微机原理与接口技术(清华大学课件,全套)
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微机原理与接口技术PPT课件
（2）如果要对其他段寄存器所指出的存储区 进行直接寻址，则本条指令前必须用前缀指出 段寄存器名。
21018H 21019H
AA 数 BB 据
段
8
三、直接寻址
• 操作数的存储区是在DS段以外的段中，则应 在指令中指定段跨越前缀：
• MOV BX, ES:[2000H] 设ES＝3000H，则指令执行后是将32000H
• 操作数的寻址方式有以下几种：
•
立即数寻址
寄存器寻址
直接寻址
寄存器间接寻址
寄存器相对寻址
基址加变址寻址
相对的基址加变址寻址
• 例：指令形式：
MOV AX， 0000H； AX← 0000H
助记符 目的操作数 源操作数
4
一、立即数寻址
• 操作数紧跟在操作码的后面，与操作码一起放在码段
区域，立即数可以为8位，也可以为16位。
设SS＝3000H，BP＝2000H， COUNT＝1050H
有效地址为： EA＝2000H＋1050H＝3050H
物理地址： 堆栈段＝30000H＋3050H＝33050H
存储器
M
10000H 8B 代
10001H 86 码
10002H
段
AH AL BB AA
33050H 33051H
AA 堆 BB 栈
代码：8B 07
设 DS＝2000H，BX＝5000H CS＝1000H，IP＝0000H
物理地址： 代码段：CS000H 8B 代
10001H 07 码
10002H
段
数据段：DS ×16＋BX＝25000H
AH AL
BB AA
25000H 25001H
第2微机原理与接口技术清华大学-PPT精品
编写相应的程序段。
2020/5/17
18
源程序代码：
LEA SI，DATA
MOV DX，3F8H WATT：IN AL，DX
ATJAZENNSWDDTATAAATLLL，，，0222AHAHH CTJXZEMOSWPRTAAATALTLL，，，0282HAAHH JTJNENSZZT WAWLA，ATT2TT0H
更长字长数的移位。
2020/5/17
30
MOV SI,1000H
MOV DI,3000H MOV CX,4 BBB：MOV AL,[SI] MOV BL,AL AND AL,0FH OR AL,30H MOV [DI],AL INC DI MOV AL,BL
2020/5/17
程序例
PUSH CX MOV CL,4 SHR AL,CL OR AL,30H MOV [DI],AL INC DI INC SI POP CX DEC CX JNZ BBB HLT
2020/5/17
21
算术左移和逻辑左移
• 算术左移指令： SAL OPRD，1 SAL OPRD，CL
有符号数
• 逻辑左移指令： SHL OPRD，1
无符号数
SHL OPRD，CL
移动一位后，若CF与最高不相等，则OF=1；否则OF=0
2020/5/17
22
逻辑右移
• 格式： SHR OPRD，I
CF
0
CF
0
CF
0
24
算术右移
• 格式： SAR OPRD，I SAR OPRD，CL
有符号数 的右移
CF
2020/5/17
25
非循环移位指令的应用
• 左移可实现乘法运算 • 右移可实现除法运算
《微机原理与接口技术》教学课件 第6章
6.2 随机存取存储器
2 动态RAM 2164的工作过程
① 将要读出单元的行地 址送到地址线A0～A7上， RAS 信号有效时，在下 降沿将地址锁存在行地 址锁存器中。
② 将要读出单元的列地 址 送 到 地 址 线 A0 ～ A7 上 ， CAS 信号有效时，在下降 沿将地址锁存在列地址 锁存器中。
目录 CONTENTS
存储器入门 随机存取存储器
只读存储器 高速缓冲存储器
外部存储器
3
引子
计算机之所以能自动、连续地工作，是因为采用了存储程序的原理。计算机中的所有程序和数 据都存放在存储器中，存储器是计算机必不可少的组成部件之一。存储器的性能对整个计算机 系统的性能起着至关重要的作用。本章主要介绍存储器的分类、结构和主要性能指标，并通过 典型的存储器芯片来介绍存储器的工作原理及与CPU的连接方法。
6.1 存储器入门
连续两次读写操作之间所需的最短时间间隔称为存储周期。存储器每秒钟可读写的 数据量称为存储器带宽或数据传输速率，单位为bps（或bit/s）。存取周期和存储器带宽 也常作为存储器的性能指标。
提示
6.2 随机存取存储器
随机存取存储器（Random Access Memory，RAM）也称随机读/写存储器或随机存储器，它既可以直接 从任何一个指定的存储单元中读出数据，也可以将数据写入任何一个指定的存储单元中。
6.1.2 存储器的性能指标
存储器容量：存储器中所包含存储单元的总数，单位是字节（B）。存储 器容量越大，存储的信息越多，计算机的性能也就越强。
01
02
存取时间：存储器完成一次读写操作所需的时间，单位为ns（纳秒，
1 ns＝10-9 sБайду номын сангаас。
微机原理及接口技术参考PPT
IN AL，DX
；读数据
MOV [SI]，AL
MOV DX，8002H
MOV AL，00H
OUT DX，AL
INC SI ；存放数据的内存地址加1
INC BL ；通道地址加1
MOV AL，BL OUT DX，AL ；送通道地址 MOV DX，8002H
DEC BH JNZ GOON POP AX
MOV AL，01H
•14
9.3 A/D转换器ADC0809及应用
➢ 采样：对连续变化的模拟量要按一定的规律和周期取出其 中的某一瞬时值。
➢ 采样频率：一般要高于或至少等于输入信号最高频率的2 倍，实际应用中采样频率一般是信号频率的4~8倍。
➢ 采样周期：相邻两次采样的间隔时间。一次A/D转换所需 要的时间必须小于采样周期。
•10
➢ 应用举例：利用D/A 转换器来构造波形发生器，如图所 示。假设地址译码输出端口为360H。
图９.8 采用DAC0832 构造的波形发生器
•11
(1) 矩形波。给DAC0832 持续256 次送数据0，然后256 次送 数据FFH，依次重复处理。输出矩形波的程序段如下：
MOV DX，360H ；设定地址译码输出端口 DD0： MOV CX，0FFH
2
多2
N位
路
电
二进制数
… …
模
阻
拟
网
开
络
N
关N
运算 放大器
图9.2 D/A转换器框图
模拟电压输出
•3
1. 加权电阻网络D/A转换器的工作原理
VREF
K1
R1
K2
R2
K3
R3
Kn
Rn
微机原理与接口技术
精品课程微机原理多媒体课件
例：
234.98D或（234.98）D 1101.11B或（1101.11）B ABCD . BFH或（ABCD . BF） H
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二、各种进制数间的转换
1. 非十进制数到十进制数的转换：
按相应的权表达式展开
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即：商=00000010B 余数=11B
精品课程微机原理多媒体课件
无符号数的表示范围：
0 ≤ X ≤ 2n-1 若运算结果超出这个范围，则产生溢出。
对无符号数：运算时，当最高位向更高位 有进位（或借位）时则产生 溢出。
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[例]：
最高位向前有进位，产生溢出
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2. 十进制到非十进制数的转换
对二进制的转换：
对整数：除2取余；
对小数：乘2取整。
对十六进制的转换：
对整数：除16取余；
对小数：乘16取整。
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3. 二进制与十六进制间的转换
用4位二进制数表示1位十六进制
数
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§1.3 二进制数的运算
无符号数
有符号数 算术运算 逻辑运算
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2. 符号二进制数与十进制的转换
对用补码表示的二进制数： 1）求出真值 2）进行转换
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二、有符号数
计算机中的符号数可表示为： 符号位+真值 机器数 表示正， 表示负。
“0” “1”
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[例]：
+52 = +0110100 = 0 0110100 符号位 真值
第微机原理与接口技术清华大学ppt课件
ALE
8088 CPU
地址 锁存
数据 收发
地址总线 数据总线
总线 控制器
控制总线
两种任务方式的选择方式
8088是任务在最小还是最大方式由MN/MX端形 状决议。MN/MX=0任务于最大方式，反之任务 于最小方式
二、8088CPU的引线及功能
引脚定义的方法可大致分为： 每个引脚只传送一种信息〔RD等〕； 引脚电平的高低不同的信号〔IO/M等〕； CPU任务于不同方式有不同的称号和定义
保管运算结果特征
总线接口单元
功能：
从内存中取指令到指令预取队列
担任与内存或输入/输出接口之间的数据 传送
在执行转移程序时，BIU使指令预取队列 复位，从指定的新地址取指令EU和BIU两个 部分可同时进展任务，从而
提高了CPU的效率； 降低了对存储器存取速度的要求
AX BX CX DX
AH，AL BH，BL CH，CL DH，DL
数据存放器特有的习惯用法
AX：累加器。一切I/O指令都经过AX与接口传送
信息，中间运算结果也多放于AX中；
BX：基址存放器。在间接寻址中用于存放基地址；
CX：计数存放器。用于在循环或串操作指令
中存放计数值；
DX：数据存放器。在间接寻址的I/O指令中存放
串行任务方式
8088以前的CPU采用串行任务方式：
CPU 取指令1
分析 指令1
BUS 忙碌
执行 指令1
取指令2
分析 指令2
忙碌
执行 指令2
并行任务方式
8088CPU采用并行任务方式
EUCPU
取指令1
分析 指令1
取指令2
执行 指令1
分析 指令2
微机原理与接口技术课件PPT
1 统一编址方式
从存储器空间划出一部分地址空间给I/O设备，把I/O 接口中的端口当作存储器单元一样进行访问，不设置 专门的I/O指令 优点： 访问I/O端口可实现输入/输出操作，还可以对端口内 容进行算术逻辑运算、移位等等； 能给端口有较大的编址空间，这对大型控制系统和 数据通信系统是很有意义的；
2．状态信息
CPU 在传送数据信息之前，经常需要先了解外 设当前的状态。如输入设备的数据是否准备好 、输出设备是否忙等。
用于表征外设工作状态的信息就叫做状态信息， 它总是由外设通过接口输入给CPU的。 状态信息的长度不定，可以是1个二进制位或 多个，含义也随外1 为什么要设置接口电路
CPU与外设两者的信号线不兼容，在信号线功能定义、逻 辑定义和时序关系上都不一致 两者的工作速度不兼容，CPU速度高，外设速度低
若不通过接口，而由CPU直接对外设的操作实施控制，就 会使CPU处于穷于应付与外设打交道之中，大大降低CPU的 效率 若外部设备直接由CPU控制，也会使外设的硬件结构依赖 于CPU，对外设本身的发展不利。
用来发布控制命令、控制外设工作的 信息，例如A/D转换器的启停信号。
控制信息总是CPU通过接口发出的。
返 回
5.1.3 接口的基本功能
1 ． 2． 3. 4． 5. 6 ． 7. 8. 数据缓冲功能 端口选择功能 信号转换功能 接收和执行CPU命令的功能 中断管理功能 可编程功能 返回外设状态的功能 数据宽度与数据格式转换的功能
I/O端口地址选用的原则
凡是被系统配置所占用了的地址一律不能使用 原则上讲，未被占用的地址，用户可以选用，但 对计算机厂家申明保留的地址，不要使用，否则 会发生I/O地址重叠和冲突，造成用户开发的产品 与系统不兼容而失去使用价值 一般，用户可使用300～31FH地址
微机原理与接口技术清华大学版第4章 ppt课件
定义字符串必须用DB伪指令
例：
DATA1 DB ‘ABCD’，66H
41H ‘ 42H A‘’ 43H B‘’ 44H C‘’
66H D’
2020/12/27
4
1. 汇编语言源程序与汇编程序
汇编语言源程序
用助记符编写
汇编程序
源程序的编译程序
汇编语言 源程序
汇编程序
机器语言 目标程序
2020/12/27
5
2. 汇编语言程序设计与执行过程
输入汇编语言源程序（EDIT） 汇编（MASM） 链接（LINK） 调试（TD）
源文件 . ASM 目标文件 .OBJ 可执行文件.EXE 最终程序
20
取值运算符
用于分析存储器操作数的属性
OFFSET SEG
取得其后变量或标号的偏移地址 取得其后变量或标号的段地址
TYPE LENGTH SIZE
取变量的类型 取所定义存储区的长度 取所定义存储区的字节数
2020/12/27
21
取值运算符例
MOV AX，SEG DATA MOV DS，AX MOV BX，OFFSET DATA
[变量名] 伪指令助记符 操作数，… ；[注释]
表示符号地址
定义变量类型
定义变量值 及区域大小
2020/12/27
29
1. 数据定义伪指令助记符
DB DW DD DQ DT
定义的变量为字节型 定义的变量为字类型（双字节） 定义的变量为双字型（4字节）
定义的变量为4字型（8字节）
定义的变量为10字节型
例：
MOV AL，8 AND 4 MOV AL，8+4-1
2020/12/27
清华大学出版社微机原理与接口技术(第3版)第7章
IOW
IOR
A1
A0 高
位 地
译码器
址
8253
D0~D7 WR CLK RD GATE A1 OUT A0 CS
精选2021版课件
外部时钟 门控信号
外设
16
应用中的注意点
每一次启动计数，需有两次写操作：
写控制字 写计数器初值
如果初值为8位字长，则一次写入；若初值为16位字长，则 初值
初始化CNT2
精选2021版课件
19
初始化程序流程
写入全部计数器控制字 写CNT0计数初值 写CNT1计数初值
原则：
先写入控制字 后写入计数初值
写CNT2计数初值
精选2021版课件
20
8253应用例一
采用8253作定时/计数器，其接口地址为 0120H~0123H。
设计系统线路图，要求用138译码器设计译码电路；
编写8255初始化程序及启动、测试和报警控制程 序
精选2021版课件
47
地址范围：
0001 0000 0010 00XX
IOW
&
IOR
A15 A14 A13 A11
┇
A6
≥1
A12
&
A5
A4 A3 A2
D0 ~ D7
IOR IOW
A1 A0
G1
精选2021版课件
11
工作方式
方式4
软件启动，不自动重复计数。 计数结束输出一个CLK宽度的低电平
方式5
硬件启动，不自动重复计数 波形与方式4相同
精选2021版课件
12
工作方式小结
需要两个写脉冲
两条OUT指令
微机原理与接口技术ppt课件
NMI——不可屏蔽中断情求〔输入〕，上升沿有效。有效时 表示外部有不可屏蔽中断恳求。
RESET——复位〔输入〕，高电平有效。有效时将终止 80486正在进展的一切的操作，并设置80486为初始形状。在 RESET之后，80486将从FFFFFFF0H单元开场执行指令。
4.3.3 时钟信号
CLK——时钟信号〔输入〕。CLK为80486提供根本的定时 和内部任务频率。一切外部定时与计数操作都是相对于CLK 的上升沿而制定的。
HLDA——总线坚持呼应〔输出〕，高电平有效。有效时表 示微处置器已将总线控制权交给提出总线坚持恳求的总线设 备。
BOFF——总线释放〔输入〕，低电平有效。有效时将强迫 微处置器在下一个时钟周期释放对总线的控制。
11. 总线宽度控制信号 BS8、BS16——总线宽度控制〔输入〕，低电平有效。BS8 和BS16均由外部硬件提供，用来控制数据总线传送的速度， 以满足8位和16位设备数据传送的需求。当BS8有效时，传送 8位数据；BS16有效时，传送16位数据; BS8和BS16同时有效 时，传送8位数据；BS8和BS16均无效时，传送32位数据。 12. 中断/复位信号 INTR——可屏蔽中断恳求〔输入〕，高电平有效。有效时 表示外部有可屏蔽中断恳求。
9. 第20位地址A20屏蔽信号 A20M——地址位A20屏蔽〔输入〕，低电平有效。有效时 微处置器在查找内部Cache或访问某个存储单元之前，将屏 蔽第20位地址线〔A20〕使微处置器只访问1MB以内的低序 地址。
10. 总线仲裁信号 BREQ——总线恳求〔输出〕，高电平有效。有效时表示 80486内部已提出一个总线恳求。 HOLD——总线坚持恳求〔输入〕，高电平有效。其它总线 设备要求运用系统总线时，经过HOLD向80486提出总线坚 持恳求。
RESET——复位〔输入〕，高电平有效。有效时将终止 80486正在进展的一切的操作，并设置80486为初始形状。在 RESET之后，80486将从FFFFFFF0H单元开场执行指令。
4.3.3 时钟信号
CLK——时钟信号〔输入〕。CLK为80486提供根本的定时 和内部任务频率。一切外部定时与计数操作都是相对于CLK 的上升沿而制定的。
HLDA——总线坚持呼应〔输出〕，高电平有效。有效时表 示微处置器已将总线控制权交给提出总线坚持恳求的总线设 备。
BOFF——总线释放〔输入〕，低电平有效。有效时将强迫 微处置器在下一个时钟周期释放对总线的控制。
11. 总线宽度控制信号 BS8、BS16——总线宽度控制〔输入〕，低电平有效。BS8 和BS16均由外部硬件提供，用来控制数据总线传送的速度， 以满足8位和16位设备数据传送的需求。当BS8有效时，传送 8位数据；BS16有效时，传送16位数据; BS8和BS16同时有效 时，传送8位数据；BS8和BS16均无效时，传送32位数据。 12. 中断/复位信号 INTR——可屏蔽中断恳求〔输入〕，高电平有效。有效时 表示外部有可屏蔽中断恳求。
9. 第20位地址A20屏蔽信号 A20M——地址位A20屏蔽〔输入〕，低电平有效。有效时 微处置器在查找内部Cache或访问某个存储单元之前，将屏 蔽第20位地址线〔A20〕使微处置器只访问1MB以内的低序 地址。
10. 总线仲裁信号 BREQ——总线恳求〔输出〕，高电平有效。有效时表示 80486内部已提出一个总线恳求。 HOLD——总线坚持恳求〔输入〕，高电平有效。其它总线 设备要求运用系统总线时，经过HOLD向80486提出总线坚 持恳求。
第6章-微机原理与接口技术(第2版)-李珍香-清华大学出版社
I/O接口模块 外围控制器
外围接口
系统总线 接口
外
总
线
系统总线 接口
外围接口
系统总线 接口
外围设备
系统总线
外总线 外围设备 外围设备
图6.1 总微线型按计位算置机分的类各级总线
5
6.1总线概述
三、总线标准和性能指标
1、总线标准 物理特性：定义总线物理形态和结构布局，规定总线的形
式及具体位置等 机械特性：定义总线机械连接特性，其性能包括接插件的
3
6.1总线概述
二、总线分类
1、按传送信息的内容。有地址、数据、控制总线 2、按照总线的层次位置。有片内总线、片总线、系统总线和外总线4种。 片内总线：集成电路芯片（如CPU或I/O）内部，用于片内各功能单元之间
的互连，如ALU与各寄存器之间的互连 ； 片总线：元件级总线或局部总线，用于单板机或一块CPU插件板的电路板
寻址阶段：获得总线使用权的主模块发出存储器地址或 I/O端地址，使从模块启动
传输阶段：主模块和从模块之间进行数据传输。 结束阶段：主从模块的有关信息均从系统总线上撤除，
让出总线。
8
6.2 系统总线
在微机系统的各级总线中，系统总线最重要，它的性能与 整个系统的性能有直接的关系 。 ✓ PC系列微机常用的总线有ISA 、PCI、AGP、USB、 1394等。ISA为系统总线，PCI是局部总线（内部总线）， 其他的是外部总线。 ✓ 在进行接口设计时，要仔细了解总线信号功能，总线时 序、驱动能力等。 ✓ 要求了解PC系列微机中各种总线的主要特点，应用范围。
类型、形状、尺寸、牢靠等级、数量和次序等。 功能特性：定义总线各信号线功能 电气特性：定义信号的传递方向、工作电平、负载能力的
微机原理与接口技术课件
255(00H--FFH)，即一个字节的地址值。端口间接
寻址DX的取值范围为0－65535(0000H—FFFFH)，
很明显当端口地址超出255时，只能先将地址送给 DX，然后再用DX间接寻址。
例3.8： IN AX，41H
；41H为端口直接寻址
OUT DX，AL ；DX为端口间接寻址
转移指令的寻址方式
例3.6：（以下第二操作数为基址变址寻址方式） MOV AX，[BX＋SI]
MOV BX，DS：[BP＋SI] MOV BP，[BX＋DI] MOV DX，[BP][DI] ；另一种书写格式
5 相对基址变址寻址方式
• 存储器操作数的内存偏移地址部分是由某一个基 址寄存器的内容加上某一个变址寄存中的内容再 加上一个相对偏移量的寻址方式叫基址变址寻址 方式,即EA＝BR＋IR＋n。写在汇编指令中的BR 只能为BX或BP，IR只能为SI或DI，所以它们只有 四种组合：BX＋SI＋n、BX＋DI＋n、BP＋SI＋n、 BP＋DI＋n，若用到BP则默认相对SS段，其它则 默认相对DS段。相对偏移量可以是常数、常量、 常数表达式以及变量名等。
3.2.1.3 存储器寻址方式
• 指令中操作数是操作对象在内存中的存放地址的寻址方式 叫存储器寻址方式，操作对象实质上是内存地址所对应的 存储单元中的内容。前面已讲过内存的地址是由段地址及 段内偏移地址确定的，段地址的确定实质上是确定用哪个 段寄存器，段寄存器除非在指令中特别指定（即段超越， 用段寄存器名加“:”），其它情况下均为默认的，默认情 况如表3.1所示（括号内代表可以使用的段超越）。
第三章 寻址方式及指令系统
３.１基本概念
３.２寻址方式
操作数的寻址方式 转移指令的寻址方式
微机原理与接口技术教案ppt课件
存储器 RAM/ ROM
地址总线
数据总线
控制总线
8个
PC/XT 总线 扩展槽
8级中断 控制器
8259
4通道 DMA 8237
3通道 计数器
8253
键盘 喇叭
配置接口
8255
80x86微处理器技术指标
引脚数 主频 字长 外数据线 外地址线 物理空间 虚拟空间 高速缓存
8086 40 5/8 16 16 20
16
ALU数据总线
ALU 状态标志寄存器
EU 控制器
20
地址加法器 16
CS DS ES SS IP 内部通信寄存器
8 指令队列
外部总线 总线控制
逻辑
执行部件（EU）
总线接口部件（BIU）
8086/8088的寄存器
15 8 7 0
AX AH AL BX BH BL CX CH CL DX DH DL
8088最小模式的引脚
CLK ：系统时钟（T）信号，输入。 RESET：系统复位信号，输入。 AD7~AD0 ：地址/数据复用线，双向，三态。（8086是AD15~AD0 ） A19~A8 ：地址线，输出，三态。 （8086是A19~A16 ） ALE ：地址锁存信号，输出，高电平有效。 （ T1有效） RD、WR ：读、写选通信号，输出，低电平有效。（互斥） IO/M ：存储器或I/O选通信号，输出。 （8086是M/IO ） DEN、DT/R：数据允许、数据收/发信号，输出。 （ T2 ~ T4有效） READY，TEST ：系统控制信号，输入。 NMI，INTR，INTA ：中断请求和中断响应信号，输入/出。 HOLD，HLDA：总线请求、总线允许信号，输入/出。 （DMA方式 ）
微机原理与接口技术优秀课件
存器以及存储单元都集成在一个芯片中，体积特别小 功耗低，一般为几十毫瓦(mW)
第5章 微机的存储系统
5.2 半导体存储器的基本知识
5.2.2 半导体存储器芯片的结构
地
AB 地
址
址 译 码
锁
和
存
驱
动
存储体
读写控制 CB
I/O
控 DB
制
电
路
第5章 微机的存储系统
5.2 半导体存储器的基本知识
5.2.2 半导体存储器芯片的结构
只读 可编程只读存储器PROM
存
存储器 可擦除可编程只读存储器EPROM ROM 电可擦可编程只读存储器EEPROM
储
快闪存储器Flash Memory
器
磁表面 存储器
磁盘存储器 磁带存储器
硬盘 软盘
光介质存储器
第5章 微机的存储系统
5.1 存储器概述
5.1.1 存储器的分类——按信息的可保存性分类
➢ 价格/位——常用每字节或每MB成本表示，即C=价格/容量
➢ 可靠性——通常用平均无故障工作时间（Mean Time Between Failures，简称MTBF）即两次故障之间的平均时间来衡量。
第5章 微机的存储系统
5.1 存储器概述
5.1.3 存储系统的概念
存储系统由存放程序和数据的各类存储设备及相关软件构成。
➢ 辅助存储器——又称外部存储器，主要用来存放当前暂时不 参加运算的程序和数据，通常CPU不直接访问辅存。
➢ 高速缓冲存储器(Cache)——用于弥补计算机内部各器件之间 的速度差异。主要采用双极型(TTL)半导体存储器件。
第5章 微机的存储系统
5.1 存储器概述
第5章 微机的存储系统
5.2 半导体存储器的基本知识
5.2.2 半导体存储器芯片的结构
地
AB 地
址
址 译 码
锁
和
存
驱
动
存储体
读写控制 CB
I/O
控 DB
制
电
路
第5章 微机的存储系统
5.2 半导体存储器的基本知识
5.2.2 半导体存储器芯片的结构
只读 可编程只读存储器PROM
存
存储器 可擦除可编程只读存储器EPROM ROM 电可擦可编程只读存储器EEPROM
储
快闪存储器Flash Memory
器
磁表面 存储器
磁盘存储器 磁带存储器
硬盘 软盘
光介质存储器
第5章 微机的存储系统
5.1 存储器概述
5.1.1 存储器的分类——按信息的可保存性分类
➢ 价格/位——常用每字节或每MB成本表示，即C=价格/容量
➢ 可靠性——通常用平均无故障工作时间（Mean Time Between Failures，简称MTBF）即两次故障之间的平均时间来衡量。
第5章 微机的存储系统
5.1 存储器概述
5.1.3 存储系统的概念
存储系统由存放程序和数据的各类存储设备及相关软件构成。
➢ 辅助存储器——又称外部存储器，主要用来存放当前暂时不 参加运算的程序和数据，通常CPU不直接访问辅存。
➢ 高速缓冲存储器(Cache)——用于弥补计算机内部各器件之间 的速度差异。主要采用双极型(TTL)半导体存储器件。
第5章 微机的存储系统
5.1 存储器概述
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64
3. 符号数的算术运算
通过引进补码，可将减法运算转换为加法运算。 即：[X+Y]补=[X]补+[Y]补
[X-Y]补=[X+(-Y)]补
=[X]补+[-Y]补 注：运算时符号位须对齐
65
[例]
X=-0110100，Y=+1110100，求X+Y=？
[X]原=10110100
将指令所在地址赋给程序计数器PC； PC内容送到地址寄存器AR，PC自动加1； 把AR的内容通过地址总线送至内存储器，经地址译码器译码， 选中相应单元。
CPU的控制器发出读命令。
在读命令控制下，把所选中单元的内容（即指令操作码）读到数 据总线DB。 把读出的内容经数据总线送到数据寄存器DR。 指令译码
37
三、无符号二进制数的运算
算术运算
无符号数 二进 制数的运算 有符号数
38
逻辑运算
主要内容
无符号二进 制数的算术运算
无符号数的表达范围 运算中的溢出问题 无符号数的逻辑运算 基本逻辑门和译码器
39
1. 无符号数的算术运算
加法运算
1+1=0（有进位）
减法运算
0-1=1（有借位）
55
[例]
X= -52 = -0110100
[X]原=1 0110100
[X]反=1 1001011
56
0的反码：
[+0]反=00000000
[-0]反 =11111111 即：数0的反码也不是唯一的。
57
补码
定义：
若X>0， 则[X]补= [X]反= [X]原
若X<0， 则[X]补= [X]反+1
H
28
2. 各种进制数间的转换
非十进制数到十进制数的转换
十进制到非十进制数的转换
二进制与十六进制数之间的转换
29
非十进制数到十进制数的转换
按相应的权值表达式展开
例：
1011.11B=1×23+0×22+1×21+1×20+1×2-1+ 1×2-2
=8+2+1+0.5+0.25 =11.75
乘法运算
除法运算
40
乘除运算例
00001011×0100
=00101100B
00001011÷0100=00000010B 即：商=00000010B
余数=11B
41
2. 无符号数的表示范围：
0 ≤ X ≤ 2n-1
若运算结果超出这个范围，则产生溢出。
对无符号数：运算时，当最高位向更高位 有进位（或借位）时则产生 溢出。
机器数
计算机中的数据
构成：
符号位 + 真值
“0” “1”
表示正 表示负
50
[例]
+52 = +0110100 = 0 0110100
符号位 真值
-52 = -0110100 = 1 0110100
符号位
真值
51
1. 符号数的表示
机器数的表示方法：
原码
反码
补码
52
原码
最高位为符号位（用‚0‛表示正，用‚1‛表 示负），其余为真值部分。
42
[例]：
最高位向前有进位，产生溢出
43
3. 逻辑运算
与、或、非、异或 掌握：
与、或、非门逻辑符号和逻辑关系（真值表）；
与非门、或非门的应用。
44
“与”、“或”运算
‚与‛运算：
任何数和‚‚1‛相‚或‛，结果为1。
&
&
≥1
≥1
45
“非”、“异或”运算
《微机原理与接口技术实验指导书》（讲义） 陈文革，吴宁，夏秦编. 西安交通大学 《微机原理与接口技术题解及实验指导》（第3版）. 吴宁，陈文革编. 清华大学出版社
3
第1章 微型计算机基础概论
主要内容：
微机系统的组成
计算机中的编码、数制及其转换 无符号二进制数的运算
算术运算和逻辑运算 运算中的溢出
系统软件
软件
应用软件
25
二、计算机中的数制和编码
数制和编码的表示 各种计数制之间的相互转换
26
1. 常用计数法
十进制（D） 二进制（B） 十六进制（H）
27
例：
234.98D或（234.98）D
1101.11B或（1101.11）B ABCD . BFH或（ABCD . BF）
写：
CPU将信息放入内存单元，单元中原来的内容被覆盖。
19
内存储器的分类
随机存取存储器（RAM）
按工作方 式可分为
只读存储器（ROM）
20
输入/输出接口
接口是CPU与外部设备间的桥梁
I/O
CPU 接口
外 设
21
接口的分类
串行接口 并行接口 数字接口 输入接口
输出接口
模拟接口
22
接口的功能
理解校验位的作用 熟悉0---F的ASCII码
36
ASCII码的奇偶校验
奇校验
加上校验位后编码中‚1‛的个数为奇数。 例：A的ASCII码是41H（1000001B）
以奇校验传送则为 C1H（11000001B）
偶校验
加上校验位后 编码中‚1‛的个数为偶数。
上例若以偶校验传送，则为 41H。
5B.8H=5×161+11×160+8×16-1 =80+11+0.5 =91.5
30
十进制到非十进制数的转换
到二进制的转换： 对整数：除2取余；
对小数：乘2取整。
到十六进制的转换：
对整数：除16取余；
对小数：乘16取整。
31
二进制与十六进制间的转换
用4位二进制数表示1位十六进制数 例：
34
BCD码与二进制数之间的转换
先转换为十进 制数，再转换二进 制数；反之同 样。 例：
（0001 0001 .0010 0101）BCD =11 .25 =（1011 .01）
B
35
ASCII码
西文 字符的编码，一般用7位二进 制码表示。
D7位为校验位，默认情况下为0。
要求：
因为取出的是指令的操作码，故数据寄存器DR把它送到指令寄存器 IR，然后再送到指令译码器ID 10
冯 • 诺依曼机的特点和不足
特点：
程序存储，共享数据，顺序执行 属于顺序处理机，适合于确定的算法和数值数据的 处理。 与存储器间有大量数据交互，对总线要求很高； 执行顺序有程序决定，对大型复杂任务较困难； 以运算器为核心，处理效率较低； 由PC控制执行顺序，难以进行真正的并行处理。
机器数的表示及运算 基本逻辑门及译码器
4
一、微型计算机系统
微型机的工作原理 微机系统的基本组成
5
1. 计算机的工作原理
冯
•
诺依曼计算机的工作原理
存储程序工作原理
6
存储程序原理
将计算过程描述为由许多条指令按一定顺序组 成的程序，并放入存储器保存
指令按其在存储器中存放的顺序执行；
‚非‛运算
按位求反
‚异或‛运算
相同则为0，相异则为1
46
4.
译码器
各引脚功能
输入端与输出端关系（真值表）
掌握74LS138译码器
47
74LS138译码器
主要引脚及功能 G1 G2A G2B C B Y0
• • • •
A
Y7
48
三、机器数（有符号数）的运算
49
计算机中符号数的表示
25.5 = 11001.1B = 19.8H 11001010.0110101B =CA.6AH
32
3. 计算机中的编码
BCD码
用二进制编码表示的十进制数
ASCII码
西文字符编码
33
BCD码
压缩BCD码
用4位二进制码表示一位十进制数 每4位之间有一个空格
扩展BCD码
用8位二进制码表示一位十进制数，每4位之间有一 个空格。
内存按单元组织 每单元都对应一个地址，以方便对单元的寻址
单元内容
38F04H
内存地址
10110110
17
内存容量
内存容量：
所含存储单元的个数，以字节为单位
内存容量的大小依CPU的寻址能力而定
实地址模式下为CPU地址信号线的位数
18
内存操作
读：
将内存单元的内容取入CPU，原单元内容不改变；
微机原理与接口技术
大家好！
1
课程目标
掌握：
微型计算机的基本工作原理
汇编语言程序设计方法
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
3. 符号数的算术运算
通过引进补码，可将减法运算转换为加法运算。 即：[X+Y]补=[X]补+[Y]补
[X-Y]补=[X+(-Y)]补
=[X]补+[-Y]补 注：运算时符号位须对齐
65
[例]
X=-0110100，Y=+1110100，求X+Y=？
[X]原=10110100
将指令所在地址赋给程序计数器PC； PC内容送到地址寄存器AR，PC自动加1； 把AR的内容通过地址总线送至内存储器，经地址译码器译码， 选中相应单元。
CPU的控制器发出读命令。
在读命令控制下，把所选中单元的内容（即指令操作码）读到数 据总线DB。 把读出的内容经数据总线送到数据寄存器DR。 指令译码
37
三、无符号二进制数的运算
算术运算
无符号数 二进 制数的运算 有符号数
38
逻辑运算
主要内容
无符号二进 制数的算术运算
无符号数的表达范围 运算中的溢出问题 无符号数的逻辑运算 基本逻辑门和译码器
39
1. 无符号数的算术运算
加法运算
1+1=0（有进位）
减法运算
0-1=1（有借位）
55
[例]
X= -52 = -0110100
[X]原=1 0110100
[X]反=1 1001011
56
0的反码：
[+0]反=00000000
[-0]反 =11111111 即：数0的反码也不是唯一的。
57
补码
定义：
若X>0， 则[X]补= [X]反= [X]原
若X<0， 则[X]补= [X]反+1
H
28
2. 各种进制数间的转换
非十进制数到十进制数的转换
十进制到非十进制数的转换
二进制与十六进制数之间的转换
29
非十进制数到十进制数的转换
按相应的权值表达式展开
例：
1011.11B=1×23+0×22+1×21+1×20+1×2-1+ 1×2-2
=8+2+1+0.5+0.25 =11.75
乘法运算
除法运算
40
乘除运算例
00001011×0100
=00101100B
00001011÷0100=00000010B 即：商=00000010B
余数=11B
41
2. 无符号数的表示范围：
0 ≤ X ≤ 2n-1
若运算结果超出这个范围，则产生溢出。
对无符号数：运算时，当最高位向更高位 有进位（或借位）时则产生 溢出。
机器数
计算机中的数据
构成：
符号位 + 真值
“0” “1”
表示正 表示负
50
[例]
+52 = +0110100 = 0 0110100
符号位 真值
-52 = -0110100 = 1 0110100
符号位
真值
51
1. 符号数的表示
机器数的表示方法：
原码
反码
补码
52
原码
最高位为符号位（用‚0‛表示正，用‚1‛表 示负），其余为真值部分。
42
[例]：
最高位向前有进位，产生溢出
43
3. 逻辑运算
与、或、非、异或 掌握：
与、或、非门逻辑符号和逻辑关系（真值表）；
与非门、或非门的应用。
44
“与”、“或”运算
‚与‛运算：
任何数和‚‚1‛相‚或‛，结果为1。
&
&
≥1
≥1
45
“非”、“异或”运算
《微机原理与接口技术实验指导书》（讲义） 陈文革，吴宁，夏秦编. 西安交通大学 《微机原理与接口技术题解及实验指导》（第3版）. 吴宁，陈文革编. 清华大学出版社
3
第1章 微型计算机基础概论
主要内容：
微机系统的组成
计算机中的编码、数制及其转换 无符号二进制数的运算
算术运算和逻辑运算 运算中的溢出
系统软件
软件
应用软件
25
二、计算机中的数制和编码
数制和编码的表示 各种计数制之间的相互转换
26
1. 常用计数法
十进制（D） 二进制（B） 十六进制（H）
27
例：
234.98D或（234.98）D
1101.11B或（1101.11）B ABCD . BFH或（ABCD . BF）
写：
CPU将信息放入内存单元，单元中原来的内容被覆盖。
19
内存储器的分类
随机存取存储器（RAM）
按工作方 式可分为
只读存储器（ROM）
20
输入/输出接口
接口是CPU与外部设备间的桥梁
I/O
CPU 接口
外 设
21
接口的分类
串行接口 并行接口 数字接口 输入接口
输出接口
模拟接口
22
接口的功能
理解校验位的作用 熟悉0---F的ASCII码
36
ASCII码的奇偶校验
奇校验
加上校验位后编码中‚1‛的个数为奇数。 例：A的ASCII码是41H（1000001B）
以奇校验传送则为 C1H（11000001B）
偶校验
加上校验位后 编码中‚1‛的个数为偶数。
上例若以偶校验传送，则为 41H。
5B.8H=5×161+11×160+8×16-1 =80+11+0.5 =91.5
30
十进制到非十进制数的转换
到二进制的转换： 对整数：除2取余；
对小数：乘2取整。
到十六进制的转换：
对整数：除16取余；
对小数：乘16取整。
31
二进制与十六进制间的转换
用4位二进制数表示1位十六进制数 例：
34
BCD码与二进制数之间的转换
先转换为十进 制数，再转换二进 制数；反之同 样。 例：
（0001 0001 .0010 0101）BCD =11 .25 =（1011 .01）
B
35
ASCII码
西文 字符的编码，一般用7位二进 制码表示。
D7位为校验位，默认情况下为0。
要求：
因为取出的是指令的操作码，故数据寄存器DR把它送到指令寄存器 IR，然后再送到指令译码器ID 10
冯 • 诺依曼机的特点和不足
特点：
程序存储，共享数据，顺序执行 属于顺序处理机，适合于确定的算法和数值数据的 处理。 与存储器间有大量数据交互，对总线要求很高； 执行顺序有程序决定，对大型复杂任务较困难； 以运算器为核心，处理效率较低； 由PC控制执行顺序，难以进行真正的并行处理。
机器数的表示及运算 基本逻辑门及译码器
4
一、微型计算机系统
微型机的工作原理 微机系统的基本组成
5
1. 计算机的工作原理
冯
•
诺依曼计算机的工作原理
存储程序工作原理
6
存储程序原理
将计算过程描述为由许多条指令按一定顺序组 成的程序，并放入存储器保存
指令按其在存储器中存放的顺序执行；
‚非‛运算
按位求反
‚异或‛运算
相同则为0，相异则为1
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4.
译码器
各引脚功能
输入端与输出端关系（真值表）
掌握74LS138译码器
47
74LS138译码器
主要引脚及功能 G1 G2A G2B C B Y0
• • • •
A
Y7
48
三、机器数（有符号数）的运算
49
计算机中符号数的表示
25.5 = 11001.1B = 19.8H 11001010.0110101B =CA.6AH
32
3. 计算机中的编码
BCD码
用二进制编码表示的十进制数
ASCII码
西文字符编码
33
BCD码
压缩BCD码
用4位二进制码表示一位十进制数 每4位之间有一个空格
扩展BCD码
用8位二进制码表示一位十进制数，每4位之间有一 个空格。
内存按单元组织 每单元都对应一个地址，以方便对单元的寻址
单元内容
38F04H
内存地址
10110110
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内存容量
内存容量：
所含存储单元的个数，以字节为单位
内存容量的大小依CPU的寻址能力而定
实地址模式下为CPU地址信号线的位数
18
内存操作
读：
将内存单元的内容取入CPU，原单元内容不改变；
微机原理与接口技术
大家好！
1
课程目标
掌握：
微型计算机的基本工作原理
汇编语言程序设计方法
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