微机原理及应用教案

1、南京工程学院教案【封面】任课系部： 电力工程学院 授课时间：13/14-学期课程名称微机原理及应用课程编号授课专业电气工程及其自动化班级继保111、继保112授课方式单班；合班课程类别必修课公共基础课；专业基础课；专业课选修课限选课；任选课授课方式课堂讲授；实践课考核方式考试；考查总学时数64学分数4学时分配课堂讲授 52 学时；实践课 12 学时教材名称新编16/32位微型计算机原理及应用作者李继灿出版社及出版时间清华大学出版社2008.7指定参考书微型计算机原理及应用微型计算机原理及应用作者郑学坚等朱定华等出版社及出版时间清华大学出版社2003、3电子工业出版社2005、12授课教师李干林

2、职称讲师单位电力工程学院南京工程学院教案【教学单元首页】第 12 次课 授课学时 3 教案完成时间： 授课题目（章、节）第1章 微机系统导论主要内容1、 微机系统组成。微型计算机系统由硬件和软件两个主要部分组成；2、 微机硬件系统结构；3、 微处理器组成；4、 微机工作过程。目的与要求1、 了解微机系统的组成；2、 了解微机硬件系统结构；3、 了解和熟悉微处理器组成；4、 了解微机工作过程；5、 了解微机系统的主要性能指标。重点与难点1、微处理器组成；2、微机工作过程。教学手段以讲授为主。本章内容共用3学时。在教学方法上注意和学生加强互动，通过在课堂教学中采用随机提问和讨论的方法以强化教学效果

3、。本课程在教学中将大量采用这两种教学方法，以促进学生对教学内容的理解和应用。由于本章结构示意图较多，可运用多媒体手段灵活放映PPT。教研室审阅意见： 教研室主任：课程目标微机原理是学习和掌握微机硬件知识和汇编语言程序设计的入门课程：F 微型计算机的基本工作原理F 汇编语言程序设计F 微型计算机接口技术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第1章 微机系统导论1.1 微机系统组成一、微型计算机系统的三个层次(一) 微处理器微处理器简称P或MP(Microprocessor)是指由一片或几片大规模集成电路组成的具有运算器和控制器功能的中央处理器部件，又称为微处理机。(二)

4、微型计算机 微型计算机简称C或MC，是指以微处理器为核心， 配上存储器、 输入输出接口电路及系统总线所组成的计算机(又称主机或微电脑)。(三) 微型计算机系统 微型计算机系统(Microcomputer system) 简称CS或MCS，是指以微型计算机为中心, 以相应的外围设备、电源和辅助电路(统称 硬件)以及指挥微型计算机工作的系统软件所构成的系统。 二、微型计算机系统的组成 微型计算机系统由硬件和软件两个主要部分组成。(一) 硬件微处理器:微机的计算、控制中心，用来实现算术、 逻辑运算以及其他操作,并对全机进行控制。存储器:(主存或内存)用来存储可以供微处理器直接运行的程序或处理的数据。

5、输入输出(IO) : 接口芯片是微处理器与外部输入/输出设备之间的接口。目前，最流行的实际微机硬件系统一般都是由主机板（包括CPU、CPU外围芯片组、主存储器RAM、BIOS芯片与总线插槽）、外设接口卡(如显卡、声卡、网卡)、外部设备（如硬盘、光驱、显示器、打印机、键盘、调制解调器与鼠标）以及电源等部件所组成。(二) 软件 计算机软件通常分为两大类：系统软件和用户软件。系统软件是指不需要用户干预的能生成、准备和执行其他程序所需的一组程序。用户软件是各用户为解题或实现检测与实时控制等不同任务所编制的应用程序，它也称为应用软件。操作系统是一套复杂的系统程序 ,用于提供人机接口和管理、调度计算机的所

6、有硬件与软件资源。微型计算机的常用俗语1位和字节 位（bit）是计算机所能表示的最小最基本的数据单位，它指的是取值只能为0或1的一个二进制数值位。位作为单位时记作b 字节（byte）由8个位二进制位组成，通常用作计算存储容量的单位。字节作为单位时记作BK是kelo的缩写，1K=1024=210；M是mega的缩写，1M=1024K=220；G是Giga的缩写，1G=1024M=230；T是tera的缩写，1T=1024G=240。2字长 字长是微处理器一次可以直接处理的二进制数码的位数，它通常取决于微处理器内部通用寄存器的位数和数据总线的宽度。微处理器的字长有4位、8位、16位和32位等等。

7、8088称为准16位微处理器，而80386SX称为准32位微处理器。3主频 主频也叫做时钟频率，用来表示微处理器的运行速度，主频越高表明微处理器运行越快，主频的单位是MHz。 早期微处理器的主频与外部总线的频率相同，从80486DX2开始，主频=外部总线频率´倍频系数 外部总线频率频率通常简称为外频，它的单位也是MHz，外频越高说明微处理器与系统内存数据交换的速度越快，因而微型计算机的运行速度也越快。 倍频系数是微处理器的主频与外频之间的相对比例系数。 通过提高外频或倍频系数，可以使微处理器工作在比标称主频更高的时钟频率上，这就是所谓的超频。4MIPS MIPS是Millions o

8、f Instruction Per Second的缩写，用来表示微处理器的性能，意思是每秒钟能执行多少百万条指令 由于执行不同类型的指令所需时间长度不同，所以MIPS通常是根据不同指令出现的频度乘上不同的系数求得的统计平均值。 主频为25MHz的80486其性能大约是20MIPS， 主频为400MHz的Pentium II的性能为832 MIPS5iCOMP指数 iCOMP指数是Intel公司为评价其32位微处理器的性能而编制的一种指标，它是根据微处理器的各种性能指标在微型计算机中的重要性来确定的，iCOMP指数包含的指标有整数数学计算、浮点数学计算、图形处理以及视频处理等，这些指标的重要性与

9、它们在应用软件中出现的频度有关，所以iCOMP指数说明了微处理器在微型计算机中应用的综合性能。6微处理器的生产工艺 指在硅材料上生产微处理器时内部各元器件间连接线的宽度，一般以mm为单位，数值越小，生产工艺越先进，微处理器的功耗和发热量越小。 目前微处理器的生产工艺已经达到0.18mm。7微处理器的集成度 指微处理器芯片上集成的晶体管的密度。 最早Intel 4004的集成度为2250个晶体管，Pentium III的集成度已经达到750万个晶体管以上，集成度提高了3000多倍。微型计算机的发展微型计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成。1.2 微机硬件系统结构 一种典

10、型的微机硬件系统结构如图所示。图1.1中,用系统总线将各个部件连接起来。 图1.1 典型的微机硬件系统结构系统总线是用来传送信息的公共导线 , 它们可以是带状的扁平电缆线，也可以是印刷电路板上的一层极薄的金属连线。所有的信息都通过总线传送。通常，根据所传送信息的内容与作用不同.可将系统总线分为3类：数据总线DB(Data Bus)，地址总线AB(Address Bus)，控制总线CB(Control Bus)。 系统中各部件均挂在总线上，所以 , 有时也将这种系统结构称为面向系统的总线结构。目前采用的总线结构可分为单总线、双总线和双重总线单总线结构 单总线结构系统存储器M和I/O 接口均使用同

11、一组信息通，因此，CPU对M的读/写和对I/O接口的输入/输出操作只能分时进行。 双总线结构 M和I/O接口各具有一组连通CPU的总线，CPU可以分别在两组总线上同时与M和I/O交换信息,因而拓宽了总线带宽,提高了总线的数据传输效率。 图1.2 （a）单总线结构 （b）双总线结构双重总线结构 有局部总线与全局总线。CPU通过局部总线访问局部M和局部I/O时, 工作方式与单总线相同。当系统中某微处理器需要对全局M和全局I/O 访问时，则必须由总线控制逻辑统一安排才能进行,这时该微处理器就是系统的主控设备。 这样，整个系统便可在双重总线上实现并行操作,从而提高了系统数据处理和数据传输的效率。1.3

12、 微处理器组成微处理器由运算器、控制器和内部寄存器阵列3部分组成，如图1.3所示。 图1.3 微处理器结构一、运算器 运算器又称为算术逻辑单元ALU(Arithmetic Logic Unit),用来进行算术或逻辑运算以及位移循环等操作。参加运算的两个操作数，累加器A(Accumulator)和内部数据总线,可以是数据寄存器DR(Data Register)中的内容，也可以是寄存器阵列RA中某个寄存器的内容。运算结果送回累加器A暂存。二、 控制器(一) 指令寄存器IR(Instruction Register) 存放从存储器取出的将要执行的指令。(二) 指令译码器ID(Instruction

13、Decoder) 对指令寄存器IR中的指令进行译码，确定该指令应执行什么操作。(三) 可编程逻辑阵列PLA(Programmable Logic Array) 产生取指令和执行指令所需的各种微操作控制信号。三、 内部寄存器 通常，内部寄存器包括若干个功能不同的寄存器或寄存器组。(一) 累加器A 累加器是用得最频繁的一个寄存器。在进行算术逻辑运算时，它具有双重功能：运算前，用来保存一个操作；运算后，用来保存结果。(二) 数据寄存器DR 数据寄存器DR用来暂存数据或指令。 从存储器读出时，若读出的是指令，经DR 暂存的指令通过内部数据总线送到指令寄存器IR;若读出的是数据, 则通过内部数据总线送到

14、有关的寄存器或运算器。向存储器写入数据时,数据是经数据寄存器DR，再经数据总线DB写入存储器的。(三) 程序计数器PC(Program Counter) 程序计数器PC中存放着正待取出的指令的地址。根据PC中的指令地址，准备从存储器中取出将要执行的指令。通常, 程序按顺序逐条执行。任何时刻, PC 都指示微处理器要取的下一个字节或下一条指令(对单字节指令而言)所在的地址。因此,PC具有自动加1的功能。(四) 地址寄存器AR(Address Register) 地址寄存器AR用来存放正要取出的指令的地址或操作数的地址。在取指令时，将PC中存放的指令地址送到AR，根据此地址从存储器中取出指令。 在

15、取操作数时，将操作数地址通过内部数据总线送到AR，再根据此地址从存储器中取出操作数；在向存储器存入数据时，也要先将待写入数据的地址送到AR，再根据此地址向存储器写入数据。(五) 标志寄存器F(Flag Register) 标志寄存器F用来寄存执行指令时所产生的结果或状态的标志信号。关于标志位的具体设置与功能将视微处理器的型号而异。根据检测有关的标志位是0或1,可以按不同条件决定程序的流向。1.4 存储器概述（略）1.5 微机工作过程微机的工作过程就是执行程序的过程，而程序由指令序列组成,因此,执行程序的过程，就是执行指令序列的过程 , 即逐条地执行指令;由于执行每一条指令，都包括取指令与执行指

16、令两个基本阶段,所以,微机的工作过程，也就是不断地取指令和执行指令的过程 。 图1.4 程序执行过程示意图假定程序已由输入设备存放到内存中。当计算机从停机状态进入运行状态时,首先把第1条指令所在的地址赋给程序计数器PC，然后机器进入取指阶段。在取指阶段,CPU从内存中读出的内容必为指令 ,于是,数据寄存器DR便把它送至指令寄存器IR;然后由指令译码器译码，控制器就发出相应的控制信号,CPU便知道该条指令要执行什么操作。在取指阶段结束后，机器就进入执指阶段,这时,CPU执行指令所规定的具体操作。当一条指令执行完毕以后,就转入了下一条指令的取指阶段。这样周而复始地循环一直进行到程序中遇到暂停指令时

17、方才结束。取指阶段都是由一系列相同的操作组成的,所以,取指阶段的时间总是相同的，它称为公操作。而执指阶段将由不同的事件顺序组成,它取决于被执行指令的类型，因此,执指阶段的时间从一条指令到下一条指令变化相当大。指令通常包括操作码(Operation Code)和操作数(Operand)两大部分。操作码表示计算机执行什么具体操作, 而操作数表示参加操作的数的本身或操作数所在的地址, 也称之为地址码。在8位机中, 由于1个存储单元只能存放1个字节, 而指令根据其所含内容不同而有单字节、双字节、3字节乃至最多4字节之分 ,因此在执行1条指令时,就可能要处理14个不等字节数目的代码信息，包括操作码、操作

18、数或操作数的地址。1.6 微机系统的主要性能指标（略）南京工程学院教案【末页】本单元知识点归纳1、微机系统组成。由硬件（微处理器，存储器，输入输出(IO)）和软件（系统软件和用户软件）两个主要部分组成；2、微机硬件系统结构；3、微处理器组成；微处理器由运算器、控制器和内部寄存器阵列3部分组成。4、微机工作过程。就是不断地取指令和执行指令的过程 。思考题或作业题 1.2 1.5 1.11本单元教学情况小结审阅意见 审阅人：南京工程学院教案【教学单元首页】第 23 次课 授课学时 3 教案完成时间： 授课题目（章、节）第2章 微机运算基础主要内容1、 符号数的表示法：机器数与真值、原码、反码、补码

19、；2、 二进制数的加减运算：无符号数的运算、符号数的运算；3、 二进制编码：BCD码、ASCII码。目的与要求1、 掌握符号数的机器数与真值、原码、反码、补码的概念和求法；2、 掌握二进制数的加减运算：无符号数的运算、符号数的运算的特点；3、 掌握二进制编码：BCD码、ASCII码的基本概念，了解BCD码加减运算的特点。重点与难点1、 补码的概念和求法；2、 符号数运算结果是否溢出的判断。教学手段以讲授为主。本章在教学时应重视例题在帮助学生理解知识点和提高应用能力方面的作用。由于本章内容涉及大量运算式，因此对例题应采用黑板板书以展示运算过程为佳。教研室审阅意见： 教研室主任：第2章 微机运算基

20、础2.1 进位计数制2.2 进位数制之间的转换 (略)2.3 二进制编码(代码)一、二十进制编码BCD码 BCD（Binary-Coded Decimal）码又称为“二十进制编码”，专门解决用二进制数表示十进数的问题。最常用的是8421编码，其方法是用4位二进制数表示1位十进制数，自左至右每一位对应的位权是8、4、2、1。1压缩BCD码 每一位数采用4位二进制数来表示，即一个字节表示2位十进制数。例如：二进制数10001001B，采用压缩BCD码表示为十进制数89D。2非压缩BCD码 每一位数采用8位二进制数来表示，即一个字节表示1位十进制数。而且只用每个字节的低4位来表示09，高4位为0。例

21、如：十进制数89D，采用非压缩BCD码表示为二进制数是： 00001000 00001001B 二、字母与字符的编码 字母和各种字符在计算机内是按特定的规则用二进制编码表示的。这些编码有各种不同的方式。 目前在微机、通讯设备和仪器仪表中广泛使用的是ASCII（American Standard Code for Information Interchange）码-美国标准信息交换码。 7位ASCII代码能表示27128种不同的字符,其中包括数码(09),英文大、小写字母,标点和控制的附加字符。 7位ASCII码是由左3位一组和右4位一组组成的。下表表示这两组的安排和号码的顺序，位6 是最高位，

22、而位0是最低位。要注意这些组在课本表2.3的行、列中的排列情况。4位一组表示行,3位一组表示列。表 常用字符的ASCII码字符ASCII码0930H39HAZ41H5AHaz61H7AHBlank（space）20H$24H换行LF0AH回车CR0DH2.4 二进制数的运算一、二进制数的算术运算 一种数制可进行两种基本的算术运算：加法和减法。利用加法和减法可以进行乘法、 除法以及其它数值运算.（一）二进制加法二进制加法的运算规则是：（1）000（2）011（3）110 进位1（4）1111 进位1 两个二进制数相加时，每1列有3个数,即相加的两个数以及低位的进位，用二进制的加法规则相加后得到本

23、位的和以及向高位的进位。（二）二进制减法 二进制减法的运算规则是：（1）000（2）110（3）101（4）011 借位1例如，把11011B 减去1101B 被 减 数 1 1 0 1 1 减 数- 1 1 0 1 差 1 1 1 0 有借位（三）二进制乘法（四）二进制除法 二、二进制数的逻辑运算 逻辑运算包括3种基本运算：逻辑加法（或运算）、 逻辑乘法（与运算）和逻辑否定（非运算）。由这3种基本运算可以导出其它的逻辑运算，如异或运算、同或运算以及与或非运算等。 2.5 数的定点与浮点表示在计算机中，用二进制表示一个带小数点的数有两种方法，即定点表示和浮点表示。所谓定点表示，就是小数点在数中

24、的位置是固定的；所谓浮点表示，就是小数点在数中的位置是浮动的。相应地,计算机按数的表示方法不同也可以分为定点计算机和浮点计算机两大类。一、定点表示 通常，对于任意一个二进制数总可以表示为纯小数或纯整数与一个2的整数次幂的乘积 。例如，二进制数可写成: N = 2P × S 其中，S称为数的尾数；称为数的阶码；2称为阶码的底。尾数S表示了数的全部有效数字 ，阶码确定了小数点位置。当阶码为固定值时，称这种方法为数的定点表示法。这种阶码为固定值的数称为定点数。如假定0，且尾数S为纯小数时，这时定点数只能表示小数。如假定0，且尾数S为纯整数时，这时定点数只能表示整数。定点数的两种表示法，在计

25、算机中均有采用。究竟采用哪种方法，均是事先约定的。如用纯小数进行计算时，其运算结果要用适当的比例因子来折算成真实值。二、浮点表示（略）2.6 带符号数的表示法 一、机器数与真值 在计算机中，为了区别正数或负数，是将数学上的“”“”符号数字化，规定1个字节中的D7位为符号位，D0D6位为数字位。在符号位中，用“0”表示正，“1”表示负，而数字位表示该数的数值部分。例如： 0101101191D 1101101191D 1个数的数值和符号全都数码化了。我们把1个数（包括符号位）在机器中的一组二进制数表示形式，称为“机器数”，而把它所表示的值称为机器数的“真值”(数值连同符号“+”或“-”称为机器数

26、的真值)。 二、机器数的种类和表示方法 在机器中表示带符号的数有3种表示方法：原码、反码和补码。（一）原码所谓数的原码表示，即符号位用0表示正数，而用1表示负数，其余数字位表示数值本身。【例】当机器字长为8位二进制数时： X1011011B X原码01011011B Y-1011011B Y原码11011011B 1原码00000001B 1原码10000001B 127原码01111111B 127原码11111111B 原码表示的整数范围是： （2n-11） （2n-11），其中n为机器字长。 则：8位二进制原码表示的整数范围是127127 16位二进制原码表示的整数范围是32767327

27、67原码的扩展：1个二进制符号数的扩展是指一个数从位数较少扩展到位数较多，如从8位（字节）扩展到16位（字），或从16位扩展到32位（双字）。原码数的扩展是将其符号位向左移至最高位，符号位移过之位即最高位与数值位间的所有位都填入0。例如：105用8位二进制数表示为69H（01101001B），用16位表示为0069H（00000000 01101001B）；-105用8位表示为E9H（11101001B），用16位表示为8069H（10000000 01101001B）。（二）反码 正数的反码表示与其原码相同，即符号位用“0”表示正，数字位为数值本身。负数的反码是将它的正数按位（包括符号位在内

28、）取反而形成的。 例：8位二进制数的反码它有如下特点：（1）“0”的反码有两种表示法：00000000B表示0，11111111B表示0。（2）8位二进制反码能表示的数值范围为127D127D。（3）当一个带符号数用反码表示时，最高位为符号位。若符号位为0（即正数）时，后面的7位为数值部分；若符号位为1（即负数）时，一定要注意后面7位表示的并不是此负数的数值，而必须把它们按位取反以后，才得到表示这7位的二进制数值。例如:一个8位二进制反码表示的数10010100B。它是一个负数；但它并不等于20D，而应先将其数字位按位取反，然后才能得出此二进制数反码所表示的真值: 1101011B（1

29、5;261×251×231×211）（643283）107D【例】当机器字长为8位二进制数时： X1011011B X原码01011011B X反码01011011B Y1011011B Y原码11011011B Y反码10100100B 1反码00000001B 1反码11111110B 127反码01111111B 127反码10000000B 负数的反码与负数的原码有很大的区别，反码通常用作求补码过程中的中间形式。 反码表示的整数范围与原码相同。（三）补码微机中都是采用补码表示法，因为用补码法以后，同一加法电路既可以用于有符号数相加，也可以用于无符号数相加，

30、而且减法可用加法来代替。1.正数的补码正数的补码与其原码相同，即符号位用“0”表正，其余数字位表示数值本身。 2.负数的补码负数的补码表示为它的反码加1（即在其低位加1）。 【例】（1）X1011011B （2） Y1011011B （1）根据定义有： X原码01011011B X补码01011011B（2）根据定义有： Y原码11011011B Y反码10100100B Y补码10100101B8位二进制数补码它有如下特点：（1）0补0补00000000B（2）补码表示的整数范围是2n-1（2n-11），其中n为机器字长。8位二进制补码所能表示的数值为127128,16位二进制补码表示的整数

31、范围是3276832767。当运算结果超出这个范围时，就不能正确表示数了，此时称为溢出。10000000B是-128的补码，其中1即看成符号位也看成数值位。（3）当1个带符号数用8位二进制补码表示时，最高位为符号位。若符号位为“0 ”（即正数）时，其余位即为此数的数值本身；但当符号位为“1”（即负数）时，一定要注意其余位不是此数的数值，而必须将它们按位取反，且在最低位加1，才得到它的数值。 例如，一个补码表示的数补10011011B它是一个负数。但它并不等于27D，它的数值为：将数字位0011011B按位取反得到1100100B，然后再加1，即为1100101B。三、补码的加减法运算 在微机中

32、，凡是带符号数一律用补码表示，而且，运算的结果自然也是补码。 补码的加减运算是带符号数加减法运算的一种。其运算特点是：符号位与数字位一起参加运算，并且自动获得结果（包括符号位与数字位）。例:已知1000000B，0001000B,求两数的补码之和.由补码表示法有：补01000000B，补00001000B此和数为正，而正数的补码等于该数原码，即补原 = 01001000B其真值为72；又因64（8）72，故结果是正确的。补码的扩展：对于用补码表示的数，正数的扩展应该在其前面补0，而负数的扩展，则应该在前面补1。例如：105用8位补码表示为69H（01101001B），用16位表示为0069H（

33、00000000 01101001B）；-105用8位补码表示为97H（10010111B），用16位表示为FF97H（11111111 10010111B）。四、溢出及其判断方法（一）什么叫溢出 所谓溢出是指带符号数的补码运算溢出。例如，字长为位的带符号数，用最高位表示符号，其余1位用来表示数值。它能表示的补码运算的范围为2n1+2n11。如果运算结果超出此范围，就叫补码溢出，简称溢出。在溢出时，将造成运算错误。（二）判断溢出的方法 判断溢出的方法较多，例如以上两例根据参加运算的两个数的符号及运算结果的符号可以判断溢出；此外，利用双进位的状态也是常用的一种判断方法。这种方法是利用符号位相加的

34、进位和数值部分的最高位相加的进位状态来判断。当D7C与D6C“异或”结果为1，即1，表示有溢出，当“异或”结果为0,即0,表示无溢出.（三）溢出与进位 进位是指运算结果的最高位向更高位的进位。如有进位，则1；无进位，则0。当1，即D7C1时，若D6C1，则D7CD6C=110，表示无溢出；若D6C0，则101，表示有溢出。当0，即D7C0时，若D6C1，则011，表示有溢出；若D6C0，则000，表示无溢出。可见，进位与溢出是两个不同性质的概念，不能混淆。 对于字长为16位的二进制数用补码表示时，其范围为216121611即3276832767。判断溢出的双进位式为： VD15cD14c。补充

35、：1.无符号数的运算（举例）无符号数实际上是指参加运算的数均为正数，且整个数位全部用于表示数值。n位无符号二进制数的范围为0（2n-1）。（1） 两个无符号数相加，由于两个加数均为正数，因此其和也是正数。当和超过其位数所允许的范围时，就向更高位进位。（2） 两个无符号数相减，被减数大于或等于减数，无借位，结果为正；被减数小于减数，有借位，结果为负。结论：对无符号数进行加减运算，主要考虑进位位CF的值：CF=1（有进位或借位）、CF=0（无进位或借位）。2.符号数的运算（举例）结论：对有符号数进行加、减（改为补码加）运算，主要考虑溢出位OF的值：OF=1（有溢出）、OF=0（无溢出）。 设符号位

36、向进位位的进位为CY，数值部分向符号位的进位为CS，则溢出:OF=CY异或CS。南京工程学院教案【末页】本单元知识点归纳1、 原码、反码、补码的概念和求法；2、 二进制数的加减运算：无符号数的运算结果主要看进位位CF、符号数的运算结果主要看溢出标志OF的值及OF=CY异或CS；3、 BCD码、ASCII码的基本概念。思考题或作业题 2.6 2.8 2.10 2.13 2.18本单元教学情况小结学生在补码的求法，符号数运算溢出位值的求法的内容上较难理解和掌握，讲解时要重点考虑。符号数加减运算时要现场进行演算。审阅意见 审阅人：南京工程学院教案【教学单元首页】第 410 次课 授课学时 14 教案

37、完成时间： 授课题目（章、节）第3章 8086/8088微处理器及其系统 3.1 8086/8088微处理器 3.3 8086/8088的存储器 3.2 8086/8088系统的最小/最大工作方式（补充时序） 3.4 8086/8088指令系统（介绍4.4 软件调试技术）主要内容1、 8086/8088微处理器的结构：执行单元EU、总线接口单元BIU；2、 8086/8088的寄存器。3、8086/8088微处理器存储器分段和物理地址的生成；4、堆栈操作指令；5、8086/8088系统的最小工作方式（时序）；6、8086/8088指令系统。目的与要求1、掌握8086/8088微处理器的结构；2

38、、掌握8086/8088微处理器的各种寄存器概念；3、掌握8086/8088物理地址和逻辑地址的概念；4、了解8086/8088的引脚及最小工作方式和时序；5、掌握8086/8088指令系统。重点与难点1、8086/8088微处理器的结构，8086/8088微处理器的状态标志寄存器的内容、段寄存器；2、8086/8088物理地址和逻辑地址的关系；3、8086/8088指令系统。教学手段本此内容有多媒体条件的教室采用多媒体教学；常规（课堂、黑板）本单元教学内容是本课程的重点，内容较抽象，并显枯燥难学，应特别注意加强和学生在课外的沟通。教研室审阅意见： 教研室主任：3.1 8086/8088微处理

39、器3.1.1 8086/8088的结构微型计算机是由具有不同功能的一些部件组成的，包含运算器和控制器电路的大规模集成电路，称为“微处理器”，又称“中央处理器（CPU）”，其职能是执行算术/逻辑运算，并负责控制整个计算机系统，使之能自动协调地完成各种操作。 基本性能指标v 16位微处理器；v 采用高速运算性能的HMOS工艺制造，芯片上集成了2.9万只晶体管；v 使用单一的+5V电源，40条引脚双列直插式封装；v 时钟频率为5MHz10MHz，基本指令执行时间为.3ms0.6msv 16根数据线和20根地址线，可寻址的地址空间达1MBv 8086可以和浮点运算器、I/O处理器或其他处理器组成多处理

40、器系统，从而极大地提高了系统的数据吞吐能力和数据处理能力。 如下图：1执行部件EU 执行部件中包含一个16位的算术逻辑单元（ALU），8个16位的通用寄存器，一个16位的状态标志寄存器，一个数据暂存寄存器和执行部件的控制电路。 功能：从BIU的指令队列中取出指令代码，经指令译码器译码后执行指令所规定的全部功能。执行指令所得结果或执行指令所需的数据，都由EU向BIU发出命令，对存储器或I/O接口进行读/写操作。2总线接口部件BIU 总线接口部件BIU内部设有四个16位段地址寄存器：代码段寄存器CS、数据段寄存器DS、堆栈段寄存器SS和附加段寄存器ES，一个16位指令指针寄存器IP，一个6字节指令

41、队列缓冲器，20位地址加法器和总线控制电路。 主要功能：根据执行部件EU的请求，负责完成CPU与存储器或I/O设备之间的数据传送。 8086CPU内部结构框图 3.1.2 8086/8088的寄存器8086CPU中可供编程使用的有14个16位寄存器，按其用途可分为3类：通用寄存器、段寄存器、指针和标志寄存器，如下所示。 8086CPU内部寄存器结构 1通用寄存器 通用寄存器分为数据寄存器与指针和变址寄存器两组。 数据寄存器包括4个16位的寄存器AX、BX、CX和DX，一般用来存放16位数据，故称为数据寄存器。其中的每一个又可根据需要将高8位和低8位分成独立的两个8位寄存器来使用，即AH、BH、

42、CH、DH和AL、BL、CL、DL两组，用于存放8位数据，它们均可独立寻址、独立使用。 指针和变址寄存器包括指针寄存器SP、BP和变址寄存器SI、DI，都是16位寄存器, ，一般用来存放地址的偏移量。 这8个16位通用寄存器都具有通用性，从而提高了指令系统的灵活性。但在有些指令中，这些通用寄存器还各自有特定的用法 ，见下表。 通用寄存器的特定用法2控制寄存器 指令指针寄存器IP ：是一个16位的寄存器，存放EU要执行的下一条指令的偏移地址，用以控制程序中指令的执行顺序，实现对代码段指令的跟踪 。标志寄存器F ：是一个16位的寄存器，共9个标志，其中6个用作状态标志，3个用作控制标志。D15D1

43、4D13D12D11D10D9D8D7D6D5D4D3D2D1D0OFDFIFTFSFZFAFPFCF（1）状态标志：状态标志用来反映EU执行算术和逻辑运算以后的结果特征。 CF：进位标志 ；PF：奇偶标志 ；AF：辅助进位标志 ZF：零标志 ；SF：符号标志 ；OF：溢出标志CF进位标志。反映算术运算后最高位是否出现进位和借位。有则为“1”，无则为“0”。AF辅助进位标志。反映运算结果的低4位是否向高位产生进位或借位。有则为“1”，无则为“0”。PF奇偶标志。反映指令执行结果的低8位数据中1的个数是否为偶数。是则为“1”，否则为“0”。ZF零标志。反映运算结果是否为0。是则为“1”，否则为“

44、0”。SF符号标志。反映运算结果最高位的状态，并与运算结果最高位状态相同。表明本次运算结果的正负。OF溢出标志。反映带符号数进行算术运算后是否溢出。是则为“1”，否则为“0”。（2）控制标志 ：控制标志是用来控制CPU的工作方式或工作状态 。 TF：陷阱标志或单步操作标志 ：IF：中断允许标志 DF：方向标志 DF方向标志。用于控制串操作指令执行的步进方向。该位为“1”，则串操作指令按地址递减的顺序对串进行操作；该位为“0”，则串操作指令按地址递增的顺序对串进行操作。IF中断允许标志。指示是否允许系统响应外部的可屏蔽中断请求。该位为“1”，表示允许（开中断）；该位为“0”，表示禁止（关中断）。

45、TF陷阱标志。该位为“1”，CPU每执行完一条指令便自动产生一个内部中断，并转去执行一个中断服务程序。可实现单步工作方式，用于程序调试。例：将5394H与-777FH（真值）相加，说明结果（十进制数值）和标志位状态。CF=0（最高位无进位）PF=0（低8位有3个1）AF=0（低4位向高位无进位）ZF=0（运算结果非0）SF=1（运算结果为负）OF=CFCS=00=0（运算结果不溢出）3段寄存器 8086CPU共有4个16位的段寄存器，用来存放每一个逻辑段的段起始地址。（1）代码段寄存器CS （2）数据段寄存器DS（3）堆栈段寄存器SS （4）附加段寄存器ES 8088与8086内部结构上的主要

46、区别：8088内部结构与8086类似，EU完全一样，BIU略有区别：1）8086指令队列是6字节，8088为4字节；2）8086指令队列有2字节为空时，BIU自动执行取指操作；而8088指令队列有1字节为空时，BIU便自动执行取指操作。3）总线控制逻辑电路与外部交换数据的总线（DB）宽度是8位，总线控制逻辑电路与专用寄存器组之间的数据总线宽度也是8位。3.1.3 8086的总线周期(见补充)3.1.4 8086/88的引线及功能公共引脚 GND，Vcc（5V），CLK AD15AD0：地址/数据复用，双向 A19/S6A16/S3：地址/状态复用总线 T1，输出地址高4位； T2T4，输出状态

47、 S6：指示8086当前使用总线 S5：与中断标志IF相同 S4,S3：指示当前使用的段寄存器（ES,SS,CS,DS） NMI(Non-Maskable Interrupt) 不受IF的影响 /BHE/S7：高8位总线允许（Bus High Enable） T1：指示高8位数据总线上的数据是否有效 INTR：可屏蔽中断请求 CPU在指令周期的最后一个时钟对INTR采样 /RD：CPU读令，发往MEM或I/O接口 RESET：复位后，从FFFF0H处取指 READY：由MEM或I/O发出 CPU在T3采样，确定是否插入Tw TEST：测试信号输入 由wait指令检测。8087执行时，8086等

48、待 MN/MX：接Vcc，最小模式；接GND，最大模式8086的工作模式 最小模式：也称“单处理器系统”，即在系统中只有一个8086处理器，全部的系统总线信号均由8086直接产生。 总线控制逻辑减到最少，故称最小模式。 最大模式：也称“多处理器系统”，即系统中包含两个或多个处理器，其中一个为主处理器（8086），其他的处理器为“协处理器”（COProcessor） 通常，和8086配合使用的协处理器有两个：一个是数值运算协处理器8087，一个是输入/输出协处理器8089。最小模式引脚信号 /INTA(24)：Interrupt Acknowledge，输出 8086响应中断执行两个连续的总线周

49、期 第一个INTA：通知外设中断请求已经允许 第二个INTA：外设送上中断类型码 ALE(25)：Address Latch Enable，输出 T1状态时，8282/LS373的锁存控制信号 /DEN(26)：Data Enable，输出 表示8086准备发送或接收一个数据 T2状态时，8286/LS245的门控制信号，并保持到T4 DT/R(27)：Data Transmit/Receive，输出 8286/LS245的数据传输方向控制，指示8086是进行读操作还是写操作 M/IO(28)：Memory/Input & Output，输出 指示8086的访问对象，发给MEM或I/O

50、接口 在前一总线周期的T4就有效，直至本总线周期的T4 /WR(29)：写令 发给MEM和I/O接口，T2、T3、Tw有效 HLDA(30)、HOLD(31)：总线请求、总线响应 分总线请求、允许和释放三个阶段 总线部件发HOLD，请求总线 8086在当前总线周期结束后，在T1中间发HLDA 8086使地址/数据总线悬空，让出总线 HOLD、HLDA保持高 总线部件使用总线 HOLD变低，总线部件让出总线 8086收到HOLD变低后，将HLDA变低，重新获得总线3.2 8086/8088的存储器结构与堆栈1存储器空间与存储器结构 存储器是按字节进行组织的，每一个存储单元仅存放8位二进制数。两个相邻的字节被称为一个“字” 。存放的信息若是以字节（8位）为单位的，将在存储器中按顺序排列存放；若存放的数据为一个字（16位）时，则将每一个字的低字节（低8位）存放在低地址中，高字节（高8位）存放在高地址中，并以低地址作为该字的地址。 在组成与8086CPU连接的存储器时， 8086/8088系统存储器为1MB（如何计算得到？），地址范围为00000HFFFFFH。1M字节的存储空间实际上被分成两个512字节的存储体，分别叫高位库和低位库。低位库固定与