微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)

第1章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)'''第1章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)'''11.1計(jì)算機(jī)中的數(shù)和數(shù)制

一、計(jì)算機(jī)中的數(shù)制表示:最簡(jiǎn)單,可靠；運(yùn)算規(guī)則最簡(jiǎn)單。（一）二進(jìn)制數(shù)特點(diǎn)：1．具有兩個(gè)不同的數(shù)字符號(hào)，即0和1。

2．逢二進(jìn)位。例如：111．11（二）十六進(jìn)制數(shù)特點(diǎn)：1．具有16個(gè)數(shù)字符號(hào)，采用0～9和A～F。

2．逢16進(jìn)位小數(shù)點(diǎn)左邊的權(quán)是16的正次冪小數(shù)點(diǎn)右邊的權(quán)是16的負(fù)次冪'''1.1計(jì)算機(jī)中的數(shù)和數(shù)制一、計(jì)算機(jī)中的數(shù)制'''2二進(jìn)制和十六進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換

1．十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制

2．二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)在機(jī)器中是用二進(jìn)制表示的，但是，一個(gè)二進(jìn)制數(shù)書寫起來(lái)太長(zhǎng)，且容易出錯(cuò)。我們?cè)跁鴮憰r(shí)用十六進(jìn)制來(lái)表示。

'''二進(jìn)制和十六進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換1．十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制'3二進(jìn)制編碼（一）二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制數(shù)較常用的是8421BCD碼，十進(jìn)制數(shù)的每一位是用四位二進(jìn)制編碼來(lái)表示的，因此，稱為二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制數(shù)（BCD一BinaryCodedDecimal）'''二進(jìn)制編碼（一）二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制數(shù)'''4例題將一個(gè)BCD碼為00111001的數(shù)轉(zhuǎn)化為十六進(jìn)制應(yīng)表示為___________H。'''例題將一個(gè)BCD碼為00111001的數(shù)轉(zhuǎn)化為十六進(jìn)制應(yīng)表示5（二）字母與字符的編碼

ASCII碼（AmericansStandardCodeforInformationInterchange美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼）（三）漢字的編碼國(guó)家根據(jù)漢字的常用程序定出了一級(jí)和二級(jí)漢字字符集，并規(guī)定了編碼，這就是中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)信息交換用漢字編碼'''（二）字母與字符的編碼'''6

二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算

（一）二進(jìn)制加法二進(jìn)制加法的規(guī)則為：①0+0=0②0+1=1+0=1③1+1=0進(jìn)位1④l＋1＋l=l進(jìn)位1

（二）二進(jìn)制減法二進(jìn)制減法的運(yùn)算規(guī)則為：①0一0＝0②1一1＝0③1一0＝1④0一1=1有借位'''二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算（一）二進(jìn)制加法'''7

（三）二進(jìn)制乘法

二進(jìn)制乘法的運(yùn)算規(guī)則為：①0*0＝0②0*1＝0③1*0＝1④1*1＝1

這是十分簡(jiǎn)單的，只有當(dāng)兩個(gè)1相乘時(shí)，積才為1，否則積為0。二進(jìn)制的乘法也與十進(jìn)制的類似：

（四）二進(jìn)制除法除法是乘法的逆運(yùn)算，與十進(jìn)制的類似'''

（三）二進(jìn)制乘法8帶符號(hào)數(shù)的表示方法

（一）

帶符號(hào)數(shù)：最高位為符號(hào)位：0表示正，1表示負(fù)（二）

原碼：（三）

反碼：正數(shù)的反碼與原碼同負(fù)數(shù)的反碼表示為它的正數(shù)的按位取反（包括符號(hào)位）特點(diǎn)：

1．“0”有兩種表示法。

2．－127～+127。

3．當(dāng)一個(gè)帶符號(hào)數(shù)由反碼表示時(shí)，最高位為符號(hào)位。當(dāng)符號(hào)位為0（即正數(shù)）時(shí)，后面的七位為數(shù)值部分；當(dāng)符號(hào)位為1（即負(fù)數(shù)）時(shí)，要按位取反，才表示它的二進(jìn)制值'''帶符號(hào)數(shù)的表示方法（一）

帶符號(hào)數(shù)：最高位為符9（四）補(bǔ)碼：正數(shù)的補(bǔ)碼與原碼同

負(fù)數(shù)的反碼表示為它的它的反碼加1特點(diǎn)：

1．“0”有一種表示法。

2．-128～+1273．當(dāng)一個(gè)帶符號(hào)數(shù)由補(bǔ)碼表示時(shí)，最高位為符號(hào)位。當(dāng)符號(hào)位為0（即正數(shù)）時(shí)，后面的七位為數(shù)值部分；當(dāng)符號(hào)位為1（即負(fù)數(shù)）時(shí)，要按位取反加1，才表示它的二進(jìn)制值

'''（四）補(bǔ)碼：正數(shù)的補(bǔ)碼與原碼同'''10已知原碼為00000001，則它的反碼是______________，補(bǔ)碼是_______________。已知原碼為11001001，則它的反碼是______________，補(bǔ)碼是_______________。'''已知原碼為00000001，則它的反碼是__________11

在計(jì)算機(jī)中，帶符號(hào)數(shù)一般都以補(bǔ)碼的形式在機(jī)器中存放和進(jìn)行運(yùn)算。關(guān)于補(bǔ)碼運(yùn)算'''

在計(jì)算機(jī)中，帶符號(hào)數(shù)一般都以補(bǔ)碼的形式在機(jī)器中存放和進(jìn)121.2微型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)

現(xiàn)在絕大多數(shù)計(jì)算機(jī)使用馮·諾依曼的結(jié)構(gòu)，也就是由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備5個(gè)部分組成。'''1.2微型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)現(xiàn)在絕大多數(shù)計(jì)算機(jī)使用馮·13微處理器

微處理器是用一片或少數(shù)幾片大規(guī)模集成電路組成的中央處理器（CPU，CentralProcessingUnit）。這些電路執(zhí)行控制部件和算術(shù)邏輯部件的功能。微處理器的基本組成部分有：寄存器堆、運(yùn)算器、時(shí)序控制電路以及數(shù)據(jù)和地址總線。微處理器能完成取指令、執(zhí)行指令以及與外界存儲(chǔ)器和邏輯部件交換信息等操作，是微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)算控制部分，它可與存儲(chǔ)器和外圍電路芯片組成微型計(jì)算機(jī)。'''微處理器微處理器是用一片或少數(shù)幾片大規(guī)模集成電路組成14微型計(jì)算機(jī)

微型計(jì)算機(jī)（Microcomputer）是指以微處理器為基礎(chǔ)，配以內(nèi)存儲(chǔ)器及輸入輸出（I/O）接口電路和相應(yīng)的輔助電路而構(gòu)成的裸機(jī)。把微型計(jì)算機(jī)集成在一個(gè)芯片上即構(gòu)成單片微型計(jì)算機(jī)（SingleChipMicrocomputer）。'''微型計(jì)算機(jī)微型計(jì)算機(jī)（Microcomput15微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

由微型計(jì)算機(jī)配以相應(yīng)的外圍設(shè)備（如打印機(jī)、顯示器、磁盤機(jī)和磁帶機(jī)等）及其它專用電路、電源、面板、機(jī)架以及足夠的軟件構(gòu)成的系統(tǒng)叫做微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（MicrocomputerSystem）。'''微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由微型計(jì)算機(jī)配以相應(yīng)的外圍設(shè)備16微型計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理一、微型計(jì)算機(jī)功能部件'''微型計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理一、微型計(jì)算機(jī)功能部件'''17''''''181、中央處理器

CPU微型計(jì)算機(jī)的核心部件，由運(yùn)算器、控制器組成運(yùn)算器運(yùn)算器進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、計(jì)算和處理控制器處理程序指令，并協(xié)調(diào)各邏輯部件按一定時(shí)序工作。'''1、中央處理器CPU微型計(jì)算機(jī)的核心部件，由運(yùn)算器、控制器19（1）算術(shù)邏輯單元ALU

運(yùn)算器的核心部件，執(zhí)行算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、移位、比較等各種數(shù)據(jù)處理的相關(guān)操作運(yùn)算器

'''（1）算術(shù)邏輯單元ALU 運(yùn)算器的核心部20特殊功能寄存器SFR累加器工作寄存器也叫通用寄存器，用來(lái)暫存ALU待處理的數(shù)據(jù)和中間結(jié)果。規(guī)定了特殊用途的寄存器，其內(nèi)容會(huì)影響計(jì)算機(jī)的工作方式和過(guò)程使用最頻繁的寄存器，配合ALU進(jìn)行各種數(shù)據(jù)處理（2）寄存器組

'''特殊功能寄存器SFR累加器工作寄存器也叫通用寄存器，用來(lái)暫存21（1）指令部件讀取程序指令、指令譯碼、修改程序指針控制器

'''（1）指令部件控制器 '''22指令寄存器IR指令譯碼器ID程序計(jì)數(shù)器PC存放當(dāng)前指令地址。CPU執(zhí)行程序時(shí)，先按PC給出的地址到存儲(chǔ)器取一條指令，PC自動(dòng)加1。CPU執(zhí)行完一條指令，再到存儲(chǔ)器取下一條指令，…。暫存當(dāng)前指令。指令操作碼送指令譯碼器。將每條指令譯碼變成控制電平'''指令寄存器IR指令譯碼器ID程序計(jì)數(shù)器PC存放當(dāng)前指令地址23（2）時(shí)序部件時(shí)鐘和內(nèi)部分頻電路。時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)過(guò)分頻，與指令譯碼信號(hào)組合，形成一定節(jié)拍的時(shí)序信號(hào)，控制各邏輯部件協(xié)調(diào)工作?？刂破?/p>

'''（2）時(shí)序部件控制器 '''241)PC給出當(dāng)前指令的存儲(chǔ)地址PC=程序存儲(chǔ)器地址

程序代碼0000H

指令代碼10001H

指令代碼20002H

指令代碼3…

N

指令代碼nPC=PC=2)CPU到存儲(chǔ)器取指令，PC自動(dòng)加13)指令譯碼器對(duì)指令譯碼，CPU執(zhí)行指令4)CPU到存儲(chǔ)器取指令，PC=PC+15)CPU執(zhí)行下一條指令，…CPU執(zhí)行程序的簡(jiǎn)要過(guò)程'''1)PC給出當(dāng)前指令的存儲(chǔ)地址PC=程序存儲(chǔ)器PC=PC=2252、存儲(chǔ)器位b(bit)：一個(gè)二進(jìn)制位，信息最小單位字節(jié)B(Byte)：8位為一個(gè)字節(jié)字長(zhǎng)W(WordLength)：一個(gè)字包含的二進(jìn)制位數(shù)'''2、存儲(chǔ)器位b(bit)：一個(gè)二進(jìn)制位，信息最小單位''26（1）存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器功能：存放程序和數(shù)據(jù)等信息存儲(chǔ)內(nèi)容：程序或數(shù)據(jù)的二進(jìn)制代碼存儲(chǔ)地址：存儲(chǔ)器每個(gè)單元的位置編號(hào)存儲(chǔ)器容量：指存儲(chǔ)單元的多少，如存儲(chǔ)器容量為1KB=1024×8位1KB存儲(chǔ)器地址

存儲(chǔ)內(nèi)容

010011010101101011…102310100111'''（1）存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器功能：存放程序和數(shù)據(jù)等信息1KB存儲(chǔ)器27存儲(chǔ)器讀：將信息從存儲(chǔ)器中讀入CPU存儲(chǔ)器寫：將信息從CPU寫到存儲(chǔ)器中

（2）存儲(chǔ)器的讀寫操作'''存儲(chǔ)器讀：將信息從存儲(chǔ)器中讀入CPU（2）存儲(chǔ)器的讀寫281KB存儲(chǔ)器地址

存儲(chǔ)內(nèi)容

010011010101101011…102310100111

CPU

地址內(nèi)容讀寫控制存儲(chǔ)器的讀寫操作B、發(fā)出讀寫控制時(shí)序信號(hào)，對(duì)選定單元進(jìn)行讀或?qū)慉、CPU先送出一個(gè)確定的單元地址給存儲(chǔ)器'''1KB存儲(chǔ)器地址內(nèi)容讀寫控制存儲(chǔ)器的讀寫操作B、發(fā)出29RAM：隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器。 能方便讀出和改寫信息，但失電后信息將不復(fù)存在。RAM常用作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，暫存各種現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)、運(yùn)算結(jié)果和正在調(diào)試的程序。ROM：只讀存儲(chǔ)器。

工作時(shí)從ROM中讀出信息，不能隨意改寫。斷電后信息不會(huì)丟失。ROM常用作程序存儲(chǔ)器，存放已調(diào)試好的固定程序和常數(shù)。（3）存儲(chǔ)器的分類'''RAM：隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器。ROM：只讀存儲(chǔ)器。

工作時(shí)從RO30注意

所謂的只讀和隨機(jī)存取都是指在正常工作情況下而言，也就是在使用這塊存儲(chǔ)器的時(shí)候，而不是指制造這塊芯片的時(shí)候。'''注意'''31程序存儲(chǔ)器：存放程序指令代碼，每個(gè)指令周期CPU自動(dòng)對(duì)程序存儲(chǔ)器讀操作。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器存放待處理數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀寫操作發(fā)生在CPU執(zhí)行程序的過(guò)程中。'''程序存儲(chǔ)器：'''323、I/O接口

I/O接口是聯(lián)系微型計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備的橋梁，每一臺(tái)外部設(shè)備必須通過(guò)I/O接口與計(jì)算機(jī)連接。

微型計(jì)算機(jī)有多種功能I/O接口：

PIO：并行I/O接口

SIO：串行I/O接口

CTC：定時(shí)計(jì)數(shù)器

ADC、DAC：A/D、D/A轉(zhuǎn)換器

INT：中斷輸入口

'''3、I/O接口 I/O接口是聯(lián)系微型計(jì)算機(jī)與外33二、微型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

微型計(jì)算機(jī)由大規(guī)模集成電路組成，其應(yīng)用系統(tǒng)一般也采用特定功能的大規(guī)模集成電路器件和組件。'''二、微型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)微型計(jì)算機(jī)由大規(guī)模集成電路組成34總線(Bus)

微型計(jì)算機(jī)各功能部件的連接線，各功能部件之間的公共信息通道。

總線寬度：總線上能并行傳送的二進(jìn)制位數(shù)。內(nèi)部總線

CPU或單片機(jī)芯片內(nèi)部各邏輯部件之間的信息傳輸線，通常為單總線結(jié)構(gòu)。1、微型機(jī)的總線結(jié)構(gòu)'''總線(Bus)1、微型機(jī)的總線結(jié)構(gòu)'''35外部總線指微型機(jī)各功能芯片之間的信息傳輸線。CPU或單片機(jī)芯片應(yīng)用系統(tǒng)的主要外部引線。系統(tǒng)總線

微機(jī)系統(tǒng)各邏輯功能板卡之間的信息傳輸線。通常為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)總線。'''外部總線'''36（3）控制總線CB

單向三態(tài)。傳送各種控制脈沖、聯(lián)絡(luò)、狀態(tài)電平等信號(hào)，使存儲(chǔ)器、I/O接口等部件協(xié)調(diào)工作?？刂瓶偩€的根數(shù)根據(jù)微型計(jì)算機(jī)控制功能的需要而定。1KB存儲(chǔ)器地址

存儲(chǔ)內(nèi)容

010011010101101011…102310100111

CPU

地址內(nèi)容讀寫控制'''（3）控制總線CB單向三態(tài)。傳送各種控制脈沖372、微型計(jì)算機(jī)總線的主要信號(hào)線（2）數(shù)據(jù)總線DB

雙向三態(tài)。傳送程序和數(shù)據(jù)的二進(jìn)制代碼。數(shù)據(jù)總線寬度一般與微型機(jī)的字長(zhǎng)相同。（1）地址總線AB

單向三態(tài)。傳送存儲(chǔ)器和I/O接口的地址信息。地址總線寬度決定計(jì)算機(jī)尋址空間(最大尋址)。MCS-51有16根地址總線，尋址空間216=64K=65536'''2、微型計(jì)算機(jī)總線的主要信號(hào)線（2）數(shù)據(jù)總線DB（1）地38''''''393、微處理器與外設(shè)之間數(shù)據(jù)傳送的三種方式（1）查詢結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但信息交換速度慢，CPU效率低，通常用來(lái)實(shí)現(xiàn)CPU與低速外設(shè)間的信息交換。（2）中斷 當(dāng)CPU需要輸入輸出時(shí)，若外設(shè)已準(zhǔn)備好，CPU就暫停原執(zhí)行的程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行輸入輸出任務(wù)，完成后，再繼續(xù)執(zhí)行原來(lái)的程序。中斷方式適用于隨機(jī)出現(xiàn)的服務(wù)（如：鍵盤、打印機(jī)）'''3、微處理器與外設(shè)之間數(shù)據(jù)傳送的三種方式（1）查詢'''40（3）DM