微机原理及接口技术01.ppt

微机原理及接口技术 主讲人UFO 64总学时 54 上课 10 上机 微机原理及接口技术 课程介绍 典型机型 IBMPC系列机 基本系统 8088CPU和半导体存储器 I O接口电路及与外设的连接 硬件 接口电路原理软件 接口编程方法 专业技术基础课硬件系列课程之一计算机组成原理微机原理及接口技术计算机体系结构指定选修课以技术为主面向应用软硬件相结合 课程特点 区别 先修课程数字逻辑提供硬件基础计算机组成原理确立计算机部件功能掌握计算机工作原理汇编语言程序设计建立必备软件基础掌握指令系统 程序格式 先修课程 学习方法很重要复习并掌握先修课的有关内容课堂 听讲与理解 适当笔记课后 认真读书 完成作业实验 充分准备 勇于实践总成绩 考试成绩 实验成绩 平时成绩 学习方法 第1章 第1章微型计算机系统概述 教学重点微型计算机的系统组成IBMPC系列机的主机板 1 1微型计算机的发展和应用 1946年 世界上出现第一台数字式电子计算机ENIAC 电子数据和计算器 发展到以大规模集成电路为主要部件的第四代 产生了微型计算机1971年 Intel公司设计了世界上第一个微处理器芯片Intel4004 开创了一个全新的计算机时代 1 1 1微型计算机的发展 第1代 4位和低档8位微机4004 4040 8008第2代 中高档8位微机Z80 I8085 M6800 Apple II微机第3代 16位微机8086 8088 80286 IBMPC系列机 1 1 1微型计算机的发展 续 第4代 32位微机80386 80486 Pentium PentiumII PentiumIII Pentium432位PC机 Macintosh机 PS 2机第5代 64位微机Itanium 64位RISC微处理器芯片微机服务器 工程工作站 图形工作站 1 1 2微型计算机的应用 计算机应用通常分成如下各个领域科学计算 数据处理 实时控制计算机辅助设计 人工智能 由于微型计算机具有如下特点体积小 价格低工作可靠 使用方便 通用性强 所以 可以分为两个主要应用方向 1 1 2微型计算机的应用 用于数值计算 数据处理及信息管理方向通用微机 例如 PC微机功能越强越好 使用越方便越好用于过程控制及嵌入应用方向专用微机 例如 工控机 单片机 数字信号处理器可靠性高 实时性强程序相对简单 处理数据量小 1 2微型计算机的系统组成 区别 1 2 1微型计算机的硬件组成 微处理器子系统存储器I O设备和I O接口系统总线 系统总线 总线是指传递信息的一组公用导线总线是传送信息的公共通道微机系统采用总线结构连接系统功能部件总线信号可分成三组地址总线AB 传送地址信息数据总线DB 传送数据信息控制总线CB 传送控制信息 总线信号 地址总线AB输出将要访问的内存单元或I O端口的地址地址线的多少决定了系统直接寻址存储器的范围数据总线DBCPU读操作时 外部数据通过数据总线送往CPUCPU写操作时 CPU数据通过数据总线送往外部数据线的多少决定了一次能够传送数据的位数控制总线CB协调系统中各部件的操作 有输出控制 输入状态等信号控制总线决定了系统总线的特点 例如功能 适应性等 举例 举例 特点 1 2 2微型计算机的软件系统 为什么采用汇编语言 1 3IBMPC系列机系统 16位IBMPC系列机是32位微机的基础 8088CPU IBMPC机 IBMPC AT机 IBMPC XT机 1 3 1硬件基本组成 16位和32位PC机的基本部件相同 1 3 2主机板组成 微处理器子系统8088 16位内部结构 8位数据总线 20位地址总线 4 77MHz主频存储器ROM BIOS 主体为RAMI O接口控制电路8259A 8253 8237A 8255等I O通道62线的IBMPC总线 1 3 3存储空间的分配 常规内存 1MB基本RAM区 640KB保留RAM区 128KB扩展ROM区 128KB基本ROM区 128KB扩展内存 用作RAM区 1 3 4I O空间的分配 80 x86访问外设时 只使用低16位A0 A15 寻址64K个8位I O端口PC机仅使用低10位A0 A9 寻址1024个8位I O端口 1 3计算机中的数据表示 计算机最主要的功能是处理各种各样的信息 比如 数值 文字 声音 图形和图象等 在计算机内部 各种信息都必须经过数字化编码后才能被传送 存储和处理 因此 掌握信息编码的概念与处理技术是至关重要的 计算机信息编码和数据表示 关于编码 编码的定义 采用少量的基本符号 选用一定的组合原则 表示大量复杂多样的信息 交通指挥灯中有编码吗 常见编码 视窗Windows2000 汉字 英文 数字 计算机中的数据采用二进制数编码 二进制编码 组成符号 0 1运算规则 逢二进一 例 1010 1011 1010 101110101 不要当成十进制了 问题 生活中还有哪些进制 各种各样的进位计数制 常见的 十进制七进制十二进制六十进制 不常见的 二进制八进制十六进制 进位计数制的两个相关概念 基数 所使用的不同基本符号的个数 位权 处于该位的数字所代表的值的大小 321 10 3 102 2 101 1 100 101 2 1 22 0 21 1 20 计算机中采用二进制编码的原因 容易表示在物理上最容易实现 可以使用任何具有两个不同稳定状态的元件来表示 如 晶体管的导通与截止 电流的有无 电平的高低运算简单编码及运算规则都比较简单 1 和 0 与 真 和 假 对应 易于逻辑判断 传输和处理时不容易出错 可保障计算机的高可靠性 进位制二进制八进制十进制十六进制 规则逢二进一逢八进一逢十进一逢十六进一基数r 2r 8r 10r 16数符0 10 1 70 1 90 1 9 A B C D E F位权2i8i10i16i下标BODH 表1计算机中常用进制数的表示 对任何一种进位计数制表示的数都可以写出按其权展开的多项式之和 101 D 1 102 0 101 1 100 101 B 1 22 0 21 1 20 4 0 1 5 D 101 O 1 82 0 81 1 80 64 0 1 65 D 101 H 1 162 0 161 1 160 256 0 1 257 D 结论 1 r进制 十进制 按权展开相加即只要把二进制中出现1的位数权相加即可 例如 101 B 1 22 0 21 1 20 4 0 1 5 D 101 O 1 82 0 81 1 80 64 0 1 65 D 101 H 1 162 0 161 1 160 256 0 1 257 D 不同进位制之间的转换 例如 100 D B2 100余数2 500 最低位 2 2502 1212 602 302 1101 最高位 结论 100 D 1100100 B 2 十进制 r进制 1 整数部分的转换除r取余 从末位取起即 把一个十进制的整数不断除以所需要的基数r 取其余数 除r取余法 就能够转换成以r为基数的数 进制转换练习题 1 25 D 10011 B2 25 D 17 O3 19 H D4 11001 B A H 例如 0 625 D B乘2取整 整数部分0 625 21 2501 20 5000 21 0001结论 0 625 D 0 101 B 2 小数部分转换 乘r取整 顺序取起即 将一个十进制小数转换成r进制小数时 将十进制小数不断地乘以r 并取整 这称为乘r取整法 混小数的转换 如果十进制数包含整数和小数两部分 则必须将十进制小数点两边的整数和小数部分分开 分别完成相应的转换 然后 再把r进制整数和小数部分组合在一起 练习 25 125 D B 3 非十进制数间的转换 常规转换方法 先将被转换数转换为相应的十进制数 然后再将十进制数转换为其它进制数 例如 19 H 25 D 11001 B 11001 B 25 D 31 O特别转换方法 利用二进制 八进制和十六进制之间的特殊关系直接转换 见表2 表2二进制 八进制和十六进制之间的关系 二进制八进制二进制十六进制二进制十六进制 00000000010008001100011100190102001021010A0113001131011B1004010041100C1015010151101D1106011061110E1117011171111F 二 八 十六进制之间的特别转换方法 二进制转换到八进制 只要将二进制数从小数点开始 整数部分从右向左3位一组 小数部分从左向右3位一组 不足3位补零 根据表2完成转换 例1 110110 001100 B 66 14 O 12 34 O 001010 011100 B二进制同十六进制之间的转换就如同八进制同二进制之间一样 只是4位一组 例2 10A1 H 0001000010100001 B 1010111 B 57 H 二进制数的算术运算 加 减 乘 除 加法进位规则 逢二进一 加法运算法则 0 0 00 1 11 0 11 1 10 进位 例 二进制数1101 1010 1101 101010111练习 求二进制数之和 10001111 01100001 减法同理 答案 11110000 乘法运算法则 0 0 00 1 01 0 01 1 1举例 二进制数1101 1010 1101 1010000011010000110110000010练习 1111 1000 真值和机器数 真值 现实中真实的数值机器数 计算机中用0和1数码组合表达的数值无符号数 只表达0和正整数的定点整数有符号数 表达负整数 0和正整数的定点整数符号位需要占用一个位常用机器数的最高位0表示正数 1表示负数定点数 固定小数点的位置表达数值的机器数定点整数 将小数点固定在机器数的最右侧表达的整数定点小数 将小数点固定在机器数的最左侧表达的小数浮点数 小数点浮动表达的实数 补码 有符号整数在计算机中默认采用补码最高位表示符号 正数用0 负数用1正数补码 直接表示数值大小 同无符号数 负数补码 将对应正数补码取反加1 105 补码 01101001B 105 补码 01101001B 取反 1 10010110B 1 10010111B8位二进制补码表示的数值范围 128 12716位二进制补码表示的数值范围 215 215 132位二进制补码表示的数值范围 231 231 1 为什么是补码 负数求补 负数真值 取反加1 得机器数补码负数补码 取反加1 得到负数真值补码 11100000B真值 11100000 求反 1 00011111 1 00100000 25 32负数求补运算 等效于用带借位的0作减法真值 8 补码 8 补码 00H 08H F8H补码 11111000 真值 00H F8H 08H 8 用十六进制表达和运算 方便 十六进制数的加减运算 二进制和十六进制数之间具有对应关系整数从左向右小数从右向左每4个二进制位对应一个十六进制位00111010B 3AH F2H 11110010B十六进制数的加减运算类似十进制逢16进位1 借1当1623D9H 94BEH B897HA59FH 62B8H 42E7H 定点数和浮点数 指计算机中一个数的小数点的位置是固定的还是浮动的 1 定点表示法与定点数约定小数点隐含地固定在某一位置不变 这种表示方法称为定点表示法 用定点表示法表示的数叫定点数 小数点的位置一般在程序中约定 定点数根据其字长的不同来确定所表示数的范围 如32位字长的数所能表示的数的范围为 231 231 1 定点数的一般形式 小数点的位置可以改变的数的表示法称作浮点表示法 用浮点表示法所表示的数称为浮点数 它类似于科学计数法 如1234 56可以表示为104 0 123456 0 0004567可以表示为10 3 0 4567 浮点表示法的一般形式为 N 2E M其中E和M都是带符号的数 E为阶码 M为尾数 浮点数根据阶码所占位数确定所表示数的范围 根据尾数所占位数确定被表示数的精度 2 浮点表示法与浮点数 浮点数一般形式 字符的编码 1 西文字符的编码ASCII码 美国国家标准信息交换码 2 BCD码3 汉字编码输入码交换码 国标码 内部码字型码 输出码 ASCII码 美国标准信息交换码 标准ASCII码用7位二进制编码 有128个不可显示的控制字符前32个和最后一个编码回车CR 0DH换行LF 0AH响铃BEL 07H可显示和打印的字符 20H后的94个编码数码0 9 30H 39H大写字母A Z 41H 5AH小写字母a z 61H 7AH空格 20H扩展ASCII码 最高D7位为1 表达制表符 ASCII码 ASCII码是美国信息交换标准代码 AmericanStandardCodeforInformationInterchange Computer 0100001101101111011011010111000001110101011101000110010101110010 7654321 BCD码 BinaryCodedDecimal 二进制编码的十进制数一个十进制数位0 9用4位二进制编码来表示常用8421BCD码 低10个4位二进制编码表示压缩BCD码 一个字节表达两位BCD码非压缩BCD码 一个字节表达一位BCD码 低4位表达数值 高4位常设置为0 BCD码很直观BCD码 0100100101111000 000101001001十进制真值 4978 149 BCD码便于输入输出 表达数值准确 字符代码化 输入 汉字编码 汉字输入编码方法分为三类 数字编码数字编码就是用数字串代表一个汉字的输入 常用的有国际区位码 如 中 5448 0113拼音码拼音码是以汉语读音为基础的输入方法 常用的有智能全拼 微软拼音 紫光拼音 智能狂拼等 字形编码字形编码是以汉字的形状确定的编码 常用的有五笔字形 表形码等 汉字输入码 内部码 汉字内部码是汉字在设备或信息处理系统内部最基本的表达形式 是在设备和信息处理系统内部存储 处理 传输汉字用的代码 字形码 汉字字形码是表示汉字字形的字模数据 也称字模码 是用点阵表示的汉字字形代码 它是汉字的输出形式 第1章习题 1 微机计算机主要有哪几部分组成 各部分的主要功能是什么 2 什么是微处理器 微处理器一般应具有哪些基本功能 3 什么是微型计算机 什么是微型计算机系统 4 举例说明微型计算机的应用 硬件系列课程 计算机组成原理侧重讨论计算机基本部件的构成和组成方式 基本运算的操作原理和单元的设计思想 操作方式及其实现方法和电路原理侧重内部各单元的工作原理和实现方法 芯片内 微机原理及接口技术突出应用 详细讲述微处理器芯片的指令系统及编程 CPU外部特性 微机主板 与通用外设的接口电路及应用编程技术侧重各模块外部的连接和应用技术 芯片外 计算机体系结构重点论述计算机系统的各种基本结构 设计技术和性能定量分析方法侧重整个系统的设计技术 芯片组合 返回 世界上第一台计算机ENIAC 返回 什么是微型计算机 以大规模 超大规