《微机原理与接口技术》讲稿1-3章

《微机原理与接口技术》讲稿张永林，20151《微机原理与接口技术》讲稿开课前准备：了解教学班级基本情况。开课前联系教学班级辅导员，了解学生对大学计算机基础、计算机程序设计、数字电子技术、模拟电子技术等先修课程的掌握情况，了解教学班级班风、学风情况，尤其是需要特别关注的学生。第1讲（第一章1）教学内容1．课程简介2．计算机中数值数据的表示（原码、反码和补码）基本要求1.了解本课程的教学目标、教学内容、教学要求及考核方法。2．熟练掌握有符号数的表示方法；掌握补码运算的特点和基本法则；掌握溢出的判别方法。相互认识点名，确认选修学生名单无误；留下班长、学习委员联系方式；所有学生必须进入本课程教学交流QQ群。课程引入计算机软硬件技术应用日益广泛：计算机控制系统（数字控制、集散控制、分布控制），智能系统（智能建筑、智能交通、智慧城市……），智能设备（智能家电、智能手机、智能仪器……）；数字化、信息化；物联网；大数据；工业4.0；……课程简介1.课程基本情况学分/学时：4.5/72课程类別：必修/专业基础，考试先修课程：大学计算机基础、计算机程序设计、数字电子技术、模拟电子技术等后续课程：单片机与嵌入式系统、DSP原理及应用等教学安排及方式：本课程理论教学48学时，实验24学时。理论授课20-22次，课堂练习与讨论1-2次、课程复习与总结1次，必做课内实验8个，同时安排微型计算机系统、微机系统中的总线、DMA控制器、USB串行接口、Pentium微处理器等内容自学。此外，本课程单独设置了1.5W的课程设计环节。其他：电子信息类专业的学科基础课，涉电各工程类专业的必修课，研究生入学考试的《微机原理与接口技术》讲稿张永林，20152可选专业课，计算机等级考试的主要内容（江苏省三级偏硬）2.课程教学目标（1）使学生掌握微型计算机的逻辑结构、工作原理、典型CPU的指令系统、存储器扩展及其典型接口电路等知识。（毕业要求1）（2）使学生初步掌握汇编语言程序设计的基本方法，初步掌握微机与输入输出设备的典型接口电路，初步具备微机应用系统的分析能力。（毕业要求2）（3）使学生掌握微机实验的基本技能，初步具备进行微机应用系统软、硬件设计开发的能力。（毕业要求3）（4）使学生了解微机系统发展的新技术和新知识。（毕业要求1）3．课程教学要求本课程的教学强调理论与实践相结合。要通过理论学习、实验运用、课堂讨论、课后练习等教学环节，使学生获得知识运用能力、实验分析能力和工程设计的能力。教学中不拘于抽象的理论，而应加强实例分析，启发学生的独立思考和自主分析。教学中还应结合授课内容，安排必要的复习思考题，以便学生能够巩固学习成果。4．课程考核课程考核分平时、实验和期末考试三部分：平时考核：包括到课情况、课堂回答问题与讨论情况、每章的复习思考题、网络学习与互动情况等，占总成绩的30%。平时考核不合格不得参加期末考试。实验考核：包括实验准备、实验实施与效果、实验报告等，占总成绩的10%。实验考核不合格不得参加期末考试。期末考试：采用闭卷笔试形式，具体要求见本课程考试大纲。期末成绩占总成绩的60%。对期末考试可能尝试采用以下方式替代（考核方式改革探索）：（1）微机应用系统设计方案；（2）微机应用作品实物或Proteus仿真；（3）可以证明达到课程教学目标的其他方式。改革尝试考核包括两个部分：第一部分为设计方案或作品实物（仿真），占60%。前者必须上交详细设计方案，方案应包括系统结构图、硬件原理图、软件功能图、程序流程图及程序清单；后者的（仿真）作品实物应能够演示，并上交完整的设计报告和演示视频；方式（3）必须上交报告，报告中必须充分证明自己已经达到本课程教学目标。第二部分为答辩，占40%。主要陈述如果通过系统设计或作品研制达成了本课程教学目标，并回答老师问题；答辩老师应关注学生设计方案或作品中未涉及到的大纲中要求的知识点及其应用。答辩必须保留记录。5.学时分配第一章基础知识4（讲授4）第二章系统结构4（讲授4）第三章指令系统11（讲授8,实验3）第四章程序设计12（讲授6,实验6）第五章存储器组织7（讲授4，实验3）第六章I/O接口9（讲授6,实验3）《微机原理与接口技术》讲稿张永林，20153第七章中断/定时9（讲授6，实验3）第八章模拟接口7（讲授4，实验3）第九章串行接口7（讲授4，实验3）自学:讲授＝1:1＝46学时，不定期抽查，计入平时成绩§1.1计算机中数值数据的表示☆§1.1.1进位计数制及其相互转换1.进位计数制指用数字符号排列成数位，按由低到高的进位方法进行计数。涉及到数码、位权、基数。数码：各数位中允许选用的数字符号位权：每个数位赋予一定的位值基数：计数制中所允许选用的数码个数（1）十进制数码：0～9十个不同的数字符号基数：10计数规则：逢10进1，即9+1=10权：以10为底的幂。如10-1、101等数码的数值取决于它在数中的位置例：十进制数333，最左边的3代表数值300，权值为102，中间的3代表数值30，权值为101，最右边的3代表数值3，权值为100。（2）二进制数码：只有0和1两个数字符号基数：2计数规则：逢2进1，即1+1=10权：以2为底的幂。如2-1、21等每个数码的数值取决于它在数中的位置例：二进制数11.1，最左边的1代表数值2，权值为21，中间的1代表数值1，权值为20，最右边的1代表数值0.5，权值为2-1（3）八进制数码：有0～7八个数字符号基数：8计数规则：逢８进1，即7+1=10权：以8为底的幂。如8-1、81等每个数码的数值取决于它在数中的位置《微机原理与接口技术》讲稿张永林，20154例：八进制数44.4，最左边的4代表数值32，权值为81，中间的4代表数值4，权值为80，最右边的4代表数值0.5，权值为8-1（3）十六进制数码：有0～9、A～F十六个数字符号基数：16计数规则：逢16进1，即F+1=10权：以16为底的幂。如16-1、161等每个数码的数值取决于它在数中的位置例：十六进制数AA.A，最左边的A代表数值160，权值为161，中间的A代表数值10，权值为160，最右边的A代表数值0.625，权值为16-1。结论任何一个进位计数制数N=Dn-1Dn-2…D1D0D-1D-2…D-m都可以展开为：N=Dn-1×Rn-1+Dn-2×Rn-2+…+D1×R1+D0×R0+D-1×R-1+D-2×R-2+…+D-m×R-m其中，Di为0~R-1中的任何一个数，R为基数，Ri为权值。２．不同进制数的表示（１）用大写字母表示二进制用B（Binary）、八进制用Q（Octal）、十进制用D（Decimal）、十六进制用H（Hexadecimal）例：1010B=10D=12Q=0AH一般十进制数后可以省略不写。编程时只能采用这种表示方法。（２）用括号加数字表示例：(1010)2=(10)10=(12)8=(0A)163.数制间的相互转换☆★（１）二、八、十六进制数→十进制数方法：按权展开例：(1101.011)2=1×23+1×22+0×21+1×20+0×2-1+1×2-2+1×2-3=8+4+0+1+0+0.25+0.125=(13.375)10(276)8=2×82+7×81+6×80=(190)10(A3F)16=10×162+3×161+15×160=(2623)10（2）十进制数→二、八、十六进制数将整数部分与小数部分分别转换①整数部分：除基取余，先低后高《微机原理与接口技术》讲稿张永林，20155采用辗转相除法，用基数不断去除要转换的十进制数，直至商为0，将各次计算所得的余数，按最后的余数为最高位，第一次余数为最低位，依次排列，即得转换结果。②小数部分：乘基取整，先高后低采用乘基数取整数方法，即不断用2、8或16去乘需转换的十进制小数，直到满足要求的精度或小数部分等于0为止，然后取每次乘积结果的整数部分，以第一次取整为最高位，依次排列，可得到转换结果。例：求对应于(226.625)10的二进制数。分析：本题中十进制数既有整数部分又有小数部分，应先分别加以转换，然后再合并在一起得到最后结果。因为(226)10=(11100010)2(0.625)10=(0.101)2所以(226.625)10=(11100010.101)2（3）二进制数→八、十六进制数①二进制数→八进制数：整数向左，小数向右，三位合一，不足补0《微机原理与接口技术》讲稿张永林，20156按小数点为界，整数部分向左、小数部分向右，每3位为一组用一位八进制数表示，即“三合一”，位数不够时用“0”补。例:(100010011.011101)2=(423.35)8②二进制数→十六进制数：整数向左，小数向右，四位合一，不足补0按小数点为界，整数部分向左、小数部分向右，每4位为一组用一位十六进制数表示，即“四合一”，位数不够时用“0”补。（4）八、十六进制数→二进制数①八进制数→二进制数用3位二进制数替换每位八进制数，即“一扩三”，若整数的最高位为0，小数的最末位，可以省去。例:(264.54)8=(010110100.101100)2=(10110100.1011)2②十六进制数→二进制数用4位二进制数替换每位十六进制数，即“一扩四”，若整数的最高位为0，小数的最末位，可以省去。例：(7F.C4)16=(01111111.11000100)2=(1111111.110001)2§1.1.2计算机中数的表示1.机器数与真值机器数：一个数在计算机中的表示形式，即二进制代码如：10010、11001100等。真值：一个机器数所表示的数值如：+10、-29、+1011等。无符号数：全部有效位都用来存放数据。有符号数：数的最高位是符号位，正数用“0”表示，负数用“1”表示。2.有符号数的表示方法原码：数真值形式中的“+”,“-”号用0,1表示，数据本身用机器数表示。反码：负数的反码形式在原码基础上，符号位不变，其余位按位求反；正数的反码形式与原码相同。★补码：负数的补码形式由反码加1求得；正数的补码形式与原码相同。正数：[X]反=[X]补=[X]原负数：[X]补=[X]反+1[[X]反]反=[X]原[[X]补]补=[X]原求补码的方法①[X]补＝[X]反＋1；负数[X]补＝[X]反；正数②[X]补＝K＋X；K模《微机原理与接口技术》讲稿张永林，20157例如：1）钟表模为122）8位二进制模＝28＝2563）电表（4位）模＝104＝10000③直接求补法——负数（二进制）*[－X]补＝[[X]补]变补例：[＋36]原＝00100100B[－36]补＝11011100B说明：变补是一种运算，不是一种码制。具体操作是：不论[X]补是正还是负，连其符号位一起变反，末尾加1。例：设字长为8，X的十进制数为+85，Y的十进制数为-85，求[X]原，[X]反，[X]补，[Y]原，[Y]反，[Y]补。解：[X]原=01010101，[Y]原=11010101X为正数[X]反=[X]补=[X]原=01010101Y为负数[Y]反=10101010[Y]补=10101011课后思考：0的原码、反码、补码?下讲提问：1.十进制数如何转换成非十进制数；2.原码、反码、补码的概念及相互关系。《微机原理与接口技术》讲稿张永林，20158第2讲（第一章2）教学内容1．计算机中数值数据的表示（定点数和浮点数）2．计算机中常用编码（BCD码、ASCII码、汉字编码）3．计算机运算基础4．微型计算机系统的基本组成（自学）基本要求1．掌握定点数、浮点数的特点、表示方法及其运算。2．了解BCD和ASCII码，理解BCD码加法的调整。3．理解微型计算机系统的硬件组成和软件作用。上一讲内容回顾提问上一讲留下的思考题与问题，检查上一讲教学效果。继续第一章教学内容讲授§1.1计算机中数值数据的表示(续)☆§1.1.2计算机中数的表示3.定点数与浮点数★定点数：小数点在数中的位置固定不变的数通常有两种简单约定：※小数点在最高数位之前，符号位之后，这种约定参与运算的数是纯小数；※小数点在