版權說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內容提供方,若內容存在侵權,請進行舉報或認領
文檔簡介
微機原理與嵌入式系統(tǒng)主講李宥謀Email:lym@163.comTEL安郵電學院計算機系嵌入式教研室2010.212/27/20221西安郵電學院計算機系微機原理與嵌入式系統(tǒng)主講李宥謀西安郵電學院計算機系12/1微機原理與嵌入式系統(tǒng)趙全良等編著西安電子科技大學出版社高等學校計算機類專業(yè)系列教材教材參考書周立功,ARM嵌入式基礎教程王忠民,微型計算機原理12/27/20222西安郵電學院計算機系微機原理與嵌入式系統(tǒng)趙全良等編著高等學校計算機類專業(yè)系列教材
《ARM嵌入式系統(tǒng)實驗教程》
周立功等編寫(北京航空航天大學出版社)實驗地點:計算機學院嵌入式實驗室(2#實驗樓3層)實驗指導計劃學時:64學時其中:授課54學時:實驗16學時,其中ADS環(huán)境2學時,ARM匯編2學時,GPIO、定時器等6學時課內外比例:課內1:課外>1課程安排12/27/20223西安郵電學院計算機系《ARM嵌入式系統(tǒng)實驗教程》實驗指導計劃學時:64學時考核要求考試成績(課堂教學內容) 70%上機成績(上機出勤及編程情況) 15%平時成績(上課出勤及作業(yè)等學習情況)15%
12/27/20224西安郵電學院計算機系考核要求考試成績(課堂教學內容)12/18/20224西安郵預備鈴響后必須進教室;遲到的學生坐在第一排;
曠課4次平時分扣為零分;
著裝得體,不得穿拖鞋、背心進教室;
不準在教室吃東西,值日生要擦黑板。
按時完成作業(yè)。
課堂要求12/27/20225西安郵電學院計算機系預備鈴響后必須進教室;課堂要求12/18/20225西安郵電微機原理與嵌入式系統(tǒng)-課程介紹微機:IBMPC系列機,組成及機構嵌入式:ARM系列的體系結構
ARM7指令集及匯編程序設計硬件--接口電路原理軟件--接口編程方法接口技術:12/27/20226西安郵電學院計算機系微機原理與嵌入式系統(tǒng)-課程介紹微機:IBMPC系列機,組成微機原理及嵌入式系統(tǒng)-網站資源錢曉捷之微服網/qwfw微機原理遠程教學0/caicomputer/周立功單片機/home.aspARM公司網站/12/27/20227西安郵電學院計算機系微機原理及嵌入式系統(tǒng)-網站資源錢曉捷之微服網12/18/20微機原理及嵌入式系統(tǒng)-課程特點專業(yè)技術基礎課硬件系列課程之一計算機組成原理微機原理及接口技術嵌入式系統(tǒng)計算機體系結構指定選修課以技術為主面向應用軟硬件相結合課程特12/27/20228西安郵電學院計算機系微機原理及嵌入式系統(tǒng)-課程特點專業(yè)技術基礎課課12/18/2微機原理及嵌入式系統(tǒng)-先修課程計算機文化課基礎(全面了解)數字邏輯提供硬件基礎計算機組成原理確立計算機部件功能掌握計算機工作原理高級語言程序設計熟悉C語言程序設計的方法掌握基本程序設計思想先修課12/27/20229西安郵電學院計算機系微機原理及嵌入式系統(tǒng)-先修課程計算機文化課基礎(全面了解)先第1章目錄1.計算機基礎知識2.數制和數值表示與處理3.信息編碼4.嵌入式系統(tǒng)概述12/27/202210西安郵電學院計算機系第1章目錄1.計算機基礎知識12/18/202210西第1章目錄1.計算機基礎知識2.數制和數值表示與處理3.信息編碼4.嵌入式系統(tǒng)概述12/27/202211西安郵電學院計算機系第1章目錄1.計算機基礎知識12/18/202211西1.2計算機的發(fā)展自1946年世界上第一臺電子計算機問世以來,計算機的發(fā)展已經歷了四代:第一代:電子管計算機第二代:晶體管計算機第三代:集成電路計算機第四代:大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路計算機目前,各國正加緊研制和開發(fā)第五代“非馮·諾依曼”計算機和第六代“神經”計算機。12/27/202212西安郵電學院計算機系1.2計算機的發(fā)展自1946年世界上第一臺電子計算1.3馮.諾伊曼計算機體系結構馮?諾伊曼計算機體系結構的要點:計算機中的信息(程序和數據)以二進制方式表示。程序預存儲,機器自動執(zhí)行。計算機由運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備五大部分組成。12/27/202213西安郵電學院計算機系1.3馮.諾伊曼計算機體系結構馮?諾伊曼計算機體系結構的1.中央處理器(CPU)中央處理單元(CentralProcessingUnit,簡寫為CPU)也稱之為‘處理器’,是計算機的核心部件,主要功能是解釋并執(zhí)行計算機指令,完成數據處理和對計算機其他各部分進行控制。CPU主要由運算器、控制器、寄存器組和內部總線等構成。12/27/202214西安郵電學院計算機系1.中央處理器(CPU)中央處理單元(CentralPrCPU執(zhí)行指令的過程大致可分為三個階段:取指(fetch):將待操作的指令碼從存儲器取到處理器。譯碼(decode):對指令碼進行分析譯碼。執(zhí)行(execute):產生指令碼對應的操作信號。12/27/202215西安郵電學院計算機系CPU執(zhí)行指令的過程大致可分為三個階段:12/18/2022運算器控制器PCCPUcmd_ncmd_n+1cmd_n+2存儲器…………取指指針cmd_n+1指令碼cmd_n+1指令碼cmd_n+2取指指針cmd_n+212/27/202216西安郵電學院計算機系運算器控制器PCCPUcmd_ncmd_n+1cmd_n+22.存儲器(Memory)存儲器(Memory)是計算機系統(tǒng)中用來存儲程序和數據的信息記憶部件。在計算機內部,程序和數據都以二進制形式表示,8位二進制代碼作為一個字節(jié)。為了便于對存儲器進行訪問,存儲器通常被劃分為許多單元,每個存儲單元存放一個字節(jié)的二進制信息,每個存儲單元分別賦予一個編號,稱為地址。在處理器控制下,可以向地址指定的存儲器單元存入數據(也稱為寫存儲器)或從地址指定存儲器單元取出數據(也稱為讀存儲器)。12/27/202217西安郵電學院計算機系2.存儲器(Memory)存儲器(Memory)是計算機系E7H34HA5HF2H38H……4001H4002H4003H4004H4005H……地址指令或數據內容00111000圖內存單元的地址和內容如圖所示,地址為4005H的存儲單元中存放了一個八位二進制信息00111000B。12/27/202218西安郵電學院計算機系E7H4001H地址指令或數據內容003.輸入/輸出接口與設備(IODevice)計算機通過執(zhí)行程序完成信息的處理,這就需要有通道能將程序和待處理的數據送入到計算機中,計算機處理后的結果數據也能夠通過某種通道被送出來。這些完成信息進出計算機的專用設備稱為“輸入/輸出設備”(簡稱為外設)。在計算機原理上,我們所說的‘外設’主要是指這些“輸入/輸出接口”(簡稱為接口外設),它不特指某一具體的外設物理裝置,更具有邏輯原理普遍性。12/27/202219西安郵電學院計算機系3.輸入/輸出接口與設備(IODevice)計算機通過執(zhí)1.4計算機系統(tǒng)12/27/202220西安郵電學院計算機系1.4計算機系統(tǒng)12/18/202220西安郵電學院計算1.5計算機的工作過程12/27/202221西安郵電學院計算機系1.5計算機的工作過程12/18/202221西安郵電學院第1章目錄1.計算機基礎知識2.數制和數值表示與處理3.信息編碼4.嵌入式系統(tǒng)概述12/27/202222西安郵電學院計算機系第1章目錄1.計算機基礎知識12/18/202222西十進制數表示法和運算規(guī)則基本規(guī)則用十個基本符號集{0,1,2,3,4,5,6,7,8,9}中的元素(稱為基數)排列表示數據,并依此表示數值。加法運算時“逢十進一”,減法運算時“借一當十”。任何一個十進制數N的表示其中的Di為第i位上的基數,10i
為“權位”。123.45=1×102+2×101+3×100+4×10-1+5×10-212/27/202223西安郵電學院計算機系十進制數表示法和運算規(guī)則基本規(guī)則其中的Di為第i位上的基數十六進制數表示法和運算規(guī)則基本規(guī)則用十六個基本符號集{0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F}中的元素(稱為基數)排列表示數據,并依此表示數值。加法運算時“逢十六進一”,減法運算時“借一當十六”。任何一個十六進制數N的表示1A3.D8H=1×162+A×161+3×160
+D×16-1+8×16-2=1×162+10×161+3×160
+13×16-1+8×16-2=419.84375其中的Di為第i位上的基數,16i為“權位”。12/27/202224西安郵電學院計算機系十六進制數表示法和運算規(guī)則基本規(guī)則1A3.D8H=1×例1.1:十六進制數加、減運算:1DF.Ah+4C.3h;1DF.Ah-4C.3h12/27/202225西安郵電學院計算機系例1.1:十六進制數加、減運算:12/18/202225西安二進制數表示法和運算規(guī)則基本規(guī)則用兩個基本符號集{0,1}中的元素(稱為基數)排列表示數據,并依此表示數值。加法運算時“逢二進一”,減法運算時“借一當二”。任何一個二進制數N的表示其中的Di為第i位上的基數,2i為“權位”。101.01B=1×22+0×21+1×20+0×2-1+1×2-2=5.25
12/27/202226西安郵電學院計算機系二進制數表示法和運算規(guī)則基本規(guī)則其中的Di為第i位上的基數例1.2:二進制數加、減運算:1101.101b+100.1b;1011.1b-101.01b12/27/202227西安郵電學院計算機系例1.2:二進制數加、減運算:12/18/202227西安郵數制之間的轉換進位計數制基數數碼權重符號二進制數20,12iB八進制數80,1,2,3,4,5,6,78iQ十進制數100,1,2,3,4,5,6,7,8,910iD十六進制數160,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F16iH12/27/202228西安郵電學院計算機系數制之間的轉換進位計數制基數數碼權重二進制數與十六進制數的對應關系二進制數十六進制數二進制數十六進制數00000100080001110019001021010A001131011B010041100C010151101D011061110E011171111F12/27/202229西安郵電學院計算機系二進制數與十六進制數的對應關系二進制數十六進制數二進制數十十六進制數到二進制數的轉換規(guī)則:以小數點為參照,分別轉換整數部分和小數部分,每1位十六進制數直接轉換為4位的二進制數即可。例1.3:1FA.Ch
=000111111010.1100b1FAC12/27/202230西安郵電學院計算機系十六進制數到二進制數的轉換規(guī)則:以小數點為參照,分別轉換整數二進制數到十六進制數的轉換規(guī)則:以小數點為參照,分別轉換整數部分和小數部分,整數部分向左(小數部分向右)每4位的二進制數劃分為一個轉換單元(不足部分補0),將4位的二進制數直接轉換為1位十六進制數。例1.4:1010110101.011b
=001010110101.0110b
2B56=2B5.6h12/27/202231西安郵電學院計算機系二進制數到十六進制數的轉換規(guī)則:以小數點為參照,分別轉換整數二進制數、十六進制數到十進制數的轉換
分別將十六進制數或二進制數展開,再按照十進制數運算法則計算,則即可直接計算出相應的十進制數。
例1.5:1FA.Ch
=1×162+15×161+10×160+12×16-1
=506.75例1.6:1010110101.011b=1×29+0×28+1×27+0×26+1×25+1×24+0×23+1×22+0×21+1×20+0×2-1+1×2-2+1×2-3
=693.37512/27/202232西安郵電學院計算機系二進制數、十六進制數到十進制數的轉換例1.5:1FA.C十進制數到二進制數、十六進制數的轉換 轉換規(guī)則:分別轉換整數部分和小數部分,之后合成即可。整數部分的轉換:整數部分除基數取余(向二進制數轉換時基數為2,向十六進制數轉換時基數為16),商遞歸步驟①,直至商值等于0,先得到的“余”是整數部分的低位。小數部分的轉換:小數部分乘基數取整(向二進制數轉換時基數為2,向十六進制數轉換時基數為16),小數部分遞歸步驟②,直至小數為0,先出的“整”是小數部分的高位。12/27/202233西安郵電學院計算機系十進制數到二進制數、十六進制數的轉換12/18/20223例1.7:137.8125轉換為二進制數整數部分137到二進制的轉換
高位低位算式商余137÷268168÷234034÷217017÷2818÷2404÷2202÷2101÷201
137=10001001b
12/27/202234西安郵電學院計算機系例1.7:137.8125轉換為二進制數高位低位算式商例1.7:137.8125轉換為二進制數小數部分0.8125到二進制的轉換高位低位算式整數部分小數部分0.8125×210.6250.625×210.250.25×200.500.5×210
0.8125=0.1101b
137.8125=10001001.1101b12/27/202235西安郵電學院計算機系例1.7:137.8125轉換為二進制數高位低位算式整數部例1.8:137.8125轉換為十六進制數整數部分137到十六進制的轉換小數部分0.8125到十六進制表示的轉換
低位高位算式商余137÷16898÷1608
137=89h
高位低位算式整數部分小數部分0.8125×1613(0xD)00.8125=0.Dh
137.8125=89.Dh
12/27/202236西安郵電學院計算機系例1.8:137.8125轉換為十六進制數低位高位算式商2.2符號數的原碼、反碼和補碼表示原碼 約定:數值x的原碼記為[x]原,假設機器(處理器)字長為n位對于一個n位的二進制數,其可表示的原碼數值范圍:-(2n-1-1)~(2n-1-1)。例如:n=8時,可表示的數值范圍{-127~127}。數值0有兩種表示方式:00000000(+0)和10000000(-0),在該碼制中,人們習慣將0用+0方式表示。12/27/202237西安郵電學院計算機系2.2符號數的原碼、反碼和補碼表示原碼對于一個n位的二進制反碼
約定:數值x的反碼記為[x]反,假設機器字長為n位對于一個n位的二進制數,其可表示的反碼數值范圍:-(2n-1-1)~(2n-1-1)。例如:n=8時,可表示的數值范圍{-127~127}。數值0有兩種表示方式:00000000(+0)和11111111(-0),在該碼制中,人們習慣將0用+0方式表示。12/27/202238西安郵電學院計算機系反碼對于一個n位的二進制數,其可表示的反碼數值求反碼的真值運算也很簡單,首先依據符號位(S=0或S=1)填寫正負號,如果是正數(S=0),直接按原碼算法求出其真值;如果是負數(S=1),先將‘數值位’按位取反,如此就得到了該數據的原碼,再按原碼求出其真值,加上符號即得。例1.12
n=8時,分別求[01000101b]反和[11000101b]反的真值。
①[01000101b]反的最高碼位是“0”表明它的真值是正數,余下7位數據的值是69,那么[01000101b]反的真值就是+69即69; ②[11000101b]反的最高碼位是“1”表明它的真值是負數,先將‘數值位’按位取反求出它的原碼是[10111010b]原,再求出該原碼的真值是-58,即得[11000101b]反的真值是-58。12/27/202239西安郵電學院計算機系求反碼的真值運算也很簡單,首先依據符號位(S=0或S=1補碼
約定:數值x的補碼記為[x]補,假設機器字長為n位
對于正數,其補碼與原碼、反碼完全一樣,而負數的補碼則是2n的模補。在實際求某負數的補碼運算時,其補碼就等于它的反碼加1。從補碼定義可見,對于一個n位的二進制數據容器,其可表示的補碼數據范圍:-2n-1~(2n-1-1)。例如:n=8時,補碼可表示的數據范圍{-128~127}。12/27/202240西安郵電學院計算機系補碼對于正數,其補碼與原碼、反碼完全一樣,而負數的補碼12/例1.13:n=8時,分別求出87和-87的補碼。 求87的補碼:[87]補=01010111b; 求-87的補碼:先求[-87]原=11010111b 再求[-87]反=10101000b 則[-87]補=10101001b例1.14:n=8時,分別求[01000101b]補和 [11000101b]補的真值; ①[01000101b]補的最高碼位是“0”表明它的真值是正數,計算余下的7位數據值是69,那么[01000101b]補的真值就是+69即69; ②[11000101b]補的最高碼位是“1”表明它的真值是負數,先求出它的原碼是[10111011b]原,再求出它的真值是-59,即[11000101b]補的真值是-59。12/27/202241西安郵電學院計算機系例1.13:n=8時,分別求出87和-87的補碼。12/2.3補碼的運算、溢出及其判斷方法1.補碼的加法運算
在編碼長度固定為n的補碼值域內,對于符號數x、y,有:
[x+y]補=[x]補+[y]補
即在運算結果值不超出補碼可表示的值域范圍時,兩個符號數之和的補碼等于這兩個數的補碼和,運算結果以補碼形式表示。
12/27/202242西安郵電學院計算機系2.3補碼的運算、溢出及其判斷方法1.補碼的加法運算1例1.16n=8時,x=25,y=37;分別計算[x+y]補和[x]補+[y]補,并對比結果。解:[25]補=00011001b;[37]補=00100101b
對比兩種運算結果有:[25]補+[37]補=00011001b+00100101b=00111110b=[62]補
12/27/202243西安郵電學院計算機系例1.16n=8時,x=25,y=37;分別計算[x+y例1.17n=8時,x=-25,y=-37;分別計算[x+y]補和[x]補+[y]補,并對比結果。解:[-25]補=11100111b;[-37]補=11011011b對比兩種運算結果有:[-25]補+[-37]補=11100111b+11011011b=
11000010b
=[-25+(-37)]補=[-62]補12/27/202244西安郵電學院計算機系例1.17n=8時,x=-25,y=-37;分別計算2.補碼的減法運算
在編碼長度固定為n的補碼值域內,對于符號數x、y,有: [x-y]補=[x]補-[y]補=[x]補+[-y]補
即在運算結果值不超出補碼可表示的值域范圍時,兩個符號數之差的補碼等于這兩個數補碼的差,等于被減數的補碼與減數相反數補碼的和,運算結果以補碼形式表示。12/27/202245西安郵電學院計算機系2.補碼的減法運算12/18/202245西安郵電學院計例1.19n=8時,x=25,y=37;分別計算[x-y]補、[x]補-[y]補和[x]補+[-y]補,并對比結果。
解:[25]補=00011001b;[37]補=00100101b;[-37]補=11011011b12/27/202246西安郵電學院計算機系例1.19n=8時,x=25,y=37;分別計算解:對比兩種運算結果有:[25]補-[37]補=00011001b-00100101b=11110100b =[25-37]補=[-12]補。[25]補+[-37]補=00011001b+11011011b=11110100b==[25-37]補=[-12]補。12/27/202247西安郵電學院計算機系對比兩種運算結果有:12/18/202247西安郵電學院計3.補碼的溢出和判別方法
溢出就是運算結果超出了數據容器能表示數值的范圍而造成容器數據出錯的現象。例:n=8時,x=60,y=70;計算[x]補+[y]補并分析運算結果。補碼運算說明12/27/202248西安郵電學院計算機系3.補碼的溢出和判別方法例:n=8時,x=60,y=補碼運算溢出的判斷方法
從原理上來說,由于運算結果數值超出了數據容器的表示值域導致了數據溢出。發(fā)生運算溢出時,結果數據不可直接使用。但在計算機中并不是(也不能)根據溢出的定義去判斷運算是否有溢出,而是通過判斷下述進位情況的組合,來判斷補碼運算是否溢出。
運算結果數據是否溢出與CF和DF有以下邏輯關系:當CF異或DF結果為1時,補碼運算有溢出,否則補碼運算無溢出。
12/27/202249西安郵電學院計算機系補碼運算溢出的判斷方法運算結果數據是否溢出與CF和DF12例1.22n=8時,x=60,y=70;計算[x]補+[y]補并分析運算溢出情況。解:[60]補=00111100b;[70]補=01000110b;因為OF=CF⊕DF=0⊕1=1,可知該補碼運算有溢出,數據容器中的結果出錯。12/27/202250西安郵電學院計算機系例1.22n=8時,x=60,y=70;解:[例1.23n=8時,x=-25,y=-37;計算[x]補+[y]補并分析運算溢出情況。
解:[-25]補=11100111b;[-37]補=11011011b;因為OF=CF⊕DF=1⊕1=0,可知該補碼運算沒有溢出,數據容器中的結果正確。12/27/202251西安郵電學院計算機系例1.23n=8時,x=-25,y=-37;解:2.4真值與機器數
任何信息在計算機中都是以二進制數的形式表示。計算機中的二進制數據稱之為“機器數”,機器數所代表的值含義稱為該機器數的“真值”。廣義的說“真值”可以是數值,也可以是字符,甚至是語音或圖象等。在此,我們僅討論數值型真值和機器數的對應關系。由前所述可知,同一個‘機器數’在不同的編碼體制中具有不同的‘真值’含義。12/27/202252西安郵電學院計算機系2.4真值與機器數12/18/202252西安郵電學院計
8bit二進制機器數
無符號二進制數(真值)帶符號數(真值)原碼反碼補碼000000000000000100000010
01111110011111111000000010000001
111111011111111011111111012
126127128129
253254255+0+1+2
+126+127-0-1
-125-126-127+0+1+2
+126+127-127-126
-2-1-0+0+1+2
+126+127-128-127
-3-2-112/27/202253西安郵電學院計算機系
帶符號數(真值)原碼反碼補碼0+0+0+012/第1章目錄1.計算機基礎知識2.數制和數值表示與處理3.信息編碼4.嵌入式系統(tǒng)概述12/27/202254西安郵電學院計算機系第1章目錄1.計算機基礎知識12/18/202254西計算機中的所有信息(指令、數值、文本、音像等)都是以二進制數據的形式表示,如何使用二進制數據表示不同的信息(字符、數值、音像等),這就是信息編碼研究的問題。大千世界各種信息海量,其形式和內容很復雜,信息編碼學等專業(yè)課程專題研究了相關的理論和技術,在此僅討論計算機常用的BCD編碼和ASCII編碼兩種編碼,向大家介紹計算機中編碼的基本知識。12/27/202255西安郵電學院計算機系計算機中的所有信息(指令、數值、文本、音像等)都是以二進制數3.1BCD編碼
BCD編碼(BinaryCodedDecimal——二進制編碼十進制數)是一種綜合了二進制數和十進制數特點的編碼方式,采用二進制數據位表示十進制數據,即使用4bit的二進制數據位表示1位的十進制數據,并在此基礎上,對任意的十進制數據分別對其各位逐位編碼。十進制數012348421碼00000001001000110100十進制數567898421碼0101011001111000100112/27/202256西安郵電學院計算機系3.1BCD編碼十進制數012348421碼0000000簡單直接的二進制運算不能保證BCD編碼運算的正確性,有時需要修正。
修正的法則:兩個4bit的BCD碼相加,無進位并且結果碼不大于1001b,則不需要修正;該4bit就是相加結果的BCD碼。兩個4bit的BCD碼相加,有進位或者結果碼大于1001b,則該4bit需要加0110b修正;修正后得到本單元的結果BCD碼。進位計算入高位BCD碼段。12/27/202257西安郵電學院計算機系簡單直接的二進制運算不能保證BCD編碼運算的正確性,有時需要計算機通常按字節(jié)(8bit/字節(jié))組織存儲器,如果每一個字節(jié)僅存放一個BCD碼數據話,這樣的BCD碼稱之為‘非壓縮型BCD碼’,此種方式下,用字節(jié)的低4bit存儲BCD碼數據,字節(jié)的高4bit總是0000b。為了提高存儲器利用率,使用字節(jié)的高4bit和低4bit分別存放兩個BCD碼位,稱這樣表示的BCD碼為‘壓縮型BCD碼’12/27/202258西安郵電學院計算機系計算機通常按字節(jié)(8bit/字節(jié))組織存儲器,如果每一個字節(jié)3.2字符ASCII編碼在計算機應用中除了數值處理之外,還存在大量的非數值信息處理應用。計算機中所有的數據(數值、非數值信息)在存儲和運算時,都要使用二進制數表示。美國有關的標準化組織就出臺了所謂的ASCII編碼----美國標準信息交換標準碼(AmericanStandardCodeforInformationInterchange,ASCII),統(tǒng)一規(guī)定了上述常用符號的二進制數表示方式。12/27/202259西安郵電學院計算機系3.2字符ASCII編碼12/18/202259西安12/27/202260西安郵電學院計算機系12/18/202260西安郵電學院計算機系第1章目錄1.計算機基礎知識2.數制和數值表示與處理3.信息編碼4.嵌入式系統(tǒng)概述12/27/202261西安郵電學院計算機系第1章目錄1.計算機基礎知識12/18/202261西4.1概述經過幾十年的發(fā)展,嵌入式系統(tǒng)已經在很大程度改變了人們的生活、工作和娛樂方式,而且這些改變還在加速。嵌入式系統(tǒng)具有無數的種類,每類都具有自己獨特的個性。例如,MP3、數碼相機與打印機就有很大的不同。汽車中更是具有多個嵌入式系統(tǒng),使汽車更輕快、更干凈、更容易駕駛。12/27/202262西安郵電學院計算機系4.1概述經過幾十年的發(fā)展,嵌入式系統(tǒng)已現實中的嵌入式系統(tǒng)即使不可見,嵌入式系統(tǒng)也無處不在。嵌入式系統(tǒng)在很多產業(yè)中得到了廣泛的應用并逐步改變著這些產業(yè),包括工業(yè)自動化、國防、運輸和航天領域。例如神州飛船和長征火箭中肯定有很多嵌入式系統(tǒng),導彈的制導系統(tǒng)也是嵌入式系統(tǒng),高檔汽車中也有多達幾十個嵌入式系統(tǒng)。在日常生活中,人們使用各種嵌入式系統(tǒng),但未必知道它們。事實上,幾乎所有帶有一點“智能”的家電(全自動洗衣機、電腦電飯煲…)都是嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)廣泛的適應能力和多樣性,使得視聽、工作場所甚至健身設備中到處都有嵌入式系統(tǒng)。12/27/202263西安郵電學院計算機系現實中的嵌入式系統(tǒng)即使不可見,嵌入式系統(tǒng)也無處不在現實中的嵌入式系統(tǒng)12/27/202264西安郵電學院計算機系現實中的嵌入式系統(tǒng)12/18/202264西安郵電學院計算4.1基本概念目前,對嵌入式系統(tǒng)的定義多種多樣,但沒有一種定義是全面的。下面給出兩種比較合理定義:
從技術的角度定義:以應用為中心、以計算機技術為基礎、軟件硬件可裁剪、適應應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。從系統(tǒng)的角度定義:嵌入式系統(tǒng)是設計完成復雜功能的硬件和軟件,并使其緊密耦合在一起的計算機系統(tǒng)。術語嵌入式反映了這些系統(tǒng)通常是更大系統(tǒng)中的一個完整的部分,稱為嵌入的系統(tǒng)。嵌入的系統(tǒng)中可以共存多個嵌入式系統(tǒng)。12/27/202265西安郵電學院計算機系4.1基本概念目前,對嵌入式系統(tǒng)的定義多種簡而言之,嵌入式系統(tǒng)就是嵌入到目標應用系統(tǒng)中、完成特定處理功能的專用計算機系統(tǒng)。嵌入性:一般包含兩方面含義,①本系統(tǒng)是嵌入到另一目標大系統(tǒng)中為完成大系統(tǒng)功能服務的組成部分;②完成特定功能處理的軟件代碼也嵌入到了目標系統(tǒng)。專用性:本系統(tǒng)是專為該目標系統(tǒng)特別設計定制的;計算機系統(tǒng):在體系結構和原理組成上,它是計算機系統(tǒng)。12/27/202266西安郵電學院計算機系簡而言之,嵌入式系統(tǒng)就是嵌入到目標應用系統(tǒng)中、完成特定處理功嵌入式系統(tǒng)示例——汽車控制系統(tǒng)12/27/202267西安郵電學院計算機系嵌入式系統(tǒng)示例——汽車控制系統(tǒng)12/18/202267西安郵馬達控制器車燈嵌入式系統(tǒng)示例——汽車控制系統(tǒng)尾燈控制系統(tǒng)后車門控制系統(tǒng)前車門控制系統(tǒng)座椅控制系統(tǒng)發(fā)動器控制系統(tǒng)所有的控制系統(tǒng)都是一個完整的嵌入式系統(tǒng)12/27/202268西安郵電學院計算機系馬達嵌入式系統(tǒng)示例——汽車控制系統(tǒng)尾燈控制系統(tǒng)后車門控制系統(tǒng)4.2嵌入式處理器早期的嵌入式系統(tǒng)通常使用普通個人計算機(PC)中的通用處理器。近年來,隨著大量先進的微處理器制造技術的發(fā)展,越來越多的嵌入式系統(tǒng)用嵌入式處理器建造,而不是用通用目的的處理器。這些嵌入式處理器可以大致分為以下幾類:注重嵌入式處理器的尺寸、能耗和價格。
例如:應用于PDA等不注重計算的設備;注重嵌入式處理器的性能。例如:應用于路由器等計算密集型的設備;注重嵌入式處理器的性能、尺寸、能耗和價格。例如:應用于蜂窩電話等設備;——概述12/27/202269西安郵電學院計算機系4.2嵌入式處理器早期的嵌入式系統(tǒng)通常使1.分類
嵌入式處理器可以分為以下幾大類:嵌入式微處理器(單板機);嵌入式微控制器(單片機);嵌入式DSP處理器;嵌入式片上系統(tǒng)(SOC、SOPC)。12/27/202270西安郵電學院計算機系1.分類嵌入式處理器可以分為以下幾大類:12/嵌入式處理器嵌入式微處理器的基礎是通用計算機中的CPU。在應用中,將微處理器裝配在專門設計的電路板上,只保留和嵌入式應用有關的母板功能,這樣可以大幅度減小系統(tǒng)體積和功耗。為了滿足嵌入式應用的特殊要求,嵌入式微處理器雖然在功能上和標準微處理器基本是一樣的,但在工作溫度、抗電磁干擾、可靠性等方面一般都做了各種增強。和工業(yè)控制計算機相比,嵌入式微處理器具有體積小、重量輕、成本低、可靠性高的優(yōu)點,但是在電路板上必須包括ROM、RAM、總線接口、各種外設等器件,從而降低了系統(tǒng)的可靠性,技術保密性也較差。嵌入式微處理器及其存儲器、總線、外設等安裝在一塊電路板上,稱為單板計算機。如STD-BUS、PC104等?!度胧轿⑻幚砥鰿PUROMRAM外設1外設2單板計算機12/27/202271西安郵電學院計算機系嵌入式處理器嵌入式微處理器的基礎是通用計算機嵌入式處理器
嵌入式微控制器又稱單片機,它是將整個計算機系統(tǒng)集成到一塊芯片中。嵌入式微控制器一般以某一種微處理器內核為核心,芯片內部集成ROM/EPROM、RAM、總線、總線邏輯、定時/計數器、WatchDog、I/O、串行口、脈寬調制輸出、A/D、D/A、FlashRAM、EEPROM等各種必要功能和外設。為適應不同的應用需求,一般一個系列的單片機具有多種衍生產品,每種衍生產品的處理器內核都是一樣的,不同的是存儲器和外設的配置及封裝。這樣可以使單片機最大限度地和應用需求相匹配,功能不多不少,從而減少功耗和成本。和嵌入式微處理器相比,微控制器的最大特點是單片化,體積大大減小,從而使功耗和成本下降、可靠性提高。微控制器是目前嵌入式系統(tǒng)工業(yè)的主流。微控制器的片上外設資源一般比較豐富,適合于控制,因此稱微控制器。嵌入式微控制器目前的品種和數量最多,比較有代表性的通用系列包括8051、P51XA、MCS-251、MCS-96/196/296、C166/167、MC68HC05/11/12/16、68300、數目眾多ARM芯片等。目前MCU占嵌入式系統(tǒng)約70%的市場份額。——嵌入式微控制器復位部件看門狗部件晶振部件I/O部件中斷部件ROM部件SRAM部件定時器部件CPU核12/27/202272西安郵電學院計算機系嵌入式處理器嵌入式微控制器又稱單片機,它是將嵌入式處理器DSP處理器對系統(tǒng)結構和指令進行了特殊設計,使其適合于執(zhí)行DSP算法,編譯效率較高,指令執(zhí)行速度也較高。在數字濾波、FFT、譜分析等方面DSP算法正在大量進入嵌入式領域,DSP應用正從在通用單片機中以普通指令實現DSP功能,過渡到采用嵌入式DSP處理器。嵌入式DSP處理器比較有代表性的產品是TexasInstruments的TMS320系列和Motorola的DSP56000系列。TMS320系列處理器包括用于控制的C2000系列,移動通信的C5000系列,以及性能更高的C6000和C8000系列。DSP56000目前已經發(fā)展成為DSP56000,DSP56100,DSP56200和DSP56300等幾個不同系列的處理器。另外PHILIPS公司近年也推出了基于可重置嵌入式DSP結構低成本、低功耗技術上制造的R.E.A.LDSP處理器,特點是具備雙Harvard結構和雙乘/累加單元,應用目標是大批量消費類產品。——嵌入式DSP處理器12/27/202273西安郵電學院計算機系嵌入式處理器DSP處理器對系統(tǒng)結構和指令進行嵌入式處理器隨著EDA的推廣和VLSI設計的普及化及半導體工藝的迅速發(fā)展,在一個硅片上實現一個更為復雜的系統(tǒng)的時代已來臨,這就是SystemOnChip(SOC)。各種通用處理器內核將作為SOC設計公司的標準庫,和許多其它嵌入式系統(tǒng)外設一樣,成為VLSI設計中一種標準的器件,用標準的HDL等語言描述,存儲在器件庫中。用戶只需定義出其整個應用系統(tǒng),仿真通過后就可以將設計圖交給半導體工廠制作樣品。這樣除個別無法集成的器件以外,整個嵌入式系統(tǒng)大部分均可集成到一塊或幾塊芯片中去,應用系統(tǒng)電路板將變得很簡潔,對于減小體積和功耗、提高可靠性非常有利。SoC可以分為通用和專用兩類。通用系列包括Infineon的TriCore、Motorola的M-Core、某些ARM系列器件、Echelon和Motorola聯合研制的Neuron芯片等。專用SoC一般專用于某個或某類系統(tǒng)中,不為一般用戶所知。一個有代表性的產品是Philips的SmartXA,它將XA單片機內核和支持超過2048位復雜RSA算法的CCU單元制作在一塊硅片上,形成一個可加載JAVA或C語言的專用的SOC,可用于公眾互聯網如Internet安全方面?!度胧狡舷到y(tǒng)(SOC)12/27/202274西安郵電學院計算機系嵌入式處理器隨著EDA的推廣和VLSI設計的嵌入式系統(tǒng)的未來早在1990年之前,嵌入式系統(tǒng)通常是很簡單的且具有很長的產品生命周期的自主設備。近些年來,嵌入式工業(yè)經歷了巨大的變革。產品市場窗口現在預計翻番的周期狂熱到6~9個月。全球重新定義市場的機會和膨脹的應用空間?;ヂ摤F在是一個需求而不是輔助性的,包括用有線和剛剛顯露頭角的無線技術?;陔娮拥漠a品更復雜化。互聯嵌入式系統(tǒng)產生新的依賴網絡基礎設施的應用。微處理器的處理能力按莫爾定律(Moore’sLaw)預計的速度在增加。該定律認為集成電路和晶體管個數每18個月翻一番。12/27/202275西安郵電學院計算機系嵌入式系統(tǒng)的未來早在1990年之前,嵌入式系4.3嵌入式操作系統(tǒng)概述計算機系統(tǒng)由硬件和軟件組成,在發(fā)展初期沒有操作系統(tǒng)這個概念,用戶使用監(jiān)控程序來使用計算機。隨著計算機技術的發(fā)展,計算機系統(tǒng)的硬件、軟件資源也愈來愈豐富,監(jiān)控程序已不能適應計算機應用的要求。于是在六十年代中期監(jiān)控程序又進一步發(fā)展形成了操作系統(tǒng)(OperatingSystem)。發(fā)展到現在,廣泛使用的有三種操作系統(tǒng)即多道批處理操作系統(tǒng)、分時操作系統(tǒng)以及實時操作系統(tǒng)。12/27/202276西安郵電學院計算機系4.3嵌入式操作系統(tǒng)概述計算機系統(tǒng)由硬件1.發(fā)展歷程監(jiān)控程序操作系統(tǒng)實時操作系統(tǒng)分時操作系統(tǒng)多道批處理操作系統(tǒng)時間先后適用于多個用戶共享系統(tǒng)資源適用于計算中心等較大的計算機系統(tǒng)適用于嵌入式設備和有實時性要求的系統(tǒng)中12/27/202277西安郵電學院計算機系1.發(fā)展歷程監(jiān)操實時操作系統(tǒng)分時操作系統(tǒng)多道批處理操作系1.發(fā)展歷程監(jiān)控程序操作系統(tǒng)實時操作系統(tǒng)分時操作系統(tǒng)多道批處理操作系統(tǒng)時間先后適用于多個用戶共享系統(tǒng)資源適用于計算中心等較大的計算機系統(tǒng)適用于嵌入式設備和有實時性要求的系統(tǒng)中實時操作系統(tǒng)是我們介紹的重點12/27/202278西安郵電學院計算機系1.發(fā)展歷程監(jiān)操實時操作系統(tǒng)分時操作系統(tǒng)多道批處理操作系2.實時操作系統(tǒng)的特點總的來說實時操作系統(tǒng)是事件驅動的,能對來自外界的作用和信號在限定的時間范圍內作出響應。它強調的是實時性、可剪裁性和可靠性,與實時應用軟件相結合成為有機的整體起著核心作用,由它來管理和協調各項工作,為應用軟件提供良好的運行軟件環(huán)境及開發(fā)環(huán)境。
從實時系統(tǒng)的應用特點來看實時操作系統(tǒng)可以分為兩種:一般實時操作系統(tǒng)和嵌入式實時操作系統(tǒng)。12/27/202279西安郵電學院計算機系2.實時操作系統(tǒng)的特點總的來說實時操作系統(tǒng)是事實時操作系統(tǒng)的特點一般實時操作系統(tǒng)應用于實時處理系統(tǒng)的上位機和實時查詢系統(tǒng)等實時性較弱的實時系統(tǒng),并且提供了開發(fā)、調試、運用一致的環(huán)境。
嵌入式實時操作系統(tǒng)應用于實時性要求高的實時控制系統(tǒng),而且應用程序的開發(fā)過程是通過交叉開發(fā)來完成的,即開發(fā)環(huán)境與運行環(huán)境是不一致。嵌入式實時操作系統(tǒng)具有規(guī)模小(一般在幾K~幾十K內)、可固化使用實時性強(在毫秒或微秒數量級上)的特點。12/27/202280西安郵電學院計算機系實時操作系統(tǒng)的特點一般實時操作系統(tǒng)應用于實時處理3.常見的嵌入式操作系統(tǒng)μC/OS-II是一個源碼公開、可移植、可固化、可裁剪、占先式的實時多任務操作系統(tǒng)。其絕大部分源碼是用ANSIC寫的,使其可以方便的移植并支持大多數類型的處理器。μC/OS-II通過了聯邦航空局(FAA)商用航行器認證。自1992年問世以來,μC/OS-II已經被應用到數以百計的產品中。μC/OS-II占用很少的系統(tǒng)資源,并且在高校教學使用是不需要申請許可證。——μC/OS-II12/27/202281西安郵電學院計算機系3.常見的嵌入式操作系統(tǒng)μC/OS-II是一個源3.常見的嵌入式操作系統(tǒng)——VxWorksVxWorks操作系統(tǒng)是美國WINDRIVER公司于1983年設計開發(fā)的一種嵌入式實時操作系統(tǒng)(RTOS),是嵌入式開發(fā)環(huán)境的關鍵組成部分。良好的持續(xù)發(fā)展能力、高性能的內核以及友好的用戶開發(fā)環(huán)境,在嵌入式實時操作系統(tǒng)領域占據一席之地。它以其良好的可靠性和卓越的實時性被廣泛地應用在通信、軍事、航空、航天等高精尖技術及實時性要求極高的領域中,如衛(wèi)星通訊、軍事演習、彈道制導、飛機導航等,甚至在1997年4月登陸火星表面的火星探測器上也使用到了VxWorks。12/27/202282西安郵電學院計算機系3.常見的嵌入式操作系統(tǒng)——VxWorksVxuClinux是一個完全符合GNU/GPL公約的操作系統(tǒng),完全開放代碼。uClinux從Linux
2.0/2.4內核派生而來,沿襲了主流Linux的絕大部分特性。它是專門針對沒有MMU的CPU,并且為嵌入式系統(tǒng)做了許多小型化的工作。適用于沒有虛擬內存或內存管理單元(MMU)的處理器,例如ARM7TDMI。它通常用于具有很少內存或Flash的嵌入式系統(tǒng)。它保留了Linux的大部分優(yōu)點:穩(wěn)定、良好的移植性、優(yōu)秀的網絡功能、完備的對各種文件系統(tǒng)的支持、以及標準豐富的API等。3.常見的嵌入式操作系統(tǒng)——嵌入式Linux12/27/202283西安郵電學院計算機系uClinux是一個完全符合GNU/GPL公約的3.常見的嵌入式操作系統(tǒng)
WindowsCE是微軟開發(fā)的一個開放的、可升級的32位嵌入式操作系統(tǒng),是基于掌上型電腦類的電子設備操作,它是精簡的Windows95。WindowsCE的圖形用戶界面相當出色。WinCE具有模塊化、結構化和基于Win32應用程序接口以及與處理器無關等特點。WinCE不僅繼承了傳統(tǒng)的Windows圖形界面,并且在WinCE平臺上可以使用Windows95/98上的編程工具(如VisualBasic、VisualC++等)、使絕大多數的應用軟件只需簡單的修改和移植就可以在WindowsCE平臺上繼續(xù)使用。
——WinCE12/27/202284西安郵電學院計算機系3.常見的嵌入式操作系統(tǒng)WindowsCE是微機原理與嵌入式系統(tǒng)主講李宥謀Email:lym@163.comTEL安郵電學院計算機系嵌入式教研室2010.212/27/202285西安郵電學院計算機系微機原理與嵌入式系統(tǒng)主講李宥謀西安郵電學院計算機系12/1微機原理與嵌入式系統(tǒng)趙全良等編著西安電子科技大學出版社高等學校計算機類專業(yè)系列教材教材參考書周立功,ARM嵌入式基礎教程王忠民,微型計算機原理12/27/202286西安郵電學院計算機系微機原理與嵌入式系統(tǒng)趙全良等編著高等學校計算機類專業(yè)系列教材
《ARM嵌入式系統(tǒng)實驗教程》
周立功等編寫(北京航空航天大學出版社)實驗地點:計算機學院嵌入式實驗室(2#實驗樓3層)實驗指導計劃學時:64學時其中:授課54學時:實驗16學時,其中ADS環(huán)境2學時,ARM匯編2學時,GPIO、定時器等6學時課內外比例:課內1:課外>1課程安排12/27/202287西安郵電學院計算機系《ARM嵌入式系統(tǒng)實驗教程》實驗指導計劃學時:64學時考核要求考試成績(課堂教學內容) 70%上機成績(上機出勤及編程情況) 15%平時成績(上課出勤及作業(yè)等學習情況)15%
12/27/202288西安郵電學院計算機系考核要求考試成績(課堂教學內容)12/18/20224西安郵預備鈴響后必須進教室;遲到的學生坐在第一排;
曠課4次平時分扣為零分;
著裝得體,不得穿拖鞋、背心進教室;
不準在教室吃東西,值日生要擦黑板。
按時完成作業(yè)。
課堂要求12/27/202289西安郵電學院計算機系預備鈴響后必須進教室;課堂要求12/18/20225西安郵電微機原理與嵌入式系統(tǒng)-課程介紹微機:IBMPC系列機,組成及機構嵌入式:ARM系列的體系結構
ARM7指令集及匯編程序設計硬件--接口電路原理軟件--接口編程方法接口技術:12/27/202290西安郵電學院計算機系微機原理與嵌入式系統(tǒng)-課程介紹微機:IBMPC系列機,組成微機原理及嵌入式系統(tǒng)-網站資源錢曉捷之微服網/qwfw微機原理遠程教學0/caicomputer/周立功單片機/home.aspARM公司網站/12/27/202291西安郵電學院計算機系微機原理及嵌入式系統(tǒng)-網站資源錢曉捷之微服網12/18/20微機原理及嵌入式系統(tǒng)-課程特點專業(yè)技術基礎課硬件系列課程之一計算機組成原理微機原理及接口技術嵌入式系統(tǒng)計算機體系結構指定選修課以技術為主面向應用軟硬件相結合課程特12/27/202292西安郵電學院計算機系微機原理及嵌入式系統(tǒng)-課程特點專業(yè)技術基礎課課12/18/2微機原理及嵌入式系統(tǒng)-先修課程計算機文化課基礎(全面了解)數字邏輯提供硬件基礎計算機組成原理確立計算機部件功能掌握計算機工作原理高級語言程序設計熟悉C語言程序設計的方法掌握基本程序設計思想先修課12/27/202293西安郵電學院計算機系微機原理及嵌入式系統(tǒng)-先修課程計算機文化課基礎(全面了解)先第1章目錄1.計算機基礎知識2.數制和數值表示與處理3.信息編碼4.嵌入式系統(tǒng)概述12/27/202294西安郵電學院計算機系第1章目錄1.計算機基礎知識12/18/202210西第1章目錄1.計算機基礎知識2.數制和數值表示與處理3.信息編碼4.嵌入式系統(tǒng)概述12/27/202295西安郵電學院計算機系第1章目錄1.計算機基礎知識12/18/202211西1.2計算機的發(fā)展自1946年世界上第一臺電子計算機問世以來,計算機的發(fā)展已經歷了四代:第一代:電子管計算機第二代:晶體管計算機第三代:集成電路計算機第四代:大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路計算機目前,各國正加緊研制和開發(fā)第五代“非馮·諾依曼”計算機和第六代“神經”計算機。12/27/202296西安郵電學院計算機系1.2計算機的發(fā)展自1946年世界上第一臺電子計算1.3馮.諾伊曼計算機體系結構馮?諾伊曼計算機體系結構的要點:計算機中的信息(程序和數據)以二進制方式表示。程序預存儲,機器自動執(zhí)行。計算機由運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備五大部分組成。12/27/202297西安郵電學院計算機系1.3馮.諾伊曼計算機體系結構馮?諾伊曼計算機體系結構的1.中央處理器(CPU)中央處理單元(CentralProcessingUnit,簡寫為CPU)也稱之為‘處理器’,是計算機的核心部件,主要功能是解釋并執(zhí)行計算機指令,完成數據處理和對計算機其他各部分進行控制。CPU主要由運算器、控制器、寄存器組和內部總線等構成。12/27/202298西安郵電學院計算機系1.中央處理器(CPU)中央處理單元(CentralPrCPU執(zhí)行指令的過程大致可分為三個階段:取指(fetch):將待操作的指令碼從存儲器取到處理器。譯碼(decode):對指令碼進行分析譯碼。執(zhí)行(execute):產生指令碼對應的操作信號。12/27/202299西安郵電學院計算機系CPU執(zhí)行指令的過程大致可分為三個階段:12/18/2022運算器控制器PCCPUcmd_ncmd_n+1cmd_n+2存儲器…………取指指針cmd_n+1指令碼cmd_n+1指令碼cmd_n+2取指指針cmd_n+212/27/2022100西安郵電學院計算機系運算器控制器PCCPUcmd_ncmd_n+1cmd_n+22.存儲器(Memory)存儲器(Memory)是計算機系統(tǒng)中用來存儲程序和數據的信息記憶部件。在計算機內部,程序和數據都以二進制形式表示,8位二進制代碼作為一個字節(jié)。為了便于對存儲器進行訪問,存儲器通常被劃分為許多單元,每個存儲單元存放一個字節(jié)的二進制信息,每個存儲單元分別賦予一個編號,稱為地址。在處理器控制下,可以向地址指定的存儲器單元存入數據(也稱為寫存儲器)或從地址指定存儲器單元取出數據(也稱為讀存儲器)。12/27/2022101西安郵電學院計算機系2.存儲器(Memory)存儲器(Memory)是計算機系E7H34HA5HF2H38H……4001H4002H4003H4004H4005H……地址指令或數據內容00111000圖內存單元的地址和內容如圖所示,地址為4005H的存儲單元中存放了一個八位二進制信息00111000B。12/27/2022102西安郵電學院計算機系E7H4001H地址指令或數據內容003.輸入/輸出接口與設備(IODevice)計算機通過執(zhí)行程序完成信息的處理,這就需要有通道能將程序和待處理的數據送入到計算機中,計算機處理后的結果數據也能夠通過某種通道被送出來。這些完成信息進出計算機的專用設備稱為“輸入/輸出設備”(簡稱為外設)。在計算機原理上,我們所說的‘外設’主要是指這些“輸入/輸出接口”(簡稱為接口外設),它不特指某一具體的外設物理裝置,更具有邏輯原理普遍性。12/27/2022103西安郵電學院計算機系3.輸入/輸出接口與設備(IODevice)計算機通過執(zhí)1.4計算機系統(tǒng)12/27/2022104西安郵電學院計算機系1.4計算機系統(tǒng)12/18/202220西安郵電學院計算1.5計算機的工作過程12/27/2022105西安郵電學院計算機系1.5計算機的工作過程12/18/202221西安郵電學院第1章目錄1.計算機基礎知識2.數制和數值表示與處理3.信息編碼4.嵌入式系統(tǒng)概述12/27/2022106西安郵電學院計算機系第1章目錄1.計算機基礎知識12/18/202222西十進制數表示法和運算規(guī)則基本規(guī)則用十個基本符號集{0,1,2,3,4,5,6,7,8,9}中的元素(稱為基數)排列表示數據,并依此表示數值。加法運算時“逢十進一”,減法運算時“借一當十”。任何一個十進制數N的表示其中的Di為第i位上的基數,10i
為“權位”。123.45=1×102+2×101+3×100+4×10-1+5×10-212/27/2022107西安郵電學院計算機系十進制數表示法和運算規(guī)則基本規(guī)則其中的Di為第i位上的基數十六進制數表示法和運算規(guī)則基本規(guī)則用十六個基本符號集{0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F}中的元素(稱為基數)排列表示數據,并依此表示數值。加法運算時“逢十六進一”,減法運算時“借一當十六”。任何一個十六進制數N的表示1A3.D8H=1×162+A×161+3×160
+D×16-1+8×16-2=1×162+10×161+3×160
+13×16-1+8×16-2=419.84375其中的Di為第i位上的基數,16i為“權位”。12/27/2022108西安郵電學院計算機系十六進制數表示法和運算規(guī)則基本規(guī)則1A3.D8H=1×例1.1:十六進制數加、減運算:1DF.Ah+4C.3h;1DF.Ah-4C.3h12/27/2022109西安郵電學院計算機系例1.1:十六進制數加、減運算:12/18/202225西安二進制數表示法和運算規(guī)則基本規(guī)則用兩個基本符號集{0,1}中的元素(稱為基數)排列表示數據,并依此表示數值。加法運算時“逢二進一”,減法運算時“借一當二”。任何一個二進制數N的表示其中的Di為第i位上的基數,2i為“權位”。101.01B=1×22+0×21+1×20+0×2-1+1×2-2=5.25
12/27/2022110西安郵電學院計算機系二進制數表示法和運算規(guī)則基本規(guī)則其中的Di為第i位上的基數例1.2:二進制數加、減運算:1101.101b+100.1b;1011.1b-101.01b12/27/2022111西安郵電學院計算機系例1.2:二進制數加、減運算:12/18/202227西安郵數制之間的轉換進位計數制基數數碼權重符號二進制數20,12iB八進制數80,1,2,3,4,5,6,78iQ十進制數100,1,2,3,4,5,6,7,8,910iD十六進制數160,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F16iH12/27/2022112西安郵電學院計算機系數制之間的轉換進位計數制基數數碼權重二進制數與十六進制數的對應關系二進制數十六進制數二進制數十六進制數00000100080001110019001021010A001131011B010041100C010151101D011061110E011171111F12/27/2022113西安郵電學院計算機系二進制數與十六進制數的對應關系二進制數十六進制數二進制數十十六進制數到二進制數的轉換規(guī)則:以小數點為參照,分別轉換整數部分和小數部分,每1位十六進制數直接轉換為4位的二進制數即可。例1.3:1FA.Ch
=000111111010.1100b1FAC12/27/2022114西安郵電學院計算機系十六進制數到二進制數的轉換規(guī)則:以小數點為參照,分別轉換整數二進制數到十六進制數的轉換規(guī)則:以小數點為參照,分別轉換整數部分和小數部分,整數部分向左(小數部分向右)每4位的二進制數劃分為一個轉換單元(不足部分補0),將4位的二進制數直接轉換為1位十六進制數。例1.4:1010110101.011b
=001010110101.0110b
2B56=2B5.6h12/27/2022115西安郵電學院計算機系二進制數到十六進制數的轉換規(guī)則:以小數點為參照,分別轉換整數二進制數、十六進制數到十進制數的轉換
分別將十六進制數或二進制數展開,再按照十進制數運算法則計算,則即可直接計算出相應的十進制數。
例1.5:1FA.Ch
=1×162+15×161+10×160+12×16-1
=506.75例1.6:1010110101.011b=1×29+0×28+1×27+0×26+1×25+1×24+0×23+1×22+0×21+1×20+0×2-1+1×2-2+1×2-3
=693.37512/27/2022116西安郵電學院計算機系二進制數、十六進制數到十進制數的轉換例1.5:1FA.C十進制數到二進制數、十六進制數的轉換 轉換規(guī)則:分別轉換整數部分和小數部分,之后合成即可。整數部分的轉換:整數部分除基數取余(向二進制數轉換時基數為2,向十六進制數轉換時基數為16),商遞歸步驟①,直至商值等于0,先得到的“余”是整數部分的低位。小數部分的轉換:小數部分乘基數取整(向二進制數轉換時基數為2,向十六進制數轉換時基數為16),小數部分遞歸步驟②,直至小數為0,先出的“整”是小數部分的高位。12/27/2022117西安郵電學院計算機系十進制數到二進制數、十六進制數的轉換12/18/20223例1.7:137.8125轉換為二進制數整數部分137到二進制的轉換
高位低位算式商余137÷268168÷234034÷217017÷2818÷2404÷2202÷2101÷201
137=10001001b
12/27/2022118西安郵電學院計算機系例1.7:137.8125轉換為二進制數高位低位算式商例1.7:137.8125轉換為二進制數小數部分0.8125到二進制的轉換高位低位算式整數部分小數部分0.8125×210.6250.625×210.250.25×200.500.5×210
0.8125=0.1101b
137.8125=10001001.1101b12/27/2022119西安郵電學院計算機系例1.7:137.8125轉換為二進制數高位低位算式整數部例1.8:137.8125轉換為十六進制數整數部分137到十六進制的轉換小數部分0.8125到十六進制表示的轉換
低位高位算式商余137÷16898÷1608
137=89h
高位低位算式整數部分小數部分0.8125×1613(0xD)00.8125=0.Dh
137.8125=89.Dh
12/27/2022120西安郵電學院計算機系例1.8:137.8125轉換為十六進制數低位高位算式商2.2符號數的原碼、反碼和補碼表示原碼 約定:數值x的原碼記為[x]原,假設機器(處理器)字長為n位對于一個n位的二進制數,其可表示的原碼數值范圍:-(2
溫馨提示
- 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
- 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯系上傳者。文件的所有權益歸上傳用戶所有。
- 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網頁內容里面會有圖紙預覽,若沒有圖紙預覽就沒有圖紙。
- 4. 未經權益所有人同意不得將文件中的內容挪作商業(yè)或盈利用途。
- 5. 人人文庫網僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內容的表現方式做保護處理,對用戶上傳分享的文檔內容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內容負責。
- 6. 下載文件中如有侵權或不適當內容,請與我們聯系,我們立即糾正。
- 7. 本站不保證下載資源的準確性、安全性和完整性, 同時也不承擔用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。
最新文檔
- 2025版貨物倉儲與物流配送及安全防護合同
- 2024年版離婚合同及財產分割保證合同版B版
- 2024年高速公路停車場安全設施改造合同3篇
- 2025至2030年中國工程機械用液力變矩器行業(yè)投資前景及策略咨詢研究報告
- 2025至2030年中國定時器塑料配件行業(yè)投資前景及策略咨詢研究報告
- 2024年適用鋼結構生產廠房居間協議樣式版B版
- 2025版營業(yè)執(zhí)照注冊與租賃辦公樓服務合同范本2篇
- 二零二五年度2025班主任崗位競聘與績效評估合同3篇
- 保險職業(yè)學院《體育場地與設施》2023-2024學年第一學期期末試卷
- 保山中醫(yī)藥高等專科學?!妒覂葮坊纠碚撆c實踐》2023-2024學年第一學期期末試卷
- 2023-2024人教版小學2二年級數學下冊(全冊)教案設計
- 少數民族普通話培訓
- 詩朗誦搞笑版臺詞
- 史記年表·十二諸侯年表
- 部編版語文七年級上冊全冊字詞及默寫
- 養(yǎng)老服務中心裝飾裝修工程施工方案
- 《校長人大代表述職報告》
- 專項法律服務方案
- 上海市金山區(qū)2022-2023學年中考一模英語試題含答案
- 標準化預制梁場驗收表
- 深圳市失業(yè)人員離職原因信息變更申請表空表
評論
0/150
提交評論