微機原理與接口技術.ppt

課程的目的和性質,本課程以INTEL 8086CPU為核心，介紹16位微 型計算機的系統組成，工作原理，匯編語言程序 設計、常用I/O接口芯片結構，編程和應用舉 例，使學生在建立微型計算機工作的整體概念的 基礎上，掌握基本的微機接口技術，匯編語言程 序設計方法，在此基礎上提高軟硬件開發能力。,書名:微型計算機原理及接口技術 出版社: 中國科學技術大學出版社 作者: 周荷琴,吳秀清 版本: 第四版,教材,考核,平時成績（30）： 作業 出勤 課堂練習 考試成績（70）,答疑和反饋意見,每周一、周三、周五 3.4節 聯系方式：,參考資料,微型計算機系統原理及應用（第五版） 周明德 編著 清華大學出版社,第一章 緒論,第一節微型計算機的發展概況,一、計算機發展概況 二、微處理器發展概況,一、計算機發展概況,摩爾定律,摩爾預言，晶體管的密度每過18個月就會翻一番，這就是著名的摩爾定律。這 個 趨 勢 一 直 延 續 至 今 。 在 26 年 的 時 間 里 ， 芯 片 上 的 晶 體 管 數 量 增 加 了 3200 多 倍 ， 從 1971 年 推 出 的 第 一 款 4004 的 2300 個 增 加 到 奔 騰 II 處 理 器 的 750 萬 個 。,二、微處理器發展概況,第一代微處理器是以Intel公司1971年推出的4004，4040為代表的四位微處理機。 第二代微處理機（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。 第三代微處理機 第三代微機是以16位機為代表，基本上是在第二代微機的基礎上發展起來的。其中Intel公司的8086、 Motorola公司的M68000。 第四代微處理機 以Intel公司1984年10月推出的80386CPU和1989年4月推出的80486CPU為代表， 第五代微處理機的發展更加迅猛，1993年3月被命名為PENTIUM的微處理機面世，98年PENTIUM 2又被推向市場。,第二節 微型計算機系統 一、微處理器、微型機計算機、微型計算機系統 二、總線 三、單片機、單板機、嵌入式系統（SOC）,一、微處理器、微型機計算機、微型計算機系統,1.微處理器(CPU) ALU： 完成算術運算 、邏輯運算 邏輯控制部分：負責對整機的控制，協調各部件工作 累加器、寄存器：存放參加運算的數據、結果、地址 指令指針（程序計數器）：指向下一條要執行的指令的偏移地址 內部總線,2.微型計算機 CPU 存儲器：存放程序和數據 輸入輸出接口：用于將外部設備與CPU和存儲器相連接 系統總線：CPU向存儲器及接口電路提供地址、數據及控制信息的通路,ROM 只讀存儲器 RAM 隨機讀寫存儲器,存 儲 器,I/O 接 口,輸 入 設 備,I/O 接 口,地址總線 AB,輸 出 設 備,C P U,數據總線 DB,控制總線 CB,I/O 接 口,AB: Address Bus，DB: Data Bus，CB: Control Bus,3.微型計算機系統 微型計算機 輸入輸出設備 系統軟件,二、總線,總線：計算機系統中，各個部件之間傳送信息的 通路 內部總線 元件級總線 局部總線,內部總線：微處理器內部各部件之間傳送 信息的通路 單總線 雙總線 三總線,元件級總線：連接計算機系統中兩個主要 部件的總線 元件級總線采用三總線：地址總線、數據總線、控制總線 地址總線：用于CPU向存儲器或I/O端口傳送地址 數據總線：CPU與存儲器及外設交換數據的通路 控制總線：用來傳送控制信息,局部總線：CPU總線、元件級總線 局部總線用于多處理器系統,單片機 單板機、 嵌入式系統（SOC）,第三節 計算機數據格式,一、 數制 二、 計算機中帶符號數的表示方法 三、 計算機中數的小數點表示方法 四、 常用的二進制編碼 五、 基本邏輯電路,一、數制 1. 進位計數制 如：10011101B 1234/1234D 572Q 2F0AH 123.45=110221013100410-1510-2,2.二進制 計算機內部,采用二進制,因為: .容易實現 .算術四則運算規則簡單 .可進行二值邏輯運算,3.各進制之間的轉換舉例 1、任意進制數十進制數 例：325.7Q=38228158078-1=213.875 58.CAH=516181601216-11016-2=88.789 1110.101B=123122121020 12-1 12-3 =14.625 2、十進制數任意進制數 例：將十進制數25.625轉換為二進制數。 2 25 余數 整數 2 12 K0=1 0.6252=1.25 k-1=1 2 6 K1=0 0.252=0.5 k-2=0 2 3 K2=0 0.52=1 k-3=1 2 1 K3=1 0 K4=1 故25.625對應的二進制數為11001.101B,3、二進制、八進制、十六進制之間的轉換 例：1100010.1101111B=142.674Q 1100010.1101111B=62.DEH 142.674Q=001100010.110111100B 4F5.C2H=010011110101.11000010B,二、 計算機中帶符號數的表示方法 幾個概念: 無符號數 帶符號數 機器數 真值 機器數的三種表示方法: 原碼表示法 反碼表示法 補碼表示法,1.原碼表示法 數的最高位表示數的符號，數值部分是數的絕對值，也稱真值，這種表示法稱為原碼表示法。 1）對于正數： 符號位用0表示，數字位同真值。 2）對于負數： 符號位用1表示，數字位同真值。 例 x+91+10l1011B x原=01011011B 例 y-91-1011011B y原=11011011B “0”的表示：+0原=00000000B -0原=10000000B 對于8位機，原碼可表示的數的范圍：-127+127,2.反碼表示法 數的最高位表示數的符號，數值部分對于正數同真值，對于負數是真值各位取反，這種表示法就叫反碼表示法。 1）對于正數： 符號位用0表示，數字位同真值。 2）對于負數： 符號位用1表示，數字位為真值按位取反。 例 x+91+10l1011B x反=01011011B 例 y-91-1011011B y反=10100100B “0”的表示：+0反=00000000B -0反=11111111B 對于8位機，反碼可表示的數的范圍：-127+127,3.補碼表示法 1）對于正數： 符號位用0表示，數字位同真值。 2）對于負數： 符號位用1表示，數字位為它的反碼末位加1。 例 x+91+10l1011B x補=01011011B 例 y-91-1011011B y補=10100100B+1=10100101B 例 x+8+0001000B x補=00001000B 例 y-8-0001000B y補=11110111B+1=11111000B 從這兩個例子中得到如下規律：對一個數的補碼連同符號位在內求反加1，即為其相反數的補碼。 例 已知+X補=01000110B， 則-X補=? -X補=10111010B “0”的表示：+0補=00000000B -0補=00000000B 對于8位機，補碼可表示的數的范圍：-128+127,4.計算機引入補碼的好處 引入補碼,可以使減法運算轉化為加法運算，簡化了運算器的線路設計。 在計算機中， 減法可以通過加補碼來實現； 乘法除法可以通過一系列移位相加來實現； 因此，計算機中只需要一個加法器就可完成運算。,5.補碼運算 補碼加法規則：X+Y補=X補+Y補 補碼減法規則：X-Y補=X補+-Y補 例： x=28 ,y=-73 x+y補=-45補=11010011B x補+y補=28補+（-73）補=00011100B+10110111B=11010011B x-y補=101補=01100101B x補-y補=28補+73補=00011100B+01001001B= 01100101B,三、計算機中數的小數點表示方法 一個二進制數1010.01B可表示為: 1010.01B=240.101001B 那么,任意一個二進制數N,可表示為: N=2jS j-階碼, 指明小數點的位置。 s-尾數, 表示數N的全部有效數字。（1/2S1） 對任何一個數，若階碼j總是固定不變的，則把這種表示法稱為數的定點表示。 如果階碼j可以取不同的值，則把這種表示稱為數的浮點表示。,1. 定點表示 若定點計算機的階碼j0，則該定點數只能是小數，其表示的格式為: 若定點計算機的階碼j31，則該定點數只能是整數，其表示的格式為:,S,1 0,31,32位機,小數點,2. 浮點表示 階符 階碼 數符 . 數碼,四、 常用的二進制編碼 1.BCD碼（二進制編碼的十進制數） 每一位十進制數用4位二進制編碼來表示。 如： (12)BCD=00010010B *BCD碼不是二進制數，比如 12=00001100B 2.ASCII碼（二進制編碼的符號） 采用7位二進制碼對一個字符進行編碼，可表示128個字符，每個ASCII碼在機器中占1個字節，最高位常為0。 當作符號的數字09的ASCII碼：30H39H 字母A