微型计算机原理与接口技术.ppt
微型计算机原理与接口技术,杨 立 邓振杰 荆淑霞等 制作欢迎使用,微型计算机原理与接口技术课程简介及要求,1.课程性质及教学目的 微型计算机原理与接口技术是学习微型计算机基本知识和应用技能的重要课程。本课程帮助学生掌握微型计算机的硬件组成及使用；学会运用指令系统和汇编语言进行程序设计；熟悉各种类型的接口及其应用，树立起微型计算机体系结构的基本概念，为后继计算机课程的学习及应用打好基础。,微型计算机原理与接口技术课程简介及要求,2.课程教学安排教学参考学时：8090学时其中实验学时：1620学时考试形式：笔试+实践操作3.教材主体内容结构基本知识与基本概念计算机的基本结构与工作原理微处理器与微型计算机的概念微型计算机系统组成及其应用计算机中的数据表示、数制与编码的应用,微型计算机原理与接口技术课程简介及要求,8086微处理器微处理器内部结构存储器和I/O组织总线周期与操作时序高档微处理器简介 指令系统与汇编语言指令的概念与寻址方式8086指令系统介绍汇编语言格式、基本表达、伪指令介绍汇编语言源程序的建立、编辑、运行、调试,微型计算机原理与接口技术课程简介及要求,汇编语言程序设计及其应用程序设计的方法和步骤顺序程序、分支程序、循环程序、子程序的设计DOS和BIOS中断调用 DOS功能调用 BIOS中断调用,微型计算机原理与接口技术课程简介及要求,微型计算机的总线技术 STD、ISA、EISA系统总线 VESA、PCI、AGP局部总线 USB、IEEE1394、I2C总线介绍存储器系统 随机存取存储器RAM 只读存储器ROM 存储器扩展接口辅助存储器及新型存储器技术,微型计算机原理与接口技术课程简介及要求,输入输出接口技术 输入输出接口概述 输入/输出控制方式 可编程DMA控制器8237A 中断技术 中断技术概述 8086的中断结构 微机系统的中断处理过程可编程中断控制器8259A及其应用,微型计算机原理与接口技术课程简介及要求,通用可编程接口芯片 并行接口芯片8255A 可编程串行输入/输出接口芯片8251 可编程定时器/计数器接口芯片8253 人机交互设备及接口 键盘与鼠标 视频显示接口 打印机接口 其它外设简介,微型计算机原理与接口技术课程简介及要求,D/A及A/D转换器 典型D/A转换器芯片 典型A/D转换器芯片 DAC及ADC应用实例,本章主要教学内容 l 微处理器的产生和发展、微处理器系统 l微型计算机分类、性能指标、微型计算机的应用 l 微型计算机系统的组成情况 l 计算机中数制的基本概念、数制之间的相互转换 l 无符号数和带符号数的表示方法 l 计算机中常用的ASCII码、BCD码、汉字编码,第1章 微型计算机概述,第1章 微型计算机概述,本章教学目的及要求 l熟悉微处理器的产生和发展，掌握微型计算机的分类、性能指标 l掌握计算机的基本结构及工作原理 l掌握计算机中常用的数制及其转换、带符号数的表示、字符编码和汉字编码的基本知识,1.1 微型计算机的发展与应用,第1章 微型计算机概述,1.2 微型计算机的系统组成,1.3 计算机中的信息表示,1.1 微型计算机的发展与应用1.1.1 微处理器的产生和发展 自从1946年推出世界上第一台电子数字计算机以来，计算机共经历了电子管、晶体管、集成电路、大规模集成电路和超大规模集成电路5个时代的发展。而在50多年的发展历程中，计算机技术突飞猛进，特别是进入20世纪70年代以后，微型计算机的出现为计算机的广泛应用开拓了更加广阔的前景。随着大规模集成电路的发展，其作为计算机的主要功能部件，为计算机的微型化打下了良好的物质基础，20世纪70年代初在美国硅谷诞生了第一片微处理器。这种将计算机的运算器和控制器等部件集成在一块大规模集成电路芯片上作为中央处理部件，简称为微处理器（Microprocessor）。微型计算机就是以微处理器为核心，再配上存储器、接口电路等芯片构成的。,微型计算机的特点是体积小、重量轻、价格低廉、可靠性高、结构灵活、适应性强和应用面广。按照微型计算机的CPU字长和功能划分，它经历了6代的演变。1.第一代（1971年1973年）：4位和8位低档微处理器2.第二代（1974年1977年）：8位中高档微处理器3.第三代（1978年1984年）：16位微处理器4.第四代（1985年1992年）：32位微处理器5.第五代（1993年1999年）：超级32位Pentium微处理器6.第六代（2000年以后）：新一代64位微处理器Merced,1.1.2 微型计算机的分类 1.按照CPU的字长来分类 可分为4位、8位、16位、32位、64位微型计算机。2.按照微型计算机的利用形态来分类 可分为单片微型计算机、单板微型计算机、位片式微型计算机、微型计算机系统。1.1.3 微型计算机的应用1.办公自动化 办公自动化简称为OA（Office Automation）。是计算机、通信与自动化技术相结合的产物，也是当前最为广泛的一类应用。如：电子数据处理系统EDP（Electronic Data Process）；管理信息系统MIS（Management Information System）；决策支持系统DSS（Decision Supporting System）等。,2.生产过程自动化包括：计算机辅助设计CAD（Computer Aided Design）；计算机辅助制造CAM（Computer Aided Manufacturing）；计算机集成制造系统CIMS（Computer Integrated Manufacturing System）。3.数据库应用 数据库是在计算机存储设备中按照某种关联方式存放的一批数据。借助数据库管理系统DBMS（Database Management System），可对其中的数据实施控制、管理和使用。如科技情报检索系统、银行储户管理系统、飞机票订票系统等。,4.计算机网络应用 计算机网络是利用通信设备和线路等与不同的计算机系统互连起来，并在网络软件支持下实现资源共享和传递信息的系统。有局域网LAN、广域网WAN、城市网CAN和因特网。5.人工智能 人工智能研究目前最具有代表性的两个领域是专家系统和机器人。6.计算机仿真 计算机仿真也称为模拟（Simulation），这是采用编制好的程序和配备相关环境在计算机上进行的模型试验，能够大大减少投资、避免风险。7.远程教育 远程教育是建立在互联网上的一种教学环境。它以现代化的信息技术为手段，以适合远程传输和交互式学习的教学资源为教材构成开放式教育网络。,1.2 微型计算机的系统组成 1.2.1 微型计算机的基本结构,各组成模块及其功能：,1中央处理单元 中央处理单元CPU（Control Processing Unit）是微型计算机的核心部件，是包含有运算器、控制器、寄存器组以及总线接口等部件的一块大规模集成电路芯片，俗称微处理器。2主存储器 主存储器是微型计算机中存储程序、原始数据、中间结果和最终结果等各种信息的部件。按其功能和性能，可以分为：随机存储器RAM（Random Access Memory）只读存储器ROM（Read Only Memory）,3系统总线 系统总线是CPU与其他部件之间传送数据、地址和控制信息的公共通道。根据传送内容可分成以下3种：数据总线DB（Data Bus）：用于CPU与主存储器、CPU与I/O接口之间传送数据。地址总线AB（Address Bus）：用于CPU访问主存储器和外部设备时，传送相关的地址。控制总线CB（Control Bus）：用于传送CPU对主存储器和外部设备的控制信号。4输入输出接口电路 输入/输出接口电路也称为I/O（Input/Output）电路，即通常所说的适配器、适配卡或接口卡。它是微型计算机外部设备交换信息的桥梁。,5主机板 主机板也称为系统主板或简称主板。主机板上有CPU芯片、内存槽、扩展槽、各种跳线和一些辅助电路。6外存储器 分为软磁盘、硬磁盘、光盘存储器。磁盘存储器由磁盘、磁盘驱动器和驱动器接口电路组成，统称为磁盘机。光盘存储器是由光盘、光盘驱动器和接口电路组成。7输入/输入设备 计算机最常用的输入设备是键盘和鼠标。计算机最常用的输出设备是显示器和打印机。,1.2.2 微型计算机系统的组成 微型计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成：,硬件系统是由电子部件和机电装置所组成的计算机实体。硬件的基本功能是接受计算机程序，并在程序的控制下完成数据输入、数据处理和输出结果等任务。软件系统是指为计算机运行工作服务的全部技术资料和各种程序。软件系统基本功能保证计算机硬件的功能得以充分发挥，并为用户提供一个宽松的工作环境。计算机的硬件和软件二者缺一不可，否则不能正常工作。,1.3 计算机中的信息表示 计算机的基本功能是对数据进行加工，在计算机内，不论是数字、字符、指令还是状态，都采用了二进制编码形式来表示，包括图形和声音等信息，也必须转换成二进制数的形式，才能存入计算机中。为了书写和使用方便，计算机中还采用了其它的数制，比如：八进制、十进制、十六进制等。1.3.1 计算机中的数制及其转换1.数制的基本概念 对于任何一种数制表示的数，我们都可以写成按位权展开的多项式之和，其一般形式为：Ndn1bn1dn2bn2dn3bn3dmbm式中：n整数的总位数。m小数的总位数。d下标表示该位的数码。b表示进位制的基数。b上标表示该位的位权。,为了区分各种计数制的数据，经常采用以下两种方法进行书写表达。（1）在数字后面加写相应的英文字母作为标识。如：B（Binary）表示二进制数；O（Octonary）表示八进制数；D（Decimal）表示十进制数，通常其后缀可以省略；H（Hexadecimal）表示十六进制数。（2）在括号外面加数字下标，此种方法比较直观。如：二进制的11010011可以写成（11010011）2。,下表给出了计算机中不同计数制的基数、数码、进位关系和表示方法。,数制之间的转换【例1.1】将十进制整数（103）10转换为二进制整数。按照转换规律，采用“除2倒取余”的方法，过程如下：2 103 2 51 余数为1 2 25 余数为1 2 12 余数为1 2 6 余数为0 2 3 余数为0 2 1 余数为1 0 余数为1 所以，（103）10（1100111）2,【例1.2】将十进制小数（0.8125）10转换为二进制小数。按照转换规律，采用“乘2顺取整”的方法，过程如下：0.812521.625 取整数位10.62521.25 取整数位1 0.2520.5 取整数位00.521.0 取整数位1所以，（0.8125）10（0.1101）2若出现乘积的小数部分一直不为“0”，则可以根据计算精度的要求截取一定的位数即可。,【例1.3】将十进制整数（1685）10转换为八进制整数。按照转换规律，采用“除8倒取余”的方法，过程如下：8 1685 8 210 余数为5 8 26 余数为2 8 3 余数为2 0 余数为3所以，（1685）10（3225）8,【例1.4】将十进制整数（2347）10转换为十六进制整数。按照转换规律，采用“除16倒取余”的方法，过程如下：16 2347 16 146 余数为11（十六进制数为B）16 9 余数为2 0 余数为9所以，（2347）10（92B）16,【例1.5】将十进制小数（0.7125）10转换为八进制小数。按照转换规律，采用“乘8顺取整”的方法，过程如下：0.712585.7 取整数位50.785.6 取整数位5 0.684.8 取整数位40.886.4 取整数位6若数据的计算精度取小数点后4位数，则其后的数可以不再计算。所以，（0.7125）10（0.5546）8,【例1.6】将十进制小数（0.8129）10转换为十六进制小数。按照转换规律，采用“乘16顺取整”的方法，过程如下：0.81291613.0064 取整数位13（十六进制数为D）0.0064160.1024 取整数位0 0.1024161.6384取整数位10.63841610.2144取整数位10（十六进制数为A）取数据的计算精度为小数点后4位数。所以,（0.8129）10（0.D01A）16,【例1.7】将二进制数（1011001.101）2 转换为十进制数。采用按位权展开求和的方法，过程如下：（1011001.101）2 126124123120121123 6416810.50.125（89.625）10,【例1.8】将八进制数（14B6.A2）8 转换为十进制数，过程如下：（14B6.A2）8 18348211816801081282 5122568861.250.03125（863.28125）10【例1.9】将十六进制数（2D7.A）16 转换为十进制数，过程如下：（2D7.A）16216213161716010161 51220870.625（727.625）10,1.3.2 计算机中数值数据的表示,1.基本概念在计算机内部表示二进制数的方法通常称为数值编码，把一个数及其符号在机器中的表示加以数值化，这样的数称为机器数。机器数所代表的数称为该机器数的真值。（1）机器数的范围：由计算机的CPU字长来决定。当使用8位寄存器时，字长为8位，所以一个无符号整数的最大值是：（11111111）B=（255）D，此时机器数的范围是0255。当使用16位寄存器时，字长为16位，所以一个无符号整数的最大值是：（）B=（FFFF）H=（65535）D，此时机器数的范围是065535。,（2）机器数的符号：在算术运算中，数据是有正有负的，称之为带符号数。为了在计算机中正确地表示带符号数，通常规定每个字长的最高位为符号位，并用“0”表示正数，用“1”表示负数。例如：字长为8位二进制时，D7为符号位，其余D6D0为数值位；字长为16位二进制数时，D15为符号位，其余D14D0为数值位。（3）机器数中小数点的位置：在机器中，小数点的位置通常有两种约定，一种规定小数点的位置固定不变，这时的机器数称为“定点数”；另一种规定小数点的位置可以浮动，这时的机器数称为“浮点数”。,2.带符号数的原码、反码、补码表示（1）原码：规定正数的符号位为0，负数的符号位为1，其它位按照一般的方法来表示数的绝对值。用这样的表示方法得到的就是数的原码。例如：当机器字长为8位二进制数时：X1011011 X原码01011011 Y1011011 Y原码11011011原码表示的整数范围是（2n-11）（2n-11），其中n为机器字长。通常：8位二进制原码表示的整数范围是127127，16位二进制原码表示的整数范围是3276732767。,（2）反码：对于一个带符号的数来说，正数的反码与其原码相同，负数的反码为其原码除符号位以外的各位按位取反。例如：当机器字长为8位二进制数时：X1011011 X原码01011011 X反码01011011 Y1011011 Y原码11011011 Y反码10100100负数的反码与负数的原码有很大的区别，反码通常用作求补码过程中的中间形式。反码表示的整数范围与原码相同。,（3）补码：正数的补码与其原码相同，负数的补码为其反码在最低位加1。例如：X1011011 X原码01011011 X补码01011011 Y1011011 Y原码11011011 Y反码10100100 Y补码10100101补码表示的整数范围是2n-1（2n-11），其中n为机器字长。则：8位二进制补码表示的整数范围是128127，16位二进制补码表示的整数范围是3276832767。,（4）补码与真值之间的转换：给定机器数的真值可以通过补码的定义来完成真值到补码的转换，若已知某数的补码求其真值，计算方法如下：正数补码的真值等于补码的本身；负数补码转换为其真值时，将补码按位求反末位加1，即可得到该负数补码对应的真值。,【例1.14】给定 X补码01011001B，求真值X；给定X补码11011010B，求真值X。（1）由于X补码代表的数是正数，则其真值：X1011001B（126124123120）（641681）（89）D（2）由于X补码代表的数是负数，则其真值：X（1011010求反1）B（01001011）B（0100110）B（125122121）（3242）（38）D,1.3.3 计算机中常用的编码计算机除了用于数值计算之外，还要进行大量的文字信息处理，也就是要对表达各种文字信息的符号进行加工。计算机中目前最通用的两种字符编码分别是美国信息交换标准代码（ASCII码）和二十进制编码（BCD码）。,1.美国信息交换标准代码（ASCII码）ASCII（American Standard Code for Information Interchange）码是美国信息交换标准代码的简称，用于给西文字符编码，包括英文字母的大小写、数字、专用字符、控制字符等。这种编码由7位二进制数组合而成，可以表示128种字符，目前在国际上广泛流行。,2.二十进制编码BCD码BCD（Binary-Coded Decimal）码又称为“二十进制编码”，专门解决用二进制数表示十进数的问题。“二十进制编码”最常用的是8421编码，其方法是用4位二进制数表示1位十进制数，自左至右每一位对应的位权是8、4、2、1。由于4位二进制数有00001111共16种状态，而十进制数09只取00001001的10种状态，其余6种不用。,通常，BCD码有两种形式，即压缩BCD码和非压缩BCD码。（1）压缩BCD码：压缩BCD码的每一位数采用4位二进制数来表示，即一个字节表示两位十进制数。例如：十进制数59D，采用压缩BCD码表示为二进制数是01011001B。（2）非压缩BCD码：非压缩BCD码的每一位数采用8位二进制数来表示，即一个字节表示1位十进制数。而且只用每个字节的低4位来表示09，高4位为0。例如：十进制数87D，采用非压缩BCD码表示为二进制数是00001000 00000111B。,3.汉字编码具有汉字信息处理能力的计算机系统，除了配备必要的汉字设备和接口外，还应该装配有支持汉字信息输入、输出和处理的操作系统。（1）汉字输入码：用于外部输入汉字，也称为外码。有顺序码将汉字按一定顺序排好，然后逐个赋予1个号码作为该汉字的编码，例如区位码；音码根据汉字的读音进行编码，例如拼音码；形码根据汉字的字形进行编码，例如五笔字型；音形码根据汉字的读音和字形进行编码，例如双拼码。（2）汉字机内码：是汉字处理系统内部存储、处理汉字而使用的编码，简称内码。内码与国家标准GB2312-80汉字字符集有简明的一一对应关系。,（3）汉字交换码：是汉字信息处理系统之间或通信系统之间传输信息时，对每个汉字所规定的统一编码。我国已指定了汉字交换码的国家标准“信息交换用汉字编码字符集基本集”，代号GB2321-80，又称“国标码”。国标码字符集共收录汉字和图形符号7445个。其中：一级常用汉字3755个；二级非常用汉字和偏旁部首3008个；图形符号682个。国标码是所有汉字编码都应该遵循的标准，自公布这一标准后，汉字机内码的编码、汉字字库的设计、汉字输入码的转换、输出设备的汉字地址码等，都以此标准为基础。,本章小结,本章对微型计算机的基本概念、硬件结构、工作原理、系统组成、应用特点、计算机中数据的表示方法等各类知识作了相应的概述。通过本章的学习，要了解微型计算机的发展历史和应用场合，关注当前微型计算机的发展动向，要掌握微型计算机系统组成以及工作原理，理解微型计算机硬件和软件各主要模块的功能和在系统中所处的地位；要掌握计算机内部的信息处理方法和特点，熟悉各类数制之间的相互转换，理解无符号数和带符号数的表示方法，掌握BCD码和字符的ASCII码以及汉字编码及其应用。为后续内容的学习打下一个良好的基础。,THANK YOU VERY MUCH本章到此结束，谢谢您的光临！,
