第1章微型计算机基础知识

微型计算机原理与应用

北京科技大学信息基础科学系

绪：课程介绍

课程目标

微机原理是学习和掌握微机硬件知识和汇编语言

程序设计的入门课程：

行微型计算机的基本构成和工作原理

，汇编语言程序设计

，微型计算机接口技术及应用

目的：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

绪：课程介绍

教学内容

第一章微型计算机基础知识（2学时）

第二章8086/8088微处理器及其体系结构（6学时）

第三章8086/8088CPU的指令系统（6学时）

第四章汇编语言及汇编程序设计（2学时）

第五章存储器系统（6学时）

第六章输入输出及DMA控制器（4学时）

第七章中断系统和中断控制器8259A（8学时）

第八章接口技术（2学时）

实验（4学时）

微型计算机原理及应用

第1章微型计算机的基础知识

主要内容：

■微型计算机系统概述

■计算机中的数制及其编码

■计算机中数的运算方法（自学）

第1章微型计算机的基础知识

1.1微型计算机系统概述

主要内容：

■计算机的硬件组成

■微型计算机的基本结构

■微型计算机系统

■微处理器概述

1.1微型计算机概述

计算机的基本组成

按冯•诺依曼结构组成的计算机硬件系统，包括：

•运算器——完成算术运算和逻辑运算

•控制器——控制其他部件和设备完成计算机指

令规定的任务（取指令、分析指令、发送操作信号）

•存储器——存储计算机程序、数据及中间结果

内存储器（主存）

外存储器（辅存）

•输入设备——将程序、数据输入计算机的设备

•输出设备——输出计算机处理结果的设备

1.1微型计算机概述

计算机硬件组成框图

输

输

入

出

设

设

备

备

硬件是指构成计算机系统的物理实体

1.1微型计算机概述

微型计算机的结构特点

・微型计算机是计算机家族中一个特殊成员；遵

从计算机的组成原理；具有三个显著特点：

•微型计算机采用大规模和超大规模集成电

路技术、以CPU（微处理器）为核心

•微型计算机采用“主板”作为主要硬件组

件的集成平台

•微型计算机采用总线结构

1.1微型计算机概述

微型计算机的硬件组成

微处理器（CPU、中央处理器）

内存储器（包括ROM、RAM）

输入输出接口电路（接口卡、适配器）

系统总线（包括DB、AB、CB）

外部设备（包括输入、输出、外部存储器）

1.1微型计算机概述

微型计算机的基本结构

地址总线是单向的

►AB

微

处►CB

理

器

►DB

I/O接口

内部存储器

外部设备

1.1微型计算机概述

微型计算机系统

微型计算机系统包括：

「主机：主机板、CPU、总线、内存、

硬件系统彳接口、电源等

〔外设：输入设备、输出设备、外存

OS：Windows>DOS

r系统软件）语言处理程序

软件系统；〔服务程序等

I应用软件

详见书P3图

1.1微型计算机概述

微处理器（CPU）基本组成

♦:♦微处理器是微型计算机的核心。它的性能决定了微机

的档次

♦:♦微处理器的基本功能和基本组成：

•运算器：算术逻辑单元（ALU）、累加器、

暂存器、标志寄存器等

■控制部件：指令寄存器和译码器、

时序和控制电路

•寄存器组

■数据和地址缓冲器

1.1微型计算机概述

微处理器（CPU）的类型

CPU型号以Intel系列为例:

CPU8088

80286803868048680586PIIPIII

型号/8086

主频

4.77-1016-2533100133-233233-400300-900

MHZ

准16位准32位

字长16位32位准64位64位64位

/16位/32位

第1章微型计算机的基础知识

L2计算机中的数制及其编码

本节内容简介

计算机中的常用数制及特点

计算机中的数据编码

计算机中数值型数据的表示方法

L2计算机中的数制及编码

计算机中的常用数制

■本节内容简介

•常用数制的特点

•不同数制间的相互转换

•二进制数的运算规则

•与二进制数有关的常用计量单位

L2计算机中的数制及编码

数制的意义

■按进位的原则进行计数称为进位计数制，简称“数制”

■数制的三要素及意义

■进位基数：逢N进一

■数码（或称为数符）：使用那些字符表示数

■位权：一个数字在某个固定位置时的值

L2计算机中的数制及编码

不同数制下的数符

数制基数数字符号

十进制100,1,2,3,4,5,6,7,8,9

二进制10,1

八进制80,1,2,3,4,5,6,7

十六进制160,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F

L2计算机中的数制及编码

不同数制下进位方式和位权

■不同数制的进位方式

如：十进制为“逢十进一”

二进制为“逢二进一”

N进制的进位方式为“逢N进一”

■位权——某位上数码的权值

如十进制数：4723.75

7X1027X10-1

10i——权值，是10的整数次塞

L2计算机中的数制及编码

常用数制与数的按位展开

O在计算机技术中常用的数制

•十进制数（D）、二进制数（B）

•十六进制数（H）、八进制数（C）

o数的按权展开：

11—m

D=工凡_］及-\+工NjK'i

i=lJ--1

N：第i,j位上的数码K：第i,j位上的数码的数权

L2计算机中的数制及编码

不同数制下的按权展开式

■例如

•十进制数的按权展开式为：

(4723.75)1。

=4X103+7X102+2XW+3X10°

+7X10-1+5X10-2

•二进制数的按权展开式：

(11101.01)2

=1X24+1X23+1X22+0X21+1X2。

+OX2-1+1X2-2

L2计算机中的数制及编码

不同数制下的按权展开式

■八进制数的按权展开式：

(165.5)8

=1X82+6X81+5X8°+5X8」

■十六进制数的按权展开式：

(18A.6)i6

=1X162+8X161+A*160+6*16”

L2计算机中的数制及编码

如何区分不同进位记数制的数字

■在数字后面加一个字母进行区分：

■二进制：数字后面加B,如1001B

■八进制：数字后面加O,如10010（或用C）

■十进制:数字后面加D,一般不加，如1001

■十六进制：数字后面加H,如1001H

■在明显可以区分其记数制的情况下，可以省略

数字后面的字母

L2计算机中的数制及编码

不同数制的应用特点

■十进制数是人们日常最习惯使用的数制

■计算机只能识别、表示、存储、处理二进制数

■二进制的缺点是位数多，书写数据、指令不方便。

因此书写时通常把三位二进制数做一组来构成一

位八进制，或用四位二进制数构成一位十六进制

数；即使用八进制和十六进制表示和书写指令与

数据

L2计算机中的数制及编码

各种数制之间的转换

■数制间的转换是必然的，其中包括：

■非十进制到十进制数的转换

■十进制数到非十进制数的转换，特别是转换

成为二进制数

■二进制到八进制数和十六进制数

L2计算机中的数制及编码

二进制的运算规则

加0+0=01+0=0+1=11+1=0（有进位）

算

术减0-0=01-0=11-1=00-1=1（有借位）

运

算

乘0*0=00*1=1*0=01*1=1

除0/1=01/1=1

与0A0=00Al=01AO=O1A1=1

辑

逻或0V0=0OV1=1IV0=1IV1=1

算

运

非非0为1非1为0

异或0㊉0=01㊉1=00㊉1=11㊉0=1

L2计算机中的数制及编码

二进制数加法运算举例

■例1:

101.01

+110.01

1011.10

■例2：

101.111

+1L011•小数点对齐

1001.010•逢二进一

•要考虑进位问题

L2计算机中的数制及编码

二进制数逻辑运算举例

■例如：a=1100,b=0110

进行运算：aVb>aAb>a㊉b

1100110011001100

V0110A0110逻辑非为㊉0110

1110010000111010

要点：

逻辑运算按位进行，不同位之间不存在任何联系,

不象算术运算中位之间可能有进位或借位。

L2计算机中的数制及编码

与二进制数有关的常用计量单位

■1个二进制位称为1比特（bit,b）

■8个二进制位组成1字节（byte,B）

（计算机中规定字节为最小的存取单位）

■1KB=1O24B=21OB

■lMB=1024KB=1024*1024B=220B

■1GB=1024MB=l024^1024KB=230B

■lTB=1024GB=10242MB=10243KB=10244B=240B

L2计算机中的数制及编码

数据在计算机中的表示

■在计算机中，一般形式的数据信息必须转换

为二进制代码形式；不同类型的数据信息的

表示方法不同

■数值型数据

■BCD码

■二进制数

■非数值型数据一ASCII码

L2计算机中的数制及编码

ASCH编码

■非数值数据在计算机中也必须以二进制形式表

示

■美国标准信息交换代码(AmericanStandard

CodeforInformationInterchange,ASCII石马)

L2计算机中的数制及编码

ASCH码的规则

■用一个字节表示一个字符的编码

■最高位取“0”，余下7位可区分128个二

进制编码，即128个字符。其中：

■95个编码对应于键盘上能输入并可显

示输出的95个字符（ASCII码值为32—

126）

■另外的0〜31和127作为控制码

L2计算机中的数制及编码

ASCII码的规则

■控制字符的编码是0000000—0011111和1111111

■数字0〜9的编码是0110000〜0111001,它们的高3

位均是011,后4位正好与其对应BCD码相符

■英文字母A〜Z的ASCII码从1000001(41H)开始

顺序递增，字母a〜z的ASCH码从1100001(61H)

开始顺序递增

■其他为标点及运算符号的编码

ASCII字符表

X000001010Oil100101110111

0000NULDLESP0@PP

0001SOHDC111AQaq

0010STXDC2If2BRbr

0011ETXDC3#3CScs

0100EOTDC4$4DTdt

0101ENGNAK%5EUeu

0110ACKSYN&6FVfV

!

0111BELETB7Gwgw

1000BSCAN(8HXhX

1001HTEM)9IYiy

1010LFSUB*•JZjz

-

1011VTESC+Kk(

1100FFFS5<L\1

1101CRGS-=M]m}

1110SORS*>Ntn

miSIUS/?•00DEL

L2计算机中的数制及编码

BCD码一十进制数字字符编码

■用4位二进制数表示一位十进制数。有两种表

示法：压缩BCD码和非压缩BCD码

■压缩BCD码的每一位用4位二进制表示，

0000〜1001表示0〜9,一个字节表示两位十进制

数

■非压缩BCD码用一个字节表示一位十进制数，

高4位总是0000,低4位的0000〜1001表示0〜9

L2计算机中的数制及编码

BCD码的特殊意义

■在计算机中,一组二进制的代码一般分为两种意

义,一种是某字符的编码（称为码）,一种是个数的

数值（称为值）

■值是可以进行运算的，而码则无此意义

■BCD码既是码一表示数字字符

■BCD码也是值一表示十进制数值，可运算

L2计算机中的数制及编码

例

■23+22=43

■00010111+00010110=00101101

■17H+16H=2DH

■BCD码方式

•0010001123

•+0010001022

•0100010145

L2计算机中的数制及编码

例

■56+55=111

■ooir~

■381'01010110

■BC•01010101

•°・10101011

•01100110

■

•100010001一一BCD码的111—正确!

■修工•修正是由专门的指令完成的

果日

L2计算机中的数制及编码

计算机中数值的二进制表示方法

■在计算机中，数值的表示比较复杂

■数值有正数和负数之分

•将涉及如何表示正负号的问题

・原码、反码和补码

-数值有整数和实数之分

•将涉及小数点的表示问题

・定点数与浮点数

L2计算机中的数制及编码

机器数与真数

■数值在计算机中的表示形式称为“机器数”

■数值本身则称为“真数”

■两者的关系

■真数的符号位被符号化以后就成为“机器数”

L2计算机中的数制及编码

例

机器数

+52=+0110100=。0110100

符号位数值位（绝对值）

-52=-0110100=10110100

L2计算机中的数制及编码

无符号数与带符号数

■用若干位二进制数的最高位表示符号，则称为

带符号数的表示方法；所表示的数就称为带符

号数

■如将全部有效位都用来表示数值的大小，则称

为无符号数的表示方法，所表示的数就称为无

符号数

L2计算机中的数制及编码

例

■机器数11001011

■无符号数，其真值为203

■带符号数，则真值为-75

L2计算机中的数制及编码

带符号下的正数与负数

■在计算机中，数值的符号也用数码表示

■一般数的最高位用于表示符号：

■用0表示正数

■用1表示负数

■例如用两个字节表示一个整数：

(+ll)lo=(OOOOOOOO00001011)2

(-ll)lo=(lOOOOOOO00001011)2

L2计算机中的数制及编码

计算机计算复杂化问题

■例如计算：（-19）+（+22）

10010011+00010110不能直接计算！

要保证计算的正确性，需要判断符号是否相同：

•如果相同，结果符号不变，并进行绝对值相加

•1解决的方法是:

彳★使用反码或补码的表示方法（按前述表示的

编码称为原码）

★将减法运算一律转换为加法运算

L2计算机中的数制及编码

原码、反码和补码

■正数：原码、反码、补码相同

■符号位为0,数值为对应的二进制数

+109=[01101101]原=[01101101]反=[01101101]补

■负数：

-原码符号位为1,数值为绝对值的二进制数

—109=[11101101]原

-反码符号位为L数值为绝对值的二进制数各位变反

—109=[10010010]反

-补码符号位为L数值为绝对值的二进制数各位变反加1

—109=[10010011]补

L2计算机中的数制及编码

原码、反码、补码举例（8位二进制）

十进制数原码反码补码

+0000000000000000000000000

-0100000001111111100000000

+1000000010000000100000001

-1100000011111111011111111

+73010010010100100101001001

-73110010011011011010110111

+127011111110111111101111111

-127111111111000000010000001

L2计算机中的数制及编码

例

■有一个带符号数10000000

■右为原码---0

■若为反码---127

■若为补码一一128（这是一个特殊的补码）

■若为无符号数一128

L2计算机中的数制及编码

负数的补码的计算问题

■已知原码，将表示数值绝对值的二进制数各位变

反加1

■从原码的最低位起，到第一个1（含）以前的原码

中的数字不变；之后的数字取反；符号位不变

■例已知原码11110000；两种方法均可得到其补

码为10010000

L2计算机中的数制及编码

补码的计算问题

■对于已知的补码，按照求补计算过程的逆过程，

可计算得到该补码的原码

■还可以证明［因］补］补=因］原

■例已知补码为10111101,两种方法都可以得到

其原码为11000011

补码的计算问题

■假设已知某数值的补码［X］补，对其每一位（包括

符号位）都按位取反加1,得到的是其负数的补码,

即［-X］补

-这个计算过程称为变补

■67一一01000011一—10111100――10111101一一

（-67）的补码（反之亦然）

L2计算机中的数制及编码

例

原码反码补码

000000000000000000000000

011111000111110001111100

100000101111110111111110

111111111000000010000001

第1章微型计算机的基础知识

1.3计算机中数的运算方法

■以定点整数为学习对象

■以自学为主

■数的表示范围

■溢出问题

L3计算机数的运算方法

计算机中的数值运算

■在计算机中，运算均以补码形式进行

■运算形式均为补码的加运算

■得到的结果当然也是补码形式

■需要输出时，再转换为原码，求出其真值

伤I73-72=(01001001)补+(10111000)补=(00000001)补

伤

I73-127=(01001001)#+(10000001)#=(11001010)#

5421

=(11OO1OO1)^=(1O11O11O)^=-(2+2+2+2)1O=-54

L3计算机数的运算方法

数的表示范围

♦无符号数

一个n位的无符号二进制数X,其表示范围