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.

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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： 办公室：创新院大厦720房间 ：

2 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
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 第1.1节 引言 冯.诺依曼结构 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
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 控制器 输入设备 存储器 输出设备 运算器

6 CPU-Central Processing Unit ALU-Arithmetic Logic Unit
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 (中央处理单元) ALU (算术逻辑单元) 控制器 Memory(存储器) RAM (读写存储器) ROM (只读存储器) I/O口－－主机与外设的匹配连接 BUS (总线) AB (地址总线) DB (数据总线) CB (控制总线) CPU-Central Processing Unit ALU-Arithmetic Logic Unit

7 外设与总线 外设 总线 输入设备：鼠标、键盘、扫描仪 输出设备：显示器、打印机、投影仪 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 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 CPU 8086 8255A 8253 8237A 接口电路
局部 总线 总线 接口 CPU 8086 系统总线 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 数据库－Oracle，Sybase，SQL，Foxpro
微型计算机系统 （二）组成 MCS 硬件 软件 主机 外设 CPU Memory — RAM，ROM I/O口 I/O设备 — 输入设备，输出设备 数据通道 — 软盘，硬盘，光盘 外部电路 — ADC，DAC 系统软件 应用软件 － Office，MSN，Protel 数据库－Oracle，Sybase，SQL，Foxpro 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 监控管理程序－ROMBIOS 语言编译程序

13 微型计算机系统 （三）特点 多样性 开放的硬件结构（ISA，VESA，PCI总线连接）
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 型 计 算 机 微 型 计 算 机 系 统 微处理器(CPU)
算术逻辑单元(ALU) 微 型 计 算 机 微 型 计 算 机 系 统 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 嵌入式处理器（单片机）应用前景广阔 复杂指令系统（CISC）
精简指令系统（RISC） MIPS R2000/R3000 Motorola 88000 INTEL 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: 计算机中的位
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 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 数码表示举例 举例说明 计算机内一个字节为 81H 1000 0001b 二进制 129 （二进制无符号数）
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（ b —> b） 补码 -127（ b —> b—> b） 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 原码 反码 取反 加1 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 计算机语言 其他代码 指令代码； 地址代码； 用户自己定义的各种代码； 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 第1.2节 硬件基础知识补充 硬件基础知识 计算机的硬件主要是逻辑门，触发器（D触发器）和三态
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： 单位(V) GND VoL ViL Vt ViH VoH VCC 5V TTL 0.4 0.8 1.5 2 2.4 5 3.3V CMOS 3.3 5V CMOS 2.5 3.5 4.44

27 三态缓冲器 三态缓冲器 （一）三态门 计算机中与总线相连的输出部件均为三态缓冲器。 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
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 缓冲输出与非缓冲输出 举例说明 缓冲输出带载能力 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

33 缓冲输出与非缓冲输出 非缓冲输出带载能力 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

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

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
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。