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微型计算机组成及工作过程 8086微处理器的组成、工作原理 8086的指令系统 汇编语言程序设计方法 存储器系统的组成及组织设计方法 微型计算机系统的中断机制,课程教学内容,2,“懂、编、建” “懂”：理解微机硬件系统硬件的基本概念、工作原理、结构特点，了解微机技术新的发展趋势和应用领域； “编”：学会汇编语言程序设计； “建”：掌握构建存储器系统、中断系统,课程教学目标,3,数字电子技术基础/数字电路,倪继烈，刘新民. 微机原理与接口技术(第二版). 北京：高等教育出版社，2004 雷丽文等. 微机接口技术. 北京：电子工业出版社，1997 李继灿等. 新编16/32位微型计算机原理及应用. 北京：清华大学出版社, 2001 张恩州. 微机原理及接口技术. 南京理工大学, 1997 王克义，鲁守智等.微机原理与接口技术教程.北京大学出版社，2004,先修课程,主要参考教材,4,联系方式 84315481 办公室地点：动力学院南2楼219,本课程考核方式 平时分（含考勤和作业）：10分 实验：10分 期末考试（闭卷）：80分,辅助学习工具 Win2000/XP下运行的模拟8086汇编语言运行环境 Emu8086 v3.07,5,计算机中数的表示方法 微型计算机系统的基本组成 微型计算机系统的基本工作过程,第一章 微型计算机的基础知识,6,1.1 微型计算机发展过程简介 计算机的全称：通用电子数字计算机 “通用”：计算机可服务于多种用途； “电子”：指计算机是一种电子设备； “数字”：指在计算机内部一切信息均用0和1的编码表示。 一、计算工具的发展简史 1、手动式计算工具 2、机械式计算工具 3、机电式计算机 4、电子计算机,7,（5）1832年，巴贝奇开始进行分析机的研究 采用了三个具有现代意义的装置： 存储装置、运算装置和控制装置,2、机械式计算工具,12,霍勒瑞斯于1896年创建了TMC公司；1911年，TMC与另外两家公司合并，成立了CTR公司。 1924年，CTR公司改名为国际商业机器公司（International Business Machines Corporation） IBM,14,（2）1938年，德国工程师朱斯（K.Zuse）研制出Z-1计算机。 第一台采用二进制的计算机。 Z-3是世界上第一台真正的通用程序控制计算机，不仅全部采用继电器，同时采用了浮点记数法、二进制运算、带存储地址的指令形式等,3、机电式计算机,15,4、电子计算机 1946年2月15日，美国物理学教授约翰莫克利（John Mauchly）和他的研究生普雷斯帕埃克特（Presper Eckert）研制了ENIAC （Electronic Numerical ntegrator and Computer） (埃尼阿克 ) 标志人类计算工具的历史性变革，标志着电子计算机时代的到来。,17,1.1 微型计算机发展过程简介 二、计算机发展简史 计算机系统由计算机硬件和计算机软件构成 计算机硬件：构成计算机系统的所有物理器件（集成电路、电路板以及其他磁性元件和电子元件等）、部件和设备（控制器、运算器、存储器、输入输出设备等）的集合 计算机软件：指用程序设计语言编写的程序，以及运行程序所需的文档、数据的集合。 计算机硬件发展史中的“代”通常以其所使用的主要器件，即电子管、晶体管、集成电路、大规模集成电路和超大规模集成电路来划分。,19,20,三、微处理器与微型计算机的发展方向 （1）发展高性能的64位微处理器 （2）发展专用化的单片微型计算机 （3）发展带有软件固化的微型计算机 （4）发展多微处理机系统和局域网络 （5）充实和发展外围接口电路,31,四、微型计算机的主要应用领域 科学计算 数据处理 过程控制 计算机辅助系统 人工智能,32,五、新一代计算机的发展趋势 目前广泛使用的计算机是基于硅半导体材料的计算机，发展虽然迅速，但集成度也受到固有的限制。基于其它原理的计算机：光子计算机、量子计算机、DNA计算机。,33,1.2 计算机中数的表示方法 1.2.1 数制 数制是利用符号来计数的科学方法 常用数制：十进制、八进制 、二进制、十六进制,(1) 数制中的基本概念 数码：计数所使用的符号 基数：数码的个数 权：数码在数字中所处的位置 例：10进制中数码为0，1，2，3，4，5，6，7，8，9 16进制含有16个数码，除09之外，还有A、B、C、D、E和F来表示从1015这6个数码。,34,对任意数制而言，若基数为R，ai为系数(数码之一)，则任何数值均可表示为：,数值10256作为十进制数可表示为： (10256)1011040103210251016100,数值10111作为二进制数可表示为： (10111)2124023122121120,数值34567作为十六进制数可表示为： (34567)1631644163516261617160,35,1011=?,十进制： 10111103010211011100 二进制： 1011123022121120 十六进制：10111163016211611160,在计算机理论中，不同数制下的数值书写规则： 二进制数值书写时在数的末尾要加一个B，如1011B； 十进制数值书写时在数的末尾加一个D（或不加标识）； 八进制数值书写时在数的末尾加一个O； 十六进制数值书写时在数的末尾加一个H，如10C8H。 以字母开头时，在书写时前面加数字0，如十六进制B9H，要写成0B9H,36,（2）计算机中所采用的数制二进制 二进制：0和1 二进制的特点： 易于物理实现(高低电压、半导体器件的截止与导通、 磁性的正反等两种鲜明的状态),1011110110111001？,二进制数通常以十六进制来书写表达 （注意：计算机中仍以二进制实现）,10110011100010010B389H,二进制的运算规则简单,37,二进制的运算规则： 加法运算： 0+0 = 0 0+1 = 1 1+0 = 1 1+1 =10 （逢二进一） 减法运算： 0-0 = 0 10-1 =1 （借位） 1-0 = 1 1-1 =0 乘法运算： 0 0 =0 0 1 =0 1 0 =0 1 1 =1 除法运算 0 / 1 =0 1 / 1 =1,38,（3）数制间的转换方法 十进制转换为二进制的方法,整数转换：连续除以2并记录余数，除到商为0时为止 小数转换：小数部分连续乘以2并记录整数 。若小数部分连续乘2始终无法为0，则应截取部分有效位数。,转换过程整数和小数分别进行计算,39,2 136 余数（结果） 低位 2 68 - 0 2 34 - 0 2 17 - 0 2 8 - 1 2 4 - 0 2 2 - 0 2 1 - 0 0 - 1 高位,转换结果：（136）D=（10001000）B,例如十进制数136.8125转换为二进制数,40,十进制小数0.8125转换为二进制数,0.812521.625 取整数位1 0.62521.25 取整数位1 0.2520.5 取整数位0 0.521.0 取整数位1,（0.8125）10（0.1101）2,故：（136.8125）10（ 10001000 . 1101 ）2,41,例如十进制小数0.37转换为二进制数,0.3720.74 取整数位0 0.7421.48 取整数位1 0.4820.96 取整数位0 0.9621.92 取整数位1 0.9221.84 取整数位1 0.8421.68 取整数位1,取小数点后6位，有 （0.37）10（0.010111）2,如果出现乘积的小数部分一直不为“0”，则可以根据精度要求截取一定的位数即可。,42,二进制转换为十进制的方法,二进制与十六进制间的转换 四位二进制数可以表示一个十六进制数,数值10111作为二进制数可表示为： (10111)2124023122121120,【例】将1001001101101010B转换为十六进制,1001 0011 0110 1010 B,9 3 6 A, 936AH,整数部分从右向左每4位一组，小数部分则从左向右每4位一组分别转换不足位数的补0方法,如1001001.1000011B 1001 . 1000 B49.86H,0100,0110,4 9 8 6,43,1.2.2 计算机中常用的编码 （1）数的编码 BCD（Binary Coded Decimal）码：即二进制编码的十进制数，也称为8421码，是对从0到9这10个阿拉伯数字进行的二进制编码。,BCD码采用4位二进制数来表示一位十进制数。,【注】 BCD码只是用二进制代码表示的十进制 数，它并不是等价的二进制数。 【例】：十进制的10，用BCD码表示就是00010000 10的等价的二进制数应该是00001010,【注】 BCD码只是用二进制代码表示的十进制 数，它并不是等价的二进制数。 BCD码和十六进制数也不同，十六进制与二进制都是进位计数制的一种，而BCD码仅仅是一种代码表示法。 125 十进制数 01111101 二进制数 7DH 十六进制数 000100100101（125H） BCD码,【例】以BCD码表示（21）和（91）及其结果,【解】9的BCD码为1001 1的BCD码为0001 2的BCD码为0010,21（0010）BCD（ 0001）BCD （0011） BCD 3,91（ 1001）BCD （0001）BCD1010,1010不属于BCD码，需要加0110（整数6）进行修正,10100110 （00010000 ）BCD 10,BCD码的十进制调整规则： （1）若两个BCD数相加结果大于1001（十进制9），则应进行加0110（即加6）调整 （2）若两个BCD码相加结果在本位上并不大于1001，但却产生了进位 ，也要进行加0110调整。 【例】用BCD码完成65加39的运算,（2）符号信息的编码 常用的各种字母、符号等都是符号信息，用二进制数对其进行编码才能输入到计算机的逻辑电路中进行处理。,国际上通用的表示符号信息编码中最著名的是美国标准信息交换代码，即ASCII码（American Standard Code of Information Interchange） 。 A：41H，a：61H 0：30H，9：39H,我国制定的汉字编码标准GB2312-80 ，每个汉字都是用14位（两个7位）二进制数进行编码 。,1.2.3 计算机中带符号数的表示方法 （1）机器数 将符号数码化了的数字称为机器数。 常见的机器数包括原码、补码和反码，在计算机中数字都是以二进制形式实现的，机器数通常以二进制数的最高位（最左边的位）来表示数的符号。,（2）真值 实际的数值 如192，1000B，11D9H等。,（3）原码 二进制最高位为0表示正数（），最高位为1表示负数（）。数值部分就是真值的绝对值。,例如X1的真值为0100101 B，可记为X10100101B,则 X1原1 0100101,X2的真值为1010001B，可记为X21010001B,则 X2原0 1010001,+0原0 0000000,-0原 1 0000000,原码的特点： 原码较易于识别其真值； 原码的“0”有两种不同的表示 对于8位机原码的表达范围为： 127X原 127 即 1 1111111B X原 0 1111111B 原码不适合于硬件加法电路进行减法运算,X 0，则X反 X原 X 0，则X反 是 X原 除符号位外按位取反,二进制逻辑电路实现反码十分方便,0 反1 1111111 0 原1 0000000,（4）反码 二进制最高位为0表示正数（），最高位为1表示负数（）。,0 反0 0000000,12,3,6,12,3,6,标准时间,表时间,校准时间的方法： 逆时针方向拨 顺时针方向拨,9小时 69151233,3小时 633,（5）补码,模：一个计量单位的容量称为模，记做 M,钟表的时针共有12格，当计数超过12时又重新开始计数，称钟表的模为12，记做Mod（12）。 【结论】对于一个模数为12的循环计数系统来说，6减3与6加9是等价的。即（3）和（9）对模数12互为补数。,同余 如果两数A和B分别除以模M所得余数相同，则称A与B对模M是同余的，记做A B（Mod M）,对于Mod 12来说，6%126，18%126 所以6和18对于模12而言是同余的。,根据同余的概念，有 AMA （Mod M） A 2M+A （Mod M） .,如果计数单位的容量（模）为M，则 称AM是A的补码，记作： A补AM 若A0，则 A补A,模M12，则2补（2）1210,91019 7 （Mod12） 9-2=7 9补2补91019 7（Mod12）,【结论】将所有的正数和负数都转换为补码，就可以用加法运算来替代减法运算。,【注】上述采用补码将加法运算来替代减法运算的过程中，所有的数据都是补码形式（包括参加运算的两个数和结果本身）。,补码的求法： 假定位数为8 位，则 M28 计算机的补码为 X补=28+X 如 X1010111 （字长8位） 则 X补=28+（1010111）1000000001010111 1 0101001 如何不用减法得到一个二进制数的补码？ 若X0， X补=28+X0Xx原 若X0， X补=28+X(28-1+x)+1 = x反1,1,41,用7位全为1的数（27-1)减去7位二进制数就等于将此二进制求反 x反符号位的值原码数值部分的值（绝对值）求反 27（271）(x） 281x,【补码的简便求法】 如果X0，则 X补X原 如果X0，则 X补可将 X原除符号位以外全部取反（获得反码），然后在最低位加1（加1时，符号位该变时也要变）。,X原11010111 则X补10101000110101001,0 补0 0000000 0 补0 0000000 0 原1 0000000,1 0 1 0 1 1 1,0,0,0,1,0,1,0,128 补？,128 补10000000,补码的特点： 补码较难于识别其真值： 若已知X补，如何求真值 若最高位为0，则 真值就是 X补去掉最高位 若最高位为1，则为负数，其绝对值 X补除符号位外取反，然后在最低位加1(加1时，符号位该变时也要变）。 补码的“0”只有一种表达方式 对于8位机补码的表达范围为：128X补 127,即 10000000B X补 01111111B,补码适合于硬件加法电路进行减法运算,负数反码，负数原码，负数补码之间的关系：,负数反码,负数补码,负数原码,X,除符号位外求反,除符号位外求反，最低位加1,1用号代替,号用1代替,最低位减1,最低位加1,其中，“除符号位外求反”，是指符号位不求反，其余各位都求反。最低位加、减1时，符号位该变时也要变。 【特例】由于128在模28的意义下没有原码和反码，所以上述关系对于X128不成立。,真值,【补码运算规则】 加法： X 补Y 补 2n+X +2n+Y=2 n+(X+Y) =X+Y补（Mod 2n）,减法：X 补Y 补 X补Y 补XY 补,减法：X 补Y 补 X补Y 补XY 补,Y 补就称为Y 补的机器负数 Y 补的求法： Y 补的所有位（包括符号位） 全部取反再在最低位加1。,两个正数相加 【例1】X1000001B (65)，Y0010000B(16)， 求 XY,【解】X 补 01000001 Y 补 00010000,则：X补Y补01010001B51H81 即XY补01010001B，故 XY=+1010001B,两个正数相加 【例2】X01000001B (41H,65)， Y01000000B (40H,64)， 求 XY,【解】X 补 01000001 Y 补 01000000,则：X补Y补10000001B 即 XY补10000001B， X+Y原11111111B 故 XY=1111111B 127,溢出,两个负数相加 【例3】X-00011001B(-25)，Y-00001000B (-8)， 求 XY,【解】X 补 1 1100111 Y 补 1 1111000,则：X补Y补11011111B 即 XY补11011111B， 故 XY=0100001B= 21H= 33,两个负数相加 【例4】X-0000010B(-2)，Y-1111111B (-127)， 求 XY,【解】X 补 1 1111110 Y 补 1 0000001,则：X补Y补0111 1111 B 即 XY补0111 1111B， 故 XY=111 1111B= 7FH=127,溢出,正数和负数相加 【例5】X0000010B(2)，Y-1111111B (-127)， 求 XY,【解】X 补 0 0000010 Y 补 1 0000001,则：X补Y补1000 0011 B 即 XY补1000 0011B 故 XY=111 1101B=7DH=125,减法 【例6】X0000010B(2)，Y01111111B (127)， 求 XY,【解】X 补 1 1111110 Y 补 0 1111111 Y 补 1 0000001,则：X补Y补01111111 B 即 XY补01111111B 故 XY=111 1111 B=7FH=127,溢出,减法 【例7】X0000010(2)，Y-1111111 (-127)， 求 XY,【解】X 补 1 1111110 Y 补 1 0000001 Y 补 0 1111111,则：X补Y补01111101 B 即 XY补01111101 故 XY=111 1101=7DH=125,【结论】 两个相同符号数相加或不同符号数相减可能会产生溢出 例： （1）X01000001 (65)，Y01000000 (64)， （2）X-0000010(-2)，Y-1111111 (-127)， XY溢出 （3）X0000010(2)，Y01111111 (127) X-Y溢出,如何判读溢出？,【加法溢出的判断方法 】带符号的两数相加时次高位向最高位产生的进位记为C，最高位向前产生的进位记为C,通过异或门逻辑电路来检测两个带符号数相加时是否产生溢出，即 溢出标志 OV C C,C C时，无溢出 C C 时，产生溢出,1,55,判断带符号整数（补码）加法溢出的方法还有哪些,？,判断带符号整数（补码）加法溢出的方法: 只有X，Y同号时ZXY才可能溢出，X，Y异号时，XY不可能溢出。 （1）采用一个符号位，用符号位判读 X补，Y补，Z补的符号位分别为Xn-1 Yn-1和Zn-1，则溢出（Xn-1Yn-1 Zn-1） （Xn-1 Yn-1 Zn-1) 即：两个正号数之和若为负数，或者两个负数之和若为正号数，一定溢出；前者为上溢，后者为下溢。,溢出,1,58,上溢：运算结果大于机器