微机原理与应用第一章.ppt

微型计算机原理及应用 主讲 不再沉沦痕 课程简介 微型计算机原理与应用 第1章计算机基础知识第2章微型计算机的基本组成电路第3章微型计算机的基本工作原理第4章16位微处理器第5章86系列微型机的指令系统第6章微型计算机的程序设计第7章微型计算机汇编语言及汇编程序第8章输入 输出接口第9章中断控制器 计数 定时控制器及DMA控制器第10章A D及D A转换器第11章32位微处理器 绪论 课程简介 微机原理及应用 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 主要内容 汇编语言 8086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 ADC0832 ADC0809等 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 绪论 第一台电子计算机 第一章计算机基础知识 1 1数制1 2逻辑电路1 3布尔代数1 4二进制数的运算及加法电路 本章目标 1 1数制 1 1 1数制的基与权 基 数制所使用的数码个数 例 十进制数使用0 9十个数 所以它的基是10 权 数制每一位 置 所具有的值 二进制数使用0 1两个数 它的 基 各位的 权 又是多少呢 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 nm 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 0 9 十进制数的基数为10 第i位的权为10i n为正数位 m为小数位 由0 1二个数码构成 基数为2 第i位的权为2i 运算规则 逢二进一 借一作二 二进制数 Binary 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 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 n为正数位 m为小数位 十六进制数 Hexadecimal 由0 1 2 9 A B C D E F十六个数码构成 基数为16 第i位的权为16i运算规则 逢十六进一 借一作十六 14AFH 1 163 4 162 10 161 15 160 5295D 十六进制数既可以简化书写 又便于记忆 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 任意一个十六进制数D可表示为 基数为16 第i位权为16i n为正数位 m为小数位 八进制数 Octal 两个基本特点 1 有8个不同的数字符号0 1 2 7 2 运算规则 逢八进一 借一作八 基数为8 第i位的权为8i 1 1 4数制转换 1 1 非十进制数转换成十进制数 按权展开求和 2 十进制数转换成非十进制数 整数部分与小数部分分别转换 整数部分 给十进制让变二进制先变十六进制再变二进制 215 10 11010111 2 方法 除2取余法 例2 十进制数 二进制数 1 整数转换 75 10 1001011 2 例3 1 1 4数制转换 2 例2 十进制数转换成非十进制数 小数部分 0 625D 0 101B 0 5Q 0 AH 0 625 2 1 25 10 25 2 0 5 00 5 2 1 1 0 625 8 5 5 0 625 16 10 A 乘基数取整数 57 625D 111001 101B 39 AH 高 低 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 例2 例2 二进制 八进制数 67 521 8 110111 101010001 2 1 1 4数制转换 3 3 二 八 十六进制数之间的转换 二进制数 八进制数 三位一组 二进制数 十六进制数四位一组 分组时 如位数不够 整数部分在最左边补零 小数部分在最右边补零 八进制 二进制一位对应换成二进制数三位 十六进制 二进制 一位对应换成二进制数四位 1100100 11011B 0100 0110 1101 1000 64 D8H 4 6 D 8 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 例1 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 计算机采用二进制数的原因 1 物理 电路 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 1 1 5数及字符的表示 1 机器数与真值 机器数 一个二进制数连同符号位在内作为一个数叫机器数真值 机器数所代表的数值 如 1001011B 连符号一起数字化了的数 最高有效位 用一个8位二进制数表示一个有符号数 符号数的表示法例1 机器数和真值 连同符号位一起数值化了的数 称为机器数 机器数所表示的真实的数值 称为真值 例2 105 原 01101001B 105 原 11101001B 原码 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 00000000B 0 原 10000000B 3 8位二进制原码表示数的范围 1111 1111B 01111111B 即 127 127 即 数0的原码不唯一 4 16位二进制原码表示数的范围1111 1111 1111 1111B 0111 1111 1111 1111B 即 32767 32767 反码 对于二进制正数 反码等于该数原码对于二进制负数 符号位为1 其余各位取反 例 设机器字长为8位 二进制数 1100101和 1010001其反码为 01100101 10101110 1 1 5数及字符的表示 2 带符号数的三种表示方法 原码 反码和补码 原码 反码 对于二进制正数 反码等于该数原码对于二进制负数 符号位为1 其余各位取反 例1 设机器字长为8位 二进制数 1100101和 1010001其反码为 01100101 10101110 例2 反码 4 原 4 反 00000100B 4 原 10000100B 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 11111011B 127 原 127 反 01111111B 127 原 11111111B 127 反 10000000B 反码的特点 1 八位二进制反码D7D6D5D4D3D2D1D0的真值 D7 0 真值为 D6D5D4D3D2D1D0 反 0111 1111B 127 反 1000 0000B 127 例 2 0 有 0和 0之分 0 反 00000000B 0 反 11111111B 3 8位二进制反码表示数的范围 10000000B 01111111B 即 127 127 即 数0的反码也不是唯一的 3 16位二进制反码表示数的范围1000 0000 0000 0000B 0111 1111 1111 1111B 即 32767 32767 3 补码 4 原 4 补 00000100B 4 原 10000100B 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 11111011B 127 原 11111111B 127 反 10000000B 4 补 11111100B 127 补 10000001B 补码的特点 1 八位二进制补码D7D6D5D4D3D2D1D0的真值 D7 0 真值为 D6D5D4D3D2D1D0 D7 1 真值为 补 01111111B 127 补 10000001B 1111110 1 127 例 3 8位二进制补码表示数的范围 10000000B 01111111B 即 128 127 0 补 0 原 00000000 0 补 0 反 1 11111111 1 100000000对8位字长 进位被舍掉 2 0 补 0 补 00000000B 4 16位二进制补码表示数的范围 1000 0000 0000 0000B 0111 1111 1111 1111B 即 32768 32767 二进制补码数的符号位向左扩展若干位后 所的补码数的真值不变 例 4 原 10000100B 4 原 1000000000000100B 4 反 11111011B 4 反 1111111111111011B 4 补 11111100B 4 补 1111111111111100B 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示 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 举例说明 一 内存中有一字节 内容是10000101B 按不同格式理解 无符号数 133或85H原码表示法 5反码表示法 122补码表示法 123BCD码表示 85 二 一个字节能够表示的有符号数的范围 8位原码表示范围 127 1270有 0 08位反码表示范围 127 1270有 0 08位补码表示范围 128 127只有一个0 注意补码的表示范围 补码加减法的运算规则 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 由于计算机中的运算为模运算 所以用补码表示的数可以直接参加加减运算 0 3 6 9 5 4 7 8 9点 5点 4点 9点 7点 4点 7点 5点 12 12为时钟运算的模量 因此可以用7表示 5 即7为 5的补码 X 补 摸 X12 5 7n位二进制的摸为2n位二进制的摸为16 0 3 6 9 5 4 7 8 n n 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 一 无符号数的运算 n位无符号数表示的范围 0 2n 1 两个无符号数相加 结果为正 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 二 带符号数运算中的溢出问题 8位二进制补码表示数的范围 128 127n位符号数表示的范围 2n 1 2n 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 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C7 C6 1 则结果产生溢出 C7 C6 0 则结果产生不溢出 都为1或都为0 C7为最高位的进 借 位 C 为次高位的进 借 位 补码运算的溢出判别 补码运算可以将符号位 数据位一起计算 简化了加减法中关于符号的判断 但有符号数加减运算时 由于最高位是符号位 后面是数据位 当运算的结果超出运算装置的容量就会产生 溢出 用溢出标志O来标记 处理器用最高两位的进位来判断是否溢出 设最高位进位标志为Cs 次高位进位标志为Cp 溢出标志计算公式如下 有进位取1 没有进位取0 例1 31 17 00011111B 11101111B100001110B 14例2 21 31 00010101B 11100001B11110110B 10例3 127 127 01111111B 01111111B11111110B溢出例4 100 100 10011100B 10011100B100111000B溢出 Cs Cp 11001110 50 11111011 5 111001001 55 C6 1 C7 1OF 1 1 0 无溢出 01101001 105 00110010 50 10011011 88 C6 1 C7 0OF 0 1 1 有溢出 例5 例6 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 52 116 64 1 1 5数及字符的表示 3 定点数 小数点在数中的位置是固定不变的 1 定点小数 2 定点整数 1 1 5数及字符的表示 4 浮点数 小数点在小数中的位置是浮动的 例 123 456 103 0 123456123 456 102 1 23456 1 1 5数及字符的表示 5 25 25 50 一 BCD数字编码 BCD码 Binary CodedDecimal 即二进制编码的十进制数 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 8位二进制 表示两位十进制数 非压缩BCD码用一个字节 8位二进制 表示一位十进制数 高4位总是0000 低4位的0000 1001表示0 9 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 00010000 00010001 00010101 01100011 10010100 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1111 111111 1011110 0 764 0 011101100100 BCD BCD数的加减运算 BCD码本质上是十进制数 即应遵循逢十进一的规则 而计算机是按二进制 十六进制 进行运算 并未按十进制规则进行运算 为何要对BCD码的运算结果进行调整 1 BCD数相加 调整原理 先看一个例子计算18 1900011000见右式 0001100100110001 31结果应为37 而计算机相加为31 原因在于运算过程中 如遇到低4位往高4位产生进位时 此时AF 1 是按逢十六进一的规则 但BCD码要求逢十进一 因此只要产生进位 个位就会少6 这就要进行加6调正 这个1代表了16 而实际上BCD码运算进位仅加了10 实际上当低4位的结果 9 即A F之间 时 也应进行加6调正 原因是逢十没有进位 故用加6的方法强行产生进位 如对上例的结果进行加6 0011000131 0000011060011011137结果正确 例 0100100048H 0111010074H10111100BCH 0110011066H100100010122H 进位 进位 调整方法 若低4位 9 AF 1则低四位 6 AF 1若高4位 9 CF 1则高四位 6 CF 1 2 BCD数减法 调整操作为 本位向高位有借位 本位的结果应进行减6处理 例 0010100028 000110011900001111F 000001106000010019 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 二 ASCII码 字符编码 ASCII码是常用的字符编码 ASCII AmericanStandardCodeforInformationInterchange 即美国信息交换标准代码 一般用7bit组合编码来表示数字 英文字母 符号等可以打印的字符 采用7位二进制代码对字符进行编码数字0 9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A Z的ASCII码从1000001 41H 开始顺序递增 字母a z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