XXXX秋11級(jí)計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)課程多媒體課件第1-2次

1、第一章 微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ) .1 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的概念 1、 微處理器、微型計(jì)算機(jī)、 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 2、本課主要講授內(nèi)容及要求計(jì)算機(jī)中的數(shù)、編碼及運(yùn)算 1. 微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)算基礎(chǔ) 第一章11. “三微”的概念1、微處理器 (MPU) 算術(shù)邏輯單元 其核心cpu運(yùn)算器和控制器 寄存器組 是微型計(jì)算機(jī)的核心部件 控制部件2、微型計(jì)算機(jī) MPU 為核心 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器（ROM/RAM) I/O(Input/Output)接口和中斷系統(tǒng) 系統(tǒng)總線（CB DB AB)集成在一個(gè)半導(dǎo)體芯片上組裝在一塊或數(shù)塊印刷電路板上多板微型計(jì)算機(jī)單板微型計(jì)算機(jī)單片微型計(jì)算機(jī)2微型計(jì)算機(jī)的兩大分支核心器件微處理器微控制器Mi

2、croProcessor Unit embedMicroController UnitMPUMCU3微機(jī)組成結(jié)構(gòu)的兩大類型馮.諾依曼型哈佛型CPUI/O接口存儲(chǔ)器系統(tǒng)總線數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器CPUI/O接口程序存儲(chǔ)器系統(tǒng)總線DBCBAB例：PC機(jī)例：MCS-51單片機(jī)43、微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)5硬件系統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)微處理器：運(yùn)算器、控制器內(nèi)存儲(chǔ)器ROM：ROM、PROM、EPROM、E2PROM、Flash ROM RAM：SRAM、DRAM、iRAM、NVRAMI/O接口：并行、串行、中斷接口、DMA接口系統(tǒng)總線：數(shù)據(jù)、地址、控制總線（DB、AB、CB）外圍設(shè)備輸入/輸出設(shè)備A/D 、D/A轉(zhuǎn)

3、換器開關(guān)量輸入/輸出終端微型計(jì)算機(jī)微處理器：運(yùn)算器、控制器內(nèi)存儲(chǔ)器ROM：ROM、PROM、EPROM、E2PROM、Flash ROM RAM：SRAM、DRAM、iRAM、NVRAMI/O接口：并行、串行、中斷接口、DMA接口系統(tǒng)總線：數(shù)據(jù)、地址、控制總線（DB、AB、CB）外圍設(shè)備輸入/輸出設(shè)備A/D 、D/A轉(zhuǎn)換器開關(guān)量輸入/輸出終端6軟件系統(tǒng)系統(tǒng)軟件操作系統(tǒng)編譯系統(tǒng)監(jiān)控程序匯編程序程序設(shè)計(jì)語言機(jī)器語言匯編語言高級(jí)語言應(yīng)用軟件 把匯編語言源程序翻譯成機(jī)器語言目標(biāo)程序的語言處理程序 自匯編程序 交叉匯編程序7本課的主要內(nèi)容及要求微型計(jì)算機(jī) MPU 微處理器 存儲(chǔ)器（內(nèi)存）I/O接口系統(tǒng)總

4、線連線編程綜合應(yīng)用器件的外特性掌握規(guī)律8具體機(jī)型：MCS-51單片微型計(jì)算機(jī)Single-Chip MicrocomputerMicro-Controller MCS-51 單片機(jī)的基本組成一、中央處理器CPU二、時(shí)鐘電路三、內(nèi)部存儲(chǔ)器四、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器(T/C)五、并行I/O口六、串行口七、中斷控制系統(tǒng)9 14 微型計(jì)算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ)（p12) 1.4.1 計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示方法 1.4.2 計(jì)算機(jī)中的編碼 1.4.3 計(jì)算機(jī)中的運(yùn)算重點(diǎn)解決：計(jì)算機(jī)的重要職能之一處理數(shù) 在計(jì)算機(jī)中如何表示一個(gè)數(shù)？ 不同性質(zhì)數(shù)的運(yùn)算規(guī)則和算法。10 幾個(gè)重要概念復(fù)習(xí)不同進(jìn)制數(shù)之間的互換3. 機(jī)器數(shù)與真值4帶符號(hào)數(shù)的

5、原碼、反碼、補(bǔ)碼5數(shù)的定點(diǎn)與浮點(diǎn)表示 1.4.1 計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示方法111 幾個(gè)重要概念 重點(diǎn)概念1： 計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)都是以二進(jìn)制形式進(jìn)行存儲(chǔ)和運(yùn)算的 重點(diǎn)概念2： 在計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)時(shí)，每類數(shù)據(jù)占據(jù)固定長度的二進(jìn)制數(shù)位，而不管其實(shí)際長度。一般長度為字節(jié)的整倍數(shù) 重點(diǎn)概念3： 計(jì)算機(jī)中不僅要處理無符號(hào)數(shù)，還要處理帶符號(hào)和帶小數(shù)點(diǎn)的數(shù)。 例如：在八位微機(jī)中， 整數(shù)216 存儲(chǔ)為11011000B 整數(shù)56 存儲(chǔ)為00111000B 重點(diǎn)概念4： 機(jī)器數(shù)與真值 122 不同進(jìn)制數(shù)之間的互換 1、不同進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)按權(quán)展開法 表示不同進(jìn)制數(shù)的尾部字母： 二 B ， 十六 H ，八 Q ，十

6、D(可略) 例：10101010B=127+026+125+024+123+022+121+020=128+32+8+2=1702、十 二 （1）整數(shù)部分除以2取余法直到商為0止 （2）小數(shù)部分乘以2取整法直到積為0止 或達(dá)到精度要求止 例： 100= B= H = Q 例：0.625= B= H= Q 0.1= B = H= Q 13 3、二進(jìn)制數(shù)、八進(jìn)制與十六進(jìn)制數(shù)之間的互換 1）二 八 三合一 2）八 二 一分三 3）二 十六 四合一 （重點(diǎn)） 4）十六 二 一分四 （重點(diǎn)） 例：0111 0110 B=76H 9BH=1001 1011B 7 6 1001 1011 例：0.1010

7、110 B= 0.ACH A C 不足四位補(bǔ)0 問：01110110B= ? Q 0.1010110B= ? Q144、 用權(quán)表示數(shù)（2n 2n-1 2n-1 2n-1-1） 1） 權(quán) n位二進(jìn)制數(shù)各位的權(quán)從高位到低位依次為：n位二進(jìn)制數(shù)：Bn-1Bn-2Bn-3 B1B0權(quán)： 2n-12n-22n-3 2120 2）用權(quán)表示數(shù)例：111111111B = 2n-1，即n個(gè)1。 011111111B = 2n-1-1 ,即n-1個(gè)1 最高位的權(quán)為：2n-1例：n=8,11111111B=FFH=28-1 01111111B=7FH=28-1-1例： n位二進(jìn)制數(shù)表示無符號(hào)數(shù)的范圍： 02n-1

8、 n=8 0 28-1 0 255 n=16 0 216-1 065535n=32?N=64?153. 機(jī)器數(shù)與真值1）機(jī)器數(shù)：能被計(jì)算機(jī)識(shí)別的數(shù)稱為機(jī)器數(shù)。2）真值： 機(jī)器數(shù)所代表的真實(shí)值稱為機(jī)器數(shù)的真值。3） 對(duì)于無符號(hào)數(shù)其機(jī)器數(shù)與真值表示方法相同。 例：真值： 100=64H=01100100B 對(duì)應(yīng)的機(jī)器數(shù)：64H=01100100B n位二進(jìn)制數(shù)可表示的數(shù)的范圍是：0 2n-1 8位二進(jìn)制數(shù)可表示的數(shù)的范圍是： 0 28-1，0，F(xiàn)FH,0,255 16位二進(jìn)制數(shù)可表示的數(shù)的范圍是： 0 216-1,0,FFFFH,0,65535 例： 01100100B 其8位全部為數(shù)值位。 特點(diǎn)

9、：無符號(hào)數(shù)的機(jī)器數(shù)與其真值為等值關(guān)系164） 帶符號(hào)數(shù)的機(jī)器數(shù)的表示方法（重點(diǎn)和難點(diǎn)） 常見的有原碼、反碼和補(bǔ)碼三種表示方式。 特點(diǎn)：帶符號(hào)數(shù)的機(jī)器數(shù)與其真值表示方法不同， 兩者的關(guān)系不是等值關(guān)系，僅是一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。例如：在八位微機(jī)中，真值：65可表示成機(jī)器數(shù)（原碼）為01000001B真值：65可表示成機(jī)器數(shù)（原碼）為11000001B01100000符號(hào)位數(shù)值位符號(hào)位：“0” 表示正號(hào)“1” 表示負(fù)號(hào)174 帶符號(hào)數(shù)的原碼、反碼、補(bǔ)碼（1）原碼定義：在表示帶符號(hào)數(shù)時(shí)，正數(shù)的符號(hào)位為“0”，負(fù)數(shù)的符號(hào)位為“1”，數(shù)值位表示數(shù)的絕對(duì)值，這樣就得到了數(shù)的原碼。例如在八位微機(jī)中：38原100110

10、原00100110B38原100110原10100110B18 計(jì)算公式：對(duì)于字長為n位的機(jī)器數(shù)： 當(dāng)真值X0時(shí)，X可表示為Xn-2Xn-3X0； 當(dāng)真值X0時(shí)，X可表示為Xn-2Xn-3X0， 則X的原碼可定義為： X原0Xn-2Xn-3X0X 0X2n111Xn-2Xn-3X02n1X2n1|X| (2n11)X0 可見n位原碼可表示數(shù)的范圍為： (2n11)(2n11) 則在八位微機(jī)中，碼可表示數(shù)的范圍為127至127求真值：帶符號(hào)數(shù)的原碼表示法簡單易懂，而且與真值轉(zhuǎn)換方便。 19原碼的缺點(diǎn)： l“0”的原碼有兩種形式，這在運(yùn)算中非常不方便。 0原 00000000B 0原 100000

11、00B，即分為0和0l原碼在進(jìn)行兩個(gè)異符號(hào)數(shù)相加或兩個(gè)同符號(hào)數(shù)相減時(shí)，需做減法運(yùn)算，由于微機(jī)中一般只有加法器而無減法器，所以，為了把減法運(yùn)算轉(zhuǎn)變?yōu)榧臃ㄟ\(yùn)算就引入了反碼和補(bǔ)碼。原碼的用途：l原碼做乘除法運(yùn)算方便，兩數(shù)的符號(hào)和數(shù)值分別處理 積的符號(hào)為兩數(shù)符號(hào)位的異或運(yùn)算結(jié)果 積的數(shù)值部分為兩數(shù)絕對(duì)值相乘的結(jié)果20（2）反碼定義：正數(shù)的反碼表示與原碼相同；負(fù)數(shù)的反碼，可將負(fù)數(shù)原碼的符號(hào)位保持不變、數(shù)值位按位取反得到，或者將負(fù)數(shù)看作正數(shù)求原碼，再將所有位按位取反得到。因此，在n位機(jī)器數(shù)的計(jì)算機(jī)中，數(shù)X的反碼定義為：X反0Xn-2Xn-3X0X 0X2n111Xn-2Xn-3X0111B|X|2n1|X

12、| (2n11)X0缺點(diǎn)：“0”的反碼也有兩種表示法，即0和0。 0反00000000B 0反11111111B n位反碼表示數(shù)的范圍與原碼相同， 八位二進(jìn)制反碼表示的范圍仍是127至127。21例如八位微機(jī)中：11原00001011B11反00001011B11原10001011B11反11110100B38原10100110B38反11011001B127原01111111B127反01111111B127原11111111B127反10000000B0原00000000B0反00000000B0原10000000B0反11111111B求真值：由反碼求得原碼，再由原碼求得真值，即可得到反

13、碼的真值。例如：反碼11011001B，符號(hào)位為1，將數(shù)值位按位取反，得到原碼10100110B，其真值為0100110B即十進(jìn)制數(shù)38。22（3）補(bǔ)碼（難點(diǎn)）定義：正數(shù)的補(bǔ)碼表示與原碼相同 負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼等于它的反碼末位加1 即X補(bǔ)X反1 例如：11原00001011B11反00001011B11補(bǔ)00001011B11原10001011B11反11110100B11補(bǔ)11110101B127原01111111B127反01111111B127補(bǔ)01111111B127原11111111B127反10000000B127補(bǔ)10000001B0原00000000B0反10000000B0補(bǔ)0000

14、0000B0原10000000B0反11111111B128補(bǔ)10000000B23補(bǔ)碼的含義: 以時(shí)鐘對(duì)時(shí)為例來說明，現(xiàn)由7點(diǎn)鐘調(diào)到4點(diǎn)鐘。順時(shí)針調(diào)： 79 4 （mod 12）逆時(shí)針調(diào)： 73 4 （mod 12） 由于時(shí)鐘上超過12點(diǎn)時(shí)就會(huì)自動(dòng)丟失一個(gè)數(shù)12， 這個(gè)自動(dòng)丟失的數(shù)叫做“模”（module，簡寫為mod）24由補(bǔ)碼的定義得求補(bǔ)碼公式：l則n位補(bǔ)碼表示數(shù)的范圍為：2n1（2n11）l八位二進(jìn)制補(bǔ)碼表示的數(shù)值范圍是128至127。優(yōu)點(diǎn)：0的補(bǔ)碼為00000000B，只有這一種形式。X補(bǔ)0Xn-2Xn-3X0X0X2n111Xn-2Xn-3X012n|X|2nX 2n1X0（mod

15、 2n） 25已知補(bǔ)碼求真值： 已知正數(shù)的補(bǔ)碼求真值與原碼相同，只要將符號(hào)位的0變?yōu)椋ㄕ?hào)），即得到它的真值。 已知負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼求真值方法1：將負(fù)數(shù)補(bǔ)碼的數(shù)值位按位取反再加1，將符號(hào)位的1變?yōu)椋ㄘ?fù)號(hào)），即得到它的真值。方法2：用公式：X=-(2n-X補(bǔ)) 已知 補(bǔ)碼為 01111111B,其真值為+1111111B=+7FH 已知 補(bǔ)碼為 11111111B,其真值為: 10000000B+1= 10000001B,其真值為01H或：X= （ 28 11111111B)= (00H-FFH)= 126小結(jié)：已知帶符號(hào)數(shù)的機(jī)器數(shù)求真值1. 已知正數(shù)的原碼、反碼、補(bǔ)碼求真值， 只需將符號(hào)位的“0”改

16、為正號(hào)“+”即可。2. 已知負(fù)數(shù)的原碼，其真值只需將原碼的符號(hào)位的“1”改為負(fù)號(hào)“-”即可。3. 已知負(fù)數(shù)的反碼，先將它變?yōu)樵a，再求真值。 或用公式計(jì)算： 真值x=-（2n-1-x反） 4. 已知負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼，數(shù)值位取反加1，符號(hào)為改為-號(hào)，或 用公式：X=-(2n-X補(bǔ))27例：已知帶符號(hào)數(shù)的機(jī)器數(shù)為 56H，求其真值。 真值=+56H例：已知帶符號(hào)數(shù)的機(jī)器數(shù)為 0D6H，求其真值。 若0D6H是原碼，則真值為：-56H 11010110B -1010110B 若0D6H是反碼，則真值為：-29H -(0FFH-0D6H) 若0D6H是補(bǔ)碼，則真值為：-2AH -(00H-0D6H)28 當(dāng)

17、n=8時(shí)，幾種碼的表示范圍原碼反碼補(bǔ)碼127至127127至127128至127 當(dāng)n=16時(shí)，幾種碼的表示范圍原碼反碼補(bǔ)碼32767至3276732767至3276732768至32767295 數(shù)的定點(diǎn)與浮點(diǎn)表示 計(jì)算機(jī)中如何表示實(shí)數(shù)中的小數(shù)點(diǎn)呢？ 計(jì)算機(jī)中不用專門的器件表示小數(shù)點(diǎn)，而是用數(shù)的兩種不同的表示法來表示小數(shù)點(diǎn)的位置。 根據(jù)小數(shù)點(diǎn)的位置是否固定，數(shù)的表示方法分為定點(diǎn)表示和浮點(diǎn)表示,相應(yīng)的機(jī)器數(shù)稱為定點(diǎn)數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)。 任意一個(gè)二進(jìn)制數(shù)N均可表示為： NS2J 其中： S稱為數(shù)N的尾數(shù)，表示數(shù)N的全部有效數(shù)字，決定了N的精度。 J稱為數(shù)N的階碼，底為2，指明了小數(shù)點(diǎn)的位置，決定了數(shù)N的

18、大小范圍。30（1）定點(diǎn)表示法 計(jì)算機(jī)在處理定點(diǎn)數(shù)時(shí)，常把小數(shù)點(diǎn)固定在數(shù)值位的最后面或最前面，即分為定點(diǎn)純小數(shù)與定點(diǎn)純整數(shù)兩類，如圖1-6所示。例如: 00011000B，如果看作定點(diǎn)純整數(shù)，其真值為24 看作定點(diǎn)純小數(shù)，其真值為0.1875 sfs1 s2 sm小數(shù)點(diǎn)隱含位置，定點(diǎn)純小數(shù) sf s1 s2 sm小數(shù)點(diǎn)隱含位置，定點(diǎn)純整數(shù)31 （2）浮點(diǎn)表示法 在浮點(diǎn)表示法中，小數(shù)點(diǎn)的位置是浮動(dòng)的，階碼J可取不同的數(shù)值，則在計(jì)算機(jī)中除了要表示尾碼S，還要表示階碼J。因此，一個(gè)浮點(diǎn)數(shù)表示為階碼和尾數(shù)兩部分，尾數(shù)一般是定點(diǎn)純小數(shù)，階碼是定點(diǎn)純整數(shù)，其形式如圖1-7所示。 小數(shù)點(diǎn)隱含位置階符階碼尾符

19、尾數(shù)階碼部分尾數(shù)部分jfj1j2jnsfs1s2sm32011B階符階碼 尾符 尾數(shù)(24位）(469.375)10(111010101.011)2 (0.111010101011)229 (0.111010101011)221001B0. 111010101011補(bǔ)11B1001B補(bǔ)00001001B例如，某計(jì)算機(jī)用32位表示浮點(diǎn)數(shù)，尾數(shù)部分占24，為補(bǔ)碼定點(diǎn)純小數(shù)；階碼為8位補(bǔ)碼定點(diǎn)純整數(shù)。用來表示一個(gè)數(shù)469.375,先進(jìn)行變換： 因此，數(shù)469.375在該計(jì)算機(jī)中的浮點(diǎn)表示為：331.4.2 計(jì)算機(jī)中的編碼ASCII碼：由七位二進(jìn)制編碼組成， 共有128個(gè)字符編碼。包括圖形字符（字母、

20、數(shù)字、其它可見字符共96個(gè)）和控制字符（回車、空格等共32個(gè)） 其中 數(shù)字09的ASCII碼為30H39H，差30H 字母AF的ASCII碼為41H46H, 差37H D7位加奇偶校驗(yàn)位： 無校驗(yàn) D7位補(bǔ)0 奇校驗(yàn) D7位使含1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)個(gè) 偶校驗(yàn) D7位使含1的個(gè)數(shù)為偶數(shù)個(gè) 例： 30H 00110000H D7補(bǔ)0為無校驗(yàn)和偶校驗(yàn) 10110000H D7補(bǔ)1為奇校驗(yàn)34BCD編碼：具有十進(jìn)制位權(quán)的二進(jìn)制編碼。最常見的是8421碼。（見書17頁） 注意： 0000B1001B是09的BCD碼 1010B1111B是非BCD碼 例： 15 的BCD碼為0001 0101B=15H 15=

21、0FH 100=64H 100的BCD碼為0001 0000 0000B=100H 壓縮的BCD碼 56H 占一個(gè)存儲(chǔ)單元 非壓縮BCD碼 05H 06H 占兩個(gè)單元存儲(chǔ)方式35邏輯運(yùn)算 1、與 3、非 2、或 4、異或 算術(shù)運(yùn)算1加/減運(yùn)算電路及二進(jìn)制無符號(hào)數(shù)四則運(yùn)算2帶符號(hào)數(shù)補(bǔ)碼運(yùn)算及判OV3BCD碼加/減法及十進(jìn)制調(diào)整 4、算術(shù)運(yùn)算小結(jié)1.4.3 計(jì)算機(jī)中的運(yùn)算 計(jì)算機(jī)中的運(yùn)算分為兩類:邏輯運(yùn)算：邏輯“與”、“或”、“非”、“異或”等算術(shù)運(yùn)算：加、減、乘、除運(yùn)算36 1加/減運(yùn)算電路及二進(jìn)制無符號(hào)數(shù)的四則運(yùn)算FAAiBiCiSiCi1圖1-8 全加器符號(hào)圖AiBiCiSiCi+10000

22、111100110011010101010110100100010111全加器真值表 加/減運(yùn)算電路37減法的實(shí)現(xiàn) 減法時(shí)SUB=1，有取反加1功能加法時(shí)SUB=0無取反加1功能求 補(bǔ)電 路38進(jìn)/借位標(biāo)志CY=SUB C8SUBC8CY000011101110C7C8OV000011(負(fù))101(正)110SUB加/減標(biāo)志位0/1CyFAA6B6C6S6C71FAA1B1C1S1C21FAA0B0C0S0FAA7B7S7C811圖1-9八位微機(jī)加/減運(yùn)算電路OV11溢出標(biāo)志OV=C7 C839二進(jìn)制無符號(hào)數(shù)的四則運(yùn)算（1）加法運(yùn)算二進(jìn)制加法法則為： 0001001111101111140例：

23、二進(jìn)制無符號(hào)數(shù)加法 被加數(shù)10111011B + 加數(shù) 00010110B進(jìn)位 00111110和11010001B 1、求 187+22結(jié)果：11010001B 即209 SUB=0，C8=0，CY=02、求200+200 被加數(shù)11001000B + 加數(shù) 11001000B進(jìn)位 1和 110010000B結(jié)果：SUB=0，C8=1，CY=1 和=進(jìn)位值+8位和值 =256+10010000B = 400 4111011101 0011010011000101000 0011010000011111 被加數(shù)10111011B + 加數(shù) 00010110B進(jìn)位 00111110和110100

24、01B結(jié)果：11010001B 即209 SUB=0，C8=0，CY=04200010011 100010011000010001011000100 被加數(shù)11001000B + 加數(shù) 11001000B進(jìn)位 1和 110010000B 10001001結(jié)果：SUB=0，C8=1，CY=1 和=進(jìn)位值+8位和值 =256+10010000B = 400 43（2） 減法運(yùn)算法則：（借1當(dāng)2） 被減數(shù)10111011B 減數(shù) 00010110B借位 00000100差 10100101B手算：例：求 187-22例：二進(jìn)制無符號(hào)數(shù)減法結(jié)果：無借位，差為10100101B 即16544取反1101

25、1101 001101001101001010011010111 11001011機(jī)器算：難點(diǎn) 被減數(shù)10111011B 減數(shù) 00010110B借位標(biāo)志CY=SUB C8=1 1=0求補(bǔ)電路減法 SUB=1 10101011加145 被減數(shù) 10111011B=BBH 11101001B 取反 1 加1 11101010B =EAH 進(jìn) 位 11111010 差 10100101B =A5H求補(bǔ)減數(shù) 00010110B=16H對(duì)減數(shù)求補(bǔ)后，加被減數(shù)例：求187-22 結(jié)果：10100101B 即165 無借位，SUB=1， C8=1 ， CY=0說明：直接相減無借位，求補(bǔ)相加有進(jìn)位，反之亦然

26、。46（3） 乘法運(yùn)算法則 00=0 01=10=0 11=1 被乘數(shù) 1001B 乘數(shù) 1011B 1001 1001 0000 1001 乘積 1100011B常用算法：1、左移加2、右移加3、連加P124例4-2347（4）定點(diǎn)整數(shù)除法運(yùn)算 1 1 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0常用算法：1、移位相減法 P125 例1-242、連減 P131例4-2748 2帶符號(hào)數(shù)定點(diǎn)補(bǔ)碼運(yùn)算及判OV定點(diǎn)補(bǔ)碼運(yùn)算定律： 當(dāng)X,Y,X+Y，X-Y均在2n1（2n11）范圍內(nèi)時(shí)，則： 補(bǔ)補(bǔ)補(bǔ) 補(bǔ)補(bǔ)補(bǔ) 如果XY,X-Y的值不在2n1

27、（2n11）范圍內(nèi)(n=8時(shí) -128，127 )，則機(jī)器就產(chǎn)生了溢出錯(cuò)誤,上式不成立，運(yùn)算結(jié)果無意義。49 溢出判別 (overflow) 若XY 2n11,為正溢出； 若XY127 典型算法：兩個(gè)帶符號(hào)數(shù)比較大小 用S表示和的符號(hào)位，OV為溢出標(biāo)志位則： X補(bǔ) Y補(bǔ) S OV 比較結(jié)果 0 0 XY 0 1 XY 1 0 XY 56 3BCD碼加法及十進(jìn)制調(diào)整（1）BCD碼的加法運(yùn)算 在兩個(gè)數(shù)的BCD碼進(jìn)行加法運(yùn)算時(shí)，當(dāng)?shù)退奈缓透咚奈欢紵o進(jìn)位并且不超過9時(shí)，可得到正確的運(yùn)算結(jié)果。 例1-13 已知X63，Y24，求XY 解： XBCD碼 01100011B YBCD碼 00100100B

28、進(jìn)位 01100000 10000111B10000111B87BCD碼6324BCD碼XYBCD碼 57 例1-14 已知X68，Y49，求XY 解： XBCD碼 01101000B YBCD碼 01001001B 進(jìn)位 01001000 CY=0,AC=1 和 10110001B 01100110B 調(diào)整 100010111B CY=1 X+Y=100+17=117,CY=1,進(jìn)位值為100 例1-14中，低四位有進(jìn)位，高四位的值超過9，是非法碼，結(jié)果錯(cuò)誤，需進(jìn)行調(diào)整。大家看到，在運(yùn)算中，當(dāng)?shù)退奈幌蛩母呶贿M(jìn)位時(shí)，是逢16進(jìn)位為1，即按照十六進(jìn)制的原則進(jìn)行的運(yùn)算，而BCD碼是十進(jìn)制數(shù)，應(yīng)按照

29、逢十進(jìn)一的原則進(jìn)行運(yùn)算，所以應(yīng)將和的低四位加6以補(bǔ)上多拿走的6，調(diào)整為0111B。和的高四位1011B大于9，應(yīng)向高位進(jìn)位，同樣加上6進(jìn)行調(diào)整，變?yōu)?0001B。 編寫出程序片段：MOV A,#68H;(A)=68H=01101000BADD A,#49H ;(A)=B1HDA A ;(A)=B1H+66H=17H CY=1 代表100 結(jié)果：117必須寫B(tài)CD碼不能寫真值58（2）BCD碼的減法運(yùn)算 兩個(gè)數(shù)的BCD碼進(jìn)行減法運(yùn)算時(shí)， 當(dāng)?shù)退奈换蚋咚奈欢疾恍杞栉粫r(shí)，可得到正確的運(yùn)算結(jié)果。 例1-15 已知X58，Y25，求XY 解： XBCD碼 01011000B YBCD碼 00100101

30、B 00110011B 00110011B33BCD碼5825BCD碼XYBCD碼當(dāng)?shù)退奈换蚋咚奈挥薪栉粫r(shí)，按十進(jìn)制運(yùn)算規(guī)則，向高位借1當(dāng)10，而計(jì)算機(jī)中按二進(jìn)制運(yùn)算規(guī)則進(jìn)行，借1當(dāng)作16，因此運(yùn)算后必須減6進(jìn)行調(diào)整。59 例1-16 已知X68，Y49，求XY 解： XBCD碼01101000B YBCD碼01001001B 差 00011111B AC=1,CY=0 0110B 00011001B 00011001B19BCD碼6849BCD碼XYBCD碼60說明：如果指令系統(tǒng)中有BCD碼的減法調(diào)整指令，即可直接用該指令完成上述調(diào)整。 如果指令系統(tǒng)中沒有BCD碼的減法調(diào)整指令，則不能用減法

31、指令直接對(duì)兩個(gè)BCD碼進(jìn)行減法運(yùn)算，而需對(duì)減數(shù)求補(bǔ)，進(jìn)行加法運(yùn)算，然后用加法運(yùn)算的調(diào)整指令進(jìn)行調(diào)整。 對(duì)八位微機(jī)，BCD碼的模為100(十進(jìn)制數(shù))，減去減數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)減數(shù)的求補(bǔ)。為在八位加減運(yùn)算電路中運(yùn)算，將100表示成9AH，即10011010B，減去減數(shù)求補(bǔ)。 61例1-17 已知X68，Y49，求XY 解： XBCD碼01101000B YBCD碼01001001B 模10010011010B YBCD碼01001001B 01010001B 10111001B 調(diào)整B 100011001B 這樣，在程序中將BCD碼的減法運(yùn)算轉(zhuǎn)換為加法運(yùn)算，然后利用加法運(yùn)算的調(diào)整指令進(jìn)行調(diào)整，即可得到正確的

32、結(jié)果。求補(bǔ)編寫出程序片段：CLR CMOV A,#9AH ; (A)=9AH MODSUBB A,#49H; (A)=51H BCDADD A,#68H ; (A)=B9H 非BCDDA A ; (A)=19H BCDCPL C ; CY=0 無借位，差=19HBCD 求補(bǔ)相加有進(jìn)位，直接相減位無借位，反之，有借位。62算術(shù)運(yùn)算小結(jié)（結(jié)合黑板，舉例說明）1、求補(bǔ)碼與求補(bǔ) 求補(bǔ)碼：已知真值求補(bǔ)碼 求補(bǔ)：已知正數(shù)的補(bǔ)碼求與之?dāng)?shù)值相同的負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼 或已知負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼求與之?dāng)?shù)值相同的正數(shù)的補(bǔ)碼2、算術(shù)運(yùn)算與標(biāo)志位 對(duì)于運(yùn)算器來說：只根據(jù)加/減命令對(duì)送給它的兩個(gè)操作數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算，并不區(qū)分是什么性質(zhì)的數(shù)

33、，并且根據(jù)運(yùn)算結(jié)果，填寫標(biāo)志位。其運(yùn)算結(jié)果代表什么完全由用戶決定。 一般情況下：無符號(hào)數(shù)運(yùn)算判CY 定點(diǎn)帶符號(hào)補(bǔ)碼運(yùn)算判溢出OV BCD碼運(yùn)算判CY,機(jī)器調(diào)整判AC、CY例：求62+98=？ 1、作無符號(hào)數(shù)運(yùn)算，結(jié)果0A0H=160，CY=0。 一般，CY=0，結(jié)果在0255之間， CY=1，代表256，結(jié)果在0256+255之間 2、做帶符號(hào)補(bǔ)碼運(yùn)算 ，OV=1，正溢出，結(jié)果無意義。 一般，結(jié)果應(yīng)在-128127之間，超出則溢出?？蓴U(kuò)大位數(shù)到16位再重新做。 3、做BCD碼運(yùn)算，必須送BCD 碼，調(diào)整后，CY=1，代表100，(A)=60H，代表 60 ，合成后代表160。 一般，CY=0，

34、結(jié)果在0099之間 CY=1，代表100，結(jié)果在00199之間 4、位數(shù)相同，性質(zhì)不同的數(shù)，表示數(shù)的范圍不同。63邏輯運(yùn)算計(jì)算機(jī)由專門的邏輯電路完成一些邏輯運(yùn)算。 邏輯運(yùn)算都是位對(duì)位運(yùn)算，即運(yùn)算中位與位之間互不相關(guān)，不存在進(jìn)位或借位，比算術(shù)運(yùn)算簡單。 （1）邏輯與運(yùn)算 邏輯與的運(yùn)算符為“”，其運(yùn)算規(guī)則為： 000 01l00 111邏輯與運(yùn)算的真值表ABAB000010100111例如：在八位微機(jī)中，邏輯與運(yùn)算： 01100101B 11110000B 01100000B邏輯“與”的作用：1、將一個(gè)字的一部分析取出來，與1 2、將一個(gè)字的一部分清0，又稱屏蔽 與03、可用于“拆字”4、自身相與

35、，不變析取清零例：將56H拆成05H和 06H MOV A,#56H ;(A)=01010110B=56H ANL A,#0FH ;(A)=00000110B=06H MOV 30H,A ;(30H)=06H MOV A,#56H ;(A)=56H ANL A,#0F0H ;(A)=01010000B=50H SWAP A ;(A)=00000101B=05H 析取低四位屏蔽高四位64（2）邏輯或運(yùn)算 邏輯或的運(yùn)算符為“”，其運(yùn)算規(guī)則為： 000 01101 111ABAB000011101111邏輯或運(yùn)算的真值表在八位微機(jī)中進(jìn)行的邏輯或運(yùn)算：01100101B 11110000B 11110

36、101B邏輯或運(yùn)算可對(duì)字中的某位置1，本例中將D7、D4位置1。 邏輯“或”的用途 1、某位置1 2、自身相或，不變 3、拼字或0，不變或1，置1例： 求9的ASCII碼 MOV A,#30H ;(A)=00110000B ORL A,#09H; (A)=00111001B=39H65（3）邏輯非運(yùn)算 邏輯非運(yùn)算的真值表 邏輯非又稱為“求反”運(yùn)算，它的運(yùn)算規(guī)則是： 1=0 0=1 這里“0”或“l(fā)”上面的“一橫”表示“非”運(yùn)算，或稱“求反”，其真值表如表所示。 微型機(jī)中通常有“求反”（CPL）指令。 在機(jī)器中求一個(gè)數(shù)的補(bǔ)碼，就是先求該數(shù)的“反”，再在末位加1得到的。0110AA例：求-5的補(bǔ)碼

37、 MOV A,#5 ; (A)=00000101B CPL A ; (A)=11111010B INC A ; (A)=11111011B=0FBH-5的補(bǔ)碼66例： 10011101B 00001111B 10010010B從例中不難看出，對(duì)字中異或“1”的位變反，異或“0”的位不變。自身異或，清零。（4）異或運(yùn)算異或運(yùn)算又稱為按位加，它的運(yùn)算規(guī)則是：00001101110 “”是異或運(yùn)算的運(yùn)算符 例：將68H的低四位求反MOV A,#68H;(A)=01101000BXRL A,#0FH;(A)=01100111B高四位不變低四位變反邏輯異或運(yùn)算的真值表AB000011101110AB 常

38、用的邏輯門電路符號(hào)見附錄III 與門符號(hào) F=A B 異或門符號(hào) F=AB 非門符號(hào) F=A 或門符號(hào) F=A + B671.1.2 微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展 （P2)自學(xué)為主微處理器的發(fā)展第一代微處理器（1971-1973）4/8位 12002000管/片 指令周期1020us Intel4004/8008第二代微處理器（1974-1978）8位 指令周期1us Intel8080/M6800 Intel8085/Z80/M6809第三代微處理器（1978-1981）16位 2萬管/片 指令周期0.5us Intel8086/80286第四代微處理器（1981至今）32位 幾百萬管/片 Intel8

39、0386P4微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展方向微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用1.1.2 微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展1)低檔微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展這類微機(jī)被廣泛用于儀器儀表、家電和過程控制等領(lǐng)域，成為它們不可缺少的組成部分。特別是單片微型計(jì)算機(jī)，以其功能強(qiáng)、價(jià)格低和精巧靈活等特點(diǎn)，深受歡迎，具有無限的生命力。2)32位和64位微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展32位微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展尚未停息，新產(chǎn)品還在繼續(xù)涌現(xiàn)，尤其是軟件的發(fā)展還有廣闊的空間。64位微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)必將成為21世紀(jì)微型計(jì)算機(jī)發(fā)展的主流。3)多微處理器系統(tǒng)的發(fā)展 多微處理器系統(tǒng)是多個(gè)微處理器并行運(yùn)算的系統(tǒng)，使多微處理器系統(tǒng)的性能相當(dāng)于大型機(jī)的水平，而價(jià)格只有后者的十分之一，可以預(yù)見其發(fā)展前景十分

40、廣泛。 微型計(jì)算機(jī)主要應(yīng)用在以下幾方面：（1）科學(xué)計(jì)算（2）數(shù)據(jù)處理（3）過程控制（4）CAD、CAM、CAA和CAI中的應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD（ComputerAided Design）計(jì)算機(jī)輔助制造CAM（ComputerAided Manufacturing）計(jì)算機(jī)輔助裝配CAA（ComputerAided Assemble）計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)CAI（ComputerAided lnstruction） （5）多媒體系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)681.2 微型計(jì)算機(jī)的組成及其工作原理1.2.1 微型計(jì)算機(jī)的組成 1、存儲(chǔ)器（類型、結(jié)構(gòu)、重要指標(biāo)） 2、微處理器MPU （結(jié)構(gòu)圖） 3、I/O接口和外設(shè) 4

41、、地址、數(shù)據(jù)、控制總線1.2.2 微型計(jì)算機(jī)的基本原理 691.2.1 微型計(jì)算機(jī)的組成CBDBABM P U外設(shè)I/O接口RAMROM 微 型 計(jì) 算 機(jī)70Random Access Memory Read Only Memory類型：ROM 正常工作時(shí)只能讀不能寫的存儲(chǔ)器 PROM 可編程ROM,廠家一次寫入 EPROM 用戶可編程可擦寫ROM，紫外線擦除器 EEPROM 電可擦寫可編程ROM，在線，讀快/寫慢 Flash PEROM 閃速可編程可擦寫ROM1、存儲(chǔ)器（類型、結(jié)構(gòu)、重要指標(biāo)）RAM 正常工作時(shí)即可讀又可寫的存儲(chǔ)器 DRAM 動(dòng)態(tài)RAM，集成度高，外加刷新電路 SRAM 靜

42、態(tài)RAM，成本高、速度快 iRAM 全集成化RAM，DRAM+刷新電路 NVRAM SRAM+EEPROM，不揮發(fā)即不易失 易失不易失71ROM和RAM的主要區(qū)別：1、斷電后ROM內(nèi)的信息不丟失 RAM 中的信息立即丟失2、讀/寫方式不同 ROM采用特殊方式寫入信息， 正常工作是只讀方式 RAM正常工作既能讀又能寫72WR結(jié)構(gòu)A0A1A2A30000B1111BD7D0RD地址寄存器地址譯碼器存儲(chǔ)陣列168輸出數(shù)據(jù)寄存器1111B圖l-2 168bitRAM的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 ROM和RAM芯片均有分四組引腳線： （ROM另有特殊的引腳線）1、地址線 傳送存儲(chǔ)器的地址碼，其根數(shù)決定存儲(chǔ)單元個(gè)數(shù)即字

43、數(shù)2、數(shù)據(jù)線 傳送對(duì)某一單元進(jìn)行讀/寫的數(shù)據(jù)，雙向 決定一個(gè)單元內(nèi)存儲(chǔ)二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)，即字長3、控制線 傳送讀/寫控制信號(hào)，以控制讀/寫操作4、電源線 +5V 和GND線73存儲(chǔ)器的兩個(gè)重要指標(biāo)存貯容量 存儲(chǔ)容量2地址線條數(shù)數(shù)據(jù)線的條數(shù)bit 字?jǐn)?shù)（存儲(chǔ)單元個(gè)數(shù)）字長例： 芯片2732 4KB 即 4 K 8bit=32Kb 地址線 12根，數(shù)據(jù)線 8根 芯片 2114 1K 4bit 地址線 10根，數(shù)據(jù)線 4根 問？ 2764 8KB 地址線 ？根，數(shù)據(jù)線 ？根 存取周期 存儲(chǔ)器從接到存儲(chǔ)單元地址開始， 到讀出或?qū)懭霐?shù)據(jù)為止所用的時(shí)間。742、微處理器MPU結(jié)構(gòu)圖累加器A控制信號(hào)程序計(jì)數(shù)器

44、PC 寄存器組PS指令寄存器IR指令譯碼器ID 控制邏輯算術(shù)邏輯單元ALU外部數(shù)據(jù)總線外部地址總線 地址寄存器數(shù)據(jù)寄存器 TMPPSW控制器運(yùn)算器內(nèi)部總線改錯(cuò)751）運(yùn)算器（主要由五部分組成）MPU的組成部分2）控制器（主要由三部分組成）3）內(nèi)部總線76在控制器的控制下，對(duì)二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算或邏輯運(yùn)算。1 算術(shù)邏輯運(yùn)算單元 ALU （8位) 運(yùn)算器的核心，以全加器為基礎(chǔ)，輔以移位和控制邏輯組合而成 在控制器的控制下，可進(jìn)行加減乘除算術(shù)運(yùn)算和各種邏輯運(yùn)算2 累加器 A 由8位觸發(fā)器組成的移位寄存器， 運(yùn)算前存放一個(gè)操作數(shù)， 運(yùn)算后存放運(yùn)算結(jié)果，可進(jìn)行累加3 暫存器 TMP 8位寄存器，暫存另一

45、個(gè)操作數(shù)4 狀態(tài)寄存器 PSW 8位觸發(fā)器組成， 存放ALU操作中形成的狀態(tài) 例 CY OV AC 標(biāo)志位5 通用寄存器組 PS 用于存放操作數(shù)或運(yùn)算結(jié)果1）運(yùn)算器（主要由五部分組成）以8位微機(jī)為例77 發(fā)布操作命令的機(jī)構(gòu)，是計(jì)算機(jī)的指揮中心，控制計(jì)算機(jī)的各部分協(xié)調(diào)工作，用以自動(dòng)執(zhí)行程序。 1 指令部件 用來讀取指令、分析指令和為完成指令產(chǎn)生控制信號(hào)的邏輯部件，也是控制器的核心。指令部件由以下三部分組成： 程序計(jì)數(shù)器PC（Program Counter） 指令寄存器IR（Instruction Register） 指令譯碼器ID（Instruction Decoder） 2 時(shí)序部件 由時(shí)鐘系

46、統(tǒng)和脈沖分配器組成，用于產(chǎn)生微操作控制部件所需的定時(shí)脈沖信號(hào)。 3 微操作控制部件 為指令譯碼器ID的輸出信號(hào)配上節(jié)拍電位和節(jié)拍脈沖，也可和外部進(jìn)來的控制信號(hào)組合，共同形成相應(yīng)的微操作控制序列，以完成規(guī)定的操作。2）控制器（主要由三部分組成）783、I/O接口和外設(shè)I/O接口 是大規(guī)模集成電路芯片，是架設(shè)在微處理器和外設(shè)間的橋梁，實(shí)現(xiàn)兩者之間的速度、電平和信號(hào)性質(zhì)的匹配 。 I/O接口微處理器I/O外設(shè) 總線是在微型計(jì)算機(jī)各部分之間傳送信息的公共通道，也是溝通微型計(jì)算機(jī)各種器件的橋梁。 （1）地址總線AB（Adress Bus） 用來傳送MPU發(fā)出的地址碼，是單向總線。 其條數(shù)由MPU型號(hào)決定

47、, 同時(shí)決定可直接尋址的內(nèi)存地址范圍.4地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線79（2）數(shù)據(jù)總線DB（Data Bus） 用來傳送數(shù)據(jù)和指令碼，是雙向總線。通過DB，MPU可將數(shù)據(jù)寫入存儲(chǔ)器或通過輸出接口向外設(shè)輸出數(shù)據(jù)，也可從存儲(chǔ)器或通過輸入接口從輸入設(shè)備輸入數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)總線條數(shù)常和所用微處理器字長相等，但也有內(nèi)部為16位運(yùn)算而外部仍為八位數(shù)據(jù)總線的情況，稱為準(zhǔn)16位。八位機(jī)中數(shù)據(jù)總線通常有八條。（3）控制總線CB（Control Bus） 用來傳送MPU發(fā)出的控制信號(hào)、存儲(chǔ)器或外設(shè)的狀態(tài)信號(hào)和時(shí)序信號(hào)等。每根控制總線的信息傳送方向是固定的，單向的，而控制總線作為整體為雙向的?？刂瓶偩€的條數(shù)因機(jī)器而異，每條控制線最多傳送兩個(gè)控制信號(hào)。80122 微型計(jì)算機(jī)的基本原理 計(jì)算機(jī)的工作 就是執(zhí)行程序。 要執(zhí)行一個(gè)程序必須將該程序放入內(nèi)存。 而程序是若干指令的有序排列，要執(zhí)行程序只要從第一條指令開始，逐條讀取指令、分析指令、執(zhí)行指令直至執(zhí)行到停機(jī)指令即完成程序。 要從內(nèi)存中讀取指令，必須給出內(nèi)存單元的地址，這就需要有一個(gè)專門的寄存器用來存放將要執(zhí)行指令的內(nèi)存地址，這個(gè)寄存