微機原理與接口技術第1章微型計算機概述教案第1章微型計算機概述1.1微型計算機1.2微機的軟件基礎1.3微機的結構特點習題例微型計算機

——微型化的電子計算機電子計算機的基本組成存儲器輸入設備輸出設備控制器運算器CPU數據流控制流微處理器、微機、微機系統◆微處理器（MP，Microprocessor），也稱為CPU或MPU。微處理器是由算術邏輯部件（ALU）、控制部件（CU）、寄存器（R）組、片內總線等部分組成的大規模集成電路芯片。◆微型計算機（MC，Microcomputer，簡稱微機）是以微處理器為核心，配上大規模集成電路的半導體存儲器、輸入和輸出接口電路，以及相應的輔助電路。◆微型計算機系統（MCS，MicrocomputerSystem）是以微型計算機為主體，配上一定規模的系統軟件和外部設備構成。微型計算機的組成硬件微型計算機微處理器ALU，CU，R，....內存儲器ROM，RAMI/O接口并行I/O，串行I/O，....系統總線AB，DB，CB外圍設備外部設備鍵盤，CRT，存儲器，....過程通道A/D，D/A，開關量I/O，....電源軟件系統軟件監控程序，操作系統，編譯程序，....程序設計語言機器語言，匯編語言，C語言，....應用軟件軟件包，數據庫，....微機的分類及其應用微機的分類:

◆

微機系統是以微處理器字長作為微機的分類標準。◆微機一般分為4位、8位、16位、32位微機等。微機的應用特點:

◆形小、體輕、功耗低 ◆性能可靠 ◆價格便宜 ◆結構靈活，適應性強 ◆應用面廣微機中的數制十進制二進制十六進制數碼0~90，10~9，A~F基(或模)10216進位原則逢十進一逢二進一逢十六進一位權值10i2i16i位值規則通項公式N=∑Di×10i

i=n-1~-mN=∑Bi×2i

i=n-1~-mN=∑Hi×16i

i=n-1~-m數制后綴符號D或者省略BH數制之間的轉換◆2#數和16#數之間的相互轉換

11000001B=1100

0001B=0C1H 7F2AH=0111

1111

0010

1010B=0111111100101010B如果有小數，以小數點為界，對整數、小數轉換。 01011101.01B=0101

1101.0100B=5D.4H◆2#/16#數轉換成10#數

1010110B=1×26+1×24+1×22+1×2=64+16+4+2=86 4D.8H=4×16+13+8×16-1=64+13+0.5=77.5數制之間的轉換◆10#數轉換成2#/16#數

10#整數→2#/16#數的轉換：

采用“除基取余法”，即除以基數（2/16）取余數法。 233D=0E9H（除以16取余數） 233D=11101001B（除以2取余數）10#小數→2#/16#數的轉換：

采用“乘基取整法”，即乘以基數（2/16）取整數法。 0.25D=0.01B=0.4H 0.5D=0.1B=0.8H 0.625D=0.101B=0.AH 0.75D=0.11B=0.CH字符信息編碼

◆BCD碼（BinaryCodedDecimal）

十進制數0~9的二進制編碼，分別用0000~1001表示。 計算機常用一個字節存放2位BCD碼（壓縮BCD碼）。 例如，10000000B（80H），壓縮BCD碼數解釋為80

01001001B（49H），壓縮BCD碼數解釋為49◆ASCII碼（AmericanStandardCodeforInformationInterchange） 計算機字符信息交換標準碼，共128個，用7位編碼（27）表示。

計算機常用一個字節存放一個ASCII碼（D7位恒為0）。 例如，0~9的ASCII碼30H~39H；A~Z的ASCII碼41H~5AH； a~z的ASCII碼61H~7AH；空格的ASCII碼20H…..

◆機器數（有窮數位）表示字節（8位）數，可表示256個數

字（16位）數，可表示65536個數◆無符號數字節數：0~255（0~0FFH）字數：0~65535（0~0FFFFH）

◆有符號數（原碼/補碼表示）字節數：-128~127字數：-32768~32767（整）數的表示有/無符號字節數范圍

11111111….….…100000011000000001111111….….…000000100000000100000000111111111111111011111101….….…100000011000000001111111….….…0000000100000000無符號數255….

129128127….2

10有符號數-1-2-3….

-127-128有/無符號數表示◆無符號數是正數，無需符號表示，所有數位都是數值數位。n位無符號數N的數值范圍是0≤N≤2n-1。◆有符號數的符號用一位二進制數碼（正數0，負數1）表示，即符號數值化表示。

原碼（符號-絕對值）表示法： 用其最高有效位作為數的符號位（Sf），其余位為數值位。補碼表示法：

正數補碼同原碼表示。 負數補碼是將它對應的正數，連同符號位一起按位取反，再在最末數位上加1，即“按位取反+1”。求補碼的方法◆

n位補碼數N的數值范圍：-2n-1≤N≤2n-1-1。

例如，字節數（8位）補碼范圍：-128~127 字數（16位）補碼范圍：-32768~32767

◆求X補碼（n位）的方法：

X為正數：求X的原碼（n位）。

X為負數：求X對應正數的原碼（n位），然后“按位取反”，并在最末位+1，即，相當于做了一個n位的0-X運算。 例如：+127的補碼（同原碼），01111111 -127的補碼，01111111按位取反+1，即10000001例如：+1000011（+67） -111000（-56）◆

原碼：數符（Sf）—絕對值（8位）01000011（+67） 10111000（-56）

◆反碼：正數同原碼，負數的數值位“按位取反”（8位）01000011（+67） 11000111（-56）

◆補碼：正數同原碼，負數的數值位“按位取反+1”（8位）01000011（+67） 11001000（-56）原碼，補碼表示例D7~D016#數無符號數有符號數（補碼）壓縮BCD碼ASCII碼0100000141H656541A0110010064H10010064d01111111

7FH127127非法碼<DEL>10000000

80H128-12880非法碼1001010195H149-10795非法碼10011100

9CH156-100非法碼非法碼11111111

0FFH255-1非法碼非法碼8位二進制數/碼表示例微機的基本運算◆計算機的基本運算有算術運算和邏輯運算，由算術/邏輯運算部件ALU完成。◆邏輯運算：有反（非）運算、與（∧）運算、或（∨）運算、異或（⊕）運算。對于多位二進制變量的邏輯運算是“按位”運算的，即各對應位分別進行邏輯運算。◆算術運算：計算機中的四則運算最終簡化為加/減法運算。ALU的核心電路是加法器，實現的是補碼加法運算（不需要判斷正/負號，符號位和數值位一起參加運算，能自動得到正確的補碼結果，除非出現數值溢出錯誤）。［X±Y］補碼=［X］補碼+［±Y］補碼

補碼加/減法運算例◆41+27=68 00101001+00011011=01000100◆41-27=41+（-27）=14 00101001+11100101=00001110◆-41+27=（-41）+27=-14 11010111+00011011=11110010◆-41-27=（-41）+（-27）=-68 11010111+11100101=10111100指令和指令系統

◆指令——計算機能直接執行的基本操作命令。◆指令系統——計算機能執行的全部指令的集合，稱為該計算機的指令系統。◆程序——能實現一定功能的指令序列。用匯編語言/高級語言描述的程序為源程序。◆匯編語言源程序的一條指令語句對應著一條執行指令。◆匯編語言指令語句由操作（碼）符和操作數兩部分組成。◆操作符——指出所要執行的操作功能，用英文詞縮寫描述。◆操作數——指出指令操作的數據（操作對象）。匯編語言程序◆計算機程序設計的語言系統:

機器語言（2#代碼語言，執行指令序列）

匯編語言（符號機器語言） 高級語言◆匯編語言程序是用助記符號描述的，一一對應機器語言的符號指令序列，便于閱讀、書寫和記憶。◆匯編語言程序必須經過“匯編過程”，變成機器語言程序（目標程序）才能被執行。◆匯編過程是“一對一”的翻譯過程。◆通過匯編語言程序設計，可以直接利用“硬件”，高效地使用計算機實現控制。匯編語言程序設計過程源文件（例：EX1.ASM）執行文件（例：EX1.EXE）目標文件（例：EX1.OBJ）執行編輯程序匯編程序連接程序調試程序匯編語言程序設計的系統軟件◆編輯程序

EDIT.EXE/記事本◆匯編程序

MASM.EXE/TASM.EXE◆連接程序

LINK.EXE/TLINK.EXE

◆調試程序

DEBUG.EXE/TD.EXE

*上述系統軟件是在MS-DOS環境下使用！微機的總線結構◆

微機的核心部件是微處理器。◆微機的總線是指微機主板或單板機上以微處理器芯片為核心的、芯片與芯片之間的連接總線，稱為系統總線。◆系統總線好似微機系統的“中樞神經”，把微處理器、存儲器和I/O接口電路（外部設備與微型計算機相連的協調電路）有機地連接起來，所有的地址、數據和控制信號都經過總線傳輸。◆系統總線分為三類總線，即數據總線（DB）、地址總線（AB）、控制總線（CB）。微機總線結構示意圖I/O接口微處理器存儲器數據總線DB控制總線CB地址總線AB外部設備引腳的功能復用◆隨著微機字長和尋址能力的增加，微處理器的引腳需要的越來越多。又由于工藝技術和生產成本的考慮，大規模集成電路芯片的封裝尺寸和引腳數目受到限制。◆微機采用引腳功能復用技術，即把一個引腳設計成由多個功能“共用”的引腳，即讓各個功能“分時”使用該引腳，所以也稱為引腳分時復用。◆為了區分引腳各個功能，需要有相應的輔助電路，實現分時控制邏輯。所以，引腳功能復用技術是以延長信息傳輸時間，增加系統的復雜性為代價的。流水線技術

◆流水線技術就是一種同步進行若干操作的處理方式。這種方式的操作過程類似于工廠的流水線作業裝配線，故形象地稱之為流水線技術。◆流水線技術的實現除了必須增加硬部件外，要保證流水線有良好性能，必須要有一系列有效的技術支持，如，流水線協調管理技術和避免阻塞技術等。◆流水線技術已廣泛應用于16位以上的微機系統，主要目的是加快取指令和訪問存儲器等操作，有指令流水線技術、運算操作流水線技術、尋址流水線技術等一系列應用。微機中常用的數字部件◆三態門電路：微機總線結構中廣泛采用三態門電路把部件與總線相連，使掛接在系統總線上的功能部件既要“共享”總線通道，又要避免總線沖突和信息串擾。◆數據緩沖器：由雙向三態門構成的數據緩沖器，也稱為數據驅動器，或數據收/發器。◆數據鎖存器：由D觸發器和單向三態門構成的帶緩沖的數據鎖存器。◆譯碼器：是根據輸入的組合狀態得到惟一的輸出有效信號的電路，廣泛運用在存儲器單元和I/O設備的尋址選擇中。n位2#數有2n個編碼組合，所以，有n個輸入端的譯碼電路，有2n個輸出端，稱為n-2n譯碼器。三態門電路◆掛接在微機系統總線上的功能部件既要“共享”總線通道，又要避免總線沖突和信息串擾。微機總線結構中廣泛采用三態門電路把部件與總線相連。◆三態門有較高的輸入阻抗和較低的輸出阻抗，可以改善傳輸特性，故對傳輸數據起到緩沖作用，同時能對傳輸的數據進行功率放大，具有一定的增強數據驅動能力。

EABE2E1AB

E=1B=AE1=1B=AE=0B高阻態E2=1A=B（斷開）E1=E2=0A、B斷開

單向三態門

雙向三態門數據緩沖/驅動器

Intel8286（74LS245）是由8位雙向三態門構成的雙向數據緩沖/驅動器（數據收/發器）。

A0~A7，B0~B7：雙向數據端口。

OE：輸出允許信號，低電平有效。

T：傳送方向控制信號。當T=1，數據A→B傳送，當T=0，數據B→A傳送。A1A2A3A4A5A6A7A0B1B2B3B4B5B6B7B0TOE≥1≥1數據鎖存器

Intel8282（74LS373）是8位帶有單向三態緩沖器的數據鎖存器。

DI0~DI7、DO0~DO7：分別是8位數據輸入、輸出端。

STB：輸入選通信號，高電平有效。OE：輸出允許信號，低電平有效。DO0OEDO1DO2DO3DO4DO5DO6DO71DQCLKDI0DI1DI2DI3DI4DI5DI6DI7STB1譯碼器

Intel8205（74LS138）是微機系統廣泛運用在存儲器和I/O設備尋址的3-8譯碼器。◆A2,A1,A0

(C,B,A)：3個輸入端，有000～111的8種輸入組合狀態。◆Y0～Y7：8個輸出端，譯碼器工作時， 只有一個Yi輸出低電平有效。◆E3,E2,E1

(G1,G2A,G2B)：3個選通信號， 相當于譯碼器的片選信號。E3∧E2∧E1

=1時，根據A2A1A0的輸入組合譯碼， 得到Y0～Y7中惟一的一個低電平有效。74LS138G2BG2AG1CBAY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y774LS138譯碼器真值表G1G2AG2BCBAY7~Y0

1000001111111000111111101010111110110111111011110011101111101110111111101011111111101111111習題1.2，習題1.31.2將下列十進制數分別轉換成二進制數和十六進制數。（1）