微机原理第一章1-05

1、1 微型计算机原理及应用微型计算机原理及应用 第三版第三版 郑学坚郑学坚 周斌周斌 编著编著 清华大学出版社清华大学出版社 内容简介及学时安排内容简介及学时安排 绪论绪论 微型计算机的特点和发展及分类。微型计算机的特点和发展及分类。 第第1 1章章 计算机基础知识计算机基础知识(2) (2) 1.1 1.1 数制数制 1.2 1.2 逻辑电路逻辑电路 1.3 1.3 布尔代数布尔代数 1.4 1.4 二进制数的运算及其加法电路二进制数的运算及其加法电路 第第2 2章章 微型计算机的基本组成电路微型计算机的基本组成电路(4)(4) 2.1 2.1 算术逻辑单元（算术逻辑单元（ALUALU） 2.

2、2 2.2 触发器（触发器（TriggerTrigger） 2.3 2.3 寄存器（寄存器（RegisterRegister） 2.4 2.4 三态输电路三态输电路 2.5 2.5 总线结构总线结构 2.6 2.6 存储器（存储器（MEMORY) MEMORY) 第第3 3章章 微型计算机的基本工作原理微型计算机的基本工作原理 (6+(6+习习2)2) 3.1 3.1 微型计算机的简化形式微型计算机的简化形式 3.2 3.2 指令系统指令系统 3.3 3.3 程序设计程序设计 3.4 3.4 执行指令的例行程序执行指令的例行程序 3.5 3.5 控制部件控制部件 3.6 3.6 微型计算机功能

3、的扩展微型计算机功能的扩展( (自学自学) ) 3.7 3.7 初级程序设计举例初级程序设计举例( (自学自学) ) 3.8 3.8 控制部件的扩展控制部件的扩展 ( (自学自学) ) 3.9 3.9 现代技术在微型计算机中的应用现代技术在微型计算机中的应用 第第4 4章章 16 16位处理器位处理器 （重点）（重点）(8) (8) 4.1 164.1 16位微处理器概述位微处理器概述 4.2 8086/8088CPU4.2 8086/8088CPU的结构的结构 4.3 8086/80884.3 8086/8088的引脚的信号和工作摸式的引脚的信号和工作摸式 4.4 8086/80884.4

4、8086/8088的主要操作功能的主要操作功能 第第5 5章章 8686系列微型计算机的指令系统系列微型计算机的指令系统 ( (重点重点)(8)(8) 5.1 865.1 86汇编语言及指令的格式与寻址方式汇编语言及指令的格式与寻址方式 5.2 5.2 传送类指令传送类指令 5.3 5.3 数据操作类指令数据操作类指令 5.4 5.4 串操作指令串操作指令 5.5 5.5 控制类指令控制类指令 第第6 6章章 微型计算机微型计算机 的程序设计的程序设计(4(4 习习2) 2) 6.1 程序设计步骤程序设计步骤 6.2 简简 单单 程程 序序 6.3 分分 支支 程程 序序 6.4 循循 环环

5、程程 序序 6.5 6.5 子子 程程 序序 6.6 6.6 查表程序查表程序 第第7 7章章 微型计算机汇编语微型计算机汇编语 言及汇编程序言及汇编程序(4) (4) 7.1 宏汇编语言的基本语法宏汇编语言的基本语法 7.2 伪伪 指指 令令 7.3 宏宏 指指 令令 7.4 系统功能调用系统功能调用 7.5 7.5 汇编程序的功能及汇编汇编程序的功能及汇编 过程过程 7.6 7.6 汇编语言程序设计汇编语言程序设计 第第8 8章章 输入输入/ /输出接口输出接口 (6 (6 +习习2) 8.1 微型计算机的输入微型计算机的输入/ /输出接口输出接口 8.2 并行通行与并行接口并行通行与并行

6、接口 8.3 可编程并行通信接口芯片可编程并行通信接口芯片8255A 8255A 8.4 串行通信及串行接口串行通信及串行接口 8.5 8.5 可编程串行接口芯片可编程串行接口芯片8251A8251A 第第9 9章章 中断控制器、计时中断控制器、计时/ /定时控制器定时控制器(6) (6) 9.1 9.1 可编程中断控制器可编程中断控制器8259A8259A 9.2 9.2 可编程计时可编程计时/ /定时控制器定时控制器8253 8253 9.3 9.3 不要求不要求 总复习总复习2 2学时学时 课堂教学课堂教学5656学时。学时。 实验教学实验教学8 8学时学时 共计：共计：6464学时学时

7、 参考教材：参考教材： 微型计算机系统原理及应用（四版）周明德微型计算机系统原理及应用（四版）周明德 清华大学出版社清华大学出版社 微型计算机原理（第四版）姚燕南微型计算机原理（第四版）姚燕南 西安电子科技大学西安电子科技大学 参考和阅读书目：参考和阅读书目： （1）微型计算机技术及应用（第二版）微型计算机技术及应用（第二版） 戴梅萼戴梅萼 史嘉权史嘉权 清华清华 大学出版社大学出版社 （2）现代微型计算机与接口教程）现代微型计算机与接口教程 杨文显杨文显 清华大学出版社清华大学出版社 教学目的和要求教学目的和要求 通过本章的学习，使学生掌握，数的通过本章的学习，使学生掌握，数的 表示法以及微

8、机中常用的数字代码与字表示法以及微机中常用的数字代码与字 符代码，了解基本门电路，了解二进制符代码，了解基本门电路，了解二进制 的运算及加法电路。的运算及加法电路。 绪论绪论 数制与编码数制与编码 基本门电路基本门电路 二进制的运算及加法电路二进制的运算及加法电路 教学内容教学内容 第第1 1章章 计算机基础知识计算机基础知识 本章的内容要熟练掌握本章的内容要熟练掌握, ,它是我们学它是我们学 习计算机原理所必需掌握的内容。习计算机原理所必需掌握的内容。 1.1 1.1 数制数制 ( (重点重点) ) 1.2 1.2 逻辑电路逻辑电路 1.3 1.3 布尔代数布尔代数 1.4 1.4 二进制数

9、的运算及其加法电路二进制数的运算及其加法电路 1.1 1.1 数制数制 数制是人们利用符号来计数的方法。常数制是人们利用符号来计数的方法。常 用数制有十、二和十六进制。用数制有十、二和十六进制。 1.1.1 1.1.1 数制的基与权数制的基与权 1.1.2 1.1.2 为什么要用二进制为什么要用二进制 1.1.3 1.1.3 为什么要用十六进制为什么要用十六进制 1.1.4 1.1.4 数制的转化方法数制的转化方法 1.1.1 1.1.1 数制的基与权数制的基与权 基基: :数制所使用数码个数数制所使用数码个数 权权: :数制每一位所具有的值数制每一位所具有的值 十进制（十进制（decimal

10、 system)decimal system) 基为基为“10”10”，所用的数码为，所用的数码为0 0，1 1，2 2，3 3，4 4， 5 5，6 6，7 7，8,9,8,9,共有共有1010个。个。 十进制各位的权是以十进制各位的权是以1010为底的幂为底的幂 如：如：523791523791 5 2 3 7 9 1 5 2 3 7 9 1 10 105 5 10 104 4 10 103 3 10 102 2 10 101 1 10 100 0 十万十万 万万 千千 百百 十十 个个 其各位的权为个、十、百、千、万、十万，其各位的权为个、十、百、千、万、十万， 简化简化 0 0权位，权

11、位，1 1权位权位, , 二进制（二进制（binary system)binary system) 基为基为“2”2”， 所用数码为所用数码为0 0，1 1，共，共2 2个。个。 二进制各位的权是以二进制各位的权是以2 2为底的幂，例如：为底的幂，例如： 二进制二进制 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 2 25 5 2 24 4 2 23 3 2 22 2 2 21 1 2 20 0 十进制十进制 32 16 8 4 2 132 16 8 4 2 1 各位权为各位权为1 1，2 2，4 4，即以，即以2 2为底的为底的0 0幂、幂、1 1幂幂， 或或0 0权位，权位，1 1权位权

12、位 十六进制（十六进制（hexadecimal system)hexadecimal system) 基为基为“16”16”，所用数码为所用数码为0 0、1 1、2 2、3 3、4 4、5 5、6 6、 7 7、8 8、9 9、A A、B B、C C、D D、E E、F,F,共共16个个。权以。权以1616 为底的幂，或称为底的幂，或称0 0权位，权位，1 1权位等。权位等。 1.1.2 1.1.2 为什么要用二进制为什么要用二进制 计算机是由电子电路组成的，电路通常只计算机是由电子电路组成的，电路通常只 有两种状态：导通与阻塞、饱和与截止，高电有两种状态：导通与阻塞、饱和与截止，高电 位和低

13、电位。位和低电位。 通常用这两种状态，来表示二进制中的二通常用这两种状态，来表示二进制中的二 个数码，即个数码，即1 1和和0 0。 1.1.3 1.1.3 为什么要用十六进制为什么要用十六进制 简化书写，又方便记忆。简化书写，又方便记忆。 在数字后面加上下面的英文字母在数字后面加上下面的英文字母B B、H H、D D 和和O O，分别来表示二、十六、十和八进制。，分别来表示二、十六、十和八进制。 1.1.4 1.1.4 数制的转换方法数制的转换方法 1 1、十进制数、十进制数二进制数的方法二进制数的方法 方法：方法：整数部分整数部分用除用除2 2取余法，取余法，小数部分小数部分用乘用乘2 2

14、取整法。取整法。 例例1 1：求：求1313的二进制代码的二进制代码 2 13 12 13 1b0b0 2 6 0 2 6 0b1b1 2 3 1 2 3 1b2b2 2 1 1 2 1 1b3b3 0 0 13=1101B 13=1101B 例例 2 2：求十进制：求十进制 0.6250.625的二进制数的二进制数 0.6250.625 2 2 b-1 1. 25 b-1 1. 25 小数后第一位小数后第一位 2 2 b-2 0. 50 b-2 0. 50 小数后第二位小数后第二位 2 2 b-3 1. 00 b-3 1. 00 小数后第三位小数后第三位 0.625=0.101B0.625=

15、0.101B 2 2、二进制数转换成十进制数的方法、二进制数转换成十进制数的方法 二进制数各位的权乘以其系数，再加起来得十进制数二进制数各位的权乘以其系数，再加起来得十进制数 例例1.3 1.3 求二进制数求二进制数101011101011的十进制数的十进制数 101011B=1101011B=12 25 5+0+02 24 4+1+12 23 3+0+02 22 2+1+12 21 1+1+12 20 0=43=43 小数转换用同样的方法小数转换用同样的方法 例例1.4 1.4 求二进制数求二进制数0.1010.101的十进制数的十进制数 0.101B=10.101B=12 2-1 -1+0

16、 +02 2-2 -2+1 +12 2-3 -3=0.5+0.125=0.625 =0.5+0.125=0.625 注意：注意： (1)(1)十十二时，带小数的十进制数不一定能够准确用二二时，带小数的十进制数不一定能够准确用二 进制数来表示。进制数来表示。 (2)(2)十十二时，整数部分和小数部分要用不同的方法。二时，整数部分和小数部分要用不同的方法。 本节习题本节习题 题题1 1：二进制数：二进制数101011B101011B转化成十进制、十转化成十进制、十 六进制数分别是多少？六进制数分别是多少？ A A：4343；2BH 2BH B B：4444；2BH4 2BH4 C C：4343；2

17、AH2AHD D：4444；2AH 2AH 1.2 1.2 逻辑电路逻辑电路 下图是三个基本门电路下图是三个基本门电路, ,及其名称、符号和表达式。及其名称、符号和表达式。 AY Y=A A B Y Y=A+B 11 1; 1：闭合，等：闭合，等 2 2、函数、函数f f 只有三种基本方式：只有三种基本方式：“或或”运算，运算， “与与”运算及运算及“反反”运算运算 。 1.3.1 “1.3.1 “或或”运算运算 变量变量A,BA,B只有只有0 0或或1 1二种可能二种可能, ,所以其各种可能结果如下所以其各种可能结果如下: : Y=0+0=0 Y=0 Y=0+0=0 Y=0 Y=0+1 Y=

18、0+1 Y=1+0 Y=1 Y=1+0 Y=1 Y=1+1 Y=1+1 当当A A和和B B为多位二进制数时，为多位二进制数时， A=AnAA=AnA3 3A A2 2A A1 1 B=BnB B=BnB3 3B B2 2B B1 1 Y=A+B = Y=A+B =（An+BnAn+Bn）（A3+B3A3+B3）（）（A2+B2A2+B2）（）（A1+B1 A1+B1 ） 对于多变量进行对于多变量进行“逻辑或逻辑或”运算时，各对应位分别进行或运算。运算时，各对应位分别进行或运算。 1.3.2 “1.3.2 “与与”运算运算 （Y=AY=AB B） Y=0 Y=00=00=0 Y=1 Y=10=

19、0 Y=00=0 Y=0 Y=0 Y=01=01=0 Y=1 Y=11=1 1=1 Y=1Y=1 若若 A A 和和 B B 为 多 位 二 进 制 数 时 ，为 多 位 二 进 制 数 时 ， A=AnAA=AnA2 2A A1 1 B=BnB B=BnB2 2B B1 1 Y=AB= Y=AB=（AnAnBnBn）（A2A2B2B2）(A1(A1B1B1） 各对应位分别进行与运算各对应位分别进行与运算 1 13 33 3 反运算反运算 变量变量A,A,其其“逻辑非逻辑非”或或“逻辑反逻辑反”为为: : Y = AY = A 当当A A为多位变量时为多位变量时, ,如如: : A=AnA3A

20、2A1A=AnA3A2A1 则则: : Y = A =AnA3 A2 A1Y = A =AnA3 A2 A1 本节例题本节例题 （1 1）设）设A=0101 B=1011A=0101 B=1011 Y=A+B= Y=A+B=（0+10+1）（）（1+01+0）（）（0+10+1）（）（1+11+1）=1111B=1111B （2 2）A=1100 B=0101A=1100 B=0101 Y=AB= Y=AB=（1 10 0）（）（1 11 1）（）（0 00 0）（）（0 01 1） =0100=0100 （3 3）设）设A=1101A=1101 Y=A=0010 Y=A=0010 1 13

21、34 4 布尔代数的基本运算规律布尔代数的基本运算规律 1. 1. 恒等式恒等式 A0=0 A1=A AA=A A0=0 A1=A AA=A A+0=A A+1=1 A+A=A A+0=A A+1=1 A+A=A A + A=1 AA=0 A = A A + A=1 AA=0 A = A 2.2.运算规律运算规律 布尔代数有交换律、结合律、分配律。布尔代数有交换律、结合律、分配律。 交换律交换律 AB=BA A+B=B+AAB=BA A+B=B+A 结合律结合律 （ABAB）C=AC=A（BCBC）=ABC=ABC （A+BA+B）+C=A+C=A+（B+CB+C）=A+B+C =A+B+C

22、分配律分配律 A A（B+CB+C）=AB+AC=AB+AC （A+BA+B）（）（C+DC+D）=AC+AD+BC+BD =AC+AD+BC+BD 利用运算规律及恒等式，可以化简很多逻辑关利用运算规律及恒等式，可以化简很多逻辑关 系式。恒等式和运算规律本身的正确性可用真值表系式。恒等式和运算规律本身的正确性可用真值表 来证明。来证明。 例例8 8： A+AB=AA+AB=A（1+B1+B）=A=A A+ A B=A+AB+AB=A+ A+ A B=A+AB+AB=A+（A+AA+A）B=A+BB=A+B 例例9:9:用布尔代数简化照明原控制线路用布尔代数简化照明原控制线路, ,原控制线原控制

23、线 路如图路如图A A所示。所示。 B A B B A A VV L L 原控制线路灯和触点的关系原控制线路灯和触点的关系, ,用布尔代数表示如下：用布尔代数表示如下： L=L=（A+ABA+AB） B =AB+AB B=AB B =AB+AB B=AB 简化后的线路图如图简化后的线路图如图B B所示所示. . 图图A A图图B B 1.3.5 1.3.5 摩根定理摩根定理 在电路设计时，经常要用摩根定理，解决在电路设计时，经常要用摩根定理，解决 元件的互换，而不改变原电路的逻辑功能。元件的互换，而不改变原电路的逻辑功能。 二变量的摩根定理二变量的摩根定理 : : A+B=A B ; AB=A

24、+BA+B=A B ; AB=A+B 多变量的摩根定理多变量的摩根定理 : : A+B+C+ =ABC A+B+C+ =ABC ABC =A+B+C+ ABC =A+B+C+ 用真值表可证明摩根定理用真值表可证明摩根定理 例题例题: : A AB = A+B=A+BB = A+B=A+B A+B+C = ABC=ABCA+B+C = ABC=ABC 1.3.6 1.3.6 真值表与布尔代数式的关系真值表与布尔代数式的关系 真值表通过分析输入量的所有组合，较直真值表通过分析输入量的所有组合，较直 观地反映输入与输出之间的关系。观地反映输入与输出之间的关系。 例如，两个一位二进制数例如，两个一位二

25、进制数A A和和B B的相加，其的相加，其 和和S S及进位及进位C C用真值表来描述。用真值表来描述。 A AB BS SC C 0 00 00 00 0 0 01 11 10 0 1 10 01 10 0 1 11 10 01 1 从真值表直接地从真值表直接地 分别写出分别写出S S、C C的逻辑的逻辑 代数式代数式: : S= AB + AB S= AB + AB C=ABC=AB 从真值表写出布尔代数式的方法：从真值表写出布尔代数式的方法： （1 1）输出栏有几个）输出栏有几个“1”1”项，就有几个项，就有几个“或或” 项。项。 （2 2）每项各因素之间是）每项各因素之间是“与与”关系

26、，每项每个关系，每项每个 因素都写上，因素是因素都写上，因素是“0”0”添反，因素是添反，因素是“1”1” 不添。不添。A AB BS SC C 0 00 00 00 0 0 01 11 10 0 1 10 01 10 0 1 11 10 01 1 S= AB +A B S= AB +A B C=ABC=AB 用真值表描述问题，不仅全面，而且通过它用真值表描述问题，不仅全面，而且通过它 可写出布尔代数式，用逻辑门来实现。可写出布尔代数式，用逻辑门来实现。 1 14 4 二进制数的运算及其加法电路二进制数的运算及其加法电路 加法电路是计算机的一个基本部件，用它能完成算术的加法电路是计算机的一个基

27、本部件，用它能完成算术的4 4种种 基本运算。基本运算。 1.4.1 1.4.1 二进制数的相加二进制数的相加 (1)(1)两个二进制数相加时两个二进制数相加时, ,可以逐位相加可以逐位相加, ,如二进制数写成如二进制数写成: : A= AA= A3 3A A2 2A A1 1A A0 0 B= BB= B3 3B B2 2B B1 1B B0 0 其结果可以写成其结果可以写成: : 其中各位是分别求出的其中各位是分别求出的: : S S0 0A A0 0+ B+ B0 0进位进位C C1 1 S S1 1=A=A1 1+B+B1 1+C+C1 1CC2 2 S S2 2=A=A2 2+B+B

28、2 2+C+C2 2CC3 3 S S3 3=A=A3 3+B+B3 3+C+C3 3CC4 4 最后所得的和是最后所得的和是: : A+B=C A+B=C4 4S S3 3S S2 2S S1 1S S0 0 （2 2）右边第一位相加的电路要求）右边第一位相加的电路要求 输入量为二个输入量为二个: A0: A0，B0B0 输出量为二个输出量为二个: S0: S0及及C1C1 用半加器用半加器(half adder)(half adder)来实现其功能。来实现其功能。 （3 3）从右边第二位开始，各位可以对应相加）从右边第二位开始，各位可以对应相加, , 各位对应相加时的电路要求：各位对应相加

29、时的电路要求： 输入量为输入量为3 3个，即个，即AiAi、BiBi、Ci (i=1,2,3 ,n)Ci (i=1,2,3 ,n) 输出量为输出量为2 2个，即个，即SiSi、 Ci+1 (i=1,2,3 ,n)Ci+1 (i=1,2,3 ,n) 用全加器用全加器(full adder)(full adder)来实现其功能。来实现其功能。 1 14 42 2 半加器电路半加器电路 半加器电路，有二个输入端；有二个输出端半加器电路，有二个输入端；有二个输出端 。 其真值表如下，由此表分析可见其真值表如下，由此表分析可见, ,其和其和S S 0 0可用 可用 “异或门异或门”来实现，而其进位来实现

30、，而其进位C C1 1可用可用“与门与门”来实来实 现示。图半加器的真值表及电路现示。图半加器的真值表及电路 A A0 0B B0 0S S0 0C C1 1 0000 0110 1010 1101 =1 A A0 0 B B0 0 C1C1 S S0 0 & C C1 1= A= A0 0 B B0 0 S S0 0=A=A0 0 B B0 0+A+A0 0 B B = A= A0 0BB0 0 HA A0A0 B0B0 C1C1 1 14 43 3 全加器电路全加器电路 全加器电路要求：有三个输入端全加器电路要求：有三个输入端AiAi、BiBi、CiCi， 二个输出端二个输出端 S Si

31、i、C Ci+1 i+1。 。设计步骤：设计步骤：写出其真值表写出其真值表 由此表分别写出由此表分别写出S Si i、C Ci+1 i+1布尔代数式，并化简。 布尔代数式，并化简。根根 据此布尔代数，用相应的逻辑门完成该电路的设计。据此布尔代数，用相应的逻辑门完成该电路的设计。 AiBiCiSiCi+1 00000 00110 01010 01101 10010 10101 11001 11111 Si =AiBiCi+AiBiCi+ AiBiCi+ AiBiCi =Ai Bi Ci 1 1 =1 Ci+1 S Si i Ai Bi Ci Ci+1=AiBiCi+AiBiCi+AiBiCi+A

32、iBiCi=AiBi+AiCi+BiCi 1 14 44 4 半加器及全加器符号半加器及全加器符号 HA FA (a) (a) 半加器符号半加器符号 (a) (a) 半加器符号半加器符号 (b) (b) 全加器符号全加器符号 A0A0 B0B0 AiAiBiBi CiCi SiSi Ci+1Ci+1 S0S0 C1C1 图图半加器及全加器符号半加器及全加器符号 1 14 45 5 二进制数的加法电路二进制数的加法电路 设设A=1010B=, B=1011BA=1010B=, B=1011B 设计一个设计一个S=A+BS=A+B的二进制数加法电路如图。的二进制数加法电路如图。 HAFAFAFA

33、B0A0B1A1B2 A2 B3 A3 S0 C1C2 C3 C4 S3S2 S1 图图4 4位的二进制加法电路位的二进制加法电路 =1 =0 =1 =0 =1 =1 =0 =1 =0 =0 =1 =0 =1 =1 =0 =1 S=A+B=0101 C4=1 1 14 46 6二进制数的减法电二进制数的减法电 微机中通常用加法器实现减法的功能。其方法为：微机中通常用加法器实现减法的功能。其方法为： S=A-B=A+BS=A-B=A+B补 补 例，求例，求Y=8-4=Y=8-4=？ 解：设解：设 A=8=00001000BA=8=00001000B， B=-4=10000100BB=-4=10000100B BB补 补 =B =B反 反 +1=