微型计算机的基础知识.ppt

微机原理、汇编与接口技术 第一章 微型计算机原理及应用 朱定华 清华大学出版社 参考书目： 1.微型计算机原理，姚燕南，电子科技大学出版社 2.微型计算机原理及应用, 邹逢兴, 国防科技大学出版社 3.微型计算机接口技术及应用, 刘乐善, 华中科技大学出版社 微机原理、汇编与接口技术 第一章 绪 论 课程简介： 微机计算机原理及应用这门课主要涉 及Intel系列微处理器的程序设计以及接口技 术，是进一步学习和掌握基于Intel系列微处 理器的电子、通信和控制系统的程序设计和 接口技术以及芯片开发的入门课程。 微机原理、汇编与接口技术 第一章 主要内容 汇编语言：80X86宏汇编语言的程序设计 方法及应用。 微机原理：微处理器结构，存储器原理 ，中断系统在微机系统中的实现等等。 接口技术：基本的I/O接口芯片（8253， 8255A,8251A,8237A等），常用总线及接 口（ISA,EISA,VESA,PCI,USB,AGP)。 微机原理、汇编与接口技术 第一章 教学目标 通过本课程的学习，使大家掌握在Intel 系列微处理器环境下工作和解决问题的能 力。同时具备一定的新型接口芯片的设计 和开发能力。 微机原理、汇编与接口技术 第一章 Tips 作为一门工程技术课程，我们希望能够 用“工程”的态度和思维来学习。 直觉 想象 Go for it and Enjoy it! 微机原理、汇编与接口技术 第一章 第一章 微型计算机的基础知识 微机原理、汇编与接口技术 第一章 1.1 计算机中的数和编码 1.2 逻辑单元和逻辑部件 1.3 微型计算机的结构和工作原理 1.4 8086/8088微处理机 1.5 8086/8088存储器结构和堆栈 1.6 80x86系列微处理器 微机原理、汇编与接口技术 第一章 1.1 计算机中的数和编码 1.1.1 计算机中的数制 1.1.2 符号数的表示法 1.1.3 二进制数的加减运算 1.1.4 二进制数的逻辑运算和逻辑电路 1.1.5 二进制编码 1.1.6 BCD数的加减运算 微机原理、汇编与接口技术 第一章 一、十进制数 两个基本特点： 1. 有十个不同的数字符号：0, 1, 2, 9。 2. 逢十进位。 1.1.1计算机中的数制 微机原理、汇编与接口技术 第一章 进位计数制的两个重要概念： 1. 基数：使用数字符号的个数。 2. 权： 固定位置上表示的值。 一般地，任意一个十进制数A可表示为： (Ai = 09) 十进制数的基数为10， 第i 位的权为10i。 微机原理、汇编与接口技术 第一章 二、二进制数 两个基本特点： 1. 有两个不同的数码：0, 1。 2. 逢二进位。 微机原理、汇编与接口技术 第一章 同样地，一个二进制B可表示为： (Bi = 0, 1) 二进制数的基数为2， 第i 位的权为2i。 微机原理、汇编与接口技术 第一章 三、八进制数 两个基本特点： 1. 有8个不同的数字符号0, 1, 2, 7。 2. 逢八进位。 基数为8， 第i位的权为8i。 微机原理、汇编与接口技术 第一章 四、十六进制数 两个基本特点： 1. 有十六个不同的数字符号：0, 1, 2, 9, A, B, C, D, E, F。 2. 逢十六进位。 微机原理、汇编与接口技术 第一章 任意一个十六进制数D 可表示为 基数为16，第i位权为16i。 微机原理、汇编与接口技术 第一章 十进制数、二进制数、十六进制数之间的 关系如表所示 十进制二进制十六进制 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 十进制二进制十六进制 9 10 11 12 13 14 15 16 9 A B C D E F 10 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111 10000 微机原理、汇编与接口技术 第一章 五、计算机采用二进制数的原因 1. 物理上容易实现。 2. 运算规则简单。 3. 可以用逻辑代数作为设计工具。 微机原理、汇编与接口技术 第一章 数制之间的转换 一、二进制数 十进制数 方法：按权展开相加法。 微机原理、汇编与接口技术 第一章 53 2 215 107 2 26 13 6 3 1 2 2 2 2 2 2 0 1 1 1 0 1 0 1 1 K0 K1 K2 Kn-1 (215)10 = (11010111)2 方法：除2取余法。 二、十进制数 二进制数 1. 整数转换 微机原理、汇编与接口技术 第一章 37 2 75 18 9 4 2 1 2 2 2 2 2 2 0 1 1 0 1 0 0 1 (75)10 = (1001011)2 微机原理、汇编与接口技术 第一章 0.6875 2 1.3750 0.375 2 0.750 2 1.50 0.50 2 1.0 整数部分 1 = K 1 整数部分 0 = K 2 整数部分 1 = K 3 整数部分 1 = K 4 (0.6875)10 = (0.1011)2 方法：乘2取整法。 2. 小数转换 微机原理、汇编与接口技术 第一章 三、二进制 十六进制数 1. 十六进制数 二进制数 一位十六进制数可以用四位二进制 数表示。 (3AB)16 = 3ABH = (0011 1010 1011)2 = (1110101011)2 (0.7A53)16 = 0.7A53H = (0.0111 1010 0101 0011)2 微机原理、汇编与接口技术 第一章 2. 二进制数 十六进制数 每四位二进制数用一位十六进制数 表示。 (1 1011 1110 0011.1001 0111 1)2 = (1BE3.978)16 微机原理、汇编与接口技术 第一章 四、二进制 八进制数 (67.521)8 = (110111.101010001)2 (11 111 101.010 01)2 = (375.22)8 微机原理、汇编与接口技术 第一章 用一个8位二进制数表示一个有符号数： D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 符号位数字位 D7 = 0正数 1负数 机器数真值 01011011B=+91 11011011B=91 1.1.2 符号数的表示法 一、机器数和真值 l连同符号位一起数值化了的数，称为机器数。 l机器数所表示的真实的数值，称为真值。 微机原理、汇编与接口技术 第一章 1. 原码 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 符号位 数的大小 0正数 1负数 +105原 = 01101001B 105原 = 11101001B 二、带符号数的三种表示方法(原码、反码和补码) 微机原理、汇编与接口技术 第一章 原码的特点： (1) 数值部分即为带符号数的二进制数 (2) “0” 有+0 和 0之分 (+0)原 = 0 0000000B (0)原 = 1 000 0000B (3) 8位二进制原码表示数的范围 1111,1111B 0111 1111B 即 127 +127 即：数0的原码不唯一。 微机原理、汇编与接口技术 第一章 2. 反码 +4原 = +4反 = 0 000 0100B 4原 = 1 000 0100B 正数的反码与其原码相同。 负数的反码：符号位不变，数字位按位取反。 4反 = 1 111 1011B +127原 = +127反 = 0111 1111B 127原 = 1 111 1111B 127反 = 1 000 0000B 微机原理、汇编与接口技术 第一章 反码的特点： (1) 八位二进制反码D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 的真值： D7 = 0, 真值为 +(D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 ) 反 = 0111, 1111B = +127 反 = 1000, 0000B = 127 例： D7 = 1, 真值为 (D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 ) 微机原理、汇编与接口技术 第一章 (2) “0” 有0 和0之分 +0反 = 0000 0000B, 0反 = 1111 1111B (3) 8位二进制反码表示数的范围 1000 0000B 0111 1111B 即 127 +127 即：数0的反码也不是唯一的。 微机原理、汇编与接口技术 第一章 3. 补码 +4原 = +4补 = 0 000 0100B 4原 = 1000 0100B 正数的补码与其原码相同。 负数的补码：符号位不变，数字位取反最低位 加1，也即反码+1。 4反 = 1111 1011B 127原 = 1111 1111B 127反 = 1000 0000B 4补 = 1111 1100B 127补 = 1000 0001B 微机原理、汇编与接口技术 第一章 补码的特点： (1) 八位二进制补码D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 的真值： D7 = 0, 真值为 +(D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 ) D7 = 1, 真值为 补 = 0111 1111B = +127 补 = 1000 0001B = (111 1110+1) = 127 例： 微机原理、汇编与接口技术 第一章 (3) 8位二进制补码表示数的范围： 1000 0000B 0111 1111B 即 128 +127 +0补= +0原=00000000 -0补= -0反+1=11111111+1 =1 00000000 对8位字长，进位被舍掉 (2) +0补= -0补= 00000000B 微机原理、汇编与接口技术 第一章 特殊数10000000 该数在原码中定义为： -0 在反码中定义为： -127 在补码中定义为： -128 对无符号数：(10000000) = 128 注意：对正数，三种表示法均相同。它们的 差别在于对负数的表示。 微机原理、汇编与接口技术 第一章 8位有符号数的表示范围 对8位二进制数： 原码： -127 +127 反码： -127 +127 补码： -128 +127 想一想：16位有符号数的表示范围是多少？ 微机原理、汇编与接口技术 第一章 三、补码加减法的运算规则 二进制补码数的符号位向左扩展若干位后，所得 到的补码数的真值不变。 通过引进补码，可将减法运算转换为加法运算。 规则如下： X+Y补=X补+Y补 X-Y补=X补+ -Y补 其中X，Y为正负数均可，符号位参与运算。 微机原理、汇编与接口技术 第一章 例 X=-0110100，Y=+1110100，求X+Y补 X原=10110100 X补= X反+1=11001100 Y补= Y原=01110100 所以： X+Y补= X补+ Y补 =11001100+01110100 =01000000 补码运算时，向最高位的进借位自然丢失，结 果仍为补码。 微机原理、汇编与接口技术 第一章 例 X=+1010101（85D），Y=+1100001 （-97D），求X-Y=? X原= X反= X补=01010101 -Y原=11100001 , -Y反=10011110， -Y补= 10011111 所以： X-Y补= X补+ -Y补 =11110100 则 X-Y=10001100（-12D） 补码运算时，向最高位的进借位自然丢失，结 果仍为补码。 微机原理、汇编与接口技术 第一章 1.1.3 二进制数的加减运算 一、无符号数的运算 二、符号数运算中的溢出问题 微机原理、汇编与接口技术 第一章 一、无符号数的运算 vn位无符号数表示的范围：（02n-1）。 v两个无符号数相加：结果为正。 v两个无符号数相减：无借位结果为正； 有借位结果为负，则对八位数值位求补得到绝对值 计算 x = 10-192 00001010 11000000- 101001010 10 -192 -10110110B 微机原理、汇编与接口技术 第一章 二、符号数运算中的溢出问题 v8位二进制补码表示数的范围：128 +127 vn位符号数表示的范围：（-2n-12n-1-1）。 进(借)位 在加法过程中，符号位向更高位产生进位； 在减法过程中，符号位向更高位产生借位。 溢出 运算结果超出运算器所能表示的范围。 微机原理、汇编与接口技术 第一章 溢出的判断方法 方法： 同号相减或异号相加不会溢出。 同号相加或异号相减可能溢出： 两种情况： 同号相加时，结果符号与加数符号相反 溢出； 异号相减时，结果符号与减数符号相同溢出 。 方法： 两个带符号二进制数相加或相减时，若 C7C61， 则结果产生溢出。 C7为最高位的进(借)位；C为次高位的进(借) 位。 微机原理、汇编与接口技术 第一章 1100 1110 + 1111 1011 1 1100 1001 C6=1,C7=1 OF=11=0,无溢出 0110 1001 + 0011 0010 1001 1011 C6=1,C7=0 OF=01=1,有溢出 微机原理、汇编与接口技术 第一章 1.1.4 二进制数的逻辑运算与逻辑电路 1. “ 与” 运算（逻辑乘） (AND, , ) C = A B 真值表 ABC = A B 0 0 1 11 1 0 0 0 0 0 1 1100 1010 0000 1111 0000 1010 例 微机原理、汇编与接口技术 第一章 2. “ 或” 运算（逻辑加） (OR, , + ) C = A B 真值表 ABC = A B 0 0 1 11 1 0 0 0 1 1 1 1100 1010 0000 1111 1100 1111 例 微机原理、汇编与接口技术 第一章 3. “ 异或” 运算 （逻辑异或） (XOR, ) C = A B 真值表 ABC = A B 0 0 1 11 1 0 0 0 1 1 0 1100 1010 0000 1111 1100 0101 例 微机原理、汇编与接口技术 第一章 4. “ 非” 运算 （逻辑非） (NOT ) A 0 10 1 若 y = 0000 1111B 微机原理、汇编与接口技术 第一章 本书用国家标准表达门电路 微机原理、汇编与接口技术 第一章 一、数字编码 BCD码是一种常用的数字编码。 BCD码：Binary-Coded Decimal，即二进 制编码的十进制数。 1.1.5 二进制编码 微机原理、汇编与接口技术 第一章 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， 00001001表示09，一个字节表示两位十 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00001001 表示09。 微机原理、汇编与接口技术 第一章 表 标准BCD码表示法 0 十进制数 0000 标准BCD码 0000 二进制数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 15 63 94 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 0001 0000 0001 0001 0001 0101 0110 0011 1001 0100 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1111 111111 1011110 微机原理、汇编与接口技术 第一章 0.764 = (0.0111 0110 0100)BCD 微机原理、汇编与接口技术 第一章 非数值数据的表示 计算机中除了能够处理数值数据以外，还可以 处理文字、语音、图像等各种信息，这些信息统 称为非数值数据。 非数值数据在计算机中也必须以二进制形式表 示，非数值数据的表示本质上是编码的过程。 微机原理、汇编与接口技术 第一章 二、字符编码 ASCII 码是常用的字符编码。 ASCII：American Standard Code for Information Interchange, 即美 国信息交换标准代码。 微机原理、汇编与接口技术 第一章 采用7位二进制代码对字符进行编码 数字09的编码是0110000（30H）0111001， 它们的高3位均是011，后4位正好与其对应的二 进制代码（BCD码）相符。 英文字母AZ的ASCII码从1000001（41H）开 始顺序递增，字母az的ASCII码从1100001（ 61H）开始顺序递增，这样的排列对信息检索十 分有利。 最高位通常总为0。 表2-3 ASCII 字符表 LSD MSD 01234567 000001010011100101110111 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111 NUL SOH STX ETX EOT ENQ ACK BEL BS HT LF VT FF CR SO SI BLE DC1 DC2 DC3 DC4 NAK SYN ETB CAN EM SUB ESC FS GS RS US SP ! “ # $ % ? A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z 、 a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z | DEL 微机原理、汇编与接口技术 第一章 三、汉字代码 1. 汉字输入码 如电报码，五笔字型码等。 2. 汉字交换码 为不同汉字系统之间交换汉字信息而设计 的，又称“国标码”。 3. 汉字机内码 机器内部表示汉字的代码，又称“内码”。 目前还没有统一的国家标准。 微机原理、汇编与接口技术 第一章 4. 汉字字形码 又称字模