微机原理与接口技术(清华大学课件全套)

《微机原理与接口技术(清华大学课件全套)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《微机原理与接口技术(清华大学课件全套)（681页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、1 微机原理与接口技术 大家好！ 2 课程目标 n掌握： n微型计算机的基本工作原理 n汇编语言程序设计方法 n微型计算机接口技术 n建立微型计算机系统的整体概念，形成微机系统软 硬件开发的初步能力 3 教材及实验指导书 n教材： n微机原理与接口技术（第3版）. 冯博琴，吴宁 主编. 清华大学出版社 n实验指导书 n微机原理与接口技术实验指导书（讲义） 陈文革，吴宁，夏秦编. 西安交通大学 n微机原理与接口技术题解及实验指导（第3版）. 吴宁，陈文革编. 清华大学出版社 4 第1章 微型计算机基础概论 n主要内容： n微机系统的组成 n计算机中的编码、数制及其转换 n无符号二进制数的运算 n

2、算术运算和逻辑运算 n运算中的溢出 n机器数的表示及运算 n基本逻辑门及译码器 5 一、微型计算机系统 n微型机的工作原理 n微机系统的基本组成 6 1. 计算机的工作原理 冯 诺依曼计算机的工作原理 存储程序工作原理 7 存储程序原理 n将计算过程描述为由许多条指令按一定顺序组 成的程序，并放入存储器保存 n指令按其在存储器中存放的顺序执行； n由控制器控制整个程序和数据的存取以及程序 的执行。 8 冯 诺依曼计算机体系结构 运算器 存储器 控制器 输入设备输出设备 9 冯 诺依曼机的工作过程 内存中的程序 指令1 指令2 指令n 分析 获取操作数 执行 存放结果 程序计 数器PC 地址 C

3、PU 取出 操作数 10 冯 诺依曼机的工作过程 n取一条指令的工作过程： n将指令所在地址赋给程序计数器PC； nPC内容送到地址寄存器AR，PC自动加1； n把AR的内容通过地址总线送至内存储器，经地址译码器译码， 选中相应单元。 nCPU的控制器发出读命令。 n在读命令控制下，把所选中单元的内容（即指令操作码）读到数 据总线DB。 n把读出的内容经数据总线送到数据寄存器DR。 n指令译码 n因为取出的是指令的操作码，故数据寄存器DR把它送到指令寄存器 IR，然后再送到指令译码器ID 冯 诺依曼机的特点和不足 n特点： n程序存储，共享数据，顺序执行 n属于顺序处理机，适合于确定的算法和数

4、值数据的 处理。 n不足： n与存储器间有大量数据交互，对总线要求很高； n执行顺序有程序决定，对大型复杂任务较困难； n以运算器为核心，处理效率较低； n由PC控制执行顺序，难以进行真正的并行处理。 11 典型的非冯 诺依曼机结构 n数据流驱动的计算机结构 n当指令具有所需数据、且输出端没有数据时就可执行 。 12 Dataflow Image Processing System 13 2. 系统组成 主机 硬件系统 外设 微机系统 系统软件 软件系统 应用软件 CPU 存储器 输入/输出接口 总线 14 微处理器 n微处理器简称CPU，是计算机的核心。 n主要包括： 运算器 控制器 寄存器

5、组 15 存储器 n定义： n用于存放计算机工作过程中需要操作的数据 和程序。 16 有关内存储器的几个概念 n内存单元的地址和内容 n内存容量 n内存的操作 n内存的分类 17 内存单元的地址和内容 n内存按单元组织 n每单元都对应一个地址，以方便对单元的寻址 10110110 38F04H 内存地址 单元内容 18 内存容量 n内存容量： n所含存储单元的个数，以字节为单位 n内存容量的大小依CPU的寻址能力而定 n实地址模式下为CPU地址信号线的位数 19 内存操作 n读： n将内存单元的内容取入CPU，原单元内容不改变； n写： nCPU将信息放入内存单元，单元中原来的内容被覆盖 。

6、20 内存储器的分类 随机存取存储器（RAM） 只读存储器（ROM） 按工作方 式可分为 21 输入/输出接口 n接口是CPU与外部设备间的桥梁 CPU I/O 接口 外 设 22 接口的分类 串行接口 并行接口 数字接口 模拟接口 输入接口 输出接口 23 接口的功能 n数据缓冲寄存； n信号电平或类型的转换； n实现主机与外设间的运行匹配。 24 总线 n基本概念 n分类 n工作原理 n常用系统总线标准及其主要技术指标 （具体内容见后续课程） 25 软件系统 n软件： n为运行、管理和维护计算机系统或为实现某一功能 而编写的各种程序的总和及其相关资料。 系统软件 应用软件 操作系统 编译系

7、统 网络系统 工具软件软件 26 二、计算机中的数制和编码 n数制和编码的表示 n各种计数制之间的相互转换 27 1. 常用计数法 十进制（D） 二进制（B） 十六进制（H） 28 例： n234.98D或（234.98）D n1101.11B或（1101.11）B nABCD . BFH或（ABCD . BF） H 29 2. 各种进制数间的转换 非十进制数到十进制数的转换 十进制到非十进制数的转换 二进制与十六进制数之间的转换 30 非十进制数到十进制数的转换 n按相应的权值表达式展开 n例： n1011.11B=123+022+121+120+12-1+ 12-2 =8+2+1+0.5+

8、0.25 =11.75 n5B.8H=5161+11160+816-1 =80+11+0.5 =91.5 31 十进制到非十进制数的转换 n到二进制的转换： 对整数：除2取余； 对小数：乘2取整。 n到十六进制的转换： 对整数：除16取余； 对小数：乘16取整。 32 二进制与十六进制间的转换 n用4位二进制数表示1位十六进制数 n例： n25.5 = 11001.1B = 19.8H n11001010.0110101B =CA.6AH 33 3. 计算机中的编码 nBCD码 n用二进制编码表示的十进制数 nASCII码 n西文字符编码 34 BCD码 n压缩BCD码 n用4位二进制码表示一

9、位十进制数 n每4位之间有一个空格 n扩展BCD码 n用8位二进制码表示一位十进制数，每4位之间有一 个空格。 35 BCD码与二进制数之间的转换 n先转换为十进 制数，再转换二进 制数；反之同 样。 n例： n（0001 0001 .0010 0101）BCD =11 .25 =（1011 .01） B 36 ASCII码 n西文 字符的编码，一般用7位二进 制码表示。 nD7位为校验位，默认情况下为0。 n要求： n理解校验位的作用 n熟悉0-F的ASCII码 37 ASCII码的奇偶校验 n奇校验 n加上校验位后编码中“1”的个数为奇数。 n例：A的ASCII码是41H（1000001B

10、） n以奇校验传送则为 C1H（11000001B） n偶校验 n加上校验位后 编码中“1”的个数为偶数。 n上例若以偶校验传送，则为 41H。 38 三、无符号二进制数的运算 算术运算 逻辑运算 无符号数 有符号数 二进 制数的运算 39 主要内容 n无符号二进 制数的算术运算 n无符号数的表达范围 n运算中的溢出问题 n无符号数的逻辑运算 n基本逻辑门和译码器 40 1. 无符号数的算术运算 n加法运算 n1+1=0（有进位） n减法运算 n0-1=1（有借位） n乘法运算 n除法运算 41 乘除运算例 n000010110100 =00101100B n000010110100=0000

11、0010B 即：商=00000010B 余数=11B 42 2. 无符号数的表示范围： 0 X 2n-1 若运算结果超出这个范围，则产生溢出。 对无符号数：运算时，当最高位向更高位 有进位（或借位）时则产生 溢出。 43 例： 最高位向前有进位，产生溢出 44 3. 逻辑运算 n与、或、非、异或 n掌握： n与、或、非门逻辑符号和逻辑关系（真值表）； n与非门、或非门的应用。 45 “与”、“或”运算 n“与”运算： n任何数和“0”相“与”，结果为0。 n“或”运算： n任何数和“1”相“或”，结果为1。 n不能单独使用，要紧跟在相应的算术运算指令 之后； 247 逻辑运算和移位指令 248

12、 指令类型 n逻辑运算 n与，或，非，异或 n移位操作 n非循环移位，循环移位 249 一、逻辑运算 n逻辑运算指令对 操作数的 要求大多与MOV 指令 相同。 n“非”运算指令 要求操作数 不能是立即数； n除“非”运算指令 外，其余指令的执行都会使 标志位OF=CF=0 250 1.“与”指令： n格式： n AND OPRD1，OPRD2 n操作： n两操作数相“与”，结果送目标地址。 251 “与”指令的应用 n实现两操作数 按位相与的 运算 nAND BL，SI n使目标操作数的 某些位不变，某些位清零 nAND AL，0FH n在操作数 不变的 情况下使CF和OF清零 nAND A

13、X，AX 252 “与”指令应用例 n从地址为3F8H 端口中读入一个字节数， 如果该数 bit1位为1，则可从38FH端口将 DATA为首地址的 一个字输出，否则就不 能进行数 据传送。 编写相应的 程序段。 253 “与”指令应用例 开 始 取待输出数的 偏移地址 读入状态字 测试bit1位状态 Bit1=1？ 取输入口地址 取输出口地址 输出一个字 N Y 254 “与”指令应用例 LEA SI，DATA MOV DX，3F8H WATT：IN AL，DX AND AL，02H JZ WATT ；ZF=1转移 MOV DX，38FH MOV AX，SI OUT DX，AX 255 2.“

14、或”运算指令 n格式： nOR OPRD1，OPRD2 n操作： n两操作数相“或”，结果送目标地址 256 “或”指令的应用 n实现两操作数 相 “或”的 运算 nOR AX，DI n使某些位不变，某些位置“1” nOR CL，0FH n在不改变操作数的 情况下使OF=CF=0 nOR AX，AX 257 “或”指令的应用例 OR AL，AL JPE GOON OR AL，80H GOON：. PF=1转移 258 “或”指令的应用 将一个二进 制数9变为字 符9 如何实现？ 259 3.“非”运算指令 n格式： nNOT OPRD n操作： n操作数按位取反再送回原地址 n注： n指令中的操作数不能是立即数 n指令的执行对标志位无影响 n例：NOT BYTE PTRBX 260 4.“异或”运算指令 n格式： nXOR OPRD1，OPRD2 n操作： n两操作数相“异或”，结果送目标地址 n例： XOR BL，80H XOR AX，AX 261 5.“测试”指令 n格式： nTEST OPRD1，OPRD2 n操作： n执行“与”运算，但运算的结果不送回目标 地址。 n应用： n常用于测试某些位的状态 262 例： n从地址为3F8H的 端口中读入