第1講-微機系統(tǒng)基礎(chǔ)

微機原理及接口技術(shù)主講：秦金磊內(nèi)容及應(yīng)用掌握微型計算機的基本工作原理；掌握匯編語言程序設(shè)計；掌握微型計算機接口技術(shù)；課程性質(zhì)必修，40學(xué)時上課+24學(xué)時實驗，是學(xué)習(xí)和掌握微機硬件、匯編語言程序設(shè)計和接口知識的入門技術(shù)基礎(chǔ)課程。理解動手綜合

特點：內(nèi)容多，較抽象，注重硬件。應(yīng)在理解的基礎(chǔ)上，加強動手實踐訓(xùn)練。

應(yīng)用：通過微機軟硬件的開發(fā)，可用于實現(xiàn)電力系統(tǒng)的保護、自動化裝置的控制和電子通信等方面。學(xué)習(xí)方法功夫在平時課堂：認真聽講、注重知識理解課后：仔細讀書、獨立完成作業(yè)實驗：充分準備、勇于動手實踐總成績考試成績(過程約30%、期末約50%)考勤、作業(yè)(約20%)輔導(dǎo)答疑地點：一校區(qū)綜合樓網(wǎng)管中心103室電話：（752）2474/p>

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺：HTTP://5

教務(wù)信息網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺 只要認真按照要求去做，勤學(xué)好問，肯下功夫，就能夠取得好成績！使用教材《16/32位微機原理及接口技術(shù)》，朱有產(chǎn)等編著，2009年8月第一版，中國電力出版社?！?6/32位微機原理及接口技術(shù)實驗指導(dǎo)書》，劉淑平等編著，2010年8月第一版，中國電力出版社。參考書籍《微型計算機原理與接口技術(shù)（第2版）》，馮博琴等編著，2007年8月第2版，清華大學(xué)出版社?！段C原理與接口技術(shù)實用教程》，劉紅玲等編著，2008年1月，電子工業(yè)出版社?？傻綀D書館借閱相關(guān)書籍章節(jié)內(nèi)容及關(guān)系第一章基礎(chǔ)知識第二章微處理器第三章指令及匯編掌握微處理器，后面各章的基礎(chǔ)第四~八章接口及應(yīng)用進一步深刻理解微處理器的工作，并應(yīng)用匯編語言實現(xiàn)對微處理器的使用前述內(nèi)容綜合應(yīng)用第1講微機系統(tǒng)基礎(chǔ)1.1微機系統(tǒng)的構(gòu)成結(jié)合交通信號燈項目，討論該系統(tǒng)中包含了哪些內(nèi)容？ 導(dǎo)線、芯片、各種元器件，（硬件） 程序（軟件）還有哪些系統(tǒng)與此類似？？？門禁系統(tǒng)若忽略各種具體芯片和元器件的型號，可以概括成什么？CPU（運算器、控制器）、存儲器、I/O接口、總線。1.1微機系統(tǒng)的構(gòu)成試畫出各個組成部分之間的基本結(jié)構(gòu)？1.2微機系統(tǒng)的層次微型計算機系統(tǒng)是一個具有明顯層次特點的系統(tǒng)，試問有哪幾個層次？ 三個：微處理器微型計算機微型計算機系統(tǒng)各個層次中包含哪些內(nèi)容？微處理器：算術(shù)邏輯和控制部件(CPU)、寄存器組Registers、高速緩存Cache；微機：微處理器+存儲器(ROM、RAM)+I/O接口電路+總線；微機系統(tǒng)：微機+I/O設(shè)備及軟件1.2微機系統(tǒng)的層次微處理器、微機、微機系統(tǒng)三者之間關(guān)系示意圖。1.3微機的工作過程微型計算機是如何工作的？微處理器存儲器接口電路雙向數(shù)據(jù)總線控制總線地址總線1.3微機的工作過程微處理器結(jié)構(gòu)圖ALUI2I1OBLPLAIDIRFPCARDR256字節(jié)RAMAL…CPU內(nèi)部數(shù)據(jù)總線存儲器ABDB標志寄存器程序計數(shù)器地址寄存器指令寄存器1.3微機的工作過程存儲器結(jié)構(gòu)F0HF1HF2HF3HF4H...FFH地址譯碼器00H01H02H03H04HFFH控制CPU來的控制信號ABDB地址內(nèi)容1.地址總線形成8位地址，并經(jīng)AB送入譯碼器；2.經(jīng)譯碼器譯碼，找到存儲單元;3.在CPU控制信號下，對該存儲單元內(nèi)容進行讀或?qū)懖僮鳌Ｃ總€存儲單元存8位，地址、數(shù)據(jù)總線8根。操作過程：存儲器讀操作F0HF1HF2HF3H10000100...FFH地址譯碼器00H01H02H03H04HFFH控制CPU來的讀信號ABDB地址內(nèi)容1.地址總線8位地址04H經(jīng)AB送入譯碼器;2.經(jīng)譯碼器譯碼,找到04H單元;3.在CPU讀信號下，對該存儲單元內(nèi)容進行讀操作。CPU從存儲器取操作數(shù)的過程。操作過程：04H4.讀出的數(shù)據(jù)由DB送出。84H1.3微機的工作過程存儲器寫操作F0HF1HF2HF3H...FFH地址譯碼器00H01H02H03H04HFFH控制CPU來的寫信號ABDB地址內(nèi)容1.地址總線8位地址04H經(jīng)AB送入譯碼器;2.經(jīng)譯碼器譯碼,找到04H單元;4.在CPU寫信號下，對該存儲單元內(nèi)容進行寫操作。CPU向存儲器寫入操作數(shù)的過程。操作過程：04H3.寫入的數(shù)據(jù)由DB送出。26H001001101.3微機的工作過程微處理器是如何執(zhí)行指令的？

指令：一組二進制編碼信息，指出計算機進行哪種操作，以及操作的內(nèi)容。

包括兩部分：操作碼（OperationCode）和操作數(shù)(Operand)執(zhí)行什么操作指明操作數(shù)本身或所在地址

程序：按照一定順序編好的，用一系列指令表示的計算步驟。 計算機之所以能夠自動地執(zhí)行一系列操作，無須人的直接干預(yù)，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微機的工作過程什么是指令系統(tǒng)一臺計算機所能執(zhí)行的各種不同指令的集合.

二進制編碼不便記憶，且易出錯，采用助記符代替操作碼，用符號表示操作數(shù)。例：兩個數(shù)相加,需以下幾步(設(shè)運算的數(shù)已在存儲器中)第一步：把一個數(shù)從它所在存儲單元中取出，送至運算器；(MOVAL,[2000H])第二步：把第二個數(shù)從它所在存儲單元中取出，送至運算器；(MOVBL,[3000H])第三步：相加；

(ADDAL,BL)第四步：相加結(jié)果，送存儲器指定單元。

(MOV[3500H],AL)1.3微機的工作過程指令執(zhí)行過程舉例例如：兩個數(shù)7和10相加，程序如下：

MOV AL，7 ； AL7 ADDAL，10； ALAL+10 HLT ； 停機MOVAL，7ADDAL，10HLT該程序?qū)?yīng)的機器碼：

10110000 00000111 00000100 00001010 111101001.3微機的工作過程指令存放在存儲器00H

開始的單元：00H01H02H03H04H00000000000000010000001000000011000001001011000000000111000001000000101011110100內(nèi)容地址十六進制二進制程序執(zhí)行過程:給PC賦予第一條指令地址00H；進入第一條指令的取指階段；執(zhí)行第一條指令的階段；進入第二條指令的取指階段；執(zhí)行第二條指令的階段；進入第三條指令的取指階段；執(zhí)行第三條指令的階段。執(zhí)行過程：取指（取出指令）和執(zhí)行（執(zhí)行指令）這兩個階段的循環(huán)。1.3微機的工作過程1.3微機的工作過程ALUI2I1OALBLPLAIDIR101100000000000000000000101100001011000000…圖1-1

取第一條指令101100000000011100000100000010101111010000H01H02H03H04H讀+1PCARABDBDR①②③④⑤⑥⑦1.3微機的工作過程圖1-2

取立即數(shù)ALUI2I1OAL00000111BLPLAIDIR0000000100000001000001110000011101…101100000000011100000100000010101111010000H01H02H03H04H讀+1PCARABDBDR①②③④⑤⑥⑦⑦⑦1.3微機的工作過程ALUI2I1OALBLPLAIDIR00000100000000100000001000000100

0AH02…101100000000011100000100000010101111010000H01H02H03H04H讀+1PCARABDBDR①②③④⑤⑥⑦圖1-3取第二條指令1.3微機的工作過程ALUI2I1OAL00010001BLPLAIDIR000000110000001100001010

0AH03…101100000000011100000100000010101111010000H01H02H03H04H讀+1PCARABDBDR①②③④⑤⑥⑦圖1-4執(zhí)行第二條指令⑧⑨1.4數(shù)制及轉(zhuǎn)換常用的進制有哪幾種？相互之間是如何轉(zhuǎn)換的？2（Binary）、8（Octal）、10（Decimal）、16（Hexadecimal）除基取余、乘基取整、按權(quán)展開、分組轉(zhuǎn)換練習(xí)1：教材25頁，3、4、5題中的第（1）和（3），壓縮BCD數(shù)不要求。1.5編碼及運算位(b)、字節(jié)(B)、字、字長，分別是什么？K、M、G、T之間的關(guān)系？無符號數(shù)的范圍？有符號數(shù)如何表示？什么是機器數(shù)？什么是真值？1.5編碼及運算原碼機器數(shù)中最高位為符號位，數(shù)值部分是真值絕對值。字長為n：[+0]原=00000000[-0]原=10000000范圍：11111111

~

10000000（-127

~-0）

00000000

~01111111（+0~+127）1.5編碼及運算反碼字長為n：正數(shù)，同原碼；負數(shù)，其原碼數(shù)值位按位取反（“非”運算）。[+0]反=00000000[-0]反=11111111原碼、反碼表示范圍相同，0都有+0和-0兩種形式，運算不便。范圍：10000000~11111111（-127

~-0）

00000000

~01111111（

+0~+127）1.5編碼及運算補碼字長為n：[0]補=00000000[-128]補=28+(-128)=10000000-128沒有原碼、反碼：在原(反)碼取值范圍內(nèi)，正數(shù)，同原碼。負數(shù)，其反碼數(shù)值位末位加1。

0011000000010010010001010110011110001001101010111100110111101111-501234567-8-7-6-4-3-2-11.5編碼及運算運算方法 計算機中使用補碼進行運算，并且符號位參與運算?？梢蕴岣哌\算速度，簡化硬件結(jié)構(gòu)。運算公式：[X+Y]補=[X]補+[Y]補，[X-Y]補=[X]補-[Y]補，=[X]補+[-Y]補

[X±Y]補=[X]補+[±Y]補練習(xí)2：教材25頁，7、8題中的第（1）和（3）。1.5編碼及運算溢出例：用補碼計算（+72）+（+98）+170>+127解：(+72)補=01001000(+98)補=0110001010101010 01001000+01100010+72++98真值:-86≠1.5編碼及運算溢出例：用二進制補碼計算（-83）+（-80）解：(-83)補=10101101(-80)補=10110000 10101101 -83 +10110000-80 101011101+93

（-83）+（-80）=-163<-128

上述是同號相加產(chǎn)生溢出情況，而對兩個異號相減，同樣有可能產(chǎn)生溢出，使結(jié)果出錯。進位自然丟失1.5編碼及運算溢出只能出現(xiàn)在兩個同符號數(shù)相加或兩個異符號數(shù)相減的情況下。

1）如果次高位向最高位有進（借）位（C6=1），而最高位向前無進（借）位（C7=0），則發(fā)生溢出。

2）如果次高位向最高位無進（借）位（C6=0），而最高位向前有進（借）位（C7=1），則發(fā)生溢出。依據(jù)：對于8位二進制數(shù)，若D6位產(chǎn)生的進（借）位記為C6，D7位產(chǎn)生的進（借）位記為C7，若C7C6=1，則結(jié)果產(chǎn)生溢出。思考：同號相減or異號相加為何無溢出？溢出判別1.5編碼及運算BCD碼 計算機內(nèi)部使用二進制進行運算，但人們習(xí)慣使用十進制。為便于人機交往，設(shè)計BCD碼。兩種形式： 壓縮BCD碼：用4位二進制數(shù)對十進制數(shù)的每一位進行編碼，這4位二進制碼的值就是被編碼的一位十進制數(shù)的值。 非壓縮BC