课 程 简 介上海交通大学微机原理电子教案

上海交通大学网络教育学院《微机原理与应用》学位课程大纲一、基本信息1、教材名称：推荐教材：李继灿主编，新编16/32位微型计算机原理及应用(第3版)，清华大学出版社，2004年参考教材：1、周明德编著，微型计算机系统原理及应用(第4版)，清华大学出版社，2002年2、戴梅萼编著，微型计算机技术及应用(第3版)，清华大学出版社，2003年2、考试题型及分值：单项选择题10分，填空题20分，判断题10分，简答题20分，程序题20分，综合运用题20分3、考试形式：闭卷4、考试时间：2小时二、课程内容情况（一）课程内容简介本课程是计算机专业的核心课程之一，是一门面向应用的、具有很强的实践性与综合性的课程，主要任务是使学生掌握微机硬件体系结构的基本知识，在微机汇编语言程序设计和硬件接口技术编程方面掌握基本内容和应用技巧，并达到相应的实际应用开发水平。

本课程提供微机原理与应用的基本理论与技术，比较有深度，具有理论性强、概念抽象、技术更新快等特点。

包括教学课和实践操作课两部分。

教学课以课堂讲解形式使学生了解微型计算机的基本结构及其工作原理，掌握指令系统及汇编语言程序设计方法、微型计算机与外设的数据传输方式、中断技术、可编程定时器/计数器、串并行接口技术，以及微机最新发展趋势等。

实践操作课以上机形式使学生熟悉汇编语言的编程环境与特点，能编写、调试、运行完成一定功能的汇编语言源程序。

本课程教学目的在于使学生全面掌握微机的基本工作原理和程序设计方法。

注重理论联系实际，加强实践环节，培养学生分析问题和解决问题的能力，使学生具有微型计算机应用系统分析能力和初步设计能力。

（二）重点内容简介（1）微机系统导论（约5％）考核内容：–微机系统组成–微机硬件系统结构–微处理器的性能指标–微机总线结构考核要求：理解：微机工作过程CPU对存储器的读/写操作及其区别了解：存储器组成程序计数器与累加器功能微机系统的主要性能指标当前PC机的标准配置掌握：微机的软、硬件系统组成微处理器、微型计算机、微型计算机系统的概念微机硬件系统组成框图及各部分的主要功能微处理器组成指令和程序的概念重点掌握：微机系统的组成微处理器性能指标(字长、内存容量、主频、运算速度、存取周期)微机总线结构计算机常用术语(位、字节、字) 的含义（2）微机运算基础（约5％）考核内容：–各种进位计数制之间的相互转换–原码、反码、补码的表示范围–原码、反码、补码、真值之间的相互转换–二进制数的加减运算与逻辑运算–进位和溢出的区别考核要求：理解：进位计数制的基本特点二进制数的乘、除算术运算了解：数的浮点和定点表示法8421 BCD编码和ASCII编码掌握：补码运算重点掌握：二、十、十六进制的相互转换无符号数、带符号数、真值、机器数的区别原码、反码、补码、真值之间的相互转换方法二进制数的加、减算术运算二进制数的与、或、非、异或逻辑运算进位和溢出的概念（3）8086微处理器及其系统（约15％）考核内容：–8086微处理器特点–通用寄存器组，段寄存器，标志寄存器–时序、指令周期、总线周期、时钟周期、分时复用总线、物理地址，逻辑地址，偏移地址–总线接口单元与执行单元组成与功能–20位物理地址形成–指令队列与堆栈–规则字与非规则字–最小工作方式与最大工作方式特点–时钟发生/驱动器8284A，地址锁存器8282、数据总线收发器8286，总线控制器8288作用与特点考核要求：理解：8086主要引脚的功能重定位概念了解：微处理器发展过程8086引脚功能和它的定时关系8086存储器组织掌握：最小工作方式与最大工作方式区别8086微处理器特点重点掌握：指令周期、总线周期、时钟周期的概念存储器的分段设计思想逻辑地址与物理地址的关系8086 CPU的内部结构8086的寄存器结构指令队列与堆栈的特点与操作（4）8086指令系统（约10％）考核内容：–8086的寻址方式–通用数据传送指令：MOV，PUSH，POP–目标地址传送指令：LEA–I/O数据传送指令：IN，OUT–加法指令：ADD，ADC，INC–减法指令：SUB，SBB，DEC，CMP–逻辑运算指令：AND，OR，XOR，TEST–移位指令：逻辑移位（SHL，SHR）算术移位（SAL，SAR）–循环控制类指令：无条件转移指令：JMP条件转移指令：无符号（JA，JAE，JB，JBE）有符号（JG，JGE，JL，JLE）单标志：JE/JNE循环控制指令：LOOP，JCXZ考核要求：理解：8086指令系统特点段内转移与段间转移，短转移无条件转移和条件转移区别循环移位指令了解：8086指令格式串操作类指令特点处理器控制类指令功能中断指令执行过程掌握：6大类指令系统基本用法重点掌握：8086的寻址方式数据传送类指令算术运算（加、减）类指令逻辑运算类指令移位类指令循环控制指令（条件转移、无条件转移、循环控制）（5）8086汇编语言程序设计（约15％）考核内容：–读、写汇编语言程序–程序框图绘制方法–机器语言、汇编语言以及高级语言特点–常用汇编伪指令的含义和用法考核要求：理解：源程序结构顺序程序、分支程序、循环程序的基本设计方法了解：汇编语言的特点、汇编语言的基本语法掌握：常用汇编伪指令的含义和用法：符号定义伪指令、数据定义伪指令、段定义伪指令汇编语言程序的格式和运行方法重点掌握：读写、运行、调试汇编语言程序指令语句与伪指令语句的异同点变量与标号的区别（6）半导体存储器（约10％）考核内容：–半导体存储器分类及特点–静态RAM、动态RAM组成及特点–地址译码方式–存储器与CPU的连接–位扩充与地址扩充技术考核要求：理解：RAM和ROM的工作特点微处理器与存储器的连接方法8086的存储器组织了解：DRAM的刷新原理新型存储器技术发展动向与趋势掌握：半导体存储器的性能指标重点掌握：半导体存储器分类、组成与功能静态RAM、动态RAM组成和特点存储器的分段方法存储器芯片的扩充技术（7）输入与输出接口技术（约10％）考核内容：–接口的概念与功能–接口电路的信息种类–程序传送方式特点及程序流程：无条件传送，程序查询传送–中断传送方式特点–直接存储器存取传送特点考核要求：理解：CPU与外设之间的连接了解：I/O接口及其功能接口电路的基本结构掌握：中断的分类输入、输出的信息种类重点掌握：CPU与外设数据传送方式与控制方式（8）中断技术（约15％）考核内容：–中断源，中断向量，中断向量表，中断类型码，中断优先权–断点与现场–中断分类–中断类型码与中断向量关系–响应中断的条件–中断响应及处理过程–8259A内部8个部件功能及其关系考核要求：理解：8086中断系统了解：可编程中断控制器8259A引脚及其功能掌握：中断的有关概念8259A内部结构框图重点掌握：中断分类CPU响应中断及处理过程（9）可编程接口芯片及应用（约15％）考核内容：–接口分类与功能–8253-5内部结构–8255A 3个端口的特点与差异性–8255A 3种工作方式–8253-5和8255A 应用考核要求：理解：接口基本结构的特点掌握：定时/计数器8253-5的主要性能、工作方式和初始化编程方法并行接口8255A的主要性能、工作方式和初始化编程方法重点掌握：8253-5内部结构特点8255A 3个端口的特点与差异性接口分类与功能8253-5和8255A 应用三、教学内容安排四、说明注意题量使学生能在规定时间内基本答完为准，较难题目不超过20%。

第二章8086系统结构2.1 Intel 8086 CPU 结构8086 CPU概述1977年年，Intel率先推出了16位微处理器8086，能并行处理16位数据，它需要16位的存储器，16位DB，16位外设。

1979年Intel研制了8088，称为准位外设称为16位机。

z引脚功能复用z单总线、累加器结构单总线累加器结构z可控三态电路z总线分时复用一、结构特点z指令流水线z存储器的分段结构z支持用于浮点运算的协处理器及多微处理器系统z指令方面和结构设计支持使用该微处理器构成一个共享总线的多微处理器系统式并行方式：存储器的分段结构：8086的地址总线为20位，可寻址220=1 MB的内存空间；内部寄存器和内部地址总线都只有16位，也就是说能够由ALU提供的最大地址空间只能是64 KB。

64KB 分段：为了实现CPU对1 MB空间的寻址，将内存储器空间分为若干逻辑段，每个段最大为64KB，并在C U中专门设置了些段寄存器，用于存放逻辑CPU中专门设置了一些段寄存器，用于存放逻辑段的起始地址，这些起始地址是16位的，满足内部地址总线的宽度要求。

地址总线的宽度要求EUBIU 地址加法器AL BL 通用寄存器组AX BX CL DLSP CX DX：常用于存放算术逻辑运算中的操作数。

所有的：基地址指针寄存器。

一般也常用来存放访问内存时的基地址。

但它通常是与SS寄存器配对使用)。

：它们常常在变址寻址方式中作为索引指针。

：数据段通常用来存放数据和字符。

DS存放当前数据段的指令指针寄存器:用来存放下一条要执行指令的偏移地址。

的内容为段基地址，以(1) 条件标志(6个)：反映指令执行后运算结果特征. CF():CF=D进位标志): CF=D7CY或D15CY执行算术运算指令后,结果的最高位(字节时为D7CY或字为D15CY)向更高位产生进位,则CF=1,否则CF=0.CF1CF0该标志主要用于多字节加、减运算.例: 3FH+0B4H 0BFH+0B4H0011 1111 1011 1111+ 1011 0100 + 1011 01001111 0011;CF=0 101110011;CF=111110011;CF=010*******;CF=1注:对CF操作有三条专用指令:STCÆCF=1; CLCÆCF=0; CMCÆCF=CFCF1CF0CF CFPF(奇偶校验标志): PF=D7⊕… ⊕D0运算结果的低8位中1”的个数为偶数,则PF=1,否则位中“PF1PF=0.该标志主要用于检测数据通信中是否发生错误.AF(辅助进位标志): AF=D3CY字节运算中,低4位向高4位有进位或借位时,则AF1,AF=1,否则AF=0.该标志主要用于BCD码运算的调整指令中.例:38H+49H0011 1000+ 0100 1001000001000 0001 ;AF=1;若视为BCD运算,则应调整.ZF(零标志): ZF=D7+…+D0或D15+…+D0运算结果为0,则ZF=1,否则ZF=0.结果非,则0,ZF=0.SF(符号标志) SF=D7或D15运算结果为正数,则SF=0,为负数,则SF=1.SF=0SF=1如:3FH+0B4H=0F3H的SF=1OF(溢出标志): OF=D7CY⊕D6CY或D15CY⊕D14CY 算机所,,当运算结果超出了机器所能表示的范围时则OF=1,否则OF=0.如:3FH+0B4H0F3H中OF0:3FH+0B4H=0F3H OF=0注意:实际上机器把所有数都当无符号数运算,把结果都当符号数来设置标志.以上6个标志为指令执行后的结果标志,可作为控制转移的条件.例：假设执行一条加法指令，计算5439H+476AH后各状态标志位的状态为何?解：0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1+ 0 1 0 0 0 1 1 1 0 1 1 0 l 0 1 0+010*********l0101 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 1则执行这条加法指令后标志寄存器的状态为：CF=0，PF=1，AF=1，ZF=0，SF=1，OF=1。

本课程是由上海交通大学王春祥教授的计算机原理与应用网络课程的教学视频。

整个课程有28个课时，由一个教室网络免费编译和共享。

“微机原理与应用”系列课程是信息工程，测控技术与仪器，电气工程与自动化相关专业的专业技术基础课程。

单片机原理与应用是单片机，单片机和单片机接口技术系列课程的基础课程。

教学内容以微机硬件，接口技术为开发平台，汇编语言为基础，可以直接操作微机接口和存储器作为开发工具。

教学的目的是使学生掌握该综合专业的基础知识，并在毕业后将其广泛应用于工业自动化，测量与控制以及信息通信技术领域。

传统的教学方法是微机原理和微机接口技术。

教学主要以课堂教学为基础，辅以少量实验课程。

微机原理和微机接口技术的知识特性不同于电路原理和电子技术等其他课程。

它的基本概念不是通过公式推导建立的，而是必须建立数据流和指令流如何在计算机系统中工作的概念。

但是，对于习惯于在教学初期通过公式推导来建立信息流概念的学生来说，现有的教学方法非常困难。

无法建立这个概念的直接结果是，大多数学生难以理解计算机的工作原理，这使许多学生失去信心。

三个学期后，大多数学生死记硬背地通过了课程考试。

但是，在实际应用中，这离教学目的还很遥远，不能满足应用型人才的要求，也不符合我们21世纪人才培养的目的。

根据我们面临的教学需求，提出了微机，单片机和微机接口技术课程体系的教学改革。

正是在分析现有教学方法存在的问题时，我们希望在本课程系统的教学过程中形成一种新的教学模式，从而突破了学生学习微机，单片机和微机接口技术时难以建立字母的困难。

课程为了达到更好的教学效果，学习方法的障碍在于如何在指令的作用下在计算机系统中流动。

《微机原理及应用》课程设计指导书软件按照学号末尾选做东华大学信息科学及技术学院自动化系2015年9月1日一、课程设计目的本课程设计是继《微机系统及应用》课程之后的一次综合性设计、实验训练。

根据微机系统及应用课程教学的重点和主要知识点及工程实际需要，设置汇编语言程序设计、PC机内部接口和8086系统接口电路设计等设计题目。

要求学生综合本课程和其它相关课程中学到的80X86系统结构、汇编语言设计、典型接口芯片、电路电子技术等相关知识进行程序设计、硬件接口电路设计和调试，系统地掌握微机原理和接口技术的相关知识，实现知识的融会贯通。

要求学生通过课程设计的学习，提高设计汇编语言程序的能力和技巧，培养实现一个简单应用系统功能的硬件软件设计能力。

二、课程设计内容一)汇编语言程序设计及调试0）PC机实时时钟的设计利用PC机现有的硬件和软件资源设计程序，以实现在显示器上显示XX（时）：XX（分）：XX（秒）。

（1）设计思路PC机系统板上使用一片8253，其地址为40H—43H，其通道0以方式3工作，每55ms向中断控制器8259A IRQ0端发一次中断请求。

本设计题要求借用原有电路，重新设置8253的计数器0每10ms产生一次中断，100次中断后加1秒，然后调整时、分、秒并显示在屏幕上。

（2）实时时钟的功能按下任意键开始显示数据区中存放的时间值，并且每秒更新一次，运行中按下空格键则停止运行并返回DOS。

程序中应保护原系统的08H中断矢量以便退出时恢复原系统的设置。

（3）题目的要求① PC机实时时钟的基本程序如附录一，请根据中断服务程序设计时钟时、分、秒调整的中断报务程序，然后调试实现时钟的基本功能② 在原有程序基础上，增加键盘输入字符功能，可通过修改时、分、秒的数据，实现实时时钟可调整功能。

③ 在原有程序基础上，设计美观的时钟显示方式。

1）光条式菜单程序设计一个多功能的软件通常以菜单为程序界面，用户可以通过菜单直观地选择各项功能。