微型計算機原理及應用課件

微機原理與接口技術實用教程

課程簡介微機原理與接口技術實用教程第1章微型計算機基礎及工作原理第2章微處理器第3章8086/8088指令系統(tǒng)第4章匯編語言程序設計第5章半導體存儲器及其接口第6章微型計算機I/O接口基礎第7章微型計算機總線及I/O接口標準第8章中斷第9章常用可編程接口芯片第10章人機交互設備及接口第1章微型計算機基礎及工作原理

1.1數(shù)制

1.2計算機中數(shù)的表示

1.3微型計算機的基本組成電路

1.4微型計算機結構的簡化形式

1.5微型計算機的工作原理本章目標1.1數(shù)制1.1.1數(shù)制的基與權基：數(shù)制所使用的數(shù)碼個數(shù)。例：十進制數(shù)使用0～9十個數(shù)，所以它的基是10權：數(shù)制每一位（置）所具有的值。例：6845千百十個103102101100十進制數(shù)各位的權是以10為底的冪二進制數(shù)使用0、1兩個數(shù)，它的“基”？各位的“權”又是多少呢？由0、1二個數(shù)碼構成，基數(shù)為2，第i位的權為2i，運算規(guī)則：逢二進一、借一作二

二進制數(shù)（Binary）101011B=1×25+0×24+1×23+0×22+1×21+1×20=43D一個二進制數(shù)按權展開求和就轉(zhuǎn)換成了十進制數(shù)8421牢記！1011B23222120例：一個二進制數(shù)各位的權→基數(shù)說明符

十六進制數(shù)（Hexadecimal）由0、1、2…9、A、B、C、D、E、F十六個數(shù)碼構成。基數(shù)為16，第i位的權為16i

運算規(guī)則：逢十六進一、借一作十六14AFH=1×163+4×162+10×161+15×160=5295D由0、1、2、…7八個數(shù)碼構成，基數(shù)為8，第i位的權為8i

運算規(guī)則：逢八進一、借一作八八進制數(shù)（Octal）十六進制數(shù)既可以簡化書寫，又便于記憶1.1.2不同進制數(shù)間的轉(zhuǎn)換1.非十進制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)按權展開求和2.十進制數(shù)轉(zhuǎn)換成非十進制數(shù)整數(shù)部分與小數(shù)部分分別轉(zhuǎn)換例1：57D=111001B=71Q=39H5728…12222214…07…03…11…10…185787…10…71657163…90…3高低2除基數(shù)取余數(shù)例2：十進制數(shù)轉(zhuǎn)換成非十進制數(shù)（小數(shù)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乘基數(shù)取整數(shù)57.625D=111001.101B=39.AH高低1.1.2不同進制數(shù)間的轉(zhuǎn)換（2）3.十六進制數(shù)與二進制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換二進制數(shù)→十六進制數(shù)四位一組分組時,如位數(shù)不夠，整數(shù)部分在最左邊補零，小數(shù)部分在最右邊補零十六進制數(shù)→二進制數(shù)一位對應換成二進制數(shù)四位1100100.11011B=.0100011011011000=64.D8H46D81.1.2不同進制數(shù)間的轉(zhuǎn)換1.2計算機中數(shù)據(jù)的表示機器數(shù)與真值機器數(shù)：一個二進制數(shù)連同符號位在內(nèi)作為一個數(shù)叫機器數(shù)真值：機器數(shù)所代表的數(shù)值（如-1001011B）正數(shù)、負數(shù)的符號位分別用0和1表示，這種表示法稱為原碼例：設機器字長為8位，二進制數(shù)+10010B和-100001B

其原碼為：00010010，10100001原碼連符號一起數(shù)字化了的數(shù)最高有效位反碼：對于二進制正數(shù)，反碼等于該數(shù)原碼對于二進制負數(shù)，符號位為1，其余各位取反例：設機器字長為8位，二進制數(shù)+1100101和-1010001

其反碼為：01100101，10101110補碼：對于二進制正數(shù)，補碼等于該數(shù)原碼對于二進制負數(shù)，符號位為1，其余各位取反，末位加1例：設機器字長為8位，二進制數(shù)+1100101和-1010001

其補碼為：01100101，101011111.2.2機器數(shù)的定點表示與浮點表示定點數(shù)：小數(shù)點在數(shù)中的位置是固定不變的1.定點小數(shù)符號位小數(shù)點2.定點整數(shù)符號位小數(shù)點浮點數(shù)：小數(shù)點在小數(shù)中的位置是浮動的任意一個數(shù)N均可表示為：N=be×mb為基數(shù)e為階碼m為尾數(shù)例：123.456=103×0.123456123.456=102×1.23456階符階碼數(shù)符尾數(shù)階碼部分尾數(shù)部分基數(shù)是2一個二進制浮點數(shù)1.2.3非數(shù)值數(shù)據(jù)的表示

ASCⅡ碼：美國標準通信編碼，一般用7bit組合編碼來表示數(shù)字、英文字母、符號等可以打印的字符字符的表示漢字的表示（1）漢字國標碼1981年國家標準總局公布了GB2312—80，即《信息交換用漢字編碼字符集基本集》，簡稱GB碼。（2）漢字區(qū)位碼將漢字編碼GB2312—80中的6763個漢字分為94個區(qū)，每個區(qū)中包含94個漢字（位），這樣每個漢字所在的區(qū)和位就組成了一個二維數(shù)組，這就是區(qū)位碼。1.3微型計算機的基本組成電路1.3.1觸發(fā)器SRQQRS觸發(fā)器SCLKRQQ時鐘RS觸發(fā)器SR觸發(fā)器：是由基本門電路組成的具有記憶功能的器件

D觸發(fā)器DQQSRD觸發(fā)器QQDCLK邊沿觸發(fā)的D觸發(fā)器QQDCLK時鐘D觸發(fā)器SRDQQPRESET（置位）CLEAR（清除）CLK

D觸發(fā)器正邊沿觸發(fā)D觸發(fā)器CLKDQQ負邊沿觸發(fā)D觸發(fā)器CLKDQQ低電平預置及清除的D觸發(fā)器JK觸發(fā)器●CLKSQRQ●JKJKQ00保持原態(tài)0100111翻轉(zhuǎn)JQKQCLKPRCLR1.3.2寄存器(Register)寄存器：是由觸發(fā)器組成的，可以保存二進制數(shù)。寄存器緩沖寄存器——用于暫存數(shù)據(jù)移位寄存器——能夠?qū)⑵渌鏀?shù)據(jù)一位一位地向左或向右移計數(shù)器——一個脈沖到達時，會按二進制數(shù)的規(guī)律累計脈沖數(shù)累加器——用以暫存每次在ALU中計算的中間結果1.緩沖寄存器（Buffer）Q3D3Q2D2Q1D1Q0D0●●●●●●X3X2X1X0CLKCLRX3X2X1X04位緩沖寄存器電路原理圖Y3Y2Y1Y0Y3Y2Y1Y0數(shù)據(jù)在時鐘信號的作用下由X端寫到Y端Q0D0+CLRCLKLOADY0X0X0=0Q01Q0Q0LOADCLKCLR可控緩沖寄存器的符號XQ0X0X0=1=X0控制門（L門）控制數(shù)據(jù)的裝入Q3D3Q2D2Q1D1Q0D0●●●●●●X3X2X1X0CLKCLRX3X2X1X0可控4位緩沖寄存器電路原理圖Y3Y2Y1Y0Y3Y2Y1Y0LLLLL2.計數(shù)器（Counter）Q3J3

K3Q2J2

K2Q1J1

K1Q0J0

K0CLKCLR行波計數(shù)器的工作原理（1）行波計數(shù)器（TravelingWaveCounter）0000000100110100COUNT控制計數(shù)端COUNTCLKCLR可控計數(shù)器符號0010Q3D3CLR010010000001（2）

環(huán)形計數(shù)器（RingCounter）Q2D2CLRQ1D1CLRQ0D0CLRCLRCLK環(huán)形計數(shù)器CLKCLR=10001PR0010環(huán)形計數(shù)器在系統(tǒng)時鐘信號的作用下產(chǎn)生順序的控制信號（3）程序計數(shù)器（ProgramCounter）

COUNTLOADCLKCLRXY（4）累加器（Accumulator）LOADSHLSHRCLKCLRXYX1.3.3加法電路與算數(shù)邏輯單元

1011+）0010

11010101.二進制加法電路例：A3A2A1A0B3B2B1B0+)C3C2C1S4

S3S2S1S0A+B=S0

半加器電路A0B0C1S00000010110011110真值表A0B0C1S0HAA0B0S0C1異或門與門AiBiCi

Ci+1Si

全加器電路真值表Ai+Bi+Ci=Si0000000101010010111010001101101101011111FAAiBiCiCi+1Si異或兩兩先“與”后“或”

二進制數(shù)的加法器C4FAA3B3S3C3FAA2B2S2FAA1B1S1HAA0B0S0C2C1四位二進制加法電路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/減法電路C3C2C1C0FAFAFAFAA3A2A1A0B3B2B1B0S3S2S1S0SUBC44位二進制加法器/減法器B0Y0SUB=1=0=1=1=0=0=0=0=1=11001=01100=100113.算術邏輯單元(ALU)ControlABSALUArithmeticLogicalUnit一組線1.3.4三態(tài)輸出電路EAB01011高阻高阻010BAE三態(tài)輸出電路的邏輯表ENABLE=1數(shù)據(jù)由D→B

總線結構LACLKEAALBCLKEB

BLCCLKECCLDCLKEDDW3W2W1W0（W總線）LAEALBEBLCECLDED=1=0=0=1=0=0=0=0數(shù)據(jù)由B→A00100001控制字CONLACLKEACLBCLKEBBLACLKEAALACLKEAD控制器數(shù)據(jù)總線控制總線總線結構符號圖1.3.5存儲器（Memory）Register……01100010單元的內(nèi)容

1個字節(jié)（Byte）=8bitR0R1R2D7D6D5D4D3D2D1D0……譯碼器A0A1A2A3R14R15

16×8的存儲器1.4微型計算機結構的簡化形式PCIRCONMAR16×8PROMAALUBOD448888488888412CPCLKCLREPLICLKCLREILACLKEASUEULBCLKLOCLKCLKCLRLMCLKERCPEPLMERLIEILAEASUEULBLO8PCMAR16×8PROMIRCONA88ALUODBCPUMI/OW1.4.2模型機的指令系統(tǒng)LDA——將數(shù)據(jù)裝入累加器AADD——進行加法運算SUB——進行減法運算OUT——輸出結果HLT——停機指令系統(tǒng)：編制計算程序的指令集合1.4.3模型機的程序設計程序設計編制匯編語言程序存儲器的分配助記符的翻譯匯編語言源程序匯編LDAR9ADDRAADDRBSUBRCOUTHLT編寫3個數(shù)相加減去一個數(shù)的程序存儲器的分配1H0H0FH0EH0DH0CH0BH0AH9H8H7H6H5H4H3H2HRFRERDRCRBRAR9R8R7R6R5R4R3R2R1R0數(shù)據(jù)區(qū)指令區(qū)1CH18H14H10H助記符操作碼LDA0000ADD0001SUB0010OUT1110HLT1111助記符與操作碼表LDAR9ADDRAADDRBSUBRCOUTHLT源程序000000010001001011101111操作碼1001101010111100××××××××操作數(shù)地址目的程序09H1AH1BH2CHE0HF0H1H0H0FH0EH0DH0CH0BH0AH9H8H7H6H5H4H3H2HRFRERDRCRBRAR9R8R7R6R5R4R3R2R1R01CH18H14H10HF0HE0H2CH1BH1AH09H程序和數(shù)據(jù)都寫到了存儲器中1.4.4執(zhí)行指令的過程指令周期：執(zhí)行一條指令所需要的時間指令周期取指周期執(zhí)行周期1.環(huán)形計數(shù)器及機器節(jié)拍Q5Q4Q3Q2Q1Q0CLKCLRT5T4T3T2T1T0復習環(huán)形計數(shù)器……機器節(jié)拍T0T1T2T3T4T5CLK周期4PCIRCONMAR16×8PROMAALUBOD48888488888412CPCLKCLREPLICLKCLREILACLKEASUEULBCLKLOCLKCLKCLRLMCLKER8

程序的執(zhí)行過程CPEPLMERLIEILAEASUEULBLO011000000000T0=10H440執(zhí)行下面程序LDAR9ADDRA……注意觀察取指周期和執(zhí)行周期4PCIRCONMAR16×8PROMAALUBOD48888488888412CPCLKCLREPLICLKCLREILACLKEASUEULBCLKLOCLKCLKCLRLMCLKER8程序的執(zhí)行過程CPEPLMERLIEILAEASUEULBLO000110000000T1=1809H8409HLDAR9的指令碼4PCIRCONMAR16×8PROMAALUBOD48888488888412CPCLKCLREPLICLKCLREILACLKEASUEULBCLKLOCLKCLKCLRLMCLKER8

程序的執(zhí)行過程CPEPLMERLIEILAEASUEULBLO001001000000T3=19449100000000000T2=101H完成了取指周期4PCIRCONMAR16×8PROMAALUBOD48888488888412CPCLKCLREPLICLKCLREILACLKEASUEULBCLKLOCLKCLKCLRLMCLKER8

程序的執(zhí)行過程CPEPLMERLIEILAEASUEULBLO000100100000T4=110H8810H4PCIRCONMAR16×8PROMAALUBOD48888488888412CPCLKCLREPLICLKCLREILACLKEASUEULBCLKLOCLKCLKCLRLMCLKER8程序的執(zhí)行過程10H000000000000T5=1空節(jié)拍CPEPLMERLIEILAEASUEULBLO執(zhí)行完了LDAR9指令將數(shù)據(jù)裝入了累加器A4PCIRCONMAR16×8PROMAALUBOD48888488888412CPCLKCLREPLICLKCLREILACLKEASUEULBCLKLOCLKCLKCLRLMCLKER8程序的執(zhí)行過程CPEPLMERLIEILAEASUEULBLO011000000000T0=11H441進入第二條指令的取指周期10H4PCIRCONMAR16×8PROMAALUBOD48888488888412CPCLKCLREPLICLKCLREILACLKEASUEULBCLKLOCLKCLKCLRLMCLKER8程序的執(zhí)行過程CPEPLMERLIEILAEASUEULBLO000110000000T1=181AH841AH10HADDRA的指令碼4PCIRCONMAR16×8PROMAALUBOD48888488888412CPCLKCLREPLICLKCLREILACLKEASUEULBCLKLOCLKCLKCLRLMCLKER8程序的執(zhí)行過程CPEPLMERLIEILAEASUEULBLO001001000000T3=1A44A100000000000T2=102H完成了取指周期10H4PCIRCONMAR16×8PROMAALUBOD48888488888412CPCLKCLREPLICLKCLREILACLKEASUEULBCLKLOCLKCLKCLRLMCLKER8程序的執(zhí)行過程CPEPLMERLIEI