MCU1

微机原理及应用
李 策 课程QQ群：109826207 Email: lice@ 兰州理工大学 电信学院 2015. 03
课程目标
1 2 3 4 微型计算机的基本工作原理 汇编语言程序设计方法 微型计算机接口技术 建立微型计算机系统的整体概念， 形成微机系统软硬件开发的初步能 力。通过课程设计得以强化。
1946年由美国宾夕法尼亚大学研制 ENIAC（Electronic Numerical Integrator And calculator），运算速度 5000 次/秒，功耗150kw/h，占地170m2 ，造价100万美元。
计算机的两个发展方向：
研制高速度、强功能的巨型机和大型机 适应军事和尖端科学的需要。 研制价格低廉的超小型机和微型机 开拓应用领域和占领更广大的市场。
i m i D 10 i n 1
2. 二进制
特点：以2为底，逢2进位； 只有0和1两个符号。 表示：用B表示。
(B)2 Bn1 2n1 Bn2 2n2 B0 20 B1 21 Bm 2m
im i B 2 i n1
微机原理及应用
第一章 微型计算机概论
§1-1 计算机基础知识
一、计算机分类
根据其技术、功能、体积大小、价格和性能分为四类
微型计算机也称为个人计算机（PC），是家庭和小型 企业中最常见的。 小型机比微型机稍大并可以为多个用户执行任务。 大型机体积庞大、速度快并且非常昂贵，一般用于为 企业或政府的大量数据提供集中的存储、处理和管理 。 巨型机主要用于大型计算任务，如天气预报、分子模 型和密码破译。
成绩考核
期末考试 70% + 平时(考勤、作业) 15% +实验成绩15%
课堂协定
！请同学们不要迟到；课程准时开始。 ！记笔记只记课件上没有的。 ！欢迎课堂提问。 • 如果你在课中有不理解的问题，请提问，因为其 他同学也可能正在苦苦思索。
课程内容不会面面俱到，只讲述基础、核心、重点的内容。
字符的编码，一般用7位二进制码表示。在需要时 可在D7位加附加位，用于奇偶校验。 7 6 5 4 3 2 1 0 0~9 ：30H~39H A~Z：41H~5AH a~z ：61H~7AH
ASCII码的校验
奇校验 加上校验位后编码中“1”的个数为奇数。 偶校验 加上校验位后编码中“1”的个数为偶数。 例： A的ASCII码 41H（1000001）B 以奇校验传送则为C1H（11000001）B 以偶校验传送则为 41H 01000001）B
符号二进制数与十进制的转换 对用补码表示的二进制数：1）求出真值 2）进行转换 将一个用补码表示的二进制数转换为十进制数。 [X]补=0 0101110B 真值为：0101110B
正数
所以：X=+46 [X]补=1 1010010B
负数
真值不等于：-1010010B
而是：X=[[X]补]补=[11010010]补= - 0101110 = - 46
三、微型计算机的特点
功能强 可靠性高 价格低廉 适应性强 体积小、重量轻、耗电省 维护方便
四、微型计算机的应用领域 科学计算 自动控制 测量和测试 信息处理 教育和卫生 家用电器 人工智能
从以上这些应用领域我们可以看出，微型机实际 上在朝着两个方向发展： 一方面就是用于“非嵌入式系统”的独立计算机， 也就是个人机、工作站等； 另一方面就是用于一些工业控制、家用电器、通信 产品、汽车、航空航天、智能仪表等一些嵌入式系 统的微型机。主要就是8位机、16位机。
参考资料
Intel 微处理器全系列：结构、编程与接口（第五 微型计算机技术及应用—从16位到32位 微型计算机原理与接口技术
姚燕南主编，，高等教育出版社，2004 版）[美]Barry B. Brey著 金惠华等译 电子工业出版社
（第二版）戴梅萼、史嘉权编著 清华大学出版社
中国期刊网
符号数与无符号数是人为规定的。微机运算时 本身并不区分有无符号。 二进制数 10000100 和 00001110 ，当规定 它们是不带符号的数时，则它们分别表示(132) 10 和(14) 10。将这两个二进制数相加： 10000100 + 00001110 10010010 =(146)
D
而认为有符号数时(-124)D +(+14)D=(-110)D
补码
对一个机器数X： 若X>0， 则[X]补= [X]反= [X]原 若X<0， 则[X]补= [X]反+1 8位数0的补码：[+0]补= [+0]原=00000000 [- 0]补= [-0]反+1 = 1 1111111+1 =1 0 0000000
特殊数10000000
该数在原码中定义为： -0 在反码中定义为： -127 在补码中定义为： -128 对无符号数，（10000000）B=128
i m i H 16 i n 1
二、各种进制数间的转换
1. 非十进制数到十进制数的转换： 按相应的权表达式展开
各种进制数间的转换 2.十进制到非十进制数的转换
对二进制的转换： 对整数：除2取余，直至商为零； 对小数：乘2取整，直至小数部分为零。 对十六进制的转换： 对整数：除16取余，直至商为零； 对小数：乘16取整，直至小数部分为，再转换二进制数；反之同样。 例：（0001 0001 .0010 0101）BCD =11 .25 =（1011 .01） B
BCD码加法（有进位，逢十进一） BCD码减法（有借位，借一当十）
ASCII码---美国标准信息交换码的简称 (America Standard Code For Information-Interchange)
§1-2 数与数制
了解：各种计数制的特点及表示方法； 掌握：各种计数制之间的相互转换。 一、 数制 十进制 二进制 十六进制 八进制
1. 十进制
特点：以十为底，逢十进一； 共有0-9十个数字符号。 表示：用D代表。
D Dn1 10n1 Dn2 10n2 D0 100 D1 101 Dm 10 m
原码表示的整数范围是： -（2
n-1-1）~
+（2n-1-1）
8位数：-127~ +127（11111111~01111111） 反码表示的整数范围是：-（2n-1-1）~ +（2n-1-1） 8位数：-127~ +127（10000000~01111111） 补码表示的整数范围是： - 2n-1 ~ +（2n-1-1） 8位数：-128~ +127（10000000~01111111）
原码：
最高位为符号位，用“0”表示正，用“1”表 示负；其余为真值部分。 优点： 真值和其原码表示之间的对应关 系简单，容易理解； 缺点： 计算机中用原码进行加减运算比 较困难，0的表示不唯一。
8位数0的原码：[+0]原=0 0000000 [-0]原=1 0000000
反码
对一个机器数X： 若X>0 ，则 [X]反=[X]原 若X<0， 则 [X]反= 对应原码的符号位不变， 数值部分按位求反 8位数0的反码： [+0]反=0 0000000 [- 0]反=1 1111111
本章重点、难点
A 各种数制之间的 转换
B 数的原码、反 码、补码表示
C 补码算术运算

微处理器发展史
第一代微处理器 (1971-1973) 第二代微处理器 (1974-1977) 第三代微处理器 ( 1978-1984) 第四代微处理器 (1985-1993) 第五代微处理器 (1993-2005) 第五代微处理器 (2005-至今) 4004（4位CPU）及8008（8位CPU） 8080、8085（Intel公司）、Z80（Zilog公司）、 6800（Motorola公司） 8086 、8088（Intel公司）、Z8000（Zilog公司）、 68000（Motorola公司） 80386、80486 （Intel公司） Pentium（Intel公司）、Power PC （Apple和 Motorola合作 ）Pentium Pro、MMX Pentium和 Pentium系列 （Intel公司）、AMD-K6等 酷睿（CORE i x）系列微处理器
3. 符号数的算术运算
通过引进补码，可将减法运算转换为加法运算。 即：[X+Y]补=[X]补+[Y]补 [X-Y]补=[X+(-Y)]补 =[X]补+[-Y]补
符号数运算中的溢出问题
两个带符号二进制数相加或相减时，若最高位进位 次高位进位＝1，则结果产生溢出。 若：X=01111000， Y=01101001 则：X+Y= 01111000
3. 十六进制
特点：有0--9及A--F共16个数字符号， 逢16进位。 表示：用H表示。
( H )16 H n 1 16n 1 H n 2 16n 2 H 0 160 H 1 161 H m 16 m
各种进制数间的转换
3.二进制与十六进制间的转换 用4位二进制数表示1位十六进制数 4.二进制与八进制间的转换 用3位二进制数表示1位八进制数
三、二进制数的运算
加法运算 算术运算 无符号数 减法运算 乘法运算 除法运算
逻辑运算(与、或、非、异或) 有符号数
1. 无符号数运算
对加法：1+1=0（有进位，逢二进一） 对减法：0-1=1（有借位，借一当二） 对二进制数，乘2相当于左移一位 除以2相当于右移一位 十六进制加法（有进位，逢十六进一） 十六进制减法（有借位，借一当十六）