1、微机原理与接口技术,第一节：学习方法与基本要求 1、本门课的学习任务：学习8086微机系统的基本组成原理硬件、软件的设计、应用方法。 1）硬件：8086CPU的基本结构和工作原理、引脚功能、工作时序、最小系统的组成、存储器的扩展设计方法、常用可编程接口电路（元件）的硬软件工作原理和设计、应用基本方法。 2）软件：8086汇编语言指令系统和基本编程方法。,第1章 概述,2、学习本门课后达到的目的,基本掌握8086微机系统最小组成设计应用方法，根据不同应用对象的实际要求，应用所学的基本知识设计出能实现所需要求和功能的微机系统硬件电路，并用汇编语言编写出正确的应用程序。,3、本门课所需的铺垫知识电子
2、技术、数字电路。,4、本门课学习的重点、难点重点：8086微处理器的基本组成原理和工作方法、微机最小系统的组成原理、8086微机系统的汇编语言与程序设计基本方法、常用可编程接口电路的基本应用、设计方法。 难点：8086CPU的基本工作原理与时序逻辑、硬件与软件的相互关系、接口与CPU硬软件的设计方法、存储器的设计方法。,5、为什么要学习本门课 1）微机已成为人类生活与工作不可缺少的工具。 工作需要：自动化专业的工程技术人员必须具备微机系统的基本应用方法和应用微机作为工业控制器的基本知识。 学习需要：微机原理与接口技术是本专业后续课程的一门专业基础课，所以掌握、熟悉本门课的基本知识是本专业后续课
3、程的需要，也是合格自动化专业大学本科生的基本要求之一。 本课程的教学方式：多媒体+板书，课件中的彩色字体为特别的提示。,6、如何学好本门课 本门课的特点：知识点多、应用性强、硬软件紧密结合，各知识单元之间相互联系，所以要学会把所学的知识综合分析。 学习要求： （1）课前预习，课后学习时间为：1：1-1.5。 （2）上课时认真听讲，认真做好笔记，要学会做笔记，认真做好作业，严禁互相抄袭作业。 （3）要举一反三，把学过的知识点综合起来。 知识点：学会抓住所学的知识点，本课程的知识点为：微机系统的基本组成原理，硬软件设计方法。,推荐参考书,微型计算机技术 马群生 微型计算机系统原理及应用 周明德 微
4、机原理与接口技术 李 芷 微型计算机技术 孙德文 微机原理.外设.接口 陈启美 微机原理与接口技术 龚尚福 8086/8088 16-bit microprocessor primer by Christopher L.Morgan,上课要求（学生）,1、按时进教室； 2、上课时严禁接听手机电话； 3、上课时严禁大声喧哗； 4、天热时严禁穿拖鞋、大运动短裤、背心进教室； 5、严禁在上课时吃食物； 6、保持教室的清洁卫生； 7、严禁在上课时睡觉；,上课要求（教师）,1、认真备好每节课，认真讲好每节课； 2、衣冠整齐，举止端庄，语言文明； 3、上课时关闭手机，不得做任何与教学无关的事。 4、提前5
5、分钟进教室，做好一切课前准备工作。 5、按教学大纲的要求和教学进度讲授课程，做好每个章节的课后的总结。 6、认真听取学生对教学过程的反映，及时调整教学方法。 7、积极引导学生的学习兴趣，不断提高教学水平。 8、认真批改每次作业，及时讲解作业中的问题。,与我的学生共勉:古人云：师者，传道授业解惑也。为人师者，能善师道，为人范者，能省其身之过，乃师之道也。为学生者，能树其大志，能自控其心，能思而为之，乃国之大幸也！若师生皆能做其本分而善之，何愁教育不兴，人才不旺，何愁不出良师高徒也？! 共同努力，建设和谐的学习环境！,作业和实验要求,1、独立完成每次作业，按时交作业； 2、按给定的时间做实验； 3
6、、按给定的时间交试验报告；,学习时间安排,上课时间和自学时间的比例为：1：1.5,本门课的学习方法,1、课前能预习，课后能总结，上课时能做笔记。 2、鼓励学生之间对学习中的难点疑问积极讨论，不理解的问题可以在课后或答疑时问老师。 3、独立思考，多看参考书，并有读书笔记，不懂的问题可以写在作业中，不要带着问题学习。,本课程的考核方式: 期末考试占70%,考勤占5%,作业成绩5%,实验占10%。说明： 1）旷课5次以上（含5次）考勤为0分 2）作业少交3次（含不按时交3次）作业成绩为0分 3）不做实验两次以上（含2次）实验成绩为0分。实验成绩有两部分：动手能力和试验报告，各占50%，在规定的时间交
7、实验报告。,本章知识点:1)了解计算机的发展过程2)了解微型计算机的特点和应用范围3)了解微型计算机的基本组成4)了解微型计算机硬软件分类及特点 重点：1)掌握二进制十进制十六进制之间的转换方法与基本运算过程。2)掌握有符号数与无符号数二进制的表达方式和运算过程。3）掌握BCD码的运算方法,第二节 计算机和微型计算机的发展概况,1、 计算机的发展 1）第一代电子计算机称为电子管计算机。 2）第二代计算机称为晶体管计算机，其主要逻辑元件采用的是晶体管。 3）第三代计算机的内存储器采用了半导体存储器，可靠性和存取速度有了明显的改善。 4）第四代计算机以采用大规模和超大规模集成电路为标志。,计算机（
8、Computer）又称电脑，是20世纪最重要的科技成果。 计算机是一种能够自动地、高速地、精确地进行信息处理的现代化电子设备，是一种帮助人类从事脑力劳动（包括记忆、计算、分析、判断、设计、咨询、诊断、决策、学习与创作等思维活动）的工具。1942年美国物理学家毛希利（JohnMauchely）提出了一个名曰“高速电子管计算装置”的现代计算机制造方案。该机于1946年正式交付使用，取名ENIAC电子数字积分机和计算机。,2、 微型计算机的发展,第一阶段（1971-1973）：（之前为电子计算机） 特点：典型的微型机以Intel 4004和Intel 4040为基础。微处理器和存储器采用PMOS工艺
9、，工作速度很慢。微处理器的指令系统不完整；存储器的容量很小，只有几百字节；没有操作系统，只有汇编语言。主要用于工业仪表、过程控制或计算器中。 第二阶段（1974-1977）：以8位微处理器为基础，典型的微处理器有Intel 8080/8085、Zilog公司的Z80及Motorola公司的6800。微处理器采用高密度MOS（HMOS）工艺，具有较完整的指令系统和较强的功能。存储器容量达64KB，配有荧光屏显示器、键盘、软盘驱动器等设备，构成了独立的台式计算机。配有简单的操作系统（如CP/M）和高级语言。,第三阶段（1978-1981）：以16位和准32位微处理器为基础，如Intel公司的808
10、6、Motorola的68000和Zilog的Z8000。微处理器采用短沟道高性能NMOS工艺。在体系结构方面吸纳了传统小型机甚至大型机的设计思想，如虚拟存储和存储保护。 第四阶段（20世纪80年代）：80年代初，IBM公司推出开放式的IBM PC，这是微型机发展史上的一个重要里程碑。IBM PC采用Intel 80x86（当时为8086/8088、80286、80386）微处理器和Microsoft公司的MS DOS操作系统与总线设计方法。 第五阶段（20世纪90年代开始）：RISC（精简指令集计算机）技术的问世使微型机的体系结构发生了重大变革。,特点： 1）体积小、重量轻、功能强、功耗低、
11、价格低廉、维护方便. 2）运算速度快、结构简单灵活、可靠性高、使用环境要求低. 3）应用广泛.,3、 微型计算机的特点和应用范围,微型机的应用范围： 1）科学计算 2）数据处理 3）办公自动化 4）过程控制 5）辅助系统 6）仿真,第三节 微型计算机的基本组成,微机系统是一个复杂的工作系统，它由硬件系统和软件系统组成。 硬件系统：通俗地说就是构成计算机的看得见摸得着的部件，即构成计算机的硬设备。例如：计算机的主机、显示器、键盘、磁盘驱动器等。 软件系统：操作计算机工作的指令集，分为汇编语言和高级语言。 微系统的基本组成如图1-1所示。,图1-1 微机系统组成,1、微型计算机的硬件组成,微型计算
12、机的硬件组成部分主要有微处理器（CPU）、存储器（RAM）、（ROM）、I/O设备和系统总线。见图1-2所示。系统总线包括地址总线AB、数据总线DB和控制总线CB组成（三总线）。在微机中，各功能部件之间通过系统总线相连，这使得各个部件的之间的相互关系变为面向系统总线的单一关系。一个部件只要满足总线标准，就可以连接到采用这种总线标准的系统中。,图1-2 微型计算机的基本组成原理结构图,系统总线 或三总线,2、微机系统的软件组成,要使计算机正常工作除满足需要的基本硬件电路外，必须要有与之相适应的软件，硬件好比是一个人的肢体，软件好比是大脑，计算机完成的所有工作都是在程序（指令集）的指挥下实现的。
13、软件由系统软件和应用软件两部分组成： 系统软件：操作系统如DOS或WINDOWS，监控软件，但对一些专用的计算机系统如仪器仪表或控制系统，可以没有系统软件而只有应用软件。 应用软件：专门用于完成某一操作的程序，如打印程序、显示程序、控制程序等。,第三节 计算机中的数制及转换,计算机内部的信息分为两大类：控制信息和数据信息。控制信息是一系列的控制命令，用于指挥计算机如何操作；数据信息是计算机操作的对象，一般又可分为数值数据和非数值数据。数值数据用于表示数量的大小，它有确定的数值；非数值数据没有确定的数值，它主要包括字符、汉字、逻辑数据等等。对计算机而言，不论是控制命令还是数据信息，它们都要用“0
14、”和“1”两个基本符号(即基2码)来编码表示，这是由于以下三个原因：,(1) 基2码在物理上最容易实现。例如，用“1”和“0”表示高、低两个电位，或表示脉冲的有无，还可表示脉冲的正、负极性等等，可靠性都较高。 (2) 基2码用来表示二进制数，其编码、加减运算规则简单。 (3) 基2码的两个符号“1”和“0”正好与逻辑数据“真”与“假”相对应，为计算机实现逻辑运算带来了方便。因此，不论是什么信息，在输入计算机内部时，都必须用基2码编码表示，以方便存储、传送和处理。,1、二进制数的基本原理,计算机的数据处理或运算都以二进制表示，二进制是以2为基数的数制称为二进位计数制，它只包括0和1两个数码，特点
15、是可以用电子元件的两种不同的状态来表示，例如，用高电平表示1，用低电平表示0。所以，计算机中通常采用二进制数。 二进制数的计数特征：逢二进一，运算简单。 二进制数也可完成加、减、乘、除四则运算，乘法实质上是做移位加法，除法则是移位减法。,计算机常用的其它进制：为了书写和阅读方便，计算机常采用十六进制数作为二进制的缩写形式。十进制数、二进制数、十六进制数的对照表如表1-1所示。在计数时，逢十六进一，这样书写长度短，且可方便将十六进制数转换为二进制数或将二进制数转换为十六进制数。,表1-1 十进制数、二进制数、十六进制数对照表,1）二进制数的表达方式计算机都采用二进制计数和数字计算，在二进制计数系
16、统中，表示数据的数字符号只有两个，即0和1；大于1的数就需要两位或更多位来表示；以小数点为界向前诸位的位权依次是 22 ，21，20，向后依次为2-1，2-2，2-3，；一个二进制数也可以通过各位数字与其位权之积的和来计算其大小。,2）二进制到十进制的转换,一个二进制的数向十进制转化十分简单，只要把它按位权展开相加即可。 例如：(1011)2=123+022+121+120=(11)10 十进制数转化为二进制数时，整数和纯小数的转化方法不同，而一个既有整数部分又有小数部分的数，则须分成整数和小数两部分分别转化。,3） 十进制整数转换成二进制整数 方法： 除2取余法。 原理为： 将十进制数除以2
17、，得到一个商和一个余数；再将商除以2，又得到一个商和一个余数；继续这一过程，直到商等于0为止。每次得到的余数(必定是0或1)就是对应的二进制数的各位数字。注意：第一次得到的余数为二进制数的最低位，最后得到的余数为二进制数的最高位。,例1.1 将十进制数47转化为二进制形式。 即 (47)10=(101111)2,（除2取余法）,十进制数转化为二进制数时，整数和纯小数的转化方法不同，而一个既有整数部分又有小数部分的数，则须分成整数和小数两部分分别转化。,十进制到二进制的转换,例：将十进制数97转换成二进制数,最后结果为 (97)10 =(A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0)2=(11000
18、01)2,方法：乘2取整法具体做法：用2乘以十进制小数，得到整数和小数部分；再用2乘以小数部分，又得到一个整数和一个小数部分；继续这一过程，直到余下的小数部分为0或满足精度要求为止(有乘不尽的可能，如循环小数)；最后将每次得到的整数部分(必定是0或1)按先后顺序从左到右排列，即得到所对应的二进制小数。,十进制小数转换成二进制小数,例1.2：将十进制小数0.6875转换成二进制小数。其过程如下：,0.6875 2 1.3750 整数部分为1，即A1=10.3750 余下的小数部分 2 0.7500 整数部分为0，即A2=00.7500 余下的小数部分 2 1.5000 整数部分为1，即A3=10
19、.5000 余下的小数部分 2 1.0000 整数部分为1，即A4=10.0000 余下的小数部分为0，结束,最后结果为 (0.6875)10=(0.A1 A2 A3 A4 ) 2 =(0.1011)2,例1.3 将十进制数0.625转化为二进制形式。 即：(0.625)10= (0.101)2,小数的十到二进制转换算法,小数的十到二进制转换算法（乘2取整法）,例：（111.11）10=126+125 +024 +123 +1 22 +1 21 + 1 20+ 02-1+02-2 +02-3 +12-4 +1 2-5 + 1 2-6,舍弃,整数与小数的十到二进制转换算法,小数部分,二进制到十进
20、制的转换方法较简单，将二进制数按位权展开相加即可得到对应的十进制数。 例：（111.11）2=122+122 +120 +12-1 +1 2-2=4+2+1+0.5+0.25=(7.75)10,4）二进制到十进制的转换,5） 二进制数转换成十六进制数方法：从小数点所在位置分别向左向右每四位一组进行划分。若小数点左侧的位数不是4的整数倍，在数的最左侧补零；若小数点右侧的位数不是4的整数倍，在数的最右侧补零。然后参照表1-1，将每四位二进制数转换成对应的一位十六进制数，即为二进制数对应的十六进制数。例 ： 直接将二进制11110.11转换成十六进制数。其过程如下： 0001 1110 . 1100
21、 1 E . C 所以 (11110.11)2=(1E.C)16,补0为4的整数倍,补0为4的整数倍,小数点位,注：原来7位的二进制数可用3位十六进制数来表示,6) 十六进制数转换二进制数方法：参照表1-1，将每一位十六进制数转换成对应的四位二进制数，即为十六进制数对应的二进制数。例： 直接将十六进制数EF.C转换成二进制数。其过程如下：E F . C1110 1111 . 1100 所以 (EF.C)16=(11101111.11)2,舍弃,例 将十六进制数3A2F转为二进制形式。30011A101020010F1111 即(3A2F)16= (0011 1010 0010 1111)2,例
22、 将二进制110011011转化成十六进制形式。1011B1001900011即 (1 1001 1011)2= (19B)16,各种进制之间的对应换算及识别方法： 由以上方法可以看出，(25)10=(11001)2=(19)16，(0.5)10=(0.1)2=(0.8)16。在计算机里，通常用数字后面跟一个英文字母来表示该数的数制，十进制数用D(Decimal)、二进制数用B (Binary)、十六进制数用H(Hexadecimal)来表示。另外，在计算机操作中使用十进制数时，十进制数可以不标进制（为默认）。,例如，25D=1100B=19H，0.5D=0.1B=0.8H。当然，也可以用这些
23、字母的小写形式来表示数制。例如：25d=1100b=19h，0.5d=0.1b=0.8h。本书约定采用大写字母形式。十六进制数主要用来简化二进制数的书写，所以使用十六进制数表示的二进制数较短，便于记忆。IBM-PC机中主要使用十六进制数表示二进制数和编码，本门课中的所用的数据进制为十六进制数，所以必须十分熟悉二进制数与十六进制数的对应关系。,2、有符号数的表示方法,计算机只识别0和1组成的数或代码，所以有符号数的符号也只能用0和1来表示，用0表示正，用1表示负，但由于数值部分的表示方法不同，有符号数可有三种表示方法，分别叫做原码、反码和补码。,1) 二进制数原码编码方法原码编码的方法如下：设真
24、值为X，机器字长为n位，则当X0时，X原码的最高位填0，其余n1位填X的各数值位的位值。例如，n=8时，+0原=0 000 0000，+1原=0 000 0001，+127原=0 1111111。当X0时，X原码的最高位填1（表示为负数），其余n1位填X的各数值位的位值。例如，n=8时，0原=1 000 0000=-128， 1原=1 000 0001=-127，依此类推。8位二进制数能表示的十进制数的范围为+127-128。,结论：原码表示的有符号数，最高位为符号位，数值位部分就是该数的绝对值。 例如：假设某机器为8位机，即一个数据用8位（二进制）来表示，则： +23的原码为 0 001 0
25、111 -23的原码为 1 000 0111 其中最高位是符号位，后7位是数值位。 注意：在原码的表示中，真值0的原码可表示为两种不同的形式，+0和0。原码表示法的优点是简单易于理解，与真值间的转换较为方便。它的缺点是进行加减运算时较麻烦，既要考虑是做加法还是做减法运算，还要考虑数的符号和绝对值的大小。这不仅使运算器的设计较为复杂，而且降低了运算器的运算速度。,3) 二进制数补码编码方法正数的补码与原码相同，最高位为符号位，用“0”表示正，其余位为数值位。 例：n=8时 +4补=0 0000100， +31补=0 0011111+127补=0 1111111， +0补= -0补=0 00000
26、00负数的补码为：将该数看做正数后求其反码加1即为该负数的补码，最高位为符号位，用“1”表示负。 例： n=8时 -4补=1 1111100， -31补=1 1100001-127补=1 0000001 ， -0补= -0补=0 0000000 注意：8位二进制补玛所能表示的数值范围为：+127-128，大于127或小于128时，进位或借位自然丢失。,表1-2 8位 二进制数原码、补码、反码对应表,二进制数补码的运算, 计算X1 + Y1。,补码的运算规则是： X+Y补 = X补 + Y补 XY补 = X补 + Y补已知Y补，求Y补的方法是将Y补各位按位取反(包括符号位在内)末位加1。, 计算
27、X1Y1。, 计算X2 + Y2。0001100 X2 1 1110100 X2补 +) 0000101 Y2 +) 1 1111011 Y2补 0010001 X2+Y2 11 1101111 X2补+Y2补,用补码做运算时有个前提条件，就是运算结果不能超出机器数所能表示的范围，否则运算结果不正确，按“溢出”处理。 例:设机器字长为8位，则128N+127，计算(+64)+(+65)。,得到的结果是错误的。其原因是：(+64)+(+65)= +129+127，超出了字长为8位所能表示的最大值，产生了“溢出”，所以结果值出错。,例:(125)+(10)=135,计算结果也是错误的。其原因是：(
28、125)+(10)= 135128，超出了字长为8位所能表示的最小值，产生了“溢出”，所以结果出错。 采用补码做运算时必须对运算结果做“溢”出检查。,表1-3 BCD码表,这种编码的特点是：这4个基2码之间满足二进制规则，而十进制数位之间是十进制计数规则。因此，这种编码实质上是二进制编码的十进制数(Binary Coded Decimal)，因此，简称BCD码或二十进制码。,3、BCD码 BCD码是一种用二进制来只表示十进制的码，其与十进制的对应关系如下表，也是计算机中常用的一种数据编码形式。,例 将十进制数67.9转换成BCD码。其过程如下：6 7 . 90110 0111 . 1001 所
29、以 (67.9)10=(01100111.0111)BCD,例 将BCD码10010110.0110转换成十进制数，其过程如下： 1001 0110 . 0110 9 6 . 6 所以 (10010110.0110)BCD=(96.6)10,BCD码的运算规则：BCD码是十进制数，而运算器对数据做加减运算时，都是按二进制运算规则进行处理的。这样，当将BCD码传送给运算器进行运算时，其结果需要修正。修正的规则是：当两个BCD码相加，如果和等于或小于1001(即9H)，不需要修正；如果相加之和在1010到1111(即0AH0FH)之间，则需加6H进行修正；如果相加时本位产生了进位，也需加6H进行修
30、正。这样做的原因是，机器按二进制相加，所以4位二进制数相加时，是按“逢十六进一”的原则进行运算的，而实质上是2个十进制数相加，应该按“逢十进一”的原则相加，16与10相差6，所以当和超过9或有进位时，都要加6进行修正。,例 计算1+8的值，其运算过程如下：,结果是1001，即十进制数9，1 + 8 = 9正确。,计算5+7的值。,结果是0010，即十进制数2，还产生了进位。5 + 7 = 12，结论正确。, 计算9 + 9的值。,结果是1000，即十进制的8，还产生进位，故加6修正。9+ 9 =18，结论正确。,若做BCD码减法运算，其修正规则为：当两个BCD码相减，如果差等于或小于1001，
31、不需要修正；如果相减时本位产生了借位，则应减6H加以修正。原因是：如果有借位，机器将这个借位当十六看待，而实际上应该当十看待，因此，应该将差值再减6H才是BCD码的正确结果值。下面举两个例子进行说明。, 计算9-7的值。,结果值是0010，即十进制数2。97 = 2，结论正确。,计算7-9的值。,结果值是1000，即十进制数8，有借位。79 = 8，结论正确。(8是2以10为模的补码， 9是1以10为模的补码，在机器中，负数都以补码形式表示),计算8-9的值。,在计算机中BCD码有两种格式：压缩BCD码和非压缩BCD码：(1) 非压缩BCD码：1字节(8位二进制)中仅表示一位BCD数，例如：(
32、00000110)BCD=6。(2) 压缩BCD码：1字节中仅表示两位BCD数，例如：(01100110)BCD=66。另外，BCD码除了采用上述方法调整以外，也可以在交付计算机运算之前，先将BCD码转换为二进制数，然后交付计算机运算，运算以后再将二进制结果转换为BCD码。,字符编码使用最多、最普遍的是ASCII字符编码，即美国标准信息交换代码(American Standard Code for Information Interchange)，具体见表1-4。ASCII字符编码是一种标准的字符码，如打印机，屏幕字符显示等都需将要打印和显示的字符先转换为ASCII字符编码，然后送打印机或监视
33、器。,表1-4 ASCII字符编码,本章小结：1) 介绍了本门课的学习要求与学习方法。2) 学习和掌握二进制十进制十六进制之间的转换方法与基本运算过程。3) 学习和掌握有符号数与无符号数二进制的表达方式和运算过程。4）学习和掌握BCD码的运算方法。,作业1,1 把下列十进制数转换成二进制数、十六进制数。 6.25 5.75 0.875 254,2 把下列二进制数转换成十进制数。 1101.01 111001.00011 111.001 1010.1 3 把下列十六进制数转换成十进制数。 A6.DC 9AC.BD B4A.8D 1AC.0A 4 将下列十进制运算转换成二进制运算，写出二进制运算结果。1）45+78= 2）102+38=3）45-13= 4）13-45= 5 将下列十进制运算转换成BCD码运算，写出BCD码运算结果。1）45+78= 2）102+38=3）45-13= 4）13-45=,谢谢观看,敬请批评指正北方民族大学电气信息工程学院自动化系2005年2月制作2006年2月修改2007年2月修改2008年2月修改2008年8月修改2009年2月修改2009年8月修改,
