第1章：微型计算机基础知识

1、 微机原理及应用微机原理及应用 课程重要性课程重要性: : 课程要求课程要求： 应用应用80868086汇编语言进行软汇编语言进行软 件设计。件设计。 应用应用8086CPU8086CPU及有关芯片进及有关芯片进 行硬件接口设计。行硬件接口设计。注意事项注意事项: : 1.1.上课不得迟到；上课不得迟到； 2.2.上课期间关闭手机、不得讲话；上课期间关闭手机、不得讲话； 3.3.缺勤达到一定次数将取消考试资格；缺勤达到一定次数将取消考试资格； 4.4.缺交作业达到一定次数、实验不及格将取消考试资格缺交作业达到一定次数、实验不及格将取消考试资格内容：内容：前言前言第一章：微型计算机基础知识第一章

2、：微型计算机基础知识第二章：第二章：80868086微处理器微处理器第三章：微型计算机指令系统第三章：微型计算机指令系统第四章：汇编语言程序设计第四章：汇编语言程序设计第五章：存储器及其与第五章：存储器及其与CPUCPU的接口的接口第六章：输入输出接口及中断技术第六章：输入输出接口及中断技术第七章：可编程第七章：可编程I/OI/O接口电路接口电路第八章：数模与模数转换第八章：数模与模数转换教材及参考书：教材及参考书：1.1.微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与接口技术 尹建华尹建华 高等教育出版社高等教育出版社2.2.微型计算机技术及应用微型计算机技术及应用 戴梅萼戴梅萼 清华大学出版社清

3、华大学出版社3.3.IBM-PCIBM-PC汇编语言程序设计汇编语言程序设计沈美明沈美明 清华大学出版社清华大学出版社4.4.IBM-PCIBM-PC汇编语言程序设计例题习题集汇编语言程序设计例题习题集 温冬婵温冬婵 清华大学出版社清华大学出版社第第1 1章：微型计算机基础知识章：微型计算机基础知识 1.1 1.1 微型计算机的发展概述微型计算机的发展概述 1.2 1.2 微型计算机的运算基础微型计算机的运算基础 1.3 1.3 微型计算机组成原理微型计算机组成原理 1.4 CPU1.4 CPU内部结构及微机的工作过程内部结构及微机的工作过程 1.1 1.1 微型计算机发展概述微型计算机发展概

4、述 电子计算机电子计算机是由各种电子器件组成的能够自动、高速、是由各种电子器件组成的能够自动、高速、精确地进行逻辑控制和信息处理的现代化设备。精确地进行逻辑控制和信息处理的现代化设备。 自自19461946年第一台电子计算机出现至今，经历了年第一台电子计算机出现至今，经历了电子管电子管计算机、计算机、晶体管晶体管计算机、计算机、中小规模集成电路中小规模集成电路计算机、计算机、大规大规模模/ /超大规模集成电路超大规模集成电路计算机，并开始了以计算机，并开始了以神经网络功能神经网络功能为基础的第五代计算机的研究。每代都向体积小、重量轻、为基础的第五代计算机的研究。每代都向体积小、重量轻、高性能的

5、方向发展。高性能的方向发展。按其性能、价格和体积来分：巨型、中型、小型和微型计按其性能、价格和体积来分：巨型、中型、小型和微型计算机算机一、电子计算机的发展史一、电子计算机的发展史第一台计算机：第一台计算机：19461946年年 ENIACENIAC（埃尼阿克）（埃尼阿克） 电子管，体积电子管，体积85m85m3 3， 占地面积占地面积150m150m2 2 ，重，重3030吨，吨，18001800多只电子管多只电子管, , 可存贮可存贮750750条指令，条指令，360360条乘法指令条乘法指令/ /秒秒 。 专门有一台发电机为其供电专门有一台发电机为其供电ENIAC (1946)掌上电脑掌

6、上电脑 (2000)1. 19461. 1946年年 19581958年年 第一代第一代电子管计算机时代电子管计算机时代 主要用于科学计算主要用于科学计算 逻辑元件：电子管，体积、功耗大。逻辑元件：电子管，体积、功耗大。 内存：磁芯、磁鼓，外存：磁带。内存：磁芯、磁鼓，外存：磁带。 语言：机器语言语言：机器语言汇编语言汇编语言 代表性的计算机：冯代表性的计算机：冯 诺依曼的存贮程序计算机诺依曼的存贮程序计算机 设计思想先进，对后来的计算机的发展产生了设计思想先进，对后来的计算机的发展产生了 深远的影响。深远的影响。 即，冯即，冯诺依曼型计算机结构体系：诺依曼型计算机结构体系： 计算机由计算机由

7、 运算器运算器+ +控制器控制器+ +存贮器存贮器+ +输入设备输入设备+ +输出设备输出设备 5部分组成部分组成2. 19582. 1958年年 19641964年年 第二代第二代晶体管计算机时代晶体管计算机时代 主要用于科学计算、工业控制主要用于科学计算、工业控制 体积小、重量轻、速度快、寿命长。体积小、重量轻、速度快、寿命长。 内存：磁芯。内存：磁芯。 外存：磁盘、磁带。外存：磁盘、磁带。 高级语言：高级语言：FORTRAN、COBOL。编译程序已普遍存在。编译程序已普遍存在。 主流产品：主流产品：IBM 7000系列系列 4. 19714. 1971年年 9090年代年代 第四代第四代

8、 LSILSI、VLSIVLSI计算机时代计算机时代 存贮量大，速度进一步加快、成本进一步降低。存贮量大，速度进一步加快、成本进一步降低。 半导体存贮器向大容量、高速度、低价格方向发展。半导体存贮器向大容量、高速度、低价格方向发展。典型机器：典型机器：IBM 4300系列等。系列等。 由于由于VLSI发展，从而导致以发展，从而导致以CPU为核心的为核心的微型计算机微型计算机的诞生。的诞生。5. 905. 90年代至今年代至今 第五代第五代研制神经元计算机系统研制神经元计算机系统 特征：特征：并行处理模式与学习功能。并行处理模式与学习功能。 其应用范围可扩展到冯其应用范围可扩展到冯诺依曼计算机和

9、传统人工智能技术极感诺依曼计算机和传统人工智能技术极感困难的领域困难的领域。 3. 19643. 1964年年 19701970年年 第三代第三代集成电路时代集成电路时代 SSISSI、MSIMSI（中小规模）（中小规模） 速度快、成本小、体积小、功耗小。速度快、成本小、体积小、功耗小。 软件系统日趋完善，出现了小型机系列（软件系统日趋完善，出现了小型机系列（PDP-11，VAX-11） 网络、数据库、微程序网络、数据库、微程序 广泛采用。广泛采用。二、微型计算机的发展二、微型计算机的发展1. 19711. 1971年年19731973年年 4 4位或位或8 8位低档微处理器和微型计算机位低档

10、微处理器和微型计算机 INTEL INTEL 4004 8008 集成度低、速度慢、指令简单。集成度低、速度慢、指令简单。 主要用于家电和简单控制系统。主要用于家电和简单控制系统。 2. 19742. 1974年年19771977年年 8 8位中档位中档PP和和C C INTEL 8080 INTEL 8080， 采用NMOS工艺，集成度进一步提高 Z-80Z-80，MC6800MC6800 基本指令速度基本指令速度1 2s 结构、指令系统完善结构、指令系统完善 3. 19783. 1978年年19811981年年 1616位中档位中档PP和和CC INTEL 8086/8088INTEL 8

11、086/8088， 采用HMOS工艺,字长从8位扩展到16位, Z-8000 Z-8000，MC68000MC68000 集成度提高，指令和体系结构完善，集成度提高，指令和体系结构完善， 采用多级中断、多重寻址和段式采用多级中断、多重寻址和段式Reg。 IBM公司推出的公司推出的IBM PC、IBM PC/XT中均采用中均采用8088主板（前主板（前者不带硬盘者不带硬盘）4. 19854. 1985年年19921992年年 3232位位PP和和3232位位C C INTEL INTEL 80386、80486 为微型机带来了小型机的性能。为微型机带来了小型机的性能。 这期间，为了和这期间，为了

12、和16位外设兼容，还推出了位外设兼容，还推出了80386SX（DB内为内为32位，外为位，外为16位）位）80386DX（内外（内外DB均为均为32位）位）80486SX（外加协处理器（外加协处理器与与80486DX的区别）的区别）80486DX（内部集成了（内部集成了386、387及及8KB的的Cache）80486DX2（内外两种主频，内部主频是外部主频的两倍）（内外两种主频，内部主频是外部主频的两倍） 作为过渡，作为过渡，1982年年 出现出现 Intel 80286 对应微机对应微机 PC/AT （数据线（数据线16位，地址线位，地址线24位，最大内存寻址位，最大内存寻址16MB）5、

13、1993年以来年以来 64位高档位高档P1993年年 Intel 公司推出外部数据总线公司推出外部数据总线64位的位的Pentium CPU（P5） 地址总线32位,内部数据总线32位,工作主频60MH z以上.1995年年 Intel 公司公司 Pentium Pro（P6）高能奔腾高能奔腾 地址总线36位 具有两倍P5的性能1996年年1997年年 采用采用 MMX多媒体扩展结构多媒体扩展结构 多媒体技术处理指令多媒体技术处理指令 MMX+P5P55C（又称Pentium MMX）（32KBCache） MMX+P6P（新的封装工艺） 由P55C和P构成的PC机分别称为多能奔腾机和 奔腾二

14、代机 1999年年 Pentium 主频主频450MHz以上以上32KB的一级Cache、512KB的二级Cache2000年年Pentium 至2001年主频已达到1.8G 三、几个重要概念三、几个重要概念 微处理器：微处理器：由大规模集成电路组成的能执行一定的指令由大规模集成电路组成的能执行一定的指令 系统的器件。实际上它是利用大规模集成系统的器件。实际上它是利用大规模集成 电路技术把计算机的中央处理单元电路技术把计算机的中央处理单元( (运算器运算器 和控制器和控制器) )集成在一块芯片上。集成在一块芯片上。 微处理器简称为微处理器简称为CPU CPU (Central Processi

15、ng Unit) (Central Processing Unit) 微型计算机微型计算机 ：由微处理器、存贮器、接口电路等组成由微处理器、存贮器、接口电路等组成 的一个完整的计算机。微型计算机具有完的一个完整的计算机。微型计算机具有完整整 的运算功能的运算功能, ,但它不包括但它不包括I/OI/O设备。设备。 微型计算机系统：微型计算机系统：微型计算机系统由系统硬件（微型计微型计算机系统由系统硬件（微型计 算机、算机、I/OI/O设备）和系统软件所组成，如设备）和系统软件所组成，如 IBMPC/XTIBMPC/XT机。机。数制数制 二进制二进制 十进制十进制 八进制八进制 十六进制十六进制

16、用途用途 计算机内用计算机内用 现实生活用现实生活用 用于压缩书写二进制数，转换用于压缩书写二进制数，转换更直观、更简洁、更方便更直观、更简洁、更方便数码数码 0 0，1 1 0 0，1 1，9 9 0 0，1.7 1.7 0 0，1.91.9，A A，B.F B.F 基数基数 2 2 10 10 8 8 16 16 位权位权 2 2i i 1010i i 8 8i i 1616i i 规则规则 逢逢2 2进进1 1 逢逢1010进进1 1 逢逢8 8进进1 1 逢逢1616进进1 1 表示形表示形式式 (XX(XXX)X)2 2 XXXXX XB B (XX(XXX)X)10 10 XXXX

17、X XD D (XX(XXX)X)8 8 XXXXX XQ Q (XX(XXX)X)1616 XXXXX XH H一、进位数制一、进位数制1.2 1.2 微型计算机的运算基础微型计算机的运算基础 B B（BinaryBinary）表示二进制数；表示二进制数； O O（OctonaryOctonary）表示八进制数；表示八进制数； D D（DecimalDecimal）表示十进制数，通常其后缀可以省略；表示十进制数，通常其后缀可以省略； H H（HexadecimalHexadecimal）表示十六进制数。表示十六进制数。 11100112211nmiiimmnnnnRRdRdRdRdRdRdR

18、dN二、数制的转换二、数制的转换1. 1. 任意进制数任意进制数十进制数十进制数各位数字按位权展开后相加各位数字按位权展开后相加例例1 1：二进制数：二进制数1101111011十进制数十进制数 例例2 2：八进制数：八进制数2765127651十进制数十进制数 2. 2. 十进制数十进制数 任意进制数任意进制数 整数部分：除基数取余（倒取）整数部分：除基数取余（倒取） 小数部分：乘基数取整（顺取）小数部分：乘基数取整（顺取）例例3 3：512.75D = 1000.6Q 512.75D = 1000.6Q （1010进制进制 8 8进制，进制，K=8K=8）例例4 4：130.625D =

19、10000010.101B ; (10130.625D = 10000010.101B ; (10进制进制 22进制）进制）若出现乘积的小数部分一直不为若出现乘积的小数部分一直不为“0”，则可以根据计算精，则可以根据计算精度的要求截取一定的位数即可。度的要求截取一定的位数即可。 3. 3. 二二八八 十六进制特殊关系十六进制特殊关系 以小数点为基点，分别向左、向右以小数点为基点，分别向左、向右3 3（4 4）位）位二进制数用二进制数用1 1位八（十六）进制数取代（不足三位八（十六）进制数取代（不足三位零补）位零补） 即：三合一（四合一）即：三合一（四合一） 反之则：一拉三（一拉四）反之则：一拉

20、三（一拉四）例例5 5：（：（1000000000.01)1000000000.01)2 2= =（1000.2)1000.2)8 8 = =200.4H200.4H例例6 6：101111.001111B101111.001111B = 2F.3CH= 2F.3CH 4. 4. 数制转换的几点快速技巧数制转换的几点快速技巧 1 1）转换到二进制整数时，除）转换到二进制整数时，除8 8最快。最快。 除除2 2太慢，且篇幅巨大；除太慢，且篇幅巨大；除1616是二位数，速度也慢。是二位数，速度也慢。利用除利用除8 8以后一拉三速度最快。以后一拉三速度最快。2 2）利用最大拆分原则分解十进制数）利用

21、最大拆分原则分解十进制数 权位值：权位值：256256、128128、6464、3232、1616、 8 8、4 4、2 2、1 1 例如例如103D 103D 拆分为拆分为 64 +32 +4+2+1=01100111B64 +32 +4+2+1=01100111B3 3）利用）利用k=1024=2k=1024=21010快速决定位数与容量的关系快速决定位数与容量的关系 1k=21k=21010=10=10位；位； 1k1k1k=1M=201k=1M=20位；位； 1M1M1k=1G=301k=1G=30位；位； 64G=3664G=36位位三、计算机中数的表示方法三、计算机中数的表示方法

22、（一）、带符号数和无符号数一）、带符号数和无符号数 真值真值：用用“”“”号表示的带符号二进制数号表示的带符号二进制数 如如10111011B B +11 +11D D -1001 -1001B B -9 -9D D 带符号数带符号数： 最高位用最高位用0/10/1代码表示符号的二进制数代码表示符号的二进制数 如如 0101101011B B +11 +11D D 11001 11001B B -9 -9D D 无符号数无符号数： 机器的全部有效位都用来表示数的大小。机器的全部有效位都用来表示数的大小。 如如 0101101011B B +11 +11D D 11001 11001B B +2

23、5 +25D D1 1、原码、原码设有设有 X = XX = X1 1 X X2 2X Xn-1n-1 X Xi i 为一位为一位2 2# #数数则：则：0 0 X X1 1X X2 2X Xn-1n-1X0X01 1 X X1 1X X2 2X Xn-1n-1X0X0XX原原= =（二）（二）. .带符号数的原码、反码、补码表示带符号数的原码、反码、补码表示特例：特例： 0=0=0 000000000000000 n=8 n=8时时 0=0=1 100000000000000例：例： x1=67=+1000011Bx1=67=+1000011Bx1x1原原= =0 0100001110000

24、11x2=x2=67=67=1000011B1000011Bx2x2原原= =1 110000111000011原码表示的整数范围是原码表示的整数范围是-(2-(2n-1n-11)1) +(2+(2n-1n-11)1)，其中，其中n n为机器字长。为机器字长。通常：通常：8 8位二进制原码表示的整数范围是位二进制原码表示的整数范围是127127127127， 1616位二进制原码表示的整数范围是位二进制原码表示的整数范围是32767327673276732767原码的优点：原码的优点： 简单易懂、与真值转换方便。简单易懂、与真值转换方便。 缺点：缺点： （1 1） 零不唯一，具有二义性零不唯一

25、，具有二义性 （2 2）不便于计算（首先判符号，再决定）不便于计算（首先判符号，再决定 用加或减）用加或减）2 2、反码、反码0 0 X X1 1X X2 2X Xn-1n-1X0X01 1 X X1 1X X2 2X Xn-1n-1X0X0XX反反= = 00反反=00000000=00000000 00反反=11111111=11111111例如：当机器字长为例如：当机器字长为8 8位二进制数时：位二进制数时： X X1011011 X1011011 X原原01011011 X01011011 X反反0101101101011011 Y Y1011011 Y1011011 Y原原11011

26、011 Y11011011 Y反反1010010010100100负数的反码与负数的原码有很大的区别负数的反码与负数的原码有很大的区别，反码通常用作，反码通常用作求补码过程中的中间形式。反码表示的整数范围与原码求补码过程中的中间形式。反码表示的整数范围与原码相同。相同。 3 3、补码、补码（1 1）. .同余的概念与补码同余的概念与补码 同余（余相等）同余（余相等） 例：钟表例：钟表3 = 15 3 = 15 （mod 12mod 12） 用用1212去除去除3 3和和1515，余数皆为，余数皆为3 3，称，称 3 3、1515在以在以1212为模时同余，记作：为模时同余，记作：3 = 15

27、3 = 15 （mod 12mod 12） 或说：或说：3 3和和1515在以在以1212为模时相等为模时相等 模模为一个计量系统的最大量程为一个计量系统的最大量程推至一般：推至一般：a+M = a a+M = a （mod Mmod M）a+2M = aa+2M = a（mod Mmod M） 因而有：因而有：4+10= 6 = 4+10= 6 = 4 4 （mod 10mod 10） 6= 6= 4 4 （mod 10mod 10）称：以称：以1010为模时，为模时，6 6与与4 4相等；相等；6 6为为4 4的补码。的补码。 或说：或说：6 6与与4 4对模对模1010来说互为补数。来说

28、互为补数。 这时，我们可以这时，我们可以将减法转化为加法将减法转化为加法：7 7 4 = 4 = 7+6 7+6 （mod 10mod 10）结论：减去一个数等于加上这个数的补数结论：减去一个数等于加上这个数的补数注意：注意：对于字长为对于字长为n n的计算机来说，模为的计算机来说，模为2 2n n， 2 2n n在计算机在计算机中仅能以中仅能以n n个个0 0表示，因此可以说，表示，因此可以说， 2 2n n与与0 0在计算机中的表在计算机中的表现形式是一样的。现形式是一样的。 00补补=00000000=00000000 00补补=2=2n n 0 0 00000000 00000000

29、（mod 2mod 28 8） （2)2)补码的求法补码的求法定义定义 X补 = 0 0X X1 1X X2 2.X.Xn-1n-1 X0 X01 1X X1 1X X2 2.X.Xn-1n-1+1 X0+1 X0 或或 X补= X 0XX 0X2 2n-1n-1-1-12 2n n X -2X -2n-1n-1XX0 0（mod 2mod 2n n）-1-1补补= 2= 2n n 1=FFH -101=FFH -10补补= 2= 2n n 10=F6H 10=F6H -128-128补补= 2= 2n n 128=80H128=80H 二进制数 无符号十进制数带 符 号 数原码反码补码000

30、0 00000000 00010000 0010 0111 11100111 11111000 00001000 0001 1111 11011111 11101111 1111012 126127128129 253254255+0+1+2 +126+127-0-1 -125-126-127+0+1+2 +126+127-127-126 -2-1-0+0+1+2 +126+127-128-127 -3-2-1表表 8位二进制数的原码、反码和补码表位二进制数的原码、反码和补码表 (3).(3).补码特点：补码特点：补码表示法中，最高位仍为符号位，正数为补码表示法中，最高位仍为符号位，正数为0

31、0，负数为，负数为1 10 0仅有一种表示方法仅有一种表示方法当当n=8n=8时，时， 补码范围为：补码范围为：127X-128 127X-128 当当n=16n=16时，补码范围为：时，补码范围为：32767X-3276832767X-32768-128-128的原、反码无法表示，但其补码即为的原、反码无法表示，但其补码即为-0-0的原码。的原码。(4).(4).关于补码注意：关于补码注意：在微型计算机中所有带符号的数据都是补码表示的。在微型计算机中所有带符号的数据都是补码表示的。采用补码的目的在于可用加法的运算代替减法运算，从而采用补码的目的在于可用加法的运算代替减法运算，从而简化硬件结构

32、，降低成本。简化硬件结构，降低成本。(5)(5)求补码的真值求补码的真值正数：正数：XX真真= X= X补补 X X本身即为真值本身即为真值负数：负数补码按位数取反加负数：负数补码按位数取反加1 1，即可得到补码对应真值，即可得到补码对应真值的绝对值的绝对值（三）补码的运算（三）补码的运算 符号位和数值位一起参加运算，并且自动获得结果符号位和数值位一起参加运算，并且自动获得结果（包括符号位与数值位）。（包括符号位与数值位）。 补码加法的运算规则为：补码加法的运算规则为：即：两数补码的和等于两数和的补码。即：两数补码的和等于两数和的补码。 补补补yxyx例1 已知+51补=0011 0011B，

33、+66补=0100 0010B， -51补=1100 1101B，66补=1011 1110B求 +66补+51补=？+66补+-51补=？ -66补+-51补=？ 可以看出，不论被加数、加数是正数还是负数，只可以看出，不论被加数、加数是正数还是负数，只要直接用它们的补码直接相加，当结果不超出补码所表要直接用它们的补码直接相加，当结果不超出补码所表示的范围时，计算结果便是正确的补码形式。但当计算示的范围时，计算结果便是正确的补码形式。但当计算结果超出补码表示范围时，结果就不正确了，这种情况结果超出补码表示范围时，结果就不正确了，这种情况称为称为。 补码减法的运算规则为：补码减法的运算规则为：

34、补补补补补yxyxyx 例 已知+51补=0011 0011B，+66补=0100 0010B51补=1100 1101B，66补=1011 1110B求 +66补+51补=? -66补- -51补=? 可以看出，无论被减数、减数是正数还是负数，上述可以看出，无论被减数、减数是正数还是负数，上述补码减法的规则都是正确的。同样，由最高位向更高位补码减法的规则都是正确的。同样，由最高位向更高位的进位会自动丢失而不影响运算结果的正确性。的进位会自动丢失而不影响运算结果的正确性。 计算机中带符号数用补码表示时有如下优点：计算机中带符号数用补码表示时有如下优点： 无符号数 带符号数 11100001 2

35、25 -31补+) 00001101 +) 13 +) +13补 11101110 238 -18补 若两操作数为无符号数时，计算结果为无符号数若两操作数为无符号数时，计算结果为无符号数11101110B11101110B，其真值为，其真值为238238，结果正确；若两操作数为，结果正确；若两操作数为补码形式，计算结果也为补码形式，补码形式，计算结果也为补码形式，11101110B11101110B为为1818的补码，结果也是正确的。的补码，结果也是正确的。 1. 1. 进位与溢出进位与溢出 所谓所谓，是指运算结果的最高位向更高位的进位，是指运算结果的最高位向更高位的进位，用来判断用来判断无符

36、号数无符号数运算结果是否超出了计算机所能表运算结果是否超出了计算机所能表示的最大无符号数的范围。示的最大无符号数的范围。 是指是指带符号数的补码运算溢出带符号数的补码运算溢出，用来判断带符，用来判断带符号数补码运算结果是否超出了补码所能表示的范围。号数补码运算结果是否超出了补码所能表示的范围。就叫补码溢出，简称溢出。就叫补码溢出，简称溢出。 2. 2. 判断溢出的方法判断溢出的方法 根据参加运算的两数的符号及运算结果的符号判断溢出根据参加运算的两数的符号及运算结果的符号判断溢出 例： 两数x，y (x0，y0) x-y y-x 但 x+y 和应为正，若为负则有溢出。 -x-y和应为负，若为正则

37、有溢出。皆不会产生溢出。 用双高位法来进行判断用双高位法来进行判断 b7”b6”b2”b1”b0” + b7b6b2b1b0 b7 b6.b2 b1 b0 0 b7无进位1 b7有进位 1 溢出 0 无溢出0 b6无进位1 b6有进位Cp=CsCp=溢出的处理：增加字长。溢出的处理：增加字长。Cs= 例例 设有两个操作数设有两个操作数x x=01000100B=01000100B，y y=01001000B=01001000B，将这两个操作数送运算器做加法运算，试问：将这两个操作数送运算器做加法运算，试问： 若为若为无符号数，计算结果是否正确？无符号数，计算结果是否正确？ 若为带符号补码数，若

38、为带符号补码数，计算结果是否溢出？计算结果是否溢出？ 例例 设有两个操作数设有两个操作数x x=11101110B=11101110B，y y=11001000B=11001000B，将这两个操作数送运算器做加法运算，试问：将这两个操作数送运算器做加法运算，试问： 若为若为无符号数，计算结果是否正确？无符号数，计算结果是否正确？ 若为带符号补码数，若为带符号补码数，计算结果是否溢出？计算结果是否溢出？ 四、数的定点和浮点表示四、数的定点和浮点表示 计算机不仅要处理整数运算，还需处理小数运算，计算机不仅要处理整数运算，还需处理小数运算，如何处理小数点位置是十分重要的。通常有定点与如何处理小数点位

39、置是十分重要的。通常有定点与浮点两种方法。浮点两种方法。 （一）、定点表示法（一）、定点表示法 小数点位置在数中固定不变小数点位置在数中固定不变 常用两种为：常用两种为： 1. 定点纯小数定点纯小数 小数点固定在最高数值位左边小数点固定在最高数值位左边, ,其本身不占位其本身不占位 其格式为其格式为尾数尾数S符号位符号位 小数点隐含在此处 2. 定点纯整数定点纯整数 小数点固定在最低数值位右边小数点固定在最低数值位右边, ,其本身不占位其本身不占位 其格式为其格式为尾数尾数S符号位符号位小数点隐含在此处 例1：有如下两个8位二进制数 0 1 0 1 0 1 0 0 N1:符号位符号位 小数点位

40、置小数点位置 1 0 1 0 1 1 0 0 N2:符号位符号位 小数点位置小数点位置 1 0 1 0 1 1 0 0例2：有例1中同样两个数，小数点位置不同，则有 0 1 0 1 0 1 0 0 N1:符号位符号位 小数点位置小数点位置 N2:符号位符号位 小数点位置小数点位置分别表示真值：N1=+1010100=+0.65625，N2=-1010100=-0.65625定点整数或定点小数所允许表示的数值范围有限，运算精度低，定点整数或定点小数所允许表示的数值范围有限，运算精度低，但采用定点运算对硬件的需求较简单但采用定点运算对硬件的需求较简单二、浮点表示法二、浮点表示法 在位数有限的前题下

41、，尽量扩大数的表示范围，同时在位数有限的前题下，尽量扩大数的表示范围，同时又保持数的有效精度，往往采用浮点数表示数值。又保持数的有效精度，往往采用浮点数表示数值。 对于任意一个二进制数对于任意一个二进制数N N总可以表示为：总可以表示为： N=SN=S2 2P P其中其中S S是数是数N N的尾数，的尾数，P P是数是数N N的阶码的阶码 。格式如下：。格式如下：P Pf f阶码阶码P PS Sf f尾数尾数S SPf为阶码的符号位，为阶码的符号位，0-正，正，1-负负Sf为尾数的符号位，为尾数的符号位，0-正，正，1-负负例例：若有二进制数：若有二进制数0.0011010B，浮点表示为，浮点

42、表示为0.11010210B 当阶码当阶码P P取不同数值时，尾数小数点位置是可以变取不同数值时，尾数小数点位置是可以变动的，因此称为浮点法数。动的，因此称为浮点法数。 为了使微机在运行过程中不丢失有效数字，提高为了使微机在运行过程中不丢失有效数字，提高运算精度，一般都采用二进制浮点规格化数，所谓浮运算精度，一般都采用二进制浮点规格化数，所谓浮点点规格化规格化是指是指1/2|S|11/2|S|1； 五五. .计算机中二进制信息编码计算机中二进制信息编码 所谓二进制信息编码是指用二进制代码来表示计算所谓二进制信息编码是指用二进制代码来表示计算机要处理的信息机要处理的信息数值、数字、字母和符号等。

43、数值、数字、字母和符号等。 将将1 1位十进制的位十进制的0 0 9 9这这1010个数字分别用个数字分别用4 4位二进制码位二进制码的组合来表示，在此基础上可按位对任意十进制数进行的组合来表示，在此基础上可按位对任意十进制数进行编码。这就是二进制编码的十进制数，简称编码。这就是二进制编码的十进制数，简称BCDBCD码码(Binary-Coded Decimal)(Binary-Coded Decimal)。 最常用的是最常用的是8421 BCD8421 BCD码码BCDBCD码有两种形式，即码有两种形式，即压缩压缩型型BCDBCD码和非压缩型码和非压缩型BCDBCD码码。 压缩型压缩型BCD

44、BCD码用一个字节表示两位十进制数码用一个字节表示两位十进制数 非压缩型非压缩型BCDBCD码用一个字节表示一位十进制数。高码用一个字节表示一位十进制数。高4 4位位总是总是00000000，低，低4 4位用位用00000000 10011001中的一种组合来表示中的一种组合来表示0 0 9 9中的某一个十进制数。中的某一个十进制数。 表表 8421 BCD 码部分编码表码部分编码表 十进制数压缩型BCD码非压缩型BCD码123910111920210000000100000010000000110000100100010000000100010001100100100000001000010

45、00000010000001000000011 0000100100000001 0000000000000001 00000001 00000001 0000100100000010 0000000000000010 00000001例例 十进制数与十进制数与BCDBCD数相互转换。数相互转换。 将十进制数将十进制数69.8169.81转换为压缩型转换为压缩型BCDBCD数：数： 69.81=(0110 1001.1000 0001)69.81=(0110 1001.1000 0001)BCDBCD 将将BCDBCD数数1000 1001.0110 10011000 1001.0110 10

46、01转换为十进制数：转换为十进制数：(1000 1001.0110 1001)(1000 1001.0110 1001)BCDBCD=89.69 =89.69 例例 设有变量设有变量x x等于等于10010110B10010110B，当该变量分别为无符，当该变量分别为无符号数、原码、补码、压缩型号数、原码、补码、压缩型BCDBCD码时，试分别计算变量码时，试分别计算变量x x所代表的数值大小。所代表的数值大小。 所谓字符，是指数字、字母以及其他一些符号的总所谓字符，是指数字、字母以及其他一些符号的总称。称。 目前，国际上使用的字符编码系统有许多种。在微目前，国际上使用的字符编码系统有许多种。在

47、微机、通信设备和仪器仪表中广泛使用的是机、通信设备和仪器仪表中广泛使用的是ASCIIASCII码用一码用一个字节来表示一个字符，采用个字节来表示一个字符，采用7 7位二进制代码来对字符位二进制代码来对字符进行编码，最高位一般用做校验位。进行编码，最高位一般用做校验位。 7 7位位ASCIIASCII码能表示码能表示2 27 7=128=128种不同的字符，其中包括种不同的字符，其中包括数码数码(0(0 9)9)，英文大、小写字母，标点符号及控制字符，英文大、小写字母，标点符号及控制字符等，见表。等，见表。表表 美国标准信息交换码美国标准信息交换码ASCII(7位代码位代码) 1.3 1.3 计

48、算机的组成及工作原理计算机的组成及工作原理一、计算机硬件一、计算机硬件 一台计算机的硬件大致可分为运算器、控制器、一台计算机的硬件大致可分为运算器、控制器、存贮器、输入和输出设备五个部分存贮器、输入和输出设备五个部分输输出出设备设备输输入入设备设备输入输入接接口口输输出出接接口口存储器存储器 微型计算机微型计算机运算器运算器控制器控制器 微处理器微处理器微机系统的硬件组成微机系统的硬件组成 、存贮器、存贮器 存贮器是计算机的记忆部件存贮器是计算机的记忆部件，用于存放程序和程序，用于存放程序和程序中所用的数据，信息及中间结果。中所用的数据，信息及中间结果。存贮器由存贮单元组成，每个单元有一个编号

49、，这存贮器由存贮单元组成，每个单元有一个编号，这个编号称为存贮单元的地址，每个单元可存放一个个编号称为存贮单元的地址，每个单元可存放一个8 8位二进制数（数或指令）。位二进制数（数或指令）。计算机中是按地址存放或取出存贮单元中的内容计算机中是按地址存放或取出存贮单元中的内容, ,取取称为读称为读, ,存称为写。存称为写。 注：存贮单元、单元内容、注：存贮单元、单元内容、单单元地址、存贮器读写元地址、存贮器读写 、运算器、运算器 运算器是计算机对数据进行处理的部件运算器是计算机对数据进行处理的部件。它接收由。它接收由 输入设备或存贮器送来的数据，在控制器的控制下输入设备或存贮器送来的数据，在控制

50、器的控制下 , ,完成某一规定的基本操作。完成某一规定的基本操作。如如: :加、减、比较、与、或、异或、移位、传送等。加、减、比较、与、或、异或、移位、传送等。 、控制器、控制器 控制器是计算机的控制指挥系统。它能不断从存贮器控制器是计算机的控制指挥系统。它能不断从存贮器 中取出指令，并对这些指令进行译码，产生一系列控中取出指令，并对这些指令进行译码，产生一系列控 制信号来执行这些指令。制信号来执行这些指令。、输入设备、输入设备 输入设备用来将原始数据和处理程序送入存贮器。常输入设备用来将原始数据和处理程序送入存贮器。常 用的输入设备有：键盘、输入机、磁盘驱动器等。用的输入设备有：键盘、输入机

51、、磁盘驱动器等。、输出设备、输出设备 输出设备用来将计算机的处理结果以字母、数字或图输出设备用来将计算机的处理结果以字母、数字或图 形方式提供出来形方式提供出来. .常用的输出设备有常用的输出设备有: :打印机打印机, ,显示器显示器 等。等。 通常人们把存贮器、运算器、控制器三部分称为计算通常人们把存贮器、运算器、控制器三部分称为计算 机主机机主机, ,而而I/OI/O设备称为计算机的外围设备。设备称为计算机的外围设备。其中运控其中运控 部分又称为中央处理单元，简称部分又称为中央处理单元，简称CPUCPU。微型计算机硬件系统结构微型计算机硬件系统结构 地址总线地址总线AB定时电路输入设备输入

52、设备输出设备输出设备I/O接口接口ROMRAM数据总线数据总线DB控制总线控制总线CB微微处处理理器器(CPU)二、微机系统结构二、微机系统结构 微型计算机硬件系统是以微处理器（微型计算机硬件系统是以微处理器（CPUCPU）为核心，）为核心，通过通过系统总线系统总线连接内存储器和连接内存储器和I/OI/O接口电路而构成的接口电路而构成的. . 所谓所谓总线总线，是计算机中各功能部件间传送信息的，是计算机中各功能部件间传送信息的公共通道，是微型计算机的重要组成部分。所有的信公共通道，是微型计算机的重要组成部分。所有的信息都通过总线传送。根据所传送信息的内容与作用不息都通过总线传送。根据所传送信息

53、的内容与作用不同，总线可分为三类：同，总线可分为三类： 地址总线地址总线AB(Address Bus)AB(Address Bus)：在对存储器或在对存储器或I/OI/O端口端口进行访问时，传送由进行访问时，传送由CPUCPU提供的要访问存储单元或提供的要访问存储单元或I/OI/O端口的地址信息，以便选中要访问的存储单元或端口的地址信息，以便选中要访问的存储单元或I/OI/O端端口，是单向总线。口，是单向总线。 数据总线数据总线DB(Data Bus)DB(Data Bus)：从存储器取指令或读写操从存储器取指令或读写操作数，对作数，对I/OI/O端口进行读写操作时，指令码或数据信息端口进行读

54、写操作时，指令码或数据信息通过数据总线送往通过数据总线送往CPUCPU或由或由CPUCPU送出，是双向总线。送出，是双向总线。 控制总线控制总线CB(Control Bus)CB(Control Bus)：各种控制或状态信息通各种控制或状态信息通过控制总线由过控制总线由CPUCPU送往有关部件，或者从有关部件送往送往有关部件，或者从有关部件送往CPUCPU。 三、计算机软件三、计算机软件 计算机软件是计算机系统的重要组成部分。它可分为计算机软件是计算机系统的重要组成部分。它可分为 系统软件和用户软件两大类系统软件和用户软件两大类, ,其系统软件有以下几部其系统软件有以下几部 分。分。 1 1、

55、操作系统、操作系统 系统软件的核心称为操作系统，其主要作用是对系系统软件的核心称为操作系统，其主要作用是对系 统的硬、软件资源进行合理的管理。为用户创造方统的硬、软件资源进行合理的管理。为用户创造方 便，有效和可靠的计算机工作环境。便，有效和可靠的计算机工作环境。 2 2、I/OI/O驱动程序驱动程序 3 3、文件管理系统、文件管理系统, ,文本编辑程序文本编辑程序 4 4、翻译程序、翻译程序 5 5、连接程序、连接程序, ,装入程序装入程序 6 6、调试程序、调试程序1.4 1.4 微处理器内部结构及工作过程微处理器内部结构及工作过程外部DB 微处理器微处理器 (CPU)AARPLAPC标志

56、寄存器IDIRDRRA至外部CB外部AB 4001H E7H 4002H 34H 4003H A5H 4004H 62H 4005H 38H存储器存储器 地址 单元内容ALU内 部 数 据 总 线DB一、典型的一、典型的CPUCPU内部结构内部结构1 1运算器运算器 运算器又称算术逻辑单元运算器又称算术逻辑单元ALU(Arithmetic Logic ALU(Arithmetic Logic Unit)Unit)，用来进行算术或逻辑运算以及移位循环等操作。，用来进行算术或逻辑运算以及移位循环等操作。参加运算的两个操作数一个来自累加器参加运算的两个操作数一个来自累加器A(Accumulator)

57、A(Accumulator)，另一个来自内部数据总线，可以是，另一个来自内部数据总线，可以是数据缓冲寄存器数据缓冲寄存器DR(Data Register)DR(Data Register)中的内容，也可以中的内容，也可以是寄存器阵列是寄存器阵列RA(Register Array)RA(Register Array)中某个寄存器的内中某个寄存器的内容。计算结果送回累加器容。计算结果送回累加器A A暂存。暂存。 2. 2. 控制器控制器 控制器又称控制单元控制器又称控制单元CU(Control Unit)CU(Control Unit)，是全机的指挥，是全机的指挥控制中心。它负责把指令逐条从存储器

58、中取出，经译码分控制中心。它负责把指令逐条从存储器中取出，经译码分析后向全机发出取数、执行、存数等控制命令，以保证正析后向全机发出取数、执行、存数等控制命令，以保证正确完成程序所要求的功能。确完成程序所要求的功能。 (1) (1) IRIR：指令寄存器：指令寄存器(8(8位位) ) 指令寄存器用来存放指令码即操作码。指令寄存器用来存放指令码即操作码。（2 2）IDID：指令译码器：指令译码器 指令译码器用来对指令进行译码，以确定计算机应执指令译码器用来对指令进行译码，以确定计算机应执 行何种操作。行何种操作。(8(8输入其译码输出可达输入其译码输出可达256)256) (3)PLA (3)PL

59、A：可编程序逻辑阵列：可编程序逻辑阵列 根据译码电位和时钟信号发出执行一条指令所需的控根据译码电位和时钟信号发出执行一条指令所需的控 制信号。制信号。3. 3. 内部寄存器阵列内部寄存器阵列 (1) PCPC：程序计数器：程序计数器(16(16位位) ) 程序计数器用来存放指令地址，又称为指令寄存器。程序计数器用来存放指令地址，又称为指令寄存器。 由于通常程序是顺序执行，所以就要求有一个部件能由于通常程序是顺序执行，所以就要求有一个部件能 追踪指令所存的内存地址，且要求每取出一条指令追踪指令所存的内存地址，且要求每取出一条指令 后，能加，以指向下一条指令的地址。后，能加，以指向下一条指令的地址

60、。(2) AR(2) AR：地址寄存器：地址寄存器(16(16位位) ) 地址寄存器用来存放要寻址的单元的地址码。它包括地址寄存器用来存放要寻址的单元的地址码。它包括 指令地址和数据地址，通过指令地址和数据地址，通过ABAB总线送至存贮器的地址总线送至存贮器的地址 译码器。译码器。(3)DRDR：数据寄存器：数据寄存器(8(8位位) ) 数据寄存器用来存放送往或来自数据寄存器用来存放送往或来自DBDB总线的数据。总线的数据。 它可以存放内存读出来的指令或数据，也可存放写入它可以存放内存读出来的指令或数据，也可存放写入 内存的数据。内存的数据。(4)IR(4)IR：指令寄存器：指令寄存器(8(8