四川大学电子信息学院微机原理ppt 1概述
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微机原理与接口技术
第一章 微型计算机概述
主要内容
微型计算机发展过程简介
基本概念
计算机中的数的表示方法
微型计算机系统的组成 微型计算机的工作过程
1.微型计算机发展过程
什么是微型计算机？
微型计算机是建立在大规模和超大规模集成电 路的技术基础上的第四代计算机的总称。
构成微机的最重要的部件
② PC+1→PC， 即程序计数器的 内容自动加1变 为02H，为取下 一条指令作准备
① 将程序计数器PC的内容01H送至 地址寄存器AR
⑦ 经过译码已经知道读出的是立 即数，并要求将它送到累加器 AL，故数据寄存器DR通过内部 数据总线将07H送至累加器AL
③ 地址寄存器AR将01H通过地址 总线送至存储器，经地址译码选中 01H单元
04H 0AH
暂 停 HLT
11110100
F4H
微机工作过程－取第1条指令
②当PC的内容已送入地址寄存器 后，PC的内容自动加1,此时 PC=01H。
①指令指针PC的内容（00H） 送至地址寄存器 ⑦因为是取指阶段，取 出的为指令，故DR把 它送至指令寄存器IR, 然后经过译码发出执行 该指令的各种控制命令 ⑥读出的内容经过数据总 线送至数据寄存器 ⑤所选中的00H号单元的内容B0H 读至数据总线上
CPU
I/O 接口
I/O 及 外 部设备
外部设备只有通过I/O接口才能和CPU进行数据交 换
4.2微型计算机软件系统的组成
计算机软件：程序＋数据＋有关文档
计算机软件分类：
系统软件：面向计算机系统的软件，用来组织
计算机各个部分协调工作。
操作系统（Dos、Windows、Unix、Linux） 语言处理系统（机器语言、汇编语言、高级语言、 汇编程序、编译程序、解释程序等）
单板机和单片机 嵌入式系统
2.基本概念
位、字、字长、字节
单板机和单片机
单板机是一种功能简单、价格低廉、专为特殊
应用而将CPU、ROM、RAM、I/O口及其他辅
助电路全部安装在一块电路板上的低档微机
单片机是将CPU、ROM、RAM、I/O口电路全 部集成在一块芯片上，具有基本功能的特殊的 计算机
r R
i
n 1
i
十进制转换成二进制
整数部分除二取余倒排 小数部分乘二取整正排
十进制转换成十六进制，与上雷同，基数变10
3.计算机中数的表示方法
十六（八）进制转换成二进制：对应的十六（八）
进制数用相应的四（三）位二进制代替即可 二进制转换成八（十六）进制：整数部分由小数点 处向左分成3（4）位一组，最后不足3（4）位补0， 小数部分自小数点向右分成每3（4）位一组，最后
中央处理器（CPU），包括控制器＆运算器
1.微型计算机发展过程
微处理器的发展过程
第一代：电子管
第二代：晶体管
第三代：中小规模集成电路
第四代：大规模和超大规模集成电路
2.基本概念
位、字、字长、字节
位是计算机所能表示的最基本最小的数据单元 字是计算机内部进行数据处理的基本单位 字长是每一个字所包含的二进制的位数 字节相邻8位二进制数
⑦因为是取指阶段，取出 的为指令，故DR把它送至 指令寄存器IR,然后经过译 码发出执行该指令的各种 控制命令 ⑥读出的内容经过数据总线送至数 据寄存器 ⑤所选中的02H号单元的内容04H 读至数据总线上
④ CPU发出“读” 命令
微机工作过程－执行第2条指令
⑧累加器AL中的内容送ALU， 且执行加法操作 ②当把PC内容可靠地送至AR以后， PC的值自动加1，指向下一指令单 元
③地址寄存器把地址号00H通过地 址总线送至存储器。经地址译码器 译码，选中00H号单元 ④CPU发出读命令
微机工作过程－执行第1条指令
当DR把第一条指令送至指令寄存 器IR后，经过译码器译码后知道， 这是一条把操作数送至累加器AL 的指令，而操作数在指令的第二个 字节。所以，执行第一条指令就必 须把存储器单元中的第二个字节中 的操作数取出来
应用软件
5微型计算机的工作过程
模型存储器结构
存储单元 单元地址 单元内容
1.5微型计算机的工作过程
冯．诺依曼体系
存储程序、程序控制
指令
即为指定计算机完成某一特定操作的命令，由
二进制编码组成。为方便记忆，常用英文缩写
为指令的助记符号
5微型计算机的工作过程
举例：7＋10＝？ 我们需要做如下工作
十六 进制
B0H 07H
说
明
立即数 MOV AL，07H 取入累 加器
这是一条双字节指令， 把指令第2字节的立 即数07H取入累加器 AL中 这是一条双字节指令， 把指令第2字节的立 即数0AH取与AL中的 内容相加，结果暂存 AL
停止所有操作
加立即 ADD AL，0AH 00000100 00001010 数
①把PC的内容03H送至 AR
⑨相加的结果由ALU输出至累加 器AL中
⑦因由指令译码已知读出 的为操作数，且要与AL中 的内容相加，故数据由DR 通过内部数据总线送至 ALU的另一输入端 ⑥数据通过数据总线送至DR
③AR通过地址总线把地址 03H送至存储器，经过译码， 选中相应的单元
⑤选中的03H存储单元的内容0AH 读出至数据总线 ④ CPU发出“读” 命令
命令和接收的请求信号由控制总线传送。
4.1.2系统总线
采用总线结构形式的优点：
可以减少机器中的信息传送线的根数，从而简 化了系统结构，提高了机器的可靠性 ； 可以方便地对存储器芯片及I/O接口芯片进行扩 充；
缺点：
分时传送操作为代价，降低了系统的工作速度
4.1.3存储器
冯．诺依曼
首先用助记符号指令编写程序，此即源程序 由于机器不能识别助记符号，需要翻译（汇编）
成机器语言指令
将数据和程序通过输入设备送至存储器中存放，
整个程序一共3条指令，5个字节，假设它们存放
在存储器从00H单元开始的相继5个存储单元中
5微型计算机的工作过程－简单程序
名称
助记符
机器码
10110000 00000111
3.计算机中数的表示方法
数的小数点表示方法
计算机中数的表示方法有两种：
定点表示法：小数点位置人为约定，隐含，不
占位置，无需用任何二进制数值来表示。 浮点表示法：小数点位置浮动，不固定。
定点表示法
定点纯小数：约定小数点位置固定在符号
位之后，最高数值位之前。
符号位 尾数S 小数点隐含处
在一种技术制中，表示每个数位上可用字符的 个数称为该计数制的基数 一个数值中每一个数码表示的值还取决于其所 处的位置，即不同的位置具有不同的权 例如：八进制基数为8，十进制基数为10… (111)10中每个位置的1代表的值是不一样的
3.计算机中数的表示方法
数制之间的转换
S
i m
存储程序 程序控制
由CPU访问存储器， CPU对存储器的访问约 占CPU时间的70%左右
存储器分类
存储器根据其位置不同分为内存储器和
外存储器
内存根据工作原理划分为RAM和ROM
4.1.4输入输出接口及外部设备
输入设备：鼠标、键盘、扫描仪、摄像机等
输出设备：显示器、打印机、绘图仪、音响设备等
正数
0
符号位
取原值不变
数值部分
负数
1
符号位
按位取反
数值部分
(54)反＝0 0110110
(-67)反＝1 0111100
3.计算机中数的表示方法
补码：正数的补码与原码相同，Байду номын сангаас数的补码等于
该数的反码加1 (54)补＝0 0110110 (-67)补＝1 0111101
注： 表示范围：
溢出
原码： －127~+127 (10000000=00000000=0) 反码： －127~+127 (10000000=00000000=0) 补码： －128~+127 (-128=10000000)(00000000=0)
原码：最高位为0表示正数，为1表示负数，
其余各位为该数的二进制数值
正数
0
符号位
取原值不变
数值部分
负数
1
符号位
取原值不变
数值部分
(54)原＝0 0110110
(-67)原＝1 1000011
3.计算机中数的表示方法
反码：正数的反码与原码同，负数的反码
是除符号位不变，其余个数值位在原码的 基础上“按位取反”得到
嵌入式系统
2.基本概念
位、字、字长、字节
单板机和单片机
嵌入式系统
嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为
基础，并且软硬件可裁减，适用于应用系统对
功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求 的专用计算机系统。
3.计算机中数的表示方法
计算机中数据、数制以及数的基与权
数制之间的转换
微机工作过程－小节
读(取)指令过程 PC AR
AB
RAM
AB
DB
IR
DB
ID
PLA
读(取)操作数过程
存储器地址
AR
RAM
ALU
寄存器、累加器、ALU
运算过程
累加器、寄存器
I1
I2
存储器、寄存器
AL、R、RAM
4微型计算机系统的组成
微型计算机由硬件（主机、输入输出设备、
电源）和软件（系统软件、用户软件）组 成。
4.1微型计算机硬件系统的组成
微型计算机硬件系统的组成
微机由微处理器、总线、存储器、输入/输出 设备及各种接口模块组成
4.1.1微处理器
微处理器（CPU）
运算器
以累加器为核心
控制器
不足3（4）位补0，然后每段用相应的八（十六）
进制代替即可，小数点位置不变。
3.计算机中数的表示方法
数制中的编码
BCD码：二进制编码的十进制数，即一位10进 制的数用4位2进制编码表示。 字符编码——ASCII码 汉字编码——国标码
3.计算机中数的表示方法
计算机中带符号数的表示方法
⑥ 通过数据总线，把 读出的内容07H送至 数据寄存器DR
⑤ 选中的01H存储单元的内容07H 读至数据总线DB上
④ CPU发出“读”命 令
微机工作过程－取第2条指令
②当PC的内容已送入地址寄存器后， PC的内容自动加1，此时PC=03H
①指令指针PC的内容 （02H）送至地址寄存器
③地址寄存器把地址号02H 通过地址总线送至存储器。 经地址译码器译码，选中 02号单元
（PC,IR,ID,PLA）
寄存器组
4.1.2系统总线
微机在组织形式上采用了总线结构，即各
个部分通过一组公共的信号联系起来，实 现计算机各模块之间以及计算机与外设之 间的数据传输，这组信号线称为系统总线
4.1.2系统总线
总线根据功能划分为3种
地址总线（AB）：用于传送CPU输出的地址 信号，以寻址存储器单元和外设接口。 数据总线（DB）：用于在CPU与存储器和I/O 接口之间传输数据，是双向的，也是三态的。 控制总线（CB）：用于传送各种控制信号，即 用于CPU与其他设备之间的通信，CPU发出的
数的符号表示法和真值
带有数码化的正负号的数称为机器数 习惯上约定机器数的最高位为其符号位，0
表示正数，1表示负数 0 1 0 0 0
正数 符号位
1 0 0
1 1 0 0 0 1 0 0
负数 符号位 数值部分
数值部分
3.计算机中数的表示方法
机器数有3中不同的编码形式：原码、反码、 补码
定点纯整数：约定小数点位置固定在最低
数值位之后。
符号位 尾数S 小数点隐含处
浮点表示法
IEEE标准规定，浮点数可用下述公式表示：
(-1)S2E(b0▽b1b2…bp-1)
规格化形式 (209.125) 10表示成单精度浮点数 尾数 符号位 指数,二进制的数位 b 隐含的小数点的位置 尾数长度，共有p位
i
带偏移量的整数，表示成无符号的整数 S=0,1 (209.125)10=(11010001.001)2=1.1010001001×27
指数为7，加上偏移量127，E＝7＋127＝134 0 10000110 101000100100 S E(8位) b1b2b3b4b5b6b7 … 0000000 … b22b23
数制的编码
计算机中带符号数的表示方法
数的小数点表示方法
3.计算机中数的表示方法
数据
计算机能够处理的信息，如文字、数据、声音、 图形图像等统称为数据。
计算机中的数制
二进制（0，1） 八进制（0~8）、十进制（0~9）、十六进制 （0~9，A~F）
3.计算机中数的表示方法
数制的基与权
第一章 微型计算机概述
主要内容
微型计算机发展过程简介
基本概念
计算机中的数的表示方法
微型计算机系统的组成 微型计算机的工作过程
1.微型计算机发展过程
什么是微型计算机？
微型计算机是建立在大规模和超大规模集成电 路的技术基础上的第四代计算机的总称。
构成微机的最重要的部件
② PC+1→PC， 即程序计数器的 内容自动加1变 为02H，为取下 一条指令作准备
① 将程序计数器PC的内容01H送至 地址寄存器AR
⑦ 经过译码已经知道读出的是立 即数，并要求将它送到累加器 AL，故数据寄存器DR通过内部 数据总线将07H送至累加器AL
③ 地址寄存器AR将01H通过地址 总线送至存储器，经地址译码选中 01H单元
04H 0AH
暂 停 HLT
11110100
F4H
微机工作过程－取第1条指令
②当PC的内容已送入地址寄存器 后，PC的内容自动加1,此时 PC=01H。
①指令指针PC的内容（00H） 送至地址寄存器 ⑦因为是取指阶段，取 出的为指令，故DR把 它送至指令寄存器IR, 然后经过译码发出执行 该指令的各种控制命令 ⑥读出的内容经过数据总 线送至数据寄存器 ⑤所选中的00H号单元的内容B0H 读至数据总线上
CPU
I/O 接口
I/O 及 外 部设备
外部设备只有通过I/O接口才能和CPU进行数据交 换
4.2微型计算机软件系统的组成
计算机软件：程序＋数据＋有关文档
计算机软件分类：
系统软件：面向计算机系统的软件，用来组织
计算机各个部分协调工作。
操作系统（Dos、Windows、Unix、Linux） 语言处理系统（机器语言、汇编语言、高级语言、 汇编程序、编译程序、解释程序等）
单板机和单片机 嵌入式系统
2.基本概念
位、字、字长、字节
单板机和单片机
单板机是一种功能简单、价格低廉、专为特殊
应用而将CPU、ROM、RAM、I/O口及其他辅
助电路全部安装在一块电路板上的低档微机
单片机是将CPU、ROM、RAM、I/O口电路全 部集成在一块芯片上，具有基本功能的特殊的 计算机
r R
i
n 1
i
十进制转换成二进制
整数部分除二取余倒排 小数部分乘二取整正排
十进制转换成十六进制，与上雷同，基数变10
3.计算机中数的表示方法
十六（八）进制转换成二进制：对应的十六（八）
进制数用相应的四（三）位二进制代替即可 二进制转换成八（十六）进制：整数部分由小数点 处向左分成3（4）位一组，最后不足3（4）位补0， 小数部分自小数点向右分成每3（4）位一组，最后
中央处理器（CPU），包括控制器＆运算器
1.微型计算机发展过程
微处理器的发展过程
第一代：电子管
第二代：晶体管
第三代：中小规模集成电路
第四代：大规模和超大规模集成电路
2.基本概念
位、字、字长、字节
位是计算机所能表示的最基本最小的数据单元 字是计算机内部进行数据处理的基本单位 字长是每一个字所包含的二进制的位数 字节相邻8位二进制数
⑦因为是取指阶段，取出 的为指令，故DR把它送至 指令寄存器IR,然后经过译 码发出执行该指令的各种 控制命令 ⑥读出的内容经过数据总线送至数 据寄存器 ⑤所选中的02H号单元的内容04H 读至数据总线上
④ CPU发出“读” 命令
微机工作过程－执行第2条指令
⑧累加器AL中的内容送ALU， 且执行加法操作 ②当把PC内容可靠地送至AR以后， PC的值自动加1，指向下一指令单 元
③地址寄存器把地址号00H通过地 址总线送至存储器。经地址译码器 译码，选中00H号单元 ④CPU发出读命令
微机工作过程－执行第1条指令
当DR把第一条指令送至指令寄存 器IR后，经过译码器译码后知道， 这是一条把操作数送至累加器AL 的指令，而操作数在指令的第二个 字节。所以，执行第一条指令就必 须把存储器单元中的第二个字节中 的操作数取出来
应用软件
5微型计算机的工作过程
模型存储器结构
存储单元 单元地址 单元内容
1.5微型计算机的工作过程
冯．诺依曼体系
存储程序、程序控制
指令
即为指定计算机完成某一特定操作的命令，由
二进制编码组成。为方便记忆，常用英文缩写
为指令的助记符号
5微型计算机的工作过程
举例：7＋10＝？ 我们需要做如下工作
十六 进制
B0H 07H
说
明
立即数 MOV AL，07H 取入累 加器
这是一条双字节指令， 把指令第2字节的立 即数07H取入累加器 AL中 这是一条双字节指令， 把指令第2字节的立 即数0AH取与AL中的 内容相加，结果暂存 AL
停止所有操作
加立即 ADD AL，0AH 00000100 00001010 数
①把PC的内容03H送至 AR
⑨相加的结果由ALU输出至累加 器AL中
⑦因由指令译码已知读出 的为操作数，且要与AL中 的内容相加，故数据由DR 通过内部数据总线送至 ALU的另一输入端 ⑥数据通过数据总线送至DR
③AR通过地址总线把地址 03H送至存储器，经过译码， 选中相应的单元
⑤选中的03H存储单元的内容0AH 读出至数据总线 ④ CPU发出“读” 命令
命令和接收的请求信号由控制总线传送。
4.1.2系统总线
采用总线结构形式的优点：
可以减少机器中的信息传送线的根数，从而简 化了系统结构，提高了机器的可靠性 ； 可以方便地对存储器芯片及I/O接口芯片进行扩 充；
缺点：
分时传送操作为代价，降低了系统的工作速度
4.1.3存储器
冯．诺依曼
首先用助记符号指令编写程序，此即源程序 由于机器不能识别助记符号，需要翻译（汇编）
成机器语言指令
将数据和程序通过输入设备送至存储器中存放，
整个程序一共3条指令，5个字节，假设它们存放
在存储器从00H单元开始的相继5个存储单元中
5微型计算机的工作过程－简单程序
名称
助记符
机器码
10110000 00000111
3.计算机中数的表示方法
数的小数点表示方法
计算机中数的表示方法有两种：
定点表示法：小数点位置人为约定，隐含，不
占位置，无需用任何二进制数值来表示。 浮点表示法：小数点位置浮动，不固定。
定点表示法
定点纯小数：约定小数点位置固定在符号
位之后，最高数值位之前。
符号位 尾数S 小数点隐含处
在一种技术制中，表示每个数位上可用字符的 个数称为该计数制的基数 一个数值中每一个数码表示的值还取决于其所 处的位置，即不同的位置具有不同的权 例如：八进制基数为8，十进制基数为10… (111)10中每个位置的1代表的值是不一样的
3.计算机中数的表示方法
数制之间的转换
S
i m
存储程序 程序控制
由CPU访问存储器， CPU对存储器的访问约 占CPU时间的70%左右
存储器分类
存储器根据其位置不同分为内存储器和
外存储器
内存根据工作原理划分为RAM和ROM
4.1.4输入输出接口及外部设备
输入设备：鼠标、键盘、扫描仪、摄像机等
输出设备：显示器、打印机、绘图仪、音响设备等
正数
0
符号位
取原值不变
数值部分
负数
1
符号位
按位取反
数值部分
(54)反＝0 0110110
(-67)反＝1 0111100
3.计算机中数的表示方法
补码：正数的补码与原码相同，Байду номын сангаас数的补码等于
该数的反码加1 (54)补＝0 0110110 (-67)补＝1 0111101
注： 表示范围：
溢出
原码： －127~+127 (10000000=00000000=0) 反码： －127~+127 (10000000=00000000=0) 补码： －128~+127 (-128=10000000)(00000000=0)
原码：最高位为0表示正数，为1表示负数，
其余各位为该数的二进制数值
正数
0
符号位
取原值不变
数值部分
负数
1
符号位
取原值不变
数值部分
(54)原＝0 0110110
(-67)原＝1 1000011
3.计算机中数的表示方法
反码：正数的反码与原码同，负数的反码
是除符号位不变，其余个数值位在原码的 基础上“按位取反”得到
嵌入式系统
2.基本概念
位、字、字长、字节
单板机和单片机
嵌入式系统
嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为
基础，并且软硬件可裁减，适用于应用系统对
功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求 的专用计算机系统。
3.计算机中数的表示方法
计算机中数据、数制以及数的基与权
数制之间的转换
微机工作过程－小节
读(取)指令过程 PC AR
AB
RAM
AB
DB
IR
DB
ID
PLA
读(取)操作数过程
存储器地址
AR
RAM
ALU
寄存器、累加器、ALU
运算过程
累加器、寄存器
I1
I2
存储器、寄存器
AL、R、RAM
4微型计算机系统的组成
微型计算机由硬件（主机、输入输出设备、
电源）和软件（系统软件、用户软件）组 成。
4.1微型计算机硬件系统的组成
微型计算机硬件系统的组成
微机由微处理器、总线、存储器、输入/输出 设备及各种接口模块组成
4.1.1微处理器
微处理器（CPU）
运算器
以累加器为核心
控制器
不足3（4）位补0，然后每段用相应的八（十六）
进制代替即可，小数点位置不变。
3.计算机中数的表示方法
数制中的编码
BCD码：二进制编码的十进制数，即一位10进 制的数用4位2进制编码表示。 字符编码——ASCII码 汉字编码——国标码
3.计算机中数的表示方法
计算机中带符号数的表示方法
⑥ 通过数据总线，把 读出的内容07H送至 数据寄存器DR
⑤ 选中的01H存储单元的内容07H 读至数据总线DB上
④ CPU发出“读”命 令
微机工作过程－取第2条指令
②当PC的内容已送入地址寄存器后， PC的内容自动加1，此时PC=03H
①指令指针PC的内容 （02H）送至地址寄存器
③地址寄存器把地址号02H 通过地址总线送至存储器。 经地址译码器译码，选中 02号单元
（PC,IR,ID,PLA）
寄存器组
4.1.2系统总线
微机在组织形式上采用了总线结构，即各
个部分通过一组公共的信号联系起来，实 现计算机各模块之间以及计算机与外设之 间的数据传输，这组信号线称为系统总线
4.1.2系统总线
总线根据功能划分为3种
地址总线（AB）：用于传送CPU输出的地址 信号，以寻址存储器单元和外设接口。 数据总线（DB）：用于在CPU与存储器和I/O 接口之间传输数据，是双向的，也是三态的。 控制总线（CB）：用于传送各种控制信号，即 用于CPU与其他设备之间的通信，CPU发出的
数的符号表示法和真值
带有数码化的正负号的数称为机器数 习惯上约定机器数的最高位为其符号位，0
表示正数，1表示负数 0 1 0 0 0
正数 符号位
1 0 0
1 1 0 0 0 1 0 0
负数 符号位 数值部分
数值部分
3.计算机中数的表示方法
机器数有3中不同的编码形式：原码、反码、 补码
定点纯整数：约定小数点位置固定在最低
数值位之后。
符号位 尾数S 小数点隐含处
浮点表示法
IEEE标准规定，浮点数可用下述公式表示：
(-1)S2E(b0▽b1b2…bp-1)
规格化形式 (209.125) 10表示成单精度浮点数 尾数 符号位 指数,二进制的数位 b 隐含的小数点的位置 尾数长度，共有p位
i
带偏移量的整数，表示成无符号的整数 S=0,1 (209.125)10=(11010001.001)2=1.1010001001×27
指数为7，加上偏移量127，E＝7＋127＝134 0 10000110 101000100100 S E(8位) b1b2b3b4b5b6b7 … 0000000 … b22b23
数制的编码
计算机中带符号数的表示方法
数的小数点表示方法
3.计算机中数的表示方法
数据
计算机能够处理的信息，如文字、数据、声音、 图形图像等统称为数据。
计算机中的数制
二进制（0，1） 八进制（0~8）、十进制（0~9）、十六进制 （0~9，A~F）
3.计算机中数的表示方法
数制的基与权