机械电子工程学院

机械电子工程学院刘民岷1学时：64理论教学＋16实验（课外上机16）学分：5最终成绩构成：期中20％＋平时10％＋实验10％＋期末60％先修课程：《数字逻辑电路》_______________________________________教师：刘民岷电话：83202575(O)88872422(H)答疑：周一晚7:00主楼西315微型计算机系统原理及接口技术机械电子工程学院刘民岷2内容简介•一、概述（4学时）•二、微处理器与系统结构（10学时）•三、80X86指令系统（8学时）•四、宏汇编语言设计（8学时）•五、存储器（6学时）机械电子工程学院刘民岷3•六、微机接口基础（6学时）•九、微机接口芯片及应用（12学时）•七、中断（4学时）•八、系统总线与接口技术（4学时）•复习/习题（2学时）内容简介机械电子工程学院刘民岷4第一章概述1.1信息在计算机中的表示1.2微机发展概况1.3微机系统工作原理1.4微机硬件1.5微机软件1.6嵌入式系统机械电子工程学院刘民岷51.1信息在计算机中的表示——在计算机内部用二进制数以不同形式编码表示和存储信息。1.1.1机器数与真值用“+”和“-”表示符号的带符号数称为真值。用“0”和“1”表示符号的带符号二进制（Binary）数称为机器数。机器数除了可以写成二进制的形式外，通常也写成十六进制（Hex）的形式。机械电子工程学院刘民岷6附十进制数、二进制数与十六进制数DecimalBinaryHexDecimalBinaryHex000000810008100011910019200102101010A300113111011B401004121100C501015131101D601106141110E701117151111F机械电子工程学院刘民岷71.1.2计算机中的数据类型位b（bit）、字节B（Byte）、字W（Word）、双字DW（DoubleWord）、四字QW（QuardWord）1bit=1个二进制位1Byte=8bit1Word=2Byte1DoubleWord=2Word=4Byte1QuardWord=4Word……0110110001111110101011001111000001010011bit(1B)Byte(53H)Word(0F053H)DoubleWord(7EACF053H)Quardword低字节高字节高字低字数据类型的低字节存放在较低地址处！！机械电子工程学院刘民岷81.1.3原码、反码与补码计算机中带符号数的表示对于带符号数，最高位为符号位，余下的二进制数位表示数值。符号位用“0”表示正数，用“1”表示负数。(2n–1)为n个1，(2n–1)-|x|为|x|的反码，所以求负数的补码可按“按位取反，末位加1”的方法进行。[x]补=x2n-|x|(x0)x=0微机中用补码表示带符号数利用补码将减法运算转化为加法运算：X=[[X]补]补[X+Y]补=[X]补+[Y]补[X-Y]补=[X]补+[-Y]补机械电子工程学院刘民岷9机器数的三种编码形式•原码•反码•补码0XXXX10XXXX01n211n21，，设X=(+-)X1,X2,…,Xi,…,Xn-1，其中Xi为一位二进制数，i=1,2,…,n-1。则[X]原0XXXX10XXXX01n211n21，，0X1XXX10XXXX01n211n21，，时，时，0X2X212X0Xnnn机械电子工程学院刘民岷108位二进制数十六进制数无符号数原码补码反码0000000000H0+0+0+00000000101H1+1+1+10000001002H2+2+2+2····································011111017DH125+125+125+125011111107EH126+126+126+126011111117FH127+127+127+1271000000080H128-0-128-1271000000181H129-1-127-1261000001082H130-2-126-125····································11111101FDH253-125-3-211111110FEH254-126-2-111111111FFH255-127-1-0机械电子工程学院刘民岷11补码的好处•由于补码具有运算过程简单、效率高、硬件电路结构简单和便于实现各种运算等优点，计算机系统中的带符号数通常都采用补码表示法X=[[X]补]补[X+Y]补=[X]补+[Y]补[X-Y]补=[X]补+[-Y]补机械电子工程学院刘民岷121.1.4定点数与浮点数定点数—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）浮点数的表示方法（IEEE）SE1E2E3E4…Eib1b2b3b4…bp-1符号指数尾数(-1)S2E(b0b1b2b3…bp-1)S=0正数S=1负数小数点位置与b0=1省略机械电子工程学院刘民岷13微机系统的三种浮点数类型（IEEE）浮点数中的参数单精度浮点数双精度浮点数扩充精度浮点数浮点数长度32位64位80位尾数长度p23位52位64位符号位S1位1位1位指数长度E8位11位15位最小指数-126-1022-16382最大指数+127+1023+16383指数的偏移量值+127+1023+16383【例1.3】将十进制数219.125表示成单精度浮点数。（P5）219.125D=11011011.001B=1.101101100127E=7+127=134=10000110B。得到二进制表示的规格化的浮点数形式：尾数（共23位），包括隐含的b0共24位指数符号01000011010110110010000000000000机械电子工程学院刘民岷141.1.5计算机中常用码制1．BCD码（BinaryCodedDecimal）用二进制编码表示十进制数称为BCD码。一位十进制数需要用4位二进制编码表示。例如(0100100101111000.000101001001)BCD(4978.149)D压缩BCD码：一个字节表示两位十进制数非压缩BCD码：一个字节表示一位十进制数（使用低四位）2.ASCII码美国国家信息交换标准代码ASCII（AmericanStandardCodeforInformationInterchange）已成为计算机字符编码的国际标准。机械电子工程学院刘民岷15012345670NULDLESP0@P`P1SOHDC1!1AQaQ2STXDC2“2BRbR3ETXDC3#3CScS4EOTDC4$4DTdT5ENQNAK%5EUeU6ACKSYN&6FVfV7BELETB‘7GWgW8BSCAN(8HXhX9HTEM)9IYiYALFSUB*:JZjZBVTESC+;K[k{CFFFS,L\l|DCRGS-=M]m}ESORS.N^n~FSIUS/?O_oDELNUL空SOH标题开始STX正文结束ETX本文结束EOT传输结束ENQ询问ACK承认BEL报警符BS退格HT横向列表LF换行VT垂直制表FF走纸控制CR回车SO移位输出SI移位输入SP空格DLE数据链换码DC1设备控制1DC2设备控制2DC3设备控制3DC4设备控制4NAK否定SYN空转同步ETB信息组传送结束CAN作废EM纸尽SUB减ESC换码FS分隔符GS组分隔符RS记录分隔符US单元分隔符DEL作废机械电子工程学院刘民岷163.中文编码中文字符用二个字节表示，每个字节的最高位置1，余下的14位表示字符，构成汉字内码(GB2312-80)。汉字内码是对汉字的唯一标识。汉字输入码各种输入法所采用的汉字编码统称为输入码汉字内码输入的汉字在机器中必须转换为统一的机内码汉字输出码用于输出汉字字型的点阵编码机械电子工程学院刘民岷171.2微机发展概况•第一台数字式电子计算机：ENIAC–1946年2月，宾夕法尼亚尼亚大学莫尔学院物理学博士莫克利和电气工程师埃克特•冯·诺依曼体系–1944，参加改进ENIAC的系列专家会议，研究新型计算机系统结构–其执笔的报告中，提出新型计算机体系结构–该体系结构沿用至今•电子计算机之父：•冯·诺依曼(J.VonNeumann)(1913-1954)，美籍匈牙利人•与爱因斯坦一起被聘为普林斯顿大学高等研究院的第一批终身教授机械电子工程学院刘民岷18阿兰·图林——真正的计算机之父•1912年6月23日出生于英国伦敦，发明图林机；•图林把证明数学题的推导过程，转变成为一台自动机器的运行过程后，不仅证明了这一数学难题，而且用“万能计算机”的设想，从理论上证明了制造出通用计算机的可能性。他的“万能计算机”就是现代通用计算机的一种模型，这种机器只要为它编好程序，就可以承担其他机器能做的任何工作；•1954年6月8日清晨，阿兰的女管家发现阿兰死在自己的床上。床头柜上有个吃了一半的苹果……•目前，计算机界仍有个一年一度“图林奖”，由美国计算机学会（ACM）颁发给世界上最优秀的电脑科学家，它就像科学界的诺贝尔奖那样，是电脑领域的最高荣誉。机械电子工程学院刘民岷19现代电子计算机之父--巴贝奇•查尔斯巴贝奇（CharlesBabbage）（1792-1871），设计了差分机（DifferenceEngine）和分析机（AnalyticalEngine）。•1822年设计出分析机，分析机是一种机械式计算装置，有三个主要部分：–第一部分是由许多轮子组成的保存数据的存储库；–第二部分是运算装置；–第三部分是对操作顺序进行控制并能选择所需处理的数据以及输出结果的装置。•巴贝奇还把程序控制的思想引入了分析机，它的设想是采用穿孔卡片把指令存到存储库中，机器根据穿孔卡片上孔的图形确定该执行什么指令，并自动运算。•分析机的结构、设计思想把现代计算机的结构、设计思想提了出来，可以说是现代通用计算机的雏形。机械电子工程学院刘民岷20世界第一位程序员——阿达•阿达奥古斯塔（AdaAugusta）（1815-1852），英国著名诗人拜伦的女儿•巴贝奇分析机计划的坚定支持者，她不仅理解了巴贝奇分析机的思想，还认为如果有正确的指令，分析机甚至可以用来作曲、制图和科学研究，这在当时是十分大胆的预见•她的最重要的贡献在于首次为计算机编出了程序，其中包括计算三角函数的程序、级数相乘程序、伯努利函数程序等等。•被人们赞誉为“世界上第一位计算机程序员”。为了纪念阿达奥古斯塔，1981年，美国国防部把他们花了10年时间研制而成的一种军用计算机语言命名为Ada语言。机械电子工程学院刘民岷21第一代1971年Intel40044位2300108KHz每秒6万次1972年Intel80088位3500基本指令周期为20～50μs第二代1974年Intel80808位60002MHzMC68008位68001976年Z808位100002.5MHz第三代1978年Intel808616位290005MHz／基本指令周期0.5μs1982年Intel8028616位13.4万基本指令周期0.2μs第四代1985年10月8038632位27.5万16-33MHz／3-4MIPS1989年4月8048632位120万33-120MHz/41-54MIPS第五代1993.3.22Pentium32位310万75-133MHz0.6μm1995.11.8Pentiumpro32位550万200MHz/400MIPS1997年PentiumⅡ32位700万266MHz/400MIPS1999.2.26PentiumⅢ32位2800万450MHz1999.2.24AMD-K6-Ⅲ32位2130万450MHz0.25μm2000.11.24Pentium432位4200万1.4GHz0.18μm更新……微处理器发展一览表机械电子工程学院刘民岷22Intel2