据时，每类数据占据固定长度的二进制数位，而不管其实际长度。一般长度为字节的整倍数,重点概念3： 计算机中不仅要处理无符号数，还要处理带符号和带小数点的数。,例如：在八位微机中， 整数216 存储为11011000B 整数56 存储为00111000B,重点概念4： 机器数与真值,2 不同进制数之间的互换,4、 用权表示数（2n 2n-1 2n-1 2n-1-1） 1） 权 n位二进制数各位的权从高位到低位依次为： n位二进制数：Bn-1Bn-2Bn-3 B1B0 权： 2n-12n-22n-3 2120 2）用权表示数 例：111111111B = 2n-1，即n
10、个1。 011111111B = 2n-1-1 ,即n-1个1 最高位的权为：2n-1 例：n=8,11111111B=FFH=28-1 01111111B=7FH=28-1-1 例： n位二进制数表示无符号数的范围： 02n-1 n=8 0 28-1 0 255 n=16 0 216-1 065535,n=32 ? N=64 ?,3. 机器数与真值,1）机器数：能被计算机识别的数称为机器数。 2）真值： 机器数所代表的真实值称为机器数的真值。 3） 对于无符号数其机器数与真值表示方法相同。 例：真值： 100=64H=01100100B 对应的机器数：64H=01100100B n位二进制数
11、可表示的数的范围是：0 2n-1 8位二进制数可表示的数的范围是： 0 28-1，0，FFH,0,255 16位二进制数可表示的数的范围是： 0 216-1,0,FFFFH,0,65535 例： 01100100B 其8位全部为数值位。 特点：无符号数的机器数与其真值为等值关系,4） 带符号数的机器数的表示方法（重点和难点） 常见的有原码、反码和补码三种表示方式。,特点：带符号数的机器数与其真值表示方法不同， 两者的关系不是等值关系，仅是一一对应关系。,例如：在八位微机中， 真值：65可表示成机器数（原码）为01000001B 真值：65可表示成机器数（原码）为11000001B,0,1,1,
12、0,0,0,0,0,符号位,数值位,符号位： “0” 表示正号 “1” 表示负号,4 带符号数的原码、反码、补码,（1）原码 定义：在表示带符号数时，正数的符号位为“0”，负数的符号位为“1”，数值位表示数的绝对值，这样就得到了数的原码。 例如在八位微机中： 38原100110原00100110B 38原100110原10100110B,计算公式：对于字长为n位的机器数： 当真值X0时，X可表示为Xn-2Xn-3X0； 当真值X0时，X可表示为Xn-2Xn-3X0， 则X的原码可定义为：,可见n位原码可表示数的范围为： (2n11)(2n11) 则在八位微机中，码可表示数的范围为127至127
13、 求真值：带符号数的原码表示法简单易懂，而且与真值转换方便。,原码的缺点： l “0”的原码有两种形式，这在运算中非常不方便。 0原 00000000B 0原 10000000B，即分为0和0 l 原码在进行两个异符号数相加或两个同符号数相减时，需做减法运算，由于微机中一般只有加法器而无减法器，所以，为了把减法运算转变为加法运算就引入了反码和补码。 原码的用途： l 原码做乘除法运算方便，两数的符号和数值分别处理 积的符号为两数符号位的异或运算结果 积的数值部分为两数绝对值相乘的结果,（2）反码 定义：正数的反码表示与原码相同；负数的反码，可将负数原码的符号位保持不变、数值位按位取反得到，或者
14、将负数看作正数求原码，再将所有位按位取反得到。因此，在n位机器数的计算机中，数X的反码定义为：,缺点：“0”的反码也有两种表示法，即0和0。 0反00000000B 0反11111111B,n位反码表示数的范围与原码相同， 八位二进制反码表示的范围仍是127至127。,例如八位微机中：,求真值：由反码求得原码，再由原码求得真值，即可得到反码的真值。 例如：反码11011001B，符号位为1，将数值位按位取反，得到原码10100110B，其真值为0100110B 即十进制数38。,（3）补码（难点） 定义：正数的补码表示与原码相同 负数的补码等于它的反码末位加1 即X补X反1 例如：,补码的含义
15、: 以时钟对时为例来说明，现由7点钟调到4点钟。,顺时针调： 79 4 （mod 12）,逆时针调： 73 4 （mod 12）,由于时钟上超过12点时就会自动丢失一个数12， 这个自动丢失的数叫做“模”（module，简写为mod）,由补码的定义得求补码公式：,l 则n位补码表示数的范围为：2n1（2n11） l 八位二进制补码表示的数值范围是128至127。 优点：0的补码为00000000B，只有这一种形式。,（mod 2n）,已知补码求真值： 已知正数的补码求真值 与原码相同，只要将符号位的0变为（正号），即得到它的真值。 已知负数的补码求真值 方法1：将负数补码的数值位按位取反再加1，将符号位的1变为（负号），即得到它的真值。 方法2：用公式：X=-(2n-X补) 已知 补码为 01111111B,其真值为+1111111B=+7FH 已知 补码为 11111111B,其真值为: 10000000B+1= 10000001B,其真值为01H 或：X= （
