微機(jī)原理課件第1章1

微機(jī)原理和接口技術(shù)王法社臨沂大學(xué)理學(xué)院Email:wangfashe@：電話堂要求不無故缺勤，不遲到，不早退．有事請假．保持良好的課堂紀(jì)律和課堂秩序．學(xué)業(yè)成績=平時成績×10%+期中成績20%

+主卷成績×70%平時成績采取百分制，主要由點名和課外作業(yè)?？记谌毕?/3者不準(zhǔn)參加期末考試．3課程目標(biāo)掌握：微型計算機(jī)的基本工作原理匯編語言程序設(shè)計方法微型計算機(jī)接口技術(shù)建立微型計算機(jī)系統(tǒng)的整體概念，形成微機(jī)系統(tǒng)軟硬件開發(fā)的初步能力4教材及實驗指導(dǎo)書教材：《微機(jī)原理與接口技術(shù)》（第3版）.馮博琴，吳寧主編.清華大學(xué)出版社實驗指導(dǎo)書《微機(jī)原理與接口技術(shù)實驗指導(dǎo)書》（講義）陳文革，吳寧，夏秦編.西安交通大學(xué)《微機(jī)原理與接口技術(shù)題解及實驗指導(dǎo)》（第3版）.吳寧，陳文革編.清華大學(xué)出版社5第1章微型計算機(jī)基礎(chǔ)概論主要內(nèi)容：微機(jī)系統(tǒng)的組成計算機(jī)中的編碼、數(shù)制及其轉(zhuǎn)換無符號二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算運(yùn)算中的溢出機(jī)器數(shù)的表示及運(yùn)算基本邏輯門及譯碼器第1章微型計算機(jī)基礎(chǔ)概論教學(xué)目的：1、理解微機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)2、掌握計數(shù)制、兩種編碼的的表示方法和轉(zhuǎn)換3、掌握二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算4、理解補(bǔ)碼的概念及運(yùn)算7一、微型計算機(jī)系統(tǒng)微型機(jī)的工作原理微機(jī)系統(tǒng)的基本組成馮·諾伊曼體系結(jié)構(gòu)存儲器運(yùn)算器控制器輸出設(shè)備輸入設(shè)備馮·諾伊曼體系結(jié)構(gòu)存儲器運(yùn)算器控制器輸出設(shè)備輸入設(shè)備1.輸入設(shè)備：用于將程序（指令的集合，告訴計算機(jī)做什么以及怎么做的工作步驟）和數(shù)據(jù)從外界輸入計算機(jī)（存儲器），供計算機(jī)處理，主要任務(wù)是數(shù)字化。馮·諾伊曼體系結(jié)構(gòu)存儲器運(yùn)算器控制器輸出設(shè)備輸入設(shè)備2.存儲器：是計算機(jī)的記憶裝置，用于存放程序和數(shù)據(jù)。馮·諾伊曼體系結(jié)構(gòu)存儲器運(yùn)算器控制器輸出設(shè)備輸入設(shè)備3.運(yùn)算器：是計算機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理的部件，完成加、減、乘、除等基本算術(shù)運(yùn)算和與、或、非等基本邏輯運(yùn)算。馮·諾伊曼體系結(jié)構(gòu)存儲器運(yùn)算器控制器輸出設(shè)備輸入設(shè)備4.控制器：用于控制計算機(jī)各部件協(xié)調(diào)工作?？刂破鲝拇鎯ζ髦腥〕鲋噶睿ǜ嬖V計算機(jī)做什么以及怎么做）并根據(jù)指令向有關(guān)部件發(fā)出控制命令。馮·諾伊曼體系結(jié)構(gòu)存儲器運(yùn)算器控制器輸出設(shè)備輸入設(shè)備5.輸出設(shè)備：用于將計算機(jī)的處理結(jié)果轉(zhuǎn)換成外界能夠識別的文字、電壓等信息并輸出。計算機(jī)的工作原理●馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)的主要特征：存儲程序?！?/p>

存儲程序：事先編制好程序并將程序（指令的集合）和數(shù)據(jù)存入計算機(jī)的存儲器中，計算機(jī)在運(yùn)行時就能自動、連續(xù)地從存儲器中逐條取出指令并執(zhí)行，因此，計算機(jī)的工作過程就是運(yùn)行程序的過程，也就是執(zhí)行指令的過程。

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指令：指示計算機(jī)執(zhí)行特定操作（告訴計算機(jī)做什么以及如何做）的命令，一條指令是計算機(jī)硬件可以執(zhí)行的一步操作。計算機(jī)的工作原理存儲器運(yùn)算器控制器輸出設(shè)備輸入設(shè)備程序數(shù)據(jù)存操作取操作輸入命令輸出命令取數(shù)存數(shù)取命令取指令運(yùn)算命令運(yùn)算狀態(tài)結(jié)果計算機(jī)的工作原理存儲器運(yùn)算器控制器輸出設(shè)備輸入設(shè)備程序數(shù)據(jù)存操作取操作輸入命令輸出命令取數(shù)存數(shù)取命令取指令運(yùn)算命令運(yùn)算狀態(tài)結(jié)果①第一步：控制器發(fā)出輸入命令啟動輸入設(shè)備將程序和數(shù)據(jù)輸入到計算機(jī)的存儲器中。存儲程序自動化計算機(jī)的工作原理存儲器運(yùn)算器控制器輸出設(shè)備輸入設(shè)備程序數(shù)據(jù)存操作取操作輸入命令輸出命令取數(shù)存數(shù)取命令取指令運(yùn)算命令運(yùn)算狀態(tài)結(jié)果①第二步：控制器發(fā)出取命令從存儲器取出一條指令。②②計算機(jī)的工作原理存儲器運(yùn)算器控制器輸出設(shè)備輸入設(shè)備程序數(shù)據(jù)存操作取操作輸入命令輸出命令取數(shù)存數(shù)存取命令取指令運(yùn)算命令運(yùn)算狀態(tài)結(jié)果①第三步：將讀出的指令存儲到控制器中；控制器分析指令并向運(yùn)算器發(fā)出相應(yīng)的運(yùn)算命令。②③計算機(jī)的工作原理存儲器運(yùn)算器控制器輸出設(shè)備輸入設(shè)備程序數(shù)據(jù)存操作取操作輸入命令輸出命令取數(shù)存數(shù)存取命令取指令運(yùn)算命令運(yùn)算狀態(tài)結(jié)果①第四步：運(yùn)算器從存儲器中取出數(shù)據(jù)執(zhí)行相應(yīng)的操作，并將結(jié)果存入存儲器中（或暫存在運(yùn)算器）。②③④計算機(jī)的工作原理存儲器運(yùn)算器控制器輸出設(shè)備輸入設(shè)備程序數(shù)據(jù)存操作取操作輸入命令輸出命令取數(shù)存數(shù)存取命令取指令運(yùn)算命令運(yùn)算狀態(tài)結(jié)果①重復(fù)執(zhí)行②③④，即取指令分析指令執(zhí)行指令。②③④計算機(jī)的工作原理存儲器運(yùn)算器控制器輸出設(shè)備輸入設(shè)備程序數(shù)據(jù)存操作取操作輸入命令輸出命令取數(shù)存數(shù)存取命令取指令運(yùn)算命令運(yùn)算狀態(tài)結(jié)果①⑤⑥②③④指令：一個非常低級的操作，計算機(jī)所做的每一件事都被分解為一系列極其簡單又極其快速的算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。計算機(jī)的工作原理存儲器運(yùn)算器控制器輸出設(shè)備輸入設(shè)備程序數(shù)據(jù)存操作取操作輸入命令輸出命令取數(shù)存數(shù)存取命令取指令運(yùn)算命令運(yùn)算狀態(tài)結(jié)果①第五步：控制器發(fā)出輸出命令啟動輸出設(shè)備將計算機(jī)的處理結(jié)果輸出給用戶。②③④⑤計算機(jī)家族●

在馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)下，計算機(jī)的定義：能夠按照事先存儲的程序，自動、高速地對數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入、處理、輸出和存儲的系統(tǒng)?！裼捎谟嬎銠C(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，計算機(jī)已經(jīng)成為一個龐大的家族。241.

計算機(jī)的工作原理馮?

諾依曼計算機(jī)的工作原理存儲程序工作原理25馮?諾依曼機(jī)的工作過程內(nèi)存中的程序指令1指令2指令n┇分析獲取操作數(shù)執(zhí)行存放結(jié)果┇程序計數(shù)器PC地址CPU取出操作數(shù)將指令所在地址賦給程序計數(shù)器PC；PC內(nèi)容送到地址寄存器AR，PC自動加1；把AR的內(nèi)容通過地址總線送至內(nèi)存儲器，經(jīng)地址譯碼器譯碼，選中相應(yīng)單元。CPU的控制器發(fā)出讀命令。26馮?諾依曼機(jī)的工作過程取一條指令的工作過程：在讀命令控制下，把所選中單元的內(nèi)容（即指令操作碼）讀到數(shù)據(jù)總線DB。把讀出的內(nèi)容經(jīng)數(shù)據(jù)總線送到數(shù)據(jù)寄存器DR。指令譯碼因為取出的是指令的操作碼，故數(shù)據(jù)寄存器DR把它送到指令寄存器IR，然后再送到指令譯碼器ID微型計算機(jī)的工作過程計算1+2=?匯編語言程序 對應(yīng)的機(jī)器指令 對應(yīng)的操作

MOVAL,1 10110000 將立即數(shù)1傳送到累加寄存器AL中

00000001 ADDAl,2 00000100 計算兩個數(shù)的和，結(jié)果存放到AL中

00000010 MOV[0008],AL 10100010 將AL中的數(shù)傳送到地址單元0008 00001001 00000000 HLT 11110100 停機(jī) 馮?諾依曼機(jī)的特點和不足特點：程序存儲，共享數(shù)據(jù)，順序執(zhí)行屬于順序處理機(jī)，適合于確定的算法和數(shù)值數(shù)據(jù)的處理。不足：與存儲器間有大量數(shù)據(jù)交互，對總線要求很高；執(zhí)行順序有程序決定，對大型復(fù)雜任務(wù)較困難；以運(yùn)算器為核心，處理效率較低；由PC控制執(zhí)行順序，難以進(jìn)行真正的并行處理。28292.系統(tǒng)組成主機(jī)硬件系統(tǒng)外設(shè)微機(jī)系統(tǒng)系統(tǒng)軟件軟件系統(tǒng)應(yīng)用軟件CPU存儲器輸入/輸出接口總線30微處理器微處理器簡稱CPU，是計算機(jī)的核心。主要包括：

運(yùn)算器控制器寄存器組圖1.6微處理器結(jié)構(gòu)框圖32存儲器定義：用于存放計算機(jī)工作過程中需要操作的數(shù)據(jù)和程序。33有關(guān)內(nèi)存儲器的幾個概念內(nèi)存單元的地址和內(nèi)容內(nèi)存容量內(nèi)存的操作內(nèi)存的分類34

內(nèi)存單元的地址和內(nèi)容內(nèi)存按單元組織每單元都對應(yīng)一個地址，以方便對單元的尋址1011011038F04H內(nèi)存地址單元內(nèi)容35內(nèi)存容量內(nèi)存容量：所含存儲單元的個數(shù)，以字節(jié)為單位內(nèi)存容量的大小依CPU的尋址能力而定實地址模式下為CPU地址信號線的位數(shù)36內(nèi)存操作讀：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，單元中原來的內(nèi)容被覆蓋。37內(nèi)存儲器的分類隨機(jī)存取存儲器（RAM）只讀存儲器（ROM）按工作方式可分為隨機(jī)存取存儲器（RAM）又稱讀寫存儲器：隨機(jī)存取：可以根據(jù)需要讀寫任意位置上的內(nèi)容，而不像磁盤一樣必須成塊地順序讀寫?？勺x可寫：隨機(jī)存儲器中的信息可以讀出，也可以寫入。易失性：斷電后儲存的信息自動消失，是易失性存儲器。用途：用于存放當(dāng)前正在使用的程序和數(shù)據(jù)。只讀存儲器(ROM)：只讀：信息在一般情況下只能讀出，不能寫入和修改非易失性：斷電后原信息不會丟失，是非易失性存儲器，用途：用來存放固定的程序和數(shù)據(jù)表格。39輸入/輸出接口接口是CPU與外部設(shè)備間的橋梁CPUI/O接口外設(shè)3．輸入輸出接口電路介于計算機(jī)和外部設(shè)備之間的電路稱為輸入輸出接口電路。微型計算機(jī)的接口普遍采用大規(guī)模集成電路芯片，大多數(shù)接口芯片是可編程的。40接口的分類串行接口并行接口數(shù)字接口模擬接口輸入接口輸出接口41接口的功能數(shù)據(jù)緩沖寄存；信號電平或類型的轉(zhuǎn)換；實現(xiàn)主機(jī)與外設(shè)間的運(yùn)行匹配。數(shù)據(jù)總線：用于傳送數(shù)據(jù)信息，數(shù)據(jù)總線是雙向總線。地址總線：用于發(fā)送內(nèi)存地址和I/O接口的地址?？刂瓶偩€：傳送各種控制信號和狀態(tài)信號，使微型計算機(jī)各部件協(xié)調(diào)工作。微型計算機(jī)采用標(biāo)準(zhǔn)總線結(jié)構(gòu)，提高了微機(jī)系統(tǒng)的通用性和可擴(kuò)展性。45軟件系統(tǒng)軟件：為運(yùn)行、管理和維護(hù)計算機(jī)系統(tǒng)或為實現(xiàn)某一功能而編寫的各種程序的總和及其相關(guān)資料。系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件操作系統(tǒng)編譯系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)工具軟件軟件46二、計算機(jī)中的數(shù)制和編碼數(shù)制和編碼的表示各種計數(shù)制之間的相互轉(zhuǎn)換471.常用計數(shù)法

十進(jìn)制（D）二進(jìn)制（B）十六進(jìn)制（H）４位二進(jìn)制數(shù)等值的一位十六進(jìn)制數(shù)４位二進(jìn)制數(shù)等值的一位十六進(jìn)制數(shù)00000100080001110019001021010A001131011B010041100C010151101D011061110E011171111F一一49例：234.98D或（234.98）D1101.11B或（1101.11）BABCD.BFH或（ABCD.BF）H進(jìn)位計數(shù)制及其相互轉(zhuǎn)換任何一個r進(jìn)制數(shù)N可以表示為：

若r=10，則十進(jìn)制數(shù)，其各位的權(quán)是以10為底的冪；若r=2，則是二進(jìn)制數(shù)，其各位的權(quán)是以2為底的冪；若r=8，則是八進(jìn)制數(shù)，其各位的權(quán)是以8為底的冪，八進(jìn)制中共有八個數(shù)碼：0、1、2、3、4、5、6、7；若r=16，則是十六進(jìn)制數(shù)，其各位的權(quán)是以16為底的冪，十六進(jìn)制中共有16個數(shù)碼：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F。為了明確表示一個數(shù)所采用的進(jìn)位計數(shù)制，可以該數(shù)的后面加上下標(biāo)(B)、(O)、(D)、(H)，分別表示該數(shù)為二進(jìn)制、八進(jìn)制、十進(jìn)制和十六進(jìn)制512.各種進(jìn)制數(shù)間的轉(zhuǎn)換非十進(jìn)制數(shù)到十進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換十進(jìn)制到非十進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換二進(jìn)制與十六進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換

52非十進(jìn)制數(shù)到十進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換按相應(yīng)的權(quán)值表達(dá)式展開例：1011.11B=1×23+0×22+1×21+1×20+1×2-1+1×2-2

=8+2+1+0.5+0.25=11.755B.8H=5×