《微機運算基礎》課件

《微機運算基礎》ppt課件contents目錄課程介紹與背景計算機系統(tǒng)概述進制數(shù)與編碼表示指令系統(tǒng)與尋址方式匯編語言程序設計基礎微機接口技術(shù)與應用實例課程總結(jié)與展望課程介紹與背景01微機運算基礎是計算機科學技術(shù)的核心，對于理解計算機工作原理、提高計算思維具有重要意義。計算機技術(shù)基石作為計算機基礎教育的重要組成部分，微機運算基礎對于提高全民計算機素養(yǎng)具有推動作用。普及計算機教育微機運算基礎的重要性

課程目標與要求知識與技能目標掌握微機運算的基本概念、原理和方法，具備運用所學知識解決實際問題的能力。過程與方法目標通過案例分析、實踐操作等方式，培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的能力。情感態(tài)度與價值觀目標培養(yǎng)學生對計算機科學技術(shù)的興趣和熱愛，樹立正確的計算思維觀念。《微機運算基礎》（第二版），清華大學出版社。《計算機組成與設計：硬件/軟件接口》，機械工業(yè)出版社；《計算機組織與結(jié)構(gòu)：性能設計》（第九版），電子工業(yè)出版社。教材及參考資料推薦參考資料教材計算機系統(tǒng)概述02執(zhí)行計算機指令，處理數(shù)據(jù)，是計算機的“大腦”。中央處理器（CPU）分為內(nèi)存和外存，用于存儲數(shù)據(jù)和程序。存儲器如鍵盤、鼠標等，用于向計算機輸入數(shù)據(jù)。輸入設備如顯示器、打印機等，用于輸出計算機處理結(jié)果。輸出設備計算機硬件組成系統(tǒng)軟件如操作系統(tǒng)、編譯器等，用于管理計算機硬件和應用程序。應用軟件如辦公軟件、圖像處理軟件等，用于滿足用戶特定需求。編程語言如C、Java等，用于編寫計算機程序。計算機軟件分類及功能單位時間內(nèi)執(zhí)行指令的數(shù)量，通常以MIPS（百萬條指令/秒）或GFLOPS（十億次浮點運算/秒）衡量。運算速度存儲器可以存儲的總數(shù)據(jù)量，通常以字節(jié)（Byte）為單位衡量。存儲容量輸入/輸出設備與CPU之間傳輸數(shù)據(jù)的速度，通常以Mbps（兆比特每秒）或Gbps（吉比特每秒）衡量。I/O速度計算機系統(tǒng)穩(wěn)定運行的能力，通常以MTBF（平均無故障時間）衡量?？煽啃杂嬎銠C系統(tǒng)性能指標進制數(shù)與編碼表示03ABCD進制數(shù)基本概念及轉(zhuǎn)換方法進制數(shù)定義進制數(shù)是一種數(shù)制表示方法，常見的有二進制、八進制、十進制和十六進制等。二進制與十六進制之間的轉(zhuǎn)換每4位二進制數(shù)對應1位十六進制數(shù)，通過分組轉(zhuǎn)換法實現(xiàn)。二進制與十進制之間的轉(zhuǎn)換通過按權(quán)展開法或除2取余法進行轉(zhuǎn)換。十進制與十六進制之間的轉(zhuǎn)換先將十進制轉(zhuǎn)換為二進制，再將二進制轉(zhuǎn)換為十六進制。除法運算通過逐位相除并求余的方法實現(xiàn)。乘法運算通過逐位相乘并相加的方法實現(xiàn)。減法運算從低位到高位逐位相減，注意借位。二進制運算規(guī)則包括加法、減法、乘法和除法等基本運算，遵循“逢二進一”和“借一當二”的原則。加法運算從低位到高位逐位相加，注意進位。二進制運算規(guī)則與技巧原碼表示法補碼表示法反碼表示法移碼表示法常見編碼表示方法及其特點正數(shù)的補碼與原碼相同，負數(shù)的補碼為原碼按位取反后加1。補碼解決了原碼中正負數(shù)相加的問題。正數(shù)的反碼與原碼相同，負數(shù)的反碼為原碼按位取反（符號位不變）。反碼作為原碼和補碼之間的過渡編碼。將補碼的符號位取反得到移碼。移碼常用于浮點數(shù)的階碼表示，便于比較大小。將符號位和數(shù)值位一起編碼，符號位為0表示正數(shù)，為1表示負數(shù)。指令系統(tǒng)與尋址方式04指令格式指令由操作碼和操作數(shù)組成，操作碼指明操作的性質(zhì)，如算術(shù)運算、邏輯運算等；操作數(shù)指明操作的對象，可以是寄存器、內(nèi)存單元或立即數(shù)等。分類方法指令可以按照其功能、操作數(shù)類型、操作碼長度等多種方式進行分類。常見的分類方法包括：數(shù)據(jù)傳送指令、算術(shù)運算指令、邏輯運算指令、程序控制指令等。指令格式及分類方法立即尋址操作數(shù)就在指令中，緊跟在操作碼后面，作為指令一部分存放在內(nèi)存的代碼段中，該操作數(shù)為立即數(shù)，這種尋址方式稱為立即尋址方式。存儲單元的有效地址EA（即操作數(shù)的有效地址）直接由指令給出。操作數(shù)所在內(nèi)存單元的地址通過存儲器間接給出。操作數(shù)包含在寄存器中，寄存器的名稱由指令指定。操作數(shù)所在內(nèi)存單元的地址通過寄存器間接給出。直接尋址寄存器尋址寄存器間接尋址間接尋址尋址方式類型及特點分析程序控制指令用于改變程序的執(zhí)行流程，如條件轉(zhuǎn)移、無條件轉(zhuǎn)移、子程序調(diào)用等。例如，JMP指令可實現(xiàn)無條件轉(zhuǎn)移，將程序的控制轉(zhuǎn)移到指定的內(nèi)存地址。數(shù)據(jù)傳送指令用于在存儲器和寄存器之間傳送數(shù)據(jù)，或在寄存器之間傳送數(shù)據(jù)。例如，MOV指令可將一個字節(jié)、字或雙字的數(shù)據(jù)從源操作數(shù)傳送到目標操作數(shù)。算術(shù)運算指令用于執(zhí)行加、減、乘、除等算術(shù)運算。例如，ADD指令可將兩個操作數(shù)相加，并將結(jié)果存儲在目標操作數(shù)中。邏輯運算指令用于執(zhí)行與、或、非等邏輯運算。例如，AND指令可將兩個操作數(shù)進行邏輯與運算，并將結(jié)果存儲在目標操作數(shù)中。典型指令功能描述和舉例匯編語言程序設計基礎05簡潔高效匯編語言接近機器語言，代碼執(zhí)行效率高，且語言本身較為簡潔。可控性強匯編語言允許程序員直接控制硬件，實現(xiàn)底層操作。依賴硬件匯編語言與硬件平臺密切相關(guān)，不同硬件平臺需要不同的匯編語言?？勺x性差由于匯編語言使用助記符代替操作碼，代碼可讀性相對較差。匯編語言程序結(jié)構(gòu)特點偽指令和宏指令使用方法偽指令用于指示匯編程序進行某些操作，如定義數(shù)據(jù)、分配存儲空間等。偽指令在匯編過程中不產(chǎn)生目標代碼，只影響匯編程序的行為。宏指令用于定義一段可重復使用的代碼片段，通過宏替換實現(xiàn)代碼復用。宏指令在匯編前由預處理器進行替換，生成實際的匯編代碼。簡單算術(shù)運算程序設計。通過實例學習如何使用匯編語言實現(xiàn)基本的算術(shù)運算，如加、減、乘、除等。實例一輸入輸出程序設計。通過實例了解如何在匯編語言中使用輸入輸出指令，實現(xiàn)與外設的數(shù)據(jù)交換。實例二子程序設計。通過實例掌握如何在匯編語言中編寫子程序，實現(xiàn)模塊化編程和代碼復用。實例三中斷服務程序設計。通過實例學習如何在匯編語言中處理中斷，實現(xiàn)中斷服務程序的編寫和調(diào)試。實例四匯編語言程序設計實例分析微機接口技術(shù)與應用實例06微機接口是計算機與外部設備或計算機內(nèi)部部件之間傳輸信息的連接電路，用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)緩沖、電平轉(zhuǎn)換、信息格式轉(zhuǎn)換等功能。接口定義根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸方式可分為并行接口和串行接口；根據(jù)信號電平可分為TTL接口和RS-232接口等。接口分類接口電路通過CPU控制信號進行數(shù)據(jù)傳輸，包括數(shù)據(jù)緩沖、地址譯碼、控制邏輯等部分。接口原理接口技術(shù)基本概念和原理123具有3個8位并行I/O端口，可通過編程實現(xiàn)多種數(shù)據(jù)傳送方式，適用于數(shù)據(jù)采集、開關(guān)量控制等場合。8255芯片可編程間隔定時器，具有3個獨立的16位計數(shù)器，可用于產(chǎn)生定時/計數(shù)信號，實現(xiàn)定時、延時等功能。8253芯片可編程串行通信接口芯片，支持異步和同步通信方式，具有數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、波特率發(fā)生器等功能。8251芯片常見接口芯片功能和使用方法鍵盤接口通過鍵盤接口電路將按鍵信息轉(zhuǎn)換為計算機可識別的二進制代碼，實現(xiàn)鍵盤輸入功能。打印機接口將計算機輸出的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換為打印機可識別的控制信號，驅(qū)動打印機完成打印任務。顯示器接口將計算機內(nèi)部的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換為顯示器可顯示的圖像信號，實現(xiàn)人機交互界面的顯示功能。串行通信接口實現(xiàn)計算機與外部設備之間的串行數(shù)據(jù)通信，如RS-232接口可用于計算機與調(diào)制解調(diào)器、終端等設備之間的通信。微機接口技術(shù)應用實例分析課程總結(jié)與展望07深入理解了微機運算的基本原理、數(shù)據(jù)表示和運算方法。微機運算基本概念指令系統(tǒng)與匯編語言存儲器與I/O接口中斷與異常處理掌握了指令系統(tǒng)的構(gòu)成、尋址方式和匯編語言的編程方法。了解了存儲器的層次結(jié)構(gòu)、I/O接口的工作原理及數(shù)據(jù)傳輸方式。學習了中斷與異常的概念、分類及處理方法，理解了其在微機系統(tǒng)中的作用。課程重點回顧與總結(jié)學習方法與技巧我采用了課前預習、課后復習的方法，同時結(jié)合實驗和作業(yè)鞏固所學知識，取得了良好的學習效果。團隊協(xié)作與溝通能力在課程中，我積極參與小組討論和團隊協(xié)作，提高了自己的溝通和協(xié)作能力。知識掌握程度通過課程學習，我對微機運算基礎知識有了較為全面的掌握，能夠獨立完成相關(guān)實驗和作業(yè)。學生自我評價報告分享03拓展相關(guān)領域知識