CH1 微型计算机基础

国

w

希

弟

朝

姓

显

箍

第1章微型计算机基础

-■----■----■----■----■----■----■----■----

,1.1计算机中的数制

1.2二进制数的运算

1.3二进制编码

1.4微型计算机的基本结构

1.58088/8086微处理器

1.68088系统总线

LI.计算机中的数制

一.常用计数制

.1.十进制/

2.二进制

3.十六进制

二.各种数制之间的转换

1.十进制..............

基本符号：0123456789“逢十进一”

书写：基本符号的组合，如3256.87

或(3256.87)10或3256.87D

权展开式：

(D)=DxlO/7-2+..-DxlO1+DxlO°+DxlO-1+-.-DxlO-w

10-,/,21io1w

二Z"xio'基贰io权：(ioi)

i=-m'z

321-12

(3256.87)10=3xl0+2xl0+5X10+6x10°+8xl0+7xl0-

2.二进制.............................上

基本符号:o1“逢二进一”

书写：基本符号的组合，如1010.11

或(1010.11)2或1010.11B

权展开式：基数2、权(》)

-m

(B)2=纥_]X2"T+纥-2X2"2+…4X2】+为X2°+/X2-1+…B_mx2

n-\

二24x2,

i=-m

(1010.11)2=1x23+0x22+1x21+0x20+1x2-1+1x2-2

“计算机中为何采用二进制？”

二进制只有0和1两个状态，显然制

造具有两种状态的电子器件要比制

造具有十种特定状态的器件容易得

多。而且由于状态简单，其工作更

可靠，传输也不容易出错。0U1H0001

金二进制运算规则简单，可以使运算器的结构简化，并简

化控制机构。

c0、1数码与逻辑代数变量值0与1吻合，所以二进制还可

以使计算机方便的进行逻辑运算。

次二进制和十进制数之间的关系也不复杂。

3.十六进制

基本符号：0123456789ABCDEF

书写：基本符号的组合，如2AE.4注意：不能以字

或（2AE.4）或2AE.4H母开头，如A9H。

16字母开头的数前

面加0。如0A9H。

权展开式：基数16、权（16）

(HL=HRX16〃T+乩_2xl6/2+…&xl61+〃oxl60xl6-1xl6-/71

n-\

二£%X16，

i=-m

2-1

(2AE.4)l6=2xl6+/xl6】+Exl6°+4xl6

.各种数制之间的转换

1以十进制为目的转换

按相应的权表达式展

开，再按十进制运算

规则求和。

3二二-十六进制转换

整数部分：除基取余直至商为直接展开

0,余数从低位到高位排列。

小数部分：乘基取整，直至达

到所需精度或小数部分为0,

整数从高位到低位排列。

1.非十进制数转换成十进制数

【例1-1】将二进制数1010.HB转换成十进制数。

解：(1010.11)2=1x23+0x22+1x21+0x2°+1x2-1+1x2-2

=8+0+2+0+05+0.25=(10.75)10

【例1-2]将十六进制数2AE.4H转换成十进制数。

解：(2/E4)]6=2X162+/X16】+£X16°+4X16T

=2x256+10x16+14x1+4/16

二(686.25)10

-2■---.-十■--进--■制---数-■-转---换■---成-■-非---十■--进--制■---数-■-

【例1-3】将十进制数112.25转换成二进制数。

2.十进制数转换成非十进制数_

【证-4,将上进京擞311.68；5转换成*六进制数。

整数部分余数___________整数小数部分

16|30113—最低位0.6875*16

16[18_2

最IWJ位—]].0

-16L|1.

0

(13)10=(D)16

(11)IO-(B)16

12D.B

答:结果为(12D.B)i6或12D.BH

3.二进.制数与十六进制数互换，，,

亲24=16―一位十六进制数相当于四位二进制数。

【例1-5】将二进制数HOlOOHO.lOnOlB转换成十六进制数。

十六进制数：1A6.B4

快速计算：十进制数少十六进制数少二进制数

-1■-.-2■-二-进■--制■-数-的■-运-算■--■--■-

一.无符号数和有符号数的表示

二.算术运算

力口、减、乘、除

・三逻辑运算

与、或、非、异或

1.无符号数的表示....................上

票将二进制数的所有位都用来表示无符号数的数

宿大小。

4位:0000B〜1111B—0〜15

8位：00000000B〜niniHB-0〜255

N位二进制数可表示的无符号数范围：

0<X<2n-1

16位：0〜216—1一o〜65535

2.有符.号数的表示，，,

；符春篆屉位+；—「o//'"

二进制数最高位：符号位。

0—正数

1-负数~

东机器数：数在机器中的表示。

真值：机器数对应的实际值。

衰有符号数在机器中有三种表示方法:

原码、反码、补码。

有符号数——原码表示

-表示方法：

-无论数的正负，机器数的数值部分为真值的绝对值。

8位机器数

r__________________人________>_____

【例1-6][+42]原=00101010[-42]原=10101010

【例1-7][+0]原=00000000[-0]原=100例000

有符号数^反码表示..

黑表小方法：

-正数同原码，即数值部分为真值的绝对值。

负数的数值部分为真值绝对值按位取反。‘二

【例1-8][+例]反=00101010[-421反=11010101

【例1-9】[+0]反=00000000[-0]反=11111111

有符号数——补码表示.............

票表示方法：

正数同原码，即数值部分为真值的绝对值。

,负数的数值部分为真值绝对值按位取反再加1。

【例1-10][+42]补=00101010[-42]补=11010110

710101011^^

【例1-11[-0]补=00000000卜128]补=10000000

机器数表示范围

门8/16位二进制数可表示的有符号数范围

8位16位

原码-127—+127—32767〜+32767

反码-127—+127—32767〜+32767

补码-128—+127—32768〜+32767

设计补码表示法的目的

亲使符号位能和有效数值部分一起参加数值运算

从而简化运算规则，节省运算时间。

票使减法运算转化成加法运算，从而进一步简化

计算机中运算器的线路设计。

票设计反码表示法的目的则是为了引出补码表示

法。

二..算术运算--加/减...

奈二进制数的运算规则：,

0+0=0；0+1=1；1+0=1；1+1=0（进位为1）

奈补码加/减规则：

乎+丫］补=［为补+［丫］补

［X—丫］补=凶补+［-Y］补

素特点：

（1）采用补码形式完成加、减法。

（2）可实现将减法转换为加法。

（3）符号位被当作数的一部分参加运算。

（4）机器字长有限，最高位若产生进位，则自然丢失。

二.算术运算——加/减..

【例1-12】计算64—10(用8位二进制数表示)。

解(1)：采用原码计算。

64—01000000B,10^00001010B

■借位：mww

O1OOOOOO

-00001010

-------------------减法器

00110110---

64-10-01000000B-00001010B=00110110B—54

二.算术运算——加/减，，，，-

【例1-12】计算64—1Q(用8位二进制数表示)。

解(2)：采用补码计算。［64—10］补=［64］补+［—10］补

64—01000000B,一10—11110110B

•・进位：m

O1OOOOOO符号位参与运算

+11110110

---------------------加法器

自然丢失-100110110-------

64-10T01000000B+11110110B=00110110B—54

关于溢出.............,.•

素溢出：运算结果超出有效表示范围。

票溢出判断：

令数值部分最高位向符号位的进位为Cs

符号位向更高位的进行为Cs+1

、若Cs和Cs+1相异，发生溢出。：

【例1-13](+127)+(+5)

01111111

+00000101

100001OQ-------124

C=1,Cs+1=0,Cs和Cs+1相异,发生溢出。结果错误。

二.算术运算——乘/除，,，，

装二进制数乘除运算一般采用原码形式。

数值部分相乘（除），得乘积（商）的数值部分;

符号位做异或运算，得乘积（商）的符号位。

案乘法示例

1100被乘数

X1001乘数

1100、

00000或被移位的被乘数

0000

1100

1101100乘积

.算术运算乘/除

乘数被乘数部分积

10010000

乘数为1,加被乘数到部分积上,

1100

并将被乘数左移一位

11000

乘数为0,不加被乘数，被乘数

左移一位

110000

乘数为0,不加被乘数，被乘数

左移一位

1100000+

乘数为1,加被乘数到部分积上,

并将被乘数左移一位1101100

移位加法

数，则商上0,且余数=新余数。------y

-11001

除数=新余数；如果余数小于除-10K

数大于除数，则商上1,且余数一0111

Step2：余数大于除数吗？如果余.1°.

Stepl：余数（被除数）左移移位。1。1/。。。11

000111

二.算术运算——乘/除...

T.'T',■■■■

*除法示例,

I0

.算术运算--乘/除

被除数100011除数101商余数

11<101,新余数=101

1010<101,新余数=100010

100100<101,新余数=100000100

1000>101,

1000000111

新余数=1000-101=11

111>101,

1110001110

新余数=111-101=10

101>=101,

101000111「0

新余数=101-101=0

移位减法

三.逻辑运算....................

票逻辑运算是按位进行的，每一位的运算都是独立的。

1.与运算（AND,A）

规则：全"1”为"1”，否则为“0”。

2.或运算（OR,V）

规则：全“0”为“0"，否则为'T。

3.非运算（NOT,-）

规则:“1”一"0"；"0”一"1"。

4.异或运算（XOR,㊉）

规则：相异为知”,否则为“0”。

1.3二进制编码.

票用二进制数表示数字、字母、符号、文字、图象等信

息称为二进制编码。

一.十进制数的二进制编码

1.8421BCD码

十进制数8421码十进制数8421码

0000050101

1000160110

2001070111

3001181000

4010091001

1.3二进制编码....................，

2.8421BCD码与十进制、二进制数的转换

•十进制数与8421BCD码按8421编码表对应转换即可。

•二进制数与8421BCD码以十进制数作为中介即可进行转换。

【例1-19】试把十进制数321.57写成8421码的形式。

解:(321.57)io=(001100100001.01010111)BCD

【例1-20】将(01001000.00100101)BCD转换成二进制数。

解：(01000010.00100101)BCD=(42.25)10-(101010.01)2

1.3二进制编码

3.8421BCD码在计算机中的存储方式

•压缩BCD码：一个字节中存放两个BCD码。

■非压缩BCD码：一个字节存放一个BCD码。

【例1-21】画出(234.15)10用压缩BCD码和非压缩BCD码

在计算机中的存储形式。

00000010

0000001000000011

0011010000000100

0001010100000001

00000101

1.3二进制编码，

4.BCD码的运算

BCD码运算即十进制数运算，但计算机是按照二进制数

运算规则进行计算的，所以有时需对结果进行调整。

使用BCD码运算调整指令，可对运算结果进行调整，实「

现BCD码运算。

二.字符的二进制编码（ASCII码）

标准的ASCH编码使用7个比特来表示27个符号（128个符号）

1.3二进制编码

-■----■----■----■----■----■'----------■----------■----------■<

L找出矩阵中小写2.该列上部的3个二进制

字母或I位置数表示最左边的位4.小写字母a

的ASCII码是

1100001

0100111100001

0100

0101

0110

0111

3.该行开始处的4个二进制数表示

最右边的位

1100

1101

1110

1.4.微型计算机的基本结构...i

票“计算机”为一种可以接收输入、处理数据、

存储数据并产生输出的装置。微型计算机就是

计算机的微型化。

.微型计算机的组成

.微型计算机的概念结构

三.微型机的工作过程

・微型计算机的组成

-----i------------■------------i------------童--■--.

奈微型计算机包括硬件和软件。

・微型计算机的组成

-主机内部结构图

电源电线和扁平电缆

硬盘驱动器软盘驱动器

I-

•/内存

微处理器

扩展槽

扩充插件板

主板

・微型计算机的组成

L_L

心户1

见?封装SI州封装

封装

SEC封装

一--.■-微--型■--计-■算--机■-的--组■--成■<

*主板

ROM芯片含有启动计算机、诊断系统故障以及

控制低级输入输出的程序使用电池供电的时间

芯片保存了当前的日

RAM用于暂时保存等待处理的期和时间

数据

总线在主板上

的部件之间传

送数据

微处理器包含了

处理数字和逻辑

的电路

接口提供了电缆插座

用于连接外围设备如

打EP机、显示器、磁扩充插件卡插入扩展槽中提供电路以控

盘驱动器或调制解调制打印、视频显示、硬盘存储或远程通

信等

扩展槽提供了为计篁机系统增加设备的方法

-二■--.-微■--型-■-计--算■--机-■的--概-■-念-结■--构-■-

票从功能模块角度看微型机的构成。

.微型计算机的概念结构

地址总线

数据总线

控制总线

数据总线：传输数据信息。双向。

构

成地址总线：传输CPU发出的地址信息。单向。

控制总线：传输控制信号、状态等信息。双向。-

.微型计算机的概念结构

•处理器是计算机中执行处理数据指令的器件。

•一个简单的处理器主要包含运算器、控制器、寄存器组。

此外还有接口电路用来控制存储器及I/O系统并与之通信。

•运算器(ALU)是执行算术运算和逻辑运算的单元。

■控制器(ControlUnit)完成对其他部件的协调和捽制。

■寄存器组则是CPU内部存储处理器状态及少量数据的存储

承元。

・微型计算机的概念结构

亲运算器

以

，

将

便

们

它

出

输

存

或

磁

到

盘

控制单元

微型计算机的概念结构

一-一-■-----------■-

票控制器

2.指令的地址保存在指令计数器中。当

L控制器从RAM中取出指令执行完后，指令计数器指明下一条

指令，并将它放到指令指令的内存地址

寄存器中

控制单元

RAM

指令指针3.控制器解释

指令寄存器中

地址Ml

Ml的指令

两个数相加

指令寄存器

地址M2两个数相加

结果存入M3

地址M3ALU

4+5

4.控制器根据指令从内存中取数据，控

制运算器进行操作，改变指令计数器中

的内存地址

二.微型计算机的概念结构

-■■■---------■■■--------■---------■■--------童_■

票存储器用来存储程序和数据。（内存&外存）

内存储器

V------b位---------地址

0

地，址悬线卜1

------------------------2

控3

_____®

制

处理器

电

CPU写路

数据总线

n--21

n-

二.微型计算机的概念结构

-■------■------■------■------■------■------■------■------■------■------■-----

票输入/输出设备和I/O接口

数据存放在RAM中扩展总线传输数据「千展僵妻祖展插件板提供

三.微型机的工作过程

票现代计算机的工作原理是：“存储程序”+“程序控制”。

指令系统

指令周期2、翻译指令

1、取指令

3、执行

指令

4、指令计数器加1

亲模型机工作过程5+6=?

模型机工作过程5+6=?

11解决办法:变成程序：变成机器码：

思路o5fAecMOVA,51011000000000101

ADDA,60000010000000110

HLT11110100

助记符：与每条指:——<

写词。Oh00000000T

便于编程使用。lh00000001力……f)

2h00000010/。

3h00000011,ACIC1

模型机指令4hoooooioo/LiHmeo-p

指令名称助记符机器码指令长度操作

数据传送MOVA,n10110000n2把立即数n送累加器A

加法ADDA,n00000100n2把累加器的内容+n,TA

停机HLT111101001CPU暂停

模型机工作过程2

操作控制信号

littt1

程序PLA

计数器累力口器J^ALU

PC指令译码ID

RA

0000001000000101

(IR)=10110000

①

呼叱内部总线数据

寄存器

00000101寄存器DR

00000001AR

Oh10110000J

01一lh0000010100000101

AB2h00000100⑤DB2执行

地址总线3h00000110数据总线

(2)执行MOV操作

控制总线®4h11110100

CB读-读MOV操作数

模型机工作过程3赛2执行

操作控制信号

山til

程序PLA

计数器+i累加器ALL

PCACC指令译码ID

RA

0000OOH00000101

JIR>00000100

①

地址内部总线数据

寄存器

00000100寄存器DR

00000010AR

ABOh10110000

地址总线lh00000101

2h0000010000000100t执行

02一-2

3h00001000⑤DB

数据总线(3)读ADD操作码

控制总线®4h11110100

CB读

模型机工作过程4跟2执行

操作控制信号

0001101tittit

程序PLA

计数器ALU

指令译码

PCACCaID

0000010000001101RA

(IR)=00000100

⑦

①

j也叱内部总线数据

寄存器⑥00000110

寄存器DR

00000011AR

Oh10110000袋2执行

ABlh00000101(5)执行ADD操作-

地址总罐

2h00000100读ADD操作数

03一3h00001000400000110

11110100n⑤DB（6）进行累力口，总线空

控制总线®4h

数据总线闲

CB读

1.58088/8086微处理器

----■---------童---------1-----------■-----------■-----------■-----------■-----

一.8088/8086的外部引脚

二.8088/8086的功能结构

三.8088/8086的编程结构

四.8088/8086的存储器及I/O组织

.8088/8086的外部引脚

最小模式：单机系统MN/MX

r-通过在MN/MX

RESET-------->-------^>A16-A19/S3-S6--输入引脚加上不

-------)A8-A15^^

READY---------:同的电平来选择

TEST--------►\!——AD0-AD78088的工作模式。

；该引脚输入电平

CLK-----------------Asso

;为'T时,8088

HOLD(WGT0)---------*RD

工作在最小模式。

HOLA(RQ/GT1)---------8088CPU---------WR(LOCK)

'该引脚输入电平

NMI>“DEN(SO)

INTR--------»--------DT/R(S1)为“0”时