微机原理第一章

微机原理第一章第1页，共46页，2023年，2月20日，星期四内容简介及学时安排绪论 微型计算机的特点和发展及分类。第1章计算机基础知识(2)1.1数制1.2逻辑电路1.3布尔代数1.4二进制数的运算及其加法电路第2页，共46页，2023年，2月20日，星期四第2章微型计算机的基本组成电路(4)2.1算术逻辑单元（ALU）2.2触发器（Trigger）2.3寄存器（Register）2.4三态输电路2.5总线结构2.6存储器（MEMORY)第3页，共46页，2023年，2月20日，星期四第3章微型计算机的基本工作原理(6+习2)3.1微型计算机的简化形式3.2指令系统3.3程序设计3.4执行指令的例行程序3.5控制部件3.6微型计算机功能的扩展(自学)3.7初级程序设计举例(自学)3.8控制部件的扩展(自学)3.9现代技术在微型计算机中的应用第4页，共46页，2023年，2月20日，星期四第4章16位处理器（重点）(8)4.116位微处理器概述4.28086/8088CPU的结构4.38086/8088的引脚的信号和工作摸式4.48086/8088的主要操作功能第5章86系列微型计算机的指令系统(重点)(8)5.186汇编语言及指令的格式与寻址方式5.2传送类指令5.3数据操作类指令5.4串操作指令5.5控制类指令第5页，共46页，2023年，2月20日，星期四第6章微型计算机 的程序设计(4习2)6.1程序设计步骤6.2简单程序6.3分支程序6.4循环程序6.5子程序6.6查表程序第7章微型计算机汇编语 言及汇编程序(4)7.1宏汇编语言的基本语法7.2伪指令7.3宏指令7.4系统功能调用7.5汇编程序的功能及汇编过程7.6汇编语言程序设计第6页，共46页，2023年，2月20日，星期四第8章输入/输出接口(6+习2)8.1微型计算机的输入/输出接口8.2并行通行与并行接口8.3可编程并行通信接口芯片8255A8.4串行通信及串行接口8.5可编程串行接口芯片8251A第7页，共46页，2023年，2月20日，星期四第9章中断控制器、计时/定时控制器(6)9.1可编程中断控制器8259A9.2可编程计时/定时控制器82539.3不要求 总复习2学时课堂教学56学时。实验教学8学时 共计：64学时参考教材：微型计算机系统原理及应用（四版）周明德清华大学出版社微型计算机原理（第四版）姚燕南西安电子科技大学参考和阅读书目：（1）微型计算机技术及应用（第二版）戴梅萼

史嘉权清华大学出版社（2）现代微型计算机与接口教程

杨文显

清华大学出版社第8页，共46页，2023年，2月20日，星期四

教学目的和要求 通过本章的学习，使学生掌握，数的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，了解二进制的运算及加法电路。绪论 第9页，共46页，2023年，2月20日，星期四数制与编码基本门电路二进制的运算及加法电路教学内容第10页，共46页，2023年，2月20日，星期四第1章 计算机基础知识

本章的内容要熟练掌握,它是我们学习计算机原理所必需掌握的内容。1.1数制(重点)1.2逻辑电路1.3布尔代数1.4二进制数的运算及其加法电路第11页，共46页，2023年，2月20日，星期四1.1数制

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。1.1.1数制的基与权1.1.2为什么要用二进制1.1.3为什么要用十六进制1.1.4数制的转化方法1.1.1数制的基与权基:数制所使用数码个数权:数制每一位所具有的值第12页，共46页，2023年，2月20日，星期四十进制（decimalsystem)

基为“10”，所用的数码为0，1，2，3，4，5，6，7，8,9,共有10个。十进制各位的权是以10为底的幂如：523791523791105104103102101100

十万万千百十个其各位的权为个、十、百、千、万、十万，简化0权位，1权位,…第13页，共46页，2023年，2月20日，星期四二进制（binarysystem)

基为“2”，所用数码为0，1，共2个。二进制各位的权是以2为底的幂，例如：二进制110111 252423222120

十进制32168421

各位权为1，2，4，…，即以2为底的0幂、1幂…，或0权位，1权位…

十六进制（hexadecimalsystem)基为“16”，所用数码为0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F,共16个。权以16为底的幂，或称0权位，1权位等。第14页，共46页，2023年，2月20日，星期四1.1.2为什么要用二进制

计算机是由电子电路组成的，电路通常只有两种状态：导通与阻塞、饱和与截止，高电位和低电位。 通常用这两种状态，来表示二进制中的二个数码，即1和0。1.1.3为什么要用十六进制

简化书写，又方便记忆。在数字后面加上下面的英文字母B、H、D和O，分别来表示二、十六、十和八进制。第15页，共46页，2023年，2月20日，星期四1.1.4数制的转换方法

1、十进制数→二进制数的方法方法：整数部分用除2取余法，小数部分用乘2取整法。例1：求13的二进制代码

2131 …b0260 …b1231 …b2211 …b3 013=1101B

第16页，共46页，2023年，2月20日，星期四例2：求十进制0.625的二进制数

0.625×2b-11.25←小数后第一位

×2b-20.50←小数后第二位

×2b-31.00←小数后第三位

0.625=0.101B第17页，共46页，2023年，2月20日，星期四2、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例1.3求二进制数101011的十进制数101011B=1×25+0×24+1×23+0×22+1×21+1×20=43

小数转换用同样的方法例1.4求二进制数0.101的十进制数0.101B=1×2-1+0×2-2+1×2-3=0.5+0.125=0.625注意：(1)十→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。(2)十→二时，整数部分和小数部分要用不同的方法。第18页，共46页，2023年，2月20日，星期四本节习题题1：二进制数101011B转化成十进制、十六进制数分别是多少？A：43；2BH B：44；2BH4C：43；2AH D：44；2AH第19页，共46页，2023年，2月20日，星期四1.2逻辑电路

下图是三个基本门电路,及其名称、符号和表达式。

AY Y=AABYY=A+B≥1

&ABYY=AB图三个基本门电路第20页，共46页，2023年，2月20日，星期四基极发射极集电极+Vcc(+5V)接地输出输入电阻电源+Vcc

基极发射极集电极+Vcc(+5V)接地输出输入电阻电源+Vcc

基极发射极集电极+Vcc(+5V)接地输出输入电阻电源+Vcc

基极发射极集电极+Vcc(+5V)接地输出输入电阻电源+Vcc

基极发射极集电极+Vcc(+5V)接地输出输入电阻电源+Vcc

基极发射极集电极+Vcc(+5V)接地输出输入电阻电源+Vcc

反相器线路第21页，共46页，2023年，2月20日，星期四第22页，共46页，2023年，2月20日，星期四第23页，共46页，2023年，2月20日，星期四

下图是由基本门电路组合而成的复合门电路。≥1

&=1=1ABABABABABAYY=A+BYY=A•BYY=A⊕B=AB+ABYY=A⊕BYY=A缓冲器（变阻器）图复合门电路第24页，共46页，2023年，2月20日，星期四1.3布尔代数

布尔代数也称为逻辑代数或开关代数，其表达式为Y=f(A，B，C，D)

两个特点：

1、变量A，B，C，D等的数值只能为0或1，无大小之意。代表事物的两个不同性质，如开关,0：关断;1：闭合，等

2、函数f只有三种基本方式：“或”运算，“与”运算及“反”运算。第25页，共46页，2023年，2月20日，星期四1.3.1“或”运算

变量A,B只有0或1二种可能,所以其各种可能结果如下:Y=0+0=0→Y=0Y=0+1Y=1+0→Y=1Y=1+1

当A和B为多位二进制数时，

A=An……A3A2A1B=Bn……B3B2B1Y=A+B=（An+Bn）……（A3+B3）（A2+B2）（A1+B1）对于多变量进行“逻辑或”运算时，各对应位分别进行或运算。第26页，共46页，2023年，2月20日，星期四1.3.2“与”运算（Y=A×B）Y=0×0=0Y=1×0=0→Y=0Y=0×1=0Y=1×1=1→ Y=1

若A和B为多位二进制数时，A=An……A2A1B=Bn……B2B1Y=AB=（An×Bn）……（A2×B2）(A1×B1） 各对应位分别进行与运算第27页，共46页，2023年，2月20日，星期四1．3．3反运算

变量A,其“逻辑非”或“逻辑反”为: Y=A

当A为多位变量时,如: A=An……A3A2A1

则: Y=A=An……A3A2A1第28页，共46页，2023年，2月20日，星期四本节例题（1）设A=0101B=1011Y=A+B=（0+1）（1+0）（0+1）（1+1）=1111B（2）A=1100B=0101Y=AB=（1×0）（1×1）（0×0）（0×1）

=0100（3）设A=1101Y=A=0010第29页，共46页，2023年，2月20日，星期四1．3．4布尔代数的基本运算规律1.恒等式

A·0=0A·1=AA·A=A

A+0=AA+1=1A+A=A

A+A=1A·A=0A=A第30页，共46页，2023年，2月20日，星期四2.运算规律布尔代数有交换律、结合律、分配律。交换律A·B=B·AA+B=B+A结合律（AB）C=A（BC）=ABC

（A+B）+C=A+（B+C）=A+B+C分配律A（B+C）=AB+AC

（A+B）（C+D）=AC+AD+BC+BD

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来证明。第31页，共46页，2023年，2月20日，星期四例8：A+AB=A（1+B）=AA+AB=A+AB+AB=A+（A+A）B=A+B例9:用布尔代数简化照明原控制线路,原控制线路如图A所示。BABBAAVVLL原控制线路灯和触点的关系,用布尔代数表示如下：

L=（A+AB）×B=AB+ABB=AB

简化后的线路图如图B所示.图A图B第32页，共46页，2023年，2月20日，星期四1.3.5摩根定理

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。 二变量的摩根定理: A+B=AB;AB=A+B

多变量的摩根定理: A+B+C+…=ABC…

ABC…=A+B+C+…

用真值表可证明摩根定理第33页，共46页，2023年，2月20日，星期四例题:A×B=A+B=A+B

A+B+C=A·B·C=A·B·C第34页，共46页，2023年，2月20日，星期四1.3.6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，较直观地反映输入与输出之间的关系。 例如，两个一位二进制数A和B的相加，其和S及进位C用真值表来描述。 ABSC0000011010101101

从真值表直接地分别写出S、C的逻辑代数式:S=AB+AB C=AB第35页，共46页，2023年，2月20日，星期四

从真值表写出布尔代数式的方法：（1）输出栏有几个“1”项，就有几个“或”项。（2）每项各因素之间是“与”关系，每项每个因素都写上，因素是“0”添反，因素是“1”不添。ABSC0000011010101101S=AB+AB C=AB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。第36页，共46页，2023年，2月20日，星期四1．4二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4种基本运算。1.4.1二进制数的相加(1)两个二进制数相加时,可以逐位相加,如二进制数写成: A=A3A2A1A0 B=B3B2B1B0

其结果可以写成: Ｓ＝Ｓ３Ｓ２Ｓ１Ｓ０ 其中各位是分别求出的: S0＝A0+B0→进位C1 S1=A1+B1+C1→C2 S2=A2+B2+C2→C3 S3=A3+B3+C3→C4

最后所得的和是: A+B=C4S3S2S1S0第37页，共46页，2023年，2月20日，星期四（2）右边第一位相加的电路要求输入量为二个:A0，B0输出量为二个:S0及C1用半加器(halfadder)来实现其功能。（3）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：输入量为3个，即Ai、Bi、Ci(i=1,2,3…,n)输出量为2个，即Si、Ci+1(i=1,2,3…,n)用全加器(fulladder)来实现其功能。第38页，共46页，2023年，2月20日，星期四1．4．2半加器电路

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,其和S0可用“异或门”来实现，而其进位C1可用“与门”来实现示。图半加器的真值表及电路A0B0S0C10000011010101101=1

A0B0C1S0

&

C1=A0B0

S0=A0B0+A0B

=A0⊕B0HAA0B0C1第39页，共46页，2023年，2月20日，星期四1．4．3全加器电路

全加器电路要求：有三个输入端Ai、Bi、Ci，二个输出端Si、Ci+1。设计步骤：①写出其真值表②由此表分别写出Si、Ci+1布尔代数式，并化简。③根据此布尔代数，用相应的逻辑门完成该电路的设计。AiBiCiSiCi+10000000110010100110110010101011100111111第40页，共46页，2023年，2月20日，星期四Si= AiBiCi+AiBiCi+AiBiCi+AiBiCi=Ai⊕Bi⊕Ci≥1=1Ci+1SiAiBiCiCi+1=AiBiCi+AiBiCi+AiBiCi+AiBiCi=AiBi+AiCi+BiCi第41页，共46页，2023年，2月20日，星期四1．4．4半加器及全加器符号HAFA(a)半加器符号(a)半加器符号(b)全加器符号A0B0AiBiCiSiCi+1S0C1图 半加器及全加器符号第42页，共46页，2023年，2月20日，星期四1．4．5二进制数的加法电路

设A=1010B=,B=1011B

设计一个S=A+B的二进制数加法电路如图。HAFAFAFAB0A0B1A1B2A2B3A3S0C