《微機(jī)原理》課件第1章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)概述

1、微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)A主講：王桂蘭 輔導(dǎo)時(shí)間：周四下午 地點(diǎn)：綜合樓網(wǎng)管中心102（7522474） 教材： 16/32位微機(jī)原理及接口技術(shù) 朱有產(chǎn)主編，中國電力出版社，2009.8主要參考書： 微機(jī)原理與接口技術(shù)馮博琴主編，清華大學(xué)出版社，2002.2 考核方式實(shí)驗(yàn)（單獨(dú)算學(xué)分）期末考試（筆試90%+平時(shí)成績10%）第1章 微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)概述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件包含哪五部分？運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備計(jì)算機(jī)的分類？- 按體型大小大型機(jī)-超級(jí)計(jì)算機(jī)：大量運(yùn)算的工作，如天氣預(yù)測、地震預(yù)測等-大型機(jī)：銀行金融交易及數(shù)據(jù)處理、人口普查等微型機(jī)-工作站、個(gè)人計(jì)算機(jī)、街機(jī)、電子游戲機(jī)

2、、智能電視-筆記本電腦（移動(dòng)工作站、清薄本）；平板電腦；信息設(shè)備（移動(dòng)電話、電子閱讀器、掌上游戲機(jī)）；計(jì)算器；可穿戴式計(jì)算機(jī)（智能手表、頭戴式顯示屏）-單片機(jī)；單板機(jī)；智能微塵；無線傳感網(wǎng)絡(luò)回顧回顧微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：硬件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件主機(jī)CPU，內(nèi)存外設(shè)輸入設(shè)備，輸出設(shè)備1.1 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成 微型計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)包括：中央處理單元（CPU） 內(nèi)存儲(chǔ)器系統(tǒng)主機(jī)板 外存儲(chǔ)器（磁盤、光盤、FLASH） 顯示卡與顯示器 聲卡與音箱 網(wǎng)卡 機(jī)箱、鼠標(biāo)、鍵盤 微機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)總線（DB） 控制總線（CB） 地址總線（AB) 中央處理器 CPU （運(yùn)算器+ 控制器） 內(nèi)存儲(chǔ)器 I/O接口

3、 I/O接口 外部設(shè)備 外部設(shè)備 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)微處理器本課程主要內(nèi)容之一！ 機(jī)器語言匯編語言高級(jí)語言程序設(shè)計(jì)語言本課程主要內(nèi)容之二：區(qū)別？ 機(jī)器語言 匯編語言 高級(jí)語言 00111110 x=3； 00000011 MOV AL，3 ； y=5； 11000110 ADD AL，5 z=x+y； 00000101例如：計(jì)算 35面向機(jī)器, 有效控制硬件, 占用內(nèi)存少, 目標(biāo)代碼短, 執(zhí)行速度快;特定機(jī)型,維護(hù)困難, 開發(fā)效率低 1.2 微型計(jì)算機(jī)的基本知識(shí)1.2.1 計(jì)算機(jī)常用的數(shù)制1、 二進(jìn)制數(shù) B 用0 和 12 十進(jìn)制數(shù) D 用0 9 3 八進(jìn)制數(shù) Q 用 0 7 4 十六進(jìn)

4、制數(shù) H 用0 9 和 A F 例：1010 B 二進(jìn)制 1010 D 十進(jìn)制 1010 Q 八進(jìn)制 1010 H 十六進(jìn)制 1. 十進(jìn)制數(shù)與二進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換(1) ( 215 ) 1 0 ( 11010111 ) 2 “除2取余法” (2) ( 0.6875 ) 1 0 ( 0.1011 ) 2 “乘2取整法” (3) ( 11111111.111) 2 (255.875 )10 “按權(quán)展開求和”1.2.2 各種數(shù)制間的轉(zhuǎn)換例如，將( 11111111.111) 2 轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)127+126+125 +124 +123+122+ 121 +120 +12-1+12-2+12-31286

5、4 32168 4 2 +10.50.25+0.125(255.875 )10 快速轉(zhuǎn)換： 1 1 1 1 1 1 1 1 B 27 26 25 24 23 22 21 20 128 64 32 16 8 4 2 1 D2. 二進(jìn)制數(shù)與十六進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換(1) 1010111.110110 B 57.D8 H 四位合一位 (2) 3B.11 H00111011.00010001B 一位拆四位。 各數(shù)制對(duì)應(yīng)關(guān)系十進(jìn)制、二進(jìn)制、八進(jìn)制、十六進(jìn)制數(shù)碼對(duì)照表1、無符號(hào)數(shù)：8位、16位、32位的正整數(shù) 2、二進(jìn)制的算術(shù)運(yùn)算 3、二進(jìn)制數(shù)的邏輯運(yùn)算 4、無符號(hào)數(shù)的表示范圍：02n-18位無符號(hào)整數(shù)的表示

6、范圍 0255 16位無符號(hào)整數(shù)的表示范圍 06553532位無符號(hào)整數(shù)的表示范圍 04G11.2.3 無符號(hào)二進(jìn)制數(shù)計(jì)算機(jī)中的有符號(hào)數(shù)可表示為： 符號(hào)位:“0”表示正 “1”表示負(fù) +1 = +0000001 = 0 0000001 (機(jī)器數(shù)) -1 = - 0000001 = 1 0000001 (機(jī)器數(shù)) 符號(hào)位 數(shù)值位1.2.4 有符號(hào)數(shù)的表示方法真值1、原碼定義1：最高位為符號(hào)位，其余為數(shù)值部分 用“0”表示正，用“1”表示負(fù)；一、 機(jī)器數(shù)的表示法定義2：當(dāng)X0時(shí)，X原=X 當(dāng)X0時(shí)，X原=2n-1-X X= +000 0001 B X 原= 0000 0001B+0原=0 000

7、0000B -0 原=1 000 0000B Y= -000 0001 B Y 原= 1000 0001B定義2：當(dāng)X0時(shí)，X反=X 當(dāng)X0時(shí)，X反=2n -1X2、 反碼定義1：正數(shù)的反碼與原碼相同 負(fù)數(shù)的反碼為其原碼除符號(hào)位之外逐位取反. X= +000 0001B X 反=0000 0001B= X 原 +0反=0 000 0000B -0 反=1 111 1111BY= -000 0001B Y 反=1111 1110B定義1：正數(shù)的補(bǔ)碼與原碼相同 ； 負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼為其原碼除符號(hào)位之外逐位取反加1.X= +000 0001 B X 補(bǔ)碼= X 原=0000 0001B定義2：當(dāng)X0時(shí)，X

8、補(bǔ)=X 當(dāng)X0時(shí)，X補(bǔ)=2nX3、 補(bǔ)碼+0補(bǔ)= -0 補(bǔ)= 0 000 0000B Y= -000 0001 B Y 補(bǔ)碼= Y 反+1=1111 1111B補(bǔ)碼的來源：“模”的概念產(chǎn)生“溢出”的量3、 補(bǔ)碼12639“模”為129 - 3=69 +9=18=12+6“?！睘?n，28=2563-1=3+255=258=256+2=2引入補(bǔ)數(shù)的好處：減法變加法3-255=3+1=4超過表示范圍（例如，8位二進(jìn)制數(shù)表示范圍為0255）如何獲得補(bǔ)數(shù)？ 變補(bǔ)操作：各位取反后加100000001B11111111B請(qǐng)同學(xué)考慮計(jì)算機(jī)如何計(jì)算： 2 + 1 =？ 2 1 =？二、有符號(hào)數(shù)的運(yùn)算微機(jī)中采用

9、補(bǔ)碼系統(tǒng)，所有的數(shù)據(jù)均為補(bǔ)碼. X+Y補(bǔ) =X補(bǔ)+Y補(bǔ)X-Y補(bǔ) = X+(-Y)=X補(bǔ)+-Y補(bǔ) 0000 0010B + 1111 1111B 1 0000 0001B 0000 0010B + 0000 0001B 0000 0011B 1、數(shù)的表示范圍 （1）無符號(hào)整數(shù)（ 0 2n - 1） 8位無符號(hào)整數(shù)，取值范圍是 0 255 16位無符號(hào)整數(shù)，取值范圍是 0 65535三、溢出判斷 （2）有符號(hào)整數(shù)，用補(bǔ)碼表示(-2n-1 2n-1-1) 取值范圍： -128 127（8位） -32768 32767（16位）2、若運(yùn)算的結(jié)果超過數(shù)的范圍，則稱為溢出3、溢出判斷方法 D7 D6 D5

10、 D1 D0CFD7 D6 D5 D1 D0CFCPCS1、無符號(hào)數(shù)判斷：當(dāng)運(yùn)算后 CF=1 有溢出2、有符號(hào)數(shù)判斷：當(dāng)運(yùn)算后CPCS=1有溢出若：X=01111111B， Y=00000001B 則：X+Y=當(dāng) X、Y為無符號(hào)數(shù)，其結(jié)果無溢出當(dāng) X、Y為有符號(hào)數(shù)，其結(jié)果有溢出（事實(shí)上，兩正數(shù)相加得出負(fù)數(shù)，結(jié)果出錯(cuò)）舉例： 左移:乘以2 右移：除以2 （1）正數(shù)：補(bǔ)0例：00000010B(+2)與 00000001B(+1) 四、有符號(hào)數(shù)乘法、除法及算術(shù)移位 （2）負(fù)數(shù)：左移最低位補(bǔ)零 右移最高位補(bǔ)1 例：11111110B（-2）與 11111111B（-1） 計(jì)算機(jī)只能處理和識(shí)別二進(jìn)制數(shù)

11、，對(duì)于字符、符號(hào)和十進(jìn)制數(shù)都要用二進(jìn)制編碼表示出來1.2.5 二進(jìn)制編碼的表示1、十進(jìn)制數(shù)的二進(jìn)制編碼BCD碼2、字母與字符的編碼：ASCII 碼3、漢字的二進(jìn)制編碼表示 1、BCD碼（二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制數(shù) ） BCD(Binary Code Decimal)碼：用若干個(gè)二進(jìn)制位表示1位十進(jìn)制數(shù)的編碼，BCD碼有多種編碼方法十進(jìn)制數(shù) 209.56 D 壓縮BCD碼 0010 0000 1001.0101 0110B 壓縮BCD碼 ，例如 8421BCD 碼 用4位二進(jìn)制數(shù)表示1位十進(jìn)制數(shù)擴(kuò)展BCD碼 用8位二進(jìn)制數(shù)表示1位十進(jìn)制數(shù)，僅低4位有效2、字符的編碼：ACSII碼(American S

12、tandard Code for Information Interchange 美國標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼) D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D00用7位二進(jìn)制數(shù)表示一個(gè)字符的編碼，共計(jì)128個(gè)編碼置 0例：字符“09”的編碼用 30H39H來表示；字符“A ”的編碼從 41H開始，字符“a ”的編碼從 61H開始，ASCII碼的校驗(yàn)奇校驗(yàn) 加上校驗(yàn)位后編碼中“1”的個(gè)數(shù)為奇數(shù)。 例：A的ASCII碼是41H（1000001B）， 以奇校驗(yàn)傳送則為C1H（1 1000001B）偶校驗(yàn) 加上校驗(yàn)位后編碼中“1”的個(gè)數(shù)為偶數(shù)。 上例若以偶校驗(yàn)傳送，則為41H。3、漢字的編碼：GB2312198

13、0國標(biāo)碼：字母、數(shù)字、符號(hào)681個(gè)，一、二級(jí)漢字6763個(gè)。 例：“?！弊郑瑓^(qū)位碼0010011B 0000011B 國標(biāo)碼0110011B 0100011B區(qū)位碼：94行94列（行號(hào)區(qū)號(hào)，列號(hào)位號(hào)）國標(biāo)碼：行號(hào)，列號(hào)分別加100000B（32）內(nèi)碼：國標(biāo)碼行號(hào)與列號(hào)最高位分別置11.3.1 常用術(shù)語解析 1、位和字節(jié) 位 ( bit）字節(jié)(Byte)= 8 位二進(jìn)制數(shù)1KB = 10248b = 1024B1MB = 220 8b = 1024KB1GB = 230 8b = 1024MB1TB = 240 8b = 1024GB1.3.1 常用術(shù)語解析 2、字長: CPU內(nèi)運(yùn)算器的位數(shù)3、

14、主頻: CPU時(shí)鐘頻率，MHz; 外頻-外部總線頻率4、MIPS: Millions of Instruction Per Sencond,每秒鐘執(zhí)行的百萬條指令數(shù) 5、微處理器的生產(chǎn)工藝 6、數(shù)據(jù)在內(nèi)存儲(chǔ)器中的存儲(chǔ)方式 7、字符串:字節(jié)串(8位），字串(16位)，雙字串(32位) 1.3.2 微型計(jì)算機(jī)分類 1 按組成結(jié)構(gòu)分類 單片機(jī) 組成部分集成在一個(gè)超大規(guī)模芯片上，廣泛用于控制、儀器儀表、通信、家用電器等領(lǐng)域。 單板機(jī) 各組成部分裝配在一塊印刷電路板上，常用于過程控制或作為儀器儀表的控制部件 。 多板機(jī) 各組成部分裝配在多塊印刷電路板上，如臺(tái)式、便攜式PC 機(jī)。 2 按用途分類微型計(jì)算機(jī)

15、按用途可分為臺(tái)式、便攜式、手持式等。 1.4 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ) 指令程序和指令系統(tǒng)初級(jí)計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)簡單程序舉例 1.4.1 指令程序和指令系統(tǒng) 1、指令：是一組二進(jìn)制編碼信息，主要包括兩個(gè)內(nèi)容：告訴計(jì)算機(jī)進(jìn)行什么操作；指出操作數(shù)或操作數(shù)地址操作碼操作數(shù)2、指令系統(tǒng)：計(jì)算機(jī)所能執(zhí)行的各種不同指令的集合1.4.2 初級(jí)計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu) CPU內(nèi)存儲(chǔ)器外部設(shè)備運(yùn)算器控制器內(nèi)存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)及工作原理內(nèi)存單元地址內(nèi)存單元內(nèi)容1 0 1 1 0 1 1 038F04H.Bit 7 6 5 4 3 2 1 00 1 0 1 1 0 0 0*內(nèi)存單元有時(shí)又稱為地址單元字 ：16位二進(jìn)制數(shù)雙字：32位二進(jìn)制數(shù)內(nèi)存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)及工作原理讀：將內(nèi)存單元的內(nèi)容取入CPU，原單元內(nèi)容不改變；寫：CPU將信息放入內(nèi)存單元，單元中原內(nèi)容被覆蓋；地址總線 讀寫命令存儲(chǔ)器00H 06HFFH地址地址譯碼器讀寫控制電路0000 0100數(shù)據(jù)總線1.4.3 簡單程序舉例首先編制一個(gè)程序；第二步程序應(yīng)該放入存儲(chǔ)器中；第三步是執(zhí)行程序： （1）取指令 （2）譯碼 （3）執(zhí)行例題：求兩個(gè)數(shù)7和10的和助記符形式：MOV AL, 7 ；數(shù)7送AL寄存器ADD AL, 10 ；AL寄存器內(nèi)容與數(shù)10 ；相加，和值