微机原理及接口技术01.ppt

1、微机原理与汇编语言,72总学时=56（上课） +16（上机）,微机 原理 及 接口 技术,课程介绍,典型机型：IBM PC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

2、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 IBM PC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 400440408008 第2代：中高档8位微机 Z80

3、、I8085、M6800，Apple-II微机 第3代：16位微机 8086808880286，IBM PC系列机,1.1.1 微型计算机的发展（续）,第4代：32位微机 8038680486PentiumPentium II Pentium III Pentium 4 32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

4、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

5、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DB CPU读操作时，外部数据通过数据总线送往CPU CPU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？,1.3 IBM PC系列机系统,16位IBM PC系列机是32位微机的基础,8088CPU,IBM PC机,IB

6、M PC/AT机,IBM PC/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RAM I/O接口控制电路 8259A、8253、8237A、8255等 I/O通道 62线的IBM PC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,1.3.4 I/O空间的分配,80 x86访问外设时，只使用低

7、16位A0A15，寻址64K个8位I/O端口 PC机仅使用低10位A0A9，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 Windows 2000,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

8、则：逢二进一。 例：10101011？ 1 0 1 0 + 1 0 1 1 1 0 1 0 1,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 = 3102 + 2 101 + 1 100 (101)2 = 122 + 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

9、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 = 2 r = 8 r = 10 r = 16 数符 0，1 0,1,7 0,1,9 0,1,9,A,B,C,D,E,F 位权 2i 8i 10i 16i 下标 B O D H,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 = 1102 + 0 101 + 1 1

10、00 (101)B = 122 + 0 21 + 1 20 = 4+0+1= (5)D (101)O = 182 + 0 81 + 1 80 = 64+0+1= (65)D (101)H = 1162 + 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 = 122 + 0 21 + 1 20 =4+0+1=(5)D (101)O =182 + 0 81 + 1 80 = 64+0+1=(65)D (101)H =1162 + 0161 +1160 =256+0+1=(25

11、7)D,不同进位制之间的转换,例如：(100)D( )B 2| 100 余数 2| 50 0(最低位) 2| 25 0 2| 12 1 2| 6 0 2| 3 0 2| 1 1 0 1 (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( )B 2. (25)D = ( )O 3. ( 19 )H = ( )D 4. (11001)B= ( )H,例如：(0.625)D=( )B 乘2取整： 整

12、数部分 0.625 2 1 .250 1 2 0 .500 0 2 1 .000 1 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 )

13、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,000 0 0000 0 1000 8 001 1 0001 1 1001 9 010 2 0010 2 1010 A 011 3 0011 3 1011 B 100 4 0100 4 1100 C 101 5 0101 5 1101 D 110 6 0110 6 1110 E 111 7 0111 7 1111 F,二

14、、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：(110 110.001 100 )B( 66.14 )O (12.34)O = ( 001 010.011 100 )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 = ( 0001 0000 1010 0001 )B (101 0111)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： 000011 1011110(

15、进位) 例：二进制数11011010？ 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 练习：求二进制数之和。 10001111+01100001=？ 减法同理。,答案：11110000,乘法运算法则： 0 000 10 1 001 11 举例：二进制数1101 1010？ 1 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 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

16、 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 10010110B110010111B 8位二进制补码表示的数值范围：-128+127 16位二进制补码表示的数值范围：-215+215-1

17、 32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-08HF8H 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 00111010B3AH，F2

18、H11110010B 十六进制数的加减运算类似十进制 逢16进位1，借1当16 23D9H94BEHB897H A59FH62B8H42E7H,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.

19、56可以表示为1040.123456;0.0004567可以表示为10-30.4567。 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：0D

20、H 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09：30H39H 大写字母AZ：41H5AH 小写字母az：61H7AH 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。 (American Standard Code for Information Interchange),Computer,01000011 01101111 01101101 01110000 01110101 01110100 01100101 01110010,7 6 5 4 3 2 1,BCD码（Binary C

21、oded Decimal）,二进制编码的十进制数 一个十进制数位09用4位二进制编码来表示 常用8421 BCD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：0100 1001 0111 1000.0001 0100 1001 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

22、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