微机原理与接口技术.ppt

1、微机原理与接口技术 （基于16位机）,作 者 周佩玲 彭 虎 傅忠谦 中国科学技术大学,参考书目,1、微型计算机技术及应用，戴梅萼，清华大学出版社 2、80 x86 IBM PC及兼容计算机 -汇编语言、设计与接口技术 Muhammad Ali Mazidi，Janice Gillispie Mazidi 著，张波等译，清华 3、汇编语言、微机原理与接口技术，郑初华，电子工业出版社,研究对象： 80 x86 及其兼容计算机的基本 组成和工作原理； 微机与外设的基本接口技术。 学习目标：基本掌握微机的组成和工作 原理，建立整机概念，并对现 代高档微机有所了解和认识,第1章 计算机基本知识,绪论

2、计算机的发展概况 微型计算机中信息的表示及运算基础 几种进位制数之间的相互转换,11 绪 论,1946年世界上第一台电子计算机由美国宾夕法尼亚大学研制成功。尽管它重达30吨，占地170平方米，耗电140千瓦，用了18800多个电子管，每秒钟仅能做5000次加法. 这台计算机有五个基本部件：输入器、输出器、运算器、存储器和控制器，奠定了当代电子数字计算机体系结构的基础。,12 计算机的发展概况,一、计算机的发展概况 第一代：电子管计算机时代（19471957） 第二代：晶体管计算机时代（19581964） 第三代：集成电路计算机时代（19641972） 第四代：超大规模集成电路（VLSI）计算机

3、时代 （1972年 ）。 第五代：智能计算机（1981年 ）。,二、微处理器及微型计算机的发展概况 第一代微处理器是以Intel公司1971年推出的4004，4040为代表的四位微处理机。 第二代微处理机（1973年1977年），典型代表有：Intel 公司的8080、8085；Motorola公司的M6800以及Zlog公司的Z80。,二、微处理器及微型计算机的发展概况 第三代微处理机 第三代微机是以16位机为代表，基本上是在第二代微机的基础上发展起来的。其中Intel公司的8088。8086是在8085的基础发展起来的；M68000是Motorola公司在M6800 的基础发展起来的； 第

4、四代微处理机 以Intel公司1984年10月推出的80386CPU和1989年4月推出的80486CPU为代表 第五代微处理机的发展更加迅猛，1993年3月被命名为PENTIUM的微处理机面世，98年PENTIUM 2又被推向市场。,三、计算机编程语言的发展概况 机器语言 机器语言就是0，1码语言，是Von Neumann机唯一能理解并直接执行的语言。 汇编语言 用一些助记符号代替用0，1码描述的某种机器的指令系统，汇编语言就是在此基础上完善起来的。,三、计算机编程语言的发展概况 高级语言 BASIC，PASCAL，C语言等等。用高级语言编写的程序称源程序，它们必须通过编译或解释，连接等步骤

5、才能被计算机处理。 面向对象语言 C+，Java等编程语言是面向对象的语言。 基于规则的智能化语言 Visual C+、Visual Basic、等语言,微型计算机的特点,形小、体轻、功耗低 价格廉 结构简单、性能可靠 灵活性好、适应性强 与相应时期的大型机相比: 速度相对低 功能相对弱 在字长位数，内存容量，寻址方式，指令条数，中断级别，及内部寄存器数量等方面都不如大型机。,微型计算机的分类,1、按CPU的字长分类 4位微型计算机 ，如Intel 4004 8位微型计算机 ，如Intel 8080/8085， Motorola的M6800 16位微型计算机，如Intel 8086/8088，

6、 Motorola的M68000 32位微型计算机，如Intel 80386， 80486， Pentium 64位微型计算机，如Intel Itanium ， Sun Ultrasparc等,2、按构成分类: 单片机、单板机、多板机、微机套件、微机系统,单片机,将CPU、内存、I/O接口电路全部集成一块芯 片上，构成具备基本功能的计算机，称单片机。 特点：超小型、高可靠性、超低价格。 应用：智能仪表、工业实时控制、家用电器等。 产品：Intel 的8051、8096/8098系列 等。,将CPU、内存、I/O接口及其它辅助电路全部装 在一块印刷电路板上，组成单板机。 特点：结构简单、价格低廉

7、。 应用：过程控制、数据处理。 产品：如TP-801以Z80CPU为核心的单板机, 80年代各院校“微机原理”的实验机。,单板机,把CPU、内存、I/O接口芯片装在多块电路板上，各印刷板插在主机板的总线插槽上，通过系统总线连接起来，构成多板机。 产品：如STD总线工控机，IBM PC/XT、486机、Pentium机等, 90年代以来各院校“微机原理”和计算机硬件的实验机。,多板机,针对特定的用途，选用合适的微机组件（如CPU、存储器、接口电路或芯片等）专门设计的微型计算机 。,微机套件,微机系统,购买现成的微机系统。如IBM PC及其兼容机系统 。,3、按应用环境分类 单片机：如前述.。 个

8、人计算机：简称PC（Personal Computer）， 它是20世纪后期一种最重要的计算机模式。 工作站/服务器：工作站（Workstation）在这里 泛指供工程技术人员使用的工程工作站或图 形工作站。服务器（Server）则通指在计算 机网络中使用的各类服务器。 网络计算机：网络计算机（Network Computer 简称NC）是一种依赖于网络的微型计算机， 它不具备PC的高性能，但实现了较简单的 操作和较低的购买与维护价位。,13 微型计算机中信息的表示 及运算基础,一、二进制数的表示与运算 1、 二进制数的表示 二进制数仅有两个计数符号：0，1。 11010010=1+12+02

9、+12+02+02+12+02,2、二进制数的运算 （ 1）、算术运算 加法规则：“逢2进1” 减法规则：“借1当2” 乘法规则：“逢0出0，全1出1” （2）、逻辑运算 逻辑非（NOT）运算： 01，10,逻辑与（AND）运算 0 AND 0=00 AND 1=0 1 AND 0=01 AND 1=0 逻辑或（OR）运算 0 OR 0=00 OR 1=1 1 OR 0=11 OR 1=1 逻辑异或（XOR）运算，又称“模2和”运算 0 XOR 0=00 XOR 1=1 1 XOR 0=11 XOR 1=1,二、 二十进制（BCD）数的表示 与运算 1、二十进制数的表示 0 0000 5 01

10、01 1 0001 6 0110 2 0010 7 0111 3 0011 8 1000 4 0100 9 1001,2、二十进制数的加、减运算 BCD数的运算规则 循十进制数的运算规则“逢10进1”。但计算机在进行这种运算时会出现潜在的错误。为了解决BCD数的运算问题，采取调整运算结果的措施。,例： 10001000(BCD)+01101001(BCD)=000101010111(BCD) 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 调整 1 0 1 0 1 0 1 1 1 进位,例： 10001000(BC

11、D) 01101001(BCD)= 00011001(BCD) 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 0 调整 0 0 0 1 1 0 0 1,三、十六进制数的表示与运算 1、十六进制数的表示,十进制（D） 二进制（B） 二十进制（BCD） 十六进制（H） 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 1 2 0 0 1 0 0 0 1 0 2 3 0 0 1 1 0 0 1 1 3 4 0 1 0 0 0 1 0 0 4 5 0 1 0 1 0 1 0 1 5 6 0 1 1 0 0 1 1

12、0 6 7 0 1 1 1 0 1 1 1 7 8 1 0 0 0 1 0 0 0 8 9 1 0 0 1 1 0 0 1 9 10 1 0 1 0 A 11 1 0 1 1 B 12 1 1 0 0 C 13 1 1 0 1 D 14 1 1 1 0 E 15 1 1 1 1 F,2、十六进制数的加、减运算 加法运算：“逢16进1”。 减法运算：“借1当16”,四、 带符号二进制数的表示与运算 1、原码表示 正号“”和负号“”在计算机中只能用0和1表示， 我们用0表示“”号，用1表示“”号，并且符号放 在最高有效位。 一个8位的二进制表示一个带符号数，最高有效位D7位为符号位。 如：1表示为

13、： 0 0 0 0 0 0 0 1 B 127表示为：0 1 1 1 1 1 1 1 B 1表示为： 1 0 0 0 0 0 0 1 B 127表示为：1 1 1 1 1 1 1 1 B,2、补码表示法： 对1个正的二进制数的每位求反再加1，即可得在机器中表示的该数的负数，称2的补码表示法。在这种编码方式中，正数的补码就是该正数。以8位二进制为例，求一负数的补码。 例：1 0 0 0 0 0 0 0 1 每位求反 1 1 1 1 1 1 1 0 加 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1,表12 带符号数2的补码值表（8位） 十进制 十六进制（H） 2的补码值（B） 127 7 F 0 1

14、 1 1 1 1 1 1 100 6 4 0 1 1 0 0 1 0 0 3 3 0 0 0 0 0 0 1 1 2 2 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 F F 1 1 1 1 1 1 1 1 2 F E 1 1 1 1 1 1 1 0 100 9 C 1 0 0 1 1 1 0 0 128 8 0 1 0 0 0 0 0 0 0,3、带符号数的运算 带符号数在计算机中用其补码表示后，其运算方法与二进制运算相同，但也会出现其特有的问题。请看教材上的例题。,4、带符号数的符号扩展表示 对无符号数扩展，仅在其数据之

15、前加上若干位0即可；而带符号数的扩展实际是在高位补符号位。 如： 5的16位表示 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 5的16位表示 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1,五、 实型数的表示 一般8位和16位的微处理机都是基于定点运算，不具备通用计算机那样复杂的数值运算指令，浮点和长整数的运算要用软件处理，因而速度慢。80380、80486等CPU中配置了专门用于处理浮点运算的部件。浮点部件所处理的实型数（又称浮点数）。 形式是：(-1)S2E(b0b1b2.bp-1)。 其中S是符号位，0为正，1为负；E为指数（称阶码），是一个二进制整数

16、；bi为二进制有效数字位（称尾数），p为精度位数。,六、字符的编码表示 1、ASCII 码表示 所谓ASCII码（American Standard Code for Information Interchange），即美国标准信息交换码。它将数字09，字母A-Z和a-z以及一些运算符号等按标准进行二进制编码。 请看教材的表格。,2、汉字编码表示 为了能在不同的汉字系统之间互相通信、共享汉字信息。我国制定并推行一种汉字编码，称GB231280国家标准信息交换用汉字编码字符集（基本集），简称国标码。在国标码中，每个国形字符都规定了二进制表示的编码，一个汉字用二个字节编码，每个字节用7位二进制，高

17、位置为0。国标码在计算机中容易与ASCII混淆，在中西文兼用时无法使用。在若将国标码每个字节的高位置1，作为标示符，则可与ASCII码区分。这种汉字编码又称内部码。,14 几种进位制数之间的相互转换 一、 十进制整数到任意进制整数的转换 1、 十进制整数转换成其他进制整数 除R取余 R为基数 2、十进制小数转换成其他进制小数 乘R取整 R为基数,二、 任意进制整数到十进制整数 之间的转换 按权展开，先乘后加,三、 二进制数和十六进制数之间的 相互转换 1、二进制数转换成十六进制数方法： 将二进制数从右边开始每4位可分为1个十六进制数，左边不够4位则用0补充。 2、 十六进制整数转换成二进制数方法： 将每位十六进制数用4个二进制位表示即可。,四、带符号二进制数到十进制整数 之间的转换 如果符号位为0，则该数为正数，它可按位权展开；反之，符号位为1，它不能按正常位权那样展开。所以，对带符号二进制负数除符号位外，对二进制数求反加1后，再按位权展开并添上符号，才能将负的二进制数转换成十进制数。,微型计算机系统的组成,1、微型计算机系统的组成,微型计算机系统的组成图,2、微机系统硬件的组成及结构,（a）微机系统的硬件组成,微型计算机的应用及实例,1、科学计算 2、信息处理和事务管理 3、过程控制 4、仪器仪