微机原理与接口技术第1章概述.ppt

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1、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

2、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

3、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=,.,0100,0110,110

4、1,1000,=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,

5、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

6、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

7、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

8、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

9、,=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

10、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 T

11、4 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、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 L

13、B 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

14、,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

15、,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,

16、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

17、,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,