微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用課件

微機(jī)原理與接口技術(shù)實(shí)用教程

課程簡(jiǎn)介微機(jī)原理與接口技術(shù)實(shí)用教程課程簡(jiǎn)介1微機(jī)原理與接口技術(shù)實(shí)用教程第1章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)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(shè)計(jì)第5章半導(dǎo)體存儲(chǔ)器及其接口第6章微型計(jì)算機(jī)I/O接口基礎(chǔ)第7章微型計(jì)算機(jī)總線及I/O接口標(biāo)準(zhǔn)第8章中斷第9章常用可編程接口芯片第10章人機(jī)交互設(shè)備及接口微機(jī)原理與接口技術(shù)實(shí)用教程第1章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)及工作原理2第1章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)及工作原理

1.1數(shù)制

1.2計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示

1.3微型計(jì)算機(jī)的基本組成電路

1.4微型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化形式

1.5微型計(jì)算機(jī)的工作原理本章目標(biāo)第1章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)及工作原理1.1數(shù)制本章31.1數(shù)制1.1.1數(shù)制的基與權(quán)基：數(shù)制所使用的數(shù)碼個(gè)數(shù)。例：十進(jìn)制數(shù)使用0～9十個(gè)數(shù)，所以它的基是10權(quán)：數(shù)制每一位（置）所具有的值。例：6845千百十個(gè)103102101100十進(jìn)制數(shù)各位的權(quán)是以10為底的冪二進(jìn)制數(shù)使用0、1兩個(gè)數(shù)，它的“基”？各位的“權(quán)”又是多少呢？1.1數(shù)制1.1.1數(shù)制的基與權(quán)基：數(shù)制所使用的數(shù)碼個(gè)數(shù)4由0、1二個(gè)數(shù)碼構(gòu)成，基數(shù)為2，第i位的權(quán)為2i，運(yùn)算規(guī)則：逢二進(jìn)一、借一作二二進(jìn)制數(shù)（Binary）101011B=1×25+0×24+1×23+0×22+1×21+1×20=43D一個(gè)二進(jìn)制數(shù)按權(quán)展開求和就轉(zhuǎn)換成了十進(jìn)制數(shù)8421牢記！1011B23222120例：一個(gè)二進(jìn)制數(shù)各位的權(quán)→基數(shù)說明符由0、1二個(gè)數(shù)碼構(gòu)成，基數(shù)為2，第i位的權(quán)5十六進(jìn)制數(shù)（Hexadecimal）由0、1、2…9、A、B、C、D、E、F十六個(gè)數(shù)碼構(gòu)成?；鶖?shù)為16，第i位的權(quán)為16i

運(yùn)算規(guī)則：逢十六進(jìn)一、借一作十六14AFH=1×163+4×162+10×161+15×160=5295D由0、1、2、…7八個(gè)數(shù)碼構(gòu)成，基數(shù)為8，第i位的權(quán)為8i運(yùn)算規(guī)則：逢八進(jìn)一、借一作八八進(jìn)制數(shù)（Octal）十六進(jìn)制數(shù)既可以簡(jiǎn)化書寫，又便于記憶十六進(jìn)制數(shù)（Hexadecimal）由0、61.1.2不同進(jìn)制數(shù)間的轉(zhuǎn)換1.非十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)按權(quán)展開求和2.十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成非十進(jìn)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)1.1.2不同進(jìn)制數(shù)間的轉(zhuǎn)換1.非十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制7例2：十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成非十進(jìn)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(jìn)制數(shù)間的轉(zhuǎn)換（2）例2：十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成非十進(jìn)制數(shù)（小數(shù)部分）0.625D=0.83.十六進(jìn)制數(shù)與二進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換二進(jìn)制數(shù)→十六進(jìn)制數(shù)四位一組分組時(shí),如位數(shù)不夠，整數(shù)部分在最左邊補(bǔ)零，小數(shù)部分在最右邊補(bǔ)零十六進(jìn)制數(shù)→二進(jìn)制數(shù)一位對(duì)應(yīng)換成二進(jìn)制數(shù)四位1100100.11011B=.0100011011011000=64.D8H46D81.1.2不同進(jìn)制數(shù)間的轉(zhuǎn)換3.十六進(jìn)制數(shù)與二進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換二進(jìn)制數(shù)→十六進(jìn)制數(shù)91.2計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)的表示機(jī)器數(shù)與真值機(jī)器數(shù)：一個(gè)二進(jìn)制數(shù)連同符號(hào)位在內(nèi)作為一個(gè)數(shù)叫機(jī)器數(shù)真值：機(jī)器數(shù)所代表的數(shù)值（如-1001011B）正數(shù)、負(fù)數(shù)的符號(hào)位分別用0和1表示，這種表示法稱為原碼例：設(shè)機(jī)器字長(zhǎng)為8位，二進(jìn)制數(shù)+10010B和-100001B其原碼為：00010010，10100001原碼連符號(hào)一起數(shù)字化了的數(shù)最高有效位1.2計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)的表示機(jī)器數(shù)與真值機(jī)器數(shù)：一個(gè)二進(jìn)制10反碼：對(duì)于二進(jìn)制正數(shù)，反碼等于該數(shù)原碼對(duì)于二進(jìn)制負(fù)數(shù)，符號(hào)位為1，其余各位取反例：設(shè)機(jī)器字長(zhǎng)為8位，二進(jìn)制數(shù)+1100101和-1010001其反碼為：01100101，10101110補(bǔ)碼：對(duì)于二進(jìn)制正數(shù)，補(bǔ)碼等于該數(shù)原碼對(duì)于二進(jìn)制負(fù)數(shù)，符號(hào)位為1，其余各位取反，末位加1例：設(shè)機(jī)器字長(zhǎng)為8位，二進(jìn)制數(shù)+1100101和-1010001其補(bǔ)碼為：01100101，10101111反碼：對(duì)于二進(jìn)制正數(shù)，反碼等于該數(shù)原碼例：設(shè)機(jī)器字長(zhǎng)為8位，111.2.2機(jī)器數(shù)的定點(diǎn)表示與浮點(diǎn)表示定點(diǎn)數(shù)：小數(shù)點(diǎn)在數(shù)中的位置是固定不變的1.定點(diǎn)小數(shù)符號(hào)位小數(shù)點(diǎn)2.定點(diǎn)整數(shù)符號(hào)位小數(shù)點(diǎn)1.2.2機(jī)器數(shù)的定點(diǎn)表示與浮點(diǎn)表示定點(diǎn)數(shù)：小數(shù)點(diǎn)在12浮點(diǎn)數(shù)：小數(shù)點(diǎn)在小數(shù)中的位置是浮動(dòng)的任意一個(gè)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(gè)二進(jìn)制浮點(diǎn)數(shù)浮點(diǎn)數(shù)：小數(shù)點(diǎn)在小數(shù)中的位置是浮動(dòng)的任意一個(gè)數(shù)N均可表示131.2.3非數(shù)值數(shù)據(jù)的表示ASCⅡ碼：美國標(biāo)準(zhǔn)通信編碼，一般用7bit組合編碼來表示數(shù)字、英文字母、符號(hào)等可以打印的字符字符的表示漢字的表示（1）漢字國標(biāo)碼1981年國家標(biāo)準(zhǔn)總局公布了GB2312—80，即《信息交換用漢字編碼字符集基本集》，簡(jiǎn)稱GB碼。（2）漢字區(qū)位碼將漢字編碼GB2312—80中的6763個(gè)漢字分為94個(gè)區(qū)，每個(gè)區(qū)中包含94個(gè)漢字（位），這樣每個(gè)漢字所在的區(qū)和位就組成了一個(gè)二維數(shù)組，這就是區(qū)位碼。1.2.3非數(shù)值數(shù)據(jù)的表示ASCⅡ碼：美國標(biāo)準(zhǔn)通信編141.3微型計(jì)算機(jī)的基本組成電路1.3.1觸發(fā)器SRQQRS觸發(fā)器SCLKRQQ時(shí)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1.3微型計(jì)算機(jī)的基本組成電路1.3.1觸發(fā)器SQRS15D觸發(fā)器DQQSRD觸發(fā)器QQDCLK邊沿觸發(fā)的D觸發(fā)器QQDCLK時(shí)鐘D觸發(fā)器SRD觸發(fā)器DQSD觸發(fā)器QD邊沿觸發(fā)的D觸發(fā)器QDCLK時(shí)16DQQPRESET（置位）CLEAR（清除）CLKD觸發(fā)器正邊沿觸發(fā)D觸發(fā)器CLKDQQ負(fù)邊沿觸發(fā)D觸發(fā)器CLKDQQ低電平預(yù)置及清除的D觸發(fā)器DQPRESET（置位）CLEAR（清除）CLK17JK觸發(fā)器●CLKSQRQ●JKJKQ00保持原態(tài)0100111翻轉(zhuǎn)JQKQCLKPRCLRJK觸發(fā)器●CLKSQ●JKJK181.3.2寄存器(Register)寄存器：是由觸發(fā)器組成的，可以保存二進(jìn)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(jì)數(shù)器——一個(gè)脈沖到達(dá)時(shí)，會(huì)按二進(jìn)制數(shù)的規(guī)律累計(jì)脈沖數(shù)累加器——用以暫存每次在ALU中計(jì)算的中間結(jié)果1.3.2寄存器(Register)寄存器：是由觸發(fā)器組191.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(shí)鐘信號(hào)的作用下由X端寫到Y(jié)端1.緩沖寄存器（Buffer）Q3D3Q2D2Q20Q0D0+CLRCLKLOADY0X0X0=0Q01Q0Q0LOADCLKCLR可控緩沖寄存器的符號(hào)XQ0X0X0=1=X0控制門（L門）控制數(shù)據(jù)的裝入Q0D0+CLRCLKLOADY0X0X0=0Q021Q3D3Q2D2Q1D1Q0D0●●●●●●X3X2X1X0CLKCLRX3X2X1X0可控4位緩沖寄存器電路原理圖Y3Y2Y1Y0Y3Y2Y1Y0LLLLLQ3D3Q2D2Q1D1Q0D0●●●●●●222.計(jì)數(shù)器（Counter）Q3J3

K3Q2J2

K2Q1J1

K1Q0J0

K0CLKCLR行波計(jì)數(shù)器的工作原理（1）行波計(jì)數(shù)器（TravelingWaveCounter）0000000100110100COUNT控制計(jì)數(shù)端COUNTCLKCLR可控計(jì)數(shù)器符號(hào)00102.計(jì)數(shù)器（Counter）CLKCLR行波計(jì)數(shù)器的工23Q3D3CLR010010000001（2）環(huán)形計(jì)數(shù)器（RingCounter）Q2D2CLRQ1D1CLRQ0D0CLRCLRCLK環(huán)形計(jì)數(shù)器CLKCLR=10001PR0010環(huán)形計(jì)數(shù)器在系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)的作用下產(chǎn)生順序的控制信號(hào)Q3D30124（3）程序計(jì)數(shù)器（ProgramCounter）

COUNTLOADCLKCLRXY（4）累加器（Accumulator）LOADSHLSHRCLKCLRXYX（3）程序計(jì)數(shù)器（ProgramCounter）251.3.3加法電路與算數(shù)邏輯單元1011+）001011010101.二進(jìn)制加法電路例：A3A2A1A0B3B2B1B0+)C3C2C1S4

S3S2S1S0A+B=S01.3.3加法電路與算數(shù)邏輯單元1026半加器電路A0B0C1S00000010110011110真值表A0B0C1S0HAA0B0S0C1異或門與門半加器電路A0B0C1S00027AiBiCi

Ci+1Si全加器電路真值表Ai+Bi+Ci=Si0000000101010010111010001101101101011111FAAiBiCiCi+1Si異或兩兩先“與”后“或”AiBiCiCi+1Si28二進(jìn)制數(shù)的加法器C4FAA3B3S3C3FAA2B2S2FAA1B1S1HAA0B0S0C2C1四位二進(jìn)制加法電路A+B=S=1=0=1=1=1=0=1=0=1=0=0=1=1=0=0=1二進(jìn)制數(shù)的加法器C4FAA3B3S3C3FAA2B2S292.可控反相器及加法/減法電路C3C2C1C0FAFAFAFAA3A2A1A0B3B2B1B0S3S2S1S0SUBC44位二進(jìn)制加法器/減法器B0Y0SUB=1=0=1=1=0=0=0=0=1=11001=01100=100112.可控反相器及加法/減法電路C3C2C1C0FAFAFA303.算術(shù)邏輯單元(ALU)ControlABSALUArithmeticLogicalUnit一組線3.算術(shù)邏輯單元(ALU)ControlABSAL311.3.4三態(tài)輸出電路EAB01011高阻高阻010BAE三態(tài)輸出電路的邏輯表ENABLE=11.3.4三態(tài)輸出電路EAB001高阻00BAE三態(tài)輸32數(shù)據(jù)由D→B總線結(jié)構(gòu)LACLKEAALBCLKEB

BLCCLKECCLDCLKEDDW3W2W1W0（W總線）LAEALBEBLCECLDED=1=0=0=1=0=0=0=0數(shù)據(jù)由B→A00100001控制字CON數(shù)據(jù)由總線結(jié)構(gòu)LAALBBLCCL33LACLKEACLBCLKEBBLACLKEAALACLKEAD控制器數(shù)據(jù)總線控制總線總線結(jié)構(gòu)符號(hào)圖LACLBBLAALA341.3.5存儲(chǔ)器（Memory）Register……01100010單元的內(nèi)容1個(gè)字節(jié)（Byte）=8bitR0R1R2D7D6D5D4D3D2D1D0……譯碼器A0A1A2A3R14R1516×8的存儲(chǔ)器1.3.5存儲(chǔ)器（Memory）Register……0351.4微型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化形式PCIRCONMAR16×8PROMAALUBOD448888488888412CPCLKCLREPLICLKCLREILACLKEASUEULBCLKLOCLKCLKCLRLMCLKERCPEPLMERLIEILAEASUEULBLO8PCMAR16×8PROMIRCONA88ALUODBCPUMI/OW1.4微型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化形式PCIRCONMAR16×361.4.2模型機(jī)的指令系統(tǒng)LDA——將數(shù)據(jù)裝入累加器AADD——進(jìn)行加法運(yùn)算SUB——進(jìn)行減法運(yùn)算OUT——輸出結(jié)果HLT——停機(jī)指令系統(tǒng)：編制計(jì)算程序的指令集合1.4.2模型機(jī)的指令系統(tǒng)LDA——將數(shù)據(jù)裝入累加器A指令371.4.3模型機(jī)的程序設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)編制匯編語言程序存儲(chǔ)器的分配助記符的翻譯匯編語言源程序匯編LDAR9ADDRAADDRBSUBRCOUTHLT編寫3個(gè)數(shù)相加減去一個(gè)數(shù)的程序1.4.3模型機(jī)的程序設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)編制匯編語言程序匯編語言38存儲(chǔ)器的分配1H0H0FH0EH0DH0CH0BH0AH9H8H7H6H5H4H3H2HRFRERDRCRBRAR9R8R7R6R5R4R3R2R1R0數(shù)據(jù)區(qū)指令區(qū)1CH18H14H10H助記符操作碼LDA0000ADD0001SUB0010OUT1110HLT1111助記符與操作碼表存儲(chǔ)器的分配1H0FHRFR1數(shù)據(jù)區(qū)指令區(qū)1CH助記符39LDAR9ADDRAADDRBSUBRCOUTHLT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(chǔ)器中LDAR9源程序0000操作碼10401.4.4執(zhí)行指令的過程指令周期：執(zhí)行一條指令所需要的時(shí)間指令周期取指周期執(zhí)行周期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(shí)411.環(huán)形計(jì)數(shù)器及機(jī)器節(jié)拍Q5Q4Q3Q2Q1Q0CLKCLRT5T4T3T2T1T0復(fù)習(xí)環(huán)形計(jì)數(shù)器……機(jī)器節(jié)拍T0T1T2T3T4T5CLK周期1.環(huán)形計(jì)數(shù)器及機(jī)器節(jié)拍Q5Q4Q3Q2Q1Q0CLKT424PCIRCONMAR16×8PROMAALUBOD48888488888412CPCLKCLREPLICLKCLREILACLKEASUEULBCLKLOCLKCLKCLRLMCLKER8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4PCIRCONMAR16×8AALUBOD48888488434PCIRCONMAR16×8PROMAALUBOD48888488888412CPCLKCLREPLICLKCLREILACLKEASUEULBCLKLOCLKCLKCLRLMCLKER8程序的執(zhí)行過程CPEPLMERLIEILAEASUEULBLO000110000000T1=1809H8409HLDAR9的指令碼4PCIRCONMAR16×8AALUBOD48888488444PCIRCONMAR16×8PROMAALUBOD48888488888412CPCLKCLREPLICLKCLREILACLKEASUEULBCLKLOCLKCLKCLRLMCLKER8程序的執(zhí)行過程CPEPLMERLIEILAEASUEULBLO001001000000T3=19449100000000000T2=101H完成了取指周期4PCIRCONMAR16×8AALUBOD48888488454PCIRCONMAR16×8PROMAALUBOD48888488888412CPCLKCLREPLICLKCLREILACLKEASUEULBCLKLOCLKCLKCLRLMCLKER8程序的執(zhí)行過程CPEPLMERLIEILAEASUEULBLO000100100000T4=110H8810H4PCIRCONMAR16×8AALUBOD48888488464PCIRCONMAR16×8PROMAALUBOD48888488888412CPCLKCLREPLICLKCLREILACLKEASUEULBCLKLOCLKCLKCLRLMCLKER8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A4PCIRCONMAR16×8AALUBOD48888488474PCIRCONMAR16×8PROMAALUBOD48888488888412CPCLKCLREPLICLKCLREILACLKEASUEULBCLKLOCLKCLKCLRLMCLKER8程序的執(zhí)行過程CPEPLMERLIEILAEASUEULBLO011000000000T0=11H441進(jìn)入第二條指令的取指周期10H4PCIRCONMAR16×8AALUBOD48888488484PCIRCONMAR16×8PROMAALUBOD48888488888412CPCLKCLREPLICLKCLREILACLKEASUEULBCLKLOCLKCLKCLRLMCLKER8程序的執(zhí)行過程CPEPLMERLIEILAEASUEULBLO000110000000T1=181AH841AH10HADDRA的指令碼4PCIRCONMAR16×8AALUBOD48888488494PCIRCONMAR16×8PROMAALUBOD48888488888412CPCLKCLREPLICLKCLREILACLKEASUEULBCLKLOCLKCLKCLRLMCLKER8程序的執(zhí)行過程CPEPLMERLIEILAEASUEULBLO001001000000T3=1A44A100000000000T2=102H完成了取指周期10H4PCIRCONMAR16×8AALUBOD48888488504PCIRCONMAR16×8PROMAALUBOD48888488888412CPCLKCLREPLICLKCLREILACLKEASUEULBCLKLOCLKCLKCLRLMCLKER8程序的執(zhí)行過程CPEPLMERLIEILAEASUEULBLO000100000010T4=1810H814H24H4PCIRCONMAR16×8AALUBOD48888488514PCIRCONMAR16×8PROMAALUBOD48888488888412CPCLKCLREPLICLKCLREILACLKEASUEULBCLKLOCLKCLKCLRLMCLKER8程序的執(zhí)行過程CPEPLMERLIEILAEASUEULBLO000000100100T5=124H8824H完成了ADDRA指令的執(zhí)行相加的結(jié)果裝入了累加器A再看一遍4PCIRCONMAR16×8AALUBOD48888488521.4.5控制器環(huán)形計(jì)數(shù)器（RC）指令譯碼器（LD）控制矩陣（CM）其它控制電路控制器1.4.5控制器環(huán)形計(jì)數(shù)器（RC）控制器531.指令譯碼器I7I6I5I4LDAADDSUBOUTHLT0000110001100101111011111來自指令寄存器的操作碼1.指令譯碼器I7I6I54+++++T0T1T2T3T4T5+T5T4T3T2T1T0CPEP

LM

ERLI

EI

LA

EA

SU

EU

LB

LOLDAADDSUBOUTCLKCLR2.控制矩陣（CM）+++++T0T1T2T3T4T5+T5CPEP553.其它控制電路啟動(dòng)和清除按鈕運(yùn)行/停止觸發(fā)器時(shí)鐘震蕩器射極跟隨器環(huán)形計(jì)數(shù)器指令譯碼器控制矩陣指令字段（高4位）HLTCONCLRCLK控制器控制部件結(jié)構(gòu)圖CLRCLKCLRCLKCLRCLK時(shí)鐘震蕩器射極跟隨器啟動(dòng)和清除按鈕運(yùn)行/停止觸發(fā)器3.其它控制電路啟動(dòng)和運(yùn)行/停止時(shí)鐘射極環(huán)形指令控制指561.5微型計(jì)算機(jī)的工作原理1.5.1微型計(jì)算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)工作原理：存儲(chǔ)程序，按地址順序執(zhí)行微型計(jì)算機(jī)算數(shù)邏輯單元控制器存儲(chǔ)器輸入/輸出設(shè)備1.5微型計(jì)算機(jī)的工作原理1.5.1微型計(jì)算機(jī)的硬件結(jié)57習(xí)題1、3習(xí)題1、358微機(jī)原理與接口技術(shù)實(shí)用教程

課程簡(jiǎn)介微機(jī)原理與接口技術(shù)實(shí)用教程課程簡(jiǎn)介59微機(jī)原理與接口技術(shù)實(shí)用教程第1章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)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(shè)計(jì)第5章半導(dǎo)體存儲(chǔ)器及其接口第6章微型計(jì)算機(jī)I/O接口基礎(chǔ)第7章微型計(jì)算機(jī)總線及I/O接口標(biāo)準(zhǔn)第8章中斷第9章常用可編程接口芯片第10章人機(jī)交互設(shè)備及接口微機(jī)原理與接口技術(shù)實(shí)用教程第1章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)及工作原理60第1章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)及工作原理

1.1數(shù)制

1.2計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示

1.3微型計(jì)算機(jī)的基本組成電路

1.4微型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化形式

1.5微型計(jì)算機(jī)的工作原理本章目標(biāo)第1章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)及工作原理1.1數(shù)制本章611.1數(shù)制1.1.1數(shù)制的基與權(quán)基：數(shù)制所使用的數(shù)碼個(gè)數(shù)。例：十進(jìn)制數(shù)使用0～9十個(gè)數(shù)，所以它的基是10權(quán)：數(shù)制每一位（置）所具有的值。例：6845千百十個(gè)103102101100十進(jìn)制數(shù)各位的權(quán)是以10為底的冪二進(jìn)制數(shù)使用0、1兩個(gè)數(shù)，它的“基”？各位的“權(quán)”又是多少呢？1.1數(shù)制1.1.1數(shù)制的基與權(quán)基：數(shù)制所使用的數(shù)碼個(gè)數(shù)62由0、1二個(gè)數(shù)碼構(gòu)成，基數(shù)為2，第i位的權(quán)為2i，運(yùn)算規(guī)則：逢二進(jìn)一、借一作二二進(jìn)制數(shù)（Binary）101011B=1×25+0×24+1×23+0×22+1×21+1×20=43D一個(gè)二進(jìn)制數(shù)按權(quán)展開求和就轉(zhuǎn)換成了十進(jìn)制數(shù)8421牢記！1011B23222120例：一個(gè)二進(jìn)制數(shù)各位的權(quán)→基數(shù)說明符由0、1二個(gè)數(shù)碼構(gòu)成，基數(shù)為2，第i位的權(quán)63十六進(jìn)制數(shù)（Hexadecimal）由0、1、2…9、A、B、C、D、E、F十六個(gè)數(shù)碼構(gòu)成?；鶖?shù)為16，第i位的權(quán)為16i

運(yùn)算規(guī)則：逢十六進(jìn)一、借一作十六14AFH=1×163+4×162+10×161+15×160=5295D由0、1、2、…7八個(gè)數(shù)碼構(gòu)成，基數(shù)為8，第i位的權(quán)為8i運(yùn)算規(guī)則：逢八進(jìn)一、借一作八八進(jìn)制數(shù)（Octal）十六進(jìn)制數(shù)既可以簡(jiǎn)化書寫，又便于記憶十六進(jìn)制數(shù)（Hexadecimal）由0、641.1.2不同進(jìn)制數(shù)間的轉(zhuǎn)換1.非十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)按權(quán)展開求和2.十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成非十進(jìn)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)1.1.2不同進(jìn)制數(shù)間的轉(zhuǎn)換1.非十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制65例2：十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成非十進(jìn)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(jìn)制數(shù)間的轉(zhuǎn)換（2）例2：十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成非十進(jìn)制數(shù)（小數(shù)部分）0.625D=0.663.十六進(jìn)制數(shù)與二進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換二進(jìn)制數(shù)→十六進(jìn)制數(shù)四位一組分組時(shí),如位數(shù)不夠，整數(shù)部分在最左邊補(bǔ)零，小數(shù)部分在最右邊補(bǔ)零十六進(jìn)制數(shù)→二進(jìn)制數(shù)一位對(duì)應(yīng)換成二進(jìn)制數(shù)四位1100100.11011B=.0100011011011000=64.D8H46D81.1.2不同進(jìn)制數(shù)間的轉(zhuǎn)換3.十六進(jìn)制數(shù)與二進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換二進(jìn)制數(shù)→十六進(jìn)制數(shù)671.2計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)的表示機(jī)器數(shù)與真值機(jī)器數(shù)：一個(gè)二進(jìn)制數(shù)連同符號(hào)位在內(nèi)作為一個(gè)數(shù)叫機(jī)器數(shù)真值：機(jī)器數(shù)所代表的數(shù)值（如-1001011B）正數(shù)、負(fù)數(shù)的符號(hào)位分別用0和1表示，這種表示法稱為原碼例：設(shè)機(jī)器字長(zhǎng)為8位，二進(jìn)制數(shù)+10010B和-100001B其原碼為：00010010，10100001原碼連符號(hào)一起數(shù)字化了的數(shù)最高有效位1.2計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)的表示機(jī)器數(shù)與真值機(jī)器數(shù)：一個(gè)二進(jìn)制68反碼：對(duì)于二進(jìn)制正數(shù)，反碼等于該數(shù)原碼對(duì)于二進(jìn)制負(fù)數(shù)，符號(hào)位為1，其余各位取反例：設(shè)機(jī)器字長(zhǎng)為8位，二進(jìn)制數(shù)+1100101和-1010001其反碼為：01100101，10101110補(bǔ)碼：對(duì)于二進(jìn)制正數(shù)，補(bǔ)碼等于該數(shù)原碼對(duì)于二進(jìn)制負(fù)數(shù)，符號(hào)位為1，其余各位取反，末位加1例：設(shè)機(jī)器字長(zhǎng)為8位，二進(jìn)制數(shù)+1100101和-1010001其補(bǔ)碼為：01100101，10101111反碼：對(duì)于二進(jìn)制正數(shù)，反碼等于該數(shù)原碼例：設(shè)機(jī)器字長(zhǎng)為8位，691.2.2機(jī)器數(shù)的定點(diǎn)表示與浮點(diǎn)表示定點(diǎn)數(shù)：小數(shù)點(diǎn)在數(shù)中的位置是固定不變的1.定點(diǎn)小數(shù)符號(hào)位小數(shù)點(diǎn)2.定點(diǎn)整數(shù)符號(hào)位小數(shù)點(diǎn)1.2.2機(jī)器數(shù)的定點(diǎn)表示與浮點(diǎn)表示定點(diǎn)數(shù)：小數(shù)點(diǎn)在70浮點(diǎn)數(shù)：小數(shù)點(diǎn)在小數(shù)中的位置是浮動(dòng)的任意一個(gè)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(gè)二進(jìn)制浮點(diǎn)數(shù)浮點(diǎn)數(shù)：小數(shù)點(diǎn)在小數(shù)中的位置是浮動(dòng)的任意一個(gè)數(shù)N均可表示711.2.3非數(shù)值數(shù)據(jù)的表示ASCⅡ碼：美國標(biāo)準(zhǔn)通信編碼，一般用7bit組合編碼來表示數(shù)字、英文字母、符號(hào)等可以打印的字符字符的表示漢字的表示（1）漢字國標(biāo)碼1981年國家標(biāo)準(zhǔn)總局公布了GB2312—80，即《信息交換用漢字編碼字符集基本集》，簡(jiǎn)稱GB碼。（2）漢字區(qū)位碼將漢字編碼GB2312—80中的6763個(gè)漢字分為94個(gè)區(qū)，每個(gè)區(qū)中包含94個(gè)漢字（位），這樣每個(gè)漢字所在的區(qū)和位就組成了一個(gè)二維數(shù)組，這就是區(qū)位碼。1.2.3非數(shù)值數(shù)據(jù)的表示ASCⅡ碼：美國標(biāo)準(zhǔn)通信編721.3微型計(jì)算機(jī)的基本組成電路1.3.1觸發(fā)器SRQQRS觸發(fā)器SCLKRQQ時(shí)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1.3微型計(jì)算機(jī)的基本組成電路1.3.1觸發(fā)器SQRS73D觸發(fā)器DQQSRD觸發(fā)器QQDCLK邊沿觸發(fā)的D觸發(fā)器QQDCLK時(shí)鐘D觸發(fā)器SRD觸發(fā)器DQSD觸發(fā)器QD邊沿觸發(fā)的D觸發(fā)器QDCLK時(shí)74DQQPRESET（置位）CLEAR（清除）CLKD觸發(fā)器正邊沿觸發(fā)D觸發(fā)器CLKDQQ負(fù)邊沿觸發(fā)D觸發(fā)器CLKDQQ低電平預(yù)置及清除的D觸發(fā)器DQPRESET（置位）CLEAR（清除）CLK75JK觸發(fā)器●CLKSQRQ●JKJKQ00保持原態(tài)0100111翻轉(zhuǎn)JQKQCLKPRCLRJK觸發(fā)器●CLKSQ●JKJK761.3.2寄存器(Register)寄存器：是由觸發(fā)器組成的，可以保存二進(jìn)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(jì)數(shù)器——一個(gè)脈沖到達(dá)時(shí)，會(huì)按二進(jìn)制數(shù)的規(guī)律累計(jì)脈沖數(shù)累加器——用以暫存每次在ALU中計(jì)算的中間結(jié)果1.3.2寄存器(Register)寄存器：是由觸發(fā)器組771.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(shí)鐘信號(hào)的作用下由X端寫到Y(jié)端1.緩沖寄存器（Buffer）Q3D3Q2D2Q78Q0D0+CLRCLKLOADY0X0X0=0Q01Q0Q0LOADCLKCLR可控緩沖寄存器的符號(hào)XQ0X0X0=1=X0控制門（L門）控制數(shù)據(jù)的裝入Q0D0+CLRCLKLOADY0X0X0=0Q079Q3D3Q2D2Q1D1Q0D0●●●●●●X3X2X1X0CLKCLRX3X2X1X0可控4位緩沖寄存器電路原理圖Y3Y2Y1Y0Y3Y2Y1Y0LLLLLQ3D3Q2D2Q1D1Q0D0●●●●●●802.計(jì)數(shù)器（Counter）Q3J3

K3Q2J2

K2Q1J1

K1Q0J0

K0CLKCLR行波計(jì)數(shù)器的工作原理（1）行波計(jì)數(shù)器（TravelingWaveCounter）0000000100110100COUNT控制計(jì)數(shù)端COUNTCLKCLR可控計(jì)數(shù)器符號(hào)00102.計(jì)數(shù)器（Counter）CLKCLR行波計(jì)數(shù)器的工81Q3D3CLR010010000001（2）環(huán)形計(jì)數(shù)器（RingCounter）Q2D2CLRQ1D1CLRQ0D0CLRCLRCLK環(huán)形計(jì)數(shù)器CLKCLR=10001PR0010環(huán)形計(jì)數(shù)器在系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)的作用下產(chǎn)生順序的控制信號(hào)Q3D30182（3）程序計(jì)數(shù)器（ProgramCounter）

COUNTLOADCLKCLRXY（4）累加器（Accumulator）LOADSHLSHRCLKCLRXYX（3）程序計(jì)數(shù)器（ProgramCounter）831.3.3加法電路與算數(shù)邏輯單元1011+）001011010101.二進(jìn)制加法電路例：A3A2A1A0B3B2B1B0+)C3C2C1S4

S3S2S1S0A+B=S01.3.3加法電路與算數(shù)邏輯單元1084半加器電路A0B0C1S00000010110011110真值表A0B0C1S0HAA0B0S0C1異或門與門半加器電路A0B0C1S00085AiBiCi

Ci+1Si全加器電路真值表Ai+Bi+Ci=Si0000000101010010111010001101101101011111FAAiBiCiCi+1Si異或兩兩先“與”后“或”AiBiCiCi+1Si86二進(jìn)制數(shù)的加法器C4FAA3B3S3C3FAA2B2S2FAA1B1S1HAA0B0S0C2C1四位二進(jìn)制加法電路A+B=S=1=0=1=1=1=0=1=0=1=0=0=1=1=0=0=1二進(jìn)制數(shù)的加法器C4FAA3B3S3C3FAA2B2S872.可控反相器及加法/減法電路C3C2C1C0FAFAFAFAA3A2A1A0B3B2B1B0S3S2S1S0SUBC44位二進(jìn)制加法器/減法器B0Y0SUB=1=0=1=1=0=0=0=0=1=11001=01100=100112.可控反相器及加法/減法電路C3C2C1C0FAFAFA883.算術(shù)邏輯單元(ALU)ControlABSALUArithmeticLogicalUnit一組線3.算術(shù)邏輯單元(ALU)ControlABSAL891.3.4三態(tài)輸出電路EAB01011高阻高阻010BAE三態(tài)輸出電路的邏輯表ENABLE=11.3.4三態(tài)輸出電路EAB001高阻00BAE三態(tài)輸90數(shù)據(jù)由D→B總線結(jié)構(gòu)LACLKEAALBCLKEB

BLCCLKECCLDCLKEDDW3W2W1W0（W總線）LAEALBEBLCECLDED=1=0=0=1=0=0=0=0數(shù)據(jù)由B→A00100001控制字CON數(shù)據(jù)由總線結(jié)構(gòu)LAALBBLCCL91LACLKEACLBCLKEBBLACLKEAALACLKEAD控制器數(shù)據(jù)總線控制總線總線結(jié)構(gòu)符號(hào)圖LACLBBLAALA921.3.5存儲(chǔ)器（Memory）Register……01100010單元的內(nèi)容1個(gè)字節(jié)（Byte）=8bitR0R1R2D7D6D5D4D3D2D1D0……譯碼器A0A1A2A3R14R1516×8的存儲(chǔ)器1.3.5存儲(chǔ)器（Memory）Register……0931.4微型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化形式PCIRCONMAR16×8PROMAALUBOD448888488888412CPCLKCLREPLICLKCLREILACLKEASUEULBCLKLOCLKCLKCLRLMCLKERCPEPLMERLIEILAEASUEULBLO8PCMAR16×8PROMIRCONA88ALUODBCPUMI/OW1.4微型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化形式PCIRCONMAR16×941.4.2模型機(jī)的指令系統(tǒng)LDA——將數(shù)據(jù)裝入累加器AADD——進(jìn)行加法運(yùn)算SUB——進(jìn)行減法運(yùn)算OUT——輸出結(jié)果HLT——停機(jī)指令系統(tǒng)：編制計(jì)算程序的指令集合1.4.2模型機(jī)的指令系統(tǒng)LDA——將數(shù)據(jù)裝入累加器A指令951.4.3模型機(jī)的程序設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)編制匯編語言程序存儲(chǔ)器的分配助記符的翻譯匯編語言源程序匯編LDAR9ADDRAADDRBSUBRCOUTHLT編寫3個(gè)數(shù)相加減去一個(gè)數(shù)的程序1.4.3模型機(jī)的程序設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)編制匯編語言程序匯編語言96存儲(chǔ)器的分配1H0H0FH0EH0DH0CH0BH0AH9H8H7H6H5H4H3H2HRFRERDRCRBRAR9R8R7R6R5R4R3R2R1R0數(shù)據(jù)區(qū)指令區(qū)1CH18H14H10H助記符操作碼LDA0000ADD0001SUB0010OUT1110HLT1111助記符與操作碼表存儲(chǔ)器的分配1H0FHRFR1數(shù)據(jù)區(qū)指令區(qū)1CH助記符97LDAR9ADDRAADDRBSUBRCOUTHLT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(chǔ)器中LDAR9源程序0000操作碼10981.4.4執(zhí)行指令的過程指令周期：執(zhí)行一條指令所需要的時(shí)間指令周期取指周期執(zhí)行周期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(shí)991.環(huán)形計(jì)數(shù)器及機(jī)器節(jié)拍Q5Q4Q3Q2Q1Q0CLKCLRT5T4T3T2T1T0復(fù)習(xí)環(huán)形計(jì)數(shù)器……機(jī)器節(jié)拍T0T1T2T3T4T5CLK周期1.環(huán)形計(jì)數(shù)器及機(jī)器節(jié)拍Q5Q4Q3Q2Q1Q0CLKT1004PCIRCONMAR16×8PROMAALUBOD48888488888412CPCLKCLREPLICLKCLREILACLKEASUEULBCLKLOCLKCLKCLRLMCLKER8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4PCIRCONMAR16×8AALUBOD488884881014PCIRCONMAR16×8PROMAALUBOD48888488888412CPCLKCLREPLICLKCLREILACLKEASUEULBCLKLOCLKCLKCLRLMCLKER8程序的執(zhí)行過程CPEPLMERLIEILAEASUEULBLO000110000000T1=1809H8409HLDAR9的指令碼4PCIRCONMAR16×8AALUBOD488884881024PCIRCONMAR16×8PROMAALUBOD48888488888412CPCLKCLREPLICLKCLREILACLKEASUEULBCLKLOCLKCLKCLRLMCLKER8程序的執(zhí)行過程CPEPLMERLIEILAEASUEULBLO001001000000T3=19449100000000000T2=101H完成了取指周期4PCIRCONMAR16×8AALUBOD488884881034PCIRCONMAR16×8PROMAALUBOD48888488888412CPCLKCLREPLICLKCLREILACLKEASUEULBCLKLOCLKCLKCLRLMCLKER8程序的執(zhí)行過程CPEPLMERLIEILAEASUEULBLO000100100000T4=110H8810H4PCIRCONMAR16×8AALUBOD488884881044PCIRCONMAR16×8PROMAALUBOD48888488888412CPCLKCLREPLICLKCLREILACLKEASUEULBCLKLOCLKCLKCLRLMCLKER8程序的執(zhí)行過程10H000000000000T5=1空節(jié)拍CPEPLMERLIEILAEASUEULBLO執(zhí)行完了LDAR9指令