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微机原理与接口技术,教材：微机原理与接口技术（第3版） 普通高等教育”十一五”国家级规划教材,主讲：孙 萍 电话：189 8610 7450 Email：ppsun126.com 2014年9月,课程简介,72学时（56学时理论+8学时实验+8学时上机） 4学分、学科基础课 平时成绩(上课/作业)实验期末卷面 20% 20% 60% 先修课程：模拟电子电路、数字电子电路 课程目标： 1、理解微型计算机系统结构、工作原理 2、掌握汇编语言程序设计的基本程序设计方法 3、掌握设计、开发微型应用系统接口技术的 基本原理和方法,本课程在计算机课程体系中的位置,硬件类,软件类,CPU及整机设计（计算机组成原理）,BIOS与接口驱动程序设计,模拟电路、数字逻辑电路设计,嵌入式/单片机系统,SOC芯片设计,计算机系统结构,外围接口电路设计,操作系统,编译系统,数据库,数据结构,C+,JAVA,离散数学,计算机系统综合设计,电子商务,多媒体技术,算法设计、数值分析、信号与系统、计算机理论课程、数学基础课程,汇编语言,软件工程,VB,第1章 计算机基本知识,第2章 8086系统结构,第3章 8086的指令系统,第4章 8086汇编语言程序设计,4,1,2,3,微机 原理,接口 技术,第6章 微型计算机的输入/输出,第7章 可编程接口芯片8255A、8253,第9章 中断与中断管理,第10章 D/A转换及A/D转换,4,1,2,3,第一章 计算机基本知识,1、掌握信息在计算机中的存储形式 2、掌握带符号数在计算机中的表示方法 （原码、反码、补码） 3、掌握BCD数的编码方式以及BCD数运算中出现的问题 4、ASCII码,教学要求,1·1 绪 论,1946年2月15日 世界第一台电子计算机问世 1946年世界上第一台电子计算机由美国宾夕法尼亚大学研制成功。尽管它重达30吨，占地170平方米，耗电140千瓦，用了18800多个电子管，每秒钟仅能做5000次加法.,计算机的发展概况 一、计算机的发展概况 第一代：电子管计算机时代（19471957） 第二代：晶体管计算机时代（19581964） 第三代：集成电路计算机时代（19641972） 第四代：超大规模集成电路（VLSI）计算机时代 （1972年 ）。 第五代：智能计算机（1981年 ）。,二、微处理器及微型计算机的发展概况 第一代微处理器 以Intel公司1971年推出的4004，4040为代表的四位微处理机。 第二代微处理机（1973年1977年） 典型代表有：Intel 公司的8080、8085；Motorola公司的M6800以及Zlog公司的Z80。 第三代微处理机 以16位机为代表，基本上是在第二代微机的基础上发展起来的。其中Intel公司的8088。8086是在8085的基础发展起来的；M68000是Motorola公司在M6800 的基础发展起来的； 第四代微处理机 Intel公司1984年10月推出的80386CPU和1989年4月推出的80486CPU为代表， 第五代微处理机 1993年3月被命名为PENTIUM的微处理机面世，98年PENTIUM 2又被推向市场。,（1971-1973）,（1973-1977）,（1978-1981）,（1981-1992）,（1993后）,特点： 1、速度越来越快。 2、容量越来越大。 3、功能越来越强。,Intel的CPU的发展史,intel 4004，intel 的发展史就是从这块cpu起步的,8008,8086,80286，intel最后一块16位cpu,80386，intel第一代32位cpu,486，这是intel最后一代以数字编号的cpu,Pentium 586,pentium pro,pentium mmx,三、计算机编程语言的发展概况 机器语言 就是0，1码语言，是计算机唯一能理解并直接执行的语言。 汇编语言 用一些助记符号代替用0，1码描述的某种机器的指令系统，汇编语言就是在此基础上完善起来的。 高级语言 BASIC，PASCAL，C语言等等。用高级语言编写的程序称源程序，它们必须通过编译或解释，连接等步骤才能被计算机处理。 面向对象语言 C+，Java等编程语言是面向对象的语言。,1.2 微型计算机中信息的表示,一、位、字、字节 位(bit)：是计算机所能表示信息的最小单位 字节(Byte)：相邻8位二进制，表示信息的基本单位 字(Word)：2个字节 字长：计算机一次存取、处理和传输的二进制数的位数，称为字长。不同的计算机，字长是不同的，常用的字长有8位，16位，32位，64位，也就是经常说的8位机，16位机，32位机或64位机。 是衡量计算机性能的一个重要标志。,二、二进制编码,例：求十进制数876的BCD码 876= 1000 0111 0110 BCD 876= 36CH = 1101101100B,1、BCD码 (Binary Coded Decimal) 二进制代码表示的十进制数0-9。,组合BCD码（压缩BCD码） 用8位二进制编码表示2位BCD码 字节高4位二进制编码表示十进制数0-9 字节低4位二进制编码表示十进制数0-9 非组合BCD码（非压缩BCD码） 用8位二进制编码表示1位BCD码 字节高4位二进制编码0000 字节低4位表示十进制数0-9,例1-2：用压缩BCD码表示十进制数8279D,例1-3：用非压缩BCD码表示十进制数8279D,8279D=1000 0010 0111 1001B,8279D=00001000 00000010 00000111 00001001B,2、字符编码 美国标准信息交换码ASCII码（American Standard Code for Information Interchange），将数字、字母、通用符号、控制符号等，按国际标准对其进行编码。,机器数：机器中数的表示形式 真值：机器数所代表的实际数值 例：一个8位机器数与它的真值对应关系如下 真值： X1=+84=+1010100B X2=-84= -1010100B 机器数：X1机= 01010100 X2机= 11010100,三、带符号数的表示 1. 机器数与真值,最高位为符号位，0表示 “+”，1表示“”， 数值位与真值数值位相同。 原码表示简单直观，但0的表示不唯一，加减 运算复杂。 例：8位原码机器数 真值 x1 = +1010100B x2 = -1010100B 机器数 x1原 = 01010100 x2原 = 11010100,2.原码(True Form),正数的反码与原码表示相同。 负数反码符号位为 1，数值位为原码数值各位取反。 例：8位反码机器数 x= +4： x原= 00000100 x反= 00000100 x= -4： x原= 10000100 x反= 11111011,3. 反码（Ones Complement）,4. 补码（Twos Complement）,正数的补码表示与原码相同 负数补码等于2nabs（x）,例：求 8位补码机器数： x=+4 x原=x反=x补= 00000100 x=-4 x原 = 10000100 x反 = 11111011 x补 = 10000000000000100 = 11111100,补码反码加1 补码表示的优点 0的表示唯一，加减运算方便,8位机器数表示的真值,习题1-1 1.X的8位原码是10100101，则X的补码： 2.X的8位补码是10110100，则X的原码： 3.（10010101）B分别为原码、补码时，对应的10进制为： 4.已经8位机器数，若X-3，则X的补码为： H,1.3 几种进制之间的相互转换,二进制和十六进制数之间的相互转换 将二进制从右边开始，4位一化，左边不够补0 例：将二进制数101011B转换成十六进制。 将二进制数110001110转换成十六进制。 例：将十六进制数8BDH转换成二进制数。 将十六进制数0C5AFH转换成二进制数。,硬件是系统的硬平台 操作系统是系统的软平台 系统应用软件通常支撑用户软件的开发,1.4 微型计算机的基本组成（补充内容）,1.4.1 微型计算机硬件系统的组成,微型计算机硬件系统的组成 微机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备等五大部分组成 。,1. 微处理器（CPU） 运算器:以累加器为核心 控制器:PC,IR,ID,PLA 寄存器组,2. 存储器,总线上能同时传送二进制信息的位数 称为总线宽度,3. 总线,总线的分类,按信息传送的方向可分为： 单向总线只能向一个方向发送信息 双向总线则可在两个方向传送 按所传信息的类别，通常分为： 数据总线、地址总线和控制总线。,(2) 地址总线 (Address Bus),是微处理器输出地址用的总线，它将地址送到存储器或I/O电路，用来确定存储器中信息存放的地址或I/O电路的地址，AB一般为单向、三状态。 内存容量的计算：16条地址线可访问 2 = 64 KB 20条地址线可访问 2 = 1 MB 1KB = 1024B 1MB = 1024 KB 1GB = 1024 MB,16,20,(3) 控制总线 (Control Bus),是用来传送控制信号，使各功能部件动作同步。 不同的控制信号有不同的方向。 写信号由CPU送往存储器。 中断响应信号由接口送往CPU。,总 线 小 结 控制总线的部件（总线主控设备）： CPU 和 DMA 控制器 被总线控制的部件（总线控制设备）： 存储器 和 I/O设备,4. 输入输出接口及外部设备,输入设备：鼠标、键盘、扫描仪、摄像机等 输出设备：显示器、打印机、绘图仪、音响设备等 外设只有通过I/O接口才能和CPU进行数据交换,1.4.2 微型计算机的工作过程,冯诺依曼体系 存储程序、程序控制 指令 即为指定计算机完成某一特定操作的命令，由二进制编码组成。为方便记忆，常用英文缩写为指令的助记符号,举例：710？ 我们需要做如下工作 首先用助记符号指令编写程序，此即源程序 由于机器不能识别助记符号，需要翻译（汇编）成机器语言指令 将数据和程序通过输入设备送至存储器中存放，整个程序一共3条指令，5个字节，假设它们存放在存储器从00H单元开始的相继5个存储单元中,微机工作过程取第1条指令,A、指令指针PC的内容（00H）送至地址寄存器,B、当PC的内容已送入地址寄存器后，PC的内容自动加1,此时PC=01H。,C、地址寄存器把地址号00H通过地址总线送至存储器。经地址译码器译码，选中00H号单元,D、CPU发出读命令,E、所选中的00H号单元的内容B0H读至数据总线上,F、读出的内容经过数据总线送至数据寄存器,G、因为是取指阶段，取出的为指令，故DR把它送至指令寄存器IR,然后经过译码发出执行该指令的各种控制命令,微机工作过程执行第1条指令,当DR把第一条指令送至指令寄存器IR后，经过译码器译码后知道，这是一条把操作数送至累加器AL的指令，而操作数在指令的第二个字节。所以，执行第一条指令就必须把存储器单元中的第二个字节中的操作数取出来, 将程序计数器PC的内容01H送至地址寄存器AR, PC+1PC，即程序计数器的内容自动加1变为02H，为取下一条指令作准备, 地址寄存器AR将01H通过地址总线送至存储器，经地址译码选中01H单元, CPU发出“读”命令, 选中的01H存储单元的内容07H读至数据总线DB上, 通过数据总线，把读出的内容07H送至数据寄存器DR, 经过译码已经知道读出的是立即数，并要求将它送到累加器AL，故数据寄存器DR通过内部数据总线将07H送至累加器AL,微机工作过程取第2条指令,指令指针PC的内容（02H）送至地址寄存器,当PC的内容已送入地址寄存器后，PC的内容自动加1，此时PC=03H,地址寄存器把地址号02H通过地址总线送至存储器。经地址译码器译码，选中02号单元, CPU发出“读”命令,所选中的02H号单元的内容04H读至数据总线上,读出的内容经过数据总线送至数据寄存器,因为是取指阶段，取出的为指令，故DR把它送至指令寄存器IR,然后经过译码发出执行该指令的各种控制命令,微机工作过程执行第2条指令,把PC的内容03H送至AR,当把PC内容可靠地送至AR以后，PC的值自动加1，指向下一指令单元,AR通过地址总线把地址03H送至存储器，经过译码，选中相应的单元,选中的03H存储单元的内容0AH读出至数据总线,数据通过数据总线送至DR, CPU发出“读”命令,累加器AL中的内容送ALU，且执行加法操作,因由指令译码已知读出的为操作数，且要与AL中的内容相加，故数据由DR通过内部数据总线送至ALU的另一输入端,相加的结果由ALU输出至累加器AL中,微机工作过程,读(取)操作数过程,运算过程,读(取)指令过程,1.原码、反码、补码 2.BCD数的编码方式、压缩BCD码、非压缩BCD码 3.ASCII码,本章小结,作业,1.将下列二进制数转换成十进制数、BCD码。 1)01000100B 2)00110111B 3)00101101B 4)01001111B 2.将下列十进制数转换成二进制数、十六进制数。 1)18 2)34 3)87 4)255 5)4096 6)62472 7)65535 3.试指出CR、LF两个符号的ASCII码值及其含义。 4.试指出十六进制数计数符号0-9及A-F的ASCII码值，说明它们ASCII码值之间的数值关系。 5.大写字母A-Z与小写字母a-z的ASCII码值有何区别。,