《微机原理及应用》第01章 绪论

微机原理及应用课程目标微处理器方面熟悉微型计算机的工作原理与结构型式掌握微处理器的基本原理和结构熟练掌握存储器扩展的基本方法软件编程方面熟练掌握微处理器指令系统、汇编原理和伪指令、汇编语言程序设计方法具备微型计算机系统软件开发设计的能力接口技术方面熟练掌握输入/输出接口原理与实现方法熟练掌握中断系统原理与实现方法具备微型计算机系统硬件开发设计的能力课程安排主要内容第01章绪论第02章 微处理器及8086CPU第03章 存储器及其与CPU的连接第04章 寻址方式及8086指令系统第05章 汇编语言程序设计第06章 I/O接口及并行接口芯片8255A第07章 中断及8086中断系统第08章 可编程定时器8254及其应用第09章 DMA及其控制器8237A微机原理及应用：56学时微机原理综合实验：30学时(注意：单独选课)第1章绪论1绪论——主要内容1计算机中的数进位计数制二进制编码带符号数小数2微型计算机的基本结构计算机的基本组成微型计算机的基本结构计算机软件微型计算机系统3微型计算机的发展1.1计算机中的数

——进位计数制1计算机中的数—数制1）十进制数后缀D或省略特点：十个数符0~9，逢十进一，借一当十2）二进制数后缀B

特点：

两个数符：0，1，逢二进一，借一当二

？？问题：1、上述等式的含义是什么？2、上述等式中的“+”、“x”、“乘方”表示的运算是否相同？数的表现形式表示等价真值的计算1计算机中的数—数制？？问题：1、上述等式的含义是什么？2、上述等式中的“+”、“x”、“乘方”表示的运算是否相同？二进制的算法十进制的算法3）十六进制数后缀H

特点：1）、十六个数符：0~9、A、B、C、D、E、F

2）、逢十六进一，借一当十六4）八进制数后缀O

特点：1）、八个数符：0、1、2、3、4、5、6、7

2）、逢八进一，借一当八1计算机中的数—数制八进制、十六进制数符与二进制数存在一一对应关系

012345670000000100100011010001010110011189ABCDEF10001001101010111100110111101111结论：（1）八进制数、十六进制数实质就是二进制数，是二进制数的简写形式（2）以后不再区分“十六进制数”、“二进制数”，统称为“二进制数”1计算机中的数—数制1）其它数制转换到十进制按公式计算说明：（1）=左边为数制的表示形式，是数字符号的有序组合（2）=右边表示其真值计算过程。 其“+”、“x”运算若采用十进制运算，则结果为十进制数；若采用二进制运算，则结果为二进制数（3）数制转换的原则是两种形式的数，其真值相同1计算机中的数—数制转换2）十进制转换到其它进制（1）整数和小数分开两部分进行；（2）整数除以基数(2、8、16)取余，直到商为0为止，最先得到的余数离小数点最近；（3）小数乘以基数(2、8、16)取整，直到小数等于0或达到指定位数，最先得到的整数离小数点最近；1计算机中的数—数制转换例：19.8125=？整数部分1910161631余数19.8125=13.DH0.81251613.013=D小数部分整数离小数点最近离小数点最近2042119921例：19.8125转换为二进制整数部分2120021余数19.8125=10011.1101B0.812520.62520.2520.51101.012小数部分整数离小数点最近离小数点最近1计算机中的数—数制转换3）十六进制转换为二进制 每个十六进制位都由4位二进制数表示，直接展开即可。例：

16AC.E4H=？

0001011010101100.1110010016AC.E1H=1011010101100.111001B整数去掉左侧的0小数去掉右侧的01计算机中的数—数制转换4）二进制转换到十六进制（1）从小数点开始，分别向左向右每4位一组；（2）不足4位的在最左边（或最右边）添0；（3）把每组的4位二进制数对应转换为十六进制数；16AC.E4

0001011010101100.11100100例：

1011010101100.111001B=？整数左侧添加0小数右侧添加01011010101100.111001B=16AC.E1H1计算机中的数—数制转换1.1计算机中的数

——二进制编码（1）ASCII字符 八位二进制数代表字符，最高位等于1的为扩展ASCII码例如：‘0’30H，‘1’31H，‘9’39H，‘A’41H，

‘a’61H

汉字编码:十六位二进制数作图形符号编码1计算机中的数—二数制编码二进制编码： 计算机中的信息均用二进制数来表示，包括各种字符、图形、颜色等等，统称为二进制编码。（2）汉字编码：

用十六位二进制数作图形符号编码。（3）二进制编码的十进制数——BCD数

每个十进制数符用有序4位二进制码表示，然后按从高到低的顺序排列。例：(35)BCD=00110101B1计算机中的数—二数制编码35BCD数与十六进制数的区别在于：高位数符的权值不一样十进制数符01234压缩BCD码00000001001000110100十进制数符56789压缩BCD码01010110011110011010（3）非压缩BCD数

每个十进制数符用有序8位二进制码表示，其最高4位始终全为0，然后按从高到低的顺序排列。例：(35)BCD=0000001100000101B1计算机中的数—二数制编码35十进制数符01234非压缩BCD码0000000000000001000000100000001100000100十进制数符56789非压缩BCD码00000101000001100000011100001001000010101.1计算机中的数

——带符号数1、无符号数 没有正负之分，没有表示符号的数位，所有的二进制位都表示数。（4）无符号二进制数和十六进制数

1101B，37H，20H，0ABH=10101011B例如：（1）ASCII字符（2）汉字编码（3）BCD码以A~F打头的数，要在最左边加01计算机中的数—带符号数2、带符号数(1)有正负之分，最高位为符号位表示符号，0正,1负。其余的二进制位称为数值位。(2)带符号数有原码、反码、补码三种表示方法(3)正数的原码、反码、补码的符号位、数值位都相同： 符号位=0，数值位=其真值绝对值对应的二进制数(4)负数的原码、反码、补码的符号位=1，数值位不同： 原码的数值位=其真值绝对值的二进制数 反码的数值位=其真值绝对值的二进制数，再按位取反 补码的数值位=其真值绝对值的二进制数，再取对应模值=2n的补数。n为包含符号位、数值位的补码的二进制位数1计算机中的数—带符号数3、补码的说明：(1)正数的补码等于原码(2)负数的补码等于其对应正数的补数，即用模值减去与该负数的二进制位数相同的正数(3)负数的补码等于对应正数的原码按位取反后在最低有效位加1[X]补=X;X>0正数的补码等于原码2n

-|X|;X<0负数的补码等于其对应正数的补数对应正数模值1计算机中的数—带符号数证明：负数的补码=对应正数的原码按位取反后在最低位加1[-X]补

=2n—X=FF–X+1[+0]补=00000000[-0]补=0000000000000000111111111+100000000自然丢失按位取反操作1计算机中的数—带符号数例：求十进制数58.375、-58.375的8位带符号数表示。解：(1)数值关系：十进制的58.375=0111010.011B(2)[58.375]原码=[58.375]反码=[58.375]补码=00111010.011B

(3)[-58.375]原码=10111010.011B(4)[-58.375]反码=11000101.100B(5)[-58.375]补码=[-58.375]反码+在最低有效位加1 =1

1000101.101B(6)验证：58.375+(-58.375)=0?1计算机中的数—带符号数关于补码的几点说明补码是相对一定的模而言的，同一个真值，针对不同的模则对应不同的补码模表示所讨论的数的范围，若带符号数超过模的范围，则计算结果错误，称为溢出在计算机中，数是有限位的，多出来的数位自然丢失，在该意义上讲，模值等于零值，只有一个0值。补码的运算法则：1计算机中的数—带符号数[x+y]补

=[x]补+[y]补[x-y]补

=[x]补-[y]补

=[x]补+[-y]补补码的优点：符号位可参加运算，统一了带符号运算与无符号运算；通过加法计算减法，只需一个加法器，简化CPU设计；（1）补码的扩展：符号位的值扩展到高八位上，真值不变。

数值八位补码十六位补码

+1

00000001B00000000

00000001B

-1

11111111B11111111

11111111B1计算机中的数—带符号数例:对8位二进制数 [+127]补 =7FH [+100]补 =64H [+1]补 =01H [0]补 =00H

[-1]补 =FFH [-100]补 =9CH [-127]补 =81H [-128]补 =80H[+128]补=？？[-129]补=？？结论：n位二进制补码的范围：-2n-1~~+2n-1-1最大值最小值超出补码的范围：正数补码的符号位=1，负数补码的符号位=01计算机中的数—带符号数例：给定二进制数：10111010.011B若作为无符号数，其真值等于？若作为原码，其真值等于？若作为反码，其真值等于？若作为补码，其真值等于？

解：无符号数真值：10111010.011B=0BA.6H=186.375原码的真值：-0111010.011B=-3A.6H=-58.375反码相应原码：-1000101.100B=-45.8H=-69.5补码相应原码：-1000101.101B=-45.AH=-69.6251计算机中的数—带符号数1.1计算机中的数

——小数点的表示 计算机中小数点的位置是事先规定好的，通常采用定点小数与浮点小数两种表示方法。(一)、定点小数小数点在数中的位置是规定不变的，例如： 101111.01B，10.111101B。最常用的是纯小数：S.11011001B， 以及纯整数：S1011001.0B

1计算机中的数—小数点(二)、浮点数（IEEE754）SE位数wT位数p-1共计字节数单精度0/18位23位32位4双精度0/111位52位64位8扩展精度0/115位64位80位101、浮点数的存储格式符号S阶码E有效数T0-正，1-负E0E1…Ew-1T1T2…Tp-11计算机中的数—小数点2、浮点数的值(3)、若E=0则：

e=1-bias，m=0+T×21-p=0.T1T2…Tp-1

特别地，T=0时，Val=±0(1)、若E=2w-1则表示非有效数值， 若T≠0则其值Val=NaN， 若T=0则其值Val=(−1)S×∞=

±∞(2)、若1≤E≤2w-2则：

e=E-bias，m=1+T×21-p=1.T1T2…Tp-1令bias=2w-1-1，单精度为127，双精度为1023Val=(−1)S×2e×mSET1计算机中的数—小数点数据运算的几点说明参加运算的数据的类型在编程过程中是已经明确的。在开始编程之间，必须先设计好数据结构；参加运算的数据类型相同，运算结果应该与参加运算的数据类型相同；无符号数运算得到无符号数；带符号数运算得到带符号数；BCD码运算结果还应该是BCD码；计算注意小数点位置；1计算机中的数—小数点例：00110111+10011000=？作为无符号二进制数，运算结果为？作为BCD码，运算结果应该为？作为带符号二进制（补码），运算结果为？1计算机中的数—小数点1.2微型计算机的基本结构

——计算机的基本组成内存储器输入接口控制器输出接口运算器一、微型计算机组成： 包括：微处理器、存储器、

输入输出接口电路、系统总线寄存器2微型计算机的基本结构—基本组成系统总线微处理器1）微处理器包括运算器、控制器、寄存器三大部分,是计算机的核心部件•运算器——核心是算术逻积单元ALU

，进行算术运算、逻辑运算和移位操作•寄存器——

暂存寻址和计算过程的临时信息、中间结果•控制器

——

CPU的指挥机关,完成指令的读入、寄存、译码和执行。2微型计算机的基本结构—基本组成CPU外存储器高速缓冲存储器（Cache）主存储器辅助存储器海量存储器内存储器速度快、价格高、量小RAM（SRAM、DRAM）；ROM、EPROM、EEPROM磁盘、光盘、U盘IDE、SCSI、ESDI、IPI存储器性能指标：容量——多少个存储单元，基本单元为位(bit)，常用字节(Byte)表示，常用单位KB、MB、GB、TB存取速度：读写一次所需要的时间，常为ns1微型计算机的基本结构—基本组成2）存储器虚拟存储技术:用新的程序段覆盖内存中暂时不用的老程序段。（1）由于外部设备如键盘、显示器、软盘、硬盘、打印机等，在数据格式、运行速度等方面与CPU不匹配，故在连接时，需通过输入输出接口电路使外部设备与之相连。（2）常用接口 显卡、声卡、网卡、串口、USB接口、并口（3）常用接口芯片：

8259A、8253、8255A、8251A、8237A、

ADC、DAC3）输入/输出接口2微型计算机的基本结构—基本组成总线是微型计算机中模块到模块之间传输信息的通道，是各种公共信息线的集合，采用总线结构便于部件和设备的扩充。对微机而言，总线分为以下四类：内部总线——该总线是微处理器的内总线，在微处理器内用来连接ALU、CU和寄存器组等逻辑功能单元。这种总线没有具体标准，由芯片生产厂家自己确定。（片内总线）元件级总线——微处理器、存储器芯片、I/O接口芯片等之间的连接总线。片间总线通常包括数据总线、地址总线和控制总线。（片间总线）4）总线2微型计算机的基本结构—基本组成系统总线

——微型计算机内总线是微机系统内连接各插件板的总线，有不同的总线标准，如：ISA总线,IBM-PC总线等，采用不同总线标准的功能板无法连接在一起。

外部总线

——用于微型计算机系统之间或者微型计算机与外部设备之间的通信。如：并行总线IEEE-488标准，串行总线RS-232标准等。

外部设备系统总线（计算机内总线）外总线I/O接口板I/O2片内总线I/O1片内总线片间总线存储器(程序/数据)M2片内总线M1片内总线片间总线CPUCR控制部件ALU算逻单元片内总线RR寄存器组1微型计算机的基本结构—基本组成CPU存储器I/O接口I/O设备地址总线AB控制总线CB数据总线DB图1-2 冯·诺依曼（单存储器）取指令、译指令、执行指令，数据传送、程序控制RAM、ROM，存储程序和数据信息传输桥梁，格式转换、电平转换、速度匹配连接各个部件，公共信息通道，AB、DB、CB2微型计算机的基本结构—单总线CPU数据存储器I/O接口I/O设备地址总线AB控制总线CB数据总线DBHarve

结构（双存储器）程序存储器程序代码数据程序代码地址1微型计算机的基本结构—哈弗结构CPU主存储器I/O接口I/O设备I/O总线存储总线I/O接口I/O设备2微型计算机的基本结构—双总线面向CPU的双总线结构微型计算机系统=微型计算机+输入设备+输出设备+软件微型计算机输入设备：键盘、鼠标输出设备：显示器、打印机软件：系统软件、应用软件2微型计算机的基本结构—系统微型计算机性能指标（1）主频：CPU的时钟频率（2）字长：能够直接处理的二进制数的位数（3）内存容量：微机内部主存储器的容量，字节数（4）存取周期：主存储器完成一次读写所需的时间（5）运算速度：每秒钟所能执行的指令数，MIPS。（6）内核数目：所封装的处理器内核数目（7）高速缓存：Cache，1微型计算机的基本结构—性能指标一.计算机的发展世界上第一台计算机诞生于美国宾夕法尼亚大学的莫尔学院.

第一代：（1946-1957）：电子管第二代：（1957-1964）：晶体管第三代：（1965-1970）：中小规模集成电路第四代：（1971-1992）：大规模集成电路3微型计算机的发展二.微处理器的发展第一阶段（1971-1973）：PMOS4004、8008，4位、8位字长低档CPU，指令周期：2μs,时钟：2.5~4MHZ，集成度：2000只晶体管/片第二阶段（1974-1978）：8080/8085、Z80，M6800，8位中高档CPU，指令周期：1~2us, 时钟：2.5~5MHZ，集成度：10000只晶体管/片第三阶段（1978-1981）：PMOS8086，Z8000，M6800，16位字长CPU，指令周