《微型计算机原理与接口技术第版冯博琴吴宁主编》由会员分享，可在线阅读，更多相关《微型计算机原理与接口技术第版冯博琴吴宁主编（123页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、微型计算机原理与接口技术第版冯博琴吴宁主编Stillwatersrundeep.流静水深流静水深,人静心深人静心深Wherethereislife,thereishope。有生命必有希望。有生命必有希望2计算机原理及计算机原理及接口技术接口技术大家好大家好！3课程目标掌握：掌握：l微型计算机的基本工作原理微型计算机的基本工作原理l汇编语言程序设计方法汇编语言程序设计方法l微型计算机接口技术微型计算机接口技术l建立微型计算机系统的整体概念，形成微机系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统软硬件开发的初步能力4教材及实验指导书l教材：教材：l微机原理与接口技术（第微机原理
2、与接口技术（第2版）版）.冯博琴，吴宁主冯博琴，吴宁主编编.清华大学出版社清华大学出版社l联系方式联系方式l公用邮箱：公用邮箱：l密码：密码：12345678l姓名：胡欣姓名：胡欣5第1章 微型计算机基础概论主要内容：主要内容：l微型计算机系统微型计算机系统l计算机中的数制及编码计算机中的数制及编码l无符号二进制数的算术运算和逻辑运算无符号二进制数的算术运算和逻辑运算l有符号数的表示及补码运算有符号数的表示及补码运算61.1、微型计算机系统7主要内容l微型计算机的发展微型计算机的发展l微型计算机的工作过程微型计算机的工作过程l微机系统的构成微机系统的构成81.1.1.微型计算机的发展微型计算机
3、的发展l时代背景：时代背景：第二次世界大战期间第二次世界大战期间l军事用途：军事用途：弹道计算弹道计算l诞生时间：诞生时间：19461946年年2 2月月1414日日l诞生地点：诞生地点：美国宾夕法尼亚大学美国宾夕法尼亚大学l第一台计算机：第一台计算机：ENIACENIAC 电子数字积分计算机电子数字积分计算机91.1.1.微型计算机的发展微型计算机的发展l埃尼阿克（埃尼阿克（ENIACENIAC）：）： 承担开发任务的承担开发任务的“莫尔小组莫尔小组” 由四位科由四位科学家和工程师埃克特、莫克利、戈尔斯坦、博学家和工程师埃克特、莫克利、戈尔斯坦、博克斯组成，总工程师埃克特当时年仅克斯组成，总
4、工程师埃克特当时年仅2424岁。岁。lENIACENIAC描述：描述： 占地面积达占地面积达170170平方米，平方米，3030个操作台个操作台 ，约，约为为1010间普通房间的大小间普通房间的大小 ，重达，重达3030吨，吨，50005000次次加法加法/ /秒，秒，500500次乘法次乘法/ /秒秒 ，耗电量，耗电量150150千瓦，千瓦，造价造价4848万美元万美元101.1.1.微型计算机的发展微型计算机的发展111.1.1.微型计算机的发展微型计算机的发展l 虽然虽然ENIACENIAC体积庞大，耗电惊人，运算速体积庞大，耗电惊人，运算速度不过几千次（现在的超级计算机的速度最快度不过
5、几千次（现在的超级计算机的速度最快每秒运算达万亿次！），但它比当时已有的计每秒运算达万亿次！），但它比当时已有的计算装置要快算装置要快10001000倍，而且还有按事先编好的程倍，而且还有按事先编好的程序自动执行算术运算、逻辑运算和存储数据的序自动执行算术运算、逻辑运算和存储数据的功能。但是功能。但是ENIACENIAC宣告了一个新时代的开始。宣告了一个新时代的开始。121.1.1.微型计算机的发展微型计算机的发展l 虽然虽然ENIACENIAC体积庞大，耗电惊人，运算速体积庞大，耗电惊人，运算速度不过几千次（现在的超级计算机的速度最快度不过几千次（现在的超级计算机的速度最快每秒运算达万亿次！
6、），但它比当时已有的计每秒运算达万亿次！），但它比当时已有的计算装置要快算装置要快10001000倍，而且还有按事先编好的程倍，而且还有按事先编好的程序自动执行算术运算、逻辑运算和存储数据的序自动执行算术运算、逻辑运算和存储数据的功能。但是功能。但是ENIACENIAC宣告了一个新时代的开始。宣告了一个新时代的开始。131.1.1.微型计算机的发展微型计算机的发展电子计算机发展的四代：电子计算机发展的四代：第一代：电子管计算机（第一代：电子管计算机（1946-19561946-1956）第二代：晶体管计算机（第二代：晶体管计算机（1957-19641957-1964）第三代：中小规模集成电路计
7、算机（第三代：中小规模集成电路计算机（1965-1965-19701970）第四代：超大规模集成电路计算机（第四代：超大规模集成电路计算机（19711971至今）至今）141.1.1.微型计算机的发展微型计算机的发展电子计算机的发展方向：电子计算机的发展方向：第五代：第五代：“非冯非冯. .诺依曼诺依曼”计算机时代计算机时代第六代：神经网络计算机时代第六代：神经网络计算机时代 光计算机时代光计算机时代 生物计算机时代生物计算机时代151.1.1.微型计算机的发展微型计算机的发展微型计算机诞生于微型计算机诞生于2020世纪世纪7070年代年代微型计算机特点：体积小、重量轻、功耗低、微型计算机特点
8、：体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、价格便宜、使用方便、软件丰富可靠性高、价格便宜、使用方便、软件丰富微型计算机的核心是微处理器（微型计算机的核心是微处理器（CPUCPU）每出现一个新的微处理器，就会产生新一代的每出现一个新的微处理器，就会产生新一代的微型计算机微型计算机161.1.1.微型计算机的发展微型计算机的发展第一代（第一代（1971197119731973）：）： 4 4 4 4位和低档位和低档位和低档位和低档8 8 8 8位微处理器时代位微处理器时代位微处理器时代位微处理器时代代表产品：代表产品：Intel 4004Intel 4004和和MCS-4MCS-4微型机微型机 Inte
9、l 8008Intel 8008和和MCS-8MCS-8微型机微型机字长：字长：4 4位或位或8 8位位基本指令时间：约为基本指令时间：约为10-2010-20S S指令系统比较简单，运算功能较差，速度较慢，指令系统比较简单，运算功能较差，速度较慢，价格低廉价格低廉集成度：集成度：20002000管管/ /片片171.1.1.微型计算机的发展微型计算机的发展第二代（第二代（1973197319781978）：）：中高档中高档中高档中高档8 8 8 8位微处理器时代位微处理器时代位微处理器时代位微处理器时代代表产品：代表产品：Intel 8080,MotorolaIntel 8080,Motor
10、ola公司的公司的 M6800M6800，ZilogZilog公司的公司的Z80Z80，IntelIntel公公 司的司的80858085，TechnologyTechnology的的65026502等等 字长：字长：8 8位位基本指令时间：约为基本指令时间：约为1-21-2S S指令系统比较完善，具有典型的计算机系统结指令系统比较完善，具有典型的计算机系统结构以及中断、构以及中断、DMADMA等功能，寻址能力增强等功能，寻址能力增强集成度：集成度：500050001000010000管管/ /片片181.1.1.微型计算机的发展微型计算机的发展第三代第三代（19781981）：）：16161
11、616位微处理器时代位微处理器时代位微处理器时代位微处理器时代代表产品：代表产品：IntelIntel公司的公司的8086/80888086/8088、MotorolaMotorola公司的公司的M68000M68000和和Zilog Zilog 公司的公司的Z8000Z8000字长：字长：1616位位基本指令时间：约为基本指令时间：约为0.150.15S S丰富的指令系统，多级中断系统，多重寻址方丰富的指令系统，多级中断系统，多重寻址方式，段式存储结构式，段式存储结构集成度：集成度：20000 20000 6000060000管管/ /片片191.1.1.微型计算机的发展微型计算机的发展第四
12、代（第四代（1985198519921992）： 32323232位微处理器时期位微处理器时期位微处理器时期位微处理器时期代表产品：代表产品：19851985年年IntelIntel公司推出能进行多任公司推出能进行多任 务处理的务处理的3232位微处理器位微处理器8038680386； 19891989年年IntelIntel公司推出公司推出8048680486；字长：字长：3232位位内存容量已达内存容量已达1MB1MB以上，硬盘技术不断提高，以上，硬盘技术不断提高，各种品牌机涌向市场，如各种品牌机涌向市场，如COMPAQCOMPAQ、DELLDELL等，可等，可执行多任务、多用户操作执行多
13、任务、多用户操作基本指令时间：基本指令时间：0.2s0.2s集成度：几十万集成度：几十万上百万管上百万管/ /片片201.1.1.微型计算机的发展微型计算机的发展第五代（第五代（1993199319961996）：）： 32323232位高档微处理器位高档微处理器位高档微处理器位高档微处理器代表产品：代表产品： Intel PentiumIntel Pentium字长：字长：3232位位特点：特点：CPU CPU 内部采用超标量流水线设计，内部采用超标量流水线设计， Pentium Pentium 芯片内采用双芯片内采用双Cache Cache 结构结构 ( ( 指令指令Cache Cache
14、 和数据和数据 Cache) Cache) ，外部数据线外部数据线6464位字长，位字长，3232位以上地址总线位以上地址总线211.1.1.微型计算机的发展微型计算机的发展今天的微处理器（今天的微处理器（19961996至今）：至今）： 64646464位高档微处理器位高档微处理器位高档微处理器位高档微处理器代表产品：代表产品： Pentium 4Pentium 4、ItaniumItanium字长：字长：6464位位特点：内部集成特点：内部集成16KB16KB的一级（的一级（L1L1）高速缓冲存）高速缓冲存储器和储器和256KB256KB的二级（的二级（L2L2）高速缓冲存储器；）高速缓冲
15、存储器；使用三个执行部件，可同时执行三条指令使用三个执行部件，可同时执行三条指令应用：办公自动化、网络服务器应用：办公自动化、网络服务器221.1.1.微型计算机的发展微型计算机的发展lintel4004，intel的发展史就是从这块的发展史就是从这块cpu起起步的步的231.1.1.微型计算机的发展微型计算机的发展l80088085241.1.1.微型计算机的发展微型计算机的发展l80868088251.1.1.微型计算机的发展微型计算机的发展l80286261.1.1.微型计算机的发展微型计算机的发展80386，intel第一代第一代32位位cpu486，这是，这是intel最后一代最后一
16、代以数字编号的以数字编号的cpu271.1.1.微型计算机的发展微型计算机的发展lPentiumPentiumProl281.1.1.微型计算机的发展微型计算机的发展lPentium4Itanium2l291.1.2.计算机的工作过程冯冯 诺依曼计算机的工作原理诺依曼计算机的工作原理 存储程序工作原理存储程序工作原理30冯 诺依曼机的特点：l将计算过程描述为由许多条指令按一定顺序组将计算过程描述为由许多条指令按一定顺序组成的程序，并放入存储器保存成的程序，并放入存储器保存;l程序中的指令和数据必须采用二进制编码，且程序中的指令和数据必须采用二进制编码，且能够被执行该程序的计算机所识别；能够被执
17、行该程序的计算机所识别；l指令按其在存储器中存放的顺序执行，存储器指令按其在存储器中存放的顺序执行，存储器的字长固定并按顺序线性编制；的字长固定并按顺序线性编制；l由控制器控制整个程序和数据的存取以及程序由控制器控制整个程序和数据的存取以及程序的执行；的执行；l以运算器为核心，所有的执行都经过运算器。以运算器为核心，所有的执行都经过运算器。31冯 诺依曼计算机体系结构运算器运算器存储器存储器控制器控制器输入设备输入设备输出设备输出设备322、微型计算机的工作原理l微型计算机的工作过程就是执行程序的过程，微型计算机的工作过程就是执行程序的过程，而程序由指令序列组成，因此，执行程序的过而程序由指令
18、序列组成，因此，执行程序的过程，就是执行指令序列的过程，即逐条地从存程，就是执行指令序列的过程，即逐条地从存储器中取出指令并完成指令所指定的操作。储器中取出指令并完成指令所指定的操作。l由于执行每一条指令，都包括取指令和执行指由于执行每一条指令，都包括取指令和执行指令两个基本阶段，所以，微型计算机的工作过令两个基本阶段，所以，微型计算机的工作过程也就是不断地取指令和执行指令的过程，直程也就是不断地取指令和执行指令的过程，直到遇到停机指令时才结束机器的运行。到遇到停机指令时才结束机器的运行。332、微型计算机的工作原理l程序执行过程程序执行过程 （1 1）首先将第一条指令由内存中取出；首先将第一
19、条指令由内存中取出； （2 2）将取出的指令送指令译码器译码，以确将取出的指令送指令译码器译码，以确定要进行的操作；定要进行的操作； （3 3）读取相应的操作数（即执行的对象）；读取相应的操作数（即执行的对象）； （4 4）执行指令；执行指令； （5 5）存放执行结果；存放执行结果； （6 6）一条指令执行完后，转入了下一条指令一条指令执行完后，转入了下一条指令的取指令阶段。的取指令阶段。342、微型计算机的工作原理l计算计算1+2=?汇编语言汇编语言 对应的对应的操作对应的对应的操作程序程序 机器指令机器指令MOV AL, 1 10110000 将立即数将立即数1传送到传送到 0000000
20、1 累加寄存器累加寄存器AL ADD AL, 2 00000100 计算两个数的和，结果计算两个数的和，结果 00000010 存放到存放到AL中中HLT 11110100 停机停机352、微型计算机的工作原理l1 1、取指令阶段的执行过程：（设程序从、取指令阶段的执行过程：（设程序从00H00H开开始存放）始存放）（1 1）将程序计数器）将程序计数器PCPC的内容送地址寄存器的内容送地址寄存器ARAR。（2 2）程序计数器）程序计数器PCPC的内容自动加的内容自动加1 1变为变为01H01H，为，为取下一条指令作好准备。取下一条指令作好准备。（3 3）地址寄存器）地址寄存器ARAR将将00H
21、00H通过地址总线送至存储通过地址总线送至存储器地址译码器译码，选中器地址译码器译码，选中00H00H单元。单元。362、微型计算机的工作原理（4 4）CPUCPU发出发出“读读”命令。命令。（5 5）选中）选中0000单元的内容单元的内容B0HB0H读至数据总线读至数据总线DBDB上。上。（6 6）经数据总线）经数据总线DBDB，读，读B0HB0H送至数据寄存器送至数据寄存器DRDR。（7 7）数据寄存器）数据寄存器DRDR将其内容送至指令寄存器将其内容送至指令寄存器IRIR中，经过译码中，经过译码CPUCPU“识别识别”出这个操作码为出这个操作码为“MOV AMOV A，01H01H”指令
22、，于是控制器发出执行这指令，于是控制器发出执行这条指令的各种控制命令。条指令的各种控制命令。37PCARALUABDRIRID00H100H200 B0H01 01H02 04H03 02H04 F4H34读命令读命令B0H56B0H7控制信号控制信号（取第一条指令操作示意图）（取第一条指令操作示意图） 操作控制器操作控制器382、微型计算机的工作原理l2 2、执行指令阶段的执行过程：、执行指令阶段的执行过程：（1 1）将程序计数器）将程序计数器PCPC的内容送地址寄存器的内容送地址寄存器ARAR。（2 2）程序计数器）程序计数器PCPC的内容自动加的内容自动加1 1变为变为02H02H，为，
23、为取下一条指令作好准备。取下一条指令作好准备。（3 3）地址寄存器）地址寄存器ARAR将将01H01H通过地址总线送至存储通过地址总线送至存储器地址译码器译码，选中器地址译码器译码，选中01H01H单元。单元。392、微型计算机的工作原理（4 4）CPUCPU发出发出“读读”命令。命令。（5 5）选中）选中01H01H单元内容单元内容01H01H读至数据总线读至数据总线DBDB上。上。（6 6）经数据总线）经数据总线DBDB，读，读01H01H送至数据寄存器送至数据寄存器DRDR。（7 7）由控制码计算机已知到读出的是立即数，）由控制码计算机已知到读出的是立即数，并要求将它送入累加器并要求将它
24、送入累加器A A中，所以数据寄存器中，所以数据寄存器DRDR通过内部总线将通过内部总线将01H01H送入累加器送入累加器A A中。中。01HPCARALUABDRIRID 操作控制器操作控制器01H101H200 B0H01 01H02 04H03 02H04 F4H34读命令读命令01H567控制信号控制信号（执行第一条指令操作示意图）（执行第一条指令操作示意图）411.1.3微机系统的构成微机系统的构成l计算机系统组成计算机系统组成 一个完整的计算机由硬件系统和软件系统一个完整的计算机由硬件系统和软件系统两大部分组成两大部分组成. .l 硬件系统：硬件系统：构成计算机物理结构的电气、电子和
25、构成计算机物理结构的电气、电子和机械设备机械设备. .l 软件系统：软件系统：控制计算机运行的程序控制计算机运行的程序. . 硬件系硬件系统（设备）软件系件系统（程序（程序) )42系统组成主机主机硬件系统硬件系统外设外设微机系统微机系统系统软件系统软件软件系统软件系统应用软件应用软件I/O接口接口存储器存储器总线总线CPU寄存器组寄存器组控制器控制器运算器运算器43总线l总线：就是连接多个部件的一组公共信总线：就是连接多个部件的一组公共信息传输线，它能分时地发送与接收信息，息传输线，它能分时地发送与接收信息，包括地址总线、数据总线、控制总线包括地址总线、数据总线、控制总线l总线是一种内部结构
26、，它是总线是一种内部结构，它是cpucpu、内存、内存、输入、输出设备传递信息的公用通道，输入、输出设备传递信息的公用通道，主机的各个部件通过总线相连接，外部主机的各个部件通过总线相连接，外部设备通过相应的接口电路再与总线相连设备通过相应的接口电路再与总线相连接，从而形成了计算机硬件系统。接，从而形成了计算机硬件系统。44总线l地址总线地址总线ABAB：用于传递存储单元或用于传递存储单元或I/OI/O端端口地址信息的一组信号线，由口地址信息的一组信号线，由CPUCPU发出，发出，对存储单元和对存储单元和I/OI/O端口进行寻址，单向并端口进行寻址，单向并行行l数据总线数据总线DBDB：用于传送
27、数据信息，双向并用于传送数据信息，双向并行行l控制总线控制总线CBCB：用于传送各种控制命令，如用于传送各种控制命令，如定时脉冲、中断请求等，双向传送定时脉冲、中断请求等，双向传送45总线l微型计算机的系统结构框图微型计算机的系统结构框图:461.硬件系统-微处理器l微处理器简称微处理器简称CPU，是计算机的核心。是计算机的核心。l主要包括：主要包括： 运算器运算器 控制器控制器 寄存器组寄存器组47运算器运算器是计算机进行算术逻辑运算的部件运算器是计算机进行算术逻辑运算的部件运算器的核心部件是算术逻辑单元运算器的核心部件是算术逻辑单元加法器为基础，移位寄存器及相应控制逻加法器为基础，移位寄存
28、器及相应控制逻辑组合而成的电路，在控制信号的作用下辑组合而成的电路，在控制信号的作用下可完成加减乘除四则运算和各种逻辑运算可完成加减乘除四则运算和各种逻辑运算48控制器l控制器用于计算机硬件系统中，指挥、控制器用于计算机硬件系统中，指挥、协调各部件的有序工作，是整个计算机协调各部件的有序工作，是整个计算机的中枢的中枢l基本功能：取指令、分析指令、执行指基本功能：取指令、分析指令、执行指令、输入令、输入/ /输出控制、中断处理输出控制、中断处理l控制器由指令寄存器、指令译码器和操控制器由指令寄存器、指令译码器和操作控制电路组成作控制电路组成49寄存器组l寄存器组是寄存器组是CPUCPU内部的若干
29、个存储单元内部的若干个存储单元l分为专用寄存器和通用寄存器，专用寄分为专用寄存器和通用寄存器，专用寄存器的作用是固定的，如堆栈指针、标存器的作用是固定的，如堆栈指针、标志寄存器等，通用寄存器可有多种用途志寄存器等，通用寄存器可有多种用途l寄存器的数目因微处理器而定寄存器的数目因微处理器而定l寄存器组作用：暂存数据，避免频繁访寄存器组作用：暂存数据，避免频繁访问内存，缩短指令长度和执行时间，给问内存，缩短指令长度和执行时间，给编程带来方便编程带来方便5051有关内存储器的几个概念l内存单元的地址和内容内存单元的地址和内容l内存容量内存容量l内存的操作内存的操作l内存的分类内存的分类52存储器l是
30、微型计算机的存储和记忆部件，用以存放数是微型计算机的存储和记忆部件，用以存放数据和当前执行的程序。据和当前执行的程序。（1 1）内存单元的地址和内容：）内存单元的地址和内容：内存由许多单元组成，每个单元可存放一组内存由许多单元组成，每个单元可存放一组二进制码。在微型机中，每个内存单元规定二进制码。在微型机中，每个内存单元规定存放存放8 8位二进制数，即一个字节（位二进制数，即一个字节（8bit8bit）内存容量：一台微机中内存单元的总数内存容量：一台微机中内存单元的总数内存单元的内容与地址都是二进制数内存单元的内容与地址都是二进制数53内存单元的地址和内容l每个单元都对应一个地址，以实现对单元
31、每个单元都对应一个地址，以实现对单元内容的寻址。内容的寻址。1011011038F04H内存地址内存地址单元内容单元内容54存储器内存单元的地址和内容内存单元的地址和内容l内存由许多单元组成，内存由许多单元组成，l l每个单元存放每个单元存放每个单元存放每个单元存放8 8 8 8位二进位二进位二进位二进制数制数制数制数l l内存单元从内存单元从内存单元从内存单元从0 0 0 0开始编址开始编址开始编址开始编址1100011100001100001111100111001000001H00001H00002H00002HF0000HF0000HFFFFFHFFFFFH11000111000011
32、000011111001110010地址 内容 55内存容量l内存所含存储单元的个数，以字节为单位内存所含存储单元的个数，以字节为单位l内存容量的大小依内存容量的大小依CPUCPU的寻址范围而定的寻址范围而定 （即（即CPUCPU地址信号线的位数）地址信号线的位数）56存储器（2 2）内存的操作：）内存的操作：CPUCPU对内存的操作有读、写两种。读操作是对内存的操作有读、写两种。读操作是CPUCPU将内存单元的内容取到将内存单元的内容取到CPUCPU内部，而写操内部，而写操作时作时CPUCPU将其内部信息传送到内存单元保存将其内部信息传送到内存单元保存起来起来写操作的结果改变了被写单元的内容
33、，而读写操作的结果改变了被写单元的内容，而读操作则不改变被读单元的内容操作则不改变被读单元的内容57存储器l lCPUCPU读出地址为读出地址为读出地址为读出地址为CPUCPU将内容写入地址将内容写入地址将内容写入地址将内容写入地址04H04H内存单元中的内容内存单元中的内容内存单元中的内容内存单元中的内容为为为为08H08H的内存单元中的内存单元中的内存单元中的内存单元中58内存储器的分类随机存取存储器（随机存取存储器（RAMRAM）只读存储器（只读存储器（ROMROM）按工作方按工作方式可分为式可分为59存储器（3 3）内存的分类：）内存的分类：随机存取存储器（随机存取存储器（random
34、 access memory, RAMrandom access memory, RAM），），可被可被CPUCPU随机地读和写，又称读写存储器，用于存放随机地读和写，又称读写存储器，用于存放用户装入的程序、数据及部分系统信息。当机器断用户装入的程序、数据及部分系统信息。当机器断电后，所存信息消失电后，所存信息消失只读存储器（只读存储器（read only memoryread only memory，ROMROM），），只能被只能被CPUCPU随机读取，而不能由随机读取，而不能由CPUCPU任意写入。主要用于存任意写入。主要用于存放监控程序和基本输入输出程序，还可存放各种常放监控程序和基本输
35、入输出程序，还可存放各种常用数据和表格等。机器断电后，信息并不丢失。用数据和表格等。机器断电后，信息并不丢失。60存储器3 3）输入输出接口和输入输出设备）输入输出接口和输入输出设备lI/OI/O设备的工作速度较低，处理的信息从数据设备的工作速度较低，处理的信息从数据格式到逻辑时序一般都不可能与计算机直接兼格式到逻辑时序一般都不可能与计算机直接兼容，必须通过容，必须通过I/OI/O接口。接口。4 4）总线（）总线（busbus）由一组导线和相关控制电路组成，是各种公共由一组导线和相关控制电路组成，是各种公共信号线的集合，用于微机系统各部件之间的信信号线的集合，用于微机系统各部件之间的信息传递。
36、息传递。61输入/输出接口l接口是接口是CPUCPU与外部设备间的桥梁与外部设备间的桥梁CPUI/OI/O接口接口外外设设62接口的功能l数据缓冲寄存；数据缓冲寄存；l信号电平或类型的转换；信号电平或类型的转换；l实现主机与外设间的运行匹配。实现主机与外设间的运行匹配。63I/O设备及总线3 3）输入输出接口和输入输出设备）输入输出接口和输入输出设备lI/OI/O设备的工作速度较低，处理的信息从数据设备的工作速度较低，处理的信息从数据格式到逻辑时序一般都不可能与计算机直接兼格式到逻辑时序一般都不可能与计算机直接兼容，必须通过容，必须通过I/OI/O接口。接口。4 4）总线（）总线（busbus
37、）由一组导线和相关控制电路组成，是各种公共由一组导线和相关控制电路组成，是各种公共信号线的集合，用于微机系统各部件之间的信信号线的集合，用于微机系统各部件之间的信息传递。息传递。64总线（1 1）数据总线（）数据总线（data busdata bus，DBDB）用来传输数据信息，是双向总线用来传输数据信息，是双向总线（2 2）地址总线（）地址总线（address busaddress bus，ABAB）用来传送用来传送CPUCPU发出的地址信息，是单向总线发出的地址信息，是单向总线（3 3）控制总线（）控制总线（control buscontrol bus，CBCB）用来传送控制信号、时序信号
38、和状态信息用来传送控制信号、时序信号和状态信息65软件系统l软件：为运行、管理和维护计算机系统或为实软件：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现某一功能而编写的各种程序的总和及其相关资料。资料。系统软件系统软件应用软件应用软件操作系统操作系统编译系统编译系统网络系统网络系统工具软件工具软件软件软件66软件系统2 2、软件系统、软件系统l软件包括系统软件和应用软件软件包括系统软件和应用软件系统软件主要包括操作系统（系统软件主要包括操作系统（OSOS）和系统实用程序）和系统实用程序应用软件是用户为解决各种实际问题而编制的程序应用软件是用户为解决各种实际问题而编
39、制的程序计算机中的程序设计语言分机器语言、汇编语言、计算机中的程序设计语言分机器语言、汇编语言、高级语言三个级别。高级语言三个级别。671.2、计算机中的数制及编码68主要内容l各种计数制的特点及表示方法；各种计数制的特点及表示方法；l各种计数制之间的相互转换各种计数制之间的相互转换。691.常用计数法 十进制十进制 二进制二进制 十六进制十六进制70十进制特点：特点：l以十为底，逢十进一；以十为底，逢十进一；有有0 0- -9 9十个数字符号十个数字符号。用用D D表示表示。权值表达式：权值表达式：71二进制特点：特点：l以以2为底，逢为底，逢2进位；只有进位；只有0和和1两个符号。两个符号
40、。用用B表示表示。权值表达式权值表达式：72十六进制特点：特点：l有有0-9及及A-F共共16个数字符号，逢个数字符号，逢16进位。进位。用用H表示表示。权值表达式权值表达式：73例：l234.98D或（或（234.98）Dl1101.11B或（或（1101.11）BlABCD.BFH或（或（ABCD.BF）H742.各种进制数间的转换非十进制数到十进制数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十进制到非十进制数的转换二二进制与十六进制数之间的转换进制与十六进制数之间的转换75非十进制数到十进制数的转换l按相应的权按相应的权值表达式展开值表达式展开l例：例：l1011.11B=
41、123+022+121+120+12-1+12-2=8+2+1+0.5+0.25=11.75l5B.8H=5161+11160+816-1=80+11+0.5=91.576十进制到非十进制数的转换l到二进制的转换：到二进制的转换：对整数：除对整数：除2取余；取余；对小数：乘对小数：乘2取整。取整。l到十六进制的转换：到十六进制的转换：对整数：除对整数：除16取余；取余；对小数：乘对小数：乘16取整。取整。77十进制到非十进制数的转换l【例例】 将十进制数将十进制数3737375375转换为二进制数。转换为二进制数。l解：将整数和小数部分分别转换如下：解：将整数和小数部分分别转换如下： 故：故：
42、37.375D=100101.011B37.375D=100101.011B 78二进制与十六进制间的转换l用用4位二进制数表示位二进制数表示1位十六进制数位十六进制数l例：例：l25.5=11001.1B=19.8Hl11001010.0110101B=CA.6AH793. 计算机中的二进制数表示l表数范围表数范围l表数精度表数精度l l如果小数点的位置事先已有约定，不再改变，如果小数点的位置事先已有约定，不再改变，如果小数点的位置事先已有约定，不再改变，如果小数点的位置事先已有约定，不再改变，此类数称为此类数称为此类数称为此类数称为“定点数定点数定点数定点数”。相比之下，如果小。相比之下，
43、如果小。相比之下，如果小。相比之下，如果小数点的位置可变，则称为数点的位置可变，则称为数点的位置可变，则称为数点的位置可变，则称为“浮点数浮点数浮点数浮点数”。 803. 计算机中的二进制数表示l l 定点数。常用的定点数有两种表示形定点数。常用的定点数有两种表示形定点数。常用的定点数有两种表示形定点数。常用的定点数有两种表示形式：如果小数点位置约定在最低数值位的后式：如果小数点位置约定在最低数值位的后式：如果小数点位置约定在最低数值位的后式：如果小数点位置约定在最低数值位的后面，则该数只能是定点整数；如果小数点位面，则该数只能是定点整数；如果小数点位面，则该数只能是定点整数；如果小数点位面，
44、则该数只能是定点整数；如果小数点位置约定在最高数值位的前面，则该数只能是置约定在最高数值位的前面，则该数只能是置约定在最高数值位的前面，则该数只能是置约定在最高数值位的前面，则该数只能是定点小数定点小数定点小数定点小数813. 计算机中的二进制数表示l l例如，假定用两个字节存放一个定点数，则例如，假定用两个字节存放一个定点数，则例如，假定用两个字节存放一个定点数，则例如，假定用两个字节存放一个定点数，则以定点方式表示的十进制整数以定点方式表示的十进制整数以定点方式表示的十进制整数以定点方式表示的十进制整数195195195195为：为：为：为：l l以定点方式表示的十进制纯小数以定点方式表示
45、的十进制纯小数以定点方式表示的十进制纯小数以定点方式表示的十进制纯小数-0.6876 -0.6876 -0.6876 -0.6876 823. 计算机中的二进制数表示l l （2 2 2 2）浮点数。浮点数表示法来源于数学中）浮点数。浮点数表示法来源于数学中）浮点数。浮点数表示法来源于数学中）浮点数。浮点数表示法来源于数学中的指数表示形式，如的指数表示形式，如的指数表示形式，如的指数表示形式，如193193193193可以表示为可以表示为可以表示为可以表示为l l一般地，数的指数形式可记作：一般地，数的指数形式可记作：一般地，数的指数形式可记作：一般地，数的指数形式可记作：l lM:M:M:M
46、:浮点数的尾数，或称为有效数字，通常是浮点数的尾数，或称为有效数字，通常是浮点数的尾数，或称为有效数字，通常是浮点数的尾数，或称为有效数字，通常是纯小数；纯小数；纯小数；纯小数；l lR:R:R:R:阶码的基数，表示阶码采用的数制。阶码的基数，表示阶码采用的数制。阶码的基数，表示阶码采用的数制。阶码的基数，表示阶码采用的数制。l lE:E:E:E:阶码，既是指数值，为带符号的整数。阶码，既是指数值，为带符号的整数。阶码，既是指数值，为带符号的整数。阶码，既是指数值，为带符号的整数。l l 834. 二进制编码l计算机能够直接识别和处理的只有二进制数，同计算机能够直接识别和处理的只有二进制数，同
47、时能识别和处理文字、字符和各种符号：时能识别和处理文字、字符和各种符号：l数字数字00，1 1，9 9l字母字母2626个大小写的英文字母：个大小写的英文字母：A A，B B，ZZ，a a，b b，zzl专用符号专用符号+、- -、* *、/ /、 l控制字符控制字符CRCR（回车），（回车），LFLF（换行）（换行） 844. 二进制编码l二进制编码的十进制数二进制编码的十进制数l84218421码：用四位二进制编码表示一位十进制数码：用四位二进制编码表示一位十进制数lBCDBCD码与十进制数、二进制数的转换：对十进制数的码与十进制数、二进制数的转换：对十进制数的每一位按对应关系转换成四位二
48、进制编码每一位按对应关系转换成四位二进制编码l计算机中计算机中BCDBCD码的存储方式码的存储方式 压缩的压缩的BCDBCD码和非压缩的码和非压缩的BCDBCD码码85BCD码码l压缩压缩BCD码码l用用4位二进制码表示一位十进制数位二进制码表示一位十进制数l非压缩非压缩BCD码码l用用8位二进制码表示一位十进制数位二进制码表示一位十进制数86BCD码与二进制数之间的转换l先转换为十进制数，再转换二进制数；反之同样。先转换为十进制数，再转换二进制数；反之同样。l例例：（：（00010001.00100101）BCD=11.25=（1011.01）B87ASCII码l字符的编码字符的编码各种字符
49、和符号也必须按特定的规则用二进制各种字符和符号也必须按特定的规则用二进制编码才能在机器中表示编码才能在机器中表示目前在微型计算机中普遍采用的字符编码系统目前在微型计算机中普遍采用的字符编码系统是是ASCIIASCII字符编码表字符编码表数据校验码：奇偶效验码数据校验码：奇偶效验码88ASCII码的校验l奇校验奇校验加上校验位后编码中加上校验位后编码中“1”的个数为奇数。的个数为奇数。例：例：A的的ASCII码是码是41H（1000001B），），以奇校验传送则为以奇校验传送则为C1H（11000001B）l偶校验偶校验加上校验位后编码中加上校验位后编码中“1”的个数为偶数。的个数为偶数。上例若
50、以偶校验传送，则为上例若以偶校验传送，则为41H。89三、无符号数的运算算术运算算术运算逻辑运算逻辑运算无符号数无符号数有符号数有符号数二进制数的运算二进制数的运算90主要内容l无符号二进制数的算术运算无符号二进制数的算术运算l无符号数的表达范围无符号数的表达范围l运算中的溢出问题运算中的溢出问题l无符号数的逻辑运算无符号数的逻辑运算l基本逻辑门和译码器基本逻辑门和译码器911.无符号数的算术运算l加法运算加法运算（1+1=0（有进位）（有进位）l减法运算减法运算（0-1=1（有借位）（有借位）l乘法运算乘法运算（注意乘数为（注意乘数为2时的规律）时的规律）l除法运算除法运算（注意除数为（注意
51、除数为2时的规律）时的规律）92乘除运算例l000010110100=00101100Bl000010110100=00000010B即：商即：商=00000010B余数余数=11B932.无符号数的表示范围：0 0 X 2X 2n n-1-1若运算结果超出这个范围，则产生溢出。若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）时则产生有进位（或借位）时则产生 溢出。溢出。94例：最高位向前有进位，产生溢出最高位向前有进位，产生溢出结果为结果为256256，超，超出出8 8位二进制数位二进制数所能表示的范所能表示的范围
52、围255255。953.逻辑运算与：与：有有0 0则为则为0 0，全，全1 1则为则为1 1或：或：有有1 1则为则为1 1，全，全0 0则为则为0 0非：非：按位取反按位取反异或：异或：相同则为相同则为0 0，不同则为，不同则为1 1特点：按位运算，无进借位特点：按位运算，无进借位964.逻辑门掌握：掌握：l与、或、非门逻辑符号和逻辑关系（真与、或、非门逻辑符号和逻辑关系（真值表）；值表）；l与非门、或非门的应用。与非门、或非门的应用。97“与”、“或”运算l任何数和任何数和“0”相相“与与”，结果为，结果为0。l任何数和任何数和“1”相相“或或”，结果为，结果为1。98“非”、“异或”运算
53、l“非非”运算即按位求反运算即按位求反l两个二进制数相两个二进制数相“异或异或”：相同则为相同则为0，相异则为，相异则为1995. 译码器l74LS138译码器：译码器：G1G2AG2BCBAY0Y7 100掌握74LS138译码器：译码器：l各引脚功能；各引脚功能；l输入端与输出端关系（真值表）输入端与输出端关系（真值表）101三、有符号数的运算102计算机中符号数的表示符号位符号位+真值真值机器数机器数“0” 表示正表示正“1” 表示负表示负103例+52=+0110100=00110100符号位符号位真值真值-52=-0110100=10110100 符号位符号位 真值真值1041. 符
54、号数的表示原码原码反码反码补码补码105原码l最高位为符号位，用最高位为符号位，用“0”表示正，用表示正，用“1”表表示负；其余为真值部分。示负；其余为真值部分。l优点：优点：真值和其原码表示之间的对应关系简单，真值和其原码表示之间的对应关系简单，容易理解；容易理解；l缺点：缺点：计算机中用原码进行加减运算比较困难，计算机中用原码进行加减运算比较困难，0的表示不唯一。的表示不唯一。106数0的原码l8位数位数0的原码：的原码：+0=00000000- -0=10000000即：数即：数0的原码不唯一。的原码不唯一。107反码对一个机器数对一个机器数X：l若若X0，则则X反反=X原原l若若X0，
55、则则X补补=X反反=X原原l若若X0，则则X补补=X反反+1112例lX=52=0110100X原原=10110100X反反=11001011X补补=X反反+1=110011001130的补码：l+0补补=+0原原=00000000l-0补补=-0反反+1=11111111+1=100000000 对对8 8位字长，进位被舍掉位字长，进位被舍掉114特殊数10000000l对无符号数对无符号数:（10000000）B=128l在原码中定义为：在原码中定义为：-0l在反码中定义为：在反码中定义为：-127l在补码中定义为：在补码中定义为：-1281152.符号二进制数与十进制的转换对用补码表示的
56、二进制数：对用补码表示的二进制数：1）求出真值）求出真值2）进行转换）进行转换正数补码的转换正数补码的转换负数补码的转换负数补码的转换116例：将一个用补码表示的二进制数转换为十进制数将一个用补码表示的二进制数转换为十进制数lX补补=00101110B正数正数所以：真值所以：真值=0101110BX=+46lX补补=11010010B负数负数所以：所以：真值不等于真值不等于-1010010B而是：而是：X=X补补补补=11010010补补=-0101110=-461173.符号数的算术运算l通过引进补码，可将减法运算转换为加法运算。通过引进补码，可将减法运算转换为加法运算。l即：即：X+Y补补
57、=X补补+Y补补X-Y补补=X+(-Y)补补=X补补+-Y补补118例X=-0110100，Y=+1110100，求求X+Y=？lX原原=10110100lX补补=X反反+1=11001100lY补补=Y原原=01110100l所以：所以：X+Y补补=X补补+Y补补=11001100+01110100=01000000X+Y=+1000000注：运算时符号位须对齐注：运算时符号位须对齐119符号数的表示范围对对8位二进制数：位二进制数：l原码：原码：-127+127l反码：反码：-127+127l补码：补码：-128+127120符号数运算中的溢出问题l两个带符号二进制数相加或相减时，若最高位两个带符号二进制数相加或相减时，若最高位 次高位次高位1，则结果产生溢出。，则结果产生溢出。121例：l若：若：X=01111000，Y=01101001则：则：X+Y=即：次高位向最高位有进位，而最高位向前无进即：次高位向最高位有进位，而最高位向前无进位，产生溢出。位，产生溢出。（事实上，两正数相加得出负数，结果出错）（事实上，两正数相加得出负数，结果出错）122结束语：l第第1章难点：章难点：补码的概念及其运算补码的概念及其运算123作业：lP35：1.3，1.5，1.7，1.13
