微型计算机原理及应用课件

微机原理与接口技术实用教程

课程简介微机原理与接口技术实用教程第1章微型计算机基础及工作原理第2章微处理器第3章8086/8088指令系统第4章汇编语言程序设计第5章半导体存储器及其接口第6章微型计算机I/O接口基础第7章微型计算机总线及I/O接口标准第8章中断第9章常用可编程接口芯片第10章人机交互设备及接口第1章微型计算机基础及工作原理

1.1数制

1.2计算机中数的表示

1.3微型计算机的基本组成电路

1.4微型计算机结构的简化形式

1.5微型计算机的工作原理本章目标1.1数制1.1.1数制的基与权基：数制所使用的数码个数。例：十进制数使用0～9十个数，所以它的基是10权：数制每一位（置）所具有的值。例：6845千百十个103102101100十进制数各位的权是以10为底的幂二进制数使用0、1两个数，它的“基”？各位的“权”又是多少呢？由0、1二个数码构成，基数为2，第i位的权为2i，运算规则：逢二进一、借一作二

二进制数（Binary）101011B=1×25+0×24+1×23+0×22+1×21+1×20=43D一个二进制数按权展开求和就转换成了十进制数8421牢记！1011B23222120例：一个二进制数各位的权→基数说明符

十六进制数（Hexadecimal）由0、1、2…9、A、B、C、D、E、F十六个数码构成。基数为16，第i位的权为16i

运算规则：逢十六进一、借一作十六14AFH=1×163+4×162+10×161+15×160=5295D由0、1、2、…7八个数码构成，基数为8，第i位的权为8i

运算规则：逢八进一、借一作八八进制数（Octal）十六进制数既可以简化书写，又便于记忆1.1.2不同进制数间的转换1.非十进制数转换成十进制数按权展开求和2.十进制数转换成非十进制数整数部分与小数部分分别转换例1：57D=111001B=71Q=39H5728…12222214…07…03…11…10…185787…10…71657163…90…3高低2除基数取余数例2：十进制数转换成非十进制数（小数部分）0.625D=0.101B=0.5Q=0.AH0.625*2=1.25…1

0.25*2=0.5…0

0.5*2=1…10.625*8=5…50.625*16=10…A乘基数取整数57.625D=111001.101B=39.AH高低1.1.2不同进制数间的转换（2）3.十六进制数与二进制数之间的转换二进制数→十六进制数四位一组分组时,如位数不够，整数部分在最左边补零，小数部分在最右边补零十六进制数→二进制数一位对应换成二进制数四位1100100.11011B=.0100011011011000=64.D8H46D81.1.2不同进制数间的转换1.2计算机中数据的表示机器数与真值机器数：一个二进制数连同符号位在内作为一个数叫机器数真值：机器数所代表的数值（如-1001011B）正数、负数的符号位分别用0和1表示，这种表示法称为原码例：设机器字长为8位，二进制数+10010B和-100001B

其原码为：00010010，10100001原码连符号一起数字化了的数最高有效位反码：对于二进制正数，反码等于该数原码对于二进制负数，符号位为1，其余各位取反例：设机器字长为8位，二进制数+1100101和-1010001

其反码为：01100101，10101110补码：对于二进制正数，补码等于该数原码对于二进制负数，符号位为1，其余各位取反，末位加1例：设机器字长为8位，二进制数+1100101和-1010001

其补码为：01100101，101011111.2.2机器数的定点表示与浮点表示定点数：小数点在数中的位置是固定不变的1.定点小数符号位小数点2.定点整数符号位小数点浮点数：小数点在小数中的位置是浮动的任意一个数N均可表示为：N=be×mb为基数e为阶码m为尾数例：123.456=103×0.123456123.456=102×1.23456阶符阶码数符尾数阶码部分尾数部分基数是2一个二进制浮点数1.2.3非数值数据的表示

ASCⅡ码：美国标准通信编码，一般用7bit组合编码来表示数字、英文字母、符号等可以打印的字符字符的表示汉字的表示（1）汉字国标码1981年国家标准总局公布了GB2312—80，即《信息交换用汉字编码字符集基本集》，简称GB码。（2）汉字区位码将汉字编码GB2312—80中的6763个汉字分为94个区，每个区中包含94个汉字（位），这样每个汉字所在的区和位就组成了一个二维数组，这就是区位码。1.3微型计算机的基本组成电路1.3.1触发器SRQQRS触发器SCLKRQQ时钟RS触发器SR触发器：是由基本门电路组成的具有记忆功能的器件

D触发器DQQSRD触发器QQDCLK边沿触发的D触发器QQDCLK时钟D触发器SRDQQPRESET（置位）CLEAR（清除）CLK

D触发器正边沿触发D触发器CLKDQQ负边沿触发D触发器CLKDQQ低电平预置及清除的D触发器JK触发器●CLKSQRQ●JKJKQ00保持原态0100111翻转JQKQCLKPRCLR1.3.2寄存器(Register)寄存器：是由触发器组成的，可以保存二进制数。寄存器缓冲寄存器——用于暂存数据移位寄存器——能够将其所存数据一位一位地向左或向右移计数器——一个脉冲到达时，会按二进制数的规律累计脉冲数累加器——用以暂存每次在ALU中计算的中间结果1.缓冲寄存器（Buffer）Q3D3Q2D2Q1D1Q0D0●●●●●●X3X2X1X0CLKCLRX3X2X1X04位缓冲寄存器电路原理图Y3Y2Y1Y0Y3Y2Y1Y0数据在时钟信号的作用下由X端写到Y端Q0D0+CLRCLKLOADY0X0X0=0Q01Q0Q0LOADCLKCLR可控缓冲寄存器的符号XQ0X0X0=1=X0控制门（L门）控制数据的装入Q3D3Q2D2Q1D1Q0D0●●●●●●X3X2X1X0CLKCLRX3X2X1X0可控4位缓冲寄存器电路原理图Y3Y2Y1Y0Y3Y2Y1Y0LLLLL2.计数器（Counter）Q3J3

K3Q2J2

K2Q1J1

K1Q0J0

K0CLKCLR行波计数器的工作原理（1）行波计数器（TravelingWaveCounter）0000000100110100COUNT控制计数端COUNTCLKCLR可控计数器符号0010Q3D3CLR010010000001（2）

环形计数器（RingCounter）Q2D2CLRQ1D1CLRQ0D0CLRCLRCLK环形计数器CLKCLR=10001PR0010环形计数器在系统时钟信号的作用下产生顺序的控制信号（3）程序计数器（ProgramCounter）

COUNTLOADCLKCLRXY（4）累加器（Accumulator）LOADSHLSHRCLKCLRXYX1.3.3加法电路与算数逻辑单元

1011+）0010

11010101.二进制加法电路例：A3A2A1A0B3B2B1B0+)C3C2C1S4

S3S2S1S0A+B=S0

半加器电路A0B0C1S00000010110011110真值表A0B0C1S0HAA0B0S0C1异或门与门AiBiCi

Ci+1Si

全加器电路真值表Ai+Bi+Ci=Si0000000101010010111010001101101101011111FAAiBiCiCi+1Si异或两两先“与”后“或”

二进制数的加法器C4FAA3B3S3C3FAA2B2S2FAA1B1S1HAA0B0S0C2C1四位二进制加法电路A+B=S=1=0=1=1=1=0=1=0=1=0=0=1=1=0=0=12.可控反相器及加法/减法电路C3C2C1C0FAFAFAFAA3A2A1A0B3B2B1B0S3S2S1S0SUBC44位二进制加法器/减法器B0Y0SUB=1=0=1=1=0=0=0=0=1=11001=01100=100113.算术逻辑单元(ALU)ControlABSALUArithmeticLogicalUnit一组线1.3.4三态输出电路EAB01011高阻高阻010BAE三态输出电路的逻辑表ENABLE=1数据由D→B

总线结构LACLKEAALBCLKEB

BLCCLKECCLDCLKEDDW3W2W1W0（W总线）LAEALBEBLCECLDED=1=0=0=1=0=0=0=0数据由B→A00100001控制字CONLACLKEACLBCLKEBBLACLKEAALACLKEAD控制器数据总线控制总线总线结构符号图1.3.5存储器（Memory）Register……01100010单元的内容

1个字节（Byte）=8bitR0R1R2D7D6D5D4D3D2D1D0……译码器A0A1A2A3R14R15

16×8的存储器1.4微型计算机结构的简化形式PCIRCONMAR16×8PROMAALUBOD448888488888412CPCLKCLREPLICLKCLREILACLKEASUEULBCLKLOCLKCLKCLRLMCLKERCPEPLMERLIEILAEASUEULBLO8PCMAR16×8PROMIRCONA88ALUODBCPUMI/OW1.4.2模型机的指令系统LDA——将数据装入累加器AADD——进行加法运算SUB——进行减法运算OUT——输出结果HLT——停机指令系统：编制计算程序的指令集合1.4.3模型机的程序设计程序设计编制汇编语言程序存储器的分配助记符的翻译汇编语言源程序汇编LDAR9ADDRAADDRBSUBRCOUTHLT编写3个数相加减去一个数的程序存储器的分配1H0H0FH0EH0DH0CH0BH0AH9H8H7H6H5H4H3H2HRFRERDRCRBRAR9R8R7R6R5R4R3R2R1R0数据区指令区1CH18H14H10H助记符操作码LDA0000ADD0001SUB0010OUT1110HLT1111助记符与操作码表LDAR9ADDRAADDRBSUBRCOUTHLT源程序000000010001001011101111操作码1001101010111100××××××××操作数地址目的程序09H1AH1BH2CHE0HF0H1H0H0FH0EH0DH0CH0BH0AH9H8H7H6H5H4H3H2HRFRERDRCRBRAR9R8R7R6R5R4R3R2R1R01CH18H14H10HF0HE0H2CH1BH1AH09H程序和数据都写到了存储器中1.4.4执行指令的过程指令周期：执行一条指令所需要的时间指令周期取指周期执行周期1.环形计数器及机器节拍Q5Q4Q3Q2Q1Q0CLKCLRT5T4T3T2T1T0复习环形计数器……机器节拍T0T1T2T3T4T5CLK周期4PCIRCONMAR16×8PROMAALUBOD48888488888412CPCLKCLREPLICLKCLREILACLKEASUEULBCLKLOCLKCLKCLRLMCLKER8

程序的执行过程CPEPLMERLIEILAEASUEULBLO011000000000T0=10H440执行下面程序LDAR9ADDRA……注意观察取指周期和执行周期4PCIRCONMAR16×8PROMAALUBOD48888488888412CPCLKCLREPLICLKCLREILACLKEASUEULBCLKLOCLKCLKCLRLMCLKER8程序的执行过程CPEPLMERLIEILAEASUEULBLO000110000000T1=1809H8409HLDAR9的指令码4PCIRCONMAR16×8PROMAALUBOD48888488888412CPCLKCLREPLICLKCLREILACLKEASUEULBCLKLOCLKCLKCLRLMCLKER8

程序的执行过程CPEPLMERLIEILAEASUEULBLO001001000000T3=19449100000000000T2=101H完成了取指周期4PCIRCONMAR16×8PROMAALUBOD48888488888412CPCLKCLREPLICLKCLREILACLKEASUEULBCLKLOCLKCLKCLRLMCLKER8

程序的执行过程CPEPLMERLIEILAEASUEULBLO000100100000T4=110H8810H4PCIRCONMAR16×8PROMAALUBOD48888488888412CPCLKCLREPLICLKCLREILACLKEASUEULBCLKLOCLKCLKCLRLMCLKER8程序的执行过程10H000000000000T5=1空节拍CPEPLMERLIEILAEASUEULBLO执行完了LDAR9指令将数据装入了累加器A4PCIRCONMAR16×8PROMAALUBOD48888488888412CPCLKCLREPLICLKCLREILACLKEASUEULBCLKLOCLKCLKCLRLMCLKER8程序的执行过程CPEPLMERLIEILAEASUEULBLO011000000000T0=11H441进入第二条指令的取指周期10H4PCIRCONMAR16×8PROMAALUBOD48888488888412CPCLKCLREPLICLKCLREILACLKEASUEULBCLKLOCLKCLKCLRLMCLKER8程序的执行过程CPEPLMERLIEILAEASUEULBLO000110000000T1=181AH841AH10HADDRA的指令码4PCIRCONMAR16×8PROMAALUBOD48888488888412CPCLKCLREPLICLKCLREILACLKEASUEULBCLKLOCLKCLKCLRLMCLKER8程序的执行过程CPEPLMERLIEILAEASUEULBLO001001000000T3=1A44A100000000000T2=102H完成了取指周期10H4PCIRCONMAR16×8PROMAALUBOD48888488888412CPCLKCLREPLICLKCLREILACLKEASUEULBCLKLOCLKCLKCLRLMCLKER8程序的执行过程CPEPLMERLIEI