微機原理與接口技術(shù)第章微型計算機概述課件上課講義

微機原理與接口技術(shù)第1章微型計算機概述教案第1章微型計算機概述1.1微型計算機1.2微機的軟件基礎(chǔ)1.3微機的結(jié)構(gòu)特點習(xí)題例微型計算機

——微型化的電子計算機電子計算機的基本組成存儲器輸入設(shè)備輸出設(shè)備控制器運算器CPU數(shù)據(jù)流控制流微處理器、微機、微機系統(tǒng)◆微處理器（MP，Microprocessor），也稱為CPU或MPU。微處理器是由算術(shù)邏輯部件（ALU）、控制部件（CU）、寄存器（R）組、片內(nèi)總線等部分組成的大規(guī)模集成電路芯片?！粑⑿陀嬎銠C（MC，Microcomputer，簡稱微機）是以微處理器為核心，配上大規(guī)模集成電路的半導(dǎo)體存儲器、輸入和輸出接口電路，以及相應(yīng)的輔助電路?！粑⑿陀嬎銠C系統(tǒng)（MCS，MicrocomputerSystem）是以微型計算機為主體，配上一定規(guī)模的系統(tǒng)軟件和外部設(shè)備構(gòu)成。微型計算機的組成硬件微型計算機微處理器ALU，CU，R，....內(nèi)存儲器ROM，RAMI/O接口并行I/O，串行I/O，....系統(tǒng)總線AB，DB，CB外圍設(shè)備外部設(shè)備鍵盤，CRT，存儲器，....過程通道A/D，D/A，開關(guān)量I/O，....電源軟件系統(tǒng)軟件監(jiān)控程序，操作系統(tǒng)，編譯程序，....程序設(shè)計語言機器語言，匯編語言，C語言，....應(yīng)用軟件軟件包，數(shù)據(jù)庫，....微機的分類及其應(yīng)用微機的分類:

◆

微機系統(tǒng)是以微處理器字長作為微機的分類標準?！粑C一般分為4位、8位、16位、32位微機等。微機的應(yīng)用特點:

◆形小、體輕、功耗低 ◆性能可靠 ◆價格便宜 ◆結(jié)構(gòu)靈活，適應(yīng)性強 ◆應(yīng)用面廣微機中的數(shù)制十進制二進制十六進制數(shù)碼0~90，10~9，A~F基(或模)10216進位原則逢十進一逢二進一逢十六進一位權(quán)值10i2i16i位值規(guī)則通項公式N=∑Di×10i

i=n-1~-mN=∑Bi×2i

i=n-1~-mN=∑Hi×16i

i=n-1~-m數(shù)制后綴符號D或者省略BH數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換◆2#數(shù)和16#數(shù)之間的相互轉(zhuǎn)換

11000001B=1100

0001B=0C1H 7F2AH=0111

1111

0010

1010B=0111111100101010B如果有小數(shù)，以小數(shù)點為界，對整數(shù)、小數(shù)轉(zhuǎn)換。 01011101.01B=0101

1101.0100B=5D.4H◆2#/16#數(shù)轉(zhuǎn)換成10#數(shù)

1010110B=1×26+1×24+1×22+1×2=64+16+4+2=86 4D.8H=4×16+13+8×16-1=64+13+0.5=77.5數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換◆10#數(shù)轉(zhuǎn)換成2#/16#數(shù)

10#整數(shù)→2#/16#數(shù)的轉(zhuǎn)換：

采用“除基取余法”，即除以基數(shù)（2/16）取余數(shù)法。 233D=0E9H（除以16取余數(shù)） 233D=11101001B（除以2取余數(shù)）10#小數(shù)→2#/16#數(shù)的轉(zhuǎn)換：

采用“乘基取整法”，即乘以基數(shù)（2/16）取整數(shù)法。 0.25D=0.01B=0.4H 0.5D=0.1B=0.8H 0.625D=0.101B=0.AH 0.75D=0.11B=0.CH字符信息編碼

◆BCD碼（BinaryCodedDecimal）

十進制數(shù)0~9的二進制編碼，分別用0000~1001表示。 計算機常用一個字節(jié)存放2位BCD碼（壓縮BCD碼）。 例如，10000000B（80H），壓縮BCD碼數(shù)解釋為80

01001001B（49H），壓縮BCD碼數(shù)解釋為49◆ASCII碼（AmericanStandardCodeforInformationInterchange） 計算機字符信息交換標準碼，共128個，用7位編碼（27）表示。

計算機常用一個字節(jié)存放一個ASCII碼（D7位恒為0）。 例如，0~9的ASCII碼30H~39H；A~Z的ASCII碼41H~5AH； a~z的ASCII碼61H~7AH；空格的ASCII碼20H…..

◆機器數(shù)（有窮數(shù)位）表示字節(jié)（8位）數(shù)，可表示256個數(shù)

字（16位）數(shù)，可表示65536個數(shù)◆無符號數(shù)字節(jié)數(shù)：0~255（0~0FFH）字數(shù)：0~65535（0~0FFFFH）

◆有符號數(shù)（原碼/補碼表示）字節(jié)數(shù)：-128~127字數(shù)：-32768~32767（整）數(shù)的表示有/無符號字節(jié)數(shù)范圍

11111111….….…100000011000000001111111….….…000000100000000100000000111111111111111011111101….….…100000011000000001111111….….…0000000100000000無符號數(shù)255….

129128127….2

10有符號數(shù)-1-2-3….

-127-128有/無符號數(shù)表示◆無符號數(shù)是正數(shù)，無需符號表示，所有數(shù)位都是數(shù)值數(shù)位。n位無符號數(shù)N的數(shù)值范圍是0≤N≤2n-1?！粲蟹枖?shù)的符號用一位二進制數(shù)碼（正數(shù)0，負數(shù)1）表示，即符號數(shù)值化表示。

原碼（符號-絕對值）表示法： 用其最高有效位作為數(shù)的符號位（Sf），其余位為數(shù)值位。補碼表示法：

正數(shù)補碼同原碼表示。 負數(shù)補碼是將它對應(yīng)的正數(shù)，連同符號位一起按位取反，再在最末數(shù)位上加1，即“按位取反+1”。求補碼的方法◆

n位補碼數(shù)N的數(shù)值范圍：-2n-1≤N≤2n-1-1。

例如，字節(jié)數(shù)（8位）補碼范圍：-128~127 字數(shù)（16位）補碼范圍：-32768~32767

◆求X補碼（n位）的方法：

X為正數(shù)：求X的原碼（n位）。

X為負數(shù)：求X對應(yīng)正數(shù)的原碼（n位），然后“按位取反”，并在最末位+1，即，相當于做了一個n位的0-X運算。 例如：+127的補碼（同原碼），01111111 -127的補碼，01111111按位取反+1，即10000001例如：+1000011（+67） -111000（-56）◆

原碼：數(shù)符（Sf）—絕對值（8位）01000011（+67） 10111000（-56）

◆反碼：正數(shù)同原碼，負數(shù)的數(shù)值位“按位取反”（8位）01000011（+67） 11000111（-56）

◆補碼：正數(shù)同原碼，負數(shù)的數(shù)值位“按位取反+1”（8位）01000011（+67） 11001000（-56）原碼，補碼表示例D7~D016#數(shù)無符號數(shù)有符號數(shù)（補碼）壓縮BCD碼ASCII碼0100000141H656541A0110010064H10010064d01111111

7FH127127非法碼<DEL>10000000

80H128-12880非法碼1001010195H149-10795非法碼10011100

9CH156-100非法碼非法碼11111111

0FFH255-1非法碼非法碼8位二進制數(shù)/碼表示例微機的基本運算◆計算機的基本運算有算術(shù)運算和邏輯運算，由算術(shù)/邏輯運算部件ALU完成。◆邏輯運算：有反（非）運算、與（∧）運算、或（∨）運算、異或（⊕）運算。對于多位二進制變量的邏輯運算是“按位”運算的，即各對應(yīng)位分別進行邏輯運算?！羲阈g(shù)運算：計算機中的四則運算最終簡化為加/減法運算。ALU的核心電路是加法器，實現(xiàn)的是補碼加法運算（不需要判斷正/負號，符號位和數(shù)值位一起參加運算，能自動得到正確的補碼結(jié)果，除非出現(xiàn)數(shù)值溢出錯誤）。［X±Y］補碼=［X］補碼+［±Y］補碼

補碼加/減法運算例◆41+27=68 00101001+00011011=01000100◆41-27=41+（-27）=14 00101001+11100101=00001110◆-41+27=（-41）+27=-14 11010111+00011011=11110010◆-41-27=（-41）+（-27）=-68 11010111+11100101=10111100指令和指令系統(tǒng)

◆指令——計算機能直接執(zhí)行的基本操作命令?！糁噶钕到y(tǒng)——計算機能執(zhí)行的全部指令的集合，稱為該計算機的指令系統(tǒng)?！舫绦颉軐崿F(xiàn)一定功能的指令序列。用匯編語言/高級語言描述的程序為源程序?！魠R編語言源程序的一條指令語句對應(yīng)著一條執(zhí)行指令。◆匯編語言指令語句由操作（碼）符和操作數(shù)兩部分組成?！舨僮鞣赋鏊獔?zhí)行的操作功能，用英文詞縮寫描述?！舨僮鲾?shù)——指出指令操作的數(shù)據(jù)（操作對象）。匯編語言程序◆計算機程序設(shè)計的語言系統(tǒng):

機器語言（2#代碼語言，執(zhí)行指令序列）

匯編語言（符號機器語言） 高級語言◆匯編語言程序是用助記符號描述的，一一對應(yīng)機器語言的符號指令序列，便于閱讀、書寫和記憶?！魠R編語言程序必須經(jīng)過“匯編過程”，變成機器語言程序（目標程序）才能被執(zhí)行?！魠R編過程是“一對一”的翻譯過程?！敉ㄟ^匯編語言程序設(shè)計，可以直接利用“硬件”，高效地使用計算機實現(xiàn)控制。匯編語言程序設(shè)計過程源文件（例：EX1.ASM）執(zhí)行文件（例：EX1.EXE）目標文件（例：EX1.OBJ）執(zhí)行編輯程序匯編程序連接程序調(diào)試程序匯編語言程序設(shè)計的系統(tǒng)軟件◆編輯程序

EDIT.EXE/記事本◆匯編程序

MASM.EXE/TASM.EXE◆連接程序

LINK.EXE/TLINK.EXE

◆調(diào)試程序

DEBUG.EXE/TD.EXE

*上述系統(tǒng)軟件是在MS-DOS環(huán)境下使用！微機的總線結(jié)構(gòu)◆

微機的核心部件是微處理器?！粑C的總線是指微機主板或單板機上以微處理器芯片為核心的、芯片與芯片之間的連接總線，稱為系統(tǒng)總線?！粝到y(tǒng)總線好似微機系統(tǒng)的“中樞神經(jīng)”，把微處理器、存儲器和I/O接口電路（外部設(shè)備與微型計算機相連的協(xié)調(diào)電路）有機地連接起來，所有的地址、數(shù)據(jù)和控制信號都經(jīng)過總線傳輸?！粝到y(tǒng)總線分為三類總線，即數(shù)據(jù)總線（DB）、地址總線（AB）、控制總線（CB）。微機總線結(jié)構(gòu)示意圖I/O接口微處理器存儲器數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB地址總線AB外部設(shè)備引腳的功能復(fù)用◆隨著微機字長和尋址能力的增加，微處理器的引腳需要的越來越多。又由于工藝技術(shù)和生產(chǎn)成本的考慮，大規(guī)模集成電路芯片的封裝尺寸和引腳數(shù)目受到限制?！粑C采用引腳功能復(fù)用技術(shù)，即把一個引腳設(shè)計成由多個功能“共用”的引腳，即讓各個功能“分時”使用該引腳，所以也稱為引腳分時復(fù)用?！魹榱藚^(qū)分引腳各個功能，需要有相應(yīng)的輔助電路，實現(xiàn)分時控制邏輯。所以，引腳功能復(fù)用技術(shù)是以延長信息傳輸時間，增加系統(tǒng)的復(fù)雜性為代價的。流水線技術(shù)

◆流水線技術(shù)就是一種同步進行若干操作的處理方式。這種方式的操作過程類似于工廠的流水線作業(yè)裝配線，故形象地稱之為流水線技術(shù)?！袅魉€技術(shù)的實現(xiàn)除了必須增加硬部件外，要保證流水線有良好性能，必須要有一系列有效的技術(shù)支持，如，流水線協(xié)調(diào)管理技術(shù)和避免阻塞技術(shù)等?！袅魉€技術(shù)已廣泛應(yīng)用于16位以上的微機系統(tǒng)，主要目的是加快取指令和訪問存儲器等操作，有指令流水線技術(shù)、運算操作流水線技術(shù)、尋址流水線技術(shù)等一系列應(yīng)用。微機中常用的數(shù)字部件◆三態(tài)門電路：微機總線結(jié)構(gòu)中廣泛采用三態(tài)門電路把部件與總線相連，使掛接在系統(tǒng)總線上的功能部件既要“共享”總線通道，又要避免總線沖突和信息串擾?！魯?shù)據(jù)緩沖器：由雙向三態(tài)門構(gòu)成的數(shù)據(jù)緩沖器，也稱為數(shù)據(jù)驅(qū)動器，或數(shù)據(jù)收/發(fā)器?！魯?shù)據(jù)鎖存器：由D觸發(fā)器和單向三態(tài)門構(gòu)成的帶緩沖的數(shù)據(jù)鎖存器。◆譯碼器：是根據(jù)輸入的組合狀態(tài)得到惟一的輸出有效信號的電路，廣泛運用在存儲器單元和I/O設(shè)備的尋址選擇中。n位2#數(shù)有2n個編碼組合，所以，有n個輸入端的譯碼電路，有2n個輸出端，稱為n-2n譯碼器。三態(tài)門電路◆掛接在微機系統(tǒng)總線上的功能部件既要“共享”總線通道，又要避免總線沖突和信息串擾。微機總線結(jié)構(gòu)中廣泛采用三態(tài)門電路把部件與總線相連?！羧龖B(tài)門有較高的輸入阻抗和較低的輸出阻抗，可以改善傳輸特性，故對傳輸數(shù)據(jù)起到緩沖作用，同時能對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行功率放大，具有一定的增強數(shù)據(jù)驅(qū)動能力。

EABE2E1AB

E=1B=AE1=1B=AE=0B高阻態(tài)E2=1A=B（斷開）E1=E2=0A、B斷開

單向三態(tài)門

雙向三態(tài)門數(shù)據(jù)緩沖/驅(qū)動器

Intel8286（74LS245）是由8位雙向三態(tài)門構(gòu)成的雙向數(shù)據(jù)緩沖/驅(qū)動器（數(shù)據(jù)收/發(fā)器）。

A0~A7，B0~B7：雙向數(shù)據(jù)端口。

OE：輸出允許信號，低電平有效。

T：傳送方向控制信號。當T=1，數(shù)據(jù)A→B傳送，當T=0，數(shù)據(jù)B→A傳送。A1A2A3A4A5A6A7A0B1B2B3B4B5B6B7B0TOE≥1≥1數(shù)據(jù)鎖存器

Intel8282（74LS373）是8位帶有單向三態(tài)緩沖器的數(shù)據(jù)鎖存器。

DI0~DI7、DO0~DO7：分別是8位數(shù)據(jù)輸入、輸出端。

STB：輸入選通信號，高電平有效。OE：輸出允許信號，低電平有效。DO0OEDO1DO2DO3DO4DO5DO6DO71DQCLKDI0DI1DI2DI3DI4DI5DI6DI7STB1譯碼器

Intel8205（74LS138）是微機系統(tǒng)廣泛運用在存儲器和I/O設(shè)備尋址的3-8譯碼器。◆A2,A1,A0

(C,B,A)：3個輸入端，有000～111的8種輸入組合狀態(tài)?！鬥0～Y7：8個輸出端，譯碼器工作時， 只有一個Yi輸出低電平有效?！鬍3,E2,E1

(G1,G2A,G2B)：3個選通信號， 相當于譯碼器的片選信號。E3∧E2∧E1

=1時，根據(jù)A2A1A0的輸入組合譯碼， 得到Y(jié)0～Y7中惟一的一個低電平有效。74LS138G2BG2AG1CBAY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y774LS138譯碼器真值表G1G2AG2BCBAY7~Y0

1000001111111000111111101010111110110111111011110011101111101110111111101011111111101111111習(xí)題1.2，習(xí)題1.31.2將下列十進制數(shù)分別轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)和十六進制數(shù)。（1）