西安交通大学微机原理课件.ppt

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自编实验讲义辅导书微机原理与接口技术题解及实验指导（第2版）.吴宁，陈文革编.清华大学出版社提供教材课后题答案、软件部分实验,网络资源,电子教室202.117.35.239u=p=学号提供课件、作业、实验软件、通知精品课程网站微机原理与接口技术提供视频、百问、软件实验部分说明,4,5,考核方式,平时作业10%客观题（填空和选择题在电子教室作答）主观题（编程和设计题用纸本作答）实验10%计算机教学实验中心机房通过电子教室提供电子版实验报告期末考试80%传统试卷,联系方式,Office计算机教学实验中心501Emailqxia(需要学校邮箱)Telephone82664160-605,6,7,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常用计数制、编码及其相互间的转换无符号二进制数的算术运算和逻辑运算符号数的表示及补码运算二进制数运算中的溢出基本逻辑门及译码器,8,一、微型计算机系统,9,主要内容,微机系统的基本组成微型机的工作原理,10,1.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,11,冯诺依曼机的特点：,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；以运算器为核心，所有的执行都经过运算器。,12,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,13,2.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,CPU存储器输入/输出接口总线,14,微处理器,微处理器简称CPU，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,每个单元都对应一个地址，以实现对单元内容的寻址。,10110110,38F04H,内存地址,单元内容,18,内存容量,内存所含存储单元的个数，以字节为单位内存容量的大小依CPU的寻址范围而定（即CPU地址信号线的位数）,19,内存操作,读：将内存单元的内容取入CPU，原单元内容不改变；写：CPU将信息放入内存单元，单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（RAM）只读存储器（ROM）,按工作方式可分为,21,输入/输出接口,接口是CPU与外部设备间的桥梁,22,接口的分类,串行接口并行接口,数字接口模拟接口,输入接口输出接口,23,接口的功能,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,计算机系统各部件之间传输地址、数据和控制信息的通道。内容包括：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,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、计算机中的数制及编码,27,主要内容,各种计数制的特点及表示方法；各种计数制之间的相互转换。,28,1.常用计数法,十进制二进制十六进制,29,十进制,特点：以十为底，逢十进一；有0-9十个数字符号。用D表示。权值表达式：,30,二进制,特点：以2为底，逢2进位；只有0和1两个符号。用B表示。权值表达式：,31,十六进制,特点：有0-9及A-F共16个数字符号，逢16进位。用H表示。权值表达式：,32,例：,234.98D或（234.98）D1101.11B或（1101.11）BABCD.BFH或（ABCD.BF）H,33,2.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,34,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：1011.11B=123+022+121+120+12-1+12-2=8+2+1+0.5+0.25=11.755B.8H=5161+11160+816-1=80+11+0.5=91.5,35,十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取整。到十六进制的转换：对整数：除16取余；对小数：乘16取整。,36,二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：25.5=11001.1B=19.8H11001010.0110101B=CA.6AH,37,3.计算机中的编码,BCD码用二进制编码表示的十进制数ASCII码西文字符编码,38,BCD码,压缩BCD码用4位二进制码表示一位十进制数10101111为非法BCD码例：（1000.0110）BCD=8.6扩展BCD码用8位二进制码表示一位十进制数例：（00001000.00000110）BCD=8.6,2019/12/13,39,可编辑,40,BCD码与二进制数之间的转换,先转换为十进制数，再转换二进制数；反之同样。例：（00010001.00100101）BCD=11.25=（1011.01）B,41,ASCII码,字符的编码，一般用7位二进制码表示。在需要时可在D7位加校验位。熟悉0-F的ASCII码,42,ASCII码的校验,奇校验加上校验位后编码中“1”的个数为奇数。例：A的ASCII码是41H（1000001B），以奇校验传送则为C1H（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。,43,三、无符号数的运算,算术运算逻辑运算,无符号数有符号数,二进制数的运算,44,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,45,1.无符号数的算术运算,加法运算（1+1=0（有进位）减法运算（0-1=1（有借位）乘法运算（注意乘数为2时的规律）除法运算（注意除数为2时的规律）,46,乘除运算例,000010110100=00101100B000010110100=00000010B即：商=00000010B余数=11B,47,2.无符号数的表示范围：,0X2n-1若运算结果超出这个范围，则产生溢出。对无符号数：运算时，当最高位向更高位有进位（或借位）时则产生溢出。,48,例：,最高位向前有进位，产生溢出,49,3.逻辑运算,与或非异或,50,4.逻辑门,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。,51,“与”、“或”运算,与：任何数和“0”相“与”，结果为0。或：任何数和“1”相“或”，结果为1。,52,“非”、“异或”运算,“非”按位求反异或两个二进制数相“异或”：相同则为0，相异则为1,53,5.译码器,74LS138译码器：,54,掌握,74LS138译码器：各引脚功能；输入端与输出端关系（真值表）,55,三、有符号数的运算,56,计算机中符号数的表示,符号位+真值机器数,“0”表示正“1”表示负,57,例,+52=+0110100=00110100,-52=-0110100=10110100,符号位,真值,符号位,真值,58,1.符号数的表示,原码反码补码,59,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。,60,数0的原码,8位数0的原码：+0=00000000-0=10000000即：数0的原码不唯一。,61,原码的特点:,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。,62,反码,对一个机器数X：若X0，则X反=X原若X0，则X补=X反=X原若X0，则X补=X反+1,66,例,X=52=0110100X原=10110100X反=11001011X补=X反+1=11001100,67,0的补码：,+0补=+0原=00000000-0补=-0反+1=11111111+1=100000000对8位字长，进位被舍掉,68,特殊数10000000,对无符号数:（10000000）B=128在原码中定义为：-0在反码中定义为：-127在补码中定义为：-128,69,符号数的表示范围,对8位二进制数：原码：-127+127反码：-127+127补码：-128+127,70,2.符号二进制数与十进制的转换,对用补码表示的二进制数：1）求出真值2）进行转换,71,例：,将一个用补码表示的二进制数转换为十进制数X补=00101110B正数所以：真值=0101110BX=+46X补=11010010B负数所以：真值不等于-1010010B而是：X=X补补=11010010补=-0101110=-46,72,3.符号数的算术运算,通过引进补码，可将减法运算转换为加法运算。即：X+Y补=X补+Y补X-Y补=X+(-Y)补=X补+-Y补,73,例,X=-0110100，Y=+1110100，求X+Y=？X原=10110100X补=X反+1=11001100Y补=Y原=01110100所以：X+Y补=X补+Y补=11001100+01110100=01000000X+Y=+1000000,注：运算时符号位须对齐，若字长不等，应在高位补0,例：X原=10010,Y原=1101011使字长相等：X原=10000010,Y原=10101011X补=11111110Y补=11010101所以：X+Y补=X补+Y补=11