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教员信息. 姓 名：仲崇权 单 位：电子与信息工程学院 电 话： 84708975-16 办公室：创新院大厦 720 房间 Email ： zhongcq@dlut.edu.cn. 参考教材. 课程名称：微机原理 参考教材： 《 微型计算机技术及应用 》 ，戴梅萼，清华大学出版社 《IBM-PC 汇编语言程序设计 》 沈美明、温冬禅，清华大学出版社 本课主要围绕 PC 机展开，分析微机的工作原理以及系统与接口设计方法. 目录. 第一章 概述 第二章 8086 微处理器 第三章 汇编语言程序设计 第四章 半导体存储器

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  1. 教员信息 • 姓 名：仲崇权 • 单 位：电子与信息工程学院 • 电 话：84708975-16 • 办公室：创新院大厦720房间 • Email： zhongcq@dlut.edu.cn

  2. 参考教材 • 课程名称：微机原理 • 参考教材： • 《微型计算机技术及应用》，戴梅萼，清华大学出版社 • 《IBM-PC汇编语言程序设计》沈美明、温冬禅，清华大学出版社 • 本课主要围绕PC机展开，分析微机的工作原理以及系统与接口设计方法

  3. 目录 • 第一章 概述 • 第二章 8086微处理器 • 第三章 汇编语言程序设计 • 第四章 半导体存储器 • 第五章 输入/输出设计 • 第六章 中断 • 第七章 可编程芯片 • 第八章 数模（A/D)，模数（D/A）转换 • 第九章 串行通信

  4. 概述 第一章 概述

  5. 控制器 • 输入设备 存储器 输出设备 • 运算器 冯.诺依曼结构 第1.1节 引言 • 微型计算机（Micro-Computer) （一）冯.诺依曼结构 • 使用二进制表示程序和数据 • 使用存储器保存程序和数据 • 由五部分组成

  6. ALU(算术逻辑单元) CPU (中央处理单元) 控制器 RAM (读写存储器) Memory(存储器) ROM(只读存储器) I/O口－－主机与外设的匹配连接 AB(地址总线) BUS(总线) DB(数据总线) CB (控制总线) 微机基本组成 （二）基本组成 微型计算机的硬件包括主机和外设 • 主机 CPU-Central Processing Unit ALU-Arithmetic Logic Unit

  7. 外设与总线 • 外设 • 输入设备：鼠标、键盘、扫描仪 • 输出设备：显示器、打印机、投影仪 • 总线 • 定义：计算机用来传输信息的一组通信线。 • 分类： • 地址总线(AB-Address Bus) 用于传递地址信息的通信线，单向，成组使用 （8086有20根地址线）。用来指定寻址的存储器单 元或I/O口。 • 数据总线（DB-Data Bus) 用来传递数据信息的通信线。双向，成组使 用，计算机的位一般是指数据线的宽度（8086有16 根数据线）。

  8. 微处理器 • 控制总线 (CB-Control Bus) 用来传输控制信号的通信线，以便控制计算机各部件协 调工作。各自独立，有发出，也有接收。 • 地址数据复用总线 地址总线和数据总线复用，分时传送地址信息和数据 信息（由同步信号区分），这样可以节省CPU引脚，但外部 电路复杂。 • 微处理器 指中央处理器(CPU)，是将计算机的运算器(ALU)和控制器集成在了一个芯片上。如：8086，80186，80286，80386，80486， Pentium，PII，PⅢ等

  9. 单板机和单片机 （三）单板机 将CPU，存储器，I/O口，以及简单的外设集成在一块板上，是一个简单的计算机系统。如：TP801A等。 （四）单片机 将CPU，存储器，I/O口集成在一个芯片上。如：Intel MCS-48，MCS-51，MCS-96等

  10. PC机硬件结构 （五）PC机硬件结构示意图 ROM RAM 8259A 局部 总线 总线 接口 系统总线 CPU 8086 8255A 8253 8237A 接口电路 8284A 扩展插槽 扩展外围设备时使用 常用的USB接口也一种扩展接口 USB传输线中有DT+, DT-,V+, V-四种信号 所谓接口，就是一部分电路

  11. 微型计算机系统 • 微型计算机系统 （一）概念 微型计算机系统（MCS—Micro-Computer System）是以微型计算机（主机）为核心，配上外围设备、电源和软件等，能独立工作的完整计算机。

  12. CPU Memory — RAM，ROM 主机 I/O口 硬件 I/O设备— 输入设备，输出设备 外设 数据通道—软盘，硬盘，光盘 外部电路— ADC，DAC MCS 监控管理程序－ROMBIOS 操作系统－主要负责内存管理, 进程管理 文件管理, 外设管理; 如: Windows，Unix 系统软件 语言编译程序 软件 应用软件 － Office，MSN，Protel 数据库－Oracle，Sybase，SQL，Foxpro 微型计算机系统 （二）组成

  13. 微型计算机系统 （三）特点 • 多样性 • 形式多样：台式机，笔记本，工作站，PDA（个人数字助理） • 品牌多样：IBM，HP，DELL，COMPAQ，联想，方正 • 开放的硬件结构（ISA，VESA，PCI总线连接） 主机板，CPU，内存，显示卡，软驱，硬盘，光驱，显示器，键盘，机箱，鼠标，声卡，音箱等。 • 丰富的软件支持 • 操作系统：Windows 9x/2000/XP，OS/2，Unix，Linux • 开发语言： ASM，C，C++，VB，VC++，Delphi，JAVA • 应用软件：Office，金山词霸，财务软件，CAD • 计算机网络：局域网(LAN)，广域网，无线局域网(WLAN)，蓝牙(Bluetooth)，Internet • 多媒体技术：媒体播放器，Realone

  14. 微型计算机系统 （四）微处理器、微型计算机和微型计算机系统的关系框图 微处理器(CPU) 算术逻辑单元(ALU) 微 型 计 算 机 系 统 微 型 计 算 机 控制器 内部总线 存储器（RAM、ROM） I/O接口 系统总线 外围设备 系统软件、应用软件、数据库等

  15. 微型计算机的发展 • 微型计算机的发展 • Intel微处理器的发展 • 从单处理器向多处理器发展 • 80486有一个定点处理器，一个浮点处理器； • Pentium有二个定点处理器，一个浮点处理器； • Pentium Pro有四个定点处理器，二个浮点处理器，支持多CPU; • Pentium II片内集成了二级Cache。

  16. 微型机算计的发展 • 指令系统由复杂指令系统向精简指令系统发展 • 复杂指令系统（CISC） • 精简指令系统（RISC） • MIPS R2000/R3000 • Motorola 88000 • INTEL 80860 • Intel486以上计算机支持精简指令 • 嵌入式处理器（单片机）应用前景广阔 • 嵌入式应用通常无操作系统支持，但目前嵌入式操作系统的应用在增多，如uc-Linux，Win CE，ucOS-II。该类处理器主要应用在工业系统或家用电器等专用场合。 • INTEL MSC-48,51,96 • Zilog Z80 Rabbit2000 • ARM单片机 • DSP数字信号处理器

  17. 计算机中的信息表示 • 计算机中的信息表示 （一）数据的表示 • 计算机中使用二进制表示 • 二进制中只有两种状态，容易用电器表示，双稳态触发器，电容，电路通断等均可表示 • 二进制运算规则简单，容易用数字逻辑电路实现 • 二进制可以方便的表示逻辑值，进行逻辑运算 • 字、字节 • 字：对于汇编语言，16位二进制数称为一个字(Word) • 字节：8位二进制数称为一个字节(Byte) 1Word=2Bytes=16bits；1Byte表示0～255 1K=2^10，1M=2^20，1G=2^30，1T=2^40

  18. 计算机中的信息表示 • 十六进制 • 1位16进制数可以表示4位二进制数，半个字符 • 一些进制的简化符号: 2进制 - B(Binary)、 16进制－ H(Hex) 8进制 - O(Octal)、 10进制 - D(Decimal) 书写16进制数时，如果最高位是字母，则在前面加0，表示是数据 • 计算机中的位 CPU片内数据总线的宽度决定了计算机的位数。如：1位， 4位，8位，16位，32位，64位，128位 • 准16位或准32位 • 准16位机是指CPU片内数据线的宽度为16位，片外数据线的宽度为8位。如：8088，8098等。 • 准32位机是指CPU片内数据线的宽度为32位，片外数据线的宽度为16位。如：386/SX,486/SX等。

  19. 代码 • 代码 常用代码有：机器码，数的代码，字符代码和其他代码 • 机器码 • 计算机内所有代码均以二进制形式表示，因此二进制码又称为机器码。 • 书写：一般以十六进制形式书写，只有对数码有时用十进制书写。如:20H • 数的代码 • 无符号数 • 二进制无符号数 码值与数值相等。一个n位二进制无符号数表示 的范围是0 ～ (2^n - 1) 例：8位二进制无符号数表示的范围是0 ～ 255 16位二进制无符号数表示的范围是0 ～ 65535

  20. BCD码 • BCD码（Binary Coded Decimal） 用半个字节表示1位十进制数。分为: • 压缩格式BCD码: 用1个字节表示2位BCD码，又称8421BCD码 • 非压缩格式BCD码：用1个字节的低四位表示1位BCD码，高四位忽略 例 0011 1001 b 在压缩格式下表示： 39 在非压缩格式下表示：9 • 有符号数 • 原码 将最高位作为符号位，正数的符号位为0，负数的符号位为1，余下的其他位为数值位

  21. 有符号数表示 • 反码 正数的反码与原码相同，负数的反码是将该负数的原码按位取反(符号位除外)后得到的，反码的最高位仍为符号位。 • 补码 • 正数的补码与原码相同。 • 负数的补码是该负数的原码按位取反(符号位除外)加1形成的，即是该负数的反码加1，补码的最高位仍为符号位。 • 所谓补码，就是与原码互为补充的一个数。计算机内有符号数默认用补码表示。

  22. 取反 取反 加1 数码表示举例 • 举例说明 计算机内一个字节为 81H1000 0001b • 二进制 129 （二进制无符号数） • BCD码 81（压缩格式BCD码） • 原码 -1 • 反码 -126（1111 1110b —> 1000 0001b） • 补码 -127（1111 1111b —> 1000 0000b—> 1000 0001b） 由此可见，一个代码，赋予不同类型，其数值不一样。而类型要由人编程指定 反码 原码 补码

  23. 字符代码－ASCII码 • 字符代码 • ASCII码 —美国标准信息交换码 • 用7位二进制数表示128个字符，其中包含26个英文大写和小写字母，数字0～9，符号以及一些命令符. • ASCII码在计算机内用一个字节表示，最高位一般为0，计算机与外设交换信息一般都用ASCII码表（如字符显示器，字符打印机等）。 字符 ‘0’～‘9’,‘A’～‘F’的ASCII码为30H～39H,41H～46H

  24. 字符代码－汉字代码 • 汉字代码 • 汉字量：46000个 • 常用字：6335字（200多万种常用书刊统计） • 最常用字：2000字 • 汉字处理问题： • 字库量大，要求存储容量大 • 输入困难，查找速度慢 • 汉字的优点： • 集中性强 老舍的《骆驼祥子》10.7万字，生字2413，67字50%，612字90%，1000字95%。频率最高：“的”，“他”，“不”，“了”，“一”，“是”。 • 构词能力强 • 汉字内码 GB2312定义了6763个汉字，其中一级字库3755字，二级字库3008字

  25. 其他代码 • 其他代码 • 指令代码； • 地址代码； • 用户自己定义的各种代码； • 计算机语言 • 高级语言 面向用户，脱离具体机器，速度慢，编译程序庞大 • 汇编语言 机器语言的符号表示，速度快，汇编程序小 • 机器语言 机器能识别的二进制码（EXE文件）

  26. 硬件基础知识 第1.2节 硬件基础知识补充 计算机的硬件主要是逻辑门，触发器（D触发器）和三态 门构成，使用器件为CMOS,TTL,NMOS。 TTL和CMOS电平范围如下表所示：

  27. 三态缓冲器 • 三态缓冲器 计算机中与总线相连的输出部件均为三态缓冲器。 （一）三态门 • OE为低电平，F=A • OE为高电平，F浮空，可以由与F相连的其他输出器件输出

  28. 74LS244 （二）单向三态缓冲器 — 74LS244 • 74LS244为TTL的单向三态缓冲器， 有两个三态控制使能引脚G1和G2， 分别控制4个三态门。 • 当G1为低电平，1A输出到1Y • 当G2为低电平，2A输出到2Y • 当G1、G2为高电平时，输出为三态

  29. 74LS245 （三）双向三态缓冲器 — 74LS245 • 74LS245为TTL双向三态缓冲器，有控制引脚DIR和EN • 当EN为低电平，三态门导通: • DIR为低电平，由B传输到A • DIR为高电平，由A传输到B • EN为高电平时，A、B均为三态

  30. 缓冲输出和非缓冲输出 （四）缓冲输出与非缓冲输出 • 缓冲输出 驱动能力强，如果一个芯片是缓冲输出，那么输出拉电流可达15mA，灌电流可达20mA。

  31. 缓冲输出与非缓冲输出 • 非缓冲输出 非缓冲输出驱动能力较弱（拉电流能力很弱，灌电流能力较强），如果一个芯片是非缓冲输出，那么输出拉电流一般为几百微安，灌电流可达8mA。

  32. 输入为1时，LED能被点亮 缓冲输出拉电流能力强 输入为0时，LED能被点亮 缓冲输出灌电流能力强 缓冲输出与非缓冲输出 • 举例说明 • 缓冲输出带载能力

  33. 输入为0时，LED不能被点亮 非缓冲输出拉电流能力弱 输入为1时，LED能被点亮 非缓冲输出灌电流能力较强 缓冲输出与非缓冲输出 • 非缓冲输出带载能力

  34. 2) 上升沿锁存 3) 带异步清0的上升沿锁存 1) 电平锁存 锁存器 • 锁存器 （一）D触发器

  35. 74LS273 （二）具有异步清零的TTL上升沿锁存器－74LS273 当CLK上升沿到来时，将输入端的数据D0～D7锁存到输出端Q0～Q7，当CLR为低电平时将锁存器输出清零。

  36. 74LS373 （三）具有缓冲输出的TTL低电平锁存器－74LS373 • OE为低电平时，输出三态门打开，此时 • LE为高电平，Q7～Q0跟随D7～D0 • LE为低电平，数据锁存 • OE为高电平时，输出Q7～Q0为三态

  37. 计算机总线 • 计算机总线 为减少计算机内部元件之间的连线，微机内采用总线结构，即各部件（元件）共用一组数据线，各器件之间的信息传送分时进行。 （一）分时传送原理

  38. 分时传送原理 • 分时传送原理说明： • 要将信息A传送给锁存器C，应使TACLKC有效，即一个负脉冲，并且TB和CLKD保持无效状态。 • 要将信息B传送给锁存器D，应使TBCLKD有效，即一个负脉冲，并且TA和CLKC保持无效状态。 • 可以将A传给D，也可以将B传给C。 • CLKC和CLKD可以同时有效，但TA和TB不能同时有效。

  39. 三态门和D触发器的应用 （二）三态门和D触发器在总线中的应用 • 三态门：增加驱动，用作数据输入时的缓冲 • D触发器：信号保持，用作信息输出时的锁存 • 多个器件接入总线时，一定要使用三态电路 • 当需要使用总线的时候打开三态门，进行信息传递 • 当不需要使用总线时，关闭三态门，使之处于高阻状态，而不影响别的器件使用总线 • 常用总线技术： • 分时复用：时分技术 • 分频复用：频分技术－CATV 有线电视

  40. 与逻辑 • 逻辑符号表示 （一）与逻辑 • “与”输入同时有效，输出有效 • 小圆圈为状态符号，可加在输出端，也可加在输入端 1）有状态符号表示低电平有效 2）无状态符号表示高电平有效

  41. 或逻辑和传输门 （二）或逻辑 （三）传输门 “或”输入任一有效，输出有效

  42. 逻辑符号的选用 （四）逻辑符号的选用 选用逻辑符号以直接方式为原则。 例1：一个集成电路芯片，片选端CS为低电平选中。有两个 信号L1和L2，要求二者均为低电平时才选中该片，画 出该电路的逻辑图。

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