微机原理教学教案.docx
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微机原理教学教案
教案
授课题目
第1章微型计算机基础知识
授课时数
教学方法
授课班级
与时间
教学目标
微型计算机的组成和各部分的作用，以及计算机中数的表示方法。
技能目标：
计算机中数的表示方法：
原码、反码、补码的关系。
教学重点
微型计算机的组成和各部分的作用，以及计算机中数的表示方法。
教学难点
计算机中数的表示方法：
原码、反码、补码的关系。
教学内容、方法及过程
§1.1微型计算机的组成及工作原理
1.1.1微型计算机中的基本概念
1．微处理器（Microprocessor）
2．微型计算机
（1）单片微处理机
（2）通用微型计算机
3．微型计算机系统
1.1.2微型计算机的基本结构
微型计算机的基本组成
1.1.3微型计算机的基本工作过程
微型计算机的基本工作过程是执行程序的过程，也就是CPU自动从程序存放的第1个存储单元起，逐步取出指令、分析指令，并根据指令规定的操作类型和操作对象，执行指令规定的相关操作。
如此重复，周而复始，直至执行完程序的所有指令，从而实现程序的基本功能，这就是微型计算机的基本工作原理。
工作过程：
§1.2微处理器及其发展
1.2.1微处理器的发展历史
1.2.2微处理器的内部结构
1．总线部件
2．预取部件
3．译码器
4．控制器
5．运算逻辑部件
6．存储器管理部件
1.2.3Pentium系列微处理器
1.2.3.1Pentium奔腾微处理器的主要特点：
1、标量体系结构
2、双流水线结构
1.2.3.2PentiumMMX的主要特点
PentiumMMX是在奔腾芯片基础上增加了MMX技术。
1.2.4微处理器的发展趋势
§1.3数制与编码
1.3.1数制的表示
1.常用数制
（1）十进制数
我们熟悉的十进制数有两个主要特点：
有十个不同的数字符号：
0、1、2、…、9；
低位向高位进、借位的规律是“逢十进一”“借一当十”的计数原则进行计数。
例如：
1234.45=1×103＋2×102＋3×101＋4×100＋4×10-1＋5×10-2
式中的10称为十进制数的基数,103、102、101、100、10-1称为各数位的权。
十进制数用D结尾表示。
（2）二进制数
在二进制中只有两个不同数码：
0和1，进位规律是“逢二进一”“借一当二”的计数原则进行计数。
二进制数用B结尾表示。
例如，二进制数11011011.01可表示为：
（11011011.01）2==1×27＋1×26＋0×25＋1×24＋1×23＋0×22＋1×21＋1×20＋0×2-1＋1×2-2
（3）八进制数
在八进制中有0、1、2…、7八个不同数码，采用“逢八进一”“借一当八”的计数原则进行计数。
八进制数用Q结尾表示。
例如，八进制数（503.04）Q可表示为：
（503.04）Q=5×82+0×81+3×80+0×8-1+4×8-2
4）十六进制数
在十六进制中有0、1、2…、9、A、B、C、D、E、F共十六个不同的数码，采用“逢十六进一”“借一当十六”的计数原则进行计数。
十六进制数用H结尾表示。
例如，十六进制数（4E9.27）H可表示为
（4E9.27）H=4×162＋14×161＋9×160＋2×16-1＋7×16-2
2．不同进制数之间的相互转换
表1-4列出了二、八、十、十六进制数之间的对应关系，熟记这些对应关系对后续内容的学习会有较大的帮助。
1）二、八、十六进制数转换成为十进制数
根据各进制的定义表示方式，按权展开相加，即可转换为十进制数。
【例1-1】将（10101）B，（72）Q，（49）H转换为十进制数。
（10101）B=1×24＋0×23＋1×22＋0×21＋1×20=37
（72）Q=7×81+2×80=58
（49）H=4×161＋9×160=73
（2）十进制数转换为二进制数
十进制数转换二进制数,需要将整数部分和小数部分分开,采用不同方法进行转换,然后用小数点将这两部分连接起来。
①整数部分：
除2取余法。
具体方法是：
将要转换的十进制数除以2，取余数；再用商除以2，再取余数，直到商等于0为止，将每次得到的余数按倒序的方法排列起来作为结果。
②小数部分：
乘2取整法。
具体方法是：
将十进制小数不断地乘以2，直到积的小数部分为零（或直到所要求的位数）为止，每次乘得的整数依次排列即为相应进制的数码。
最初得到的为最高有效数位，最后得到的为最低有效数字。
（3）二进制与八进制之间的相互转换
由于23=8，故可采用“合三为一”的原则，即从小数点开始向左、右两边各以3位为一组进行二-八转换：
若不足3位的以0补足，便可以将二进制数转换为八进制数。
反之，每位八进制数用三位二进制数表示，就可将八进制数转换为二进制数。
（4）二进制与十六进制之间的相互转换
由于24=16，故可采用“合四为一”的原则，即从小数点开始向左、右两边各以4位为一组进行二—十六转换，若不足4位的以0补足，便可以将二进制数转换为十六进制数。
反之，每位十六进制数用四位二进制数表示，就可将十六进制数转换为二进制数。
1.3.2常用的信息编码
二—十进制BCD码（Binary-CodedDecimal）
二—十进制BCD码是指每位十进制数用4位二进制数编码表示。
由于4位二进制数可以表示16种状态，可丢弃最后6种状态，而选用0000～1001来表示0～9十个数符。
这种编码又叫做8421码。
2.字符编码（ASCII码）
数字0～9的ASCII码为30H～39H。
大写英文字母A～Z的ASCII码为41H～5AH。
小写英文字母a～z的ASCII码为61H～7AH。
3.奇偶校验码
§1.4计算机数值数据表示与运算
1.4.1二进制数在计算机内的表示
1.机器数
在计算机中，因为只有“0”和“1”两种形式，所以数的正、负号，也必须以“0”和“1”表示。
通常把一个数的最高位定义为符号位，用0表示正，1表示负，称为数符：
其余位仍表示数值。
把在机器内存放的正、负号数码化的数称为机器数，把机器外部由正、负号表示的数称为真值数。
要注意的是，机器数表示的范围受到字长和数据的类型的限制。
字长和数据类型定了，机器数能表示的数值范围也就定了。
例如，若表示一个整数，字长为8位，则最大的正数为01111111，最高位为符号位，即最大值为127。
若数值超出127，就要“溢出”。
最小负数为10000000，最高位为符号位，即最小值为-128。
2.数的定点和浮点表示
计算机内表示的数，主要分成定点小数、定点整数与浮点数三种类型。
（1）定点小数的表示法
定点小数是指小数点准确固定在数据某一个位置上的小数。
一般把小数点固定在最高数据位的左边，小数点前边再设一位符号位。
按此规则，任何一个小数都可以写成：
N=NSN－1N－2···N－M，NS为符号位
（2）整数的表示法
整数所表示的数据的最小单位为1，可以认为它是小数点定在数值最低位右面的一种表示法。
整数分为带符号和不带符号两类。
对带符号的整数，符号位放在最高位。
可以写成：
N=NSNnNn－1···N2N1N0，NS为符号位
一般定点数表示的范围和精度都较小，在数值计算时，大多数采用浮点数。
（3）浮点数的表示方法
浮点表示法对应于科学（指数）计数法，如数110.011可表示为：
N=110.011=1.10011×2+10=11001.1×2－10=0.110011×2+11
在计算机机中一个浮点数由两部分构成：
阶码和尾数，阶码是指数，尾数是纯小数。
应当注意：
浮点数的正、负是由尾数的数符确定，而阶码的正、负只决定小数点的位置，即决定浮点数的绝对值大小。
带符号数的表示
在计算机中，带符号数可以用不同方法表示，常用的有原码、反码和补码。
（1）原码
（2）反码
（3）补码
1.4.2补码的运算
1.4.3逻辑运算
（1）“与”运算。
（2）“或”运算。
（3）“异或”运算。
教案
授课题目
第2章8086微处理器
教研室主任
教务科长
授课时数
教学方法
教具
授课班级
与时间
教学目标
知识目标：
本章主要讲述8086的硬件结构、外部引脚、内部寄存器的组织、和总线时序。
技能目标：
引脚功能和总线时序。
教学重点
本章主要讲述8086的硬件结构、外部引脚、内部寄存器的组织、和总线时序。
教学难点
引脚功能和总线时序。
教学内容、方法及过程
§2.18086CPU的结构
2.2.18086的结构特点
微处理器执行一段程序通常是通过重复执行如下步骤来完成。
即：
（1） 从内存储器中取出一条指令，分析指令操作码；
（2） 读出一个操作数（如果指令需要操作数）；
（3） 执行指令；
（4） 将结果写入内存储器（如果指令需要）。
1．总线接口部件
（1）4个段地址寄存器
CS--16位的代码段寄存器
DS--16位的数据段寄存器
ES--16位的扩展段寄存器
SS--16位的堆栈段寄存器
（2）16位的指令指针寄存器IP
（3）20位的地址加法器
（4）6字节的指令队列。
2．执行部件
（1）4个通用寄存器，即AX、BX、CX，DX；
（2）4个专用寄存器，即基数指针寄存器BP，堆栈指针寄存器SP，源变址寄存器SI，目的变址寄存器DI；
（3）标志寄存器Flag；
（4）算术逻辑单元ALU；
8086的执行部件（EU）有如下特点：
（1）4个通用寄存器既可以作为16位寄存器使用，也可以作为8位寄存器使用。
（2）AX寄存器也常称为累加器，8086指令系统中有许多指令都是通过累加器的动作来执行的。
（3）加法器是算术逻辑部件主要部件，绝大部分指令的执行都是由加法器完成的。
（4）标志寄存器共有16位，其中，7位未用
状态标志有6个，即SF、ZF，PF、CF，AF和OF。
符号标志SF（SignFlag）：
它和运算结果的最高位相同。
若运算结果最高位为1，则SF=1，否则SF=0。
零标志ZF（ZeroFlag）：
如果当前的运算结果为零，则ZF=1，否则ZF=0。
奇偶标志PF（ParityFlag）：
如果运算结果的低8位中所含的1的个数为偶数，则PF=1，否则PF=0。
进位标志CF（CarryFlag）：
当执行一个加法运算使最高位产生进位时，或者执行一个减法运算引起最高位产生借位时，则CF=1，否则CF=0。
辅助进位标志AF（AuxiliaryCarryFlag）：
当加法运算时，如果第三位往第四位有进位，或者当减法运算时，如果第三位从第四位有借位，则AF=1，否则AF=0。
溢出标志OF（OverflowFlag）：
当运算过程中产生溢出时，会使OF=1，否则OF=0。
控制标志有3个，即DF、IF、TF。
方向标志DF（DirectionFlag）：
这是控制串操作指令的标志。
如果DF=0，则串操作过程中地址会不断增值，反之，如果DF=1，则串操作过程中地址会不断减值。
中断标志IF（1uterruptEnableFlay）：
这是控制可屏蔽中断的标志。
如IF=0，则CPU不能对可屏蔽中断请求作出响应，如果IF=1，则CPU可以接受可屏蔽中断请求。
跟踪标志TF（TrapFlay）：
如果TF=1，则CPU按跟踪方式执行指令。
2.2.28086的总线工作周期
在8086中，一个最基本的总线周期由4个时钟周期组成
①在T1状态，CPU往多路复用总线上发出地址信息，以指出要寻址的存储单元及外设端口的地址。
②在T2状态，CPU从总线上撤消地址，而使总线的低16位浮置成高阻状态，为传输数据作准备。
总线的最高4位（A19～A16）用来输出本总线周期状态信息。
这些状态信息用来表示中断允许状态、当前正在使用的段寄存器名等。
③在T3状态，多路总线的高4位继续提供状态信息，而多路总线的低16位上出现由CPU写出的数据或者CPU从存储器或端口读入的数据。
④在有些情况下，被写入数据或者被读取数据的外设或存储器不能及时地配合CPU传送数据。
这时，外设或存储器会通过“READY”信号线在T3状态启动之前向CPU发一个“数据未准备好”信号，于是CPU会在T3之后插入1个或多个附加的时钟周期TW。
TW也叫等待状态。
在Tw状态，总线上的信息情况和T3状态的信息情况一样。
当指定的存储器或外设完成数据传送时，便在“READY”线上发出“准备好”信号，CPU接收到这一信号后，会自动脱离TW状态面进入T4状态.
⑤在T4状态，总线周期结束。
需要指出的是，只有在CPU和内存或I／O接口之间传输数据，以及填充指令队列时，CPU才执行总线周期。
可见，如果在1个总线周期之后，不立即执行下1个总线周期。
那么，系统总线就处在空闲状态，此时，执行空闲周期。
§2.28086/8088的引脚信号和工作模式
2.3.1最小模式和最大模式的概念
所谓最小模式，就是在系统中只有8086一个微处理器。
在这种系统中，所有的总线控制信号都直接由8086产生，因此，系统中的总线控制逻辑电路被减到最少。
最大模式是相对最小模式而言，在此系统中，包含两个或两个以上的微处理器，其中一个主处理器就是8086，其他的处理器称为协处理器，它们是协助主处理器工作的。
和8086配合的协处理器有两个。
一个是数值运算协处理器8087，一个是输入／输出协处理器8089。
2.3.28086的引脚信号和功能
1．AD15～AD0地址／数据复用引脚（双向工作）
2．A19／S6～A16／S3地址／状态复用引脚（输出）
3．BHE/S7高8位数据总线允许／状态复用引脚（输出）
4．NMI非屏蔽中断信号
5．INTR可屏蔽中断请求信号
6．RD读选通信号
7．CLK时钟信号
8．RESET复位信号
9．READY准备就绪输入信号
10．TEST测试信号
11．MN/MX最小／最大模式控制信号
12．GND地和VCC电源
2.3.38086最小工作方式
2.3.48086最大工作方式
当MN/MX加上低电平时，8086CPU工作在最大模式下。
此时8086CPU工作于多处理器系统。
1．总线控制器8288
2．总线仲裁控制器8289
2.3.58086系统复为和启动操作
在复位的时候，代码段寄存器CS和指令指针寄存器IP分别初始化为FFFFH和0000H。
所以，8086／8088在复位之后再重新启动时，便从内存的FFFF0H处开始执行指令，使系统在启动时，能自动进入系统程序。
在复位时，由于标志寄存器被清零，即所有标志位都被清除了，因而，系统程序在启动时，总是要通过指令来设置各有关标志。
复位信号RESET从高电平到低电平的跳变会触发CPU内部的一个复位逻辑电路，经过7个时钟周期之后，CPU就被启动而恢复正常工作，即从FFFF0H处开始执行程序。
§2.3存贮器组织
2.4.1由段寄存器、段偏移地址确定物理地址
20位物理地址=段寄存器的内容×16+偏移地址
段寄存器的内容×16（相当于左移4位）变为20位，再在低端16位加上16位的偏移地址，便可得到20位的物理地址。
这里仅以8086CPU复位后如何形成启动地址为例，说明物理地址的计算方法。
复位时CS的内容为FFFFH，IP的内容为0000H。
复位后的启动地址由CS段寄存器和IP的内容共同决定，即：
启动地址=CS×16+IP
=FFFF0H+0000H
=FFFF0H
2.4.2段寄存器的使用
教案
授课题目
教研室主任
教务科长
授课时数
教学方法
教具
授课班级
与时间
教学目标
知识目标：
掌握指令系统的的基本格式，指令系统的操作功能及使用方法。
技能目标：
8086寻址方式，数据传送类指令和算术运算类指令的使用。
教学重点
掌握指令系统的的基本格式，指令系统的操作功能及使用方法。
教学难点
8086寻址方式，数据传送类指令和算术运算类指令的使用。
教学内容、方法及过程
§3.18086的寻址方式
3.1.1操作数的寻址方式
１．立即数寻址
例：
MOVAX，1234H
这条指令的功能是：
把立即数1234H送入AX中。
２．寄存器寻址
如果操作数就在CPU的内部寄存器中，那么寄存器名在指令中给出。
这种寻址方式就叫寄存器寻址方式。
３．直接寻址
使用直接寻址方式时，数据总是在存储器中，存储单元的有效地址由指令直接指出，所以直接寻址是对存储器进行访问时可采用的最简单的方式。
假如DS=3000H
例：
MOVAX，DS：
[2010H]
物理地址=
DS×16＋2010H=3000H×16＋2010H=32010H
指令功能是将32010H和32011H两单元的内容送到AX中。
要注意的是采用直接寻址方式时，如果指令前面没有用前缀指明操作数在哪一段，则默认为段寄存器是数据段寄存器DS。
４．寄存器间接寻址
采用寄存器间接寻址方式时，操作数一定在存储器中，存储单元的有效地址由寄存器指出，这些寄存器可以为BX、BP，SI和DI之一，由于上述4个寄存器所黙认的段寄存器不同，这样又可以分两种情况：
①以SI、DI、BX进行间接寻址，则操作数通常存放在现行数据段中。
此时数据段寄存器内容加上SI、DI、BX中的16位段内偏移地址，即得操作数的地址
②寄存器BP间接寻址，则操作数存放在堆栈段区域中。
此时堆栈段寄存器内容加上BP中的16位段内偏移地址，即得操作数的地址。
假如SS=3000H
５．寄存器相对寻址
在这种寻址方式中，操作数存放在存贮器中。
操作数的地址是由段寄存器内容加上SI、DI、BX、BP之一的内容，再加上由指令所指出的8位或16位相对地址偏移量而得到的
６．基址、变址寻址
在8086中，通常把BX和BP作为基址寄存器，而把SI、DI作为变址寄存器。
将这两种寄存器联合起来进行的寻址就称为基址、变址寻址。
这时，操作数的地址应该是段寄存器内容×16加上基址寄存器内容（BX或BP内容），再加上变址寄存器内容（SI或DI内容）而得到的.
例：
MOVAX，[BX][SI]
７．基址、变址相对寻址
这种寻址实际上是基址、变址寻址的扩充。
即操作数的地址是由基址、变址方式得到的地址再加上由指令指明的8位或16位的相对偏移地址而得到的
3.1.2转移地址的寻址方式
１．段内直接寻址
段内直接寻址方式也称为相对寻址方式，转移的目标地址是当前IP内容和一个8位或16位的位移量DISP之和。
即物理地址=CS×16＋IP＋DISP
２．段内间接寻址
这种寻址方式在段内进行，其转移的目标地址是16位寄存器或两个相邻的存储单元的内容，即以寄存器或存储器单元内容来更新IP的内容。
如图3-11所示。
例：
JMPCX
JMPWORDPTR[BX]
３．段间直接寻址
在这种寻址方式中，指令码中将直接给出16位的段地址和16位的段内偏移地址。
例：
JMPFARPTRDADD1
４．段间间接寻址
这种寻址方式和段内间接寻址相似。
但是，由于确定转移地址需要32位信息，因此只适用于存贮器寻址方式。
用这种寻址方式可计算出存放转移地址的存贮单元的首地址，与此相邻的4个单元中，前两个单元存放16位的段内偏移地址；而后两单元存放的是16位的段地址，如图3-13所示。
例：
JMPDWORDPTR[BP][DI]
§3.28086指令系统
8086的指令系统大致可分为6种类型：
①数据传送指令
②算术运算指令
③逻辑运算和移位指令
④串操作指令
⑤程序控制指令
⑥处理器控制指令
3.2.1数据传送指令
8086有5类传送指令，以实现CPU的内部寄存器之间、CPU和存储器之间、CPU和I/O端口之间的数据传送。
1．通用传送指令
通用传送指令中包括最基本的传送指令MOV，交换指令XCHG，椎栈指令PUSH和POP，字节、字转换指令CBW和CWD。
（1）最基本的传送指令
指令格式：
MOVOPRDl，OPRD2
执行功能：
该指令可把一个字节或一个字操作数从源地址传送到目的地址中去。
OPRD1：
可以是累加器、寄存器和存贮器。
OPRD2：
可以是累加器、寄存器、存贮器以及立即操作数
1）在CPU各内部寄存器之间传送数据（除代码段寄存器CS和指令指针IP以外）。
2）立即数传送至CPU的内部通用寄存器（即AX、BX、CX、DX、BP、SP、SI、DI），给这些寄存器赋值。
3）CPU内部寄存器（除了CS和IP以外）与存贮器（所有寻址方式）之间的数据传送，与前述一样可以传送一个字节也可以传送一个字。
▲注意！
！
①MOV指令不影响任何标志位
②MOV的源操作数与目标操作数类型必须一致
③MOV指令的操作数不能全为存储单元
④MOV指令的操作数不能全为段寄存器
⑤立即数不能为目标操作数，立即数不能送段寄存器，可以通过内存变量或除段寄存器之外的其它寄存器给段寄存器赋值
MOVAX,0825H
MOVDS,AX
⑥CS为代码段寄存器，它是只允许读，不允许写的。
（可以用跳转指令改变CS）
（2）交换指令
指令格式：
XCHGOPRDl，OPRD2
执行功能：
交换指令把一个字节或一个字的源操作数与目的操作数相交换。
（3）堆栈操作指令
PUSHOPRD（压入堆栈指令）
POPOPRD（弹出堆栈指令）
2．地址传送指令
8086有3条地址传送指令。
（1）LEA指令
指令格式：
LEAOPRDl，OPRD2
执行功能：
该指令把源操作数OPRD2的地址偏移量传送至目的操作数OPRDl中。
源操作数必须是一个内存操作数，目的操作数必须是一个16位的通用寄存器。
这条指令通常用来建立串指令操作所需的地址指针。
LEABX，DATA和MOVBX，OFFSETDATA等价
LEASI，BUFFER和MOVSI，OFFSETBUFFER等价
（2）LDS指令
该指令完成一个地址指针的传送。
地址指针包括段地址和地址偏移量。
指令执行时，将段地址送入DS，地址偏移量送入一个16位的指针寄存器或变址寄存器。
例如：
LDSSI，[BX]
是把BX所指的32位地址指针的段地址送入DS，偏移地址送入SI。
（3）LES指令
这条指令除将地址指针的段地址送入ES外，其他操作与LDS的类似。
例如：
LESDI，[BX]
是把BX所指的32位地址指针的段地址送入ES，偏移地址送入DI。
3．输人输出指令
输入/输出指令用来完成累加器（AX/AL）与I/O端口之间的数据传送功能。
执行输入指令时，CPU可以从一个8位端口读入一个字节到AL中，也可以从两个连续的8位端口读一个字到AX中。
指令格式：
IN累加器，端口地址
执行输出指令时，CPU可以将AL中的一个字节写到一个8位端口中，或者将AX中的一个字写到两个连续的8位端口中。
指令格式：
OUT端口，累加器
端口地址的寻址范围是64K（0000H～FFFFH），若端口地址在00H～FFH之间，可以使用直接寻址方式，否则只能由16位寄存器DX来作间接寻址。
3.2.2算术运算指令
8086可提供加、减、乘、除4
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