《河科大微机原理一》PPT课件.ppt

1,微机原理及应用,主讲:孙立功手机:13653881562Email:sunligong148,教材:微型计算机原理及接口技术（第二版）主编:常通义副主编：孙立功,2,成绩：期终考试占70%，平时（作业与考勤）占20%，实验占10%。,本课程共计40学时，其中理论课时32学时，实验学时8学时，我们共做4个实验。,答疑安排：双周周一课后半小时。地点：西苑10-407办公室。,3,序,电子计算机是20世纪最卓越的成就之一，是人们现代生活最重要的工具。人类的生产、生活已越来越离不开计算机。,计算机,科学计算数据处理过程控制CADCAM人工智能,微机原理及应用以8086为主讲机型，介绍微机的基本原理和应用问题。这里所说的“应用”主要不是指用于计算，而是用于组成一个检测、控制等“实时系统”来解决科研生产中有关问题。,4,系统中由计算机和其它实际电路元件等的组合体称为硬件，系统硬件的工作是由程序控制的，控制程序是系统的软件。,受控对象,检测通道,控制设备,接口,计算机,计算机系统,硬件（物理实体）,软件（各种程序）,5,第一章计算机基础知识,本章介绍计算机所采用的运算方法和实现这些运算的逻辑电路，其次介绍总线的概念与信息传送原理，接着介绍组成微型计算机的基本逻辑部件，最后通过一个模型计算机介绍各逻辑部件之间的联系和基本工作原理。,1.1数制,将不同的数码按一定的顺序排列来表示数的大小，称进位计数制，简称数制。,一、数制的基与权,某种数制所使用的计数符号（数码）的个数叫做这种数制的基数，简称基。,6,1、十进制:常加后缀“D”表示。,表示基本单位的数符“1”在某个数位上所表示的数值叫该数位的位权，简称权。,基是10，数码共十个：即0、1、2、3、4、5、6、7、8、9。,各个数位上的位权是：10n，即10的整数指数幂。如236.34中，小数点左边3位的位权是100、101、102，小数点右边2位的位权是10-1、10-2。,例：236.34,210231016100310-1410-2,7,2、二进制：常加后缀“B”表示。,基是2，数码两个：0，1。各个数位上的位权是：2n。如1101.101，最高位1表示23，即8，最低位1表示1-3，即0.125。,例：1101.101,12312202112012-102-212-3,3、八进制：常加后缀“Q”表示。,基是8,采用0、1、2、3、4、5、6、7八个数码计数。各个数位上的位权是：8n。如：126Q。,8,4、十六进制：常加后缀“H”表示。,基为16，采用0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F十六个数码计数。各位的位权是：16n。如：1A6EH。,5、二一十进制：,这是一种用二进制代码来表示十进制数字的计数制。它的本质是十进制（BCD码），因为一位二进制数只有两种代码，所以要用四位二进制数来表示一个十进制数。最常用的十个数码分别是“0000”、“0001”、“0010”、“0011”、“0100”、“0101”、“0110”、“0111”、“1000”和“1001”十个四位二进制数，也称8421BCD码。,9,二、数制之间的相互转换,1、十进制数转换为二进数：,整数部分：“除2取余”，小数部分：“乘2取整”。,例：将13.625D转换为二进制数。,13,2,6,3,2,2,1,2,0,1低位,0,1,1高位,0.625,2,1.250,1整数1取出,2,0.50,0整数0取出,2,1.0,得：13.625D=1101.101B,除2取余法,低位,高位,乘2取整法,1整数1取出,10,2、将二进制数(或十六进制数)转换为十进制数,“按权相加”法，即将二进制数(或十六进制数)按权展开成多项式和的形式再求和的方法，即将各位数字乘以所在位的权再相加。,例：将10110.0101B转换为10进制数解：10110.0101B=12412212112-212-4=22.3125D,3、二进制与十六进制数间的相互转换,二转十六，“四合一”法，以小数点为基准向左向右每四位划为一节，最后不足四位的补0凑成四位，然后写出各节二进制数值的16进制码，即可将二进制数转换为16进制数。如：100111100.11101B=13C.E8H,11,十六转二，“一分为四”法，将一个16进制数的各位数字用四位二进制数来表示就可把16进制数转换为二进制数。划去多余的零。如：2A.5H=00101010.0101B,4、十进制转换为十六进制,整数部分：“除16求余”，小数部分：“乘16求整”。或先转换为二进制数，再转换为十六进制数。,例：将1725.25D转换为十六进制数。,1725,16,107,16,6,0,16,13D,12B,6,整数部分：1725D=6BDH,0.25,16,4.00,小数部分：0.25D=0.4H,得：1725.25D=6BD.4H,12,1.2计算机的逻辑运算和数值运算,一、逻辑运算：所有运算均在对应位之间进行,1、与运算：,功能：清零作用，与0为0，与1不变。,2、或运算：,功能：置1作用，或1为1，或0不变。,3、非运算：,功能：按位取反，是1则0，是0则1。,A：11100111,&B：11010001,11000001,A：11100111,B：11010001,+,11110111,A=00011000,A=11100111,13,4、异或运算：,功能：对应位取反，异或1取反，异或0不变。,A：11100111,B：11010001,00110110,二、数值运算：采用二进制，加、减法是最基本运算。,1、加法运算：二进制加法运算具有逢二进一的特点。,硬件实现：二进制加法运算由全加器完成。,14,2、减法运算补码加法,举例：,12,9,3,6,12,9,3,6,12,9,3,6,12,9,3,6,10-3=7,10+9（-12）=7,12是手表的“模”，9和3互为补。,计算机中为了简化运算电路，采用补码的方法来表示，使减法转换为加法运算。,15,（1）补码的概念,一个n位二进制数的计数系统，其模是mod2n，对任意数x都可以用补码表示。补码的定义是：,X补,X0X2n,模+X2nX0即：2nX,正数的补码就是它本身，负数的补码是模减去它的绝对值。,（2）机器数：计算机中数的表示方法。,计算机中用“0”表示正，用“1”表示负，放在二进制数的最高位，叫符号位；其余各位叫数值位。有符号位的二进制数(简称有符号数)叫机器数。机器数对应的实际数值称为真值。,如：1101，+1001为真值，11101，01001为其机器数。,16,原码：若机器数的数值位是其绝对值，称之为机器数的原码。如：+8D的八位二进制原码是B8D的八位二进制原码是B,补码：若机器数的数值位是其补码，称之为机器数的补码。同样：正数的补码即是其原码。,反码：正数的反码与其原码相同；负数的反码是其符号位不变，数值位按位取反。如：+8D的八位二进制反码是B；8D的八位二进制反码是B。,（3）补码的求法（已知原码求补码）,根据补码定义求补码。符号位不变，其它各位取反加1。,17,对补码再求补，即得原码。即X补补=X原,8位二进制补码是01011011B，符号位是“0”，说明是一个正数，因正数的补码就是它本身，所以补码01011011B的原码是01011011B。,如：8位机器数原码01010111B，其补码是01010111B；8位机器数原码是11010111B，符号位是1，不变，其它各位取反加1是0101001B，所以补码为10101001B。,8位二进制补码是11011011B，该数为负，符号位不变，其它各位按位取反加1，得10100101B。,（5）补码的运算,X+Y补=X补+Y补；XY补=X补+Y补,减法运算的结果（补码）和被减数的补码与减数对应的负数的补码相加运算的结果（补码）相同。,18,例：已知：X=96，Y=19，求Z=XY解：X补=X原=01100000BY补=19补=10011补=10010011补=11101101BZ补=XY补=X补+Y补=01100000B+11101101B=101001101BZ原=Z补补=01001101B=77（=9619）,补码加法运算，若第六位、第七位同时进位或都不进位，不影响结果；若第六位、第七位只有一位有进位，则结果错误，称溢出。,OV=D7D6,19,例：已知：X=56，Y=17，求Z=XY解：X原=10111000BX补=11001000BY原=11010001BY补=00010001BZ补=XY补=X补+Y补=11001000B+00010001B=11011001BZ原=Z补补=10100111B=100111B=39【=56（17）】,20,1.3信息交换码,计算机只能识别二进制代码，所以计算机与外界设备交换的各种信息（包括数字、字符、控制信号等），也必须用二进制代码的形式去传送。因此需要事先约定上述信息的代码，这种约定的代码叫信息交换码。,一、ASCII码：,ASCII码是美国信息交换标准委员会（ASCII为其缩写）制定的一种七位二进制码，可表示128个信息。ASCII码是使用最广泛的一种信息交换码，已成为一种国际标准。字符编码有52个表示英文字母的大小写；还有标点符号、空格、括号等33个；和各种控制码共33个，数字码10各。书表13是ASCII码编码表。,表中“30H39H”是“09”的ASCII码，“41H46H”是“AF”的ASCII码，很有用，大家要记牢。,21,22,二、奇偶校验,代码在生成、存取，传送和运算时会发生错误，奇偶校验是其中一种最简单，最常用的校验方法。,其编码原则是在传送代码时增加一位奇偶校验位，使所传送的代码中“1”的个数为奇数（奇校验），或代码中“”的个为偶数(偶校验)。,如：数字8的7位ASCII码是0111000B（38H），其奇校码是00111000B（仍为38H）；其偶校验码是10111000B（B8H）。,23,1.4微型计算机的组成及其信息传输,基本功能：进行运算和数据处理。,计算机,控制器,运算器,存储器(M),输出设备,输入设备,一、微型计算机的功能及组成,微型计算机由微处理器、存储器和外设三部分组成。,微处理器（CPU）,外设（I/O接口）,1、微处理器（CPU）,CPU是计算机系统进行数据和逻辑运算，协调系统工作的逻辑部件，是整个系统的核心。由运算器、控制器和寄存器组等组成。,寄存器组,24,运算器的作用是进行数值运算和逻辑运算；寄存器组的作用是暂存参于运算的有关数据、运算的中间结果、运算结果及其它相关数据；控制器的作用是根据指令发出相应的控制信息，去协调系统各部分的工作，完成指令指定的工作任务。,2、存贮器(M),存储器是计算机能够自动运行的保征，用来存放程序和数据，是计算机各种信息存贮和交流的中心。,3、输入/输出设备（也称I/O设备）,它是计算机输入设备和输出设备的统称，简称外设。输入设备用来输入各种信息和原始数据，如键盘、读卡机等。输出设备用来输出计算机的处理结果（数字、字母、图形等），如打印机、绘图仪、显示器等。,25,二、总线及微型计算机中的数据传输,1、总线的概念：,计算机中各逻辑部件之间传送信息的并行导线叫做总线。,各部件之间除由导线连接之外，还有控制信息传输方向的三态门。,三态门,A,E,B,双向三态门,A,B,E1,E2,26,2、总线传送信息原理,计算机内各部件之间，借助于总线来完成某两个或几个部件间的信息传送，由控制信号来控制，不会造成混乱。,M,N,F,E1,E2,E3,CON=E1E2E3，控制字。,图1-15总线传递信息原理图,27,1.6微型计算机的基本工作原理,一、简化微机的组成:,PC,I7I0,CP,CLK,CLR,EP,MAR,LM,CLK,RAM,ER,LI,CLK,CLR,EI,IR,控制字,CON,CLK,CLR,A,ALU,B,O,D,LA,CLK,EA,SU,EU,LB,CLK,LO,CLK,I3I0,I3I0,I4I7,28,1、程序计数器PC：指示微机所要访问的程序地址。,2、存贮器地址寄存器MAR：暂存访问地址。,3、存贮器RAM：存放程序和有关数据。,4、指令寄存器IR：存放总线送来的指令代码。,5、控制器CON：发出控制操作信号。,6、累加器A：存放一个运算数或结果。,7、算术逻辑部件ALU：进行加减运算。,8、寄存器B：存放一个运算数。,9、输出寄存器O：存放由A送来的运算结果。,10、显示器D：显示输出的数据。,29,二、简化微机的总线及其各部分的信息传送,I7I0表示简化微机的8条总线。PC和MAR各有4个端子，分别与总线I3I0联接；IR输出的八位数据信息之高四位和低四位分别接指令译码器的输入端（I7I4）和总线的I3I0。,各逻辑部件的控制端依次排列组成12位控制字CON。CON=CpEpLMERLIEILAEASUEULBLO。控制字决定总线上信息的流向。例如当CON=600H即控制字中EP=1，LM=1，其余各位为0时，时钟脉冲CLK前沿到来时刻PC的内容将通过总线传送到存储器地址寄存器MAR中。,30,三、简化微型计算机的指令系统,指令的集合叫计算机的指令系统。不同的机器有不同的指令系统。,指令由操作码和操作数两部分组成，前者表示操作的性质，后者表示操作的对象。例如“LDAR9”是一条完整的指令，其中“LDA”是操作码，表示它要完成将数据传送到A这种操作，“R9”是操作数，表示要将内存地址为1001B单元的内容传送到A。对应指令的机器码为“00001001”，其中高四位“0000”是操作码，低四位“1001”叫地址码。,31,四、程序设计,解决具体问题的一组有序指令叫程序。,1、根据设计要求选择指令，写出汇编语言程序（源程序）。,3、将目标程序和有关数据送入存贮器，使程序运行，发现和修改程序中的错误，使程序最终满足设计要求。,2、将汇编语言程序转换成对应的机器码（目标程序）。,例：设计一个求“abcd”的值并显示出来的程序。,32,解：（1）写汇编语言程序；a,b,c,d四个数分别置入R9，RA，RB，RC四个内存单元，编写如下程序：,源程序注释LDAR9；AR9ADDRA；AARAADDRB；AARBSUBRC；AARCOUT；显示运算结果HLT停机,33,（2）汇编并将程序和有关数据进行地址分配(设a=16D，b=20D，c=24D,d=28D)。,源程序目标程序分配地址LDAR9；0000100100HADDRA；0001101001HADDRB；0001101102HSUBRC；0010110003HOUT111004HHLT111105H16D10H09H20D14H0AH24D18H0BH28D1CH0CH,程序存储区,数据区,（3）将程序数据装入，启动运行程序并调试之。,34,五、运行程序微型计算机的工作原理,六、控制矩阵,大家自学，主要了解指令周期、取指周期、执指周期的概念，了解机器时序的变化如何产生。,了解其逻辑工作原理。,