微处理器、微型计算机和微型计算机系统.ppt

课程概述 一 微型计算机原理及接口技术二 课程内容 目的和任务1 计算机组成 侧重于具体的组成器件和工作机制2 汇编语言 以8086为例 学习和体会汇编语言的效率 硬件控制能力及编程难度 3 接口技术 通过几个接口芯片8251 8255 8259 8253 0832 0809了解和掌握为什么要接口 接口电路要解决的一般性的问题 具体的某一种接口需求构成和编程的方法 计算机组成原理汇编语言程序设计接口技术 课程要求 一 迟到 出勤率以及课堂练习 二 1 2时间安排 独立完成作业 练习和实验三 具体课程内容安排见三个大纲 时间进度需视具体情况决定 四 参考书根据需要按授课内容自己选择阅读 微处理器 微型计算机和微型计算机系统 一 微处理器 CPU 1 算术逻辑单元 ALU 处理数据信息的部件 2 寄存器少量的 快速的cpu内部暂存运算数据的存储空间 3 控制部件 程序计数器和指令译码器 程序计数器 内存取指令 则程序计数器自加一 指令译码器 指令译码并产生电路的时序和控制信号 4 内部总线CPU内部各部件的公共信息传送通道二 微型计算机1 存储器存放运行时的程序和数据 2 外部总线 总线 连接各个设备的公用信息传送通道 地址总线 单向 决定内存寻址空间 数据总线 传送的是广义的数据 控制总线 较为复杂 体现系统的功能 总线重要性 部件间关系简化系统容易扩展 3 接口 将多种多样的外设 电平 速度 数据格式等等不同 变换为符合总线单一标准 连接到系统中去 同时还可以与CPU完成通信 联络 控制的功能 完成一部分辅助CPU处理的功能 冯 诺伊曼计算机结构1 采用二进制表示指令和数据2 存储程序和自动运行的工作原理3 计算机应该由 控制器 运算器 存储器 输入设备及输出设备五个部分组成 微型计算机的应用 计算机向两个方向发展 应用于两类应用领域 一 通用计算机数值计算 数据处理及信息管理方向功能 速度 使用方便 人机对话功能强二 单片机 SOC控制 智能化仪器仪表 消费电子产品成本 体积 功耗 可靠性要求 计算机中信息的表示 编码 无符号数 数制及其转换 有符号数字符多媒体信息 1 1数制及其转换 1 1 1数制一 计数制的通用表示方法A an 1 bn 1 an 2 bn 2 a1 b1 a0 b0 a 1 b 1 a 2 b 2 a m b m基数 b 所含数码的个数权 bx 表明数码所在的位置数码 0 b 1 二 十进制数 Decimal 基数 10权 10 x数码 0 9例如 123 45D 1 102 2 101 3 100 4 10 1 5 10 2 三 二进制数 Binary 基数 2权 2x数码 0 1例如 1010 11B 1 23 0 22 1 21 0 20 1 2 1 1 2 2 10 75D1个二进制位 bit 比特 8个二进制位 Byte 字节 1Byte 8bit2个字节 Word 字 1Word 2Byte 16bit 8086字长 字长是CPU的一个重要性能指标 不同CPU字长可能不同 二进制数的权的值272625242322212012864321684212 12 22 32 40 50 250 1250 06251K 210 10000000000 1024 Kilo 思考题 1111111111 1M 1024K 220 Mega 1G 1024M 230 Giga 四 十六进制数 Hexadecimal 基数 16权 16x数码 0 9 A B C D E F例如 0BF3CH 11 163 15 162 3 161 12 160 48956D 1011111100111100注意 1 十六进制数是二进制数的短格式计数法 4位对1位 2 如果最高位为字符 则前面还要加零与符号相区别例如 0FFFFH和FFFFH在汇编语言中是有区别的 五 BCD BinaryCodedDecimal 二进制编码的十进制数 四位二进制数表示一位十进制数码逢十进一 人看起来直观 计算机也可以接受 例如 7652D 0111011001010010注意 1 为了避免BCD码与二进制数混淆 须在每四位之间留一空格 2 BCD码本质是十进制数 但这种编码在计算机中运算时是按照二进制运算规律进行运算的 解决这个问题有两种方法BCD码专有运算指令或是BCD码调整指令 8086采用的是后一种方案 例如 128 123 251应该逢十进一而未进 加6 128 129 257进位是进的十六 加6 调整的指令判断可能的结果 根据结果自动进行调整运算结果在是0 9之间的数 无进位结果在是0 9之间的数 有进位 加6 结果在是A F之间的数 加6 000100101000 000100100011001001001011 24B 000100101000 000100101001001001010001 251 1 1 2数制之间的转换一 十六或二进制十进制按位展开例如 10011011B 128 16 8 2 1 155D0E8DFH 14 4096 8 256 13 16 15 1 59615D 二 二进制十六进制二进制4位对应十六进制1位 从最低位算起 例如 101111011010111 5ED7H0C6BAH 1100011010111010B三 十进制二进制 1 降幂法 2 除2 乘2 取余数 取整数 法 降幂法 试凑法 逐次逼近法 某一权值比其后的所有的权值之和大1例如 117 8125D B128643216842101 53 1 21 1 5 01 1 01 0 0 50 250 1250 06251 0 3125 1 0 0625 0 0 0625 1 0 117 8125D 1110101 1101B 练习 73D B99D B 除2 乘2 取余数 取整数 法整数部分用除2取余数小数部分用乘2取整数例如 117D 1110101B0 8125 1101B 四 十进制十六进制48956D H降幂法48956 11 4096 39003900 15 256 6060 3 16 1212 12 1 048956D 0BF3CH 除法48956 16 3059 12 3059 16 191 3 191 16 11 15 11 16 0 11 48956D 0BF3CH练习 12345D B 1 2有符号数的表示 1 2 1数的补码表示 加正负号 用0和1代表正负 用某种编码方式使符号位也直接参与运算不用特殊处理并得到正确结果 机器数 符号数值化了的数 最高位为符号位 1表示负号 0表示正号 其余为真值 机器字长 指参与运算的数的基本位数 标志着计算精度 一般是字节的整数倍 76543210 1514131211109876543210 原码表示法 符号 绝对值例如 3 原码 00000011 03H 3 原码 10000011 83H 0 原码 00000000 00H 0 原码 10000000 80H注意 0的表示不唯一反码表示法 正数的反码同原码 负数的反码数值位与原码相反 例如 5 反码 0000 0101 05H 5 反码 1111 1010 FAH 0 反码 0000 0000 00H 0 反码 1111 1111 FFH注意 0的表示不唯一 补码表示法 计算机中有符号数用补码表示正数的补码 正数的原码负数的补码 该负数相对应的正数的补码按位取反再加一例如 46 补码 46 补码 0010111011010001 按位取反 11010010 D2H 加一 46 补码 11010010 D2Hn位补码的表数范围 2n 1 N 2n 1 1n 8 128 N 127n 16 32768 N 32767 使用补码的优点 1 可以使符号位参加运算 不用另外加特别的处理电路 2 补码减法可以转换为补码加法运算 求补运算 按位取反再加一 在编码为补码情况下 求补运算相当于求该数的相反数 例如 65H 补 01100101B10011011B 65H 补 65H 补 10011011B01100101B 65H 补 n位二进制补码的表数范围 十进制二进制十六进制十进制十六进制n 8n 16 127011111117F 327677FFF 126011111107E 327667FFE 20000001002 20002 10000000101 100010000000000000000 111111111FF 1FFFF 211111110FE 2FFFE 1261000001082 327668002 1271000000181 327678001 1281000000080 327688000 1 2 2补码的运算一 补码的加法 X Y 补码 X 补码 Y 补码例如 25 32 7 00011001 11100000001000001111100100000111 二 补码的减法 X Y 补码 X 补码 Y 补码例如 32 25 57 00100000 1110011100100000 0001100100111001 三 溢出的处理溢出 当运算结果超出 固定位数 补码表示的数值范围时 运算出错 发生溢出溢出产生的条件 同号相加或异号相减 归结为同号相加 例如 70 70 140 70 70 140溢出的判断 最高位向前的进位与次高位向前的进位进行异或 为1则溢出 为0则不溢出 1 3实数的表示 计算机中的小数点有固定位置和不固定位置两种表示方法 前者称为定点数 而后者则称为浮点数 一 定点数小数点固定在某一位置上不变的小数表示法 特点 1 表示的数的范围和精度比较小 2 并没有一个物理的装置来表示小数点 仅仅是程序员编程序时在自己头脑中存在的一种方法 二 浮点数小数点位置可以根据表示的需要而改变 例如 N 10 10可以表示为N 1010 2 2或1 010 21N 1010 2 2 11001010注意 规格化对阶8086中没有浮点运算部件 浮点运算用子程序完成 1 4字符的表示 一 ASCII码 AmericanStandardCodeforinformatio