1微機原理與接口技術大家好！2課程目標掌握：微型計算機的基本工作原理匯編語言程序設計方法微型計算機接口技術建立微型計算機系統的整體概念，形成微機系統軟硬件開發的初步能力3教材及實驗指導書教材：《微機原理與接口技術》（第3版）.馮博琴，吳寧主編.清華大學出版社實驗指導書《微機原理與接口技術實驗指導書》（講義）陳文革，吳寧，夏秦編.西安交通大學《微機原理與接口技術題解及實驗指導》（第3版）.吳寧，陳文革編.清華大學出版社目錄第1章微型計算機基礎概論第2章微處理器與總線第3章指令系統第4章匯編語言程序設計第5章存儲器系統第6章輸入輸出第7章基本輸入/輸出方法(DMA)第8章中斷技術第9章模擬量的輸入輸出（D/A轉換）第10章模/數（A/D）轉換器5第1章微型計算機基礎概論主要內容：微機系統的組成計算機中的編碼、數制及其轉換無符號二進制數的運算算術運算和邏輯運算運算中的溢出機器數的表示及運算基本邏輯門及譯碼器6一、微型計算機系統微型機的工作原理微機系統的基本組成71.

計算機的工作原理馮?

諾依曼計算機的工作原理存儲程序工作原理8存儲程序原理將計算過程描述為由許多條指令按一定順序組成的程序，并放入存儲器保存指令按其在存儲器中存放的順序執行；由控制器控制整個程序和數據的存取以及程序的執行。9馮?諾依曼計算機體系結構運算器存儲器控制器輸入設備輸出設備10馮?諾依曼機的工作過程內存中的程序指令1指令2指令n┇分析獲取操作數執行存放結果┇程序計數器PC地址CPU取出操作數11馮?諾依曼機的工作過程取一條指令的工作過程：將指令所在地址賦給程序計數器PC；PC內容送到地址寄存器AR，PC自動加1；把AR的內容通過地址總線送至內存儲器，經地址譯碼器譯碼，選中相應單元。CPU的控制器發出讀命令。在讀命令控制下，把所選中單元的內容（即指令操作碼）讀到數據總線DB。把讀出的內容經數據總線送到數據寄存器DR。指令譯碼因為取出的是指令的操作碼，故數據寄存器DR把它送到指令寄存器IR，然后再送到指令譯碼器ID馮?諾依曼機的特點和不足特點：程序存儲，共享數據，順序執行屬于順序處理機，適合于確定的算法和數值數據的處理。不足：與存儲器間有大量數據交互，對總線要求很高；執行順序有程序決定，對大型復雜任務較困難；以運算器為核心，處理效率較低；由PC控制執行順序，難以進行真正的并行處理。12典型的非馮?諾依曼機結構數據流驅動的計算機結構當指令具有所需數據、且輸出端沒有數據時就可執行。13DataflowImageProcessingSystem142.系統組成主機硬件系統外設微機系統系統軟件軟件系統應用軟件CPU存儲器輸入/輸出接口總線15微處理器微處理器簡稱CPU，是計算機的核心。主要包括：

運算器控制器寄存器組16存儲器定義：用于存放計算機工作過程中需要操作的數據和程序。17有關內存儲器的幾個概念內存單元的地址和內容內存容量內存的操作內存的分類18

內存單元的地址和內容內存按單元組織每單元都對應一個地址，以方便對單元的尋址1011011038F04H內存地址單元內容19內存容量內存容量：所含存儲單元的個數，以字節為單位內存容量的大小依CPU的尋址能力而定實地址模式下為CPU地址信號線的位數20內存操作讀：將內存單元的內容取入CPU，原單元內容不改變；寫：CPU將信息放入內存單元，單元中原來的內容被覆蓋。21內存儲器的分類隨機存取存儲器（RAM）只讀存儲器（ROM）按工作方式可分為22輸入/輸出接口接口是CPU與外部設備間的橋梁CPUI/O接口外設23接口的分類串行接口并行接口數字接口模擬接口輸入接口輸出接口24接口的功能數據緩沖寄存；信號電平或類型的轉換；實現主機與外設間的運行匹配。25總線基本概念分類工作原理常用系統總線標準及其主要技術指標（具體內容見后續課程）26軟件系統軟件：為運行、管理和維護計算機系統或為實現某一功能而編寫的各種程序的總和及其相關資料。系統軟件應用軟件操作系統編譯系統網絡系統工具軟件軟件27二、計算機中的數制和編碼數制和編碼的表示各種計數制之間的相互轉換281.常用計數法

十進制（D）二進制（B）十六進制（H）29例：234.98D或（234.98）D1101.11B或（1101.11）BABCD.BFH或（ABCD.BF）H302.各種進制數間的轉換非十進制數到十進制數的轉換十進制到非十進制數的轉換二進制與十六進制數之間的轉換

31非十進制數到十進制數的轉換按相應的權值表達式展開例：1011.11B=1×23+0×22+1×21+1×20+1×2-1+1×2-2

=8+2+1+0.5+0.25=11.755B.8H=5×161+11×160+8×16-1

=80+11+0.5=91.532十進制到非十進制數的轉換到二進制的轉換：對整數：除2取余；對小數：乘2取整。到十六進制的轉換：對整數：除16取余；對小數：乘16取整。33二進制與十六進制間的轉換用4位二進制數表示1位十六進制數例：25.5=

11001.1B=

19.8H11001010.0110101B=CA.6AH343.

計算機中的編碼BCD碼用二進制編碼表示的十進制數ASCII碼西文字符編碼35BCD碼壓縮BCD碼用4位二進制碼表示一位十進制數每4位之間有一個空格擴展BCD碼用8位二進制碼表示一位十進制數，每4位之間有一個空格。36BCD碼與二進制數之間的轉換先轉換為十進制數，再轉換二進制數；反之同樣。例：（00010001.00100101）BCD=11.25=（1011.01）B37ASCII碼西文字符的編碼，一般用7位二進制碼表示。D7位為校驗位，默認情況下為0。要求：理解校驗位的作用熟悉0---F的ASCII碼38ASCII碼的奇偶校驗奇校驗加上校驗位后編碼中“1”的個數為奇數。例：A的ASCII碼是41H（1000001B）以奇校驗傳送則為C1H（11000001B）偶校驗加上校驗位后編碼中“1”的個數為偶數。上例若以偶校驗傳送，則為41H。39三、無符號二進制數的運算算術運算邏輯運算無符號數有符號數二進制數的運算40主要內容無符號二進制數的算術運算無符號數的表達范圍運算中的溢出問題無符號數的邏輯運算基本邏輯門和譯碼器411.無符號數的算術運算加法運算1+1=0（有進位）減法運算0-1=1（有借位）乘法運算除法運算42乘除運算例00001011×0100=00101100B

00001011÷0100=00000010B

即：商=00000010B

余數=11B432.無符號數的表示范圍：

0≤

X≤2n-1若運算結果超出這個范圍，則產生溢出。對無符號數：運算時，當最高位向更高位

有進位（或借位）時則產生

溢出。44[例]：

最高位向前有進位，產生溢出453.邏輯運算與、或、非、異或掌握：與、或、非門邏輯符號和邏輯關系（真值表）；與非門、或非門的應用。46“與”、“或”運算“與”運算：任何數和“0”相“與”，結果為0。“或”運算：任何數和“1”相“或”，結果為1。&&≥1≥147“非”、“異或”運算“非”運算按位求反“異或”運算相同則為0，相異則為1484.

譯碼器掌握74LS138譯碼器各引腳功能輸入端與輸出端關系（真值表）4974LS138譯碼器G1G2AG2BCBAY0Y7????主要引腳及功能50三、機器數（有符號數）的運算51計算機中符號數的表示機器數計算機中的數據構成：符號位+真值“0”表示正“1”表示負52[例]

+52=+0110100=0

0110100

符號位真值-52=-0110100=1

0110100符號位真值531.

符號數的表示機器數的表示方法：原碼反碼補碼54原碼最高位為符號位（用“0”表示正，用“1”表示負），其余為真值部分。優點：真值和其原碼表示之間的對應關系簡單，容易理解；缺點：計算機中用原碼進行加減運算比較困難0的表示不唯一。55數0的原碼8位數0的原碼：+0=00000000

-0=10000000即：數0的原碼不唯一。56反碼對一個機器數X：若X>0，則[X]反=[X]原若X<0，則[X]反=對應原碼的符號位不變，數值部分按位求反57[例]X=-52=-0110100[X]原=10110100[X]反=11001011580的反碼：[+0]反=00000000[-0]反=11111111即：數0的反碼也不是唯一的。59補碼定義：若X>0，則[X]補=[X]反=[X]原若X<0，則[X]補=[X]反+160[例]X=–52=–0110100[X]原=10110100[X]反=11001011[X]補=[X]反+1=11001100610的補碼：[+0]補=[+0]原=00000000[-0]補=[-0]反+1=11111111+1=100000000

對8位字長，進位被舍掉62特殊數10000000對無符號數:（10000000）B=128在原碼中定義為：-0在反碼中定義為：-127在補碼中定義為：-12863符號數的表示范圍對8位二進制數：原碼：-127~+127反碼：-127~+127補碼：-128~+127642.符號二進制數與十進制的轉換對用補碼表示的二進制數：1）求出真值2）進行轉換65[例]：補碼數轉換為十進制數[X]補=00101110B

正數所以：真值=0101110B

X=+46[X]補=11010010B

負數所以：真值不等于-1010010B而是：X=[[X]補]補=[11010010]補=-0101110=-46663.符號數的算術運算通過引進補碼，可將減法運算轉換為加法運算。即：[X+Y]補=[X]補+[Y]補[X-Y]補=[X+(-Y)]補=[X]補+[-Y]補注：運算時符號位須對齊67[例]X=-0110100，Y=+1110100，求X+Y=？[X]原=10110100[X]補=[X]反+1=11001100[Y]補=[Y]原=01110100[X+Y]補=[X]補+[