西安交通大学微机原理ppt课件

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 1 23 0 22 1 21 1 20 1 2 1 1 2 2 8 2 1 0 5 0 25 11 755B 8H 5 161 11 160 8 16 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1010 1111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 39 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 40 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 41 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 42 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 43 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 44 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 45 乘除运算例 00001011 0100 00101100B00001011 0100 00000010B即 商 00000010B余数 11B 46 2 无符号数的表示范围 0 X 2n 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 47 例 最高位向前有进位 产生溢出 48 3 逻辑运算 与或非异或 49 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 50 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 51 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 52 5 译码器 74LS138译码器 53 掌握 74LS138译码器 各引脚功能 输入端与输出端关系 真值表 54 三 有符号数的运算 55 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 56 例 52 0110100 00110100 52 0110100 10110100 符号位 真值 符号位 真值 57 1 符号数的表示 原码反码补码 58 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 59 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 60 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 61 反码 对一个机器数X 若X 0 则 X 反 X 原若X 0 则 X 反 对应原码的符号位不变 数值部分按位求反 62 例 X 52 0110100 X 原 10110100 X 反 11001011 63 0的反码 0 反 00000000 0 反 11111111即 数0的反码也不是唯一的 64 补码 定义 若X 0 则 X 补 X 反 X 原若X 0 则 X 补 X 反 1 65 例 X 52 0110100 X 原 10110100 X 反 11001011 X 补 X 反 1 11001100 66 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 67 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 68 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 69 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 70 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 46 X 补 11010010B负数所以 真值不等于 1010010B而是 X X 补 补 11010010 补 0101110 46 71 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 72 例 X 0110100 Y 1110100 求X Y X 原 10110100 X 补 X 反 1 11001100 Y 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 10101011 X 补 11111110 Y 补