第1讲-微机系统基础

微机原理及接口技术主讲：秦金磊内容及应用掌握微型计算机的基本工作原理；掌握汇编语言程序设计；掌握微型计算机接口技术；课程性质必修，40学时上课+24学时实验，是学习和掌握微机硬件、汇编语言程序设计和接口知识的入门技术基础课程。理解动手综合

特点：内容多，较抽象，注重硬件。应在理解的基础上，加强动手实践训练。

应用：通过微机软硬件的开发，可用于实现电力系统的保护、自动化装置的控制和电子通信等方面。学习方法功夫在平时课堂：认真听讲、注重知识理解课后：仔细读书、独立完成作业实验：充分准备、勇于动手实践总成绩考试成绩(过程约30%、期末约50%)考勤、作业(约20%)辅导答疑地点：一校区综合楼网管中心103室电话：（752）2474/p>

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教务信息网络教学平台 只要认真按照要求去做，勤学好问，肯下功夫，就能够取得好成绩！使用教材《16/32位微机原理及接口技术》，朱有产等编著，2009年8月第一版，中国电力出版社。《16/32位微机原理及接口技术实验指导书》，刘淑平等编著，2010年8月第一版，中国电力出版社。参考书籍《微型计算机原理与接口技术（第2版）》，冯博琴等编著，2007年8月第2版，清华大学出版社。《微机原理与接口技术实用教程》，刘红玲等编著，2008年1月，电子工业出版社。可到图书馆借阅相关书籍章节内容及关系第一章基础知识第二章微处理器第三章指令及汇编掌握微处理器，后面各章的基础第四~八章接口及应用进一步深刻理解微处理器的工作，并应用汇编语言实现对微处理器的使用前述内容综合应用第1讲微机系统基础1.1微机系统的构成结合交通信号灯项目，讨论该系统中包含了哪些内容？ 导线、芯片、各种元器件，（硬件） 程序（软件）还有哪些系统与此类似？？？门禁系统若忽略各种具体芯片和元器件的型号，可以概括成什么？CPU（运算器、控制器）、存储器、I/O接口、总线。1.1微机系统的构成试画出各个组成部分之间的基本结构？1.2微机系统的层次微型计算机系统是一个具有明显层次特点的系统，试问有哪几个层次？ 三个：微处理器微型计算机微型计算机系统各个层次中包含哪些内容？微处理器：算术逻辑和控制部件(CPU)、寄存器组Registers、高速缓存Cache；微机：微处理器+存储器(ROM、RAM)+I/O接口电路+总线；微机系统：微机+I/O设备及软件1.2微机系统的层次微处理器、微机、微机系统三者之间关系示意图。1.3微机的工作过程微型计算机是如何工作的？微处理器存储器接口电路双向数据总线控制总线地址总线1.3微机的工作过程微处理器结构图ALUI2I1OBLPLAIDIRFPCARDR256字节RAMAL…CPU内部数据总线存储器ABDB标志寄存器程序计数器地址寄存器指令寄存器1.3微机的工作过程存储器结构F0HF1HF2HF3HF4H...FFH地址译码器00H01H02H03H04HFFH控制CPU来的控制信号ABDB地址内容1.地址总线形成8位地址，并经AB送入译码器；2.经译码器译码，找到存储单元;3.在CPU控制信号下，对该存储单元内容进行读或写操作。每个存储单元存8位，地址、数据总线8根。操作过程：存储器读操作F0HF1HF2HF3H10000100...FFH地址译码器00H01H02H03H04HFFH控制CPU来的读信号ABDB地址内容1.地址总线8位地址04H经AB送入译码器;2.经译码器译码,找到04H单元;3.在CPU读信号下，对该存储单元内容进行读操作。CPU从存储器取操作数的过程。操作过程：04H4.读出的数据由DB送出。84H1.3微机的工作过程存储器写操作F0HF1HF2HF3H...FFH地址译码器00H01H02H03H04HFFH控制CPU来的写信号ABDB地址内容1.地址总线8位地址04H经AB送入译码器;2.经译码器译码,找到04H单元;4.在CPU写信号下，对该存储单元内容进行写操作。CPU向存储器写入操作数的过程。操作过程：04H3.写入的数据由DB送出。26H001001101.3微机的工作过程微处理器是如何执行指令的？

指令：一组二进制编码信息，指出计算机进行哪种操作，以及操作的内容。

包括两部分：操作码（OperationCode）和操作数(Operand)执行什么操作指明操作数本身或所在地址

程序：按照一定顺序编好的，用一系列指令表示的计算步骤。 计算机之所以能够自动地执行一系列操作，无须人的直接干预，就在于利用程序一步一步地完成。什么是指令什么是程序1.3微机的工作过程什么是指令系统一台计算机所能执行的各种不同指令的集合.

二进制编码不便记忆，且易出错，采用助记符代替操作码，用符号表示操作数。例：两个数相加,需以下几步(设运算的数已在存储器中)第一步：把一个数从它所在存储单元中取出，送至运算器；(MOVAL,[2000H])第二步：把第二个数从它所在存储单元中取出，送至运算器；(MOVBL,[3000H])第三步：相加；

(ADDAL,BL)第四步：相加结果，送存储器指定单元。

(MOV[3500H],AL)1.3微机的工作过程指令执行过程举例例如：两个数7和10相加，程序如下：

MOV AL，7 ； AL7 ADDAL，10； ALAL+10 HLT ； 停机MOVAL，7ADDAL，10HLT该程序对应的机器码：

10110000 00000111 00000100 00001010 111101001.3微机的工作过程指令存放在存储器00H

开始的单元：00H01H02H03H04H00000000000000010000001000000011000001001011000000000111000001000000101011110100内容地址十六进制二进制程序执行过程:给PC赋予第一条指令地址00H；进入第一条指令的取指阶段；执行第一条指令的阶段；进入第二条指令的取指阶段；执行第二条指令的阶段；进入第三条指令的取指阶段；执行第三条指令的阶段。执行过程：取指（取出指令）和执行（执行指令）这两个阶段的循环。1.3微机的工作过程1.3微机的工作过程ALUI2I1OALBLPLAIDIR101100000000000000000000101100001011000000…图1-1

取第一条指令101100000000011100000100000010101111010000H01H02H03H04H读+1PCARABDBDR①②③④⑤⑥⑦1.3微机的工作过程图1-2

取立即数ALUI2I1OAL00000111BLPLAIDIR0000000100000001000001110000011101…101100000000011100000100000010101111010000H01H02H03H04H读+1PCARABDBDR①②③④⑤⑥⑦⑦⑦1.3微机的工作过程ALUI2I1OALBLPLAIDIR00000100000000100000001000000100

0AH02…101100000000011100000100000010101111010000H01H02H03H04H读+1PCARABDBDR①②③④⑤⑥⑦图1-3取第二条指令1.3微机的工作过程ALUI2I1OAL00010001BLPLAIDIR000000110000001100001010

0AH03…101100000000011100000100000010101111010000H01H02H03H04H读+1PCARABDBDR①②③④⑤⑥⑦图1-4执行第二条指令⑧⑨1.4数制及转换常用的进制有哪几种？相互之间是如何转换的？2（Binary）、8（Octal）、10（Decimal）、16（Hexadecimal）除基取余、乘基取整、按权展开、分组转换练习1：教材25页，3、4、5题中的第（1）和（3），压缩BCD数不要求。1.5编码及运算位(b)、字节(B)、字、字长，分别是什么？K、M、G、T之间的关系？无符号数的范围？有符号数如何表示？什么是机器数？什么是真值？1.5编码及运算原码机器数中最高位为符号位，数值部分是真值绝对值。字长为n：[+0]原=00000000[-0]原=10000000范围：11111111

~

10000000（-127

~-0）

00000000

~01111111（+0~+127）1.5编码及运算反码字长为n：正数，同原码；负数，其原码数值位按位取反（“非”运算）。[+0]反=00000000[-0]反=11111111原码、反码表示范围相同，0都有+0和-0两种形式，运算不便。范围：10000000~11111111（-127

~-0）

00000000

~01111111（

+0~+127）1.5编码及运算补码字长为n：[0]补=00000000[-128]补=28+(-128)=10000000-128没有原码、反码：在原(反)码取值范围内，正数，同原码。负数，其反码数值位末位加1。

0011000000010010010001010110011110001001101010111100110111101111-501234567-8-7-6-4-3-2-11.5编码及运算运算方法 计算机中使用补码进行运算，并且符号位参与运算。可以提高运算速度，简化硬件结构。运算公式：[X+Y]补=[X]补+[Y]补，[X-Y]补=[X]补-[Y]补，=[X]补+[-Y]补

[X±Y]补=[X]补+[±Y]补练习2：教材25页，7、8题中的第（1）和（3）。1.5编码及运算溢出例：用补码计算（+72）+（+98）+170>+127解：(+72)补=01001000(+98)补=0110001010101010 01001000+01100010+72++98真值:-86≠1.5编码及运算溢出例：用二进制补码计算（-83）+（-80）解：(-83)补=10101101(-80)补=10110000 10101101 -83 +10110000-80 101011101+93

（-83）+（-80）=-163<-128

上述是同号相加产生溢出情况，而对两个异号相减，同样有可能产生溢出，使结果出错。进位自然丢失1.5编码及运算溢出只能出现在两个同符号数相加或两个异符号数相减的情况下。

1）如果次高位向最高位有进（借）位（C6=1），而最高位向前无进（借）位（C7=0），则发生溢出。

2）如果次高位向最高位无进（借）位（C6=0），而最高位向前有进（借）位（C7=1），则发生溢出。依据：对于8位二进制数，若D6位产生的进（借）位记为C6，D7位产生的进（借）位记为C7，若C7C6=1，则结果产生溢出。思考：同号相减or异号相加为何无溢出？溢出判别1.5编码及运算BCD码 计算机内部使用二进制进行运算，但人们习惯使用十进制。为便于人机交往，设计BCD码。两种形式： 压缩BCD码：用4位二进制数对十进制数的每一位进行编码，这4位二进制码的值就是被编码的一位十进制数的值。 非压缩BC