《微型计算机原理及接口技术 教学课件 ppt 作者 林志贵 第1章 微型计算机基础知识》由会员分享，可在线阅读，更多相关《微型计算机原理及接口技术 教学课件 ppt 作者 林志贵 第1章 微型计算机基础知识（97页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第1章 基础知识,本章主要内容,1.1 概述 1.2 微机中的数制和数的表示 1.3 微机中常见的编码 1.4 二进制数的运算及其电路,1.1 概述,1.1.1 微型计算机的发展,1. 基本概念,（1）微处理器（MPU） 将中央处理单元（CPU）控制器和运算器集成在一片半导体芯片上。 （2）微型计算机 以微处理器MPU为核心，再配以相应的半导体存储器（ROM、RAM等）、I/O接口和中断系统等，并由系统总线连接起来组装在一块或数块印刷电路版上构成的计算机。,1.1.1 微型计算机的发展,3. 单板微型计算机（单板机） 把微处理器、半导体存储器、I/O接口和中断电路等芯片组装在一块印刷电路板上的
2、微型计算机。,4. 单片微型计算机（单片机） 把微处理器、半导体存储器、I/O接口和中断系统集成在一块硅片上的具有完整功能的微型计算机。,5. 微型计算机系统 以微型计算机为核心，再配以相应的外围设备、电源、辅助电路和控制微型计算机工作的软件就构成了完整的微型计算机系统。目的：完成一定的功能。,1.1.1 微型计算机的发展,2. 微型计算机的发展,第一代 8位机 智能芯片Intel 4004 （航天）微处理器(MPU) 对4位二进制数进行运算 Intel 8008（8位）,1.1.1 微型计算机的发展,1.1.1 微型计算机的发展,第二代 8086/808816位机 内部结构一样 8086数据
3、线16位 8088数据线8位（准16位机）,第四代 80386/8048632位机 段页式管理，提高内存使用率,第三代 80286加强型16位机 里程碑 虚拟存储器 描述符,1.1.1 微型计算机的发展,第五代 8058632位机 93年 Pentium“奔腾” 废弃了传统的三总线结构 采用南北桥芯片组，PCI总线 多媒体信息处理 Pro-P632位机 96年 加强型的“奔腾机” 750MHz PII PIII CY,双核技术，2006年Intel公司推出32位全新Core架构的Core型微处理器。,1.1.2 微型计算机系统组成,1.1 概述,总线结构，系统中各部件 “挂”在总线上,主机结构
4、突出特点是模块化结构,1.1.2 微型计算机系统组成,1. CPU(中央处理单元）,运算器（ALU）主要负责算术运算和逻辑运算,控制器由指令寄存器、指令译码器和控制电路组成 并按指令的要求对微机各部件发出相应的控制信息,1.1.2 微型计算机系统组成,2内存储器（主存）,例如: 01001101,用于“记忆”信息的存储元件，均采用集成度高，容量大，体积小，功耗低的半导体存储器芯片,字节（Byte) 基本单位，规定 8位二进制数称为一个字节,1.1.2 微型计算机系统组成,CPU执行访问内存的指令时，按指定的单元地址对相应存储单元进行“读、写”操作。,一个字节数据空间称为一个存储单元，其中每一位
5、称为1Bit,微机的存储器是由许多存储单元集合而成，每一个存储单元唯一的对应一个单元地址，也称为存储器的物理地址，微机中的地址一般都用十六进制数表示，如30H,1.1.2 微型计算机系统组成,存储器容量（s）=存储单元数（p）数据位数（i）,1024B=1KB 1024KB=1MB 1024MB=1GB 1024GB=1TB,1.1.2 微型计算机系统组成,字长：一个基本信息单位所占用的最大二进 制位数,字：微机一条指令所能处理的一个基本信息 单位,例如：一个数据（25、35.67、-0.0038；）一 个字符（A、a、#、）等均称为一个字,1.1.2 微型计算机系统组成,字长越长的微机，其运
6、算速度越快，数的表示范围越宽，数据的运算精度越高，机器的整体功能越强,字长是微机的主要性能指标之一！,1.1.2 微型计算机系统组成,3. 总线,1.1.2 微型计算机系统组成,控制总线CB：传送各种控制信号和状态信号 对于每一根来说是单向传送的, 地址总线AB： CPU执行指令时，用于单向传送地址信息,1.1.2 微型计算机系统组成,AB的宽度决定了微机系统的最大寻址能力,最大寻址空间=2N ，其中N为AB的宽度,51单片机 N=16 最大寻址空间 = 216 = 65536 B = 64 KB,8086/8088CPU N=20 最大寻址空间 220=1MB,例：,1.1.2 微型计算机系
7、统组成,4. 地址译码电路,凡是“挂”在总线上部件都被系统分配一个地址域，CPU访问某部件时，由指令提供被访问部件的地址信息，该地址信息经地址译码电路译码后唯一的产生一个选通信号（也称片选信号），将被选中的部件“门”打开，使得数据得以传输,1.1.2 微型计算机系统组成,5接口,接口是主机与外设连接的必然通路，是必经的“桥梁”。每个接口可包含若干个端口，每个端口对应一个端口地址，可由指令按地址访问端口,接口功能：,1.1.2 微型计算机系统组成,位数：1位、4位、8位、32位和64位机等,1.1.3 微型计算机的分类,功能和结构：可分为单片机和多片机,组装方式：单板机和多板机等,1.1 概述,
8、1. 字长 例如， 8086/8088CPU内部寄存器为16位，所以字长为16位，称为16位机，80386、80486、80586（pentium）字长均为32位，故均称为32位机,1.1.4 微型计算机的主要性能指标,字长越长的微机，其运算速度越快，数的表示范围越宽，数据的运算精度越高，机器的整体功能越强。,1.1 概述,2. 存储器容量 存储二进制信息的基本单位是位（b）。一般把8个二进制位组成的基本单元叫做字节（B）。 微机中通常以字节为单位表示存储容量，并且将1024B简称为1KB 1024KB简称为1MB（兆字节） 1024MB简称为1GB（吉字节） 1024GB简称为1TB（太字节
9、）,存储器容量包括内存容量和外存容量。,1.1.4 微型计算机的主要性能指标,3. 运算速度 微机的运算速度一般用每秒钟所能执行的指令条数来表示。,4.系统总线 系统总线的性能主要表现为它所支持的数据传送位数和总线工作时钟的频率。数据传送位数越多，总线工作时钟频率越高，则系统总线的信息吞吐率就越高，微机系统的性能就越强。,1.1.4 微型计算机的主要性能指标,5. 外设扩展能力 这主要指微机系统配接各种外部设备的可能性、灵活性和适应性。,6.软件配置情况 软件是微机系统必不可少的重要组成部分，它配置是否齐全，功能的强弱，是否支持多任务、多用户操作等都是微机硬件系统性能可否得到充分发挥的重要因素
10、。,1.1.4 微型计算机的主要性能指标,数值所使用的数码的个数称为基；数值每一位所具有的值称为权。,1.2 微机中的数制和数的表示,1.2.1 数制的基与权,十进制的基为“10”，即它使用的数码为0，1，2，3，4，5，6，7，8，9共有10个。十进制各位的权是以10为底的幂，用“D”表示，如十进制数523791 D,二进制的基为“2”，即其使用的数码为0、1，共两个。 二进制各位的权是以2为底的幂，用“B”表示，如二进制数110111 B,八进制的基为“8”，即其数码共有8个：0，1，2，3，4，5，6，7。八进制的权为以8为底的幂,十六进制的基为“16”，即其数码共有16个：0，1，2，
11、3，4，5，6，7，9，A，B，C，D，E，F。十六进制的权为以16为底的幂,1.2.1 数制的权与基,1. 十进制数转换成二进制数的方法,1.2.2 数制的转换方法,思路：用2除该十进制数可得商数及余数，则此余数为二进制代码的最小有效位（LSB）的值。再用2除该商数，又得商数及余数，则此余数为LSB左邻的二进制数代码。用同样的方法继续用2除下去，就可得到该十进制数的二进制代码,1.2 微机中的数制和数的表示,如果十进制小数要转换成二进制小数，则要采取“乘2取整法”（乘以基数正序取整）。,1.2.2 数制的转换方法,一个十进制的小数乘以2之后可能有进位使整数位为1（当该小数大于0.5时），也可
12、能没有进位，其整数位仍为0（当该小数小于0.5时）。这些整数位的结果即为二进制的小数位结果。,1.2.2 数制的转换方法,2. 二进制数转换成十进制数的方法,思路：由二进制数各位的权乘以各位的数（0或1）再加起来就得到十进制数,1.2.2 数制的转换方法,二进制数小数各位的权是2-1、2-2,注意：（1）一个二进制数可以准确地转换为十进制数，而一个带小数的十进制数不一定能够准确地用二进制数来表示。 （2）带小数的十进制数在转换为二进制数时，以小数点为界，整数和小数要分别转换。,1.2.2 数制的转换方法,1. 无符号数的表示法,1.2 微机中的数制和数的表示,1.2.3 二进制数的表示,一个二
13、进制数N可以表示为如下形式： 其中，n为二进制数N整数部分的位数；m为二进制数N小数部分的位数；Bi为二进制数字符号0或1。 例如：1101.1 B=123+122+020+12-1。,2. 带符号数的表示法,1.2.3 二进制数的表示,（1）原码 数x的原码记作x原，如机器字长为n，则原码的定义如下：,例如，当n=8时， +1原=00000001 B， +127原=01111111 B - 1原=10000001 B， - 127原=11111111 B,当n=16时， +1原=00000000 00000001 B，+127原=00000000 01111111 B - 1原=100000
14、00 00000001 B，- 127原=10000000 01111111 B,1.2.3 二进制数的表示,注意：原码表示法中，最高位为符号位，正数为0，负数为1。其余n-1位表示数的绝对值。原码表示数的范围是 。8位二进制原码表示数的范围是-127+127，16位二进制原码表示数的范围是-32767+32767。,（2）反码 数x的反码记作x反，如机器字长为n，反码定义如下：,1.2.3 二进制数的表示,例如，当n=8时， +1反=00000001 B，+127反=01111111 B - 1反=11111110 B，- 127反=10000000 B,注意：最高位仍为符号位，正数为0，负
15、数为1。反码表示数的范围是 。8位二进制数反码表示数的范围是-127+127，16位二进制数反码表示数的范围是-32767+32767。,（3）补码 数x的补码记作x补，当机器字长为n时，补码定义如下：,1.2.3 二进制数的表示,例如，当n=8时， +1补=00000001 B，+127补=01111111 B - 1补=28-|-1|=11111111 B，-127补=28-|-127| =10000001 B,注意：最高位仍为符号位，正数为0，负数为1。补码表示数的范围是 。8位二进制数补码表示数的范围是-127+127，16位二进制数补码表示数的范围是-32767+32767。,3.
16、真值与补码之间的转换,1.2.3 二进制数的表示,（1）真值转换为补码 根据补码的定义可以完成真值到补码的转换。,（2）补码转换为真值 正数补码转换为真值比较简单，由于正数的补码是其本身，因此，正数补码的真值x=x补( ),负数补码与其对应的正数之间存在如下关系： x补-x补x补,求补运算,求补运算,求补运算是将一个二进制数按位求反加1的运算,1.2.3 二进制数的表示,例1-5 求下列数的补码。 设x=+127D，求x补。 应用十进制数转换为二进制数的原则，可以得出x=01111111B。故x补=+127补=01111111B。 设x=-127D，求x补。 对x补进行求补运算便可得到-x补。因
