微机原理与接口技术幻灯讲座.ppt

1 微机原理与接口技术 西安电子科技大学技术物理学院 2 课程目标微机原理是学习和掌握微机硬件知识和汇编语言程序设计的入门课程 微型计算机的基本工作原理汇编语言程序设计微型计算机接口技术目的 建立微型计算机系统的整体概念 形成以处理器为核心的数字系统软硬件开发的初步能力 3 教学内容第一章微型计算机的基础知识第二章汇编语言与汇编程序第三章程序设计的基本技术第四章8086 8088的总线与时序第五章半导体存储器第六章输入输出和接口技术第七章中断技术第八章常用可编程接口芯片 4 教材微机原理与接口技术北方交通大学出版社清华大学出版社朱定华编著 5 第1章微型计算机的基础知识 主要内容 各种常用记数制和编码以及它们相互间的转换和运算 二进制数中的溢出问题 微型计算机的结构和工作原理 8086 8088微处理器结构与内部寄存器 8086 8088微处理器的存储器结构 6 概述 电子计算机的发展 电子管计算机 1946 1956 晶体管计算机 1957 1964 中小规模集成电路计算机 1965 1970 超大规模集成电路计算机 1971 今 电子计算机按其性能分类 大中型计算机 巨型计算机 MainframeComputer 小型计算机 Minicomputer 微型计算机 Microcomputer 单片计算机 Single ChipMicrocomputer 微型计算机的核心 微处理器 中央处理器CPU IntelCPU的发展见下页表 7 8 1 1计算机中的数和编码 了解特点 表示方法 相互间的转换和运算 9 1 1 1计算机的数制 十进制 符合人们的习惯二进制 便于物理实现十六进制 便于识别 书写八进制 一 常见数制 10 1 十进制 特点 以十为底 逢十进一 共有0 9十个数字符号 表示 11 2 二进制 特点 以2为底 逢2进位 只有0和1两个符号 表示 12 3 十六进制 特点 以16为底 逢16进位 有0 9及A F共16个数字符号 表示 13 进位计数制的一般表示 一般地 对任意一个K进制数S都可表示为 其中 Si S的第i位数码 可以是K个符号中任何一个 n m 整数和小数的位数 K 基数 Ki K进制数的权 14 如何区分不同进位记数制的数字 在数字后面加一个字母进行区分 二进制 数字后面加B 如1001B八进制 数字后面加O 如1001O十进制 一般不加 如1001十六进制 数字后面加H 如1001H 15 二 各种数制间的转换 1 非十进制数到十进制数的转换按相应进位计数制的权表达式展开 再按十进制求和 例 10110010B 1013FAH 10 16 2 十进制到非十进制数的转换 十进制 二进制的转换 整数部分 除2取余 小数部分 乘2取整 十进制 十六进制的转换 整数部分 除16取余 小数部分 乘16取整 以小数点为起点求得整数和小数的各个位 17 3 二进制与十六进制间的转换 用4位二进制数表示1位十六进制数例 10110001001 110 H010110001001 1100589 C注意 位数不够时要补0 18 1 1 2带符号数的表示法 把二进制数的最高位定义为符号位符号位为0表示正数 符号位为1表示负数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 在以下讲述中 均以 位二进制数为例 1 符号数的表示 19 例 52 0110100 00110100符号位数值位 52 0110100 10110100 真值 机器数 20 对于带符号数 机器数常用的表示方法有原码 反码和补码三种 数X的原码记作 X 原 反码记作 X 反 补码记作 X 补 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 符号数的表示 21 2 原码 X 原 定义符号位 0表示正 1表示负 数值位 真值的绝对值 22 原码的例子 真值 X 18 0010010 X 18 0010010 原码 X 原 00010010 X 原 10010010 符号 符号位 n位原码表示数值的范围是对应的原码是111 1 011 1 23 数0的原码 8位数0的原码 0 00000000 0 10000000即 数0的原码不唯一 24 3 反码 X 反 定义若X 0 则 X 反 X 原若X 0 则 X 反 对应原码的符号位不变 数值部分按位求反 25 例 X 52 0110100 X 原 10110100 X 反 11001011 26 反码的例子 真值 X 18 0010010 X 18 0010010 反码 X 反 00010010 X 反 11101101 符号 符号位 n位反码表示数值的范围是对应的反码是100 0 011 1 符号位 27 0的反码 0 反 00000000 0 反 11111111即 数0的反码也不是唯一的 28 4 补码 定义 若X 0 则 X 补 X 反 X 原若X 0 则 X 补 X 反 1 29 例 X 52 0110100 X 原 10110100 X 反 11001011 X 补 X 反 1 11001100 n位补码表示数值的范围是对应的补码是100 0 011 1 30 0的补码 0 补 0 原 00000000 0 补 0 反 1 11111111 1 100000000对8位字长 进位被舍掉 0 补 0 补 00000000 31 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 32 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 33 补码数的符号位扩展 用补码表示的机器数 其符号位向左扩展若干位后 其真值不变 例 44H 0044HBCH 68 FFBC 68 34 有符号二进制数与十进制的转换 对用补码表示的二进制数 1 求出真值2 进行转换 35 例 将一个用补码表示的二进制数转换为十进制数 1 X 补 00101110B真值为 0101110B正数所以 X 462 X 补 11010010B负数X X 补 补 11010010 补 0101110B所以 X 46 36 1 1 3二进制数的加减运算 无符号数有符号数 注 符号位也参与运算 37 1 无符号数的运算 加法 1 1 0 有进位 减法 0 1 1 有借位 例 127 160 01111111B 10100000B 100011111B 287 进位 38 无符号数的表示范围 一个n位的无符号二进制数X 其表示范围为0 X 2n 1若运算结果超出这个范围 则产生溢出 或者说运算结果超出n位 则产生溢出 判别方法 运算时 当最高位向更高位有进位 或借位 时则产生溢出 39 例 11111111 00000001100000000结果超出 位 最高位有进位 发生溢出 结果为256 超出 位二进制数所能表示的范围255 40 2 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 41 补码的运算原理 模 module 就是一个计数系统的最大容量 例如 钟表的模为12 8位二进制数的模为28 凡是用器件进行的运算都是有模运算 运算结果超过模的部分会被运算器自动丢弃 42 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 43 4 符号数运算中的溢出问题 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 44 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8位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为最高位的进 借 位 C 为次高位的进 借 位 45 例 有符号数运算 有溢出表示结果是错误的无符号数运算 有进位表示结果是错误的 01101001 0011001010011011 10010111 11001110101100101 11001110 11111011111001001 CASE1 105 50 CASE2 105 50 CASE3 50 5 46 1 1 4二进制数的逻辑运算与逻辑电路 与 或 非 异或 特点 按位运算 无进借位 47 1 逻辑非 NOT 1 A Y 也称 求反 实现逻辑非的电路称为 非门 又称 反相器 例 X 01100001BX 10011110B 48 2 逻辑乘 AND Y A B 实现逻辑乘运算的电路 称为 与门 例 X 01100001BZ 11001011BX Z 01000001B 49 3 逻辑加 AND Y A B 实现逻辑加运算的电路 称为 或门 例 X 01100001BZ 11001011BX Z 11101011B 实现逻辑加运算的电路 称为 或门 例 X 01100001BZ 11001011BX Z 11101011B 50 4 逻辑异或 eXclusiveOR Y A B Y A B 也称 按位加 其电路称为 异或门 例 X 01100001BZ 11001011BX Z 10101010B 51 5 正逻辑与负逻辑 正逻辑 高电平表示 1 低电平表示 0 负逻辑 高电平表示 0 低电平表示 1 52 1 1 5二进制编码 一 十进制数的表示 BCD码常使用8421BCD码 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位二进制数 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0000 1001表示0 9 53 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 最常用的数据编码 美国标准信息交换代码 AmericanStandardCodeforInformationInterchange ASCII码 见下页ASCII编码表 二 非数值数据的表示 54 ASCII码 美国标准信息交换代码 55 ASCII码 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 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 最高位通常总为0 有时也用作奇偶校验位 56 1 1 6BCD数的加减运算 特征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 从而必须进行相应调整 57 1 BCD加法 若相加结果在0 9之间 此时双方规则相同 则无须任何调整 若 9 或产生进位 则须进行调整 方法为 对结果进行加6处理 58 调整原理举例 计算8 91000见右式 100110001 11结果应为17 而计算机相加为11 原因在于运算过程中 如遇到进位时 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 结果就会少6 这就要进行加6调正 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