第1講-微機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)

微機(jī)原理及接口技術(shù)主講：秦金磊內(nèi)容及應(yīng)用掌握微型計(jì)算機(jī)的基本工作原理；掌握匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)；掌握微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)；課程性質(zhì)必修，40學(xué)時(shí)上課+24學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)，是學(xué)習(xí)和掌握微機(jī)硬件、匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)和接口知識(shí)的入門技術(shù)基礎(chǔ)課程。理解動(dòng)手綜合

特點(diǎn)：內(nèi)容多，較抽象，注重硬件。應(yīng)在理解的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)動(dòng)手實(shí)踐訓(xùn)練。

應(yīng)用：通過微機(jī)軟硬件的開發(fā)，可用于實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的保護(hù)、自動(dòng)化裝置的控制和電子通信等方面。學(xué)習(xí)方法功夫在平時(shí)課堂：認(rèn)真聽講、注重知識(shí)理解課后：仔細(xì)讀書、獨(dú)立完成作業(yè)實(shí)驗(yàn)：充分準(zhǔn)備、勇于動(dòng)手實(shí)踐總成績(jī)考試成績(jī)(過程約30%、期末約50%)考勤、作業(yè)(約20%)輔導(dǎo)答疑地點(diǎn)：一校區(qū)綜合樓網(wǎng)管中心103室電話：（752）2474/p>

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)：HTTP://5

教務(wù)信息網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái) 只要認(rèn)真按照要求去做，勤學(xué)好問，肯下功夫，就能夠取得好成績(jī)！使用教材《16/32位微機(jī)原理及接口技術(shù)》，朱有產(chǎn)等編著，2009年8月第一版，中國(guó)電力出版社。《16/32位微機(jī)原理及接口技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書》，劉淑平等編著，2010年8月第一版，中國(guó)電力出版社。參考書籍《微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)（第2版）》，馮博琴等編著，2007年8月第2版，清華大學(xué)出版社。《微機(jī)原理與接口技術(shù)實(shí)用教程》，劉紅玲等編著，2008年1月，電子工業(yè)出版社?？傻綀D書館借閱相關(guān)書籍章節(jié)內(nèi)容及關(guān)系第一章基礎(chǔ)知識(shí)第二章微處理器第三章指令及匯編掌握微處理器，后面各章的基礎(chǔ)第四~八章接口及應(yīng)用進(jìn)一步深刻理解微處理器的工作，并應(yīng)用匯編語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)對(duì)微處理器的使用前述內(nèi)容綜合應(yīng)用第1講微機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)1.1微機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)成結(jié)合交通信號(hào)燈項(xiàng)目，討論該系統(tǒng)中包含了哪些內(nèi)容？ 導(dǎo)線、芯片、各種元器件，（硬件） 程序（軟件）還有哪些系統(tǒng)與此類似？？？門禁系統(tǒng)若忽略各種具體芯片和元器件的型號(hào)，可以概括成什么？CPU（運(yùn)算器、控制器）、存儲(chǔ)器、I/O接口、總線。1.1微機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)成試畫出各個(gè)組成部分之間的基本結(jié)構(gòu)？1.2微機(jī)系統(tǒng)的層次微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是一個(gè)具有明顯層次特點(diǎn)的系統(tǒng)，試問有哪幾個(gè)層次？ 三個(gè)：微處理器微型計(jì)算機(jī)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)各個(gè)層次中包含哪些內(nèi)容？微處理器：算術(shù)邏輯和控制部件(CPU)、寄存器組Registers、高速緩存Cache；微機(jī)：微處理器+存儲(chǔ)器(ROM、RAM)+I/O接口電路+總線；微機(jī)系統(tǒng)：微機(jī)+I/O設(shè)備及軟件1.2微機(jī)系統(tǒng)的層次微處理器、微機(jī)、微機(jī)系統(tǒng)三者之間關(guān)系示意圖。1.3微機(jī)的工作過程微型計(jì)算機(jī)是如何工作的？微處理器存儲(chǔ)器接口電路雙向數(shù)據(jù)總線控制總線地址總線1.3微機(jī)的工作過程微處理器結(jié)構(gòu)圖ALUI2I1OBLPLAIDIRFPCARDR256字節(jié)RAMAL…CPU內(nèi)部數(shù)據(jù)總線存儲(chǔ)器ABDB標(biāo)志寄存器程序計(jì)數(shù)器地址寄存器指令寄存器1.3微機(jī)的工作過程存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)F0HF1HF2HF3HF4H...FFH地址譯碼器00H01H02H03H04HFFH控制CPU來(lái)的控制信號(hào)ABDB地址內(nèi)容1.地址總線形成8位地址，并經(jīng)AB送入譯碼器；2.經(jīng)譯碼器譯碼，找到存儲(chǔ)單元;3.在CPU控制信號(hào)下，對(duì)該存儲(chǔ)單元內(nèi)容進(jìn)行讀或?qū)懖僮?。每個(gè)存儲(chǔ)單元存8位，地址、數(shù)據(jù)總線8根。操作過程：存儲(chǔ)器讀操作F0HF1HF2HF3H10000100...FFH地址譯碼器00H01H02H03H04HFFH控制CPU來(lái)的讀信號(hào)ABDB地址內(nèi)容1.地址總線8位地址04H經(jīng)AB送入譯碼器;2.經(jīng)譯碼器譯碼,找到04H單元;3.在CPU讀信號(hào)下，對(duì)該存儲(chǔ)單元內(nèi)容進(jìn)行讀操作。CPU從存儲(chǔ)器取操作數(shù)的過程。操作過程：04H4.讀出的數(shù)據(jù)由DB送出。84H1.3微機(jī)的工作過程存儲(chǔ)器寫操作F0HF1HF2HF3H...FFH地址譯碼器00H01H02H03H04HFFH控制CPU來(lái)的寫信號(hào)ABDB地址內(nèi)容1.地址總線8位地址04H經(jīng)AB送入譯碼器;2.經(jīng)譯碼器譯碼,找到04H單元;4.在CPU寫信號(hào)下，對(duì)該存儲(chǔ)單元內(nèi)容進(jìn)行寫操作。CPU向存儲(chǔ)器寫入操作數(shù)的過程。操作過程：04H3.寫入的數(shù)據(jù)由DB送出。26H001001101.3微機(jī)的工作過程微處理器是如何執(zhí)行指令的？

指令：一組二進(jìn)制編碼信息，指出計(jì)算機(jī)進(jìn)行哪種操作，以及操作的內(nèi)容。

包括兩部分：操作碼（OperationCode）和操作數(shù)(Operand)執(zhí)行什么操作指明操作數(shù)本身或所在地址

程序：按照一定順序編好的，用一系列指令表示的計(jì)算步驟。 計(jì)算機(jī)之所以能夠自動(dòng)地執(zhí)行一系列操作，無(wú)須人的直接干預(yù)，就在于利用程序一步一步地完成。什么是指令什么是程序1.3微機(jī)的工作過程什么是指令系統(tǒng)一臺(tái)計(jì)算機(jī)所能執(zhí)行的各種不同指令的集合.

二進(jìn)制編碼不便記憶，且易出錯(cuò)，采用助記符代替操作碼，用符號(hào)表示操作數(shù)。例：兩個(gè)數(shù)相加,需以下幾步(設(shè)運(yùn)算的數(shù)已在存儲(chǔ)器中)第一步：把一個(gè)數(shù)從它所在存儲(chǔ)單元中取出，送至運(yùn)算器；(MOVAL,[2000H])第二步：把第二個(gè)數(shù)從它所在存儲(chǔ)單元中取出，送至運(yùn)算器；(MOVBL,[3000H])第三步：相加；

(ADDAL,BL)第四步：相加結(jié)果，送存儲(chǔ)器指定單元。

(MOV[3500H],AL)1.3微機(jī)的工作過程指令執(zhí)行過程舉例例如：兩個(gè)數(shù)7和10相加，程序如下：

MOV AL，7 ； AL7 ADDAL，10； ALAL+10 HLT ； 停機(jī)MOVAL，7ADDAL，10HLT該程序?qū)?yīng)的機(jī)器碼：

10110000 00000111 00000100 00001010 111101001.3微機(jī)的工作過程指令存放在存儲(chǔ)器00H

開始的單元：00H01H02H03H04H00000000000000010000001000000011000001001011000000000111000001000000101011110100內(nèi)容地址十六進(jìn)制二進(jìn)制程序執(zhí)行過程:給PC賦予第一條指令地址00H；進(jìn)入第一條指令的取指階段；執(zhí)行第一條指令的階段；進(jìn)入第二條指令的取指階段；執(zhí)行第二條指令的階段；進(jìn)入第三條指令的取指階段；執(zhí)行第三條指令的階段。執(zhí)行過程：取指（取出指令）和執(zhí)行（執(zhí)行指令）這兩個(gè)階段的循環(huán)。1.3微機(jī)的工作過程1.3微機(jī)的工作過程ALUI2I1OALBLPLAIDIR101100000000000000000000101100001011000000…圖1-1

取第一條指令101100000000011100000100000010101111010000H01H02H03H04H讀+1PCARABDBDR①②③④⑤⑥⑦1.3微機(jī)的工作過程圖1-2

取立即數(shù)ALUI2I1OAL00000111BLPLAIDIR0000000100000001000001110000011101…101100000000011100000100000010101111010000H01H02H03H04H讀+1PCARABDBDR①②③④⑤⑥⑦⑦⑦1.3微機(jī)的工作過程ALUI2I1OALBLPLAIDIR00000100000000100000001000000100

0AH02…101100000000011100000100000010101111010000H01H02H03H04H讀+1PCARABDBDR①②③④⑤⑥⑦圖1-3取第二條指令1.3微機(jī)的工作過程ALUI2I1OAL00010001BLPLAIDIR000000110000001100001010

0AH03…101100000000011100000100000010101111010000H01H02H03H04H讀+1PCARABDBDR①②③④⑤⑥⑦圖1-4執(zhí)行第二條指令⑧⑨1.4數(shù)制及轉(zhuǎn)換常用的進(jìn)制有哪幾種？相互之間是如何轉(zhuǎn)換的？2（Binary）、8（Octal）、10（Decimal）、16（Hexadecimal）除基取余、乘基取整、按權(quán)展開、分組轉(zhuǎn)換練習(xí)1：教材25頁(yè)，3、4、5題中的第（1）和（3），壓縮BCD數(shù)不要求。1.5編碼及運(yùn)算位(b)、字節(jié)(B)、字、字長(zhǎng)，分別是什么？K、M、G、T之間的關(guān)系？無(wú)符號(hào)數(shù)的范圍？有符號(hào)數(shù)如何表示？什么是機(jī)器數(shù)？什么是真值？1.5編碼及運(yùn)算原碼機(jī)器數(shù)中最高位為符號(hào)位，數(shù)值部分是真值絕對(duì)值。字長(zhǎng)為n：[+0]原=00000000[-0]原=10000000范圍：11111111

~

10000000（-127

~-0）

00000000

~01111111（+0~+127）1.5編碼及運(yùn)算反碼字長(zhǎng)為n：正數(shù)，同原碼；負(fù)數(shù)，其原碼數(shù)值位按位取反（“非”運(yùn)算）。[+0]反=00000000[-0]反=11111111原碼、反碼表示范圍相同，0都有+0和-0兩種形式，運(yùn)算不便。范圍：10000000~11111111（-127

~-0）

00000000

~01111111（

+0~+127）1.5編碼及運(yùn)算補(bǔ)碼字長(zhǎng)為n：[0]補(bǔ)=00000000[-128]補(bǔ)=28+(-128)=10000000-128沒有原碼、反碼：在原(反)碼取值范圍內(nèi)，正數(shù)，同原碼。負(fù)數(shù)，其反碼數(shù)值位末位加1。

0011000000010010010001010110011110001001101010111100110111101111-501234567-8-7-6-4-3-2-11.5編碼及運(yùn)算運(yùn)算方法 計(jì)算機(jī)中使用補(bǔ)碼進(jìn)行運(yùn)算，并且符號(hào)位參與運(yùn)算?？梢蕴岣哌\(yùn)算速度，簡(jiǎn)化硬件結(jié)構(gòu)。運(yùn)算公式：[X+Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)+[Y]補(bǔ)，[X-Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)-[Y]補(bǔ)，=[X]補(bǔ)+[-Y]補(bǔ)

[X±Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)+[±Y]補(bǔ)練習(xí)2：教材25頁(yè)，7、8題中的第（1）和（3）。1.5編碼及運(yùn)算溢出例：用補(bǔ)碼計(jì)算（+72）+（+98）+170>+127解：(+72)補(bǔ)=01001000(+98)補(bǔ)=0110001010101010 01001000+01100010+72++98真值:-86≠1.5編碼及運(yùn)算溢出例：用二進(jìn)制補(bǔ)碼計(jì)算（-83）+（-80）解：(-83)補(bǔ)=10101101(-80)補(bǔ)=10110000 10101101 -83 +10110000-80 101011101+93

（-83）+（-80）=-163<-128

上述是同號(hào)相加產(chǎn)生溢出情況，而對(duì)兩個(gè)異號(hào)相減，同樣有可能產(chǎn)生溢出，使結(jié)果出錯(cuò)。進(jìn)位自然丟失1.5編碼及運(yùn)算溢出只能出現(xiàn)在兩個(gè)同符號(hào)數(shù)相加或兩個(gè)異符號(hào)數(shù)相減的情況下。

1）如果次高位向最高位有進(jìn)（借）位（C6=1），而最高位向前無(wú)進(jìn)（借）位（C7=0），則發(fā)生溢出。

2）如果次高位向最高位無(wú)進(jìn)（借）位（C6=0），而最高位向前有進(jìn)（借）位（C7=1），則發(fā)生溢出。依據(jù)：對(duì)于8位二進(jìn)制數(shù)，若D6位產(chǎn)生的進(jìn)（借）位記為C6，D7位產(chǎn)生的進(jìn)（借）位記為C7，若C7C6=1，則結(jié)果產(chǎn)生溢出。思考：同號(hào)相減or異號(hào)相加為何無(wú)溢出？溢出判別1.5編碼及運(yùn)算BCD碼 計(jì)算機(jī)內(nèi)部使用二進(jìn)制進(jìn)行運(yùn)算，但人們習(xí)慣使用十進(jìn)制。為便于人機(jī)交往，設(shè)計(jì)BCD碼。兩種形式： 壓縮BCD碼：用4位二進(jìn)制數(shù)對(duì)十進(jìn)制數(shù)的每一位進(jìn)行編碼，這4位二進(jìn)制碼的值就是被編碼的一位十進(jìn)制數(shù)的值。 非壓縮BC