第一章 微机基础知识

第一章微型计算机基础知识§1－1计算机中的数和编码计算机中的数据都是采用二进制形式存储和处理的，二进制数只有两个数字0和1，这与我们日常生活中所使用的十进制数是不同的。一．计算机中常用的数制人们最常用的数是十进制数，计算机中采用的是二进制数，同时有的时候为了简化二进制数据的书写，也采用八进制和十六进制表示方法。下面将分别介绍这几种常用的进制。1.十进制数——D十进制数是大家熟悉的，用0，1，2，…，8，9十个不同的符号来表示数值，它采用的是“逢十进一，借一当十”的原则。2、二进制数——B运算规则是“逢二进一，借一当二”。例：二进制数1011.1表示如下：(1011.1)B=1×23+0×22+1×21+1×20+1×2-13、八进制数——O例：(467.6)O=4×82+6×81+7×80+6×8-14、十六进制数——H用0-9、A-F十五个字符来数值，逢十六进一。各位的权值为i16二．进制间的转换1.二进制、八进制、十六进制十进制(1)B、O、HD按二进制的位权展开相加即可(2)DB、O、H（以二进制为例）整数转换采用除2取余法、小数转换采用乘2取整法（八进制、十六进制同理可得）例：(11101.101)B=1×24+1×23+1×22+0×21+1×20+1×2-1+0×2-2+1×2-3=16+8+4+0+1+0.5+0.25+0.125=29.875例：136.625转换成二进制。(136.625)D=(10001000.101)B2.二进制八进制、十六进制(1)BO“三位化一体”从小数点开始向两边分别进行每三位分一组，向左不足三位的，从左边补0；向右不足三位的，从右边补0。(2)BH“四位化一体”从小数点开始向两边分别进行每四位分一组，向左不足四位的，从左边补0；向右不足四位的，从右边补0。例：将(1000110.01)B转换为八进制数和十六进制数。001000110.01001000110.0100(106.2)O(46.4)H(3)O、HB采用“一位化三位（四位）”的方法。例：将(352.6)O转换为二进制数。352.6011101010110=(11101010.11)B三．符号数的表示法1.机器数与真值机器数：机器中编码表示的数。符号位(0正1负)+数值位真值：书写时实际表示的数。2.原码X1=123=+1111011BX2=-123=-1111011B[X1]原=01111011B[X2]原=11111011B8位原码数值范围：(-)1111111B～(+)1111111BFFH(-127)～7FH(127)其中，00H=80H=016位原码数值范围：FFFFH～7FFFH3.反码：正数：反码=原码负数：原码除符号位按位取反[X1]反=01111011B[X2]反=10000100B4.补码：正数：补码=原码负数：原码除符号位按位取反再加1[X1]补=[X1]原=[X1]反[X2]补=10000101B=[X1]反+1“扫描法”：从最低位→最高位扫描，保留第一个“1”前的所有位，以后的取反。符号位依然是“0正1负”。例：[-123]补=机器数（补码）：若最高位=0，则数为正，其余位即为此数绝对值若最高位=1，则数为负，其余位求补才为此数绝对值。8位补码数范围：80H～7FH（-128～+127）16位补码数范围：8000H～7FFFH（-32768～+32767）补码数的扩展：符号位向左扩展正数补0，负数补1例：68用8位二进制补码表示：44H用16位二进制补码表示：0044H-68用8位二进制补码表示：BCH用16位二进制补码表示：FFBCH5.补码的运算：看书上的例子∴在微机中，凡是符号数都用补码表示，并且运算结果也是补码（故要换算成真值）。四．二进制的加减运算1.无符号数的运算：2.符号数的运算：∵和数超出8位符号数所能表示补码数的范围。∴数值部分占据了符号位，产生溢出。判断溢出：OF==0无溢出1有溢出例：72+98－83－80五．逻辑运算与电路正逻辑与负逻辑CY⊕CS六．二进制编码1.BCD码BCD码是一种用二进制数来表示一位十进制数的编码，也称为二进制编码表示的十进制数。8421BCD码（用4位二进制数表示1位十进制数）BCD码有两种格式压缩4位表示1个D非压缩8位表示1个D例：82用压缩BCD表示：10000010B非压缩BCD表示：0000100000000010B75.4用BCD表示BCD码的加减运算看例：38+49错误原因：十进制数相加“逢十进一”，而计算机按二进制运算，每4位为一组，低4位向高4位进位等同于十六进制数低位向高位进位“逢十六进一”。所以，当相加结果超过9时将比正确结果少。解决方法：两个BCD数相加，各位分别相加，若结果在0～9之间，则正确；若结果大于9，则对其“加6调整”。减法：若低位向高位有借位时，低位要“减6调整”。2.ASCII码（AmericanStandardCodeforInformationInterchange）§1－2自学加复习§1－3微型计算机的结构和工作原理一、术语位字、字长字节指令程序ABDBCBCPU存储器I/O接口外设（微型计算机组成框图）二、微机的基本组成1、CPU（核心）按照程序指令的要求控制计算机各功能部件协调工作。因此，其决定了整个微型机的各项关键技术指标。功能：可进行算术逻辑运算；具有接收或发送数据给存储器和外设的能力；可暂存少量数据；可对指令进行译码并执行指令；提供整个系统所需的定时和控制信号；可响应其它部件发出的中断请求。组成：ALU（算术逻辑单元）：完成算术运算和逻辑运算等。寄存器控制器（定时与控制逻辑）2、总线计算机系统中各部件之间传送信息的公共通道，是由若干条通信线和起隔离、驱动作用的各种三态门器件组成。分类（按功能）地址总线（AB）：传送地址。CPU在地址总线上输出将要访问的内存单元或I/O端口的地址(单向)。AB的位数决定了CPU可直接寻址的内存空间的大小。例：数据总线（DB）：传送数据信息。CPU的数据存储器/IO接口字长：DB的位数控制总线（CB）：传送控制信号和时序信号。8位机的地址总线为16位，其最大可寻址空间为。=65536=64KB内存容量的计算：16条地址线可访问：64KB。另：1K=1024B1M=1024KB1G=1024MB16220条地址线可访问：=1MB2023、存储器用来存放当前正在使用的或经常使用的程序和数据。4、I/O接口是保证数据、控制与状态信息在CPU和I/O设备之间正常传送的电路。连接外设备和系统总线，完成信号转换、数据缓冲、与CPU进行信号联络等工作。例：显示器卡：完成显示器与总线的连接。声卡：完成声音的输入/输出。网卡：完成网络数据的转换。扫描卡：连接扫描仪到计算机。调制解调器卡：模拟信号与数字信号相互转换。键盘接口、打印机接口等。232接口：串行数据接口。USB接口：通用串行接口。5、I/O设备统称外部设备，简称外设。输入设备（Input）键盘、鼠标、扫描仪、数码相机输出设备（Output）显示器、打印机、绘图仪辅助存储器：磁盘、光盘、U盘、移动硬盘……可I可O。三、计算机的工作原理逐条地从存储器中取出程序中的指令，并执行指令规定的操作。控制器、ALU将指令码变成控制信号序列，控制信号发向关的部件，控制完成指令规定的操作。读出指令存储器控制器外设分析指令，控制完成ALU数据读入结果存入§1－48086/8088微处理器8086：Intel系列的16位微处理器，16条数据线、20条地址线，可寻址地址范围=1MB，8086工作时，只要一个5V电源和一个时钟，时钟频率为5MHz。8088：内部与8086兼容，也是一个16位微处理器，只是外部数据总线为8位，所以称为准16位微处理器。它具有包括乘法和除法的16位运算指令，所以能处理16位数据，还能处理8位数据。8088有20根地址线，所以可寻址的地址空间达即1M字节。一、8086/8088的功能结构202202AHALBHBLCHCLDHDLSPBPDISI通用寄存器运算寄存器ALUFLAGSEU控制系统123456CSDSSSESIP内部寄存器总线控制逻辑地址加法器20位16位指令队列寄存器外总线执行单元（EU）总线接口单元（BIU）8086CPU结构图∑1、总线接口单元（BIU）功能：负责CPU与存储器和I/O接口之间的信息传送。（1）从取指令送到指令队列。（2）CPU执行指令时，到指定的位置取操作数，并将其送至要求的位置单元中。组成：由寄存器、指令指针寄存器（指示器）、地址加法器以及总线控制逻辑组成。2、执行单元（EU）功能：负责指令的执行。（1）从指令队列中取出指令。（2）对指令进行译码，发出相应相应的控制信号。（3）接收由总线接口送来的数据或发送数据至接口。（4）进行算术运算。组成：由ALU、通用寄存器、标志寄存器和EU控制电路组成。二、8086/8088的寄存器1、通用寄存器14个寄存器8个通用寄存器2个控制寄存器4个段寄存器AHALBHBLCHCLDHDLSPBPSIDI数据寄存器地址指针寄存器2、指令指示器IPIP指向的是指令地址的段内地址偏移量。在开始执行程序时，给IP赋以第1条指令的地址，然后每取一条指令IP的值就自动加1，指向下一条指令的地址。3、状态标志寄存器Flags16位寄存器，有9个标志位（6个是状态标志、3个是控制标志），其中有7位未用。4、段寄存器86/88内存中通常存放三种信息堆栈信息（保存返回地址和中间结果）数据信息（字符、数值）代码信息（指令）CSDSSSES段寄存器D15D0OFDFIFTFSFZFAFPFCF1-低4位向高4位有进、借位0-低4位向高4位无进、借位进借位标志奇偶标志辅助进位标志零标志符号标志单步中断中断允许方向标志溢出标志1-有进、借位0-无进、借位1-结果为00-结果不为01-低8位有偶数个10-低8位有奇数个1§1－58086/8088的存储器结构一、存储器组织存储空间按字节来组织，每个存储单元都有一个CPU可识别的地址，每个存储单元中可保存8位二进制数，也就是一个字节。地址线20位,寻址=1M字节，地址编号：00000H～FFFFFH若存放一个字（16bit），则存放在两个存储单元中，高字节存放在高地址单元中，低字节存放在低地址单元中。指令、字节数据和字数据可以自动地存放在任何地址字节中。二、存储器分段∵8086/8088内部寄存器、总线等均为16位∴寻址范围仅为=65536=64K字节故引入“分段”概念，以获得20位地址。2021628086/8088CPU把1M字节的存储器空间划分为任意的一些存储段，一个存储段是存储器中可独立寻址的一个逻辑单位，也称逻辑段，每个段的长度为64K字节。01M64K一个段是存储器的一个逻辑单位。其长度可达64KB，每个段都由连续的存储单元构成，是存储器中独立的可分别寻址的单位。每段第一个字节的位置称为“段起始地址”。段起始地址必须能被16整除。段可以互相重叠，也可指向同一个空间。最多可分个段162三、逻辑地址和物理地址物理地址：信息在存储器中实际存放的地址。是用唯一的20位二进制数所表示的地址，规定了1M字节存储体中某个具体单元的地址。逻辑地址：允许在程序中编排的地址。表示形式即段基址：偏移地址段基址：该段第一个字节的位置。偏移地址（段内偏移量）：该存储单元相对于该段起点字节的距离。四、物理地址的生成存储单元的20位物理地址是通过将16位的段基址左移4位再加上16位的偏移地址而生成的。即：物理地址=段基址×10H+偏移地址由BIU中的地址加法器完成。段基址：存放在CS、DS、SS、ES。偏移地址：由SP、BP、SI、DI、IP以及相应寄存器的组合而构成。段寄存器值偏移量+物理地址16位4位16位20位存储器物理地址的计算方法例：逻辑地址=2000H：1234H物理地址=？物理地址=2000H×10H(16)+1234H=21234H逻辑地址=2100H：0234H物理地址