微机原理01 微型计算机基础概论

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[例]

X= -52 = -0110100
[X]原=1 0110100
[X]反=1 1001011
65
0的反码：
[+0]反=00000000
[-0]反 =11111111 即：数0的反码也不是唯一的。
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补码
定义：

若X>0， 则[X]补= [X]反= [X]原

若X<0， 则[X]补= [X]反+1
地址 寄存器
内存单元地址 1000FH 内存储器 1000FH 1000FH
地址总线 数 据 总 线
┇
B1H ┇
B1H
“读存储器”命令
冯 • 诺依曼机的特点和不足

特点：

程序存储，共享数据，顺序执行 属于顺序处理机，适合于确定的算法和数值数据的 处理。 与存储器间有大量数据交互，对总线要求很高； 执行顺序有程序决定，对大型复杂任务较困难； 以运算器为核心，处理效率较低； 由PC控制执行顺序，难以进行真正的并行处理。
外设
微机系统
系统软件
软件系统 应用软件
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1. 微处理器

微处理器简称CPU，是计算机的核心。
主要包括： 运算器 控制器
寄存器组
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2. 存储器

定义：

用于存放计算机工作过程中需要操作的数据 和程序。
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有关内存储器的几个概念

内存单元的地址和内容 内存容量


内存的操作
内存的分类
24

25.5 = 11001.1B = 19.8H 11001010.0110101B =CA.6AH
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二、计算机中的编码

BCD码

用二进制编码表示的十进制数

ASCII码

西文字符编码
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1. BCD码

压缩BCD码

用4位二进制码表示一位十进制数 每4位之间有一个空格

扩展BCD码


上例若以偶校验传送，则为 41H。
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二进制数的运算
算术运算
无符号数 二进 制数的运算 有符号数
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逻辑运算
一、无符号数的运算

主要内容：

无符号二进 制数的算术运算 无符号数的表达范围


运算中的溢出问题
无符号数的逻辑运算 基本逻辑门和译码器
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1. 无符号数的算术运算

加法运算

D7位为校验位，默认情况下为0。
要求：

理解校验位的作用 熟悉0---F的ASCII码
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ASCII码的奇偶校验

奇校验

加上校验位后编码中“1”的个数为奇数。 例：A的ASCII码是41H（1000001B）

以奇校验传送则为 C1H（11000001B）

偶校验

加上校验位后 编码中“1”的个数为偶数。
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[例]
+52 = +0110100 = 0 0110100
符号位 真值
-52 = -0110100 = 1 0110100
符号位
真值
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2. 符号数的表示

机器数的表示方法：

原码


反码
补码
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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；
内存单元的地址和内容

内存按单元组织 每单元都对应一个地址，以方便对单元的寻址
单元内容
38F04H
内存地址
10110110
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内存容量

内存容量：

所含存储单元的个数，以字节为单位

内存容量的大小依CPU的寻址能力而定

实地址模式下为CPU地址信号线的位数
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内存操作

读：

将内存单元的内容取入CPU，原单元内容不改变；
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哈佛结构

指令和数据分别存放在两个独立的存储器模块中；
CPU与存储器间指令和数据的传送分别采用两组独立的 总线；

可以在一个机器周期内同时获得指令操作码和操作数。
地址信号 数据信号 程序存储器
CPU
地址信号 数据存储器 数据信号
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二、微机系统组成
主机 硬件系统
CPU 存储器 输入/输出接口 总线
56
74LS138译码器

主要引脚及功能 G1 G2A G2B C B Y0
• • • •
A
Y7
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二、有符号数的表示和运算

机器数及其表示
符号数的表示 有符号数与十进制数的转换 补码的运算和溢出
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1. 机器数

机器数


计算机中的数据
构成：

符号位 + 真值
“ 0” “ 1”
表示正 表示负
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不足：



3. 非冯 • 诺依曼机结构

主要特征

并行性

典型类型

数据流计算机结构
（Dataflow Image Processing System）

哈佛结构
（Harvard Architecture）
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数据流计算机结构

采用数据驱动方式

程序的执行顺序不是由程序计数器控制，而是由指令 间的数据流控制
用8位二进制码表示一位十进制数，每4位之间有一 个空格。
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BCD码与二进制数之间的转换

先转换为十进 制数，再转换二进 制数；反之同 样。 例：


（0001 0001 .0010 0101）BCD =11 .25 =（1011 .01）
B
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2. ASCII码

西文 字符的编码，一般用7位二进 制码表示。

“或”运算：

任何数和“1”相“或”，结果为1。
&
≥1
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“非”、“异或”运算

“非”运算

按位求反

“异或”运算

相同则为0，相异则为1
1
&
≥1
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逻辑关系例

例1
1 1 1 1
？
0

例2：
0 0 0 0
？
0
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4.

译码器
各引脚功能
输入端与输出端关系（真值表）
掌握74LS138译码器


数据缓冲寄存； 信号电平或类型的转换；

实现主机与外设间的运行匹配。
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4. 总线


基本概念
分类
工作原理
常用系统总线标准及其主要技术指标 （具体内容见后续课程）
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5. 软件系统

软件：

为运行、管理和维护计算机系统或为实现某一功能 而编写的各种程序的总和及其相关资料。 操作系统 编译系统 网络系统 工具软件
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4. 符号数的算术运算

5B.8H=5×161+11×160+8×16-1 =80+11+0.5 =91.5
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十进制到非十进制数的转换

到二进制的转换： 对整数：除2取余；
对小数：乘2取整。

到十六进制的转换：
对整数：除16取余；
对小数：乘16取整。
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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 例：
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冯 • 诺依曼计算机体系结构
存储器
输入设备
运算器
输出设备
控制器
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冯 • 诺依曼机的工作过程
内存中的程序 CPU 取出 指令1 指令2 分析 获取操作数 执行 存放结果
程序计 数器PC
地址
┇
指令n
┇
操作数
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冯 • 诺依曼机的工作过程

取一条指令的工作过程：

将指令所在地址赋给程序计数器PC； PC内容送到地址寄存器AR，PC自动加1； 把AR的内容通过地址总线送至内存储器，经地址译码器译码， 选中相应单元。
系统软件
软件
应用软件
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计算机中的数制和编码

数制和编码的表示 各种计数制之间的相互转换
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一、数制
1. 计算机中的常用计数制

十进制（D） 二进制（B） 十六进制（H）
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例：

234.98D或（234.98）D
1101.11B或（1101.11）B ABCD . BFH或（ABCD . BF）
1+1=0（有进位）

减法运算

0-1=1（有借位）


乘法运算
除法运算
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乘除运算例

00001011×0100
=00101100B

00001011÷0100=00000010B 即：商=00000010B
余数=11B
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2. 无符号数的表示范围：
0 ≤ X ≤ 2n-1
若运算结果超出这个范围，则产生溢出。
H
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2. 各种进制数间的转换
非十进制数到十进制数的转换