微机基础知识 课件

1、第1章 微机基础知识 1.1 微处理器、微机和单片机的概念1.2 计算机中常用的数制及编码1.3 二进制数的运算 1.4 数据在计算机中的表示1.5 89C51单片机1.6 单片机程序的执行过程1.1 微处理器、微机和单片机的概念 微处理器Microprocessor或p，是一种可编程的逻辑部件，用于逻辑处理和控制功能，是微型计算机的中央处理单元（CPUCentral Processing Unit）。微处理器又称微处理机。微机（微型计算机Microcomputer或C），是以微处理器为核心（此时又称CPU），配有存储器、输入/输出接口电路以及系统总线所构成的计算机（简称微机）。若以微机为核心

2、，配上I/O设备，以电源、软件则构成微机系统。单片机：将微处理器（CPU）、RAM、ROM、输入/输出接口、定时器电路等集成到一块芯片上，这样的芯片叫单片微型计算机，简称单片机。（Singal Chip Microcomputer ） 1.1 微处理器、微机和单片机的概念 图 1.1 微型计算机的基本组成 1.1.1 微处理器的组成 CPU（Central Processing Unit）是计算机的核心部件, 它主要由运算器和控制器组成, 完成计算机的运算和控制功能。 数据单元是一组二进制数，是计算机中使用的基本信息单元，是计算机一次处理的二进制位数。 在8位微处理器中，数据单元由1个字节组成

3、；在16位机中，数据单元由2个字节组成。1.1 微处理器、微机和单片机的概念 1.运算器 运算器由算术逻辑单元（ALU: Arithmetic & Logic Unit）、累加器、寄存器等组成。主要完成对数据的算术运算和逻辑运算。 ALU：是微机中唯一用来执行算术运算和逻辑运算的单元。 功能：实现加、减、与、或、异或、比较等运算。一般ALU有两个输入端，一个来自A（累加器），另一个来自数据寄存器，最后将结果放入A中。 累加器A:是一个8位通用寄存器，但在CPU中有特殊的地位，凡是做算术或逻辑运算时，其中必有一个数放在A中，另一个在通用寄存器中，运算结果总是送回A寄存器保存，称A寄存器为累加器。

4、 暂存器（Register）：是一个8位寄存器。 功能：用于暂时存放参加操作的数据或地址，可以为ALU提供参加运算的一个操作数。寄存器可避免CPU频繁地与存储器交换数据，从而缩短运算时间。 2.控制器 控制器（Controller）主要由程序计数器（PC）、指令寄存器（IR）、指令译码器（ID）、时序及微操作控制电路等组成，是整个计算机的指挥中心, 它负责从程序存储器中取出指令并对指令进行分析、判断, 并根据指令发出控制信号, 使计算机的有关部件及设备有条不紊地协调工作, 保证计算机能自动、连续地运行。 功能：先从内部存储器中取出一条指令代码，放入指令寄存器中IR ，并指出下一条指令在内存中的

5、位置。 再将指令送入指令译码器ID，对指令代码进行译码，由微操作控制电路产生相应的操作控制信号，以便实现相应的操作。 指挥并控制CPU、内存和输入/输出设备之间的数据流动方向。 上述过程简单讲就是：取指分析指令执行指令三个过程。 1.1.2. 存储器M和输入/输出接口I/O 1.存储器 存储器（Memory）是具有记忆功能的部件, 用来存储数据和程序。计算机的CPU要对其进行读写操作。 “读”操作：是CPU从存储器中取出数据的过程称为“读”操作。 “写”操作：是CPU将数据存入存储器的过程称为“写”操作。图 1.3 随机存取存储器 2. 输入/输出接口（I/O接口） 输入/输出（I/O）接口由

6、大规模集成电路组成的I/O器件构成, 用来连接主机和相应的I/O设备（如: 键盘、 鼠标、显示器、 打印机等）, 使得这些设备和主机之间传送的数据、信息在形式上和速度上都能匹配。不同的I/O设备必须配置与其相适应的I/O接口。 3. 总线 总线（BUS）是计算机各部件之间传送信息的公共通道。微机中有内部总线和外部总线两类。内部总线是CPU内部之间的连线。外部总线是指CPU与其它部件之间的连线。 外部总线有三种: 数据总线DB（Data Bus）, 地址总线 AB（Address Bus）和控制总线 CB （Control Bus）。1.2 计算机中常用的数制及编码 1.2.1 数制及数制间转换

7、 一、进位计数制 按进位原则进行计数的方法, 称为进位计数制。十进制数有两个主要特点: （1） 有 10 个不同的数字符号: 0、 1、 2、 、 9; （2） 低位向高位进位的规律是“逢十进一”。 因此, 同一个数字符号在不同的数位所代表的数值是不同的。如555.5中 4 个 5分别代表500、 50、 5 和 0.5, 这个数可以写成555.5=5102+5101+5100+510-1 式中的10称为十进制的基数, 10、101、100、10-1称为各数位的权。 任意一个十进制数N都可以表示成按权展开的多项式: 例如, 543.21可表示为543.21=5102+4101+3100+210

8、-1+110-2一般而言, 对于用 R 进制表示的数 N , 可以按权展开为 式中, ai 是 0、1、 、 （R-1）中的任一个, m、 n是正整数, R是基数。 1. 二进制数（Binary，用B表示） 当 R=2 时, 称为二进位计数制, 简称二进制。在二进制数中, 只有两个不同数码: 0和1, 进位规律为“逢二进一”。任何一个数二进制数 N，都可以表示成按权展开的多项式。 例如, 二进制数 1011.01 可表示为(1011.01)2=123+022+121+120+02-1+12-2 2. 八进制数（Octal，用O表示） 当R=8 时, 称为八进制。在八进制中, 有 0、1、2、7

9、 共 8 个不同的数码, 采用“逢八进一”的原则进行计数。例如（503)8可表示为(503)8=582+081+380 表1.1 各种进位制的对应关系 十进制二进制八进制十六进制十进制二进制八进制十六进制000091001119111110101012A2102211101113B3113312110014C41004413110115D51015514111016E61106615111117F7111771610000201081000108二、 不同进制间的相互转换 1. 二、 八、 十六进制转换成十进制按权展开 例 1 将数(10.101)2, (46.12)8, (2D.A4)16转

10、换为十进制。 （10.101)2=121+020+12-1+02-2+12-3=2.625 (46.12)8=481+680+18-1+28-2=38.156 25 (2D.A4)16=2161+13160+1016-1+416-2=45.640 62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。 最初得到的为最高位有效数字, 最后得到的为最低位有效数字。 故： (0.645)10=(0.10100)

11、2=(0.51217)8=(0.A51EB)16 例 4 将（168.645)10转换成二、 八、 十六进制数。 根据例2、例 3 可得 （168.645)10= (10101000.10100)2= (250.51217) 8=(A8.A51EB)16 3. 二进制与八进制之间的相互转换 由于23= 8, 故可采用“合三为一”的原则, 即从小数点开始分别向左、右两边各以3位为一组进行二八换算: 若不足 3 位的以 0 补足, 便可将二进制数转换为八进制数。反之, 采用“一分为三”的原则, 每位八进制数用三位二进制数表示, 就可将八进制数转换为二进制数。 例 5 将（101011.01101)

12、2转换为八进制数。 101 011 . 011 010 5 3 . 3 2 即 （101011.01101)2= (53.32)8 例 6 将(123.45)8转换成二进制数。 1 2 3 . 4 5001 010 011 . 100 101 即 （123.45)8=(1010011.100101)2 例 8 将（4A5B.6C)16转换为二进制数。 4 A 5 B . 6 C0100 1010 0101 1011 . 0110 1100即 （4A5B.6C)16=(100101001011011.011011)2 1.2.2 计算机中常用编码 计算机中常用的二进制编码有BCD码和ASCII码

13、。 1.BCD码（Binary Coded Decimal） BCD码是一种二进制形式的十进制码，也称二十进制码。它用4位二进制数表示1位十进制数。十进制数 8421BCD码 十进制数 8421BCD码 00000501011000160110200107011130011810004010091001表1.2 8421BCD编码表 2.ASCII码（American Standard Code for Information Interchange）。 ASCII码是一种字符编码，是美国信息交换标准代码的简称。主要用于微机与外设通信。例如，当按微机的某一个键时，键盘中的单片机便将所按的键码转

14、换成ASCII码传入微机进行相应处理。它由7位二进制数码组成，共有128个字符。它包括10个十进制数09；大写和小写英文字母各26个；32个通用控制符号；34个专用符号。其中数字09的ASCII编码分别为30H39H,英文大写字母AZ的ASCII编码从41H开始依次编至5AH。表 1.3 ASCII 码 表 1.3 二进制数的运算 1.3.1 二进制数的算术运算 二进制数只有 0和1两个数字,其算术运算较为简单,加、 减法遵循“逢二进一”、“借一当二”的原则。 1. 加法运算规则: 0+0=0; 0+1=1; 1+0=1; 1+1=10(有进位) 例 1 求1001B+1011B = 1010

15、0B。 2. 减法运算规则: 0-0=0; 1-1=0; 1-0=1; 0-1=1(有借位) 例 2 求1100B-111B = 101B。 3. 乘法运算规则: 00=0; 01=10=0; 11=1例 3 求1011B1101B。 即 10100101B/1111B=1011B 4. 除法运算规则: 0/1=0; 1/1=1例 4 求10100101B/1111B 1.2.2 二进制数的逻辑运算 1. “与”运算 “与”运算是实现“必须都有,否则就没有”这种逻辑关系的一种运算。 运算符为“ ”, 其运算规则如下:00=0, 01=10=0, 11=1 例 5 若X=1011B, Y=100

16、1B, 求XY。 .即 XY=1001B 2. “或”运算 “或”运算是实现“只要其中之一有,就有”这种逻辑关系的一种运算, 其运算符为“+”。 “或”运算规则如下:0+0=0, 0+1=1+0=1, 1+1=1 例 6 若X=10101B, Y=01101B, 求X+Y。 101010110111101+即 X+Y=11101B 3. “非”运算 “非”运算是实现“求反”这种逻辑的一种运算，如变量A的“非”运算记作 。 其运算规则如下: A例 7 若A=10101B, 求 。 A 4. “异或”运算 “异或”运算是实现“必须不同, 否则就没有”这种逻辑的一种运算, 运算符为“ ”。其运算规则

17、是: 例 8 若X=1010B, Y=0110B, 求X Y。 101001101100即 X Y=1100B 1.4 数据在计算机中的表示 1.4.1 有符号数 计算机在数的运算中, 不可避免地会遇到正数和负数, 那么正负符号如何表示呢？由于计算机只能识别0和1, 因此, 我们将一个二进制数的最高位用作符号位来表示这个数的正负。 规定符号位用“0”表示正, 用“1”表示负。例如, X=-1101010B, Y=+1101010B, 则X表示为: 11101010B, Y表示为01101010B。 1. 原码 当正数的符号位用0表示, 负数的符号位用1表示, 数值部分用真值的绝对值来表示的二进

18、制机器数称为原码。 例如+115和-115在计算机中（设机器数的位数是8）其原码可分别表示为+115原= 01110011B; -115原= 11110011B 值得注意的是, 由于+0原=00000000B, 而-0原=10000000B, 所以数 0的原码不唯一。 8位二进制原码能表示的范围是: -127+127。 2. 反码 一个正数的反码, 等于该数的原码; 一个负数的反码,其符号位为1，数值位由它的正数的原码按位取反。 例如: X=+103, 则X反=X原=01100111B; X= -103, X原=11100111B, 则X反=10011000B。 值得注意的是, 由于+0反=0

19、0000000B, 而-0反=11111111B, 所以数 0的反码也不唯一。 8位二进制反码能表示的范围是: -127+127。 3. 补码 “模”是指一个计量系统的计数量程。如, 时钟的模为12。任何有模的计量器, 均可化减法为加法运算。仍以时钟为例, 设当前时钟指向11点, 而准确时间为7点, 调整时间的方法有两种, 一种是时钟倒拨4小时, 即11-4=7; 另一种是时钟正拨8小时, 即11+8=12+7=7。 由此可见, 在以12为模的系统中, 加8和减4的效果是一样的, 即 -4=+8（mod 12）对于n位计算机来说, 数X的补码定义为 即正数的补码就是它本身, 负数的补码是真值与模数相加而得。 例如, n=8时, +75补=01001001B -75补=10000000 B- 01001001B=10110111B 0补=+0补=-0补=00000000B 可见, 数0的补码表示是唯一的。在用补码定义求负数补码的过程中,