第1章(数制与数码)(1)

1、上课时间单周二单周二 第第5 5、6 6节节 京京15081508周四周四 第第1 1、2 2节节 京京32033203周五周五 第第3 3、4 4节节 京京21042104教学大纲课程目标l微型计算机的基本工作原理；微型计算机的基本工作原理；l汇编语言程序设计方法；汇编语言程序设计方法；l微型计算机接口技术；微型计算机接口技术；l建立微型计算机系统的整体概念，形成微机系统软硬件开发的初步能力。建立微型计算机系统的整体概念，形成微机系统软硬件开发的初步能力。在教学计划中的地位、作用和任务学科专业基础平台课程学科专业基础平台课程 重要重要性性非计算机专业必修课程非计算机专业必修课程 广泛广泛性性

2、系统理论与应用实践课程系统理论与应用实践课程 应用性应用性课程考核出勤次数出勤次数 + + 平时作业平时作业（15%15%） 平时成平时成绩绩实验环节实验环节 + + 实验报告实验报告（15%15%） 实验成实验成绩绩 以上两项为以上两项为必要必要条件条件期未期未闭卷闭卷考试考试（70%70%） 考试成绩考试成绩课程的主要内容 80X86 CPU 80X86 CPU 的体系结构的体系结构 80X86 CPU 80X86 CPU 的软件编程的软件编程 微机接口与接口芯片应用微机接口与接口芯片应用 80X86 CPU 80X86 CPU 的体系结构的体系结构 8086/8088CPU的内部结构 三

3、总线AB、DB、CB 的线路特点 PC微机的工作原理及工作时序 80X86 CPU 80X86 CPU 的软件编程的软件编程 8086CPU的寻址方式 8086CPU的指令系统 PC微机的汇编语言程序设计微机接口与接口芯片应用微机接口与接口芯片应用 微机与外设的接口方式 I/O 接口芯片的使用 I/O 接口系统的编程 课程教学介绍第一部分：第一部分： 微型计算机基础微型计算机基础 课程教学介绍第二部分：微处理器第二部分：微处理器 课程教学介绍第三部分：第三部分：80868086寻址方式与指令系统寻址方式与指令系统 （传送、算术运算、逻辑运算与移位、转移传送、算术运算、逻辑运算与移位、转移等等）

4、课程教学介绍第四部分：汇编语言程序设计第四部分：汇编语言程序设计 课程教学介绍第五部分：存储器第五部分：存储器 课程教学介绍第六部分：中第六部分：中 断断 （两种命令字设置、编程两种命令字设置、编程）课程教学介绍 课程教学介绍第八部分：微机接口芯片及应用第八部分：微机接口芯片及应用 （） 微型计算机的常用术语1.位位（bit）是计算机所能表示的最小最基本的数据单位，它指的是取值只能为0或1的一个二进制数值位。位作为单位时记作b位高位 低位字节2.字节（byte）由8个二进制位组成，通常用作计算存储容量的单位。字节作为单位时记作BK是Kilo的缩写，1K=1024 ； 210M是Mega的缩写，

5、1M=1024K； 220G是Giga的缩写，1G=1024M； 230T是Tera的缩写，1T=1024G。 240微型计算机的常用术语3.字字（Word）：两个相邻字节组成的16位二进制,2个字节。双字、四字、双四字4.字长字长是微处理器可以一次直接处理的二进制数码的位数，它通常取决于微处理器内部通用寄存器的位数和数据总线的宽度。微处理器的字长有4位、8位、16位和32位等等。8086是16位微处理器世界上有10种人：懂二进制数的和不懂二进制数的 -程序猿 一、计算机中的数制与转换数制的概念（表示数值）数制的概念（表示数值） 例如：一天有例如：一天有 24 24 小时，即逢小时，即逢 24

6、 24 进进 1 1；一小时有；一小时有 60 60 分，即逢分，即逢 60 60 进进 1 1。 数量是确定的，而表示数量进制是可变的我们的习惯十进制计算机采用计算机采用二进制（为什么？）二进制（为什么？）电路实现方便（硬件决定）数字电路两种稳态数字电路两种稳态: :饱和、截止饱和、截止计数特点简单计数特点简单: : 0 0、 1 1 ； L L、 H H； 低电平、高电平低电平、高电平数的多项式表示法设待表示的数为N则式中X为基数（进制数）ai为系数（0ai Xl）m为小数位数n为整数位数数制中的进制表示二进制表示二进制表示（B Binary):inary):符号符号 0 0、1 1 集合

7、，集合，尾符尾符 B B。例例11001100B B 十进制表示十进制表示（D Decimalecimal）符号符号 0 9 0 9 集合，尾符集合，尾符 D D 或缺省。或缺省。例例1212D D 或或 1212八进制表示八进制表示（O Octalctal）符号符号 0 7 0 7 集合，集合，尾符尾符 Q Q。例例1414Q Q十六进制表示十六进制表示（H Hexadecimal)exadecimal)符号符号 0 90 9、A A、B B、C C、D D、E E、F F 集合，集合，尾符尾符 H H。例例0 0C CH H进制间的转换210210、810810、 16101610 （例（

8、例1-11-1）例1-1（1） 二进制数 10011.11B=12402302212112012-112-2=19.75（2） 八进制数 7345.6Q=783382481580 68-1=3813.75（3） 十六进制 4AC6H=416310162121616160=191422828、216216 （例（例1-21-2）11011001011000111101100101100011B B=154543=154543Q Q= D963= D963H H方便方便: :整数部分整数部分从后向前从后向前每每3/43/4位取，不足在位取，不足在前面补零前面补零思考：小数部分？思考：小数部分？补充

9、补充：11011001011000.1111011001011000.11B B=33130.6Q=3658.CH进制间的转换102102、10161016整数部分和小数部分分别处理整数部分和小数部分分别处理整数采用整数采用“除除2 2取余法取余法”: : （例（例1-31-3）除权取余除权取余，直到商等于零为止，直到商等于零为止，逆序逆序排列排列余数余数。小数则采用小数则采用“乘乘2 2取整法取整法”：（例：（例1-41-4）乘权取整乘权取整，直到积的小数等于零为止（，直到积的小数等于零为止（可能永不为零可能永不为零），），顺序顺序排列排列整数整数小窍门：小窍门：对数值比较大的十进制数进行转

10、换时，对数值比较大的十进制数进行转换时， 可先将十进制数可先将十进制数转换转换为十六进制数为十六进制数二、计算机中的码制与运算码制的概念：处理数的符号问题码制的概念：处理数的符号问题1 1、原码、原码注：注：b7 = 0 b7 = 0 表示正数、表示正数、b7 = 1 b7 = 1 表示负数表示负数计算机中二进制数的最高位表示值的符号计算机中二进制数的最高位表示值的符号正数：原码与相应的二进制数完全相同；负数：二进制数的最高位一定是“1”，其余各位是该数的绝对值。零：有正零和负零之分。原码表示法最大优点：简单直观，但不便于加减运算8 8位原码表示数值范围位原码表示数值范围-127+127-12

11、7+127例1-5设机器字长为n=8时，试求+0、+6、+127、-0、-6、 -127 的原码解： +0原=0000 0000 -0原=1000 0000 +6原=0000 0110 -6原=1000 0110 +127原=0111 1111 -127原=1111 11112、反码正数的反码：与相应的原码完全相同；负数的反码：符号位不变，其余按位取反。零：有正零和负零之分。8 8位反码表示数值范围位反码表示数值范围-127+127-127+127例1-6 设机器字长为n=8时，试求+0、+6、+127、-0、-6、-127的反码解： +0反=00000000 -0反=11111111 +6反

12、=00000110 -6反=11111001 +127反=01111111 -127反=100000003、补码（便于加减运算）正数的补码：与原码完全相同X原=X反=X补；负数的补码：反码加一 X补=X反+1零：只有一个8 8位补码表示数值范围位补码表示数值范围-128-128+127+127例1-7 设机器字长为n=8时，试求+0、+6、+127、-0、-6、-127的补码解： -128补=1000 0000 +0补=0000 0000 -0补=0000 0000 +6补=0000 0110 -6补=1111 1010 +127补=0111 1111 -127补=1000 00014、偏移码

13、（便于判断大小）偏移码相当于把相应补码在数轴上向右平移2n-1（加1000 0000）8 8位偏移码表示数值范围位偏移码表示数值范围-128-128+127+127例1-8设机器字长为n=8时，试求-128、0、+127的偏移码解： -128移=0000 0000 0移=1000 0000 +127移=1111 1111 补码运算在计算机中带符号二进制数通常采用补码形式表示。补码有两个主要特点：使符号位与数一起参加运算；将两数相减变为减数变补后再与被减数相加来实现。加法规则： X+Y补=X补Y补减法规则： X-Y补=X补-Y补-Y补称作变补运算，可以用Y补再作一次求补运算（连符号位一起求反并+

14、1）例1-9X=64-12=52 （字长为8位） X补=64补十-12补 64补=01000000B12补=00001100B 变补 -12补=11110100B 01000000 11110100 1 00110100 自然丢失由于字长为8位，最高有效位的进位自然丢失。其结果为52的补码。溢出两个二进制数进行算术运算时，若运算结果超出可表达范围，则产生两个二进制数进行算术运算时，若运算结果超出可表达范围，则产生溢出溢出无符号数溢出判断？无符号数溢出判断？符号数运算的溢出判别 补码运算溢出判别法：双高位判别法Cs：如最高位（符号位）有进位，CS=1，否则，CS=0。CP：如次高位有进位，CP=

15、1，否则，CP=0。判别法则：无溢出：若Cs 和Cp相同有溢出： Cs 和Cp相异。当CSCp=1时，表示有溢出产生，否则无溢出产生正溢出： CS=0，CP=1负溢出： CS=1， CP=0例1-10改 X=-34-98=-132 （字长为8位） X补=-34补+-98补 34原 = 00100010B 98补 =01100010B -34补=11011110B -98补=10011110B 11011110 +10011110 1 01111100 CS=1， CP=0，负溢出小数点的处理1.1.定点表示（精度低）定点表示（精度低）小数点的位置在数的表示中是固定的小数点的位置在数的表示中是固

16、定的定点（纯）小数 定点（纯）整数 字长为字长为n，定点整数和小数的表示范围？，定点整数和小数的表示范围？符号实型数的定点、浮点表示2.2.浮点表示浮点表示小数点的位置在数的表示中是浮动小数点的位置在数的表示中是浮动的的浮点数应用中必须注意两个问题：（1）浮点数规格化（保留最多的有效数字）尾数用原码表示：最高位必须是1；尾数用补码表示：符号位与尾数最高位 必须相异；正数：尾数最高位必须是1负数：尾数最高位必须是0（尾数补码表示）。例1-12若用一个16位二进制表示浮点数，其中阶符尾符各占一位，阶数占5位，尾数占9位，试写出10110.101B的具体格式。解：将尾数以纯小数表示（最高位为1） 1

17、0110.101B = 0.101101012 2+5+5可得 S = 101101010 Sf=0 J=00101 Jf=0 表示形式为： 0，00101，0，101101010浮点数应用中必须注意两个问题：（2）浮点数的对阶原则 加减运算时，两数的阶码必须取得一致，否则不能进行加减运算，对阶原则如下：a.以大的阶码为准，对阶。b.对阶后数的大小不变（在精度允许范围）对阶规则：阶码每减少1，尾数向 移一位； 阶码每增加1，尾数向 移一位。左左右右计算机中信息的编码信息编码：十进制数的二进制编码字符信息的编码汉字编码1、十进制数的二进制编码由二进制数来为十进制数编码，称作BCD码 （1） 84

18、21码：四位二进制数的权分别为8、4、2、1的BCD码压缩BCD码：用4位二进制表示一位十进制数，例：324.6 对应的8421BCD码是 0011 0010 0100. 0110非压缩BCD码：用8位二进制表示一位十进制数， 高4位总是0000，低4位的00001001表示09， 例：25 对应的压缩8421BCD码是 非压缩8421BCD码是 （2） 2421码：四位二进制数的权分别为2、4、2、1的BCD码。（3）余 3码：将 8421码加上 0011。2、字符信息的编码字母、数字和符号等各种字符按特定的规则用二进制编码在计算机中表示。在微型机中表示字符的常用码制是ASCII码，它是美国

19、信息交换标准码American Standard Code for Information InterchangeASCII码用6位、7位或8位二进制数对字符编码。7位ASCII码可表示128种字符，它包括52个大、小写字母、09十个数字和控制符号8位ASCII码是在7位ASCII码基础上加一个奇偶校验位而构成。要求：要求：理解校验位的作用熟悉0F的ASCII码ASCII码的奇偶校验奇校验奇校验 加上校验位后编码中“1”的个数为奇数。 例：A的ASCII码是41H（1000001B） 以奇校验传送则为 C1H（11000001B）偶校验偶校验 加上校验位后 编码中“1”的个数为偶数。 上例若以

20、偶校验传送，则为 41H。输入ASCII 字符表（7位码）012345670NULDLESP0Pp1SOHDC1!1AQaq2STXDC2“2BRbr3ETXDC3#3CScs4EOTDC4$4DTdt5ENQNAK%5EUeu6ACKSYN&6FVfv7BELETB7GWgw8BSCAN(8HXhx9HTEM)9IYiyALFSUB*:JZjzBVTESC+;KkCFFFS,NnFSIUS/?O_oDELHL（3）汉字编码汉字编码的类型有四种： （1）外部码 （2）内部码每个汉字对应一个内部码，它通常反映了汉字在字库中的位置 （3）交换码 （4）输出码同一汉字的输出码因选择点阵的不同

21、而异。目前常用的汉字点阵有：1616、2424、3232、4040、4848、6464、7272、9696、108108等。微型计算机的组成算逻运算器算逻运算器累加器寄存器累加器寄存器控制器控制器内部总线内部总线内外存储器内外存储器系系统统总总线线I/O接接口口微处理器微处理器微型计算机微型计算机系统系统外外围围备备设设系系统统软软件件微型计算机微型计算机图图1.1 微处理器、微型计算机和微型计算机系统三者关系微处理器、微型计算机和微型计算机系统三者关系微处理器CPU：算术与逻辑运算部件（ALU）、控制器部件、累加器与寄存器、内部总线4部分组成ALU通用通用寄存器堆寄存器堆累加器累加器指令寄存

22、器指令寄存器指令译码器指令译码器定时与控制电路定时与控制电路I/O信号信号存储器写存储器写存储器读存储器读等待等待中断请求中断请求时钟时钟复位复位I/O写写I/O读读堆栈指示器堆栈指示器程序计数器程序计数器地址寄存器地址寄存器地址缓冲器地址缓冲器地址总线地址总线内部内部总线总线数据总线数据总线标志标志寄存器寄存器数数据据锁锁存存器器缓缓冲冲器器 微型计算机微型计算机：CPU、存储器、输入/输出（I/O）接口电路、系统总线DB数据总线数据总线CB控制总线控制总线 存储器存储器I/O接口接口CPU图图1.3 微型计算机微型计算机内、外存储器内存：内存条内存：内存条 外存：硬盘，软盘，外存：硬盘，软

23、盘，U U盘盘内存：短时存储区，掉电后数据丢失内存：短时存储区，掉电后数据丢失 外存：长期保存区，掉电后数据不丢失外存：长期保存区，掉电后数据不丢失内存：存取速度快，容量小、价格贵内存：存取速度快，容量小、价格贵 外存：容量大、价格低，存取速度慢外存：容量大、价格低，存取速度慢有关内存储器的几个概念内存单元的地址和内容内存单元的地址和内容内存容量内存容量内存的操作内存的操作内存的分类内存的分类内存单元的地址和内容内存按单元组织内存按单元组织每单元都对应一个地址，以方便对单元的寻址每单元都对应一个地址，以方便对单元的寻址1011011038F04H内存地址内存地址单元内容单元内容内存容量内存容量

24、：内存容量： 所含存储单元的个数，以字节为单位内存容量的大小依内存容量的大小依CPUCPU的寻址能力而定的寻址能力而定内存操作读：读： 将内存单元的内容取入CPU，原单元内容不改变；写：写： CPU将信息放入内存单元，单元中原来的内容被覆盖。内存储器的分类随机存取存储器（随机存取存储器（RAMRAM）只读存储器（只读存储器（ROMROM）按工作方按工作方式可分为式可分为微型计算机系统 微型计算机、系统软件和外设微型计算机、系统软件和外设IBM 360IBM 360系列电脑系列电脑 计算机工作原理冯冯. . 诺依曼（诺依曼（J.Von NeumannJ.Von Neumann） 19131913

25、年出生于匈牙利年出生于匈牙利19571957年逝世于美国年逝世于美国 冯冯. . 诺依曼理论诺依曼理论存储程序原理存储程序原理冯. 诺依曼理论计算机的数制采用二进制；计算机的数制采用二进制；存储程序存储程序原理（原理（把程序当作数据来对待） ；计算机从逻辑上划分为五个部分，即运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。计算机从逻辑上划分为五个部分，即运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。存储程序原理将计算过程描述为由许多条指令按一定顺序组成的程序，并放入将计算过程描述为由许多条指令按一定顺序组成的程序，并放入存储器存储器保存；保存；指令按其在存储器中指令按其在存储器中存放的顺序存放的顺序

26、执行；执行；由由控制器控制器控制整个程序和数据的存取以及程序的执行。控制整个程序和数据的存取以及程序的执行。冯. 诺依曼计算机基本结构存储器存储器控制器控制器输入设备输入设备输出设备输出设备微型计算机的构成数据总线数据总线 DB控制总线控制总线 CB 存储器存储器I/O接口接口CPU图图1.3 微型计算机微型计算机地址总线地址总线 AB总线分类CPU（内部）总线（内部）总线系统总线：三总线系统总线：三总线外部总线：计算机系统间的信号连接总线外部总线：计算机系统间的信号连接总线片内总线：片内总线： 片外总线片外总线按相对按相对CPU的位置分的位置分按按层次结构层次结构分分三总线描述地址总线地址总

27、线 AB AB （Address BusAddress Bus）由 CPU 输出的一组地址通信线，用于确定存储器单元地址或I/O 端口地址。数据总线数据总线 DB DB （Data BusData Bus） CPU 与其他部件间的数据通信线，用于CPU与存储器单元或 I/O 端口间读写数据。控制总线控制总线 CB CB （Control BusControl Bus）CPU 与其他部件间多种且独立的控制通信线，完成CPU与存储器、 I/O 接口间的特定操作控制。READY：“1” 高电平有效 ， BUSY：“0”低电平有效哈佛体系结构冯冯诺依曼总线结构诺依曼总线结构 程序、数据共用总线，程序、

28、数据共用总线， CPU CPU 取指或读写数据需分时操作。取指或读写数据需分时操作。哈佛总线结构哈佛总线结构 程序、数据各用总线，程序、数据各用总线， CPU CPU 取指或读写数据可同时操作。取指或读写数据可同时操作。注：哈佛体系结构的典型应用在注：哈佛体系结构的典型应用在 DSP DSP 芯片芯片模型计算机1、 模型计算机CPU的结构J J2 2I I2 2ALUALUF F内内部部数数据据总总线线A AB BPCPCARARPLAPLAIDIDDRDRCPUCPU3E3E48485F5F87876A6AC5C51212 3E 3E0000ABAB5E5EE6E6ABABDBDB存储器存储

29、器IRIR图图1.13 1.13 模型计算机的模型计算机的CPUCPU结构结构 2、 模型计算机的存储器结构及其操作 地址寄存器AR定为8位，可寻址256个单元，模型计算机存储器由256个单元组成。地地址址译译码码器器0000单元单元0101单元单元0202单元单元FFFF单元单元000001010202FFFF地址地址单元内容单元内容ABABCBCBDBDBI/OI/O缓冲缓冲器器控控 制制 逻逻 辑辑图图1.14 模型计算机的存储器结构模型计算机的存储器结构 存储器中的两种操作：读操作和写操作。 （1）读操作 图图1.15 1.15 存储器读操作示意图存储器读操作示意图 地地址址译译码码器

30、器0 0单元内容单元内容3EH3EHFFFF单元内容单元内容0202控控 制制 逻逻 辑辑地址地址单元内容单元内容ABAB读信号读信号DBDB02023EH3EHI/OI/O缓冲缓冲器器（2）写操作 图图1.16 存储器写操作示意图存储器写操作示意图 写信号写信号地地址址译译码码器器0 0单元内容单元内容FFFF单元内容单元内容I/OI/O缓冲缓冲器器0303地址地址单元内容单元内容ABABDBDB03030FH0FH0FH0FH控控 制制 逻逻 辑辑3、总线4、模型计算机的指令与指令系统指令：计算机能实现的各种基本操作，我们把每一种基本操作 用命令的形式来表示。指令系统：计算机所能执行的全部

31、指令。程序：一串指令序列组成。指令通常分成操作码（Opcode，即Operation code）和操作数（Operand）两大部分。操作码：表示计算机执行什么操作；操作数：指明参加操作的数本身或操作数所在的地址。程序运行过程1、 程序的编写与存放用模型计算机来完成一个简单的计算，假设要把15H与25H相加，运算结果送到16H存储单元，然后停机。首先用助记符进行编程MOV B，15HMOV A，25HADD A，BMOV 16H，AHLT2、程序的运行过程CPU的执行过程取出指令执行指令两个阶段的循环在开始执行程序时，PC自动设置为00H，这样就自然地进入程序第一条指令的取指阶段，具体过程如下：1）第一条指令的取指阶段J J2 2I I2 2ALUALUF F内内部部数数据据总总线线A AB B0000PLAPLAIDID01H01H01H01HCPUCPU 01H01H 15H 15H 00H 00H 25H 25H 03H 03H 02H 02H 16H 16H 04H 04H DBDB存储器存储器PCPC0000+1+1ARARDRDRIRIR AB AB 读读图图1.18 1.18 取第一条指令的操作示意图取第一条指令的