微机原理与接口技术(清华大学课件_全套)

与数据有关的寻址方式 与地址有关的寻址方式
8
3.1.2指令的寻址方式
立即 数寻 址
寄存 器寻 址
与数 据相 关的寻 址方式
直接 寻址
寄存 器间 接寻址
80
存储器寻址 寄存器相对寻址
86
寻
基址 加变 址寻址
址
方
相对 基址 加变址 寻址
式
段内 寻址
段内 直接 寻址
与地 址相 关的寻 址方式
段内 间接 寻址
10
3.1.2与数据有关的寻址方式
立即数寻址示意图:
代码段
低地址
MOV 28H
高地址
MOV 56H 34H
AX AH AL
AH AL
图3.2 立即数寻址
11
3.1.2与数据有关的寻址方式
说明： ①立即数可以是8位，也可以是16位。 ②立即数存放在存储器的代码段中，低字节在低地址，
高字节在高地址中。
21
3.1.2与数据有关的寻址方式
直接寻址指令可访问一个内存单元数据，也可以 访问两个内存单元数据。它的格式如下：
操作码 操作码
目的操作数寄存器，[立即数(有效地址)] [立即数(有效地址)]，源操作数寄存器
22
3.1.2与数据有关的寻址方式
例3-4 MOV AX，[1234H]
其 中 ， 1234H 立 即 数 为 内 存 中 数 据 段 的 有 效 地 址 。 假 设 (DS)=2000H，则操作数所在的段地址为2000H，有效地址 为1234H，其逻辑地址表示为2000H：1234H。 其 物 理 地 址 为 ： 2000H*10H+1234H=21234H 。 而 其 执 行过程是将内存中物理地址为21234H单元的字节数据取到 累加器AL中，将21235H地址单元内容送到AH中，即取出一 个字数据，低地址单元数据送低8位寄存器AL中，高地址单 元数据送高8位寄存器AH中。

编写相应的程序段。
2020/5/17
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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
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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
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逻辑右移
• 格式： SHR OPRD，I
CF
0
CF
0
CF
0
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算术右移
• 格式： SAR OPRD，I SAR OPRD，CL
有符号数 的右移
CF
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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

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。

（2）键的识别 通常有两种方法可识别被按之键：一种是“行扫描”法； 一种是“反转”法。 1）行扫描法 依次对每一行进行扫描，选使被扫描的行为低电平，其它 所有的行均为高电平，接着检测各列线的状态（称为“列”）。 若各列码均为高电平（即列码为全1），则被按之键不在这行。 继续扫描下一行；若列线不全为高电平（即列码为非全1），则 被按之在此行。根据行扫描码及列码就可知被按之键的坐标值 （即位置码）。再根据位置码通过查表可得到它的键值。查表 法的扫描子程序流程图如图7-6所示。
四、输入/输出寻址方式

当主机执行I/O操作时，应先对I/O接口中的端口进行寻址， 其寻址方式有如下两种： 此时，I/O端口单独编址。CPU指令系统中有专门用于I/O操 作的指令——I/O指令，CPU访问I/O端口时发出I/O读命令或写 命令，访问内存时发存储器读或写命令。因此，端口地址与存 储单元地址可重叠。此时，I/O端口不占用存储空间且与访问 I/O设备指令有别。 这种寻址方式中，将I/O端口与存储单元统一编址，即CPU 把I/O端口作为存储单元对待，I/O端口占用一定的存储空间。 采用这种寻址方式的CPU指令系统中没有专门的I/O指令，
微型机中常外设有LED显示器、CRT显示器、键盘、打印机、软 磁盘存储器等。单片机应用系统中常设置LED显示器、拔盘、键 盘、点阵式打印机等外设。
§8-2 键盘及其接口

返回
在微型机系统中，键盘是最常用的输入设备，键盘通常由 数字键和功能键组成，其规模取决于系统的要求。

键盘可分为编码键盘和非编码键盘两种，前者有检测键闭 合，去抖动及产生相应键编码的硬件电路，而后者则没有这些 硬件，上述功能在有少量的硬件支持下由软件来完成。由此可 见编码键盘产生键编码的速度快且基本上不占用CPU时间，但硬 件开销大，电路复杂，成本高；非编码键盘则硬件开销省，电 路简单，成本低，但占用CPU时间较长。

西安电子科技大学 计算机学院
微机原理及接口技术
本课程的内容 以8086/8088 CPU构成的微机系统为例，介绍微机系统的组
成、工作原理。 为实现特定的任务，如何对上述微机系统进行功能扩展。
2
为什么要学习这门课？
通过本课程的学习，希望同学们能够 1. 了解一种具体的计算机（微机） 2. 初步掌握(或了解)以下技能： 根据工程需要，选择合适的微处理器(或单片机)，通过增加适 当的外围芯片，构成应用系统，使它们能够按照设计意图稳定、 可靠地工作(包括硬件和软件两方面)。
13
Altair 8800 Computer with 8 inch floppy disk system
This is an original copy of 8K BASIC on paper tape for the MITS Altair 8800 cwormiptutteenr.byThBeilBlASGIaCteisn,tePrapurletAelrlewna,sand14
皓龙6200是全球首款16核x86处理器。
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1.2 微处理器概述 二、计算机的两个发展方向
1. 高速度、功能强的巨型机和大型机 军事、尖端科学
2. 价格低廉的超小型机和微型机 开拓应用领域、占领更大市场
25
IBM Blue Gene
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BlueGene/L 27
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西安电子科技大学 计算机学院
48
1.2 微型计算机的组成 1.2.2 微型计算机的工作过程
【例】Y=10+20，结果送266单元 MOV AL,10 ADD AL,20 MOV [266],AL HLT
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1.2 微型计算机的组成 1.2.2 微型计算机的工作过程

11.2 开 关 量 接 口
11.2.1 光电子器件
光电技术应用于计算机系统是当前一种较新的趋势，在信 号传输和存储等环节中，可有效地应用光信号。例如，在电话 与计算机网络的信息传输，声像演播用的CD或VCD，计算机光 盘CD－ROM，甚至于在船舶和飞机的导航装置、交通管理设备 中均采用现代化的光电子系统。光电子系统的突出优点是，抗 干扰能力较强，传输速率极高，而且传输损耗小，工作可靠。 它的主要缺点在于，光路比较复杂，光信号的操作与调制需要 精心设计。光信号和电信号的接口需要一些特殊的光电转换器 件，下面分别予以介绍。
4) 多路转换开关 在生产过程中，要监测或控制的模拟量往往不止一个，尤 其是数据采集系统中，需要采集的模拟量一般比较多，而且不 少模拟量是缓慢变化的信号。对这类模拟信号的采集，可采用 多路模拟开关切换，使多个模拟信号共用一个A/D转换器进行 采样和转换，以降低成本。
5) 采样保持电路 在数据采样期间，保持输入信号不变的电路称为采样保持 电路。由于输入模拟信号是连续变化的，而A/D转换器完成一 次转换需要一定的时间，这段时间称为转换时间。不同的A/D 转换芯片，其转换时间不同。对于变化较快的模拟输入信号， 如果在转换期间输入信号发生变化，就可能引起转换误差。 A/D转换芯片的转换时间越长，对同样频率模拟信号的转换精 度的影响就越大。所以，在A/D转换器前面要增加一级采样保 持电路，以保证在转换过程中，输入信号的值不变。
0.4～1
1～2
2.0～2.2
2～4
5～10
2.0～2.2
1～3
3～8
2.2～2.4
0.5～3
1.5～8
发光二极管的另一种重要用途是将电信号变为光信号，通 过光缆传输，然后再用光电二极管接收，再现电信号。图11.5表 示一发光二极管发射电路通过光缆驱动一个光电二极管电路。 在发射端，一个0～5 V的脉冲信号通过300 Ω的电阻作用于发光 二极管(LED)，这个驱动电路可使LED产生一数字光信号，并作 用于光缆。由LED发出的光约有20％耦合到光缆。在接收端传 送的光中，约有80％耦合到光电二极管上，以致在接收电路的 输出端可复原为0～5 V电平的数字信号。

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

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

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
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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
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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
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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
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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
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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

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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
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[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
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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
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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
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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）
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[例]

X= -52 = -0110100
[X]原=1 0110100
[X]反=1 1001011
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0的反码：
[+0]反=00000000
[-0]反 =11111111 即：数0的反码也不是唯一的。
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补码
定义：