第1章 微型计算机基础

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,单击此处编辑母版标题样式,Page,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,单片,微机原理与接口技术,电子工业,出版社,Click to edit Title Slide,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,单片,微机原理与接口,技术,电子工业,出版社,作者 丁向荣,单片,微机原理与接口技术,第1章 微型计算机基础,1.1数制与编码,1.2微型计算机的基本组成,1.3指令、程序与编程语言,1.4微型计算机的工作过程,1.5微型计算机的应用形态,1.1 数制与编码,1.1.1 数制及转换方法,1.,数制的概念,所谓数制就是计数的方法，通常采用进位计数制。在微型机算机的学习与应用中，主要有十进制、二进制和十六进制三种计数方法。日常生活采用的是十进制；微型计算机只能识别和处理数字信息，微型计算机硬件电路采用的是二进制，但为了更好地记忆与描述微型机算计的地址和程序代码、运算数字，一般采用十六进制。,返回,目录,1.1,数制与编码,2.数制之间的转换,返回,目录,1.1,数制与编码,1.1.2 微型计算机中数的表示方法,1.机器数与真值,数学中的正负用符号“”和“”表示，计算机中是如何表示数的正负呢？在计算机中数据是存放在存储单元内，而每个存储单元则由若干二进制位组成，其中每一数位或是0或是l。刚好数的符号或为号或为一号，这样就可用一个数位来表示数的符号在计算机中规定用“0”表示“”，用“1”表示“”。用来表示数的符号的数位被称为“符号位”（通常为最高数位），于是数的符号在计算机中已数码化了，但从表示形式上看符号位与数值位毫无区别。,返回,目录,1.1,数制与编码,1.1.2 微型计算机中数的表示方法,2.原码,对于一个二进制数，如用最高数位表示该数的符号（“0”表示“”号，“l”表示“”号），其余各数位表示其数值本身，则称为原码表示法：,若xx,l,x,2,x,n-1,，则x原码x,0,x,l,x,2,x,n-1,其中x0为原机器数的符号位，它满足：,返回,目录,1.1,数制与编码,1.1.2 微型计算机中数的表示方法,3 反码,x,原,0 x,l,x,2,x,n-1,，则x,反,x,原,x,原,1x,l,x,2,x,n-1,，则x,反,返回,目录,1.1,数制与编码,1.1.2 微型计算机中数的表示方法,4 补码,（1）补码的引进,首先以日常生活中经常遇到的钟表“对时”为例来说明补码的概念，假定现在是北京标准时间八时整，而一只表却指向十时整。为了校正此表可以采用倒拨和顺拨2种方法：倒拨就是反时针减少2小时（把倒拨视为减法，相当于10 28），时针指向8；还可将时针顺拨10小时时针同样也指向8，把顺拨视为加法，相当于101012（自动丢失）88，这自动丢失的数（12）就叫做摸（mod），上述的加法称为“按摸12的加法”，用数学式可表示为：,10十1012+8=8（modl2）,返回,目录,1.1,数制与编码,1.1.2 微型计算机中数的表示方法,4 补码,（2）补码的定义,设寄存器（或存储单元）的位数为n位，则它能表示的无符号数最大值为2,n,l，逢2,n,进1（即2,n,自动丢失）。换句话说，在字长为n的计算机中，数2,n,和0的表示形式一样。若机器中的数以补码表示，则数的补码以2,n,为模，即,x,补,2,n,x（mod2,n,）,若x为正数，则x,补,x；若x为负数，则x,补,2,n,x2,n,x。即负数x的补码等于模2,n,加上其真值或减去其真值的绝对值。,返回,目录,1.1,数制与编码,1.1.2 微型计算机中数的表示方法,4 补码,（3）求补码的方法,正数的补码等于原码。下面介绍负数求补码的三种方法。,1）根据真值求补码,根据真值求补码就是根据定义求补码，即有,x,补,2,n,x2,n,x,2）根据反码求补码（推荐使用方法）,x,补,x,反,十1,返回,目录,1.1,数制与编码,1.13 微型计算机中常用编码,1.BCD码,在微型计算机中，十进制数除了转换成二进制数外，还可用二进制数对其进行编码：用4位二进制数表示1位十进制数，使它既具有二进制数的形式又具有十进制数的特点。二十进制码又称为BCD码（BinaryCoded Decimal），它有8421码、5421码、2421码以及余3码等几种编码，其中最常用的是8421码，见表1.2所示。,2.ASCII码,由于微型机算机需要进行非数值处理（如指令、数据的输入、文字的输入及处理等），必须对字母、文字以及某些专用符号进行编码。微型机算机系统的字符编码多采用美国信息交换标准代码ASCII码（American Standand Code for Information Interchange）,ASCII码是7位代码，共有128个字符，详见附录一所示。,返回,目录,1.2 微型计算机基本组成,1946年2月15日，第一台电子数字计算机ENIAC（Electronic Numerical Integrator and Computer）问世，标志着计算机时代的到来。,1946年6月，匈牙利籍数学家冯诺依曼提出了“程序存储”和“二进制运算”的思想，进一步构建了由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备组成的这一经典的计算机结构。,返回,目录,1.2 微型计算机基本组成,微型计算机的基本组成,1971年1月，Intel公司的德霍夫将运算器、控制以及一些寄存器器集成在一块芯片上，即称为微处理器或中央处理单元（简称CPU），形成了以微处理器为核心的总线结构框架。,微型计算机由微处理器、存储器（ROM、RAM）和输入/输出接口（I/O接口）和连接它们的总线组成。微型计算机配上相应的输入/输出设备（如键盘、显示器）就构成了微型计算机系统。,返回,目录,1.2 微型计算机基本组成,微型计算机的基本组成,（1）微处理器,微处理器由运算器和控制器两部分组成，是计算机的控制核心。,1）运算器,运算器由算术逻辑单元（ALU）、累加器和寄存器等几部分组成，主要负责数据的算术运算或逻辑运算。,2）控制器,控制器是发布命令的“决策机构”，即协调和指挥整个计算机系统操作。控制器由指令部件、时序部件和微操作控制部件等三部分组成。,返回,目录,1.2 微型计算机基本组成,微型计算机的基本组成,（2）存储器(RAM、ROM),通俗来讲，存储器是微型计算机的仓库，包括程序存储器和数据存储器两部分。程序存储器用于存储程序和一些固定不变的常数和表格数据，一般由只读存储器（ROM）组成；数据存储器用于存储器运算中输入、输出数据或中间变量数据，一般由随机存取存储器（RAM）组成。,返回,目录,1.2 微型计算机基本组成,微型计算机的基本组成,（3）输入/输出接口（I/O接口）,微型计算机的输入/输出设备（简称外设，如键盘、显示器等），有高速的也有低速的，有机电结构的，也有全电子式的，由于种类繁多且速度各异，因而它们不能直接地同高速工作的CPU相连。输入/输出接口（I/O接口）是CPU与输入/输出设备（简称外设，如键盘、显示器等）的连接桥梁，I/O接口的作用相当于一个转换器，保证CPU与外设间协调地工作。不同的外设需要不同的I/O接口。,返回,目录,1.2 微型计算机基本组成,微型计算机的基本组成,（4）总线,CPU与存储器和I/O接口是通过总线相连的，包括地址总线、数据总线与控制总线。,1）地址总线（AB）,地址总线用作CPU寻址，地址总线的多少标志着CPU的最大寻址能力。若地址总线的根数为16，即CPU的最大寻址能力为64KB。,2）数据总线（DB）,数据总线用于CPU与外围器件（存储器、I/O接口）交换数据，数据总线的多少标志着CPU一次交换数据的能力，决定CPU的运算速度。通常所说，CPU的位数就是指数据总线的宽度，如8位机，就是指计算机的数据总线为8位。,3）控制总线（CB）,控制总线用于确定CPU与外围器件交换数据的类型，主要为读和写两种类型。,返回,目录,1.3 指令、程序与编程语言,一个完整的计算机是由硬件和软件两部分组成的，缺一不可。上面所述为计算机的硬件部分，是看得到、摸得着的实体部分，但计算机硬件只有在软件的指挥下，才能发挥其效能。计算机采取“存储程序”的工作方式，即事先把程序加载到计算机的存储器中，当启动运行后，计算机便自动地按照程序进行工作。,返回,目录,1.3 指令、程序与编程语言,指令,是规定计算机完成特定任务的命令，微处理器就是根据指令指挥与控制计算机各部分协调地工作。,程序,是指令的集合，是解决某个具体任务的一组指令。在用计算机完成某个工作任务之前，人们必须事先将计算方法和步骤编制成由逐条指令组成的程序，并预先将它以二进制代码（机器代码）的形式存放在程序存储器中。,编程语言,分为机器语言、汇编语言和高级语言。,机器语言是用二进制代码表示的，是机器能直接识别的语言，因此机器语言程序又称为目标程序。,汇编语言是用英文助记符来描述指令的，,返回,目录,1.4 微型计算机的工作过程,（1）取指,根据程序计数器PC中的地址，到程序存储器中取出指令代码，并送到指令寄存器IR中。然后，PC自动加1，指向下一指令（或指令字节）地址。,（2）指令译码,指令译码器对指令寄存器中的指令代码进行译码，判断出当前指令代码的工作任务。,（3）执行指令,判断出当前指令代码任务后，控制器自动发出一系列微指令，指挥计算机协调地动作，完成当前指令指定的工作任务。,返回,目录,1.4 微型计算机的工作过程,（1）取指,根据程序计数器PC中的地址，到程序存储器中取出指令代码，并送到指令寄存器IR中。然后，PC自动加1，指向下一指令（或指令字节）地址。,（2）指令译码,指令译码器对指令寄存器中的指令代码进行译码，判断出当前指令代码的工作任务。,（3）执行指令,判断出当前指令代码任务后，控制器自动发出一系列微指令，指挥计算机协调地动作，完成当前指令指定的工作任务。,返回,目录,1.5 微型计算机的应用形态,（1）系统机,系统机是将微处理器、存储器、I/O接口电路和总线接口组装在一块主机板（即微机主板）上，再通过系统总线和其它多块外设适配卡连接键盘、显示器、打印机、硬盘驱动器及光驱等输入/输出设备。,系统机的发展，追求的是高速度、高性能。,（2）单片机,将微处理器、存储器、I/O接口电路和总线接口集成在一块芯片上，即构成单片微型计算机，简称单片机。,单片机的应用是嵌入到控制系统（或设备）中，因此属于专用计算机，也称为嵌入式计算机。单片机应用讲究的是高性能价格比，针对控制系统任务的规模、复杂性选择合适的单片机，因此，高、中、低档单片机是并行发展的。,返回,目录,感 谢 您 的 关 注！,