微机原理-大连理工李卓涵-第1章课件

1、教员信息,姓 名：李卓函 单 位：电信学部 控制科学与工程学院 办公室：创新院大厦A714 Email： 课程资源： 课件：FTP:/202.118.75.254 论坛：碧海青天BBS电脑空间微机原理及应用,期末成绩计算,期末总成绩 = 期末考试卷面成绩 70% + 期中考试卷面成绩 20% + 平时成绩（10%） 期中考试时间：第10周 期末考试时间：期末考试周 三次无故缺席者将取消考试资格！,参考教材,课程名称：计算机原理 参考教材： 微型计算机技术及应用（第4版），戴梅萼、史嘉权，清华大学出版社 IBM-PC汇编语言程序设计沈美明、温冬禅，清华大学出版社 16/32位微机原理、汇编语言及接口技术钱晓杰，机械工业出版社 本课主要围绕PC机，分析微机的原理以及设计方法 如何学习计算机原理这门课？,目录,第一章 微型计算机概述 第二章 16位微处理器8086 第三章 指令系统 第四章 汇编语言程序设计 第五章 存储器 第六章 输入/输出接口设计 第七章 中断系统 第八章 可编程接口芯片 第九章 AD/DA 转换 第十章 串行通信,概述,第一章 微型计算机概述,微机基本组成,微型计算机

2、（Micro-Computer),CPU - Central Processing Unit ALU - Arithmetic Logic Unit,总线,总线 定义：计算机用来传输信息的一组通信线。 按传输内容分类： 地址总线 (AB-Address Bus) 用于传递地址信息，单向，成组使用 地址总线的宽度决定了CPU直接寻址内存的范围 如：8086有20根地址线，即地址总线宽度为20位， 可寻址220B = 1MB 数据总线（DB-Data Bus) 用于传递数据信息，双向，成组使用 计算机的位一般是指数据总线的宽度 如：8086有16根数据线，因此8086为16位机,总线,控制总线 (CB-Control Bus) 用于传输控制信号，以便控制计算机各部件协调工作 各自独立使用，有发出，也有接收 如：CPU向存储器发出的读信号、写信号 地址数据复用总线 地址总线与数据总线共用一组通信线，分时传送地址 信息和数据信息（由同步信号区分），节省CPU引脚,微型计算机系统,微型计算机系统（MCS - Micro-Computer System） 以微型计算机为主体，配上系统软件就构成微型

3、计算机系统。 系统软件包括操作系统和一系列系统应用程序 如编辑程序、编译程序、调试程序等 有了系统软件才能发挥微机的硬件功能 外设 输入设备：鼠标、键盘、扫描仪 输出设备：显示器、打印机、投影仪,计算机主机图片,计算机主板图片,IBM PC/XT系统板框图,8284A 时钟发生器,扩展插槽 62芯总线,地址 锁存器,数据 收发器,8288 总线控制器,8087 协处理器,8259 中断控制器,8253 计数器/定时器,8255 并行接口,RAM,ROM,键盘接口,扬声器接口,8237 DMA控制器,地址总线,数据总线,控制总线,键盘,IBM PC/XT：基于8088 CPU，准16位机，16位CPU内部DB，8位外部DB，10MB硬盘,IBM PC/AT：基于80286 CPU，配置16位ISA总线,微处理器、单板机和单片机概念,微处理器 专指中央处理器(CPU)，是将计算机的运算器(ALU)和控制器集成在一个芯片上。 如：8086，80386，Pentium，PII等 单板机 将CPU、存储器、I/O口以及简单的外设集成在一块板上，是一个简单的计算机系统。如：TP801A等。 单片机

4、 将CPU、存储器、I/O口集成在一个芯片上。如：Intel MCS-48，MCS-51，MCS-96等,微型计算机发展,微型计算机发展,CPU位数不断增加，集成度不断提高，频率不断提高 计算机的位 CPU片内数据总线的宽度决定了计算机的位数 如：8位，16位，32位，64位，128位 准16位机：CPU片内数据线宽度为16位，片外数据线宽度为8位 如：8088，8098 由单处理器向多处理器发展 指令系统由复杂指令集向精简指令集发展 复杂指令集计算机（CISC Complex Instruction Set Computer） 精简指令集计算机（RISC Reduced Instruction Set Computer） Intel在Pentium之前的CPU均属于CISC体系，从Pentium开始将CISC和RISC相结合，Pentium大多数指令是精简指令，但仍保留了一部分复杂指令,计算机中的信息表示,计算机中的信息表示 计算机使用二进制存储，但书写时常用16进制 计算机内所有代码以二进制表示，机器码又称二进制码 1位16进制数对应半个字节（4位二进制码） 例 1000 0101

5、 B 二进制 8 5 H 16进制 注：书写16进制数时，若最高位是字母，则前面加0，表示是数据 如0FEH 一些进制的简化符号: 2进制 - B(Binary)、 16进制 H(Hex) 8进制 - O(Octal)、 10进制 - D(Decimal),无符号数表示,无符号数表示 二进制无符号数 码值与数值相等 一个n位二进制无符号数表示的范围是0(2n - 1) 例：8位二进制无符号数表示的范围是0255 16位二进制无符号数表示的范围是065535 BCD码(Binary Coded Decimal) 用半个字节表示1位十进制数 压缩BCD码: 用1个字节表示2位BCD码，又称8421BCD码 非压缩BCD码：用1个字节的低四位表示1位BCD码，高四位忽略 例 0011 1001 b 在压缩格式下表示：39 在非压缩格式下表示：9,有符号数表示,有符号数表示 原码 将最高位作为符号位，正数的符号位为0，负数的符号位为1，余下的其他位为数值位 反码 正数的反码与原码相同； 负数的反码由该负数的原码按位取反(符号位除外)得到 补码 正数的补码与原码相同。 负数的补码由该负数的原码按

6、位取反(符号位除外)加1得到 计算机内有符号数默认用补码表示,有符号数范围,一个字节有符号数范围 原码表示： -127+127 有+0，-0 1111 1111b 1000 0000b - 0000 0000b 0111 1111 -127 -0 +0 +127 反码表示：-127+127 有+0，-0 1000 0000b 1111 1111b 0000 0000b 0111 1111b -127 -0 +0 +127 补码表示：-128+127 只有一个0 1000 0000b 1111 1111b - 0000 0000b 0111 1111b -128 -1 0 127 一个字的补码表示范围: -32768 +32767 (只 有一个0) 1000 0000 0000 0000 1111 1111 1111 1111 -32768 -1 0000 0000 0000 0000 0111 1111 1111 1111 0 +32767,举例说明 计算机内一个字节为 81H 1000 0001b 二进制 129 （二进制无符号数） BCD码 81 （压缩格式BCD码） 原码 -1

7、反码 -126（1111 1110b 1000 0001b） 补码 -127（1111 1111b 1000 0000b1000 0001b） 一个代码，赋予不同类型，其数值不一样。而类型要由人编程指定,数码表示举例,取反,取反,加1,原码,反码,补码,溢出判断,数学运算时，结果超出运算数所表示范围则会产生“溢出” 无符号数：通过进位或借位标志C标记“溢出”，避免产生错误结果 有符号数：用标志O标记“溢出”，表示运算结果错误 字节运算，结果超出-128127，则为溢出 字运算，结果超出-3276832767，则为溢出 双高位判别法,小数的定点和浮点表示，请查看相关书籍,字符代码ASCII码,字符代码 ASCII码 美国标准信息交换码 用7位二进制数表示128个字符 包含26个英文大、小写字母，数字09，符号和命令符等 ASCII码在计算机内用一个字节表示，最高位一般为0，计算机与外设交换信息一般都用ASCII码 如：字符显示器，字符打印机等 注：需牢记字符 09,AF，af的ASCII码分别为30H39H, 41H46H， 61H66H 汉字内码 GB2312定义了6763个汉字，其中

8、一级字库3755字，二级字库3008字,硬件基础知识,硬件基础知识补充 计算机硬件主要由逻辑门、触发器（D触发器）和三态 门构成，使用器件为CMOS、TTL和NMOS。 TTL和CMOS电平范围如下表所示：,硬件基础知识,要了解逻辑电平的内容，首先要知道以下几个概念的含义： 1 输入高电平（ViH）： 保证逻辑门输入为高电平时所允许的最小输入电压，当输入电平高于ViH时，则认为输入电平为高电平。 2 输入低电平（ViL）：保证逻辑门的输入为低电平时所允许的最大输入电压，当输入电平低于ViL时，则认为输入电平为低电平。 3 输出高电平（VoH）：保证逻辑门的输出为高电平时的最小输出电压，逻辑门的输出为高电平时的电平值都必须大于此VoH。 4 输出低电平（VoL）：保证逻辑门的输出为低电平时的最大输出电压，逻辑门的输出为低电平时的电平值都必须小于此VoL。 5 阀值电平(Vt)： 数字电路芯片都存在一个阈值电平，就是电路刚刚勉强能翻转动作时的电平。它是一个界于ViL、ViH之间的电压值，对于CMOS电路的阈值电平，基本上是二分之一的电源电压值，但要保证稳定的输出，则必须要求输入高电平 Vi

9、H，输入低电平ViH，而如果输入电平在阈值上下，也就是ViLViH这个区域，电路的输出会处于不稳定状态,逻辑门,一. 逻辑门 与逻辑 与门输入同时有效时，输出有效 小圆圈为状态符号，代表低电平有效，可加在输出或输入端 或逻辑 或门输入任一有效，输出有效 输出门,或门可实现负逻辑的与操作,二. 三态缓冲器 1. 三态门 OE为低电平，F=A OE为高电平，F浮空 可以由与F相连的其他输出器件输出,三态缓冲器,74LS125,74LS125,74LS125三态门内部电路,单向三态缓冲器,2. 单向三态缓冲器 74LS244 74LS244为TTL的单向三态缓冲器，有两个三态控制使能引脚G1和G2分别控制4个三态门 当G1为低电平，1A输出到1Y 当G2为低电平，2A输出到2Y 当G1、G2为高电平时，输出为三态,双向三态缓冲器,3. 双向三态缓冲器 74LS245或INTEL 8286 74LS245为TTL双向三态缓冲器，有控制引脚DIR和EN 当EN为低电平，三态门导通: DIR为高电平，由A传输到B DIR为低电平，由B传输到A EN为高电平时，A、B均为三态,锁存器,三. 锁存器 1. D触发器,74LS74内部电路,74LS273,2. 具有异步清零的TTL上升沿锁存器74LS273 当CLK上升沿到来时，将输入端的数据D0D7锁存到输出端Q0Q7，当CLR为低电平时将锁存器输出清零,电平锁存器,3. 具有缓冲输出的TTL低电平锁存器74LS373或INTEL8282 OE为低电平时，输出三态门打开，此时 LE为高电平，Q7Q0跟随D7D0 LE为低电平，数据锁存 OE为高电平时，输出Q7Q0为三态,74LS373内部电路,74LS373功能框图,74LS37

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