第1章 微型计算机基础

单片微机原理与接口技术电子工业出版社作者丁向荣单片微机原理与接口技术单片微机原理与接口技术电子工业出版社第1章微型计算机基础1.1数制与编码1.2微型计算机的基本组成1.3指令、程序与编程语言1.4微型计算机的工作过程1.5微型计算机的应用形态单片微机原理与接口技术电子工业出版社1.1数制与编码1.1.1数制及转换方法1.数制的概念所谓数制就是计数的方法，通常采用进位计数制。在微型机算机的学习与应用中，主要有十进制、二进制和十六进制三种计数方法。日常生活采用的是十进制；微型计算机只能识别和处理数字信息，微型计算机硬件电路采用的是二进制，但为了更好地记忆与描述微型机算计的地址和程序代码、运算数字，一般采用十六进制。返回目录单片微机原理与接口技术电子工业出版社1.1数制与编码2.数制之间的转换返回目录单片微机原理与接口技术电子工业出版社1.1数制与编码1.1.2微型计算机中数的表示方法1.机器数与真值数学中的正负用符号“＋”和“－”表示，计算机中是如何表示数的正负呢？在计算机中数据是存放在存储单元内，而每个存储单元则由若干二进制位组成，其中每一数位或是0或是l。刚好数的符号或为＋号或为一号，这样就可用一个数位来表示数的符号．在计算机中规定用“0”表示“＋”，用“1”表示“－”。用来表示数的符号的数位被称为“符号位”（通常为最高数位），于是数的符号在计算机中已数码化了，但从表示形式上看符号位与数值位毫无区别。返回目录单片微机原理与接口技术电子工业出版社1.1数制与编码1.1.2微型计算机中数的表示方法2.原码对于一个二进制数，如用最高数位表示该数的符号（“0”表示“＋”号，“l”表示“－”号），其余各数位表示其数值本身，则称为原码表示法：若x＝±xlx2…xn-1，则［x］原码＝x0xlx2…xn-1其中x0为原机器数的符号位，它满足：返回目录0(0)01(0)xxx时时单片微机原理与接口技术电子工业出版社1.1数制与编码1.1.2微型计算机中数的表示方法3反码［x］原＝0xlx2…xn-1，则［x］反＝［x］原［x］原＝1xlx2…xn-1，则［x］反＝返回目录1211nxxx单片微机原理与接口技术电子工业出版社1.1数制与编码1.1.2微型计算机中数的表示方法4补码（1）补码的引进首先以日常生活中经常遇到的钟表“对时”为例来说明补码的概念，假定现在是北京标准时间八时整，而一只表却指向十时整。为了校正此表．可以采用倒拨和顺拨2种方法：倒拨就是反时针减少2小时（把倒拨视为减法，相当于10－2＝8），时针指向8；还可将时针顺拨10小时．时针同样也指向8，把顺拨视为加法，相当于10＋10＝12（自动丢失）＋8＝8，这自动丢失的数（12）就叫做摸（mod），上述的加法称为“按摸12的加法”，用数学式可表示为：10十10＝12+8=8（modl2）返回目录单片微机原理与接口技术电子工业出版社1.1数制与编码1.1.2微型计算机中数的表示方法4补码（2）补码的定义设寄存器（或存储单元）的位数为n位，则它能表示的无符号数最大值为2n－l，逢2n进1（即2n自动丢失）。换句话说，在字长为n的计算机中，数2n和0的表示形式一样。若机器中的数以补码表示，则数的补码以2n为模，即［x］补＝2n＋x（mod2n）若x为正数，则［x］补＝x；若x为负数，则［x］补＝2n＋x＝2n－｜x｜。即负数x的补码等于模2n加上其真值或减去其真值的绝对值。返回目录单片微机原理与接口技术电子工业出版社1.1数制与编码1.1.2微型计算机中数的表示方法4补码（3）求补码的方法正数的补码等于原码。下面介绍负数求补码的三种方法。1）根据真值求补码根据真值求补码就是根据定义求补码，即有［x］补＝2n＋x＝2n－｜x｜2）根据反码求补码（推荐使用方法）［x］补＝［x］反十1返回目录单片微机原理与接口技术电子工业出版社1.1数制与编码1.13微型计算机中常用编码1.BCD码在微型计算机中，十进制数除了转换成二进制数外，还可用二进制数对其进行编码：用4位二进制数表示1位十进制数，使它既具有二进制数的形式又具有十进制数的特点。二－十进制码又称为BCD码（Binary－CodedDecimal），它有8421码、5421码、2421码以及余3码等几种编码，其中最常用的是8421码，见表1.2所示。2.ASCII码由于微型机算机需要进行非数值处理（如指令、数据的输入、文字的输入及处理等），必须对字母、文字以及某些专用符号进行编码。微型机算机系统的字符编码多采用美国信息交换标准代码－ASCII码（AmericanStandandCodeforInformationInterchange）,ASCII码是7位代码，共有128个字符，详见附录一所示。返回目录单片微机原理与接口技术电子工业出版社1.2微型计算机基本组成1946年2月15日，第一台电子数字计算机ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorandComputer）问世，标志着计算机时代的到来。1946年6月，匈牙利籍数学家冯．诺依曼提出了“程序存储”和“二进制运算”的思想，进一步构建了由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备组成的这一经典的计算机结构。返回目录单片微机原理与接口技术电子工业出版社1.2微型计算机基本组成微型计算机的基本组成1971年1月，Intel公司的德．霍夫将运算器、控制以及一些寄存器器集成在一块芯片上，即称为微处理器或中央处理单元（简称CPU），形成了以微处理器为核心的总线结构框架。微型计算机由微处理器、存储器（ROM、RAM）和输入/输出接口（I/O接口）和连接它们的总线组成。微型计算机配上相应的输入/输出设备（如键盘、显示器）就构成了微型计算机系统。返回目录单片微机原理与接口技术电子工业出版社1.2微型计算机基本组成微型计算机的基本组成（1）微处理器微处理器由运算器和控制器两部分组成，是计算机的控制核心。1）运算器运算器由算术逻辑单元（ALU）、累加器和寄存器等几部分组成，主要负责数据的算术运算或逻辑运算。2）控制器控制器是发布命令的“决策机构”，即协调和指挥整个计算机系统操作。控制器由指令部件、时序部件和微操作控制部件等三部分组成。返回目录单片微机原理与接口技术电子工业出版社1.2微型计算机基本组成微型计算机的基本组成（2）存储器(RAM、ROM)通俗来讲，存储器是微型计算机的仓库，包括程序存储器和数据存储器两部分。程序存储器用于存储程序和一些固定不变的常数和表格数据，一般由只读存储器（ROM）组成；数据存储器用于存储器运算中输入、输出数据或中间变量数据，一般由随机存取存储器（RAM）组成。返回目录单片微机原理与接口技术电子工业出版社1.2微型计算机基本组成微型计算机的基本组成（3）输入/输出接口（I/O接口）微型计算机的输入/输出设备（简称外设，如键盘、显示器等），有高速的也有低速的，有机电结构的，也有全电子式的，由于种类繁多且速度各异，因而它们不能直接地同高速工作的CPU相连。输入/输出接口（I/O接口）是CPU与输入/输出设备（简称外设，如键盘、显示器等）的连接桥梁，I/O接口的作用相当于一个转换器，保证CPU与外设间协调地工作。不同的外设需要不同的I/O接口。返回目录单片微机原理与接口技术电子工业出版社1.2微型计算机基本组成微型计算机的基本组成（4）总线CPU与存储器和I/O接口是通过总线相连的，包括地址总线、数据总线与控制总线。1）地址总线（AB）地址总线用作CPU寻址，地址总线的多少标志着CPU的最大寻址能力。若地址总线的根数为16，即CPU的最大寻址能力为＝64KB。2）数据总线（DB）数据总线用于CPU与外围器件（存储器、I/O接口）交换数据，数据总线的多少标志着CPU一次交换数据的能力，决定CPU的运算速度。通常所说，CPU的位数就是指数据总线的宽度，如8位机，就是指计算机的数据总线为8位。3）控制总线（CB）控制总线用于确定CPU与外围器件交换数据的类型，主要为读和写两种类型。返回目录单片微机原理与接口技术电子工业出版社1.3指令、程序与编程语言一个完整的计算机是由硬件和软件两部分组成的，缺一不可。上面所述为计算机的硬件部分，是看得到、摸得着的实体部分，但计算机硬件只有在软件的指挥下，才能发挥其效能。计算机采取“存储程序”的工作方式，即事先把程序加载到计算机的存储器中，当启动运行后，计算机便自动地按照程序进行工作。返回目录单片微机原理与接口技术电子工业出版社1.3指令、程序与编程语言指令是规定计算机完成特定任务的命令，微处理器就是根据指令指挥与控制计算机各部分协调地工作。程序是指令的集合，是解决某个具体任务的一组指令。在用计算机完成某个工作任务之前，人们必须事先将计算方法和步骤编制成由逐条指令组成的程序，并预先将它以二进制代码（机器代码）的形式存放在程序存储器中。编程语言分为机器语言、汇编语言和高级语言。●机器语言是用二进制代码表示的，是机器能直接识别的语言，因此机器语言程序又称为目标程序。●汇编语言是用英文助记符来描述指令的，返回目录单片微机原理与接口技术电子工业出版社1.4微型计算机的工作过程（1）取指根据程序计数器PC中的地址，到程序存储器中取出指令代码，并送到指令寄存器IR中。然后，PC自动加1，指向下一指令（或指令字节）地址。（2）指令译码指令译码器对指令寄存器中的指令代码进行译码，判断出当前指令代码的工作任务。（3）执行指令判断出当前指令代码任务后，控制器自动发出一系列微指令，指挥计算机协调地动作，完成当前指令指定的工作任务。返回目录单片微机原理与接口技术电子工业出版社1.4微型计算机的工作过程（1）取指根据程序计数器PC中的地址，到程序存储器中取出指令代码，并送到指令寄存器IR中。然后，PC自动加1，指向下一指令（或指令字节）地址。（2）指令译码指令译码器对指令寄存器中的指令代码进行译码，判断出当前指令代码的工作任务。（3）执行指令判断出当前指令代码任务后，控制器自动发出一系列微指令，指挥计算机协调地动作，完成当前指令指定的工作任务。返回目录单片微机原理与接口技术电子工业出版社1.5微型计算机的应用形态（1）系统机系统机是将微处理器、存储器、I/O接口电路和总线接口组装在一块主机板（即微机主板）上，再通过系统总线和其它多块外设适配卡连接键盘、显示器、打印机、硬盘驱动器及光驱等输入/输出设备。系统机的发展，追求的是高速度、高性能。（2）单片机将微处理器、存储器、I/O接口电路和总线接口集成在一块芯片上，即构成单片微型计算机，简称单片机。单片机的应用是嵌入到控制系统（或设备）中，因此属于专用计算机，也称为嵌入式计算机。单片机应用讲究的是高性能价格比，针对控制系统任务的规模、复杂性选择合适的单片机，因此，高、中、低档单片机是并行发展的。返回目录单片微机原理与接口技术电子工业出版社感谢您的关注！