微机原理课件第1章1.ppt

1、微机原理和接口技术王法社临沂大学理学院Email:：电话：15653972302课堂要求n不无故缺勤，不迟到，不早退有事请假n保持良好的课堂纪律和课堂秩序n学业成绩=平时成绩10%+期中成绩20% +主卷成绩70%n平时成绩采取百分制，主要由点名和课外作业。n考勤缺席1/3者不准参加期末考试3课程目标n掌握：n微型计算机的基本工作原理n汇编语言程序设计方法n微型计算机接口技术n建立微型计算机系统的整体概念，形成微机系统软硬件开发的初步能力4教材及实验指导书n教材：n微机原理与接口技术（第3版）. 冯博琴，吴宁主编. 清华大学出版社n实验指导书n微机原理与接口技术实验指导书（讲义） 陈文革，吴宁

2、，夏秦编. 西安交通大学n微机原理与接口技术题解及实验指导（第3版）. 吴宁，陈文革编. 清华大学出版社5第1章 微型计算机基础概论n主要内容：n微机系统的组成n计算机中的编码、数制及其转换n无符号二进制数的运算n算术运算和逻辑运算n运算中的溢出n机器数的表示及运算n基本逻辑门及译码器第1章 微型计算机基础概论n教学目的：n1、理解微机系统的结构n2、掌握计数制、两种编码的的表示方法和转换n3、掌握二进制数的算术运算和逻辑运算n4、理解补码的概念及运算7一、微型计算机系统n微型机的工作原理微型机的工作原理n微机系统的基本组成微机系统的基本组成冯诺伊曼体系结构 存储器存储器 运算器运算器 控制器

3、控制器 输出设备输出设备 输入设备输入设备冯诺伊曼体系结构 存储器存储器 运算器运算器 控制器控制器 输出设备输出设备 输入设备输入设备1. 输入设备：用于将输入设备：用于将程序程序（指令的集合，告诉计算机做什（指令的集合，告诉计算机做什么以及怎么做的工作步骤）和么以及怎么做的工作步骤）和数据数据从外界输入计算机（从外界输入计算机（存存储器储器），供计算机处理，主要任务是数字化。），供计算机处理，主要任务是数字化。冯诺伊曼体系结构 存储器存储器 运算器运算器 控制器控制器 输出设备输出设备 输入设备输入设备2. 存储器：是计算机的记忆装置，用于存放程序和数据。存储器：是计算机的记忆装置，用于存

4、放程序和数据。冯诺伊曼体系结构 存储器存储器 运算器运算器 控制器控制器 输出设备输出设备 输入设备输入设备3. 运算器：是计算机对数据进行加工处理的部件，完成加、运算器：是计算机对数据进行加工处理的部件，完成加、减、乘、除等减、乘、除等基本算术运算基本算术运算和与、或、非等和与、或、非等基本逻辑运算基本逻辑运算。冯诺伊曼体系结构 存储器存储器 运算器运算器 控制器控制器 输出设备输出设备 输入设备输入设备4. 控制器：用于控制计算机各部件协调工作。控制器从存储控制器：用于控制计算机各部件协调工作。控制器从存储器中取出器中取出指令指令（告诉计算机做什么以及怎么做）并根据指令（告诉计算机做什么以

5、及怎么做）并根据指令向有关部件发出控制命令。向有关部件发出控制命令。冯诺伊曼体系结构 存储器存储器 运算器运算器 控制器控制器 输出设备输出设备 输入设备输入设备5. 输出设备：用于将计算机的处理结果转换成外界能够识别输出设备：用于将计算机的处理结果转换成外界能够识别的文字、电压等信息并输出。的文字、电压等信息并输出。计算机的工作原理 冯冯诺依曼体系结构的主要特征：存储程序。诺依曼体系结构的主要特征：存储程序。 存储程序存储程序：事先编制好程序并将程序（指令的集合）事先编制好程序并将程序（指令的集合）和数据存入计算机的存储器中，计算机在运行时就能自和数据存入计算机的存储器中，计算机在运行时就能

6、自动、连续地从存储器中逐条取出指令并执行，因此，动、连续地从存储器中逐条取出指令并执行，因此，计计算机的工作过程就是运行程序的过程，也就是执行指令算机的工作过程就是运行程序的过程，也就是执行指令的过程。的过程。 指令：指示计算机执行特定操作（告诉计算机做什么指令：指示计算机执行特定操作（告诉计算机做什么以及如何做）的命令，以及如何做）的命令， 一条指令是计算机硬件可以执一条指令是计算机硬件可以执行的一步操作。行的一步操作。 计算机的工作原理 存储器存储器 运算器运算器 控制器控制器 输出设备输出设备 输入设备输入设备程序程序数据数据存操作存操作取操作取操作输输入入命命令令输输出出命命令令取取数

7、数存存数数取取命命令令取取指指令令运运算算命命令令运运算算状状态态结果结果计算机的工作原理 存储器存储器 运算器运算器 控制器控制器 输出设备输出设备 输入设备输入设备程序程序数据数据存操作存操作取操作取操作输输入入命命令令输输出出命命令令取取数数存存数数取取命命令令取取指指令令运运算算命命令令运运算算状状态态结果结果第一步：控制器发出输入命令启动输入设备将程序和数据第一步：控制器发出输入命令启动输入设备将程序和数据输入到计算机的存储器中。输入到计算机的存储器中。存储程序存储程序自动化自动化计算机的工作原理 存储器存储器 运算器运算器 控制器控制器 输出设备输出设备 输入设备输入设备程序程序数

8、据数据存操作存操作取操作取操作输输入入命命令令输输出出命命令令取取数数存存数数取取命命令令取取指指令令运运算算命命令令运运算算状状态态结果结果第二步：控制器发出取命令从存储器第二步：控制器发出取命令从存储器取出一条指令取出一条指令。计算机的工作原理 存储器存储器 运算器运算器 控制器控制器 输出设备输出设备 输入设备输入设备程序程序数据数据存操作存操作取操作取操作输输入入命命令令输输出出命命令令取取数数存存数数存存取取命命令令取取指指令令运运算算命命令令运运算算状状态态结果结果第三步：将读出的指令存储到控制器中；控制器第三步：将读出的指令存储到控制器中；控制器分析指令分析指令并向运算器发出相应

9、的运算命令。并向运算器发出相应的运算命令。计算机的工作原理 存储器存储器 运算器运算器 控制器控制器 输出设备输出设备 输入设备输入设备程序程序数据数据存操作存操作取操作取操作输输入入命命令令输输出出命命令令取取数数存存数数存存取取命命令令取取指指令令运运算算命命令令运运算算状状态态结果结果第四步：运算器从存储器中取出数据第四步：运算器从存储器中取出数据执行相应的操作执行相应的操作，并，并将结果存入存储器中（或暂存在运算器）。将结果存入存储器中（或暂存在运算器）。计算机的工作原理 存储器存储器 运算器运算器 控制器控制器 输出设备输出设备 输入设备输入设备程序程序数据数据存操作存操作取操作取操

10、作输输入入命命令令输输出出命命令令取取数数存存数数存存取取命命令令取取指指令令运运算算命命令令运运算算状状态态结果结果重复执行重复执行，即取指令，即取指令分析指令分析指令执行指令。执行指令。计算机的工作原理 存储器存储器 运算器运算器 控制器控制器 输出设备输出设备 输入设备输入设备程序程序数据数据存操作存操作取操作取操作输输入入命命令令输输出出命命令令取取数数存存数数存存取取命命令令取取指指令令运运算算命命令令运运算算状状态态结果结果指令：一个非常低级的操作，计算机所做的每一件事都被分指令：一个非常低级的操作，计算机所做的每一件事都被分解为一系列极其简单又极其快速的算术运算和逻辑运算。解为一

11、系列极其简单又极其快速的算术运算和逻辑运算。计算机的工作原理 存储器存储器 运算器运算器 控制器控制器 输出设备输出设备 输入设备输入设备程序程序数据数据存操作存操作取操作取操作输输入入命命令令输输出出命命令令取取数数存存数数存存取取命命令令取取指指令令运运算算命命令令运运算算状状态态结果结果第五步：控制器发出输出命令启动输出设备将计算机的处第五步：控制器发出输出命令启动输出设备将计算机的处理结果输出给用户。理结果输出给用户。计算机家族 在在冯冯诺依曼体系结构下，诺依曼体系结构下，计算机的定义计算机的定义：能够按照事：能够按照事先存储的程序，自动先存储的程序，自动、高速地对数据进行输入高速地对

12、数据进行输入、处理处理、输出和存储的系统。输出和存储的系统。 由于计算机技术的迅猛发展和应用领域的不断扩大，由于计算机技术的迅猛发展和应用领域的不断扩大，计算机已经成为一个庞大的家族。计算机已经成为一个庞大的家族。241. 计算机的工作原理冯 诺依曼计算机的工作原理 存储程序工作原理25冯 诺依曼机的工作过程内存中的程序内存中的程序指令指令1指令指令2指令指令n分析分析获取操作数获取操作数执行执行存放结果存放结果程序计程序计数器数器PC地址地址CPU取出取出操作数操作数将指令所在地址赋给程序计数器PC；PC内容送到地址寄存器AR，PC自动加1；把AR的内容通过地址总线送至内存储器，经地址译码器

13、译码，选中相应单元。CPU的控制器发出读命令。26冯 诺依曼机的工作过程n取一条指令的工作过程：n在读命令控制下，把所选中单元的内容（即指令操作码）读到数据总线DB。n把读出的内容经数据总线送到数据寄存器DR。n指令译码n因为取出的是指令的操作码，故数据寄存器DR把它送到指令寄存器IR，然后再送到指令译码器ID 微型计算机的工作过程计算1+2=?汇编语言程序对应的机器指令 对应的操作MOV AL, 110110000将立即数1传送到累加寄存器AL中00000001ADD Al, 200000100计算两个数的和，结果存放到AL中00000010MOV 0008, AL10100010将AL中的

14、数传送到地址单元00080000100100000000HLT11110100停机冯 诺依曼机的特点和不足n特点：n程序存储，共享数据，顺序执行n属于顺序处理机，适合于确定的算法和数值数据的处理。n不足：n与存储器间有大量数据交互，对总线要求很高；n执行顺序有程序决定，对大型复杂任务较困难；n以运算器为核心，处理效率较低；n由PC控制执行顺序，难以进行真正的并行处理。28292. 系统组成 主机 硬件系统 外设 微机系统 系统软件 软件系统 应用软件CPU存储器存储器输入输入/输出接口输出接口总线总线30微处理器n微处理器简称CPU，是计算机的核心。n主要包括： 运算器 控制器 寄存器组图1.

15、6 微处理器结构框图32存储器n定义：n用于存放计算机工作过程中需要操作的数据和程序。33有关内存储器的几个概念n内存单元的地址和内容n内存容量n内存的操作n内存的分类34内存单元的地址和内容n内存按单元组织n每单元都对应一个地址，以方便对单元的寻址1011011038F04H内存地址内存地址单元内容单元内容35内存容量n内存容量：n所含存储单元的个数，以字节为单位n内存容量的大小依CPU的寻址能力而定n实地址模式下为CPU地址信号线的位数36内存操作n读：n将内存单元的内容取入CPU，原单元内容不改变；n写：nCPU将信息放入内存单元，单元中原来的内容被覆盖。37内存储器的分类随机存取存储器

16、（RAM）只读存储器（ROM）按工作方按工作方式可分为式可分为n随机存取存储器随机存取存储器（RAM）又称读写存储器：又称读写存储器：随机存取：可以根据需要读写任意位置上的内容，而不像可以根据需要读写任意位置上的内容，而不像磁盘一样必须成块地顺序读写。磁盘一样必须成块地顺序读写。可读可写：随机存储器中的信息可以读出，也可以写入随机存储器中的信息可以读出，也可以写入。易失性：断电后储存的信息自动消失，是易失性存储器。断电后储存的信息自动消失，是易失性存储器。用途：用于存放当前正在使用的程序和数据。用于存放当前正在使用的程序和数据。n只读存储器只读存储器(ROM)：只读：信息在一般情况下只能读出，

17、不能写入和修改：信息在一般情况下只能读出，不能写入和修改非易失性：断电后原信息不会丢失，是非易失性存储器，：断电后原信息不会丢失，是非易失性存储器，用途：用来存放固定的程序和数据表格。：用来存放固定的程序和数据表格。39输入/输出接口n接口是CPU与外部设备间的桥梁CPUI/OI/O接口接口外外设设3 输入输出接口电路输入输出接口电路 介于计算机和外部设备之间的电路称为输入输出接口电路。介于计算机和外部设备之间的电路称为输入输出接口电路。微型计算机的接口普遍采用大规模集成电路芯片，大多数接口芯片微型计算机的接口普遍采用大规模集成电路芯片，大多数接口芯片是可编程的。是可编程的。40接口的分类串行

18、接口并行接口数字接口数字接口模拟接口模拟接口输入接口输入接口输出接口输出接口41接口的功能n数据缓冲寄存；n信号电平或类型的转换；n实现主机与外设间的运行匹配。n数据总线：用于传送数据信息，数据总线是双向总线。用于传送数据信息，数据总线是双向总线。n地址总线地址总线：用于发送内存地址和用于发送内存地址和I/OI/O接口的地址。接口的地址。n控制总线控制总线：传送各种控制信号和状态信号，使微型计算机传送各种控制信号和状态信号，使微型计算机各部件协调工作。各部件协调工作。n微型计算机采用标准总线结构，提高了微机系统的通用性微型计算机采用标准总线结构，提高了微机系统的通用性和可扩展性。和可扩展性。4

19、5软件系统n软件：n为运行、管理和维护计算机系统或为实现某一功能而编写的各种程序的总和及其相关资料。系统软件系统软件应用软件应用软件操作系统操作系统编译系统编译系统网络系统网络系统工具软件工具软件软件软件46二、计算机中的数制和编码n数制和编码的表示数制和编码的表示n各种计数制之间的相互转换各种计数制之间的相互转换471. 常用计数法 十进制（D） 二进制（B） 十六进制（H） 位位 二进制数二进制数 等值的一位等值的一位 十六进制数十六进制数 位位 二进制数二进制数 等值的一位等值的一位 十六进制数十六进制数000000000 0100010008 8000100011 1100110019

20、 9001000102 210101010A A001100113 310111011B B010001004 411001100C C010101015 511011101D D011001106 611101110E E011101117 711111111F F一一49例：n234.98D或（234.98）Dn1101.11B或（1101.11）BnABCD . BFH或（ABCD . BF） H进位计数制及其相互转换任何一个r进制数N可以表示为：1 -nmiiimm1100111n1nrKrKrKrKrK.rKN若r=10，则十进制数，其各位的权是以10为底的幂；若r=2，则是二进制数

21、，其各位的权是以2为底的幂；若r=8，则是八进制数，其各位的权是以8为底的幂，八进制中共有八个数码：0、1、2、3、4、5、6、7；若r=16，则是十六进制数，其各位的权是以16为底的幂，十六进制中共有16个数码：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F。为了明确表示一个数所采用的进位计数制，可以该数的后面加上下标 (B)、(O)、(D)、(H)，分别表示该数为二进制、八进制、十进制和十六进制512. 各种进制数间的转换非十进制数到十进制数的转换十进制到非十进制数的转换二进制与十六进制数之间的转换 52非十进制数到十进制数的转换n按相应的权值表达式展开n例：n1011.1

22、1B=123+022+121+120+12-1+ 12-2 =8+2+1+0.5+0.25 =11.75n5B.8H=5161+11160+816-1 =80+11+0.5 =91.553十进制到非十进制数的转换n到二进制的转换： 对整数：除2取余； 对小数：乘2取整。n到十六进制的转换： 对整数：除16取余； 对小数：乘16取整。例例 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。 最初得到的为最高有效数字, 最后得到的为最低有效数字。 例例 3 将（0.645)10转换成二、 八、 十六进制数。 故： (0.645)10=(0.10100)2=(0.51217)8=(0.A51EB)16 57二进制与十六进制间的转换n用4位二进制数表示1位十六进制数n例：n25.5 = 11001.1B = 19.8H n11001010.0110101B =CA.6AH583. 计算机中的编码nBCD码n用二进制编码表示的十进制数nASCII码n西文字符编码