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1、微机原理微机原理 数值编码值数值编码值与微机组成与微机组成第1页，本讲稿共42页2.1 微机数字电路基础门电路(Gate Circuit):用以实现逻辑关系的电子电路。单器件门电路集成门电路：TTL、MOS管等门电路的电平状态：(Logic Level)正逻辑：正逻辑：Positive LogicPositive Logic用高电平表示逻辑用高电平表示逻辑1 1，用低电平表示逻辑，用低电平表示逻辑0 0（默认）（默认）Logic high-binary 1,Logic low-binary 0 (default)Logic high-binary 1,Logic low-binary 0 (d
2、efault)负逻辑：用低电平表示逻辑1，用高电平表示逻辑0Technology L voltage H voltage Notes CMOS 0V to Vcc/2 Vcc/2 to Vcc Vcc=supply voltage TTL 0V to 0.8V 2V to Vcc Vcc=5V 10%2022/10/212第2页，本讲稿共42页Gate Circuit&Truth Table2.1 微机数字电路基础2022/10/213第3页，本讲稿共42页2.1 微机数字电路基础常用门电路芯片：常用门电路芯片：74LS系列系列2022/10/214第4页，本讲稿共42页2.1 微机数字电路基
3、础三态门（Three-state Gate）三态门：在普通门电路的基础上附加控制电路而构成低使能同向三态门低使能反向三态门高电平、低电平、高阻态(logic 1,logic 0,high impedance)功能表功能表EN=1EN=1EN=0EN=0F高阻态2022/10/215第5页，本讲稿共42页2.1 微机数字电路基础三态门控制模式高电平有效高电平有效低电平有效低电平有效2022/10/216第6页，本讲稿共42页2.1 微机数字电路基础三态门应用数据总线结构数据总线结构 只只要要控控制制各各个个门门的的ENEN端端轮轮流流为为1 1，且且任任何何时时刻刻仅仅有有一一个个为为1 1，就
4、就可可以以实现各个门分时地向总线传输。实现各个门分时地向总线传输。实现数据双向传输实现数据双向传输 EN=1 EN=1，G1G1工作，工作，G2G2高阻，高阻，A A经经G1G1反相送至总线；反相送至总线；EN=0 EN=0，G1G1高阻，高阻，G2G2工作，总线工作，总线数据经数据经G2G2反相从反相从Y Y端送出。端送出。2022/10/217第7页，本讲稿共42页2.1 微机数字电路基础组合逻辑电路-译码器 (Decoder)二进制译码器(binary decoder)设二进制译码器的输入端为n个，则输出端为2n个，且对应于输入代码的每一种状态，2n个输出中只有一个有效（为1或为0），其
5、余全无效（为0或为1）。2022/10/218第8页，本讲稿共42页2.1 微机数字电路基础译码芯片及应用3-8译码器译码器 74LS138G1G2AG2BCBAY0Y7 译码使能端译码使能端译码输入端译码输入端译码输出端译码输出端2022/10/219第9页，本讲稿共42页2.1 微机数字电路基础使使 能能 端端输输 入入 端端输输 出出 端端G1 G2A G2B C B A Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 0 1 1 0 1 1 0 1 0 01 0 01 0 01 0 01 0 01 0 01 0 01 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0
6、1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 2022/10/2110第10页，本讲稿共42页2.1 微机数字电路基础译码器应用在微机中，对内存、I/O端口的访问需要地址，而地址信息是通过译码器实现的。译码器级联（扩展）是通过
7、使能端实现的。片上地址接地址总线低端，片上使能端透过译码器接地址总线高端。A0A1A2ENEN12122-42-4Y3 Y2 Y1Y0Y7Y6Y5Y42022/10/2111第11页，本讲稿共42页2.1 微机数字电路基础思考：思考：试用两片3线8线译码器74LS138组成4线16线译码器，将输入的4位二进制代码D3D2D1D0译成16个独立的低电平信号Y0Y15。其它数字逻辑器件：其它数字逻辑器件：加法器触发器同步时序电路?2022/10/2112第12页，本讲稿共42页2.1 微机数字电路基础译码器应用2022/10/2113第13页，本讲稿共42页2.2 几种数制之间的转换1.1.几种常
8、用的计数体制(Numerical System)十进制(Decimal)：符合人们的习惯0,1,2,3,4,5,6,7,8,9123,45,6二进制(Binary)：便于物理实现0,11001B,1001b,100B,11b十六进制(Hexadecimal)：便于识别、书写0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,a,b,c,d,e,f12h(12H),0a5h(0A5H),0E52CH,0e52ch2022/10/2114第14页，本讲稿共42页2.2 几种数制之间的转换2.不同数制之间的转换二进制/十六进制转换为十进制对R进制数N，其按权展开多项式为：N=DnRn+Dn-1Rn-1+Dn-2
9、Rn-2+D0R0R:基数，D：数制权二进制 R=2,D=(0，1)十六进制 R=16,D=(0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，A，B，C，D，E，F)N=10001011BN=10001011BN=0F12CHN=0F12CH2022/10/2115第15页，本讲稿共42页2.不同数制之间的转换十进制转换为二进制/十六进制2022/10/2116第16页，本讲稿共42页2.2 几种数制之间的转换2.不同数制之间的转换十六进制与二进制转换用用4位二进制数表示位二进制数表示1位十六进制数位十六进制数 0000 -0H 1001 -9H 1010 -0AH 1011 -0BH 1100 -0
10、CH 1101 -0DH 1110 -0EH 1111 -0FH2022/10/2117第17页，本讲稿共42页2.3 微型计算机运算基础1.计算机中的编码（符号编码-非数值型数据）8421 BCD编码,(Binary-coded decimal notation)，用二进制数编码十进制数紧凑BCD码（4位）/压缩BCD码用4位二进制码表示一位十进制数，一个字节可放2位十进制数。25 BCD码可表示为（0010 0101）BCD非紧凑的BCD码（8位）/非压缩BCD码用8位二进制码表示一位十进制数，高4位总为0。25 BCD码可表示为（00000010 00000101）BCD2022/10/
11、2118第18页，本讲稿共42页2.3 微型计算机运算基础1.计算机中的编码（符号编码-非数值型数据）ASCIIASCII美国国家信息交换标准码（American national Standard Code for Information Interchange）字符的编码，一般用字符的编码，一般用7 7位二进制码表示位二进制码表示用用8 8位二进制数表示时，最高位总为位二进制数表示时，最高位总为0 0用一个字节（8位）表示一个ASC字符09(30H39H),AZ(41H46H),az(61H66H)2022/10/2119第19页，本讲稿共42页2.3 微型计算机运算基础2.计算机中二进制
12、数的表示方法定点数：小数点位置固定（例如纯整数和纯小数）定点数：小数点位置固定（例如纯整数和纯小数）浮点数：小数点位置不固定（充分利用有限位数，扩大数的表示范围和精度）关于数的表示，以定点数为主关于数的表示，以定点数为主，定点数中，以整数为主。，定点数中，以整数为主。二进制数算术运算:加、减、乘、除逻辑运算:与、或、非、异或无符号数无符号数有符号数有符号数算术运算2022/10/2120第20页，本讲稿共42页2.3 微型计算机运算基础3.计算机中机器数的种类(数的编码)无符号数（正整数）正整数，8位机器（0255）,16位机器（？）一个n位的无符号二进制数X，其表示范围为：0 X 2n-1，
13、若运算结果超出这个范围，则产生溢出。溢出的判别方法运算时，当最高位向更高位有进位（或借位）时则产生溢出。2022/10/2121第21页，本讲稿共42页2.3 微型计算机运算基础4.计算机中机器数的种类(数的编码)有符号数的表示通常数的最高位为符号位，对于字长8位机器数,D7为符号位:0表示正，1表示负，D6D0为数字位。连同符号位在一起作为一个数称为机器数，机器数的数值部分称为机器数的真值（带+或-号）。（+91）N1=+1011011 0 1011011 （-91）N2=1011011 1 101 1011 真值 机器数对于有符号数，机器数常用原码、反码、补码表示数X的原码记作X原，反码记
14、作X反，补码记作X补2022/10/2122第22页，本讲稿共42页2.3 微型计算机运算基础 X原：最高位为符号位，“0”表示正号，“1”表示符号，其余数字位表示数值。表示简单，但做减法不方便X=105 X原=0 1101001X=105 X原=1 1101001X=52 X原=1 0110100X=52 X原=0 01101000的原码有两种表示+0原=0 0000000 -0原=1 0000000n位有符号数原码表示数值的范围是：-（2n-1-1)+(2n-1-1)思考：机器数为110110如何用原码表示？（8位机器）8位二进制数原码的范围?2022/10/2123第23页，本讲稿共42
15、页2.3 微型计算机运算基础X反：若X0,则 X反=X原，若X0,则 X反=对应原码的符号位不变，数值部分按位求反+4反=+4原 =0 0000100,-4反 =1 1111011+127反=+127原=0 1111111-127反 =1 00000000的反码有两种表示+0反 =0 0000000 -0反=1 1111111n位反码表示数值的范围是:-（2n-1-1)+(2n-1-1)负数的反码数值位并不表示此负数的数值，必须按位取反后，才得到表示这7位的二进制数值。思考：8位二进制数反码的范围?2022/10/2124第24页，本讲稿共42页2.3 微型计算机运算基础 X补：正数的补码表示
16、与原码相同，(最高位 用“0”表示正，其余位为数值位)，负数的补码表示为它的反码+1。+127补=+127原=0 1111111-127补=-127反+1=1 0000001X=52=01101000的补码只有一种+0补=+0原=00000000-0补=-0反+1=11111111+1 =1 00000000n位反码表示数值的范围是:-2n-1+(2n-1-1)负数的补码数值位并不表示此负数的数值，必须按位取反并加1后，才得到表示这7位的二进制数值。思考：8位二进制数补码的范围?2022/10/2125第25页，本讲稿共42页2.3 微型计算机运算基础特殊数的码值10000000B原码：-0反
17、码：-127补码：-128无符号数：1288位机器数对照表位机器数对照表2022/10/2126第26页，本讲稿共42页2.3 微型计算机运算基础三种码制之间关系及特点正数：原，反，补相同负数：原，反，补不同，但最高位为1。负数:原反，符号位不变，尾数按位求反原补，符号位不变，尾数按位求反+1补原，符号位不变，尾数求反+1反原，符号位不变，尾数求反.x补补x原 补码的加减法运算加法：两数补码的和等于两数和的补码x补y补x+y补减法：两数补码的差等于两数差的补码x补y补xy补运算结果:正常（在数的有效范围内)/不正常（溢出）双进位法判断溢出 OF=D7c D6c2022/10/2127第27页，
18、本讲稿共42页例：负数溢出的情况X=1111 1111 (127)10 Y=1000 0010 (2)10 1000 0001补码+1111 1110补码=0111 1111 补码 结果：(127)10，D7c1，D6c 0，溢出127(2)129，超出了128 D 127范围2.3 微型计算机运算基础2022/10/2128第28页，本讲稿共42页例：正数溢出的情况X=0100 0000 (64)10 Y=01000001 (65)10 0100 0000补码+0100 0001补码=1000 0001 补码 结果：(127)10，D7c0，D6c 1，溢出6465129，超出了128 D
19、127范围2.3 微型计算机运算基础2022/10/2129第29页，本讲稿共42页2.4 微型计算机系统的组成1.基本概念运算器运算器 控制器控制器 寄存器组寄存器组 内存储器内存储器 总线总线输入输出输入输出接口电路接口电路外部设备外部设备 软件软件微处理器微处理器微型计算机微型计算机微型计算机系统微型计算机系统2022/10/2130第30页，本讲稿共42页2.4 微型计算机系统的组成系统软件：系统软件：DOS/Windows95/98/2000/unix应用软件：应用软件：WPS、Word、Photoshop应用软件应用软件：CAD、MATLAB、LABVIEW微微 处处 理理 器器
20、CPU 存储器存储器(RAM,ROM)I/O接口接口总线总线 硬硬 件件软软 件件微微 型型计算机计算机系系 统统微微 型型计算机计算机(主机主机)外外 设设ALU寄存器寄存器控制部件控制部件键盘、鼠标键盘、鼠标显示器显示器软驱、硬盘、光驱软驱、硬盘、光驱 打印机、扫描仪打印机、扫描仪2022/10/2131第31页，本讲稿共42页2.4 微型计算机系统的组成2.微型计算机硬件软件关系计算机语言系统程序编译系统机器源文件计算机硬件原始数据原始数据和指令和指令计算结果计算结果2022/10/2132第32页，本讲稿共42页2.4 微型计算机系统的组成3.微型计算机系统结构微机系统总线：地址总线、
21、数据总线、控制总线存存储储器器I/O接接口口输输入入设设备备I/O接接口口数据总线数据总线 DB控制总线控制总线 CB地址总线地址总线 AB输输出出设设备备CPU2022/10/2133第33页，本讲稿共42页2.4 微型计算机系统的组成4.微型计算机的总线结构CPUMI/O总线总线单总线单总线CPUM存储器总线存储器总线I/OI/OI/O总线总线双总线双总线 全全局局M 全全局局I/ODMA控制器控制器双重总线双重总线CPU局部局部I/O局部局部M缓冲器缓冲器总线控总线控制逻辑制逻辑局局部部总总线线全局总线全局总线2022/10/2134第34页，本讲稿共42页2.4 微型计算机系统的组成5
22、.微处理器组成运算器：ALU，参加运算的两个操作数：(1)累加器，(2)内部DB(数据总线)、DR（数据寄存器）、RA（寄存器阵列）控制器：指令寄存器IR(instruction register)IP指令译码器ID(instruction decoder)可编程逻辑阵列PLA(programmable logic array)2022/10/2135第35页，本讲稿共42页2.4 微型计算机系统的组成5.微处理器组成内部寄存器：累加器A(accumulator)AX(AH/AL)数据寄存器DR(data register)BX/CX/DX程序计数器PC(program counter)CS/
23、IP 地址寄存器AR(address register)标志寄存器F(flag register)FLAG(PSW)2022/10/2136第36页，本讲稿共42页2.4 微型计算机系统的组成6.微机存储器(内存):存放程序和数据的部件Bit(bit位),每个二进制位Byte(byte),字节,通常为8个bit,bit7bit0Word(word),字，两个byte,16个bit，bit15bit0内存的存储单元（cell）及容量存储单元中bit的位数存储单元的标号-地址(实际地址/物理地址)1KB210 Byte1024 Byte1MB220 Byte1024 KByte1GB230 Byt
24、e1024 MByte2022/10/2137第37页，本讲稿共42页2.4 微型计算机系统的组成6.微机存储器(内存):存放程序和数据的部件1 0 1 1 0 1 1 038F04H内存单元地址内存单元地址存储单元内容.Bit 7 6 5 4 3 2 1 01 1 1 1 0 1 0 0控制逻辑控制逻辑RDWR00000HFFFFFH译译码码电电路路地址总线地址总线CPU2022/10/2138第38页，本讲稿共42页2.5 微型计算机的工作过程7.微机的工作过程是执行程序的过程程序程序指令指令1 1指令指令2 2指令指令3 3指令指令4 4指令指令n n 取指令取指令指令译码指令译码取操作
25、数取操作数执行指令执行指令存结果存结果指令周期指令周期操作码操作码 操作数操作数执行执行取指令取指令指令指令译码译码取操取操作数作数执行指执行指令令存结果存结果2022/10/2139第39页，本讲稿共42页2.5 微型计算机的工作过程3+5=？Int b,MOV AL,3 B003Hb=3,ADD AL,5 0405Hb=b+5 HLTb为变量为变量 AL为寄存器为寄存器(与机型无关与机型无关)（与机型有关）（与机型有关）查指令系统2022/10/2140第40页，本讲稿共42页指令执行过程CBABDBALU累加器累加器ACC暂存器暂存器标志寄存器标志寄存器FR寄存器组寄存器组 操作控制器操作控制器OC指令译码器指令译码器ID指令寄存器指令寄存器IR 操作码操作码,地址码地址码内部总线内部总线地址寄存器地址寄存器数据寄存器数据寄存器程序计数程序计数器器PC地地址址译译码码读控制读控制B0H03H04H05H地址地址1001H1002H1003H内容内容1000H程序存储器程序存储器MOV AL，03HADD AL，05H1CPU外外CPU内内第41页，本讲稿共42页assignment2.22.3 (1).(2)2.8 (1)2.92022/10/2142第42页，本讲稿共42页