微機原理與接口技術-第1章概述.ppt

1、,微機原理與接口技術,課程簡介,課程名稱：微機原理與匯編語言 課程性質：必修 行課時間：16周4學時 學分：5,課程目標,微機原理是學習和掌握微機硬件知識和匯編語言程序設計的入門課程，包括以下幾個方面的內容： 微型計算機的基本工作原理 匯編語言程序設計 微型計算機接口技術 通過該課程的學習，同學們應建立微型計算機系統(tǒng)的整體概念，形成微機系統(tǒng)軟硬件開發(fā)的初步能力。,課程安排,課程考核,期末考試：60% 上機考核：20% 平時考核：20%（課堂表現(xiàn)+作業(yè)）,最終成績 = 期末考試 + 上機考核 + 平時考核,微型計算機基礎概論,第一章,主要內容,1.1 微型計算機概述 1.2 微型計算機系統(tǒng)的組成

2、 1.3 微型計算機中信息的表示 1.4 小結,1.1 微型計算機概述,1946年，第一臺電子數字計算機ENIAC研制成功。 1981年，IBM公司進入微型計算機領域并推出IBM-PC之后，計算機的發(fā)展進入了一個新的時代微型計算機時代。,一、電子計算機的發(fā)展： 電子管計算機（1946-1956） 晶體管計算機（1957-1964） 中小規(guī)模集成電路計算機（1965-1970） 超大規(guī)模集成電路計算機（1971-今） 二、電子計算機按其性能分類： 大中型計算機/巨型計算機（Mainframe Computer） 小型計算機（Minicomputer） 微型計算機（Microcomputer） 單

3、片計算機（Single-Chip Microcomputer）,電子計算機的發(fā)展歷程,微型計算機的發(fā)展是以微處理器的發(fā)展來表征的 微處理器的集成度每隔18-24個月就會翻一番，芯片的性能也隨之提高一倍 -摩爾定律 Intel CPU的發(fā)展見下頁表,微型計算機的分類,按處理器（CPU）的字長分類 4位微型計算機 8位微型計算機 16位微型計算機 32位微型計算機 按照微型計算機的利用形態(tài)分類 單片微型計算機 單板微型計算機 位片式微型計算機 微型計算機系統(tǒng),微型計算機系統(tǒng)的主要技術指標,字長 字長是指計算機內部一次可以處理的二進制數的位數。 主頻 主頻是微型計算機中CPU的時鐘頻率。通常是指計算

4、機中時鐘脈沖發(fā)生器所產生的時鐘信號的頻率，單位為MHz。 主存儲器容量 存儲器容量指的是存儲設備可容納二進制信息的最大字節(jié)數。,微型計算機系統(tǒng)的主要技術指標,存取周期 微型計算機內主存完成一次讀/寫操作所需要的時間稱為存儲器的存取時間，連續(xù)進行兩次讀/寫所需的最短時間稱為存儲器的存取周期。 運算速度 計算機的運算速度一般用每秒所能執(zhí)行的指令條數來表示。單位用MIPS(百萬條指令/秒)。 常用計算方法有： 根據不同類型指令出現(xiàn)的頻度，乘上不同的系數，求得統(tǒng)計平均值，得到平均運算速度 。 以執(zhí)行時間最短的指令（如加法指令）為標準來估算速度。 直接給出CPU的主頻和每條指令的執(zhí)行所需的時鐘周期。主頻

5、一般以MHz為單位。,微型計算機系統(tǒng)的層次,微型計算機系統(tǒng)的層次結構圖,微型計算機系統(tǒng)的層次,微處理器 CPU，包含算術邏輯單元、控制單元、累加器、寄存器組、內部總線等 微型計算機 CPU配上存儲器、輸入輸出接口、系統(tǒng)總線，組成的小系統(tǒng) 微型計算機系統(tǒng) 以微型計算機為主體，配上外圍設備、電源、系統(tǒng)軟件和應用軟件,微型計算機技術的發(fā)展趨勢,多級流水線結構 把大的順序操作分解成若干段，使之在時間上重疊 芯片上存儲管理技術 高速緩存與CPU集成在同一芯片內 虛擬存儲技術 主內存與輔助存儲器之間的調度管理 并行處理的哈佛結構 采用多個內部數據/地址總線，將數據與指令緩存訪問分開 RISC結構精簡指令系

6、統(tǒng),1.2 微型計算機系統(tǒng)的組成,硬件系統(tǒng),I/O設備,CPU,運算器 控制器,存儲器 RAM ROM,I/O接口,AB 地址總線,DB 數據總線,CB 控制總線,8255、8250（8251） 8253、8259,鍵盤、打印機 顯示器、軟硬盤 A/D、D/A等,微型計算機的硬件組成,微型計算機的硬件組成,微處理器（或中央處理器、CPU）,2、存儲器 功能：存放程序和數據。,存儲器,內存（主存）,外存（輔存）,RAM,ROM,SRAM,DRAM,ROM,EPROM,E2PROM,軟盤、U盤 硬盤（移動硬盤） 光盤,cache,Flash,微型計算機的硬件組成,RAM結構框圖,微型計算機的硬件組

7、成,I/O接口設備 I/O接口設備也稱為I/O接口電路，即通常所說的適配器、適配卡或接口卡。它是微型計算機和外部設備交換信息的橋梁。 結構：一般由寄存器組、專用存儲器和控制電路三部分組成，當前的控制指令、通信數據、外部設備的狀態(tài)信息等分別存儲在專門的存儲器或寄存器中。 連接：所有外部設備都是通過各自的接口電路連接到微型計算機的系統(tǒng)總線上。 通信方式：分為并行通信和串行通信，并行通信是將數據各位同時傳送，串行通信是將數據一位一位地順序傳送。,微型計算機的硬件組成,微型計算機的總線結構,微型計算機的總線結構,總線：傳遞信息的一組公用導線。 系統(tǒng)總線：從處理器引出的若干信號線，CPU通過它們與存儲器

8、或I/O設備進行信息交換。 地址總線：傳遞地址信息的總線，即AB。CPU在地址總線上輸出將要訪問的內存單元或I/O端口的地址，該總線為單向總線。 數據總線：傳遞數據信息的總線，即DB。雙向總線 控制總線：傳遞控制信息的總線，即CB。雙向總線,軟件系統(tǒng),軟件系統(tǒng)層次結構 系統(tǒng)軟件 操作系統(tǒng)軟件，如DOS、WINDOWS XP、WINDOWSNT、Linux、Netware等； 各種語言的處理程序，如機器語言、高級語言、編譯程序、解釋程序； 各種服務性程序，如調試、故障檢查、診斷程序等； 各種數據庫管理系統(tǒng)，如SQLSever、Oracle等。 應用軟件 用于科學計算方面的數學計算軟件包、統(tǒng)計軟件

9、包等； 文字處理軟件包，如WPS、Office2007； 圖像處理軟件包，如Photoshop、動畫處理軟件3DSmax； 各種財務管理軟件、稅務管理軟件、工業(yè)控制軟件、輔助教育等專用軟件。,1.3 微型計算機中信息的表示,數制是指用一組固定的符號和統(tǒng)一的規(guī)則來表示數值的方法。 進位計數制，簡稱“進制”，是按進位的原則進行計算的數制。 進位計數制有如下特點： 數制的基數確定了所采用的進位計數制。表示一個數時所用的數字符號的個數稱為基數。對于N 進位數制，有N 個數字符號，基數為N。 逢N 進一。對于十進制，是逢10進1。 采用位權表示方法。處在不同位置上的相同數字所代表的值不同，一個數字在某個

10、位置上所表示的實際數值等于該數值與這個位置的因子的乘積，而該位置的因子由所在位置相對于小數點的距離來確定，簡稱為位權。,微型計算機中信息的表示,位權與基數的關系是：位權的值恰是基數的整數次冪。對于各位權的冪，從小數點開始，向左依次為0、1、2、3，依次加1；向右依次為1、2、3，依次減1。 例: (1011.1)2 = 1 * 23 + 0 * 22 + 1 * 21 + 1 * 20 +1 * 2-1 (56D.3)16 = 5 * 162 + 6 * 161 + 13 * 160 + 3 * 16-1,進制數的書寫規(guī)則,在數字后面加寫相應的英文字母作為標志。 B(Binary）：表示二進制

11、數。101001B O(Octonary)：表示八進制數。1321O D(Decimal)：表示十進制數。100D H(Hexadecimal)：表示十六進制數。3ACH 在括號外面加數字下標。 (101001)2：表示二進制數的101001。 (1321)8：表示八進制數的1321。 (100)10或 100：表示十進制數的100。 (3AC)16：表示十六進制數的3AC。,例: (1011.1)2 = 1 * 23 + 0 * 22 + 1 * 21 + 1 * 20 +1 * 2-1 (56D.3)16 = 5 * 162 + 6 * 161 + 13 * 160 + 3 * 16-1,

12、數制轉換,R 進制數轉換為十進制數 只需按位及位權展開求和即可。,數制轉換,十進制數轉換為R 進制數 整數部分：除R 取余（逆序），直到商為零。 把需轉換的十進制整數部分除以R，得到商和余數，然后繼續(xù)把商除以R，得到新商和余數，繼續(xù)下去，直到余數為0。把這些余數按后得到的排在前面的方式組成一列數，作為R進制的整數部分。 小數部分：乘R 取整（順序），直到滿足精度要求。 把需轉換的十進制小數部分乘以R，記錄整數部分，繼續(xù)把積的小數部分乘以R，記錄整數部分，直到滿足條件的精度或者積的小數部分為零。將所記錄的整數部分按照出現(xiàn)的先后順序排列，作為R進制的小數部分。,例：將（136）D轉換為二進制數。

13、2 136 余數（結果） 低位 2 68 - 0 2 34 - 0 2 17 - 0 2 8 - 1 2 4 - 0 2 2 - 0 2 1 - 0 0 - 1 高位,轉換結果：（136）D=（10001000）B,例：將（0.625)D轉換為二進制數。 0.625 * 2 1.25 * 2 0.5 * 2 1.0 取整： 高位 低位,轉換結果：(0.625)D = (0.101)B 若出現(xiàn)乘積的小數部分一直不為“0”，則可以根據計算精度的要求截取一定的位數即可。如0.6* 2,二進制與八、十六進制之間的轉換,二進制與八進制、二進制與十六進制數互相轉換 二進制數八進制數 將二進制數從小數點開始

14、，整數部分從右往左每三位一組，小數部分從左往右每三位一組，不足三位用0補足，每組分別對應一位八進制數，從高到低順序寫出每組的八進制數碼即可。 二進制數十六進制數 將二進制數從小數點開始，整數部分從右往左每四位一組，小數部分從左往右每四位一組，不足四位用0補足，每組分別對應一位十六進制數，從高到低順序寫出每組的十六進制數碼即可。,例：（10001000.00101）2 = (220.12)8=(108.28)16,有符號數的表示,機器數的原碼 對一個二進制數而言，若使最高位表示數的符號（常以0表示正數，1表示負數），其余各位表示數值本身，則稱為原碼。 例如，當機器字長為8位二進制時：X=+73，

15、Y=73， X 原碼= 01001001， X 真值= 1001001； Y 原碼= 11001001， Y 真值= 1001001； +0原碼=00000000， +0真值= 0000000 ； 0原碼=10000000， 0真值=0000000。 原碼表示的整數范圍是（2n-11） +(2n-11)，其中n為機器字長。,有符號數的表示,機器數的反碼 對于帶符號數，正數的反碼與其原碼相同，負數的反碼是符號位不變，數據位取反求得。 例如，當機器字長為8位二進制時：X=+73，Y=-73， X 原碼=01001001，X 反碼= 01001001； Y 原碼=11001001，Y 反碼= 101

16、10110； +0原碼=00000000，+0反碼=00000000； 0原碼=10000000，0反碼=11111111。 反碼表示的整數范圍與原碼相同。,有符號數的表示,機器數的補碼 對于帶符號數，正數的補碼與其原碼相同，負數的補碼為其反碼加1得到。 例如，當機器字長為8位二進制時：X=+73，Y=73， X 原碼=01001001，X 反碼=01001001，X 補碼=01001001 Y 原碼=11001001， Y 反碼=10110110，Y 補碼=10110111 +0原碼=00000000， +0反碼=00000000 ，+0補碼=00000000 -0原碼=10000000，

17、-0反碼= 11111111，-0補碼=00000000 補碼的表示范圍2n-1 +(2n-11)，其中n為機器字長。,有符號數的表示,補碼加減法的規(guī)則是：XY 補X 補Y 補。 例：以機器字長為8位，已知X=6，Y=14，則X 補00000110，Y 補11110010，求X+Y 補和XY 補。 解：XY補X補Y補00000110+11110010=11111000(8的補碼) XY 補X 補Y 補00000110+0000111000010100（20的補碼） 補碼的另一種表示方法為使用模的方法。模是計量器的最大容量。4位寄存器能夠存放00001111共計16個數，因此他的模為16。一個8

18、位寄存器能夠存放0000000011111111，共計256個數，因此它的模為256，依此類推，32位寄存器的模是232。有了模的概念后，我們可以很容易地得到二進制的另一種補碼表示方法，即 X 補2n+X 從上式可以看出，當X 為正數時，X 補就是X本身；當X 為負數時，X 補就是從2n 中減去X的絕對值。,補碼與真值之間的轉換,正數補碼的真值等于補碼本身；負數補碼轉換為真值時，將負數補碼數值位按位求反，末位加1，得到該負數補碼對應的真值的絕對值，前面加上負號，即得到該負數的補碼。 例：已知X補碼=0101101B，Y補碼=111001B，求所對應的真值X和Y。 解：由于X補碼是正數，則其真值X=+101101B=+(125+024+123+122+021+120)=+45。 Y補碼是負數，則其真值Y=（11001求反+1）B =（00110+1）B =(00111)B =(122+121+120) = 7。,數的浮點表示法,浮點數用于高級語言，匯編語言不支持。 定點表示法。定點表示約定所有數據小數點的位置固定不變。通常，把小數點固定在有效數字的前面或末尾。 定點小數。小數點固定在最高有效數字之前，符號位之后，該數據沒有整數部分，為純小數。 定點整數。小數點固定在最低有效數字之后，該數據沒有小數部分，為整數。