東北大學(xué)微機(jī)原理第一講課件

微型機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)內(nèi)容簡(jiǎn)介第一章：微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)包括微型計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)、機(jī)內(nèi)的數(shù)據(jù)表示方法、中央處理器（CPU）存儲(chǔ)器、輸入輸出、以及計(jì)算機(jī)解題過(guò)程等第二章：8086微處理器及系統(tǒng)包括8086微處理器、存儲(chǔ)器管理與擴(kuò)展、程序設(shè)計(jì)、輸入輸出接口設(shè)計(jì)第三章：89C51單片機(jī)原理及應(yīng)用包括89C51基本結(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)器管理與擴(kuò)展、C51程序設(shè)計(jì)、集成I/O資源第四章：輸入輸出通道設(shè)計(jì)包括數(shù)字、模擬輸入輸出通道、串行通訊通道以及人機(jī)對(duì)話通道的設(shè)計(jì)第1章微型計(jì)算機(jī)原理4-6學(xué)時(shí)1.1計(jì)算機(jī)概述1學(xué)時(shí)1.2基礎(chǔ)知識(shí)1.3中央處理器1學(xué)時(shí)1.4存儲(chǔ)器2學(xué)時(shí)1.5輸入輸出1學(xué)時(shí)1.6程序設(shè)計(jì)1學(xué)時(shí)1.7計(jì)算機(jī)與控制第2章8086微處理器及系統(tǒng)設(shè)計(jì)20學(xué)時(shí)2.18086微處理器2學(xué)時(shí)2.28086的存儲(chǔ)器管理2學(xué)時(shí)2.38086程序設(shè)計(jì)6學(xué)時(shí)2.4程序直接控制輸入輸出6學(xué)時(shí)2.5中斷輸入輸出4學(xué)時(shí)2.6直接存儲(chǔ)器存取1、2章復(fù)習(xí)、測(cè)驗(yàn)2學(xué)時(shí)課時(shí)安排第3章89C51單片機(jī)原理及應(yīng)用24學(xué)時(shí)3.189C51的結(jié)構(gòu)和原理4學(xué)時(shí)3.2存儲(chǔ)器與I/O2學(xué)時(shí)3.3高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)6學(xué)時(shí)3.489C51集成I/O資源12學(xué)時(shí)第4章輸入輸出通道設(shè)計(jì)14學(xué)時(shí)4.1數(shù)字量輸入輸出通道技術(shù)2學(xué)時(shí)4.2模擬量輸入輸出通道技術(shù)6學(xué)時(shí)4.3人機(jī)交互通道技術(shù)3學(xué)時(shí)4.4串行通訊通道技術(shù)3學(xué)時(shí)3、4、5章復(fù)習(xí)、測(cè)驗(yàn)2學(xué)時(shí)總計(jì)64學(xué)時(shí)課時(shí)安排課堂：

隨機(jī)點(diǎn)名，每次不到扣2分。任何理由超過(guò)三次不到扣20分。出現(xiàn)一次代答，代答者本項(xiàng)為0分，被代答者扣2分。實(shí)驗(yàn)：按照實(shí)驗(yàn)老師要求。一二章測(cè)驗(yàn)：1章7分，二章18分的比例出題，時(shí)間不多于1小時(shí)。不參加考試者0分，考卷雷同者0分。三四章測(cè)驗(yàn)：3章16分，四章9分的比例出題，考試1個(gè)小時(shí)。不參加考試者0分，考卷雷同者0分?？偝煽?jī)=課堂（10分）+實(shí)驗(yàn)（40分）+考試（50分）考核方式課程負(fù)責(zé)人毛志忠（信息學(xué)館-339）maozhizhong@主講教師肖冬（333）張穎偉（329）xiaodong@zhangyingwei@馮琳（333）陳春華（337）fenglin@chenchunhua@袁平（337）秦樹(shù)凱（323）yuanping@qinshukai@課程教師1計(jì)算機(jī)概述第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)電子數(shù)字積分和計(jì)算機(jī)（ElectronicNumericalIntegratorAndComputer--ENIAC）體系結(jié)構(gòu)的確立離散變量自動(dòng)電子計(jì)算機(jī)（ElectronicDiscreteVariableAutomaticComputer-EDVAC）代時(shí)間硬件技術(shù)速度（次/秒）一代1946~1957電子管40000二代1958~1964晶體管200000三代1965~1971中、小規(guī)模集成電路1000000四代1972~1977大規(guī)模集成電路100000001978~現(xiàn)在超大規(guī)模集成電路000000計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)兩極巨型化微型化微型計(jì)算機(jī)由大規(guī)模集成電路組成的、體積較小的電子計(jì)算機(jī)。它是以微處理器為基礎(chǔ)，配以內(nèi)存儲(chǔ)器、輸入輸出(I/0)接口電路以及相應(yīng)的輔助電路而構(gòu)成的。2微型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)（指硬件）應(yīng)由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備5大基本部件組成。指令和數(shù)據(jù)以同等地位存放在存儲(chǔ)器內(nèi)，并可按地址訪問(wèn)。指令和數(shù)據(jù)均用二進(jìn)制碼來(lái)表示。指令由操作碼和地址組成，操作碼用來(lái)表示操作的性質(zhì)，地址碼用來(lái)表示操作數(shù)所在存儲(chǔ)器中的位置。指令在存儲(chǔ)器內(nèi)按順序存放。通常，指令是順序執(zhí)行的。在特定條件下，可根據(jù)運(yùn)算結(jié)果或設(shè)定的條件改變執(zhí)行順序。計(jì)算機(jī)以運(yùn)算器為中心，輸入輸出設(shè)備與存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)傳送通過(guò)運(yùn)算器實(shí)現(xiàn)。馮?諾依曼型計(jì)算機(jī)最基本的組成現(xiàn)代計(jì)算機(jī)構(gòu)成總線所謂總線是一組能為多個(gè)部件服務(wù)的公共信息傳送線路，它能分時(shí)的發(fā)送與接收各部件的信息。圖1-1-5單總線結(jié)構(gòu)哈佛結(jié)構(gòu)地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線2預(yù)備知識(shí)-數(shù)據(jù)的機(jī)內(nèi)表示無(wú)符號(hào)整數(shù)的機(jī)內(nèi)表示無(wú)符號(hào)整數(shù)在計(jì)算機(jī)中采用二進(jìn)制整數(shù)形式表示。二進(jìn)制整數(shù)由0和l兩個(gè)數(shù)碼組成，基數(shù)為2，按“逢二進(jìn)一”的原則進(jìn)行計(jì)數(shù)。位數(shù)（二進(jìn)制）數(shù)值范圍（十進(jìn)制）80~28-1（0~255）160~216-1（0~65535）320~232-1（0~4294967295）640~264-1（0~18446744073709551615）有符號(hào)整數(shù)的機(jī)內(nèi)表示（1）原碼表示法在用二進(jìn)制原碼表示的數(shù)中，數(shù)據(jù)的最高位用來(lái)表示符號(hào)，稱(chēng)為符號(hào)位，符號(hào)位為0表示正數(shù)，符號(hào)位為1表示負(fù)數(shù)，其余位為數(shù)值位，按照無(wú)符號(hào)整數(shù)的表示方法表示。對(duì)于正數(shù)：如X=+85，對(duì)于負(fù)數(shù)：如X=-85，對(duì)于零：在原碼表示法中，0有兩種表示形式：（2）反碼表示法反碼是在原碼的基礎(chǔ)上改進(jìn)的一種編碼方式，其編碼規(guī)則為：對(duì)于正數(shù)：反碼的表示形式與原碼的表示形式相同，即[X]反＝[X]原。如：X=+85，對(duì)于負(fù)數(shù)：符號(hào)位為1，其余用數(shù)值的反碼表示。如：X=-85，對(duì)于零：在反碼表示法中，0有兩種表示形式：原碼和反碼作為表示有符號(hào)數(shù)的編碼方式在早期的計(jì)算機(jī)中使用。如今，有符號(hào)整數(shù)都采用補(bǔ)碼來(lái)表示和存儲(chǔ)補(bǔ)碼(two‘scomplement)的補(bǔ)碼編碼規(guī)則為：（3）補(bǔ)碼表示法對(duì)于正數(shù)：補(bǔ)碼的表示形式與原碼的表示形式相同，即[X]補(bǔ)＝[X]原。如：X=+85，對(duì)于負(fù)數(shù)：符號(hào)位為1，其余各位按位取反加1。如：X=-85，對(duì)于零：在補(bǔ)碼表示法中，0只有一種表示形式：原碼、反碼、補(bǔ)碼之間的轉(zhuǎn)換（1）原碼轉(zhuǎn)換為反碼，反碼轉(zhuǎn)換為原碼對(duì)于負(fù)數(shù)：符號(hào)位不變，其余位取反

[Ｘ]原=10110110,[Ｘ]反=11001001（2）原碼轉(zhuǎn)換為補(bǔ)碼，補(bǔ)碼轉(zhuǎn)換為原碼對(duì)于負(fù)數(shù)：符號(hào)為不變，其余位取反加１

[Ｘ]原=10110110,[Ｘ]補(bǔ)=11001001+1=11001010位數(shù)（二進(jìn)制）數(shù)值范圍（十進(jìn)制）8-27~27-1（-128~127）16-215~215-1（-32768~32767）32-231~231-1（-2147483648~2147483647）64-263~263-（-9223372036854775808~9223372036854775807）實(shí)數(shù)的機(jī)內(nèi)表示（1）定點(diǎn)表示法在定點(diǎn)表示法中，數(shù)據(jù)的小數(shù)點(diǎn)的位置是確定的。小數(shù)點(diǎn)的位置確定在哪里，是由程序設(shè)計(jì)人員定義的。在程序的輸入、運(yùn)算和輸出程序中體現(xiàn)出來(lái)。定點(diǎn)表示法表示的數(shù)據(jù)一般簡(jiǎn)稱(chēng)為定點(diǎn)數(shù)。小數(shù)點(diǎn)位置一般有兩種確定方法：小數(shù)點(diǎn)位置確定在最低位之后，這時(shí)，代碼表示純整數(shù)；小數(shù)點(diǎn)位置確定在最高位和次高位之間，這時(shí)，代碼表示純小數(shù)。（2）浮點(diǎn)表示法如36.625和-36.625的短實(shí)數(shù)、長(zhǎng)實(shí)數(shù)、臨時(shí)實(shí)數(shù)的表示形式為（十六進(jìn)制）：短實(shí)數(shù)：42128000和C2128000長(zhǎng)實(shí)數(shù)：4042500000000000和C042500000000000臨時(shí)實(shí)數(shù)；40049280000000000000和C0049280000000000000轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制為100100.101規(guī)格化后為1.00100101×25階碼為101加過(guò)余量127后01111111+00000101=10000100尾數(shù)(23位)00100101000000000000000符號(hào)&階碼&尾數(shù)01000010000100101000000000000000用16進(jìn)制表示為42128000符號(hào)位變化11000010000100101000000000000000C212800036.625-36.625十進(jìn)制數(shù)的BCD表示BCD碼舉例兩個(gè)BCD碼相加15+28=43（個(gè)位產(chǎn)生進(jìn)位）相加調(diào)整BCD碼舉例三個(gè)BCD碼相加191+128=319

相加調(diào)整字符的機(jī)內(nèi)表示奇偶效驗(yàn)舉例奇校驗(yàn)

0011100

000111000100100

10100100偶校驗(yàn)

0011100

100111000100100

00100100數(shù)據(jù)機(jī)內(nèi)表示方法選擇

要表示的數(shù)的類(lèi)型(小數(shù)、整數(shù)、實(shí)數(shù))；

可能遇到的數(shù)值范圍；

數(shù)值精確度；

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理所需要的硬件代價(jià)。例：一個(gè)二進(jìn)制的位串具體表示什么數(shù)據(jù)或信息，也是由軟件人員進(jìn)行解釋的。如在計(jì)算機(jī)中有一個(gè)16位的二進(jìn)制位串的內(nèi)容為0100001000110111，可以解釋為：(1)表示2字節(jié)無(wú)符號(hào)整數(shù)：16951。(2)表示2字節(jié)有符號(hào)整數(shù)：+16951。(3)表示定點(diǎn)數(shù)：0.517303466794。(4)表示兩個(gè)字符的ASCII碼：表示B7。(5)表示4位BCD碼數(shù)據(jù)：4237。編程中數(shù)據(jù)的書(shū)寫(xiě)形式下標(biāo)表示數(shù)制。如：(1010)2、(1010)8、(1010)10、(1010)16后綴字母來(lái)表示數(shù)制。如：101B、76Q、375D、1A7H。測(cè)驗(yàn)2.4MB=___B35.625D=__H=__B=__Q3B.4H=__B=__Q=__D-1 05的原碼、反碼、補(bǔ)碼和過(guò)余碼表示形式補(bǔ)碼表示的帶符號(hào)數(shù)0D8H，它所表示的十進(jìn)制數(shù)是（）。測(cè)驗(yàn)2.4MB=B35.625D=H=B=Q3B.4H=B=Q=D

2.4*220