東北大學(xué)微機(jī)原理第一講

1、微型機(jī)原理與程序設(shè)計微型機(jī)原理與程序設(shè)計微型機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)微型機(jī)原理與程序設(shè)計微型機(jī)原理與程序設(shè)計內(nèi)容簡介第一章：微型計算機(jī)基礎(chǔ) 包括微型計算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)、機(jī)內(nèi)的數(shù)據(jù)表示方法、中央處理器（CPU）存儲器、輸入輸出、以及計算機(jī)解題過程等第二章：8086微處理器及系統(tǒng) 包括8086微處理器、存儲器管理與擴(kuò)展、程序設(shè)計、輸入輸出接口設(shè)計 第三章：89C51單片機(jī)原理及應(yīng)用 包括89C51基本結(jié)構(gòu)、存儲器管理與擴(kuò)展、C51程序設(shè)計、集成I/O資源 第四章：輸入輸出通道設(shè)計 包括數(shù)字、模擬輸入輸出通道、串行通訊通道以及人機(jī)對話通道的設(shè)計微型機(jī)原理與程序設(shè)計微型機(jī)原理與程序設(shè)計第第1 1章章 微型計算機(jī)

2、原理微型計算機(jī)原理4-64-6學(xué)時學(xué)時1.1 計算機(jī)概述1學(xué)時1.2 基礎(chǔ)知識1.3 中央處理器1學(xué)時1.4 存儲器2學(xué)時1.5 輸入輸出1學(xué)時1.6 程序設(shè)計1學(xué)時1.7 計算機(jī)與控制第第2 2章章80868086微處理器及系統(tǒng)設(shè)計微處理器及系統(tǒng)設(shè)計2020學(xué)時學(xué)時2.1 8086微處理器2學(xué)時2.2 8086的存儲器管理2學(xué)時2.3 8086程序設(shè)計6學(xué)時2.4程序直接控制輸入輸出6學(xué)時2.5中斷輸入輸出4學(xué)時2.6直接存儲器存取1 1、2 2章章 復(fù)習(xí)、測驗復(fù)習(xí)、測驗2 2學(xué)時學(xué)時課時安排微型機(jī)原理與程序設(shè)計微型機(jī)原理與程序設(shè)計第第3 3章章89C5189C51單片機(jī)原理及應(yīng)用單片機(jī)原理

3、及應(yīng)用2424學(xué)時學(xué)時3.1 89C51的結(jié)構(gòu)和原理4學(xué)時3.2 存儲器與I/O2學(xué)時3.3高級語言程序設(shè)計6學(xué)時3.4 89C51集成I/O資源12學(xué)時第第4 4章章 輸入輸出通道設(shè)計輸入輸出通道設(shè)計1414學(xué)時學(xué)時4.1數(shù)字量輸入輸出通道技術(shù)2學(xué)時4.2模擬量輸入輸出通道技術(shù)6學(xué)時4.3人機(jī)交互通道技術(shù)3學(xué)時4.4串行通訊通道技術(shù)3學(xué)時3 3、4 4、5 5章章 復(fù)習(xí)、測驗復(fù)習(xí)、測驗2 2學(xué)時學(xué)時總計64學(xué)時 課時安排微型機(jī)原理與程序設(shè)計微型機(jī)原理與程序設(shè)計課堂：課堂： 隨機(jī)點名，每次不到扣2分。任何理由超過三次不到扣20分。 出現(xiàn)一次代答，代答者本項為0分，被代答者扣2分。實驗：實驗：按

4、照實驗老師要求。一二章測驗：一二章測驗：1章7分，二章18分的比例出題，時間不多于1小時。 不參加考試者0分，考卷雷同者0分。三四章測驗：三四章測驗： 3章16分，四章9分的比例出題，考試1個小時。 不參加考試者0分，考卷雷同者0分?？偝煽?= 課堂（10分） + 實驗（40分）+ 考試（50分）考核方式微型機(jī)原理與程序設(shè)計微型機(jī)原理與程序設(shè)計課程負(fù)責(zé)人毛志忠（信息學(xué)館-339）主講教師肖 冬（333）張穎偉（329）馮 琳（333）陳春華（337）袁 平（337）秦樹凱（323）課程教師微型機(jī)原理與程序設(shè)計微型機(jī)原理與程序設(shè)計1 計算機(jī)概述 第一臺電子計算機(jī) 電子數(shù)字積分和計算機(jī)（Elect

5、ronic Numerical Integrator And Computer-ENIAC） 體系結(jié)構(gòu)的確立 離散變量自動電子計算機(jī)（ Electronic Discrete Variable Automatic Computer -EDVAC） 微型機(jī)原理與程序設(shè)計微型機(jī)原理與程序設(shè)計代代時間時間硬件技術(shù)硬件技術(shù)速度（次速度（次/ 秒）秒）一代19461957電子管40 000二代19581964晶體管200 000三代19651971中、小規(guī)模集成電路1 000 000四代19721977大規(guī)模集成電路10 000 0001978現(xiàn)在超大規(guī)模集成電路000 000微型機(jī)原理與程序設(shè)計微型機(jī)

6、原理與程序設(shè)計計算機(jī)的發(fā)展趨勢 兩極 巨型化 微型化 微型計算機(jī) 由大規(guī)模集成電路組成的、體積較小的電子計算機(jī)。它是以微處理器為基礎(chǔ)，配以內(nèi)存儲器、輸入輸出(I/0)接口電路以及相應(yīng)的輔助電路而構(gòu)成的。 微型機(jī)原理與程序設(shè)計微型機(jī)原理與程序設(shè)計2 微型計算機(jī)結(jié)構(gòu) 計算機(jī)（指硬件）應(yīng)由運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備5大基本部件組成。指令和數(shù)據(jù)以同等地位存放在存儲器內(nèi)，并可按地址訪問。指令和數(shù)據(jù)均用二進(jìn)制碼來表示。指令由操作碼和地址組成，操作碼用來表示操作的性質(zhì)，地址碼用來表示操作數(shù)所在存儲器中的位置。指令在存儲器內(nèi)按順序存放。通常，指令是順序執(zhí)行的。在特定條件下，可根據(jù)運(yùn)算結(jié)果或設(shè)定

7、的條件改變執(zhí)行順序。計算機(jī)以運(yùn)算器為中心，輸入輸出設(shè)備與存儲器的數(shù)據(jù)傳送通過運(yùn)算器實現(xiàn)。微型機(jī)原理與程序設(shè)計微型機(jī)原理與程序設(shè)計馮諾依曼型計算機(jī)最基本的組成 微型機(jī)原理與程序設(shè)計微型機(jī)原理與程序設(shè)計現(xiàn)代計算機(jī)構(gòu)成 微型機(jī)原理與程序設(shè)計微型機(jī)原理與程序設(shè)計總線 所謂總線是一組能為多個部件服務(wù)的公共信息傳送線路，它能分時的發(fā)送與接收各部件的信息。 圖1-1-5 單總線結(jié)構(gòu)微型機(jī)原理與程序設(shè)計微型機(jī)原理與程序設(shè)計哈佛結(jié)構(gòu)地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線 微型機(jī)原理與程序設(shè)計微型機(jī)原理與程序設(shè)計2 預(yù)備知識-數(shù)據(jù)的機(jī)內(nèi)表示 無符號整數(shù)的機(jī)內(nèi)表示 無符號整數(shù)在計算機(jī)中采用二進(jìn)制整數(shù)形式表示。二進(jìn)制整數(shù)由0和

8、l兩個數(shù)碼組成，基數(shù)為2，按“逢二進(jìn)一”的原則進(jìn)行計數(shù)。 10(2 )niiiBB位數(shù)（二進(jìn)制）位數(shù)（二進(jìn)制）數(shù)值范圍（十進(jìn)制）數(shù)值范圍（十進(jìn)制）80 28-1（0 255）160 216-1（0 65535）320 232-1（0 4294967295）640 264-1（0 18446744073709551615）微型機(jī)原理與程序設(shè)計微型機(jī)原理與程序設(shè)計有符號整數(shù)的機(jī)內(nèi)表示 （1）原碼表示法在用二進(jìn)制原碼表示的數(shù)中，數(shù)據(jù)的最高位用來表示符號，稱為符號位，符號位為0表示正數(shù)，符號位為1表示負(fù)數(shù)，其余位為數(shù)值位，按照無符號整數(shù)的表示方法表示。對于正數(shù)：如X = +85，對于負(fù)數(shù)：如X = -

9、85，對于零：在原碼表示法中，0有兩種表示形式：微型機(jī)原理與程序設(shè)計微型機(jī)原理與程序設(shè)計（2）反碼表示法反碼是在原碼的基礎(chǔ)上改進(jìn)的一種編碼方式，其編碼規(guī)則為：對于正數(shù)：反碼的表示形式與原碼的表示形式相同，即X反X原。如：X= +85，對于負(fù)數(shù)：符號位為1，其余用數(shù)值的反碼表示。如：X= -85，對于零：在反碼表示法中，0有兩種表示形式：微型機(jī)原理與程序設(shè)計微型機(jī)原理與程序設(shè)計原碼和反碼作為表示有符號數(shù)的編碼方式在早期的計算機(jī)中使用。原碼和反碼作為表示有符號數(shù)的編碼方式在早期的計算機(jī)中使用。如今，有符號整數(shù)都采用補(bǔ)碼來表示和存儲如今，有符號整數(shù)都采用補(bǔ)碼來表示和存儲 補(bǔ)碼(twos comple

10、ment)的補(bǔ)碼編碼規(guī)則為：（3）補(bǔ)碼表示法對于正數(shù)：補(bǔ)碼的表示形式與原碼的表示形式相同，即X補(bǔ)X原。如：X= +85，對于負(fù)數(shù)：符號位為1，其余各位按位取反加1。如：X= -85，對于零：在補(bǔ)碼表示法中，0只有一種表示形式：微型機(jī)原理與程序設(shè)計微型機(jī)原理與程序設(shè)計原碼、反碼、補(bǔ)碼之間的轉(zhuǎn)換 （1）原碼轉(zhuǎn)換為反碼，反碼轉(zhuǎn)換為原碼 對于負(fù)數(shù)：符號位不變，其余位取反 原=10110110, 反=11001001 （2）原碼轉(zhuǎn)換為補(bǔ)碼，補(bǔ)碼轉(zhuǎn)換為原碼 對于負(fù)數(shù)：符號為不變，其余位取反加 原=10110110, 補(bǔ)=11001001+1=11001010微型機(jī)原理與程序設(shè)計微型機(jī)原理與程序設(shè)計位數(shù)位數(shù)

11、（二進(jìn)制）（二進(jìn)制）數(shù)值范圍（十進(jìn)制）數(shù)值范圍（十進(jìn)制）8-27 27-1（-128127）16-215 215-1（-32768 32767）32-231 231-1（-2147483648 2147483647）64-263 263-（-9223372036854775808 9223372036854775807）微型機(jī)原理與程序設(shè)計微型機(jī)原理與程序設(shè)計實數(shù)的機(jī)內(nèi)表示 （1）定點表示法在定點表示法中，數(shù)據(jù)的小數(shù)點的位置是確定的。小數(shù)點的位置確定在哪里，是由程序設(shè)計人員定義的。在程序的輸入、運(yùn)算和輸出程序中體現(xiàn)出來。定點表示法表示的數(shù)據(jù)一般簡稱為定點數(shù)。1(2 )niiimBB 小數(shù)點位置

12、一般有兩種確定方法：小數(shù)點位置確定在最低位之后，這時，代碼表示純整數(shù)；小數(shù)點位置確定在最高位和次高位之間，這時，代碼表示純小數(shù)。微型機(jī)原理與程序設(shè)計微型機(jī)原理與程序設(shè)計（2）浮點表示法如36.625和-36.625的短實數(shù)、長實數(shù)、臨時實數(shù)的表示形式為（十六進(jìn)制）：短實數(shù)：42 12 80 00和C2 12 80 00長實數(shù)：40 42 50 00 00 00 00 00和C0 42 50 00 00 00 00 00臨時實數(shù)；40 04 92 80 00 00 00 00 00 00和C0 04 92 80 00 00 00 00 00 00微型機(jī)原理與程序設(shè)計微型機(jī)原理與程序設(shè)計轉(zhuǎn)換為二進(jìn)

13、制為轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制為 100100.101規(guī)格化后為規(guī)格化后為 1.0010010125階碼為階碼為 101加過余量加過余量127后后 0111 1111+00000101=10000100尾數(shù)尾數(shù)(23位位) 001 0010 1000 0000 0000 0000符號符號&階碼階碼&尾數(shù)尾數(shù) 01000010 00010010 10000000 00000000用用16進(jìn)制表示為進(jìn)制表示為 42 12 80 00符號位變化符號位變化 11000010 00010010 10000000 00000000 C2 12 80 0036.625-36.625微型機(jī)原理與程序設(shè)計微型

14、機(jī)原理與程序設(shè)計十進(jìn)制數(shù)的BCD表示 微型機(jī)原理與程序設(shè)計微型機(jī)原理與程序設(shè)計BCD碼舉例 兩個BCD碼相加15+28=43（個位產(chǎn)生進(jìn)位） 相加 調(diào)整0101(15)100001001000100 (281)101)1 (3?0110001100000111010011)00(43微型機(jī)原理與程序設(shè)計微型機(jī)原理與程序設(shè)計BCD碼舉例 三個BCD碼相加191+128=319 相加 調(diào)整000110000001000101001(191)0010(128)10101011(0012?9)1011(2?9)011000100000001(60)0001100100001001)1(319微型機(jī)原理

15、與程序設(shè)計微型機(jī)原理與程序設(shè)計字符的機(jī)內(nèi)表示 微型機(jī)原理與程序設(shè)計微型機(jī)原理與程序設(shè)計奇偶效驗舉例奇校驗 0011100 00011100 0100100 10100100偶校驗 0011100 10011100 0100100 00100100微型機(jī)原理與程序設(shè)計微型機(jī)原理與程序設(shè)計數(shù)據(jù)機(jī)內(nèi)表示方法選擇 要表示的數(shù)的類型(小數(shù)、整數(shù)、實數(shù))； 可能遇到的數(shù)值范圍； 數(shù)值精確度； 數(shù)據(jù)存儲和處理所需要的硬件代價。微型機(jī)原理與程序設(shè)計微型機(jī)原理與程序設(shè)計例：一個二進(jìn)制的位串具體表示什么數(shù)據(jù)或信息，也是由軟件人員進(jìn)行解釋的。如在計算機(jī)中有一個16位的二進(jìn)制位串的內(nèi)容為010000100011011

16、1，可以解釋為：(1) 表示2字節(jié)無符號整數(shù)：16951。(2) 表示2字節(jié)有符號整數(shù)：+16951。(3) 表示定點數(shù)：0.517303466794。(4) 表示兩個字符的ASCII碼：表示B7。(5) 表示4位BCD碼數(shù)據(jù)：4237。微型機(jī)原理與程序設(shè)計微型機(jī)原理與程序設(shè)計編程中數(shù)據(jù)的書寫形式 下標(biāo)表示數(shù)制。 如：(1010)2、(1010)8、(1010)10、(1010)16后綴字母來表示數(shù)制。 如：101B、76Q、 375D、 1A7H。微型機(jī)原理與程序設(shè)計微型機(jī)原理與程序設(shè)計測驗 2.4MB=_B 35.625D=_H=_B=_Q 3B.4H=_B=_Q =_D -105的原碼、反碼、補(bǔ)碼和過余碼表示形式 補(bǔ)碼表示的帶符號數(shù)0D8H， 它所表示的十進(jìn)制數(shù)是（ ）。微型機(jī)原理與程序設(shè)計微型機(jī)原理與程序設(shè)計測驗 2.4MB= B 35.625D= H = B= Q