微機(jī)原理第1章.ppt

1、2020/8/12,1,計算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)微型計算機(jī)原理與接口技術(shù),它是為非計算機(jī)專業(yè)的學(xué)生開設(shè)的。 主要以8086/8088CPU為例，分析了微處理器的基本結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、存儲系統(tǒng)及輸入輸出接口電路。 還介紹了部分新型CPU技術(shù)、總線構(gòu)成等。,2020/8/12,2,課程要求,總學(xué)時為50學(xué)時：教學(xué)42，試驗8； 采用課堂教學(xué)、實驗室試驗、課后練習(xí)三結(jié)合的教學(xué)方法； 考試采用閉卷的方式。結(jié)業(yè)成績主要依據(jù)考試成績，結(jié)合試驗報告和作業(yè)的完成情況進(jìn)行綜合評定； 參考書：計算機(jī)硬件基礎(chǔ)楊慶源、沈長妹、劉子良編著；第1.4.5章。,2020/8/12,3,教學(xué)安排,2020/8/12,4,計算機(jī)基礎(chǔ)知識,

2、微處理器：微型機(jī)的核心芯片，簡稱P或MP (micro processor)，也稱為中央處理單元CPU (central processing unit)，它包括運算器和控制器。 二極管晶體管邏輯電路 小規(guī)模集成電路(small scale integration，SSI) 金屬氧化物半導(dǎo)體(mental oxide semiconductor, MOS) 大規(guī)模集成電路(large scale integration，LSL),2020/8/12,5,微處理器,2020/8/12,6,2020/8/12,7,十進(jìn)制 具有的數(shù)碼符號為：0、1、28、9 基數(shù)為：10 其特點是：逢十進(jìn)一 權(quán)：1

3、0 i 表示形式：D 二進(jìn)制 具有的數(shù)碼符號為： 0、1 基數(shù)為：2 其特點是：逢二進(jìn)一 權(quán)：2 i 表示形式：B,常用的進(jìn)位記數(shù)制,2020/8/12,8,八進(jìn)制 具有的數(shù)碼符號為： 0、1、27 基數(shù)為：8 其特點是：逢八進(jìn)一 權(quán)：8 i 表示形式：O 十六進(jìn)制 具有的數(shù)碼符號為： 0、1、28、9、A、B、C、D、E、F 基數(shù)為：16 其特點是：逢十六進(jìn)一 權(quán)：16 i 表示形式：H,2020/8/12,9, 1.2 計算機(jī)中的數(shù)制,二進(jìn)制、八進(jìn)制、十進(jìn)制、十六進(jìn)制，都是進(jìn)位計數(shù)制： 即按進(jìn)位的原則進(jìn)行記數(shù)的方法。 共同的特點： 都使用位置表示法 兩個要素：位權(quán)，基數(shù) 數(shù)制中每一固定位置

4、對應(yīng)的單位值稱為“位權(quán)” 例：(3436.12)10 =3*103+4*102 +3*101+6*100+1*10-1 +2*10-2,2020/8/12,10,對任何一種進(jìn)位計數(shù)制表示的數(shù)都可以寫出按其權(quán)展開的一個多項式，任意一個K進(jìn)制數(shù)S可以表示為： (S)K=Sn-1Kn-1+Sn-2Kn-2+S1K1+S0K0+ S-1K-1+S-mK-m = SiKi 其中：Si是數(shù)碼，K是基數(shù)，Ki是權(quán)；不同的基數(shù)，表示是不同的進(jìn)制數(shù)。 例如：在十進(jìn)制數(shù)中，678.34可表示為： （678.34）D61027101810031014102,2020/8/12,11,例1：（1101101.0101

5、）B 126125024123122021120021122023124 （109.3125）D 例2：（12321.2）O 184283382281180281 409610241921610.25 （5329.25）D 例3：（3AF.2A）H 31621016115160216110162 （943.1640625）D,K進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制,2020/8/12,12,十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為K 進(jìn)制數(shù),將十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為K進(jìn)制數(shù)： 分兩步：整數(shù)轉(zhuǎn)換、小數(shù)轉(zhuǎn)換 整數(shù)轉(zhuǎn)換：采用除K取余法。 即將十進(jìn)制整數(shù)不斷除以K取余數(shù)，直到商為0，余數(shù)從右到左排列，首次取得的余數(shù)最右。 小數(shù)轉(zhuǎn)換：采用乘K取整法。 將

6、十進(jìn)制小數(shù)不斷乘以K取整數(shù)，直到小數(shù)部分為0或達(dá)到所求的精度為止；所得的整數(shù)在小數(shù)點后自左往右排列，首次取得的整數(shù)最左。,2020/8/12,13,十進(jìn)制數(shù) 轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù) 1、整數(shù)轉(zhuǎn)換：除2取余法。 除2取余直到商是0或1為止,第一個余數(shù)是二進(jìn)制數(shù)的最低位。 2、小數(shù)轉(zhuǎn)換： 乘2取整法。 乘2取整數(shù)直到小數(shù)部分為0或達(dá)到要求的精度為止，首次取得的整數(shù)最左。 3、整數(shù)和小數(shù)部分合并在一起。 例如：將（112.25）D轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)；,整數(shù)部分：,56,余數(shù),2,112,2,2,28,2,14,2,7,2,3,2,1,0,（112）D =（1110000）B,低,高,除二取余法,除2取余直到商是

7、0或1為止；,第一個余數(shù)是二進(jìn)制數(shù)的最低位；,2020/8/12,15,小數(shù)部分：,0.25,2,0.5,取走整數(shù),2,1.0,0,1,a-1,a-2,高,低,（0.25）D=（0.01)B,轉(zhuǎn)換結(jié)果：（112.25）D （a6a5a4a3a2a1a0.a1a2）B（1110000.01）B,乘2取整數(shù)直到小數(shù)部分為0或達(dá)到要求的精度為止；,首次取得的整數(shù)最左；,乘2取整法,2020/8/12,16,十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制： 除八取余法 十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制： 除十六取余法,2020/8/12,17,二進(jìn)制、八進(jìn)制、十六進(jìn)制數(shù)間的相互轉(zhuǎn)換,二進(jìn)制、八進(jìn)制和十六進(jìn)制之間存在特殊關(guān)系： 823、162

8、4 一位八進(jìn)制數(shù)相當(dāng)于三位二進(jìn)制數(shù)； 一位十六進(jìn)制數(shù)相當(dāng)于四位二進(jìn)制數(shù)。 轉(zhuǎn)換：110100110.101101B=? 2A8F.6DH=?,2020/8/12,18, 1.3 無符號二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)運算和邏輯運算,1.3.1 二進(jìn)制的算術(shù)運算 加法運算：0+0=0，0+1=1，1+0=1，1+1=0 減法運算：0-0=0， 0-1=1， 1-0=1， 1-1=0 乘法運算：0 x0=0，0 x1=0，1x0=0，1x1=1 1100Bx1001B=? 除法運算：轉(zhuǎn)換為減法和右移位的運算,若乘數(shù)位為0，則中間結(jié)果加0； 若乘數(shù)位為1，則照抄被乘數(shù)，在相加時要將被乘數(shù)的最低位與相應(yīng)的乘數(shù)位對齊；,

9、2020/8/12,19,移位加,1100 +1100000 1101100,乘法運算轉(zhuǎn)換為加法和左移位的運算,除法運算轉(zhuǎn)換為減法和右移位的運算,2020/8/12,20,1.3.1 無符號數(shù)的表示范圍,一個n位的無符號二進(jìn)制數(shù)X的表示范圍: 0X2n-1 如：一個8位的二進(jìn)制數(shù)的表示范圍： 028-1 計算10110111B+01001101B=? 00000100 183+77=260 溢出： 無符號二進(jìn)制數(shù)的溢出判斷：最高有效位Di的進(jìn)位Ci,2020/8/12,21,1.3.3 二進(jìn)制數(shù)的邏輯運算,邏輯運算是對二進(jìn)制數(shù)按位進(jìn)行操作，所以沒有進(jìn)借位； 基本邏輯運算包括與、或、非、異或四種

10、運算； “與”運算 1 1=1，1 0=0，0 1=0，0 0=0 計算 10110110B 10010011B=?,2020/8/12,22,“或”運算： 0 0=0，0 1=1，1 0=1，1 1=1 計算11011001B 10010110B=？ “非”運算：按位取反 計算11011001B=？ “異或”運算：相異為1，相同為0， 0 0=0，1 1=0，0 1=1，1 0=1 計算11010011B 10100110B=?,2020/8/12,23,1.3.4 基本邏輯門,組成計算機(jī)硬件的最小細(xì)胞為邏輯門電路； 定義：把輸入和輸出電路間，具有某種特定的邏輯關(guān)系的單元電路，稱為邏輯門電路

11、。 特點：具有多個輸入端和一個輸出端； 只有單一邏輯功能；,2020/8/12,24,與門（AND gate）: 對兩個或多個邏輯變量實現(xiàn)與運算的門電路。有兩個邏輯變量A和B的與門電路，其邏輯關(guān)系表達(dá)式為:Y=A B 含義：僅當(dāng)A和B都是高電平時，輸出Y才是高電平；受低電平控制，只要將任意輸入端接低電平時，該與門就被封鎖，輸出低電平；,A B,Y,國際符號,國標(biāo)符號,2020/8/12,25,或門電路（OR gate） 或門電路是實現(xiàn)或運算的門電路。有兩個邏輯變量A和B的或門電路，其邏輯關(guān)系表達(dá)式為: Y=A B 特點：受高電平控制，只要將任意輸入端接高電平時，該或門就被封鎖，輸出高電平。,+

12、,2020/8/12,26,非門電路（NOT gate） 非門電路是實現(xiàn)非運算的電路，又稱反相器。它只有一個輸入端和一個輸出端。,輸入 輸出 A B 01 10,2020/8/12,27,具有兩種或兩種以上邏輯功能的門電路為組合門電路。常用的有： 1.“與非”門電路 2.“或非”門電路 3.“與或非”門電路 4.“異或”門電路,組合邏輯門電路,2020/8/12,28,1.“與非”門電路,由“與”門電路和“非”門電路組合而成的電路。 邏輯規(guī)則是：只有當(dāng)全部輸入端均為邏輯1時，輸出才為邏輯0，否則輸出為邏輯1。 邏輯功能：Y=A B 邏輯符號： “與非”門真值表：,A B,Y,2020/8/12

13、,29,2.“或非”門電路,由“或”門電路與“非”門電路組合而成的電路。 邏輯規(guī)則是：當(dāng)一個或多個輸入端為邏輯1時，輸出為邏輯0，只有當(dāng)全部輸入端均為邏輯0時，輸出才為邏輯1。 邏輯功能：Y=A B 邏輯符號： “或非”門真值表：,A B,Y,2020/8/12,30,3.“與或非”門電路,由“與”門電路“或”門電路與“非”門電路組合而成的電路。 邏輯功能： 邏輯符號： 計算機(jī)內(nèi)大量使用“與非”門電路、 “與或非”門電路構(gòu)成組合邏輯電路和時序邏輯電路，如譯碼器、觸發(fā)器等。,2020/8/12,31,4.“異或”門電路,邏輯規(guī)則：輸入相同時，輸出為0，輸入不同時， 輸出為1； 邏輯功能：Y=A

14、B 邏輯符號：,“異或”門電路是實現(xiàn)二進(jìn)制加法的邏輯門電路，也叫半加器。它是ALU部件的基本電路。,A B,Y,2020/8/12,32,數(shù)字邏輯電路,組合邏輯電路：是數(shù)字邏輯電路的一類，在組合邏輯電路中，任何時刻電路的穩(wěn)定輸出只與當(dāng)時的輸入有關(guān)，而與輸入信號作用前的電路所處的狀態(tài)無關(guān)。常用的有編碼器、譯碼器和采樣器。 時序邏輯電路：是數(shù)字邏輯電路的另一類。主要有觸發(fā)器、寄存器、計數(shù)器，他們通常被認(rèn)為具有記憶功能的部件。,2020/8/12,33,編碼及編碼器：用二進(jìn)制代碼表示特定信號的過程稱編碼，實現(xiàn)編碼的電路叫編碼器。 編碼器的約定：輸入信號之間，每次只允許有一個輸入信號有效。 譯碼及譯碼

15、器：譯碼是編碼的逆過程。它是把輸入的代碼變?yōu)橐粋€控制信息或特定信號。實現(xiàn)這種功能的電路，為譯碼器。 應(yīng)用范圍：指令代碼進(jìn)行譯碼、對存儲器的地址進(jìn)行譯碼等。它以 與非門為核心。,2020/8/12,34,38譯碼器符號,74LS138,A,B,C,G2a,G2b,G1,3-8 譯 碼 器,Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7,74LS138,G1 G2b G2a C B A,2020/8/12,35,38譯碼器,A,B,C,輸出端,Y0,Y3,Y4,Y5,Y6,Y7,Y1,Y2,G1,G2A,G2B,2020/8/12,36,表38譯碼器真值表,100,100,100,100,100,

16、100,100,100,G1 G2A G2B,111,101,110,011,001,010,100,000,C B A,Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7,0 1 1 1 1 1 1 1,1 0 1 1 1 1 1 1,1 1 0 1 1 1 1 1,1 1 1 0 1 1 1 1,1 1 1 1 0 1 1 1,1 1 1 1 1 0 1 1,1 1 1 1 1 1 0 1,1 1 1 1 1 1 1 0,2020/8/12,37,1.4 帶符號二進(jìn)制數(shù)的表示及運算：,機(jī)器數(shù)：把符號數(shù)值化了的數(shù)稱為機(jī)器數(shù)。 機(jī)器數(shù)所表示的實際數(shù)值為機(jī)器數(shù)的真值。 以8位字長為例： +21，+10101B，0

17、0010101B -21， -10101B， 10010101B 以16位字長為例： +21，00000000 00010101B - 21，10000000 00010101B 帶符號數(shù)的表示方法有三種：原碼、反碼、補碼、它們都是由符號位和數(shù)值部分組成。,2020/8/12,38,原碼,最高位為符號位，數(shù)值部分為原數(shù)的絕對值。真值X的原碼記為X原 已知真值X=+42,Y=-42,求X原和Y原 X原 =00101010B Y原 =10101010B,優(yōu)點：數(shù)的真值和原碼表示之間的對應(yīng)關(guān)系簡單,相互轉(zhuǎn)化容易。用原碼實現(xiàn)乘除運算規(guī)則簡單。 缺點：數(shù)值0有兩個編碼值，+0和-0，不利于運算。 尤其是

18、加減運算。 00000000B= +0原 10000000B =-0原,2020/8/12,39,反碼,正數(shù)的反碼和原碼相同；負(fù)數(shù)的反碼是對其原碼除符號位外的逐位求反。 真值X的反碼記為X反 已知真值X=+42,Y=-42,求X反和Y反 X反 = 00101010原 反 = 00101010B Y反 = 10101010原 反 = 11010101B,缺點：數(shù)值0有兩個編碼值，+0和-0，不利于運算。 00000000B= +0反 11111111B =-0反,2020/8/12,40,補碼,正數(shù)的補碼和原碼相同，負(fù)數(shù)的補碼是在其反碼的基礎(chǔ)上加1。 已知真值X=+0110100B，Y=-011

19、0100B 求X補和Y補 X補=00110100B Y補= Y反 +1=11001011B+1=11001100B 數(shù)值0的補碼，如下： +0補= +0反= +0原=00000000B -0補= -0反+1=11111111B+1=00000000B 所以+0補= -0補=00000000B 數(shù)值0的補碼是唯一的,11001011 + 1,2020/8/12,41,原碼反碼補碼舉例（以8位字長為例）,2020/8/12,42,例1：設(shè)機(jī)器字長8位，分別寫出37和37的補碼，并用16 進(jìn)制表示。 解： + 37= + 010 0101 +37補=0 010 0101=25H 37=010 010

20、1 -37補=11 0110 11=DBH 例2：設(shè)機(jī)器字長為8位，試分別寫出0.375和0.6875的原碼 解： +0.375=0.25 + 0.125=2-2 + 2-3=0.011 +0.375原=0.011 0000 0.6875=(0.5 + 0.125 + 0.0625)=0.1011 0.6875原=1.1011000,2020/8/12,43,例4: 設(shè)X19/128，字長8位（含符號位） 求X原？X補？ 解： X原0001 0011/1000 00000.0010011 X補 0.0010011 27,2020/8/12,44,1.4.3 補碼運算,在計算機(jī)中，二進(jìn)制四則運算

21、是補碼運算，結(jié)果是補碼。 補碼運算的規(guī)則如下： X+Y補=X補+Y補 X-Y補=X補-Y補 X-Y補=X補+-Y補 -Y補=對Y補的每一位包括符號位在內(nèi)，按位取反并加一；,2020/8/12,45,補碼如何轉(zhuǎn)換成真值呢？,結(jié)果為正數(shù)，則不用轉(zhuǎn)換； 結(jié)果為負(fù)數(shù)，則取補； 如：X= X補補,2020/8/12,46,例1,設(shè)X=+66，Y=+51，求X-Y補=？ 根據(jù)X-Y補 =X補+-Y補 首先求X=+1000010B， X補=01000010 Y=+51=+110011B，-Y補=11001101 所以X-Y補=01000010 + 1100 1 101 1 00001 1 11B,在字長為8

22、位的機(jī)器中，該進(jìn)位自然丟失。,-Y=-51=-110011B，-Y補=11001101,2020/8/12,47,例2,設(shè)X=+51，Y=+66，求X-Y補=？ 根據(jù)X-Y補 =X補+-Y補 首先求X=+110011B， X補=00110011 Y=66=1000010B， -Y補=10111110 所以X-Y補= 00110011 + 1011 1 110 1 111 0001,2020/8/12,48,溢 出,8位帶符號二進(jìn)制數(shù)的取值范圍： 原碼11111111B01111111B （-127+127） 反碼10000000B01111111B （-127+127） 補碼10000000B01111111B （-128+127） 當(dāng)8位二進(jìn)制數(shù)的運算結(jié)果超出以上范圍時，就會產(chǎn)生溢出。 運算結(jié)果超出計算機(jī)部件所容納的數(shù)值范圍，數(shù)值部分上擴(kuò)充到符號位、改變了符號的性質(zhì)、導(dǎo)致運算結(jié)果錯誤。 十六位數(shù)的取值范圍：？32767,2020/8/12,49,例27,用二進(jìn)制補碼計算（-83）+（-80）=（？） 解： （-83）10=-1010011B， (-83)補=10101101 （-80）10=-1010000B，(-80)補=1