微机原理与接口技术第1章概述.ppt
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09十个数，所以它的基是10,权：数制每一位（置）所具有的值。,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）,十六进制数（Hexadecimal）,由0、1、29、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=1163+4162+10161+15160=5295D,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2：十进制数转换成非十进制数（小数部分）,0.625D=0.101B=0.5Q=0.AH,0.625*2=1.251 0.25*2=0.50 0.5*2=11,0.625*8=55,0.625*16=10A,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=,.,0100,0110,1101,1000,=64.D8H,4,6,D,8,1.1.2 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）,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：01100101，10101110,1.2.2 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,2.定点整数,浮点数：小数点在小数中的位置是浮动的,例：123.456=1030.123456123.456=1021.23456,1.2.3 非数值数据的表示,ASC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GB231280，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GB231280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,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,D触发器,正边沿触发D触发器,JK触发器,CLK,J,K,J K Q0 0 保持原态0 1 0 0 11 1 翻转,1.3.2 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）,Q3 D3,Q2 D2,Q1 D1,Q0 D0,X3 X2 X1 X0,CLK,CLR,X3 X2 X1 X0,4位缓冲寄存器电路原理图,Y3 Y2 Y1 Y0,数据在时钟信号的作用下由X端写到Y端,X0,Q3 D3,Q2 D2,Q1 D1,Q0 D0,X3 X2 X1 X0,CLK,CLR,X3 X2 X1 X0,可控4位缓冲寄存器电路原理图,Y3 Y2 Y1 Y0,L,L,L,L,L,2.计数器（Counter）,CLK,CLR,行波计数器的工作原理,（1）行波计数器（Traveling Wave Counter）,（2）环形计数器（Ring Counter）,CLR,CLK,PR,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（Program Counter）,COUNT LOAD CLK CLR,X,Y,1.3.3 加法电路与算数逻辑单元,1.二进制加法电路,例：,0,半加器电路,真值表,全加器电路,真值表,Ai+Bi+Ci=Si,0 0 0 0 0 0 0 1 0 10 1 0 0 10 1 1 1 01 0 0 0 11 0 1 1 01 1 0 1 01 1 1 1 1,二进制数的加法器,C4,C3,HA,A0,B0,S0,C2,C1,四位二进制加法电路,A+B=S,2.可控反相器及加法/减法电路,=1,=0,1 0 0 1,3.算术逻辑单元(ALU),Control,A,B,S,ALU,1.3.4 三态输出电路,ENABLE,数据由DB,总线结构,W3W2W1W0（W总线）,LAEALBEBLCECLDED,=1=0=0=1=0=0=0=0,00100001,控制字CON,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）,1.4 微型计算机结构的简化形式,PC,IR,CON,MAR,168PROM,A,ALU,B,O,D,4,4,8,8,8,8,4,8,8,8,8,8,4,12,CPCLKCLR EP,LICLKCLR EI,LA CLKEA,SU EU,LBCLK,LO CLK,CLKCLR,LMCLK,ER,CP EP LM ER LI EI LA EA SU EU LB LO,8,168PROM,CON,ALU,1.4.2 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,存储器的分配,1H0H,0FH0EH0DH0CH0BH0AH 9H 8H 7H 6H 5H 4H 3H 2H,1CH18H14H10H,LDA R9ADD RAADD RBSUB RCOUT HLT,源程序,目的程序,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,1.环形计数器及机器节拍,Q5,Q4,Q3,Q2,Q1,Q0,CLKCLR,T5 T4 T3 T2 T1 T0,复习环形计数器,4,PC,IR,CON,MAR,168PROM,A,ALU,B,O,D,4,8,8,8,8,4,8,8,8,8,8,4,12,CPCLKCLR EP,LICLKCLR EI,LA CLKEA,SU EU,LBCLK,LO CLK,CLKCLR,LMCLK,ER,8,程序的执行过程,CP EP LM ER LI EI LA EA SU EU LB LO,0H,4,4,0,执行下面程序LDA R9ADD RA注意观察取指周期和执行周期,4,PC,IR,CON,MAR,168PROM,A,ALU,B,O,D,4,8,8,8,8,4,8,8,8,8,8,4,12,CPCLKCLR EP,LICLKCLR EI,LA CLKEA,SU EU,LBCLK,LO CLK,CLKCLR,LMCLK,ER,8,程序的执行过程,CP EP LM ER LI EI LA EA SU EU LB LO,LDA R9的指令码,4,PC,IR,CON,MAR,168PROM,A,ALU,B,O,D,4,8,8,8,8,4,8,8,8,8,8,4,12,CPCLKCLR EP,LICLKCLR EI,LA CLKEA,SU EU,LBCLK,LO CLK,CLKCLR,LMCLK,ER,8,程序的执行过程,CP EP LM ER LI EI LA EA SU EU LB LO,4,9,4,PC,IR,CON,MAR,168PROM,A,ALU,B,O,D,4,8,8,8,8,4,8,8,8,8,8,4,12,CPCLKCLR EP,LICLKCLR EI,LA CLKEA,SU EU,LBCLK,LO CLK,CLKCLR,LMCLK,ER,8,程序的执行过程,CP EP LM ER LI EI LA EA SU EU LB LO,4,PC,IR,CON,MAR,168PROM,A,ALU,B,O,D,4,8,8,8,8,4,8,8,8,8,8,4,12,CPCLKCLR EP,LICLKCLR EI,LA CLKEA,SU EU,LBCLK,LO CLK,CLKCLR,LMCLK,ER,8,程序的执行过程,10H,CP EP LM ER LI EI LA EA SU EU LB LO,执行完了LDA R9指令将数据装入了累加器A,4,PC,IR,CON,MAR,168PROM,A,ALU,B,O,D,4,8,8,8,8,4,8,8,8,8,8,4,12,CPCLKCLR EP,LICLKCLR EI,LA CLKEA,SU EU,LBCLK,LO CLK,CLKCLR,LMCLK,ER,8,程序的执行过程,CP EP LM ER LI EI LA EA SU EU LB LO,1H,4,4,1,进入第二条指令的取指周期,10H,4,PC,IR,CON,MAR,168PROM,A,ALU,B,O,D,4,8,8,8,8,4,8,8,8,8,8,4,12,CPCLKCLR EP,LICLKCLR EI,LA CLKEA,SU EU,LBCLK,LO CLK,CLKCLR,LMCLK,ER,8,程序的执行过程,CP EP LM ER LI EI LA EA SU EU LB LO,10H,ADD RA的指令码,4,PC,IR,CON,MAR,168PROM,A,ALU,B,O,D,4,8,8,8,8,4,8,8,8,8,8,4,12,CPCLKCLR EP,LICLKCLR EI,LA CLKEA,SU EU,LBCLK,LO CLK,CLKCLR,LMCLK,ER,8,程序的执行过程,CP EP LM ER LI EI LA EA SU EU LB LO,4,A,10H,4,PC,IR,CON,MAR,168PROM,A,ALU,B,O,D,4,8,8,8,8,4,8,8,8,8,8,4,12,CPCLKCLR EP,LICLKCLR EI,LA CLKEA,SU EU,LBCLK,LO CLK,CLKCLR,LMCLK,ER,8,程序的执行过程,CP EP LM ER LI EI LA EA SU EU LB LO,8,10H,24H,4,PC,IR,CON,MAR,168PROM,A,ALU,B,O,D,4,8,8,8,8,4,8,8,8,8,8,4,12,CPCLKCLR EP,LICLKCLR EI,LA CLKEA,SU EU,LBCLK,LO CLK,CLKCLR,LMCLK,ER,8,程序的执行过程,CP EP LM ER LI EI LA EA SU EU LB LO,24H,8,完成了ADD RA指令的执行相加的结果装入了累加器A,再看一遍,1.4.5 控制器,环形计数器（RC）指令译码器（LD）控制矩阵（CM）其它控制电路,1.指令译码器,I7 I6 I5 I4,LDAADDSUBOUTHLT,来自指令寄存器的操作码,+,+,+,+,+,T0,T1,T2,T3,T4,T5,+,T5T4T3T2T1T0,CPEP LM ER LI EI LA EA SU EU LB LO,LDAADDSUBOUT,CLKCLR,2.控制矩阵（CM）,3.其它控制电路,启动和清除按钮,运行/停止触发器,时钟震荡器,射极跟随器,环形计数器,指令译码器,控制矩阵,指令字段（高4位）,HLT,CON,CLR,CLK,控 制 器,控制部件结构图,启动和清除按钮,运行/停止触发器,1.5 微型计算机的工作原理,1.5.1 微型计算机的硬件结构,工作原理：存储程序，按地址顺序执行,微型计算机,算数逻辑单元控制器存储器输入/输出设备,习题,1、3,
