微型计算机基础(数制与数码)

微型计算机原理与接口技术姓名：薛文平Email：xwping@Tel课时间单周二第5、6节京1508周四第1、2节京3203周五第3、4节京2104

课程名称：

《微型计算机原理与接口技术》

学时:

75学时（其中实验：8）

学分:

5教学大纲课程目标微型计算机的基本工作原理；汇编语言程序设计方法；微型计算机接口技术；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重要性非计算机专业必修课程广泛性系统理论与应用实践课程应用性课程考核出勤次数+平时作业（15%）平时成绩实验环节+实验报告（15%）实验成绩以上两项为必要条件期未闭卷考试（70%）考试成绩课程的主要内容

80X86CPU的体系结构

80X86CPU的软件编程微机接口与接口芯片应用

80X86CPU的体系结构

8086/8088CPU的内部结构三总线AB、DB、CB的线路特点

PC微机的工作原理及工作时序

80X86CPU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：微型计算机基础

掌握：数制与码制的表示、转换、运算（补码转换）掌握：带符号数的表示及溢出（双高位判别法）掌握：定点数/浮点数的表示了解：微型计算机的组成了解：执行一条指令的过程课程教学介绍第二部分：微处理器

掌握：8086微处理器结构掌握：8086寄存器功能（寄存器的默认用法、标志寄存器）掌握：8086的存储器与IO组织结构（物理地址的确定）掌握：8086引脚信号和工作模式（最大、最小模式的差别）课程教学介绍第三部分：8086寻址方式与指令系统

了解：8086指令格式与编码

掌握：8086寻址方式

掌握：基本

8086指令系统

（传送、算术运算、逻辑运算与移位、转移等）

课程教学介绍第四部分：汇编语言程序设计

掌握：8086汇编源程序的组成

掌握：8086汇编语言的基本语法

掌握：8086汇编语言常用伪指令

掌握：汇编语言程序设计的基本技术（顺序、分支、循环、子程序）了解：DOS功能调用

课程教学介绍第五部分：存储器

了解：存储器分类及性能指标

掌握：半导体存储器读/写、扩容方法掌握：与8086的连接

了解：微机存储器层次结构及管理

课程教学介绍第六部分：中断

了解：8086的中断系统

掌握：中断号、中断相量、中断相量表

掌握：中断控制器8259A

（两种命令字设置、编程）

课程教学介绍第七部分：微机接口基础

掌握：接口电路的基本功能和结构

掌握：I/O接口与I/O端口

掌握：接口的数据传输控制方式

掌握：基本输入输出接口

课程教学介绍第八部分：微机接口芯片及应用掌握：可编程并行接口芯片8255

（掌握方式0、了解方式1、方式2）

掌握：可编程计数/定时器芯片8253

（原理、功能、编程）了解：模/数和数/模接口芯片

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d7d6d5d4d3d2d1d0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，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）

例如：一天有24小时，即逢24进1；一小时有60分，即逢60进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——二进制（为什么？）电路实现方便（硬件决定）数字电路两种稳态:饱和、截止计数特点简单:0、1；

L、H；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（0<ai≤

X－l）

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（Binary):符号0、1集合，尾符B。《例》1100B

十进制表示（Decimal）符号0~9集合，尾符D或缺省。《例》12D

或12八进制表示（Octal）符号0~7集合，尾符Q。《例》14Q十六进制表示（Hexadecimal)符号0~9、A、B、C、D、E、F集合，尾符H。《例》0CH进制间的转换2→10、8→10、16→10

（例1-1）例1-1（1）二进制数

10011.11B=1×24＋0×23＋0×22＋1×21＋1×20＋1×2-1＋1×2-2=19.75（2）八进制数

7345.6Q=7×83＋3×82＋4×81＋5×80＋

6×8-1=3813.75（3）十六进制

4AC6H=4×163＋10×162＋12×161＋6×160=191422→8、2→16

（例1-2）1101100101100011B=154543Q=D963H方便:整数部分从后向前每3/4位取，不足在前面补零思考：小数部分？补充：11011001011000.11B=33130.6Q=3658.CH小数部分从前向后每3/4位取，不足在后面补零进制间的转换10→2、10→16整数部分和小数部分分别处理整数采用“除2取余法”:（例1-3）除权取余，直到商等于零为止，逆序排列余数。小数则采用“乘2取整法”：（例1-4）乘权取整，直到积的小数等于零为止（可能永不为零），顺序排列整数小窍门：对数值比较大的十进制数进行转换时，可先将十进制数转换为十六进制数二、计算机中的码制与运算

b7b6b5b4b3b2b1b027262524232221201286432168421码制的概念：处理数的符号问题1、原码注：b7=0表示正数、b7=1表示负数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位原码表示数值范围-127~+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=00000000[-0]原=10000000[+6]原=00000110[-6]原=10000110[+127]原=01111111[-127]原=11111111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位反码表示数值范围-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=00000110[-6]反=11111001[+127]反=01111111[-127]反=100000002、反码3、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位补码表示数值范围-128~+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=10000000

[+0]补=00000000[-0]补=00000000[+6]补=00000110[-6]补=11111010[+127]补=01111111[-127]补=100000014、偏移码（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10000000）8位偏移码表示数值范围-128~+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=00000000[0]移=10000000[+127]移=11111111

原码反码补码移码12812701111111B01111111B01111111B11111111B000000000B00000000B00000000B10000000B-010000000B11111111B-12711111111B10000000B10000001B00000001B-12810000000B00000000B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+1）例1-9X=64-12=52（字长为8位）[X]补=[64]补十[-12]补

[64]补=01000000B[12]原=00001100B变补

[-12]补=11110100B01000000

＋11110100100110100

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。计算机中为什么采用补码进行加、减运算？不用判断正负号、符号位一起运算、自动得补码结果溢出判别

微型机中常用的溢出判别法：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=1，否则，CP=0。判别法则：无溢出：若最高位进位Cs

和次高位进位Cp相同同为0或同为1有溢出：Cs

和Cp相异。当CS⊕Cp=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]原=01100010B

[-34]补=11011110B[-98]补=10011110B11011110

+10011110

101111100

CS=1，CP=0，负溢出未发生小数点的处理1.定点表示（精度低）小数点的位置在数的表示中是固定的定点纯小数定点纯整数

符号位纯小数

小数点固定位置符号位纯整数

小数点固定位置符号实型数的定点、浮点表示2.浮点表示小数点的位置在数的表示中是浮动的N=±S×2±J

尾符尾数纯小数阶符阶码注：实型数的浮点表示由四部分组成阶符阶码尾符尾数浮点数应用中必须注意两个问题：（1）浮点数的规格化正数：其尾数数字部分的最高位必须是1负数：其尾数数字部分的最高位必须是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：设尾数以纯小数表示，则

10110.101B=0.10110101×2+5可得S=101101010Sf=0J=00101Jf=0在计算机中的表示形式为：

0001010101101010例1-12补充若用一个16位二进制表示浮点数，其中阶符尾符各一位，阶数占5位，尾数占9位，试写出-10110.101B的具体格式。

解：设尾数以纯小数表示，则

-10110.101B=-0.010110101×2+6

可得S=[010110101]反+1=[101001011]

Sf=1

J=00110

Jf=0

在计算机中的表示形式为：

0，00110，1,101001011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，尾数向左移一位；阶码每增加1，尾数向右移一位。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）8421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，

0000~1001表示0~9，一个字节表示两位十进制数。例：324.6对应的8421BCD码是

001100100100.0110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0000~1001表示0~9，一个字节表示一位十进制数。例：25对应的非压缩8421BCD码是0205H（2）2421码：四位二进制数的权分别为2、4、2、1的BCD码。724.6对应的2421BCD码是110100100100.1100（3）余3码：将8421码加上0011。余3码也是一种自补码，对各位取反就得到它的9补码。

825.7对应的余3码是101101011000.10102、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的表示。在微型机中表示字符的常用码制是ASCII码，它是美国信息交换标准码AmericanStandardCodeforInformationInterchange——ASCII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、0—9十个数字和控制符号8位ASCII码是在7位ASCII码基础上加一个奇偶校验位而构成。奇偶校验码

对每一组二进制编码配置一个二进制位（称为奇偶校验位），通过将该位置“0”或置“1”而使每组二进制编码中“1”的个数为奇数（即形成奇校验码）或偶数（即形成偶校验码）。奇偶校验码中，校验位只用来使每组二进制编码“1”的个数具有奇偶性输入ASCII字符表（7位码）012345670NULDLESP0@P`p1SOHDC1!1AQaq2STXDC2“2BRbr3ETXDC3#3CScs4EOTDC4$4DTdt5ENQNAK%5EUeu6ACKSYN&6FVfv7BELETB‘7GWgw8BSCAN(8HXhx9HTEM)9IYiyALFSUB*:JZjzBVTESC+;K[k{CFFFS,<L\l|DCRGS-=M]m}ESORS.>N^n~FSIUS/?O_oDELHLNUL

空SOH

标题开始STX正文结束ETX本文结束EOT

传输结束ENQ询问ACK承认BEL

报警符BS

退格HT横向列表LF

换行VT

垂直制表FF

走纸控制CR回车SO移位输出SI

移位输入DLE

数据链换码DC1

设文字备控制1DC2

设备控制2DC3

设备控制3DC4

设备控制4NAK否定SYN

空转同步ETB

信息组传送结束CAN

作废EM

纸尽SUB

减ESC

换码FS

分隔符GS

组分隔符RS

记录分隔符US

单元分隔符SP

空格DEL

作废（3）汉字编码汉字编码的类型有四种：外部码、内部码、交换码和输出码。（1）外部码每个汉字对应一个外部码。对同一个汉字不同的输入方法其外部码也不相同。目前外部码大致可分为四种类型：数字码、音码、形码和音形码。（2）内部码每个汉字对应一个内部码。同一汉字的内部码是唯一的。内部码通常反映了汉字在字库中的位置。（3）交换码用于计算机之间或计算机与终端之间交换信息。该标准编码字符集共收录汉字和图形符号7445个。（4）输出码同一汉字的输出码因选择点阵的不同而异。目前常用的汉字点阵有：16×16、24×24、32×32、40×40、48×48、64×64、72×72、96×96、108×108等。注：区位码2字节字模码32字节微型计算机的组成算逻运算器累加器寄存器控制器内部总线内外存储器系统总线I/O接口微处理器微型计算机系统外围备设系统软件微型计算机图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通用寄存器堆累加器指令寄存器指令译码器定时与控制电路I/O信号……存储器写存储器读等待中断请求时钟复位I/O写I/O读堆栈指示器程序计数器地址寄存器地址缓冲器地址总线内部总线数据总线标志寄存器数据锁存器／缓冲器4004处理器

Pentium48086处理器Pentium43.0GHz

微处理器芯片

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CB控制总线

存储器I/O接口CPU图1.3微型计算机微型计算机系统

微型计算机、系统软件和外设IBM360系列电脑

计算机ENIAC

台式PC微机

笔记本电脑

计算机工作原理冯.诺依曼（J.VonNeumann）

1913年出生于匈牙利1957年逝世于美国冯.诺依曼原理程序存储和程序控制原理冯.诺依曼计算机基本结构输入设备存储器运算器控制器输出设备

CPU

运算器、控制器、寄存器、接口单元

存储器

内存储器（半导体器件RAM）、外存储器（硬盘、光盘、U盘）

I/O设备

输入设备、输出设备（并行及串行功能）计算机的系统结构注：CPU在某一时刻仅能访问总线上的一个部件

CPUMEM

I/O数据总线DB控制总线CB地址总线AB三总线描述地址总线AB（AddressBus）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DB（DataBus）

CPU与存储器、I/O接口间的数据通信线，用于CPU与存储器单元或I/O端口间读写数据。控制总线CB（ControlBus）CPU与存储器、I/O接口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”低电平有效微型计算机系统总线

片内总线CPU芯片内部功能单元的信号连接总线计算机系统主板各芯片间的信号连接总线计算机系统主板与外设间的信号连接总线计算机系统间的信号连接总线

片总线

内总线

外总线哈佛体系结构冯·诺依曼总线结构

程序、数据共用总线，

CPU取指或读写数据需分时操作。哈佛总线结构程序、数据各用总线，

CPU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DSP芯片微机主板微处理器内存储器I/O接口电路系统总线算术逻辑单元控制器寄存器阵列只读存储器（ROM）随机存储器（RAM）高速缓存（Cache）并行输入/输出接口串行输入/输出接口PC总线、ISA、EISA、PCI、AGP外围设备外部设备外存储器过程I/O通道键盘、鼠标、触摸屏、扫描仪、显示器、打印机、绘图仪、数码相机……输入/输出设备模拟量I/O：A/D、D/A转换器、开关量I/O磁盘、磁带光盘、U盘电源、机箱模型计算机1、模型计算机CPU的结构J2I2ALUF内部数据总线ABPCARPLAIDDRCPU3E485F876AC5123E00AB5EE6ABDB存储器IR图1.13模型计算机的CPU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。地址译码器00单元01单元02单元┇┇FF单元000102FF地址单元内容ABCBDBI/O缓冲器控制逻辑图1.14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1.15存储器读操作示意图

地址译码器0单元内容3EH┇┇FF单元内容02控制逻辑地址单元内容AB读信号DB023EHI/O缓冲器（2）写操作

图1.16存储器写操作示意图

写信号地址译码器0单元内容┇┇FF单元内容I/O缓冲器03地址单元内容ABDB030FH0FH控制逻辑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指令。程序：把人的操作意图经分解后，用对应于所规定的指令系统的一串指令序列来描述。指令通常分成操作码（Opcode，即Operationcode）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

MOVB，15H

MOVA，25H