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微機原理及應用呂林濤 第一章.ppt

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微型計算機原理與接口技術電子信息與電氣工程學院呂林濤 主編本章內容提要:微型計算機系統的基本術語微型計算機系統的發展與分類微型計算機的系統組成 第一章 微型計算機概論1、本課程教學目的和任務 本課程為電子信息學院各專業的主干專業基礎課程。它的任務是使學生掌握微型計算機的基本原理和結構,匯編語言程序設計方法,內存擴展方法,I/O口與CPU數據交換方式及中斷技術。為專業技術課所需的微機知識打下良好的基礎。2、本課程的教學環節組成本課程由理論教學、實驗教學兩部分組成:理論教學 4學分 56學時 基礎理論課堂教學,配以習題的方式。實驗教學 8學時 驗證的方式。 3、本課程的學習方法 軟件與硬件的結合和交叉 前、后內容的結合和交叉4. 教材內容體系結構基本知識與基本概念計算機的基本結構與工作原理微處理器與微型計算機的概念微型計算機系統組成及其應用計算機中的數據表示、數制與編碼的應用8086微處理器微處理器內部結構存儲器和I/O組織總線周期與操作時序指令系統與匯編語言指令的概念與尋址方式8086指令系統介紹匯編語言格式、基本表達、偽指令介紹匯編語言源程序的建立、編輯、運行、調試匯編語言程序設計及其應用程序設計的方法和步驟順序程序、分支程序、循環程序、子程序的設計中斷調用程序設計輸入、輸出接口及相關的芯片8259A、 8237、8255串行通訊1.1微型計算機系統的基本術語 1.微處理器 2.微型計算機 微處理器MPU(microprocessor)也常稱為微處理機,它并不是微型計算機,它是微型計算機的核心部件。微處理器包括算術邏輯部件ALU(arithmetic logic unit)、控制部件CU(control unit)和寄存器組R(registers)3個基本部分和內部總線。 微型計算機MC(micro computer)是以微處理器為核心,由大規模集成電路制作的存儲器M、I/O(輸入/輸出)接口和系統總線組成。1.1 微型計算機系統的基本術語 3.微型計算機系統 4.接口 微型計算機系統(micro computer system)是以微型計算機為核心,再配以相應的外圍設備、電源、輔助電路和控制微型計算機工作的軟件而構成的完整的計算系統。 接口(interface)是微處理器與I/O的連接電路,是CPU與外界進行信息交換的中轉站。1.2 微型計算機系統的發展與分類 1.2.1微型計算機系統的發展 1.2.2微型計算機的分類1.2.1 微型計算機系統的發展 年代 CPU(中央處理器)1971~1972 Intel 4004 / 80081973~1977 Intel 80801978~1980 Intel 8086 / 80881981~1989 Intel 80286 / 803861990~至今 Intel 80386 / 80486 Pentium 586 Pentium Ⅱ Pentium Ⅲ Pentium Ⅳ1971年第1臺微型計算機誕生微型計算機的發展老式電腦IBM-PC586電腦Pentium多媒體電腦筆記本電腦掌上電腦等離子交互電腦顯示1.2.2 微機計算機的分類 按微型計算機組成分類 (1)多板機:微型計算機各組成部分裝配在多個印刷電 路板上的微型計算機 應用:如PC 機(臺式、便攜式、手持式) (2)個人微機(PC機):微型計算機各組成部分裝配在一個印刷電路板上的微型計算機 應用:用于教學、實驗等 (3)單片機:微型計算機的各組成部分集成在一個超大規模芯片上,稱之為單片微型計算機,簡稱單片機。 應用:廣泛用于測控系統、儀器儀表、工業控制、通信設備、家用電器等。因單片機廣泛用于嵌入式系統,亦被稱為微控制器(microcontroller)。1.2.2 微機計算機的分類 按微型計算機組成分類 (4)位片機:微型計算機的各組成部分以MC=MPU(ALU+R+CU)+M+I/O接口的形式,配套積木式組裝,字長、指令系統靈活、可變、易擴展。 應用:廣泛用于高速實時專用系統,如自控系統、武器系統、語音系統、高速外設等。位片機用多個位片組成任意字長的處理器。1.2.2 微機計算機的分類 按內部存儲器的組成分類 (1)普林斯頓機:程序和數據存于同一內存系統中,如通用微型計算機。 (2)哈佛機:程序和數據分存于嚴格區分的兩個內存系統中,如單片機,DSP等。 1.2.2 微機計算機的分類 按用途分類 (1)個人計算機(PC):通用微型機,體積小、價格低廉,主要為每次一人使用,用戶界面“友好”。又可分為臺式、便攜式、手持式。 (2)工作站(workstation):這里的工作站是指,具有完整的人機交互界面,集高性能的計算和圖形于一身,可配置大容量的內存和硬盤,I/O和網絡功能完善,使用多任務、多用戶操作系統的小型通用個人化的計算機系統。 1.3 微型計算機的系統組成 1.3.1微型計算機系統構成 1.3.2IBM PC/XT微機系統1.3.1 微型計算機的系統組成微型計算機系統是由硬件和軟件兩部分組成1.3.1 微機計算機系統構成 微型計算機硬件(1)主機 微處理器(CPU)。微處理器包括運算器、控制器和寄存器幾個部分。運算器可以完成算術運算和邏輯運算??刂破饔芍噶罴拇嫫?、指令譯碼器和一些時序控制電路組成??刂破鞲鶕噶畹囊?,對CPU內部和外部發出相應的控制信息,使微型機各部件協調地工作,完成指令要求的操作。CPU內部的寄存器用于存放運算過程中的數據。 存儲器(memory)。存儲器是微機的存儲和記憶部件,用以存放程序代碼和運算需要的數據。內存通常使用半導體存儲器。 輸入/輸出接口(I/O interface)。CPU要與很多外部設備進行數據傳送,必須通過輸入/輸出接口,所以輸入/輸出接口是CPU與外設之間的橋梁,這個接口也叫I/O適配器。1.3.1 微機計算機系統構成 微型計算機硬件(2)外部設備 外部設備主要指輸入設備和輸出設備。常用的輸入設備有鍵盤、鼠標、掃描儀、模數轉換器;常用的輸出設備有:顯示器、打印機、繪圖儀、數模轉換器。磁盤、磁帶既是輸入設備,又是輸出設備,而多數光盤是只讀的,只能做輸入設備。(3)總線  微型計算機主要是由微處理器、存儲器、I/O接口和I/O設備所組成的,這些部件使用系統總線連接起來。系統總線就是一組傳送信息的公共導線,分為3組,即地址總線AB(address bus)、數據總線DB(data bus)、控制總線CB(control bus)。AB傳送CPU發出的地址信息,是單向總線。DB在CPU與內存(I/O接口)之間傳送數據,是雙向總線。而控制總線CB是每一根起一種固定的作用。1.3.1 微機。省略部分。 IBM PC/XT為62芯總線。它與I/O槽的62線相連,62芯總線包括8位數據線(雙向),20位地址線,IRQ2~IRQ7中斷請求線,3位DMA控制線,4位電源線,3位地線以及存儲器和外設讀寫線,時鐘信號線等。1.3.2 IBM PC/XT微機系統2. IBM-PC/XT和外設的連接 配置一個基本系統,一般還需要一個I/O插槽放置多功能卡,它有軟盤驅動適配器和硬盤驅動適配器、打印機適配器、串口等,還有一個擴展槽插入彩色顯示適配器,還可用擴展槽插入其他外設接口。IBM PC/XT和外設的連接如圖所示。1.3.2 IBM PC/XT微機系統1.4 微型計算機中的數的編碼和字符的表示1.4.1 二進制1.4.2 二進制與十進制的互化1.4.3 八進制和十六進制 1.4.4 有符號數的表示方法1.4.5 定點數與浮點數1.4.6 計算機中的編碼返回本章首頁1.4.1 二進制在二進制計數系統中,表示數據的數字符號只有兩個,即0和1;大于1的數就需要兩位或更多位來表示;以小數點為界向前諸位的位權依次是20,21,22,…,向后依次為2-1,2-2,2-3,…;一個二進制數也可以通過各位數字與其位權之積的和來計算其大小。返回本節1.4.2 二進制與十進制的互化一個二進制的數向十進制轉化十分簡單,只要把它按位權展開相加即可。例如:(1011)2=1×23+0×22+1×21+1×20=(11)10十進制數轉化為二進制數時,整數和純小數的轉化方法不同,而一個既有整數部分又有小數部分的數,則須分成整數和小數兩部分分別轉化。例1.1 將十進制數47轉化為二進制形式。即 (47)10=(101111)2例1.2 將十進制數0.625轉化為二進制形式。即:(0.625)10= (0.101)2 返回本節1.4.3 八進制和十六進制例1.3 將八進制數327轉成二進制形式?!? 3→011     2→010     7→111  即 (327)8= (011010111)2例1.4 將二進制數11010001轉化成八進制形式?!    ?01→1     010→2     011→3  即 (11010001)2= (321)8例1.5 將十六進制數3A2F轉為二進制形式?!    ?→0011     A→1010     2→0010     F→1111即(3A2F)16= (0011101000101111)2例1.6 將二進制110011011轉化成十六進制形式?!    ?011→B     1001→9     0001→1  即 (110011011)2= (19B)16 返回本節1.4.4 有符號數的表示方法由于計算機只能識別0和1組成的數或代碼,所以有符號數的符號也只能用0和1來表示,一般用0表示正,用1表示負,但由于數值部分的表示方法不同,有符號數可有三種表示方法,分別叫做原碼、反碼和補碼。原碼表示的有符號數,最高位為符號位,數值位部分就是該數的絕對值。例如:假設某機器為8位機,即一個數據用8位(二進制)來表示,則:+23的原碼為 00010111-23的原碼為 10010111其中最高位是符號位,后7位是數值位。反碼表示的有符號數,也是把最高位規定為符號位,但數值部分對于正數是其絕對值,而對于負數則是其絕對值按位取反(即1變0,0變1)得到的。例如:+23的反碼為 00010111   -23的反碼為 11101000反碼表示的數字范圍同原碼。數字‘0’也有2個編碼表示。(+0)10=(00000000)2,(- 0)10=(11111111)2 補碼表示的有符號數,對于正數來說同原碼、反碼一樣,但負數的數值位部分為其絕對值按位取反后末位加1所得。例如:-23的補碼為11101001可以證明:兩個補碼形式的數(無論正負)相加,只要按二進制運算規則運算,得到的結果就是其和的補碼。即有:       [X+Y]補=[X]補+[Y]補  返回本節1.4.5 定點數與浮點數1.定點表示法2.浮點表示法1.定點表示法所謂定點表示法,是指計算機中小數點位置是固定不變的。根據小數點位置的固定方法不同,又可分為定點整數及定點小數表示法。前者小數點固定在數的最低位之后,后者小數點固定在數的最高位之前。設計算機的字長是8位,則上述兩種表示法的格式如下:2.浮點表示法所謂浮點表示法,是指計算機中的小數點位置不是固定的,或者說是“浮動”的。為了說明它是怎樣浮動的我們引入“階碼表示法”。對于任何一個二進制數N都可表示為:N=2±E×(±S)返回本節1.4.6 計算機中的編碼1.十進制數的編碼—BCD碼2.字符的編碼3.漢字的編碼1.十進制數的編碼—BCD碼計算機中采用二進制,但二進制書寫冗長,閱讀不便,所以在輸入輸出時人們仍習慣使用十進制。如果計算量不大,可采用二進制數對每一位十進制數字進行編碼的方法來表示一個十進制數,這種數叫做BCD碼。由于在機內采用BCD碼進行運算繞過了二進制、十進制間的復雜轉化環節,從而節省了機器時間。BCD碼有多種形式,最常用的是8421BCD碼,它是用4位二進制數對十進制數的每一位進行編碼,這4位二進制碼的值就是被編碼的一位十進制數的值。2.字符的編碼在計算機中除了數值之外,還有一類非常重要的數據,那就是字符,如英文的大小寫字母(A,B,C,…,a,b,c,…),數字符號(0,1,2,…,9)以及其他常用符號(如:?、=、%、+等)。在計算機中,這些符號都是用二進制編碼的形式表示,即每一個字符被賦予一個惟一固定的二進制編碼,為了統一,人們制定了編碼標準。目前,一般都是采用美國標準信息交換碼,它使用七位二進制編碼來表示一個符號,通常把它稱為ASCII碼。由于用七位碼來表示一個符號,故該編碼方案中共有128個符號(27=128),編號從 (0000000)2到(1111111)2 。3.漢字的編碼計算機要處理漢字信息,就必須首先解決漢字的表示問題。同英文字符一樣,漢字的表示也只能采用二進制編碼形式,目前使用比較普遍的是我國制定的漢字編碼標準GB2312-80,該標準共包含一、二級漢字6763個,其他符號682個,每個符號都是用14位(兩個7位)二進制數進行編碼,通常叫做國標碼。如“啊”的國標碼為1110000,1100001。新的國標漢字庫已包括兩萬多個漢字和字符。返回本節答案:1.34 21.25+15.4+21.25=57.91.35 若X、Y都是無符號數,用3位十六進制數表示,X=34AH,Y=08CH.X+Y=34AH+08CH=3D6HX-Y= 34AH-08CH=2BEH若X、Y是有符號數,都用3位十六進制數表示[X]補=34AH,[Y]補=F8CH,[-Y]補=074H[X+Y]補= [X]補+ [Y]補=34AH+F8CH=2D6H[X-Y]補= [X]補+ [-Y]補=34AH+ 074H =3BEH即:X+Y=[[X+Y]補]補=2D6H;X-Y=[[X-Y]補]補=3BEH
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第一章 微機 林濤 原理 應用
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