微型计算机原理与接口技术第二版孙力娟

1、微型计算机原理与接口技术,本门课的参考书,1.凡与汇编程序设计、与80X86硬件接口有关的书与资料2.戴梅萼.微型计算机技术及应用(第3版）.清华大学出版社.2003年3.仇玉章等.32位微型计算机原理与接口技术.清华大学出版社.2004年,答疑,fwyao,教材,孙力娟等.微型计算机原理与接口技术(第2版）清华大学出版社.2007年2月,本门课的课程与实验安排总学时56学时实验8学时,序言,存储器,按照冯.诺依曼的计算机体系结构思想,计算机发展,第一代（19461958）电子管计算机,第二代（19591963）晶体管计算机,第三代（19641970）集成电路电子计算机,第四代（1971199

2、0）大规模集成电路,第五代（1991）黄金时期,什么是微型计算机？,微型计算机的特点：体积小、重量轻、价格低廉简单灵活、可靠性高功耗低、对使用环境要求不高结构灵活、应用面广,计算机按体积、性能和价格等分类，可分为：巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机,课程内容,本课程讲述位微型机的硬件、软件的基本知识，其中：,硬件：位微处理器的指令系统，微处理器结构，中断系统，I/O系统与常规I/O接口电路及其应用,软件：汇编语言程序设计,本课程涉及到的基础知识有：数字电路,DOS操作命令，数制和码制。,第1章计算机基础,解决微型机领域中数的不同表示方法一常用计数制1.十进制数：编程时使用（D）2.二进制数

3、：计算机内部信息存储，运算，输入/输出都是二进制数（B）,1.1计算机中的数制,在二进制计数系统中，表示数据的数字符号只有两个，即0和1；大于1的数就需要两位或更多位来表示；以小数点为界向前各位的位权依次是20，21，22，向后依次为2-1，2-2，2-3，；一个二进制数可以通过各位数字与其位权之积的和来计算其大小。,（）权：,每位代码非即高位权是低位权的倍加减运算法则：逢二进一，借一当二,101111,11011010,特点：,3.十六进制数：,人们最常用的是十进制，但在计算机中为了物理实现的方便，采用的是二进制。人们为了书写阅读方便，又常常采用十六进制数来表示二进制数。十六进制的基数是16

4、，权值为160、161、，数码有0、1、9、A、B、C、D、E、F。十六进制用H表示，二进制数用B表示,十六进制与二进制的关系：每4位二进制数用1位十六进制数来表示,所以，（10，1001，1010，1111）（29AF）16,十六进制数特点：（AF）16权：,每位代码，AF高位权是低位权的16倍加减运算法则：逢十六进一，借一当十六,二数制转换,二、八、十六进制数十进制数算法:每位的代码和该位的权值相乘，再求累加和如：（）（？）,解：123122021120121122=84010.50.25=(13.75)10,如：（AF）16=(?)10解：216391621016115160=81922

5、30416015=(10671)10,.二进制数十六进制数四位二进制数为一组，每组用等值的十六进制代换如：(101011.11)(10,1011.1100)2=(2B.C)16,3十六进制数二进制数一位十六进制数用等值的四位二进制数代换如:(17E.58)16（0001,0111,1110.0101,1000)2,4.十进制数二进制数十进制整数二进制数算法：除取整，直到商为零为止，倒排,11,2,2,2,1,2,0,所以，(11)10=(1011)2,5,2,十进制数纯小数二进制数算法:乘2取整,直到乘积的小数部分为0时止，顺排,(0.8125)10=(0.1101)2,十进制带小数二进制数整

6、数、纯小数分别计算,再合并(11.8125)10=(1011.1101)2,例:设X=(01010110)2Y=(5A)16问:X,Y谁大?,解:转换成同一数制比。等值的十进制数谁最大。X=(01010110)2=26242221=(86)10Y=(5A)16=516110160=(90)10Y大,不同数制的数比大小,可看它等值的十进制数谁大。,1.2计算机中数据的编码,一十进制数的二进制编码BCD码二字符的编码ASCII码三码制,解决不同信息在计算机中的具体表示,一十进制数的二进制编码BCD码计算机中采用二进制，但二进制书写、阅读不便，所以在输入输出时人们仍习惯使用十进制。采用二进制数对每一

7、位十进制数字进行编码来表示一个十进制数，这种数叫做BCD码。BCD码有多种形式，最常用的是8421BCD码，它是用4位二进制数对十进制数的每一位进行编码，这4位二进制码的值就是被编码的一位十进制数的值。,BCD码在计算机中的存储分为紧凑型和非紧凑型两种：,紧凑型BCD码：（37）D=0011，0111B非紧凑型BCD码：（37）D=0000，0011B0000，0111B,二字符的编码ASCII码在计算机中除了数值之外，还有一类非常重要的数据，那就是字符，计算机常用的输入输出设备有键盘、显示器、打印机，它们处理的数都是人熟悉的字符,有英文的大小写字母，数字符号（0，1，9）以及其他常用符号（如

8、：%、+等）。在计算机中，这些符号都是用二进制编码的形式表示，每一个字符被赋予一个惟一固定的二进制编码。目前，一般都是采用美国标准信息交换码（ASCII），它使用七位二进制编码来表示一个符号。由于用七位码来表示一个符号，故该编码方案中共有128个符号（27=128）。,如：键入“”，实际写入键盘存储区的是31H即00110001B键入“A”，实际写入键盘存储区的是41H即01000001B,又如：欲显示“0”，应把30H即00110000B显示存储区欲显示“F”，应把46H即01000110B显示存储区,要求同学们要牢记以下18个字符的ASC码：09的ASC码为30H39HAF的ASC码为41

9、H46H回车符的ASC码为0DH换行符的ASC码为0AH,三.码制,解决在微型机领域中如何表示有符号数？,（一）真值和机器数的概念,计算机只能识别0和1组成的数或代码，所以有符号数的符号也只能用0和1来表示，,真值：一个数的数值。用“”表示正数，用“”表示负数如：+101-101,把符号数值化，用0表示“+”，用1表示“-”，这样，连同符号位在一起作为一个数，称为机器数。,机器数：在计算机中如何表示正负?,由于数值部分的表示方法不同，有符号数可有三种表示方法，即机器数有三种形式，分别叫做原码、反码和补码。,字长：包括符号位在内，一个二进制数占有的位数如：字长n=8的二进制数，除了符号位，数值部

10、分为7位,1.原码：原码表示的有符号数，最高位为符号位，数值位部分就是该数的绝对值。例如：假设某机器为8位机，即一个数据用8位（二进制）来表示，则：+23(17H)的原码机器数为00010111-23(-17H)的原码机器数为10010111其中最高位是符号位，后7位是数值位。,2.反码：反码表示的有符号数，也是把最高位规定为符号位，但数值部分对于正数是其绝对值，而对于负数则是其绝对值按位取反（即1变0，0变1）。例如：+23的反码机器数为00010111-23的反码机器数为11101000数字0的反码有2种表示：(+0)10=(00000000)2(-0)10=(11111111)2,3.补

11、码：补码表示的有符号数，对于正数来说同原码、反码一样，但负数的数值位部分为其绝对值按位取反后末位加1所得。例如：+23的反码为00010111-23的反码为11101000-23的补码为11101001,小结：机器数比真值数多一个符号位。正数的原、反、补码与真值数相同。,负数原码的数值部分与真值相同；负数反码的数值部分为真值数按位取反;负数补码的数值部分为真值数按位取反末位加1。,没有负零的补码，或者说负零的补码与正零的补码相同。,补码机器数的数值范围设机器数字长=n位,用来表示整数,则n位补码数,其真值范围为-2n-1+2n-1-1,由于补码表示的机器数更适合运算，为此，计算机系统中负数一律

12、用补码表示。,设：8位补码数为1000,00000111,1111则：十进制真值数为-128+127,设：16位补码数为1000,0000,0000,00000111,1111,1111,1111则：十进制真值数为-32768+32767,（1）设X补=(96)16,则x=(?)10解:x补=(96)16=10010110则x=-1101010=(-106)10,（2）设x=(-120)10,则x补=(?)16解：x=(-120)10=(-1111000)2则x补=(1000,1000)=(88)16,（3）设x=(108)10,则x补=(?)16解:x=(108)10=(+110,1100)

13、2则x补=(0110,1100)2=(6C)16,真值与机器数的转换(设字长n=8),（二）整数补码的运算关于“模”的概念一个计量器的最大容量称为该计量器的“模”,四位计数器能存00001111共十六个数,模24,八位计数器能存0000,00001111,1111共256个数，模28,十六位计数器能存0000,0000,0000,00001111,1111,1111,1111共65536个数，模216,2四位的加法器（由四个全加器组成）模2416,在上述加法器上进行:7+6=13,进位为08+8=0,进位为1进位为“1”，其值为16，就是四位加法器的“模”，它被运算器“丢失”了。,0,1,1,

14、1,1,1,0,0,1,1,1,0,3.整数补码的加减运算补补补补补补条件：(1)符号位参加运算(2)以2n为模（为字长）(3)当真值满足下列条件时，结果是正确的，否则结果错误2n-1x,y,x+y,xy+127，215-1,-215,2计算机怎样表示进位和溢出,运算器对有符号数和无符号数同样对待最高位的进位值保存在“进位标志寄存器”中如加数与被加数的最高位相同，却与结果的最高位相异，则将溢出标志置为1,如果参与运算的数是无符号数，则判进位标志，进位标志=1，表示溢出错。,如果参与运算的数是有符号数，则判溢出标志，溢出标志=1，表示溢出错。,3程序员如何判断溢出错？,例：加数=01000010

15、被加数=01100011,再如：加数=10111110被加数=10011101,若加数、被加数为无符号数，则结果=10100101=165若加数、被加数有符号数，则结果=91,若它们是无符号数，结果=+91(CF=1)它们是有符号数，结果=+91(OF=1),CF=0，OF=1,和=010100101,和=101011011,CF=1，OF=1,结果都错,一.计算机系统组成：硬件：泛指设备而言软件：泛指程序而言,1.3计算机系统的基本组成,硬件：,软件：系统软件（操作系统，程序设计语言及其编辑、编译软件）应用软件：为解决某一实际问题而编制的软件二.微型机硬件结构,CPU,存储器,AB地址总线,

16、DB数据总线,CB控制总线,存储器,I/O接口,I/O设备,微机系统的硬件结构,以CPU为核心通过3条总线连接存储器、I/O接口,存储器,AB地址总线,DB数据总线,CB控制总线,存储器,I/O接口,I/O设备,微机系统的硬件结构,以CPU为核心通过3条总线连接存储器、I/O接口,存储器:指系统的主存储器，简称为内存。用来存放程序、数据,存储器,存储器,CPU,AB地址总线,DB数据总线,CB控制总线,I/O接口,I/O设备,微机系统的硬件结构,以CPU为核心通过3条总线连接存储器、I/O接口,I/O接口:是CPU和外部设备交换信息的“中转站”,I/O接口,存储器,CPU,AB地址总线,DB数

17、据总线,CB控制总线,存储器,I/O设备,微机系统的硬件结构,以CPU为核心通过3条总线连接存储器、I/O接口,I/O设备:如键盘、显示器、打印机,I/O设备,存储器,CPU,AB地址总线,DB数据总线,CB控制总线,存储器,I/O接口,微机系统的硬件结构,以CPU为核心通过3条总线连接存储器、I/O接口,CPU,AB地址总线,DB数据总线,CB控制总线,存储器,存储器,I/O接口,I/O设备,微机系统的硬件结构,总线:总线是CPU与存储器、I/O接口交换信息的公共通道。,传输CPU访问存储器，访问I/O端口的地址信号。传输CPU读/写内存，读写I/O端口时的数据。CPU发出的控制命令，或外部向CPU提出的请求。,地址总线：数据总线：控制总线：,地址总线通常是