单片微机1章研讨.ppt

微型计算机技术与应用 70课堂学时+18实验学时 第1章 微型计算机基础知识 主要内容： 各种常用计数制和编码以及它们相互间的转换； 特点：基数 r =10 ，逢十进一； 共有0 – 9 十个数字符号。 ◆无符号数的表示范围 一个n位的无符号二进制数X，其表示范围为 0 ≤ X ≤ 2n-1 若运算结果超出这个范围，则产生溢出。 （或者说运算结果超出n位，则产生溢出） 溢出判别方法： 运算时，当最高位向更高位有进位（或 借位）时则产生溢出。 4. 8位有符号数的表示范围： 对8位二进制数： 原码： -127 ~ +127 反码： -127 ~ +127 补码： -128 ~ +127 一、 算术运算规则 加法：1+1=0（有进位）, … 减法：0-1=1（有借位）, … 乘除法：… 一个数乘以2相当于该数左移一位；除以2则相当于该数右移1位。　 (1) 补码的运算原理 (2) 补码加减法的运算规则 通过引进补码，可将减法运算转换为加法运算。规则如下： 　　　[X+Y]补=[X]补+[Y]补 [X-Y]补=[X]补- [Y]补 　 其中X，Y为正负数均可，符号位参与运算。 [例]： X= - 0110100，Y= + 1110100，求[X+Y]补 [X]原 [X]补= [X]反+1 符号位不动 [Y]补= [Y]原所以： [X+Y]补= [X]补+ [Y]补 01110100 五、 计算机中常用数据单位 ◆ Bit 位 1Mb = 1024?1024bit = 220bit 1Gb = 230bit = 1024Mb 1Tb = 240bit = 1024Gb ◆ Byte 字节 1 Byte=8bit，1KB=1024 Byte，… ◆ Word 字 表示字长，有1bit, 4bit, 8bit, 16bit等， 一般情况下为2Byte(16bit)。 ◆ PFCU预取控制单元。是一个将数据提前从存储器取到I-缓存或D-缓存中的控制单元，当处理器的执行单元需要指令和数据时，将数据传过去，处理器没有必要在执行指令之前采取数据。 ◆ I-缓存（指令缓存）。它连续地将指令以FIFO的模式保存，就像一个指令队列，使处理器能够通过使用PFCU高速执行指令；处理器访问外部存储器的速度相对要慢得多。 ◆ BT-缓存（分支目标缓存）。当遇到分支指令时，例如：jumo、loop、call等，它协助准备好要执行的下一条指令集；处理器访问外部存储器的速度相对要慢得多。 ◆ D-缓存（数据缓存）。它保存从外部存储器预取来的数据。数据缓存通常将键（地址）和数值（字）共同保存在一个位置上。如果适当的配置，它还可以保存写穿透数据。写穿透数据意味着从执行单元获得执行结果，并将这个结果从缓存传回到相应的外部存储器地址中 ◆ MMU（存储管理单元）。它管理存储器单元。负责执行过程锁需要的指令或数据 ◆ FLPU（浮点处理单元）。一个从ALU分离出来的单元，用于浮点处理，这是微处理器或DSP中快速执行数学函数的基本单元 ◆ FRS（浮点寄存器组）。专门用来以标准格式保存浮点数的寄存器组，FLPU使用它来保存数据和堆栈 ◆ 高级处理单元，用于多级流水处理、多路超标量处理，使处理速度达到每个时钟周期能执行多条指令，还有一个MAC单元，用于计算过程中系数的相乘和相加。 ◆ AOU(原子操作单元），当一个用户（编译器）指令分割成几个叫做原子操作的处理器指令后，它可以在发生过程中断之前结束该指令的操作，以避免各例程和任务之间发生数据共享问题。 2. 选择处理器 （1）指令周期时间 （2）内部总线宽度 （3）CISC或RISC体系结构 （4）程序计数器PC及其复位值 它确定了处理器可以访问的物理内存的最大空间 （5）堆栈指针 （6）流水先和超标量单元 C = A ⊙ B = A .B + A .B 4. 按位逻辑‘异或’运算 1.3 单片机的内部结构简介 一、单片机结构框图 图1-3 二、单片机的微控制器MCU与计算机微处理器CPU的区别 单片机一个芯片就具备了一个完整计算机系统所必须的基本功能。 三、单片机CPU的字长 CPU的字长：指CPU一次可以处理的二进制数的位数 CPU的