微机原理课件第1章1.ppt

微机原理和接口技术,王法社临沂大学理学院Email:wangfashe：电话课堂要求,不无故缺勤，不迟到，不早退有事请假保持良好的课堂纪律和课堂秩序学业成绩=平时成绩10%+期中成绩20%+主卷成绩70%平时成绩采取百分制，主要由点名和课外作业。考勤缺席1/3者不准参加期末考试,3,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,4,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微机原理与接口技术实验指导书（讲义）陈文革，吴宁，夏秦编.西安交通大学微机原理与接口技术题解及实验指导（第3版）.吴宁，陈文革编.清华大学出版社,5,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编码、数制及其转换无符号二进制数的运算算术运算和逻辑运算运算中的溢出机器数的表示及运算基本逻辑门及译码器,第1章微型计算机基础概论,教学目的：1、理解微机系统的结构2、掌握计数制、两种编码的的表示方法和转换3、掌握二进制数的算术运算和逻辑运算4、理解补码的概念及运算,7,一、微型计算机系统,微型机的工作原理微机系统的基本组成,冯诺伊曼体系结构,冯诺伊曼体系结构,1.输入设备：用于将程序（指令的集合，告诉计算机做什么以及怎么做的工作步骤）和数据从外界输入计算机（存储器），供计算机处理，主要任务是数字化。,冯诺伊曼体系结构,2.存储器：是计算机的记忆装置，用于存放程序和数据。,冯诺伊曼体系结构,3.运算器：是计算机对数据进行加工处理的部件，完成加、减、乘、除等基本算术运算和与、或、非等基本逻辑运算。,冯诺伊曼体系结构,4.控制器：用于控制计算机各部件协调工作。控制器从存储器中取出指令（告诉计算机做什么以及怎么做）并根据指令向有关部件发出控制命令。,冯诺伊曼体系结构,5.输出设备：用于将计算机的处理结果转换成外界能够识别的文字、电压等信息并输出。,计算机的工作原理,冯诺依曼体系结构的主要特征：存储程序。存储程序：事先编制好程序并将程序（指令的集合）和数据存入计算机的存储器中，计算机在运行时就能自动、连续地从存储器中逐条取出指令并执行，因此，计算机的工作过程就是运行程序的过程，也就是执行指令的过程。指令：指示计算机执行特定操作（告诉计算机做什么以及如何做）的命令，一条指令是计算机硬件可以执行的一步操作。,计算机的工作原理,计算机的工作原理,第一步：控制器发出输入命令启动输入设备将程序和数据输入到计算机的存储器中。,存储程序自动化,计算机的工作原理,第二步：控制器发出取命令从存储器取出一条指令。,计算机的工作原理,第三步：将读出的指令存储到控制器中；控制器分析指令并向运算器发出相应的运算命令。,计算机的工作原理,第四步：运算器从存储器中取出数据执行相应的操作，并将结果存入存储器中（或暂存在运算器）。,计算机的工作原理,重复执行，即取指令分析指令执行指令。,计算机的工作原理,指令：一个非常低级的操作，计算机所做的每一件事都被分解为一系列极其简单又极其快速的算术运算和逻辑运算。,计算机的工作原理,第五步：控制器发出输出命令启动输出设备将计算机的处理结果输出给用户。,计算机家族,在冯诺依曼体系结构下，计算机的定义：能够按照事先存储的程序，自动、高速地对数据进行输入、处理、输出和存储的系统。由于计算机技术的迅猛发展和应用领域的不断扩大，计算机已经成为一个庞大的家族。,24,1.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,25,冯诺依曼机的工作过程,内存中的程序,指令1,指令2,指令n,分析,获取操作数,执行,存放结果,程序计数器PC,地址,CPU,取出,操作数,将指令所在地址赋给程序计数器PC；PC内容送到地址寄存器AR，PC自动加1；把AR的内容通过地址总线送至内存储器，经地址译码器译码，选中相应单元。CPU的控制器发出读命令。,26,冯诺依曼机的工作过程,取一条指令的工作过程：在读命令控制下，把所选中单元的内容（即指令操作码）读到数据总线DB。把读出的内容经数据总线送到数据寄存器DR。指令译码因为取出的是指令的操作码，故数据寄存器DR把它送到指令寄存器IR，然后再送到指令译码器ID,微型计算机的工作过程,计算1+2=?,汇编语言程序对应的机器指令对应的操作MOVAL,110110000将立即数1传送到累加寄存器AL中00000001ADDAl,200000100计算两个数的和，结果存放到AL中00000010MOV0008,AL10100010将AL中的数传送到地址单元00080000100100000000HLT11110100停机,冯诺依曼机的特点和不足,特点：程序存储，共享数据，顺序执行属于顺序处理机，适合于确定的算法和数值数据的处理。不足：与存储器间有大量数据交互，对总线要求很高；执行顺序有程序决定，对大型复杂任务较困难；以运算器为核心，处理效率较低；由PC控制执行顺序，难以进行真正的并行处理。,28,29,2.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,30,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,图1.6微处理器结构框图,32,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。,33,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,34,内存单元的地址和内容,内存按单元组织每单元都对应一个地址，以方便对单元的寻址,10110110,38F04H,内存地址,单元内容,35,内存容量,内存容量：所含存储单元的个数，以字节为单位内存容量的大小依CPU的寻址能力而定实地址模式下为CPU地址信号线的位数,36,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。,37,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,随机存取存储器（RAM）又称读写存储器：随机存取：可以根据需要读写任意位置上的内容，而不像磁盘一样必须成块地顺序读写。可读可写：随机存储器中的信息可以读出，也可以写入。易失性：断电后储存的信息自动消失，是易失性存储器。用途：用于存放当前正在使用的程序和数据。只读存储器(ROM)：只读：信息在一般情况下只能读出，不能写入和修改非易失性：断电后原信息不会丢失，是非易失性存储器，用途：用来存放固定的程序和数据表格。,39,输入/输出接口,接口是CPU与外部设备间的桥梁,CPU,I/O接口,外设,3输入输出接口电路介于计算机和外部设备之间的电路称为输入输出接口电路。微型计算机的接口普遍采用大规模集成电路芯片，大多数接口芯片是可编程的。,40,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,41,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。,数据总线：用于传送数据信息，数据总线是双向总线。地址总线：用于发送内存地址和I/O接口的地址。控制总线：传送各种控制信号和状态信号，使微型计算机各部件协调工作。微型计算机采用标准总线结构，提高了微机系统的通用性和可扩展性。,45,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,46,二、计算机中的数制和编码,数制和编码的表示各种计数制之间的相互转换,47,1.常用计数法,十进制（D）二进制（B）十六进制（H）,一,一,49,例：,234.98D或（234.98）D1101.11B或（1101.11）BABCD.BFH或（ABCD.BF）H,进位计数制及其相互转换,任何一个r进制数N可以表示为：,若r=10，则十进制数，其各位的权是以10为底的幂；若r=2，则是二进制数，其各位的权是以2为底的幂；若r=8，则是八进制数，其各位的权是以8为底的幂，八进制中共有八个数码：0、1、2、3、4、5、6、7；若r=16，则是十六进制数，其各位的权是以16为底的幂，十六进制中共有16个数码：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F。为了明确表示一个数所采用的进位计数制，可以该数的后面加上下标(B)、(O)、(D)、(H)，分别表示该数为二进制、八进制、十进制和十六进制,51,2.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,52,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=91.5,53,十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。,例2将（168)10转换成二、八、十六进制数。,(2)小数部分:乘基取整法。分别用基数R(R=2、8或16）不断地去乘N的小数,直到积的小数部分为零（或直到所要求的位数）为止,每次乘得的整数依次排列即为相应进制的数码。最初得到的为最高有效数字,最后