第1章-微机原理ppt课件

.,微机原理与应用,.,学习建议:抓住五个环节:预习听课复习笔记作业注重两个能力:自学实践注重两个交流:同学间师生间实现一个转变:基础课专业基础课,.,本课程考核:闭卷（期末）总成绩：卷面80平时20,注意与单片机课程异同讲授内容:第1章第8章参考书:1,杨文显,现代微型计算机原理与接口技术教程,清华大学出版社,2006年2,朱定华,微机原理、汇编与接口技术学习指导,清华大学出版社,2006年,.,本课程的特点,1.课程性质：必修,2.先修课程,模拟电路、数字电路、计算机基础等,3.重要性,重要的专业基础课对后续课程（单片机、嵌入式系统等）及毕业设计有重要的影响。,.,如何学习本课程,注意老师的授课习惯；独立完成作业；重视实验课；掌握8086系统的结构；牢记常用的指令(注意通用性与特殊性)；牢记程序的一般结构，学会简单程序的编写与阅读；熟悉计算机接口的编址与译码；掌握存储器、接口芯片与CPU的接口；掌握8086系统的中断与中断管理。,.,希望,秋眠不觉晓，上课别迟到；夜来风雨声，作业按时交。预习加笔记，实验亦重要；勤巧作舟楫，学海任消遥。横看成岭侧成峰，远近高低各不同；欲识微机真面目，随我遨游课堂中。,.,微型计算机组成结构,.,2007.6.13,微机原理、汇编与接口技术（第2版）,.,1.1,1.2,1.3,1.4,计算机的数和编码,微型计算机的结构和工作原理,80 x86微处理器,第1章微型计算机基础,1.5,80 x86的寄存器,80 x86的工作方式与存储器物理地址的生成,为课程学习打基础,.,十进制数(D),:逢十进一,1.1.1计算机中的数制,基数：数制所使用的数码的个数,权：数制中每一位所具有的值.,二进制数(B),:逢二进一(计算机采用),:逢十六进一,十六进制数(H),二进制数的基数为2，第i位的权为2i,.,十进制、二进制、十六进制数之间的关系表,.,数制间转换,如：1111111000111B1111111000111B0001111111000111B=1FC7H,1.二十六,如：3AB9H=0011101010111001B,1位十六用4位二表示,.,数制间转换,2.十六十,如：38947=9823H,如：1F3DH=163116215161316013=4096125615163113=409638404813=7997,16389473162434216152816990,余数倒序排列,.,数制间转换,3.二十十进制数二进制数：十进制数十六进制数二进制数二进制数十进制数：二进制数十六进制数十进制数,#以上未涉及符号（+，-）,.,1.1.2符号数的表示方法,符号和数值部分机器数的最高位是符号位区分：机器数、真值、无符号数掌握符号数的三种表示法：原码，反码，补码,.,用一个8位二进制数表示一个有符号数：,1、机器数和真值,机器可使用的带符号数，称为机器数（二进制,不带+,）机器数所表示的真实数值，称为真值(多种进制,有+,）,.,如：X1=105=+1101001BX1原=01101001BX2=-105=-1101001BX2原=11101001B,2.原码,机器数？,.,原码的特点：,(1)为带符号位的二进制数,(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,11111111B01111111B,即127+127,即：数0的原码不唯一,（4）内部运算复杂,.,注：负数反码的数值部分并不是其真值,如：X1=105=+1101001BX1反=01101001BX2=-105=-1101001BX2反=10010110B,3.反码（机器数）,127反=10000000B真值？,.,正数：补码同其原码负数：反码+1补码用途：减法转为加法,如：X1=105=+1101001BX1补=01101001BX2=-105=-1101001BX2补=10010111B,4.补码,微机中，符号数用补码表示,.,补码符号位扩展：（真值不变）正数符号位前补0，+46补=2EH=002EH负数符号位前补1，-46补=D2H=FFD2H补码，可将减法转为加法运算X+Y补=X补+Y补X-Y补=X补+-Y补其中X，Y为正负数均可，符号位参与运算双补还原：（X补）补=X原,.,特殊数11111111B,原码定义：（-127）原反码定义：（-0）反补码定义：（-1）补无符号数：(11111111)=255,注意：正数:原码、反码、补码均同原码负数：原码真值、反码为正数取反、补码为反码加1,.,8位有符号数的表示范围,对8位二进制数：原码：-127+127（FFH7FH）反码：-127+127（FFH7FH)补码：-128+127(80H7FH)想一想：16位有符号数的表示范围是多少？求补码=求补？求反码=求反？,.,部分数的8位二进制原码、反码和补码,.,1.1.3二进制数的加减运算,二进制加法规则:,二进制减法规则:,0+0=00+1=1+0=11+1=0进位1,0-0=01-0=11-1=00-1=1借位1,计算机把机器数均当作无符号数进行运算，即符号位也参与运算,.,相加：结果为正相减：无借位结果为正；有借位结果为负#进借位,1，无符号数的运算,.,2，符号数的运算,如：105+50=155127，超出范围，产生溢出又如：-105-50=-155-128，超出范围，产生溢出,=-155将进位视为符号，结果正确,=65H结果为正，错误，溢出，0F=1,.,n位符号数补码表示的范围：（-2n-12n-1-1）,进(借)位加法，符号位向更高位产生进位；减法，符号位向更高位产生借位溢出运算结果超出表示的范围#溢出,.,溢出的判断方法,两数相加或相减时，若OF=CYCS，OF1，则结果溢出OF0，则结果无溢出CY：符号位向前的进位CS：次高位向符号位的进位OF：溢出标志位,溢出的判别：,.,11001110+11111011111001001CS=1,CY=1OF=11=0,无溢出,01101001+0011001010011011CS=1,CY=0OF=01=1,有溢出,溢出不等于进位或借位,.,1.1.4二进制数的逻辑运算与逻辑电路,（1）逻辑非按位求反,（2）逻辑乘(逻辑与)按位求“与”,如：A=01100001B,B=11001011BA=10011110B,B=00110100B,规则：=0，=0,10=0,11=1如：01100001B11001011B=01000001B,.,（3）逻辑加(逻辑或)按位求“或”,（4）逻辑异或(按位加)按位求模和,规则：00=0,01=1,10=1,11=1如：01100001B11001011B=11101011B,规则：0+0=0,0+1=1,1+0=1,1+1=0如：01100001B11001011B=10101010B,（5）正逻辑与负逻辑,正逻辑高电平表示逻辑，低电平表示逻辑0负逻辑高电平表示逻辑0，低电平表示逻辑1,.,1.1.5二进制编码,数字、字母、符号等二进制数组和1,ASCII码-字符在机内的表示常用的ASCII码字符如表(P9表1-5)：,.,8421BCD编码表,压缩BCD数用8位二进制数表示2个十进制数位非压缩BCD数用8位二进制数表示1个十进制数位如：19压缩BCD00011001=19H19非压缩BCD0000000100001001=0109H,2,BCD数(用二进制表示的十进制数),.,1.1.6BCD数的加减运算,如：48+59=107,BCD数:逢“10”进14位二进制数:逢“16”进1BCD数运算后须进行调整（1）BCD数加法,.,如：28-19=9,微机中设有二十进制调整电路,通过调整指令实现调整,（2）BCD数减法,.,1.2,1.1,1.3,1.4,计算机的数和编码,微型计算机的结构和工作原理,80 x86微处理器,第1章微型计算机基础,1.5,80 x86的寄存器,80 x86的工作方式与存储器物理地址的生成,.,位(bit):基本、最小数据单元（0、1）字节（Byte）：相邻8位二进制数（1字节=8位）字（Word）：数据处理的基本单位（1字=16位=2字节）指令：进行某种操作的命令程序：指令的有序集合指令系统：全部指令,1.2.1微型计算机常用的术语,.,微型计算机的硬件概念结构,1.2.2微型计算机的基本结构,.,微机的核心部件,具有运算和控制功能,组成：算术逻辑单元ALU(arithmeticlogicunit)寄存器(register)组控制器(controlunit)CPU的位数：指一次能处理的数据的位数,1.CPU,.,总线功能：连接部件、信息交换,地址总线AB：传送地址信号（单向）数据总线DB：传送数据（双向）控制总线CB：传送控制信号（广义双向）,2.总线,.,3.存储器(memory),(1)存储器单元的地址和内容,组成：寄存器堆学习：内存（ROM、RAM）存：更新（写）取：取之不尽（读）,功能：存放程序、数据,.,.,4.总线插座和接口(I/O接口),5.I/O设备(外部设备),功能：连接外部设备,通过I/O接口与计算机连接,.,1.2.3计算机的工作原理,计算机工作：硬件：CPU+存储器+I/O接口+外设+总线软件：指令（能理解、能执行）程序,计算机工作：,.,1.2,1.1,1.4,计算机的数和编码,微型计算机的结构和工作原理,80 x86微处理器,第1章微型计算机基础,1.5,80 x86的寄存器,80 x86的工作方式与存储器物理地址的生成,1.3,.,1.3.18086/8088,.,8086/8088802868038680486兼容差别：指令预取队列：8088为4字节，8086为6字节数据总线引脚：8088有8根，8086有16根（其它同）,.,（1）执行单元EU(executionunit),（2）总线接口单元BIU(businterfaceunit),EU负责执行指令完成两种操作：算术逻辑运算、计算偏移地址,BIU完成所有的总线操作EU和BIU并行工作，可同时进行读/写、执行指令的操作,1.3.18086/8088,.,1.2,1.1,计算机的数和编码,微型计算机的结构和工作原理,80 x86微处理器,第1章微型计算机基础,1.5,80 x86的寄存器,80 x86的工作方式与存储器物理地址的生成,1.4,1.3,.,1.4.18086/8088的寄存器,.,8个,均为16位,在EU部件中数据寄存器（AX，BX，CX，DX）地址指针寄存器（SP，BP）变址寄存器（SI，DI）用途：P24，表1-7,1.通用寄存器,.,BX与BP在应用上的异同,同：作为通用寄存器，均可存放数据；异：作为基址寄存器，BX用于寻址数据段（与DS或ES搭配使用）BP用于寻址堆栈段（与SS搭配使用）,.,1个，16位IP硬件电路，能自动跟踪下一条指令（动态）的偏移地址。不可指令中出现,2.指令指示器IP(instructionpoint),.,9个标志位，6个状态标志位：存放运算结果的特征（非人为控制）3个控制标志位：控制某些特殊操作（可人为控制、编程）,3.状态标志寄存器(statusflags),.,表8086CPU标志位情况,名称,符号,符号标志,SF,功能,与运算结果的最高位相同，负数的最高位为1，符号标志表示运算执行后的结果是正还是负,零标志,ZF,当前的运算结果为零时为1，否则为0,奇偶标志,PF,运算结果低8位所含的1的个数为偶数时为1，否则为0,进位标志,CF,当执行加法（减法）运算使最高位产生进位（借位）时为1，否则为0，此外，循环指令也影响这一标志,辅助进位标志,AF,加法运算时，如果第D3位往第D4位有进位；减法运算时，如果第D3位往第D4位有借位，AF=1，否则为0。,溢出标志,OF,运算过程中产生溢出时，所谓溢出，是指当字节运算的结果超出了范围128+127，或者当字运算的结果超出了范围32768+32767时称为溢出，OF=1，否则为0。,方向标志,DF,控制串操作指令用的标志。DF=0,串操作过程中的地址会不断增值；DF=1,串操作过程中的地址会不断减值,中断标志,IF,控制可屏蔽中断的标志。IF=0,CPU不能对可屏蔽中断请求作出响应；IF=1,CPU可以接受可屏蔽中断请求,跟踪标志,TF,CPU按跟踪方式执行指令，TF=1，单步中断,.,存放段地址CS：代码段寄存器DS：数据段寄存器ES：附加段寄存器SS：堆栈段寄存器,4.段寄存器（4个，16位）,.,1.2,1.3,1.4,计算机的数和编码,微型计算机的结构和工作原理,80 x86微处理器,第1章微型计算机基础,1.5,80 x86的寄存器,80 x86的工作方式与存储器物理地址的生成,1.5,1.1,.,80 x86的工作方式：1,实地址方式(8086/8088,80286,80386,80486,Pentium)2,虚地址保护方式(80286,80386,80486,Pentium)3,虚拟8086方式(80386,80486,Pentium)4,系统管理方式(Pentium),1.5.180 x86的工作方式,.,1.实地址方式有实在的1MB的物理地址空间，采用分段的方法，操作数的默认长度为16位，可以运行8086的全部指令（学习对象）,.,2.虚地址保护方式支持虚拟存储器、支持多任务、支持特权级与特权保护的工作方式,.,3.虚拟8086方式在32位虚地址保护方式下支持16位实地址方式的特殊工作方式4.系统管理方式为系统管理而设置的工作方式,.,1.实地址方式下的存储器分段存储器段的划分如右图所示：8086/8088可寻址220=1M字节，分为216=64K个段，每一段最多可寻址216=64K个单元每个段的首地址的低4位为0,1.5.2存储器分段和物理地址的生成,.,为何分段,物理地址,.60000H60001H60002H60003H60004H.,12H,F0H,1BH,08H,存储器的操作基于物理地址问题：220=1M216=64K8086内部总线和寄存器均为16位，如何生成20位地址？解决：存储器分段,.,方法,高地址,低地址,段基址20位，低4为0,段基址,段基址,段基址,最大64KB,段i-1,段i,段i+1,1).1M字节分成若干个段，每一段64K(216),2).段与段之间可连续排列，部分重叠，断续排列,.,逻辑地址=段地址:偏移地址,段地址：段基址的高16位偏移地址(偏移量)：被寻单元距段基址的距离（16位）物理地址=段地址16+偏移地址（知道其二得另一）,60002H,00H,12H,60000H,0000,段地址（16位）,段基址：段起始地址