学习微型计算机概述知识课件

微型计算机原理

与接口技术刘建成主讲ljc@《微型计算机原理与接口技术》

课程要求与教学内容

1.课程教学安排教学参考学时：48学时实验学时：16学时考试形式：笔试（闭卷）2.教材内容体系结构基本知识与基本概念计算机的基本结构与工作原理微处理器与微型计算机的概念微型计算机系统组成及其应用计算机中的数据表示、数制与编码的应用《微型计算机原理与接口技术》

课程要求与教学内容8086/88微处理器微处理器内部结构存储器和I/O组织总线周期与操作时序指令系统与汇编语言指令的概念与寻址方式8086指令系统介绍汇编语言格式、基本表达、伪指令介绍汇编语言源程序的建立、编辑、运行、调试《微型计算机原理与接口技术》

课程要求与教学内容中断系统中断的基本概念中断处理过程中断控制器8259A可编程接口芯片及应用接口基本概念总线技术可编程定时器/计数器8253可编程并行接口芯片8255A可编程串行接口芯片8251A1.1引言第1章微型计算机概述1.2微机中数的表示与编码1.3

微机的基本结构及原理1.1引言1、微型计算机的发展（1）从CPU角度来说（2）从存储器角度来说（3）从外部接口角度来说2、常用的名词术语（1）位（Bit）（2）字节（Byte）（3）字（Word）3、计算机的应用

（1）科学计算（2）数据处理（3）过程控制（4）计算机辅助系统（5）人工智能1.2微型计算机中数的表示与编码在计算机运行过程中，有关数据（数值、文字、图象和音频）、程序（指令）都是采用二进制编码表示。1、计算机中的数制（1）数制的基数基数就是进位计数制的计数符号的个数（2）数制中的位权位权就是按进位计数制的数值，其每一位对应的固定值。（3）数值的展开(3)计算机中常用的进位计数制

计数制基数数码进位关系二进制20、1逢二进一八进制80、1、2、3、4、5、6、7逢八进一十进制100、1、2、3、4、5、6、7、8、9逢十进一十六进制160、1、2、3、4、5、6、7、8、9A、B、C、D、E、F逢十六进一(4)计数制的书写规则在数字后面加写相应的英文字母作为标识。如：二进制数的100可写成100B十六进制数100可写成100H在括号外面加数字下标。如：（1011）2表示二进制数的1011（2DF2）16表示十六进制数的2DF22、数制之间的转换（1）十进制整数转换为二进制整数采用基数2连续去除该十进制整数，直至商等于“0”为止，然后逆序排列余数。（2）十进制小数转化为二进制小数连续用基数2去乘以该十进制小数，直至乘积的小数部分等于“0”，然后顺序排列每次乘积的整数部分。（3）十进制整数转换为八进制整数或十六进制整数采用基数8或基数16连续去除该十进制整数，直至商等于“0”为止，然后逆序排列所得到的余数。（4）十进制小数转换为八进制小数或十六进制小数连续用基数8或基数16去乘以该十进制小数，直至乘积的小数部分等于“0”，然后顺序排列每次乘积的整数部分。（5）二、八、十六进制数转换为十进制数用其各位所对应的系数，按“位权展开求和”的方法就可以得到。其基数分别为2、8、16。（6）二进制数转换为八进制数从小数点开始分别向左或向右，将每3位二进制数分成1组，不足3位数的补0，然后将每组用1位八进制数表示即可。（7）八进制数转换为二进制数将每位八进制数用3位二进制数表示即可。（8）二进制数转换为十六进制数从小数点开始分别向左或向右，将每4位二进制数分成1组，不足4位的补0，然后将每组用一位十六进制数表示即可。（9）十六进制数转换为二进制数将每位十六进制数用4位二进制数表示即可。

【例1.1】将十进制整数（105）10转换为二进制整数，采用“除2倒取余”的方法，过程如下：2︳105

2︳52

余数为12︳26

余数为02︳13

余数为02︳6

余数为12︳3

余数为02︳1

余数为10 余数为1所以，（105）10＝（1101001）2【例1.2】将十进制小数（0.8125）10转换为二进制小数，采用“乘2顺取整”的方法，过程如下：0.8125×2＝1.625 取整数位10.625×2＝1.25取整数位10.25×2＝0.5 取整数位00.5×2＝1.0 取整数位1所以，（0.8125）10＝（0.1101）2如果出现乘积的小数部分一直不为“0”，则可以根据精度的要求截取一定的位数即可。

3、计算机中编码

在计算机运行过程中，有关数据（数值、文字、图象和音频）、程序（指令）都是采用二进制编码表示。（1）数值的编码Ⅰ、数值直接二进制数表示（即用二进制表示数值）Ⅱ、二进制编码的十进制数（BCD码）（105）10＝（1101001）2（105）10=（000100000101）BCD数值的符号怎么处理？（2）字符的编码英文字母和各种符号在计算机中按特定的规则编码，常用的规则是ASCII（AmericanStandardCodeforInformationInterchange）码，用于给西文字符编码。包括英文字母的大小写、数字、专用字符、控制字符等；这种编码由7位二进制数组合而成，可以表示128种字符；在ASCII码中，按其作用可分为：34个控制字符；10个阿拉伯数字52个英文大小写字母；32个专用符号ASCII码的最个位为0。（3）汉字的编码Ⅰ、汉字输入码汉字输入码是为用户由计算机外部输入汉字而编制的汉字编码，又称为汉字外部码，简称外码。使用较多的有以下4类：顺序码、音码、形码、音形码。Ⅱ、汉字机内码汉字机内码是汉字处理系统内部存储、处理汉字而使用的编码，简称内码。由两个字节组成。汉字机内码的最个位都为1。Ⅲ、汉字字形码汉字字形码是表示汉字字形信息的编码。

4、计算机中符号数的表示与处理

（1）机器数与真值在计算机内部表示二进制数的方法称为数值编码，把一个数及其符号在机器中的表示加以数值化，称为机器数。机器数所代表的数称为数的真值。（2）机器数的符号在算术运算中，数据是有正有负的，将这类数据称为带符号数。为了在计算机中正确地表示带符号数，通常规定每个字长的最高位为符号位，并用0表示正数，用1表示负数。

需要强调：在计算机中可以使用无符号数，即整个字都来表示数值。（3）机器数中小数点的位置

在机器中，小数点的位置通常有两种约定：一种规定小数点的位置固定不变，这时的机器数称为“定点数”。另一种规定小数点的位置可以浮动，这时的机器数称为“浮点数”。（4）原码

正数的符号位为0，负数的符号位为1，其它位按照一般的方法来表示数的绝对值。用这样的表示方法得到的就是数的原码。【例1.3】当机器字长为8位二进制数时：X＝＋1011011 [X]原码＝01011011Y＝-1011011 [Y]原码＝11011011[＋1]原码＝00000001[－1]原码＝10000001[＋127]原码＝01111111[－127]原码＝11111111原码表示的整数范围是：－（2n-1－1）~＋（2n-1－1），其中n为机器字长。则：8位二进制原码表示的整数范围是－127~＋12716位二进制原码表示的整数范围是－32767~＋32767

（5）反码对于一个带符号的数来说，正数的反码与其原码相同，负数的反码为其原码除符号位以外的各位按位取反。【例1.4】当机器字长为8位二进制数时：X＝＋1011011[X]原码＝01011011[X]反码＝01011011Y＝－1011011[Y]原码＝11011011[Y]反码＝10100100[＋1]反码＝00000001 [－1]反码＝11111110[＋127]反码＝01111111 [－127]反码＝10000000负数的反码与负数的原码有很大的区别，反码通常用作求补码过程中的中间形式。反码表示的整数范围与原码相同。

（6）补码正数的补码与其原码相同，负数的补码为其反码在最低位加1。【例1.5】X＝＋1011011Y＝－1011011则：[X]原码＝01011011[X]补码＝01011011[Y]原码＝11011011[Y]反码＝10100100[Y]补码＝10100101补码表示的整数范围是－2n-1~＋（2n-1－1），其中n为机器字长。则：8位二进制补码表示的整数范围是－128~＋12716位二进制补码表示的整数范围是－32768~＋32767在计算机中，应用补码是为了将减法变为加法运算。【例1.5】X＝＋1011011Y＝－0000011

在计算机中，X+Y=[X]补码＋[Y]补码=01011011+11111101

1

01011000补码运算过程中的溢出问题当运算结果超出补码范围时，就不能正确表示数了，此时称为溢出。

例2.5】X＝＋69Y＝＋64[X]补+[Y]补=[01000000]补+[01000101]补

=[10000101]补显然，两正数相加运算结果为负数，结果出错。作业：1.1,1.2,1.3,1.41.3微型计算机系统的组成

1、微型计算机系统的组成

微型计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成：

硬件微计算机外围设备微处理器内存储器I/O接口电路系统总线外部设备过程I/O通道软件系统软件程序设计语言应用软件：软件包，数据库机器语言汇编语言高级语言监控程序操作系统编辑程序解释程序编译程序诊断程序2、微型计算机的硬件结构

微处理器CPU存储器RAM接口电路时钟外存I/O设备接口电路存储器ROM数据总线（双向）地址总线（单向）控制总线各组成模块及其功能：

（1）中央处理单元

中央处理单元CPU（ControlProcessingUnit）是微型计算机的核心部件，是包含有运算器、控制器、寄存器组以及总线接口等部件的一块大规模集成电路芯片，俗称微处理器。

（2）主存储器

主存储器是微型计算机中存储程序、原始数据、中间结果和最终结果等各种信息的部件。按其功能和性能，可以分为：随机存储器RAM（RandomAccessMemory）只读存储器ROM（ReadOnlyMemory）

（3）系统总线

系统总线是CPU与其他部件之间传送数据、地址和控制信息的公共通道。根据传送内容可分成以下3种：数据总线DB（DataBus）：用于CPU与主存储器、CPU与I/O接口之间传送数据。地址总线AB（AddressBus）：用于CPU访问主存储器和外部设备时，传送相关的地址。控制总线CB（ControlBus）：用于传送CPU对主存储器和外部设备的控制信号。（4）输入输出接口电路

输入/输出接口电路也称为I/O（Input/Output）电路，即通常所说的适配器、适配卡或接口卡。它是微型计算机外部设备交换信息的桥梁。（5）外存储器

分为软磁盘、硬磁盘、光盘存储器。磁盘存储器由磁盘、磁盘驱动器和驱动器接口电路组成，统称为磁盘机。光盘存储器是由光盘、光盘驱动器和接口电路组成。（6）输入/输入设备

计算机最常用的输入设备是键盘和鼠标。计算机最常用的输出设备是显示器和打印机。

3、8086微处理器的内部结构包含运算器和控制器电路的大规模集成电路，称为“微处理器”，又称“中央处理器（CPU）”，其职能是执行算术/逻辑运算，并负责控制整个计算机系统，使之能自动协调地完成各种操作。（1）基本性能指标16位微处理器；采用高速运算性能的HMOS工艺制造，芯片上集成了2.9万只晶体管；使用单一的+5V电源，40条引脚双列直插式封装；时钟频率为5MHz~10MHz，基本指令执行时间为.3ms~0.6ms16根数据线和20根地址线，可寻址的地址空间达1MB8086可以和浮点运算器、I/O处理器或其他处理器组成多处理器系统，从而提高了系统的数据吞吐能力和数据处理能力。（2）8086微处理器的内部结构（3）执行部件EU执行部件中包含一个16位的算术逻辑单元（ALU），8个16位的通用寄存器，一个16位的状态标志寄存器，一个数据暂存寄存器和执行部件的控制电路。功能：从BIU的指令队列中取出指令代码，经指令译码器译码后执行指令所规定的全部功能。执行指令所得结果或执行指令所需的数据，都由EU向BIU发出命令，对存储器或I/O接口进行读/写操作。（4）总线接口部件BIU总线接口部件BIU内部设有四个16位段地址寄存器：代码段寄存器CS、数据段寄存器DS、堆栈段寄存器SS和附加段寄存器ES，一个16位指令指针寄存器IP，一个6字节指令队列缓冲器，20位地址加法器和总线控制电路。主要功能：根据执行部件EU的请求，负责完成CPU与存储器或I/O设备之间的数据传送。4、8086CPU的寄存器结构8086CPU中可供编程使用的有14个16位寄存器，按其用途可分为3类：通用寄存器、段寄存器、指针和标志寄存器，如所示。

累加器AHALBHBLCLDHDLCHSPSIDIIPFLAGSCSDSSSESBP基址寄存器计数寄存器数据寄存器堆栈指针寄存器基址指针寄存器源变址寄存器目的变址寄存器指令指针寄存器标志寄存器代码段寄存器段寄存器附加段寄存器堆栈段寄存器数据寄存器地址指针和变址寄存器控制寄存器通用寄存器数据段寄存器8086CPU内部寄存器结构

（1）通用寄存器

通用寄存器分为数据寄存器与指针和变址寄存器两组。数据寄存器包括4个16位的寄存器AX、BX、CX和DX，一般用来存放16位数据，故称为数据寄存器。其中的每一个又可根据需要将高8位和低8位分成独立的两个8位寄存器来使用，即AH、BH、CH、DH和AL、BL、CL、DL两组，用于存放8位数据，它们均可独立寻址、独立使用。指针和变址寄存器包括指针寄存器SP、BP和变址寄存器SI、DI，都是16位寄存器,，一般用来存放地址的偏移量。（2）控制寄存器

指令指针寄存器IP：是一个16位的寄存器，存放EU要执行的下一条指令的偏移地址，用以控制程序中指令的执行顺序，实现对代码段指令的跟踪。

标志寄存器F：是一个16位的寄存器，共9个标志，其中6个用作状态标志，3个用作控制标志。

Ⅰ、状态标志：状态标志用来反映EU执行算术和逻辑运算后的结果特征。CF：进位标志；PF：奇偶标志；AF：辅助进位标志ZF：零标志；SF：符号标志；OF：溢出标志Ⅱ、控制标志：控制标志是用来控制CPU的工作方式或工作状态。TF：陷阱标志或单步操作标志：IF：中断允许标志DF：方向标志（3）段寄存器8086CPU共有4个16位的段寄存器，用来存放每一个段的段起始地址的高16位。代码段寄存器CS数据段寄存器DS堆栈段寄存器SS附加段寄存器ES

ODITSZAPC5、8086的存储