微机原理及接口技术

微机原理与接口技术

沈阳化工大学科亚学院王敬伊1微机原理的课程内容2本课程围绕微型计算机原理和应用主题，以Intel8086/8088CPU为主线，系统介绍微型计算机的基本知识、基本组成和工作模式、Intel8086/8088CPU的指令系统、汇编语言及程序设计方法和技巧等。掌握先进微处理器芯片结构、微型计算机实现技术、计算机主板构成、接口技术及其应用编程方法等基础知识及微型计算机新的发展趋势。期末成绩=10%出勤+10%作业+10%上机成绩考核方式：闭卷3第一章：微型计算机基础知识1.1计算机中数的表示与编码1.2微型计算机系统的构成1.3微型计算机的发展及典型配置1.4微型计算机的特点和应用4本次课程主要内容1.进制转换2.无符号数3.有符号数5计算机中的数据表示与编码一.二进制/八进制/十进制/十六进制1、十进制数

0,1,2,3,4,5,6,7....后缀为D(Decimal)表示为107D或（107）106计算机中的数据表示与编码2、二进制数

0,1二进制数的基数为2，逢二进一，第i位上的位权是2的i次幂。多项式的表达式为：注：1.各位系数只有0和1两种

2.ai可以是0,1,2,...,r-1中的任意一个数

2k为各位数相应的权（20，21...）3.后缀为B（Binary）,用110011B或（110011）2

表示7计算机中的数据表示与编码解：（1101011）2=

==107D8例：（1101011）2=（？）D计算机中的数据表示与编码3、八进制数

0,1,2,3,4,5,6,7八进制进制数的基数为8，逢八进一，第i位上的位权是8的i次幂。多项式的表达式为：注：1.八进制数用0~7表示

2.ai可以是0,1,2,...,r-1中的任意一个数

8k为各位数相应的权（80，81...）3.后缀为Q（Octal）,用176Q或（176）8表示

9计算机中的数据表示与编码解：（176）8=

=126D10例：（176）8=（？）D计算机中的数据表示与编码4、十六进制数

0,1,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F十六进制数的基数为16，逢十六进一，第i位上的位权是16的i次幂。多项式的表达式为：注：1.十六进制数用0~9，A~F表示

2.ai可以是0,1,2,...,r-1中的任意一个数

16k为各位数相应的权（160，161...）3.后缀为H（Hexadecimal）,用89ABH或（89AB）16表示

11计算机中的数据表示与编码解：（89AB）16=

=14763D解：（A5C）16=

=2652D12例：（89AB）16=（？）D例：（A5C）16=（？）D下表列举了部分二进制、八进制、十进制、十六进制13二进制八进制十进制十六进制00000000B00Q000H00000001B01Q101H00000010B02Q202H00000011B03Q303H00000100B04Q404H00000101B05Q505H00000110B06Q606H00000111B07Q707H00001000B10Q808H00001001B11Q909H00001010B12Q100AH00001011B13Q110BH00001100B14Q120CH00001101B15Q130DH00001110B16Q140EH00001111B17Q150FH00010000B20Q1610H计算机中的数据表示与编码二进制八进制十进制十六进制00010001B21Q1711H00010010B22Q1812H14计算机中将8位二进制数称为一字节（Byte），数据存储于处理常以字节为基本单元。1字节=8位（bit）2字节=1个字（word16位二进制数）4字节=1个双字（twoword32位二进制数）8字节=1个四字（Quitword64位二进制数）计算机中的数据表示与编码二.数制转换1.二、八、十六→十进制数（上面已介绍）2.十进制数→非十进制数（整数部分）（1）十进制数转换为二进制整数部分——除2倒取余十进制整数部分除2得到商和余数，用商再除2...一直到整除为止，以最后得到的商为最高位15计算机中的数据表示与编码例：（100）10=（？）B（100）10=1100100B16被除数商余数10050050250251211260630311计算机中的数据表示与编码（2）十进制数转换为八进制整数部分——除8倒取余十进制整数部分除8得到商和余数，用商再除8...一直到整除为止，以最后得到的商为最高位例：（100）10=（？）Q（100）10=144Q17被除数商余数1001241214计算机中的数据表示与编码（3）十进制数转换为十六进制整数部分——除16倒取余十进制整数部分除16得到商和余数，用商再除16...一直到整除为止，以最后得到的商为最高位例：（100）10=（？）Q（100）10=64Q18被除数商余数10064计算机中的数据表示与编码练习1、35D=(？)B2、35243=(？)H3、65D=(？)Q19计算机中的数据表示与编码3.十进制数→非十进制数(小数部分)（1）十进制数转换为二进制整数部分——乘2正取整十进制数小数部分乘2，摘除乘积中整数后，保留小数再乘2...一直到乘积小数部分为0或达到所要求的位数为止20计算机中的数据表示与编码例：0.185D=（？）B0.185D=0.0011B21乘积整数部分小数部分0.3700.370.7400.741.510.5110计算机中的数据表示与编码（2）十进制数转换为八进制整数部分——乘8正取整十进制数小数部分乘8，摘除乘积中整数后，保留小数再乘8...一直到乘积小数部分为0或达到所要求的位数为止22计算机中的数据表示与编码例：0.325D=（？）Q，

保留小数点后三位0.325D=0.24623乘积整数部分小数部分2.620.64.840.86.460.43.230.2计算机中的数据表示与编码（3）十进制数转换为十六进制整数部分——乘16正取整十进制数小数部分乘16，摘除乘积中整数后，保留小数再乘16...一直到乘积小数部分为0或达到所要求的位数为止24计算机中的数据表示与编码例：0.7825D=（？）H

0.78125D=0.C8H25乘积整数部分小数部分12.5120.5880计算机中的数据表示与编码4.二进制数、十六进制数相互转换1个十六进制数=4位二进制数以小数点为界，整数部分自右向左每4位1组，最高位不足4位左边补0；小数部分自左向右每4位1组，最低位不足4位右边补0例：

10110110100011、011011B=2DA3、6CH例：

5F84E4H=010111111000010011100100B261.无符号数0AAH转换为十进制数是_____2.无符号数1000100010001000转换为十进制数是_____3.253转换为8位二进制数是_____4.0.1H对应的十进制数是_____，用二进制数表示为_____B5.0.1B对应的十进制数是_____，用十六进制数表示为_____H27计算机中的数据表示与编码计算机中的数据表示与编码6.0.1对应的8位二进制数为_____B，用十六进制表示则为_____H7.无符号数110.0625的16位二进制数表示为_____B，十六进制数表示为_____H8.无符号数65536的32位二进制数表示为_____B，十六进制数表示为_____H28计算机中的数据表示与编码无符号数寄存器的位数反应无符号数的表示范围

8位0~25516位0~6553529计算机中的数据表示与编码

如同数学中用“+”“-”号表示正负一样。计算机中也有正、负之分。规定：计算机中规定为“O”表示正数，“1”表示负数。因此，一个8位二进制只有7位表示数值，虽然表达形式上没有任何区别，但他们表示的数值范围完全不同。30计算机中的数据表示与编码

无符号数：

8位二进制数01111111B表示127，11111111B表示255因此255是8位二进制表示的最大数。有符号数：

+127仍然用01111111B表示。因为“0”是符号位，所以它是8位二进制所能表示的最大数。此时再加1即变成10000000，结果为负，运算出错，这种现象称为溢出。31那么负数又该如何表示呢？32计算机中的数据表示与编码有符号数1.机器数与真值

33真值机器数带符号的数符号数字化的数保存在计算机中+0.1011-0.1011+1100-1100计算机中的数据表示与编码1.原码表示（1）定义整数如x=+1110

[x]原=0,1110x=-1110

[x]原=24+1110=1,1110带符号的绝对值表示34用逗号将符号位和数值部分隔开计算机中的数据表示与编码35小数如x=+0.1101

[x]原=0.1101x=-0.1101

[x]原=1-（-1110）=1,1101

x=+0.1000000[x]原=0.1000000x=-0.1000000[x]原=1-（-0.1000000）=1.1000000用小数点将符号位和数值部分隔开计算机中的数据表示与编码36举例1.已知[X]原=1.0011

求x解：由定义得x=1-[x]原=1-1.0011=-0.00112.已知[X]原=1，1100

求x解：由定义得x=24-[x]原=10000-1，1100=-1100计算机中的数据表示与编码373.已知[X]原=0.1101

求x解：由定义得x=+0.11014.求x=0的原码解：设x=+0.0000[+0.0000]原=0.0000

x=-0.0000[-0.0000]原=1.0000同理，对于整数[+0]原=0,0000[-0]原=1,0000所以，[+0]原≠[-0]原计算机中的数据表示与编码38原码特点：简单、直观但是用原码作加法时，会出现如下问题：能否只作加法？找到一个与负数等价的正数，来代替这个负数就可以将-→+要求数1数2实际操作结果符号加法正正加正加法正负减可正可负加法负正减可正可负加法负负加负计算机中的数据表示与编码393.补码的表示（1）补的概念时钟逆时针顺时针可见-3可用+9代替

减法→加法称+9是-3以12为模的补数记作-3=+9（mod12）记作-4=+8（mod12）记作-5=+7（mod12）6-33

6+915-123

时钟以12为模计算机中的数据表示与编码40结论一个负数加上“模”，即得该负数的补数一个正数和一个负数互为补数时他们的绝对值之和即为模数计数器（模16）1011→0000？

可见-1011可用+0101代替记作-1011=+0101（mod24）同理-011=+101（mod23）-0.1001=+1.0111（mod2）

10111011

-1011

+0101

0000100001自然去掉计算机中的数据表示与编码41（2）正数的补数即为其本身两个互为补数的数-1011=+0101（mod24）分别加上模

+10000=+10000结果仍互为补数

+0101+10101

所以+0101=+0101可见+0101→+0101

0,0101→+0101

1,0101→-101124+1-1011=10000

（mod24+1）

-10111,01011自然去掉-1011？用逗号将符号位和数值部分隔开？计算机中的数据表示与编码42（3）补码的定义整数如x=+1010[x]补=0,1010x=-1011000[x]补=27+1+(-1011000)

=100000000

-10110001,0101000用逗号将符号位和数值部分隔开计算机中的数据表示与编码43小数如x=+0.1110[x]补=0.1110x=-0.1100000[x]补=2+(-0.1100000)

=10.0000000

-0.11000001.0100000用小数点将符号位和数值部分隔开计算机中的数据表示与编码44（4）求补码的快捷方式设x=-1010时则[x]补=24+1-1010=100000

-10101,0110又[x]原=1,1010当真值为负时，补码可用原码除符号位外每位取反，末位加1求得=11111+1-1010=11111+1-101010101+1=1，0110计算机中的数据表示与编码45（5）举例例1已知[x]补=0.0001，求x解：由定义得x=+0.0001例2已知[x]补=1.0001，求x解：由定义得x=[x]补-2

=1.0001-10.0000=-0.1111[x]补→[x]原[x]原=1.1111x=-0.1111计算机中的数据表示与编码46例3已知[x]补=1,1110求x解：由定义得x=[x]补-24+1

=1,1110-100000

=-0010当真值为负时，原码可用补码除符号位外每位取反，末位加1求得[x]补→[x]原[x]原=1,0010x=-001047练习求下列真值的补码与原码真值x=+70=1000110x=-70=-1000110x=0.1110x=-0.1110x=0.0000x=-0.0000x=-1.0000计算机中的数据表示与编码48练习求下列真值的补码与原码由小数补码定义[-1]补=2+x=10.0000-1.0000=1.0000真值[x]补[x]原x=+70=10001100,10001100,1000110x=-70=-10001101,01110101,1000110x=0.11100.11100.1110x=-0.11101.00101.1110x=0.00000.00000.0000x=-0.00000.00001.0000x=-1.0000不能表示[+0]补=[-0]补1.00004.反码表示（1）定义整数如x=+1101[x]反=0,1101x=-1101[x]反=（25-1）-1101=11111-1101=1，001049用逗号将符号位和数值部分隔开计算机中的数据表示与编码50小数如x=+0.1101[x]反=0.1101x=-0.1101[x]反=（2-2-4）-0.1101=1.1111-0.1101=1.0101用小数点将符号位和数值部分隔开计算机中的数据表示与编码51举例例1已知[x]反=0,1110求x解：由定义得x=+1110例2已知[x]反=1,1110求x解：由定义得x=[X]反-（24+1-1）

=1,1110-11111

=-0001计算机中的数据表示与编码52例3

求0的反码解：设x=+0.0000[+0.0000]反=0.0000

[-0.0000]反=1.1111同理，对于整数[+0]反=0.0000[-0]反=1.1111

所以，[+0]反≠[-0]反计算机中的数据表示与编码53三种机器数的小结最高位为符号位，书写商用“，”（整数）或“.”（小数）将数值部分和符号位隔开对于正数，原码=补码=反码对于负数，符号位为1，其数值部分原码除符号位外每位取反末位加一→补码原码除符号位外每位取反→反码计算机中的数据表示与编码54设机器数字长为8位（其中1位为符号位）对于正数，当其分别代表无符号数、原码、补码和反码时，对应的真值范围各为多少？二进制代码无符号数对应的真值原码对应的真值补码对应的真值反码对应的真值000000000+0+0+0000000011+1+1+1000000102+2+2+2......01111111127+127+127+12710000000128-0-128-12710000001129-1-127-126......11111101253-125-3-211111110254-126-2-111111111255-127-1-0计算机中的数据表示与编码55已知[y]补求[-y]补解：设[y]补=y0y1y2...yn<一>[y]补=0.y0y1y2...yn<二>[y]补=1.y0y1y2...yn[y]补连同符号位在内，每位取反，末位加1，即得[-y]补[y]补连同符号位在内，每位取反，末位加1，即得[-y]补计算机中的数据表示与编码565.移码表示法补码表示很难直接判断真值的大小如x+25

十进制二进制补码x=+21+101010,10101x=-21-101011,01011x=+31+111110,11111x=-31-111111,00001+10101+100000=110101-10101+100000=001011+11111+100000=11111-11111+100000=000001大大错误大大正确计算机中的数据表示与编码57（1）移码定义x=10100[x]移=25+10100=1,10100x=-10100[x]移=25-10100=0,0110计算机中的数据表示与编码58（2）移码和补码的表示设x=+1100100[x]移=27+1100100=1,1100100[x]补=0,1100100设x=-1100100[x]移=27-1100100=0,0011100[x]补=1,1100100补码与移码只差一个符号位计算机中的数据表示与编码59(4)移码的特点当x=0时[+0]移=25+0=1,00000[-0]移=25-0=1,00000所以[+0]移=[-0]移当n=5时最小的真值为-25=-100000

[-100000]移=25-100000=000000

可见，最小真值的移码全为0电子计算机的发展概况计算机的发展五阶段：电子管计算机晶体管计算机集成电路计算机大规模集成电路计算机人工智能计算机（尚在研制）1946年第一代电子计算机（ENIAC）在美国研制成功。使用了18800个电子管，重30吨，占地150平方米，耗电150千瓦，每秒完成5000次加法运算。60电子计算机的发展概况计算机的发展1958年第二代晶体管计算机推出，用晶体管代替了电子管，大大降低了计算机的成本和体积，运算速度成百倍提高。61电子计算机的发展概况计算机的发展1965年中小规模集成电路为主体的计算机问世，使计算机的体积进一步缩小，配上各类操作系统，计算机性能极大提高。62电子计算机的发展概况计算机的发展1970年大规模集成电路（LSI）研制成功，计算机发展到第四代，微型计算机是第四代计算机的典型代表。1971年在美国硅谷第一块通用微处理器Intel4004诞生，从而开创了微型计算机的新时代。63电子计算机的发展概况计算机的发展6465微型计算机的定义：以大规模、超大规模集成电路为主要部件以集成了计算机主要部件——控制器和运算器的微处理器为核心所构造出的计算机系统发展史：一般以字长和典型的微处理芯片作为各阶段的标志微型计算机的发展概况微处理器的发展（第1代：4位和低档8位微机，4004→4040→8008）1971.11，Intel公司第一枚微处理器芯片4004，4位机，它总共集成了2200个晶体管。1972年4月，Intel公司宣布另一种型号的微处理器8008研制成功。低档8位微机。66微型计算机的发展概况微处理器的发展（第2代：中高档8位微处理器）1975年1月，Motorola公司宣布推出它的8位中档微处理器6800。67微型计算机的发展概况微处理器的发展（第3代：16位微处理器）1979年，Intel公司推出了Intel8086/8088微处理器。1983年，Intel公司推出了Intel80286微处理器，它是完全16位微处理器。68微型计算机的发展概况8086/8088的核心69微型计算机的发展概况微处理器的发展（第4代：32位微处理器）80386→80486→Pentium和MMXPentium→PentiumPro

、PentiumII/Celeron/Xeon

→PentiumIII/CeleronII/Xeon→Pentium41985年，Intel公司推出了Intel80386微处理器。1989年，Intel公司推出了Intel80486微处理器。微型计算机的发展概况1993年3月，Intel公司推出了名为Pentium（经典奔腾）的微处理。1995年11月Intel公司又推出了PentiumPro（高能奔腾）。1997年1月，Intel公司又推出了PentiumMMX（多能奔腾）。71微型计算机的发展概况奔腾微处理高能奔腾处理器多能奔腾处理器721997年5月，Intel公司推出了PentiumⅡ（奔腾二代）1999年2月，Intel公司推出了PentiumⅢ（奔腾三代）2000年11月，Intel公司推出了Pentium4（奔腾四代）。

微型计算机的发展概况微处理器的发展（第5代：64位微机）2001年5月，Intel公司推出了64位安腾微处理器Itanium。73微型计算机的发展概况74微处理器的发展75Intel4004Intel8008Motorola6800Intel8086Intel80286Intel80386Intel80486IntelPentiumIntelPentiumIIIntelPentiumIIIIntelPentiumIV微型计算机的发展概况现代计算机又拿两部分组成？76微型计算机系统的构成77显示器（输出设备）主机箱鼠标（输入设备）键盘（输入设备）微型计算机系统的基本组成和各部件功能微型计算机系统的构成——主机箱78电源光驱硬盘内存CPU主板扩展卡微型计算机系统的基本组成和各部件功能微型计算机系统MCS微型计算机系统：是指以微型计算机为主体，再配以相应的外围设备、电源、辅助电路和所需要的软件而构成的计算机系统。常用的外围设备有显示器、打印机、键盘等；系统软件一般包括操作系统、编译、编辑、汇编软件等。微型计算机MC微型计算机：是指以微处理器(MP/CPU)为核心，配有存储器、输入输出接口电路和系统总线构成的计算机。79微型计算机系统的基本组成和各部件功能计算机的五大基本组成部件运算器、控制器、存储器、输入/输出设备（接口80微型计算机系统的基本组成和各部件功能微型计算机及其组成内部存贮器，按照读写方式的不同，分为只读存储器ROM（read-onlymemory）和随机存储器RAM（random

accessmemory）两种类型；输入/输出接口电路是外围设备与微型计算机之间的连接电路，在两者之间进行信息交换的过程中，起暂存、缓冲、类型变换及时序匹配的作用；总线是CPU与其它各功能部件之间进行信息传输的通道，按所传送信息的不同类型，总线可以分为数据总线DB、地址总线AB和控制总线CB三种类型。81微型计算机系统的基本组成和各部件功能各种CPU82微型计算机系统的基本组成和各部件功能各种存储设备微型计算机系统的基本组成和各部件功能各种接口卡84微型计算机系统的基本组成和各部件功能微型计算机系统的基本组成和各部件功能主板85微处理器、微型计算机和微型计算机系统三者关系86微型计算机系统的组成和各部件功能冯·诺依曼体系结构能把需要的程序和数据送至计算机中。（输入）必须具有长期记忆程序、数据、中间结果及最终运

算结果的能力。（存储）能够完成各种算术、逻辑运算和数据传送等数据加

工处理的能力。（运算）能够根据需要控制程序走向，并能根据指令控制机

器的各部件协调操作。（控制）能够按照要求将处理结果输出给用户。（输出）

简单地讲，微型计算机系统的工作过程是取指令(代码)→分析指令(译码)→执行指令的不断循环的过程。87微型计算机系统的工作过程科学计算：科学研究和工程计术计算领域，是计算机应用最早的领域，也是应用得较广泛的领域。实时控制：计算机在工业测量和控制方面的应用已十分成熟和广泛，应用于工业、农业、科学技术、国防以至我们日常生活等各个领域。信息处理：信息处理又称为数据处理，是指计算机用于处理生产、经济活动、社会和科学研究中获得的大量信息。计算机发展初期，仅仅用于数值计算。后来应用范围逐渐发展到非数值计算领域，可用来处理文字、表格、图象、声音等各类问题。88微型计算机系统的应用概况计算机辅助技术：计算机辅助技术包含计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、计算机辅助测试(CAT)、计算机辅助教学(CAI)等。办公自动化：办公自动化系统，它是以支持办公自动化为目的的一个信息系统，如日程管理、电子邮政、电子会议、文