微機(jī)原理與接口技術(shù)-第1章概述.ppt

1、,微機(jī)原理與接口技術(shù),課程簡介,課程名稱：微機(jī)原理與匯編語言 課程性質(zhì)：必修 行課時間：16周4學(xué)時 學(xué)分：5,課程目標(biāo),微機(jī)原理是學(xué)習(xí)和掌握微機(jī)硬件知識和匯編語言程序設(shè)計的入門課程，包括以下幾個方面的內(nèi)容： 微型計算機(jī)的基本工作原理 匯編語言程序設(shè)計 微型計算機(jī)接口技術(shù) 通過該課程的學(xué)習(xí)，同學(xué)們應(yīng)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。,課程安排,課程考核,期末考試：60% 上機(jī)考核：20% 平時考核：20%（課堂表現(xiàn)+作業(yè)）,最終成績 = 期末考試 + 上機(jī)考核 + 平時考核,微型計算機(jī)基礎(chǔ)概論,第一章,主要內(nèi)容,1.1 微型計算機(jī)概述 1.2 微型計算機(jī)系統(tǒng)的組成

2、 1.3 微型計算機(jī)中信息的表示 1.4 小結(jié),1.1 微型計算機(jī)概述,1946年，第一臺電子數(shù)字計算機(jī)ENIAC研制成功。 1981年，IBM公司進(jìn)入微型計算機(jī)領(lǐng)域并推出IBM-PC之后，計算機(jī)的發(fā)展進(jìn)入了一個新的時代微型計算機(jī)時代。,一、電子計算機(jī)的發(fā)展： 電子管計算機(jī)（1946-1956） 晶體管計算機(jī)（1957-1964） 中小規(guī)模集成電路計算機(jī)（1965-1970） 超大規(guī)模集成電路計算機(jī)（1971-今） 二、電子計算機(jī)按其性能分類： 大中型計算機(jī)/巨型計算機(jī)（Mainframe Computer） 小型計算機(jī)（Minicomputer） 微型計算機(jī)（Microcomputer） 單

3、片計算機(jī)（Single-Chip Microcomputer）,電子計算機(jī)的發(fā)展歷程,微型計算機(jī)的發(fā)展是以微處理器的發(fā)展來表征的 微處理器的集成度每隔18-24個月就會翻一番，芯片的性能也隨之提高一倍 -摩爾定律 Intel CPU的發(fā)展見下頁表,微型計算機(jī)的分類,按處理器（CPU）的字長分類 4位微型計算機(jī) 8位微型計算機(jī) 16位微型計算機(jī) 32位微型計算機(jī) 按照微型計算機(jī)的利用形態(tài)分類 單片微型計算機(jī) 單板微型計算機(jī) 位片式微型計算機(jī) 微型計算機(jī)系統(tǒng),微型計算機(jī)系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo),字長 字長是指計算機(jī)內(nèi)部一次可以處理的二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)。 主頻 主頻是微型計算機(jī)中CPU的時鐘頻率。通常是指計算

4、機(jī)中時鐘脈沖發(fā)生器所產(chǎn)生的時鐘信號的頻率，單位為MHz。 主存儲器容量 存儲器容量指的是存儲設(shè)備可容納二進(jìn)制信息的最大字節(jié)數(shù)。,微型計算機(jī)系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo),存取周期 微型計算機(jī)內(nèi)主存完成一次讀/寫操作所需要的時間稱為存儲器的存取時間，連續(xù)進(jìn)行兩次讀/寫所需的最短時間稱為存儲器的存取周期。 運算速度 計算機(jī)的運算速度一般用每秒所能執(zhí)行的指令條數(shù)來表示。單位用MIPS(百萬條指令/秒)。 常用計算方法有： 根據(jù)不同類型指令出現(xiàn)的頻度，乘上不同的系數(shù)，求得統(tǒng)計平均值，得到平均運算速度 。 以執(zhí)行時間最短的指令（如加法指令）為標(biāo)準(zhǔn)來估算速度。 直接給出CPU的主頻和每條指令的執(zhí)行所需的時鐘周期。主頻

5、一般以MHz為單位。,微型計算機(jī)系統(tǒng)的層次,微型計算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)圖,微型計算機(jī)系統(tǒng)的層次,微處理器 CPU，包含算術(shù)邏輯單元、控制單元、累加器、寄存器組、內(nèi)部總線等 微型計算機(jī) CPU配上存儲器、輸入輸出接口、系統(tǒng)總線，組成的小系統(tǒng) 微型計算機(jī)系統(tǒng) 以微型計算機(jī)為主體，配上外圍設(shè)備、電源、系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件,微型計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展趨勢,多級流水線結(jié)構(gòu) 把大的順序操作分解成若干段，使之在時間上重疊 芯片上存儲管理技術(shù) 高速緩存與CPU集成在同一芯片內(nèi) 虛擬存儲技術(shù) 主內(nèi)存與輔助存儲器之間的調(diào)度管理 并行處理的哈佛結(jié)構(gòu) 采用多個內(nèi)部數(shù)據(jù)/地址總線，將數(shù)據(jù)與指令緩存訪問分開 RISC結(jié)構(gòu)精簡指令系

6、統(tǒng),1.2 微型計算機(jī)系統(tǒng)的組成,硬件系統(tǒng),I/O設(shè)備,CPU,運算器 控制器,存儲器 RAM ROM,I/O接口,AB 地址總線,DB 數(shù)據(jù)總線,CB 控制總線,8255、8250（8251） 8253、8259,鍵盤、打印機(jī) 顯示器、軟硬盤 A/D、D/A等,微型計算機(jī)的硬件組成,微型計算機(jī)的硬件組成,微處理器（或中央處理器、CPU）,2、存儲器 功能：存放程序和數(shù)據(jù)。,存儲器,內(nèi)存（主存）,外存（輔存）,RAM,ROM,SRAM,DRAM,ROM,EPROM,E2PROM,軟盤、U盤 硬盤（移動硬盤） 光盤,cache,Flash,微型計算機(jī)的硬件組成,RAM結(jié)構(gòu)框圖,微型計算機(jī)的硬件組

7、成,I/O接口設(shè)備 I/O接口設(shè)備也稱為I/O接口電路，即通常所說的適配器、適配卡或接口卡。它是微型計算機(jī)和外部設(shè)備交換信息的橋梁。 結(jié)構(gòu)：一般由寄存器組、專用存儲器和控制電路三部分組成，當(dāng)前的控制指令、通信數(shù)據(jù)、外部設(shè)備的狀態(tài)信息等分別存儲在專門的存儲器或寄存器中。 連接：所有外部設(shè)備都是通過各自的接口電路連接到微型計算機(jī)的系統(tǒng)總線上。 通信方式：分為并行通信和串行通信，并行通信是將數(shù)據(jù)各位同時傳送，串行通信是將數(shù)據(jù)一位一位地順序傳送。,微型計算機(jī)的硬件組成,微型計算機(jī)的總線結(jié)構(gòu),微型計算機(jī)的總線結(jié)構(gòu),總線：傳遞信息的一組公用導(dǎo)線。 系統(tǒng)總線：從處理器引出的若干信號線，CPU通過它們與存儲器

8、或I/O設(shè)備進(jìn)行信息交換。 地址總線：傳遞地址信息的總線，即AB。CPU在地址總線上輸出將要訪問的內(nèi)存單元或I/O端口的地址，該總線為單向總線。 數(shù)據(jù)總線：傳遞數(shù)據(jù)信息的總線，即DB。雙向總線 控制總線：傳遞控制信息的總線，即CB。雙向總線,軟件系統(tǒng),軟件系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)軟件 操作系統(tǒng)軟件，如DOS、WINDOWS XP、WINDOWSNT、Linux、Netware等； 各種語言的處理程序，如機(jī)器語言、高級語言、編譯程序、解釋程序； 各種服務(wù)性程序，如調(diào)試、故障檢查、診斷程序等； 各種數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，如SQLSever、Oracle等。 應(yīng)用軟件 用于科學(xué)計算方面的數(shù)學(xué)計算軟件包、統(tǒng)計軟件

9、包等； 文字處理軟件包，如WPS、Office2007； 圖像處理軟件包，如Photoshop、動畫處理軟件3DSmax； 各種財務(wù)管理軟件、稅務(wù)管理軟件、工業(yè)控制軟件、輔助教育等專用軟件。,1.3 微型計算機(jī)中信息的表示,數(shù)制是指用一組固定的符號和統(tǒng)一的規(guī)則來表示數(shù)值的方法。 進(jìn)位計數(shù)制，簡稱“進(jìn)制”，是按進(jìn)位的原則進(jìn)行計算的數(shù)制。 進(jìn)位計數(shù)制有如下特點： 數(shù)制的基數(shù)確定了所采用的進(jìn)位計數(shù)制。表示一個數(shù)時所用的數(shù)字符號的個數(shù)稱為基數(shù)。對于N 進(jìn)位數(shù)制，有N 個數(shù)字符號，基數(shù)為N。 逢N 進(jìn)一。對于十進(jìn)制，是逢10進(jìn)1。 采用位權(quán)表示方法。處在不同位置上的相同數(shù)字所代表的值不同，一個數(shù)字在某個

10、位置上所表示的實際數(shù)值等于該數(shù)值與這個位置的因子的乘積，而該位置的因子由所在位置相對于小數(shù)點的距離來確定，簡稱為位權(quán)。,微型計算機(jī)中信息的表示,位權(quán)與基數(shù)的關(guān)系是：位權(quán)的值恰是基數(shù)的整數(shù)次冪。對于各位權(quán)的冪，從小數(shù)點開始，向左依次為0、1、2、3，依次加1；向右依次為1、2、3，依次減1。 例: (1011.1)2 = 1 * 23 + 0 * 22 + 1 * 21 + 1 * 20 +1 * 2-1 (56D.3)16 = 5 * 162 + 6 * 161 + 13 * 160 + 3 * 16-1,進(jìn)制數(shù)的書寫規(guī)則,在數(shù)字后面加寫相應(yīng)的英文字母作為標(biāo)志。 B(Binary）：表示二進(jìn)制

11、數(shù)。101001B O(Octonary)：表示八進(jìn)制數(shù)。1321O D(Decimal)：表示十進(jìn)制數(shù)。100D H(Hexadecimal)：表示十六進(jìn)制數(shù)。3ACH 在括號外面加數(shù)字下標(biāo)。 (101001)2：表示二進(jìn)制數(shù)的101001。 (1321)8：表示八進(jìn)制數(shù)的1321。 (100)10或 100：表示十進(jìn)制數(shù)的100。 (3AC)16：表示十六進(jìn)制數(shù)的3AC。,例: (1011.1)2 = 1 * 23 + 0 * 22 + 1 * 21 + 1 * 20 +1 * 2-1 (56D.3)16 = 5 * 162 + 6 * 161 + 13 * 160 + 3 * 16-1,

12、數(shù)制轉(zhuǎn)換,R 進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù) 只需按位及位權(quán)展開求和即可。,數(shù)制轉(zhuǎn)換,十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為R 進(jìn)制數(shù) 整數(shù)部分：除R 取余（逆序），直到商為零。 把需轉(zhuǎn)換的十進(jìn)制整數(shù)部分除以R，得到商和余數(shù)，然后繼續(xù)把商除以R，得到新商和余數(shù)，繼續(xù)下去，直到余數(shù)為0。把這些余數(shù)按后得到的排在前面的方式組成一列數(shù)，作為R進(jìn)制的整數(shù)部分。 小數(shù)部分：乘R 取整（順序），直到滿足精度要求。 把需轉(zhuǎn)換的十進(jìn)制小數(shù)部分乘以R，記錄整數(shù)部分，繼續(xù)把積的小數(shù)部分乘以R，記錄整數(shù)部分，直到滿足條件的精度或者積的小數(shù)部分為零。將所記錄的整數(shù)部分按照出現(xiàn)的先后順序排列，作為R進(jìn)制的小數(shù)部分。,例：將（136）D轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。

13、2 136 余數(shù)（結(jié)果） 低位 2 68 - 0 2 34 - 0 2 17 - 0 2 8 - 1 2 4 - 0 2 2 - 0 2 1 - 0 0 - 1 高位,轉(zhuǎn)換結(jié)果：（136）D=（10001000）B,例：將（0.625)D轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。 0.625 * 2 1.25 * 2 0.5 * 2 1.0 取整： 高位 低位,轉(zhuǎn)換結(jié)果：(0.625)D = (0.101)B 若出現(xiàn)乘積的小數(shù)部分一直不為“0”，則可以根據(jù)計算精度的要求截取一定的位數(shù)即可。如0.6* 2,二進(jìn)制與八、十六進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換,二進(jìn)制與八進(jìn)制、二進(jìn)制與十六進(jìn)制數(shù)互相轉(zhuǎn)換 二進(jìn)制數(shù)八進(jìn)制數(shù) 將二進(jìn)制數(shù)從小數(shù)點開始

14、，整數(shù)部分從右往左每三位一組，小數(shù)部分從左往右每三位一組，不足三位用0補(bǔ)足，每組分別對應(yīng)一位八進(jìn)制數(shù)，從高到低順序?qū)懗雒拷M的八進(jìn)制數(shù)碼即可。 二進(jìn)制數(shù)十六進(jìn)制數(shù) 將二進(jìn)制數(shù)從小數(shù)點開始，整數(shù)部分從右往左每四位一組，小數(shù)部分從左往右每四位一組，不足四位用0補(bǔ)足，每組分別對應(yīng)一位十六進(jìn)制數(shù)，從高到低順序?qū)懗雒拷M的十六進(jìn)制數(shù)碼即可。,例：（10001000.00101）2 = (220.12)8=(108.28)16,有符號數(shù)的表示,機(jī)器數(shù)的原碼 對一個二進(jìn)制數(shù)而言，若使最高位表示數(shù)的符號（常以0表示正數(shù)，1表示負(fù)數(shù)），其余各位表示數(shù)值本身，則稱為原碼。 例如，當(dāng)機(jī)器字長為8位二進(jìn)制時：X=+73，

15、Y=73， X 原碼= 01001001， X 真值= 1001001； Y 原碼= 11001001， Y 真值= 1001001； +0原碼=00000000， +0真值= 0000000 ； 0原碼=10000000， 0真值=0000000。 原碼表示的整數(shù)范圍是（2n-11） +(2n-11)，其中n為機(jī)器字長。,有符號數(shù)的表示,機(jī)器數(shù)的反碼 對于帶符號數(shù)，正數(shù)的反碼與其原碼相同，負(fù)數(shù)的反碼是符號位不變，數(shù)據(jù)位取反求得。 例如，當(dāng)機(jī)器字長為8位二進(jìn)制時：X=+73，Y=-73， X 原碼=01001001，X 反碼= 01001001； Y 原碼=11001001，Y 反碼= 101

16、10110； +0原碼=00000000，+0反碼=00000000； 0原碼=10000000，0反碼=11111111。 反碼表示的整數(shù)范圍與原碼相同。,有符號數(shù)的表示,機(jī)器數(shù)的補(bǔ)碼 對于帶符號數(shù)，正數(shù)的補(bǔ)碼與其原碼相同，負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼為其反碼加1得到。 例如，當(dāng)機(jī)器字長為8位二進(jìn)制時：X=+73，Y=73， X 原碼=01001001，X 反碼=01001001，X 補(bǔ)碼=01001001 Y 原碼=11001001， Y 反碼=10110110，Y 補(bǔ)碼=10110111 +0原碼=00000000， +0反碼=00000000 ，+0補(bǔ)碼=00000000 -0原碼=10000000，

17、-0反碼= 11111111，-0補(bǔ)碼=00000000 補(bǔ)碼的表示范圍2n-1 +(2n-11)，其中n為機(jī)器字長。,有符號數(shù)的表示,補(bǔ)碼加減法的規(guī)則是：XY 補(bǔ)X 補(bǔ)Y 補(bǔ)。 例：以機(jī)器字長為8位，已知X=6，Y=14，則X 補(bǔ)00000110，Y 補(bǔ)11110010，求X+Y 補(bǔ)和XY 補(bǔ)。 解：XY補(bǔ)X補(bǔ)Y補(bǔ)00000110+11110010=11111000(8的補(bǔ)碼) XY 補(bǔ)X 補(bǔ)Y 補(bǔ)00000110+0000111000010100（20的補(bǔ)碼） 補(bǔ)碼的另一種表示方法為使用模的方法。模是計量器的最大容量。4位寄存器能夠存放00001111共計16個數(shù)，因此他的模為16。一個8

18、位寄存器能夠存放0000000011111111，共計256個數(shù)，因此它的模為256，依此類推，32位寄存器的模是232。有了模的概念后，我們可以很容易地得到二進(jìn)制的另一種補(bǔ)碼表示方法，即 X 補(bǔ)2n+X 從上式可以看出，當(dāng)X 為正數(shù)時，X 補(bǔ)就是X本身；當(dāng)X 為負(fù)數(shù)時，X 補(bǔ)就是從2n 中減去X的絕對值。,補(bǔ)碼與真值之間的轉(zhuǎn)換,正數(shù)補(bǔ)碼的真值等于補(bǔ)碼本身；負(fù)數(shù)補(bǔ)碼轉(zhuǎn)換為真值時，將負(fù)數(shù)補(bǔ)碼數(shù)值位按位求反，末位加1，得到該負(fù)數(shù)補(bǔ)碼對應(yīng)的真值的絕對值，前面加上負(fù)號，即得到該負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼。 例：已知X補(bǔ)碼=0101101B，Y補(bǔ)碼=111001B，求所對應(yīng)的真值X和Y。 解：由于X補(bǔ)碼是正數(shù)，則其真值X=+101101B=+(125+024+123+122+021+120)=+45。 Y補(bǔ)碼是負(fù)數(shù)，則其真值Y=（11001求反+1）B =（00110+1）B =(00111)B =(122+121+120) = 7。,數(shù)的浮點表示法,浮點數(shù)用于高級語言，匯編語言不支持。 定點表示法。定點表示約定所有數(shù)據(jù)小數(shù)點的位置固定不變。通常，把小數(shù)點固定在有效數(shù)字的前面或末尾。 定點小數(shù)。小數(shù)點固定在最高有效數(shù)字之前，符號位之后，該數(shù)據(jù)沒有整數(shù)部分，為純小數(shù)。 定點整數(shù)。小數(shù)點固定在最低有效數(shù)字之后，該數(shù)據(jù)沒有小數(shù)部分，為整數(shù)。