第01章 微型计算机基础知识

微机原理及应用微机原理及应用1主讲：谢维成@yahoo.com.cn西华大学电气信息学院2课程性质：必修，电类专业（信息工程、电气工程、测控技术、应用电子）学科专业技术基础基础课学时：授课48学时（3.5学分)，实验10学时(单独)考试：题库命题统考（笔试、作业实验）要求：理解计算机硬件工作原理，掌握硬件系统分析和设计技术，须熟练掌握宏汇编语言程序设计技术。学完本课程，可参加全国计算机III级考试以及考研。课程介绍3Š学习并掌握先修课的有关内容Š课堂：听讲与理解、适当笔记Š课后：认真看书、琢磨原理、完成作业Š实验：充分准备、细心实验Š成绩：课堂（含考勤和作业）：10%实验：20%期末统考成绩：70%Š摸索自己的学习方法学习方法建议4第1章微型计算机基础知识（内容）Š1.1计算机中数字和编码系统Š1.2微型计算机中的数据类型Š1.3计算机的基本结构及其整机工作Š1.4微处理器的发展史5教学重点Š微型计算机的系统组成Š计算机中数字和编码系统61.1计算机中数字和编码系统Š数在计算机中是以器件的物理状态来表示的。一个具有两种不同稳定状态且能相互转换的器件，就可以用来表示一位二进制数。因此，在计算机内使用二进制数既简单又可靠。Š所谓进位计数制是指按进位的原则进行计数。71.1.1计算机中数制Š逢N进一。N是指进位计数制表示一位所需要的符号数目，称为基数。例如十进制数是由0、1、2、3、4、5、6、7、8、9十个数字符号组成，基数为10，逢十进一。二进制数由0、1两个数字符号组成，基数为2，逢二进一。Š采用位权表示法。处在不同位置上的数字所代表的值不同，一个数字在某个固定位置上所代表的值是确定的，这个固定位上的值称为位权。位权与基数的关系是：各进位制中位权的值恰好是基数的若干次幂。8常用到的数制Š常用到的数制有二进制、八进制、十进制、十六进制。在几种数制混合使用的场合，通常我们在数字后面加上字母B表示一个二进制数，以字母O表示八进制，以字母D或不加任何字母来表示十进制数，以字母H表示十六进制。9十进制和二进制Š例1在十进制数中，3058.72可表示为：3058.72==3×103+0×102+5×101+8×100+Š7×10-1+2×10-2Š例2在二进制数中，10111.01可表示为：Š10111.01==1×24+0×23+1×22+1×21+1׊20+0×2-1+1×2-210数制之间的转换（2-10）Š例3求（1100101.101）2的等值十进制Š1100101.101B=1×26+1×25+0×24+0×23+1×22+0×21+1×20+1×2-1+0×2-2+1×2-3Š=64+32+0+0+4+0+1+0.5+0.125Š=（101.625）10Š即（1100101.101）2=（101.625）1011数制之间的转换（10-2）Š整数的转换可采用除2取余倒写，即把要转换的十进制数的整数部分不断除以2，并记下每次除所得余数，直到商为0为止，将所得余数，从昀后一次除得余数读起，就是这个十进制整数所对应的二进制整数。小数部分的转换采用乘2取整顺写，被转换的小数部分，每次相乘后，所得乘积的整数部分就为对应的十进制数，将所得小数从第一次乘得整数读起，就是这个十进制小数所对应的二进制小数。12数制之间的转换（10-2）Š例4求（66.625）10的等值二进制数Š解先求（66）10的等值二进制数13数制之间的转换（10-2）Š再求（0.625）10的等值二进制数Š0.625×2=1.2501Š0.250×2=0.5000Š0.500×2=1.0001Š即（0.625）10=（0.101）2Š所以，（66.625）10=（1000010.101）2Š这里要说明的是，十进制小数不一定都能转换成完全等值的二进制小数。14数制之间的转换（2-16，16-2）Š方法：Š2-16：以小数点为基准，分别向左和向右每4位划为一组，不足4位用0补，每组用其对应的十六进制数代替。Š16-2：将每位十六进制数用其对应的4位二进制数代替。Š例：Š11110.01B=00011110.0100BŠ=1E.4HŠ7D.2H=01111101.0010BŠ（2-8，8-2？位二进制）15D:\DEBUG↙;进入DEBUG－R↙;显示各寄存器内容AX=0000BX=0000CX=0000DX=0000SP=FFEEBP=0000SI=0000DI=0000DS=1271ES=1271SS=1271CS=1271IP=0100NVUPEIPLNZNAPONC1271:0100B83412MOVAX,1234－D0:0↙;显示内存0~7Fh单元的内容0000:00009E0FC9D865047000-16001308650470000000:00106504700054FF00F0-587F00F0F5E700F00000:0020000000D028001308-6FEF00F06FEF00F00000:00306FEF00F06FEF00F0-9A001308650470000000:0040070070D04DF800F0-41F800F0072561FD0000:005039E700F040025C02-2D047000280A5C030000:0060A4E700F02F00D408-6EFE00F004065C030000:00701D0000D0A4F000F0-22050000341200C0－161.1.2计算机中信息的编码表示Š1、十进制数的二进制表示（BCD）ŠBCD码：（BinaryCodedDecimal）Š也称为8421码。Š例：ŠBCD码：（1001000101010011.00100100B）=（9153.24H）表示的是（9153.24）D17ASCII码Š2、字母与数字的二进制编码表示（P4-5）ŠASCII码：AmericanStandardCodeforInformationInterchangeŠ7bitASCII码表示128种字符；Š8bitASCII码含一位奇偶校验位；ASCII0~930H-39HA~Z41H-5AHa~z61H-7AH回车符0DH换行符0AH18D:\DEBUGÝ;进入DEBUG-EDS:0‘HelloWorld!’Ý;向当前数据段填写入字符串-DDS:0Ý;查看字符串在内存存放情况1693:000048656C6C6F20576F-726C642118108A03HelloWorld!....1693:0010181017031810230E-0101010002FFFFFF......#.........1693:0020FFFFFFFFFFFFFFFF-FFFFFFFFE70F4E01..............N.1693:00301F14140018009316-FFFFFFFF00000000................1693:0040070A000000000000-0000000000000000................1693:0050CD21CB0000000000-0000000000202020.!...........1693:00602020202020202020-0000000000202020.....1693:00702020202020202020-0000000000000000........-QÝ;退出DEBUG1693:000048656C6C6F20576F-726C642118108A03HelloWorld!....例在DEBUG下查看字符串在内存的存放情况：191.2微型计算机中的数据类型Š1.2.1常用数据类型Š1.数据在内存中的存储方式Šbit–Byte–Word–Dword（内存中按Byte存储）Š例：内存中存数据1234HŠm+2Šm+1ŠmŠm-1…XX1234XX…202.整数Š80X86微处理器参加运算的整数操作数为8位或16位Š80386/80486CPU及其以后的操作数还可为32位Š（1）无符号数Š全部位用来表示数，MSB：31、15、7；LSB：0Š（2）带符号数ŠMSB：用来表示符号位Š表示方式：原码，反码，补码；211）原码Š正数符号位用“0”表示；Š负数符号用“1”表示。Š[X]原==0Xn-2Xn-3…X1X0(X0)Š[X]原==1Xn-2Xn-3…X1X0(X0)ŠEg:ŠX=+105[X]原=01101001ŠX=-105[X]原=11101001222）反码Š正数反码：表示与原码相同，昀高位“0”表示正，其余位为数值位。Š负数的反码：表示为负数原码的符号位不变尾数按位取反。Š例:ŠX=+4[X]反=00000100ŠX=-4[X]反=11111011233）补码Š正数的补码：与原码相同，(昀高位用“0”表示正，其余位为数值位。)Š负数的补码：它的反码+1。Š[X]补=X(0=X=2n-2)Š[X]补=2n+X(-2n-2=X=0)Š例：Š[+127]原=01111111[+0]原=00000000Š[-127]反=10000000[-0]反=11111111Š[-127]补=10000001[-0]补=00000000244）带符号数的运算Š补码运算Š[X±Y]补=[X]补+[±Y]补Š[[X]补]补=[X]原Š补码的意义：Š1将减法用加法实现，省去减法器，简化硬件。Š2无符号数及带符号数加减运算用同一电路完成。25补码运算过程Š1、求出X和±Y的补码Š2、再将求补后的数相加，[X]补+[±Y]补Š3、相加的结果求补码就是两数运算的结果。26补码运算举例（P12）在计算机中计算看作无符号数看作带符号数11110001+0000110011111101241+12253（15）+（+12）311110001000011001110010124112229（15）（+12）27例:8位运算器27运算溢出的判别法Š1、无符号数的运算溢出判别Š判断进位和借位情况Š2、带符号数的运算溢出判别Š双高位判别法：ŠCs表示昀高位的进位或借位ŠCp表示次高位的进位或借位Š则：CsCp=00；11无溢出Š01；结果正溢出Š10；结果负溢出28补码运算溢出判别举例Š例：-15+12：11110001Š+00001100Š11111101ŠCsCp=00结果正确Š-110-32：10010010Š11100000Š101110010ŠCsCp=10结果负溢出29其他数据类型Š3字符串Š在内存中为连续的字节数；Š4位及位串Š80X86CPU支持对二进制位的操作；Š5组合BCD数、未组合BCD数、ASCIIŠ组合BCD数：1个字节表示两位BCD数：Š例：01010100B=54H，十进制值为54；Š未组合BCD数：1个字节只能用低4位表示BCD数：Š例：00000101B=05H，十进制值为5；301.3计算机的基本结构及其整机工作原理微型计算机的系统组成控制总线CB数据总线DB地址总线AB系统总线形成处理器子系统I/O设备I/O接口存储器系统总线BUS311.3计算机的基本结构及其整机工作原理Š1.3.1简化计算机的基本结构运算器（CPU）控制器输入（I/O）输出M存储器ABDBCB321、8088的内部结构1234内部暂存器IPESSSDSCS控制电路外部总线控制电路∑ALU标志寄存器AHALBHBLCHCLDHDLSPBPSIDI地址加法器执行部件（EU)通用寄存器指令队列总线接口部件（BIU)16位20位8位8位段寄存器332、内存的逻辑结构（读写）n根CPU地址线AB控制线CB地址译码器1100110000110011101010101111000010001000地址00...0000地址00...0001地址00...0010地址00...0011地址11…1111数据线DB34存储空间的分配存储空间的