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1、微型计算机结构与编程电 子 教 案,高等教育出版社,前言,技术发展课程概况主要参考书,参考文献 3 5 13,第1章 计算机的基本结构与操作,本章重点讲授的章节：1.1 数的表示方法1.2 无符号数1.3 有符号数1.6 微型计算机1.7 最简单的CPU,物理 逻 辑 高电平 1 二进制数、十六进制数 低电平 0 地址 电路（元件、引线）运算、判断,1.1 数的表示方法1.1.1 位置表示法,N=Nn-1 Nn-2 N1 N0 N-1 N-m,位权：每一数位所表示的值,基数：相邻位的位权之比(基数为常数）,基数 X(2/8/10/16),位权 X i,进位制 X 进制,位值 0 X 1,数制转
2、换,X进制 十进制 位权相加,十进制 X进制 减权定位,二进制 十六进制 0，,二进制 八进制 0 0，,物理（高电平 1；低电平0）逻辑（地址：十六进制数）,1.2 无符号数,机器运算的操作,（无符号数 有符号数补码）,一、两数相加,两数相减,被减数,减数,差,N=1,N=0,CO,CI,Ai,Bi,i,Ci,Ci-1,X,Y,一位全加器,三、状态标志,SF 符号标志 7(15),OF 溢出标志 OF=C7 C6(C15 C14),CF 进(借)位标志 CF=C7 N(C15 N),AF 半(借)进位标志 AF=C4 N,PF 奇偶标志 PF=7 6 0,1.3 有符号数,原码 符号位+数值
3、位 X原,1.3.1 原码表示法,补码,X2=36 X原=1010 0100|X|=0010 0100|X|=1101 1011,X补=1101 1100,例,1 1 0 1 1 1 0 0,1 1 0 1 1 0 1 1,0 0 1 0 0 1 0 0,符号数的机器运算（例）,X1=+36 X2=36 计算 X1+X2,+38,0010 0110,0000 0010,38,+36,1101 1010,0010 0100,1111 1110-2补,1.3 有符号数,原码 符号位+数值位 X原,1.3.1 原码表示法,有符号数数的机器运算,=2n+X+Y,=X+Y 补,1.4.3 状态标志(单字
4、节符号数的表示范围),0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 1+10 0 0 0 0 0 1 0+20 1 1 1 1 1 1 1+127,-1 1 1 1 1 1 1 1 1-2 1 1 1 1 1 1 1 0-127 1 0 0 0 0 0 0 1,-128 1 0 0 0 0 0 0 0,-128+127,溢出,有符号数运算结果超出其表示范围,1.有符号数的表示范围,单字节数 128 127,双字节数 32 768 32 767,63补 1100 0001 1111 1111 1100 0001,溢出的机器判断,条件判断与条件转移,例 将AL中补码数的绝对值送入A
5、H,AL0?,N,Y,S1?,SUB AL,0,Y,JNS NEXT,条件转移指令对状态标志进行判断满足测试条件时转移至指令规定的目标地址,取 补,1.5 BCD码与ASCII码,BCD码 用4位二进制数表示1位十进制数,ASCII码 标准信息交换码,0 30H A 41H,9 39H F 46H,。,。,。,。,ASCII码 键入，7，5，（37H）（35H）,BCD07H 05H 75H,B4BH,键入，8，4，（38H）（34H）,08H 04H 84H,54H,显示:,显示+,显示=,00H 01H05H 09H 01H 59H,9FH,显示，1，5，9，（31H）（35H）（35H）
6、,37H0FH,举例,运算电路,N=0 A+B,N=1 A-B,二、运算电路与运算器,补码运算电路,EA,LB,CLK,Ev,LA,ADD A,A,三、状态标志,SF 符号标志 7(15),OF 溢出标志 OF=C7 C6(C15 C14),CF 进(借)位标志 CF=C7 N(C15 N),AF 半(借)进位标志 AF=C4 N,PF 奇偶标志 PF=7 6 0,1.4 运算电路,A,B,运算器,运算电路框图,EV,EA,LB,LA,1.6 微型计算机,1.6.1 总线,1.6.2 处理器(CPU),图1.6 指令和数据存放PROM中,地址译码器,来自内存地址寄存器,EPR,0,1,2,3,
7、4,5,E,F,M3,M2,M1,M0,D7 D6 D0,地址,内容,0F,0,输出控制,存储器,。,。,。,。,。,。,。,。,存储矩阵,0000(0)0000 1111(0F),0001(1)0011 1110(3E),1110(E)0010 0000(20),1111(F)0100 1111(40),0010(2)1110 0000(E0),0011(3)1111 0000(F0),M,。,图1.7 内存地址寄存器（MAR）与内存储器（PROM）的框图,LM,CLK,输出数据控制器,存储矩阵168,地址译码器,D,CP,Q,D,CP,Q,D,CP,Q,D,CP,Q,MAR,M3,M2,M
8、1,M0,总线（BUS）W7W6 W0,RF,R1,R0,PROM,D7,D1,D0,EPR,。,。,PROM,图1.8 模型机结构图,CLK,BUS,存储器,1.7.1 运算器,运算 判断(标志)数据通道,输出控制 Ei,输入控制 Li,存放代码（指令、数据）,存储器：,地址：（选中）存储单元（所需的）编码,内容：被选中输出时，对应的数据线的状态,（存储单元中存放的内容）,1.7 最简单的CPU,1.7.2 控制器,模型机,根据指令规定的操作，按一定的时间顺序产生相应的控制的信号（时序信号）、控制系统完成相应的操作,1、指令：操作码 操作数 例：0011 1110 助记符 ADDA,RE,表
9、1.6 加法指令操作过程表,脉冲分配器的结构框图,多谐振荡器,启停控制器,节拍发生器,CLR,HALT,T0,T1,T5,CLK,。,3、节拍发生器,图1.10 时序电平和时序脉冲波形,2、操作码译码器,操作时间表,指 令 操作 操作内容 控 制 电 位 时间 CP EP LM EPR LI EI LA EA N EV LB LD T0 PCMAR 1 1取指令 T1 PROMIR 1 1 T2 PC+1PC 1 T3 IR0-3MAR 1 1LD A,RX T4 PROMA 1 1 T5 T3 IR0-3MAR 1 1ADDA,RX T4 PROMB 1 1 T5=A+B A 1 1 T3
10、IR0-3MAR 1 1SUB A,RX T4 PROMB 1 1 T5=A-B A 1 1 1,4、操作控制部件,LDA,ADD,SUB,T0,T5,CP,EP,LM,LA,图1.14 产生LM和LA的组合逻辑电路,参见加法指令操作过程表,T0 T3,LM LA,.,.,.,A+RE A,CLK,BUS,5、程序计数器PC,存放下条指令的地址,复位后初值为0,每次输出后加1,顺序执行,转移：,目标地址,*,PC,6.总线 执行过程,地址,0,1,内容,助记符,操作,总线,0F,3E,LD A,RF,ADD A,RE,T0 EP LM PC MAR,T1 EPR LM(R0)IR,T2 CP PC+1 PC,T3 EI LM IR0-3 MAR,T4 EPR LA(RF)A,X 0,X F,40,T0T2 同上 取指令 3E,T3 EI LM IR0-3 MAR,T4 EPR LB(RE)B,T4 EV LA A+B+N A,X E,N=0,20,60,0F,要点,一、微型计算机的组成,二、微处理器的组成，时序控制,三、存储器：地址，内容,四、程序计数器PC,五、指令 操作码 操作数 助记符 ADD A,RF 机器码 0011 1111,
