尚凤军微机原理

1、学科专业：学科专业：电子信息工程电子信息工程班班 级：级：110105110105110108110108主主 讲讲 人：人：尚凤军尚凤军E-mail：总总 学学 时：时：6464重庆邮电学院计算机科学与技术学院微机原理与接口技术教材微机原理与接口技术教材 仇玉章，仇玉章，32位微型计算机原理与接口技术位微型计算机原理与接口技术M，清华大学出版社，清华大学出版社，2002.7微机原理与接口技术参考资料微机原理与接口技术参考资料 沈美明、温冬婵，沈美明、温冬婵，80 x86汇编语言程序设计汇编语言程序设计M，清华大学出版社，清华大学出版社，2002.3 王永山、杨宏五、杨婵娟，微型计算机原理与王

2、永山、杨宏五、杨婵娟，微型计算机原理与应用（以应用（以IBM PCIBM PC系列机为例）系列机为例）MM，西安电子科技大，西安电子科技大学出版社，学出版社，1993.31993.3 学习课程应具备的先导知识学习课程应具备的先导知识 1.程序设计程序设计 2.结构化思想结构化思想 3.计算机系统结构（组成原理）计算机系统结构（组成原理）课程的主要内容课程的主要内容 1.基础理论基础理论 2.编程工具编程工具 3.编程方法编程方法 4.实际应用实际应用核心内容：核心内容：80486的系统结构、指令系统、程序设计、接口技术的系统结构、指令系统、程序设计、接口技术课程简介及要求课程简介及要求1 1课

3、程性质及教学目的课程性质及教学目的 微机原理与接口技术微机原理与接口技术是工科计算机及其相是工科计算机及其相关专业的一门重要的专业技术基础课程。关专业的一门重要的专业技术基础课程。 本课程帮助学生掌握微型计算机的硬件组成及本课程帮助学生掌握微型计算机的硬件组成及使用；学会运用汇编语言进行程序设计；树立起计使用；学会运用汇编语言进行程序设计；树立起计算机体系结构的基本概念；为后继的软、硬件课程算机体系结构的基本概念；为后继的软、硬件课程做好铺垫。做好铺垫。课程简介及要求课程简介及要求2. 2. 课程教学安排课程教学安排教学参考学时：教学参考学时：64学时学时其中实其中实验学时：验学时：1020学

4、时学时考试形式：笔试考试形式：笔试+上机实践操作上机实践操作课程简介及要求课程简介及要求3. 3. 教材内容体系结构教材内容体系结构基本知识与基本概念基本知识与基本概念计算机的基本结构与工作原理计算机的基本结构与工作原理微处理器与微型计算机的概念微处理器与微型计算机的概念微型计算机系统组成及其应用微型计算机系统组成及其应用计算机中的数据表示、数制与编码的应用计算机中的数据表示、数制与编码的应用课程简介及要求课程简介及要求80486微处理器微处理器微处理器内部结构微处理器内部结构存储器和存储器和I/O组织组织总线周期与操作时序总线周期与操作时序指令系统与汇编语言指令系统与汇编语言指令的概念与寻址

5、方式指令的概念与寻址方式80486指令系统介绍指令系统介绍汇编语言格式、基本表达、伪指令介绍汇编语言格式、基本表达、伪指令介绍汇编语言源程序的建立、编辑、运行、调试汇编语言源程序的建立、编辑、运行、调试课程简介及要求课程简介及要求汇编语言程序设计及其应用汇编语言程序设计及其应用程序设计的方法和步骤程序设计的方法和步骤顺序程序、分支程序、循环程序、子程序的设计顺序程序、分支程序、循环程序、子程序的设计中断调用程序设计中断调用程序设计宏汇编与重复汇编宏汇编与重复汇编汇编语言与高级语言的连接汇编语言与高级语言的连接补充内容补充内容一、基本概念一、基本概念 1.机器指令机器指令 能为计算机所接受的一组

6、二进制代码。能为计算机所接受的一组二进制代码。 2.机器指令程序机器指令程序 由机器指令所编写的程序。由机器指令所编写的程序。 3.汇编指令汇编指令 用助记符的方法来表示的机器指令。用助记符的方法来表示的机器指令。二、汇编语言二、汇编语言 用助记符的方法；汇编语言和机器指令是一一对应的。用助记符的方法；汇编语言和机器指令是一一对应的。三、高级语言三、高级语言 逻辑结构与人的思维基本一致。逻辑结构与人的思维基本一致。四、汇编语言与高级语言的比较四、汇编语言与高级语言的比较 1.高级语言的优点高级语言的优点 2.高级语言的缺点高级语言的缺点 不能直接执行，要编译；不能直接执行，要编译； 执行效率低

7、（汇编语言执行效率高）；执行效率低（汇编语言执行效率高）； 汇编程序精炼，在实时控制方面有优势。汇编程序精炼，在实时控制方面有优势。五、汇编程序设计五、汇编程序设计 1.与机器硬件密切相关；与机器硬件密切相关； 2.对语句的选择重要；对语句的选择重要； 3.编写复杂程序时，不要直接编程，先画流程图；编写复杂程序时，不要直接编程，先画流程图； 4.用实际的机器来调试。用实际的机器来调试。六、汇编语言程序设计步骤六、汇编语言程序设计步骤 1.理解设计任务；理解设计任务； 2.建立数学模型；建立数学模型； 3.确定算法；确定算法； 4.模块化程序设计。模块化程序设计。七、汇编程序七、汇编程序 1.汇

8、编程序的作用汇编程序的作用 将汇编语言程序转换为计算机能够识别并直接执行将汇编语言程序转换为计算机能够识别并直接执行的目标程序。的目标程序。 2.源程序和目标程序源程序和目标程序 源程序：用助记符编写的程序。源程序：用助记符编写的程序。 目标程序：将源程序翻译成的机器语言程序。目标程序：将源程序翻译成的机器语言程序。 3.汇编汇编 将汇编语言的源程序翻译成目标程序的过程成为汇将汇编语言的源程序翻译成目标程序的过程成为汇编过程，简称汇编。编过程，简称汇编。4.汇编过程汇编过程 机器指令操作代码表；机器指令操作代码表； 伪指令操作表；伪指令操作表； 符号表。符号表。5.汇编的两次扫描汇编的两次扫描

9、 第一次扫描：主要完成符号表的建立；第一次扫描：主要完成符号表的建立； 第二次扫描：将程序转换为机器指令代码第二次扫描：将程序转换为机器指令代码或数据等。或数据等。第第1 1章章 数制和码制数制和码制本章教学目的及要求本章教学目的及要求 l l 熟悉数制的基本概念和计算机中熟悉数制的基本概念和计算机中常用进位计数制常用进位计数制 l l 掌握掌握二、八、十、十六进制的表达和相互转换二、八、十、十六进制的表达和相互转换 l l 理解理解机器数和带符号数的原码、反码、补码表示机器数和带符号数的原码、反码、补码表示 l l 掌握美国信息交换标准代码（掌握美国信息交换标准代码（ASCIIASCII码）

10、和二码）和二十十进制编码进制编码BCDBCD码的表达及应用码的表达及应用 l l 熟悉微型计算机的编码及其应用熟悉微型计算机的编码及其应用 l l 掌握浮点数的基本概念和计算掌握浮点数的基本概念和计算1.1 计算机中的数制计算机中的数制 计算机中的数据分为两类：计算机中的数据分为两类： （1）数：用来直接表示量的多少，有大小之分，能够）数：用来直接表示量的多少，有大小之分，能够进行加减等运算。进行加减等运算。 （2）码：通常指代码或编码，在计算机中用来描述某）码：通常指代码或编码，在计算机中用来描述某种信息。种信息。 1 1数的表示数的表示 任何一种数制表示的数都可以写成按位权展开的多任何一种

11、数制表示的数都可以写成按位权展开的多项式之和。项式之和。 N Nd dn n1 1b bn n1 1d dn n2 2b bn n2 2d dn n3 3b bn n3 3d dm mb bm m式中：式中：n n整数的总位数整数的总位数 m m小数的总位数小数的总位数 d d下标下标表示该位的数码表示该位的数码 b b表示进位制的基数表示进位制的基数 b b上标上标表示该位的位权表示该位的位权2 2计算机中常用的进位计数制计算机中常用的进位计数制 计数制计数制 基数基数 数数 码码 进位关系进位关系二进制二进制 2 02 0、1 1 逢二进一逢二进一八进制八进制 8 08 0、1 1、2 2

12、、3 3、4 4、5 5、6 6、7 7 逢八进一逢八进一十进制十进制 10 010 0、1 1、2 2、3 3、4 4、5 5、6 6、7 7、8 8、9 9 逢十进一逢十进一十六进制十六进制 16 016 0、1 1、2 2、3 3、4 4、5 5、6 6、7 7、8 8、9 9 A A、B B、C C、D D、E E、F F 逢十六进一逢十六进一3 3计数制的书写规则计数制的书写规则（1 1）在数字后面加写相应的英文字母作为标识。）在数字后面加写相应的英文字母作为标识。 如：二进制数的如：二进制数的100100可写成可写成100B100B 十六进制数十六进制数100100可写成可写成10

13、0H100H（2 2）在括号外面加数字下标。）在括号外面加数字下标。 如：（如：（10111011）2 2 表示二进制数的表示二进制数的10111011 （2DF22DF2）16 16 表示十六进制数的表示十六进制数的2DF22DF2 4 4、数制转换、数制转换（1 1）十进制整数转换为二进制整数）十进制整数转换为二进制整数 采用基数采用基数2 2连续去除该十进制整数，直至商等于连续去除该十进制整数，直至商等于“0 0”为为止，然后逆序排列余数。止，然后逆序排列余数。（2 2）十进制小数转化为二进制小数）十进制小数转化为二进制小数 连续用基数连续用基数2 2去乘以该十进制小数，直至乘积的小数部

14、去乘以该十进制小数，直至乘积的小数部分等于分等于“0 0”，然后顺序排列每次乘积的整数部分。，然后顺序排列每次乘积的整数部分。（3 3）十进制整数转换为八进制整数或十六进制整数）十进制整数转换为八进制整数或十六进制整数 采用基数采用基数8 8或基数或基数1616连续去除该十进制整数，直至商等连续去除该十进制整数，直至商等于于“0 0”为止，然后逆序排列所得到的余数。为止，然后逆序排列所得到的余数。（4 4）十进制小数转换为八进制小数或十六进制小数）十进制小数转换为八进制小数或十六进制小数 连续用基数连续用基数8 8或基数或基数1616去乘以该十进制小数，直至乘积去乘以该十进制小数，直至乘积的小

15、数部分等于的小数部分等于“0 0”，然后顺序排列每次乘积的整数部分。，然后顺序排列每次乘积的整数部分。（5 5）二、八、十六进制数转换为十进制数）二、八、十六进制数转换为十进制数 用其各位所对应的系数，按用其各位所对应的系数，按“位权展开求和位权展开求和”的方法就的方法就可以得到。其基数分别为可以得到。其基数分别为2 2、8 8、1616。（6 6）二进制数转换为八进制数）二进制数转换为八进制数 从小数点开始分别向左或向右，将每从小数点开始分别向左或向右，将每3 3位二进制数分成位二进制数分成1 1组，不足组，不足3 3位数的补位数的补0 0，然后将每组用，然后将每组用1 1位八进制数表示即可

16、。位八进制数表示即可。（7 7）八进制数转换为二进制数）八进制数转换为二进制数 将每位八进制数用将每位八进制数用3 3位二进制数表示即可。位二进制数表示即可。（8 8）二进制数转换为十六进制数）二进制数转换为十六进制数 从小数点开始分别向左或向右，将每从小数点开始分别向左或向右，将每4 4位二进制数分成位二进制数分成1 1组，不足组，不足4 4位的补位的补0 0，然后将每组用一位十六进制数表示即可。，然后将每组用一位十六进制数表示即可。（9 9）十六进制数转换为二进制数）十六进制数转换为二进制数 将每位十六进制数用将每位十六进制数用4 4位二进制数表示即可位二进制数表示即可。【例例1 1】将十

17、进制整数（将十进制整数（105105）1010转换为二进制整数，采转换为二进制整数，采用用“除除2 2倒取余倒取余”的方法，过程如下：的方法，过程如下：2 2 105 105 2 2 52 52 余数为余数为1 1 2 2 26 26 余数为余数为0 0 2 2 13 13 余数为余数为0 0 2 2 6 6 余数为余数为1 1 2 2 3 3 余数为余数为0 0 2 2 1 1 余数为余数为1 1 0 0 余数为余数为1 1 所以，（所以，（105105）1010（11010011101001）2 2【例例2】将十进制小数（将十进制小数（0.8125）10转换为二进制小数，转换为二进制小数，

18、采用采用“乘乘2顺取整顺取整”的方法，过程如下：的方法，过程如下： 0.812521.625 取整数位取整数位1 0.62521.25 取整数位取整数位1 0.2520.5 取整数位取整数位0 0.521.0 取整数位取整数位1 所以，（所以，（0.8125）10（0.1101）2 如果出现乘积的小数部分一直不为如果出现乘积的小数部分一直不为“0”，则可以根，则可以根据精度的要求截取一定的位数即可。据精度的要求截取一定的位数即可。【例例3 3】将十进制整数（将十进制整数（23472347）1010转换为十六进制整数，转换为十六进制整数，采用采用“除除1616倒取余倒取余”的方法，过程如下：的方

19、法，过程如下：16 16 2347 2347 16 16 146 146 余数为余数为1111（十六进制数为（十六进制数为B B） 16 16 9 9 余数为余数为2 2 0 0 余数为余数为9 9 所以，（所以，（23472347）1010（92B92B）16165 5、美国信息交换标准代码（、美国信息交换标准代码（ASCII码）码） ASCII（American Standard Code for Information Interchange）码：是美国信息交换标准代码的简称，用于）码：是美国信息交换标准代码的简称，用于给西文字符编码；给西文字符编码； 包括英文字母的大小写、数字、专用字

20、符、控制字符包括英文字母的大小写、数字、专用字符、控制字符等；等；这种编码由这种编码由7位二进制数组合而成，可以表示位二进制数组合而成，可以表示128种字种字符；符；在在ASCII码中，按其作用可分为：码中，按其作用可分为：3434个控制字符；个控制字符；1010个阿拉伯数字个阿拉伯数字5252个英文大小写字母；个英文大小写字母；3232个专用符号个专用符号6 6、二、二十进制编码十进制编码BCDBCD码码 BCDBCD（Binary-Coded DecimalBinary-Coded Decimal）码又称为）码又称为“二二十进制十进制编码编码”，专门解决用二进制数表示十进数的问题。最常用的

21、，专门解决用二进制数表示十进数的问题。最常用的是是84218421编码，其方法是用编码，其方法是用4 4位二进制数表示位二进制数表示1 1位十进制数，自位十进制数，自左至右每一位对应的位权是左至右每一位对应的位权是8 8、4 4、2 2、1 1。1 1压缩压缩BCDBCD码码 每一位数采用每一位数采用4 4位二进制数来表示，即一个字节表示位二进制数来表示，即一个字节表示2 2位位十进制数。例如：二进制数十进制数。例如：二进制数10001001B10001001B，采用压缩，采用压缩BCDBCD码表示码表示为十进制数为十进制数89D89D。2 2非压缩非压缩BCDBCD码码 每一位数采用每一位数

22、采用8 8位二进制数来表示，即一个字节表示位二进制数来表示，即一个字节表示1 1位位十进制数。而且只用每个字节的低十进制数。而且只用每个字节的低4 4位来表示位来表示0 09 9，高，高4 4位为位为0 0。 例如：十进制数例如：十进制数89D89D，采用非压缩，采用非压缩BCDBCD码表示为二进制数是：码表示为二进制数是： 00001000 00001001B 00001000 00001001B 1.2 计算机中的码制计算机中的码制 在计算机内部表示二进制数的方法称为数值编码，把一个在计算机内部表示二进制数的方法称为数值编码，把一个数及其符号在机器中的表示加以数值化，称为机器数。机器数数及

23、其符号在机器中的表示加以数值化，称为机器数。机器数所代表的数称为数的真值。所代表的数称为数的真值。 表示一个机器数，应考虑以下三个因素：表示一个机器数，应考虑以下三个因素： 1机器数的范围机器数的范围 字长为字长为8位，无符号整数的最大值是（位，无符号整数的最大值是（11111111）B=（255）D，此时机器数的范围是，此时机器数的范围是0255。 字长为字长为16位，无符号整数的最大值是位，无符号整数的最大值是 （1111111111111111）B=（FFFF）H=（65535）D 此时机器数的范围是此时机器数的范围是065535。2机器数的符号机器数的符号 在算术运算中，数据是有正有负

24、的，将这类数据称为在算术运算中，数据是有正有负的，将这类数据称为带符号数。带符号数。 为了在计算机中正确地表示带符号数，通常规定每个为了在计算机中正确地表示带符号数，通常规定每个字长的最高位为符号位，并用字长的最高位为符号位，并用0表示正数，用表示正数，用1表示负数。表示负数。 3机器数中小数点的位置机器数中小数点的位置 在机器中，小数点的位置通常有两种约定：在机器中，小数点的位置通常有两种约定： 一种规定小数点的位置固定不变，这时的机器数称一种规定小数点的位置固定不变，这时的机器数称为为“定点数定点数”。 另一种规定小数点的位置可以浮动，这时的机器数称另一种规定小数点的位置可以浮动，这时的机

25、器数称为为“浮点数浮点数”。 原码原码 正数的符号位为正数的符号位为0，负数的符号位为，负数的符号位为1，其它位按照一般，其它位按照一般的方法来表示数的绝对值。用这样的表示方法得到的就是数的方法来表示数的绝对值。用这样的表示方法得到的就是数的原码。的原码。【例例4】当机器字长为当机器字长为8位二进制数时：位二进制数时： X1011011 X原码原码01011011 Y1011011 Y原码原码11011011 1原码原码00000001 1原码原码10000001 127原码原码01111111 127原码原码11111111 原码表示的整数范围是：原码表示的整数范围是： （2n-11）（2n

26、-11），其中），其中n为机器字长。为机器字长。 则：则：8位二进制原码表示的整数范围是位二进制原码表示的整数范围是127127 16位二进制原码表示的整数范围是位二进制原码表示的整数范围是3276732767 反码反码 对于一个带符号的数来说，正数的反码与其原码相同，对于一个带符号的数来说，正数的反码与其原码相同，负数的反码为其原码除符号位以外的各位按位取反。负数的反码为其原码除符号位以外的各位按位取反。【例例5】当机器字长为当机器字长为8 8位二进制数时：位二进制数时： X X1011011 X1011011 X原码原码01011011 X01011011 X反码反码01011011010

27、11011 Y Y1011011 Y1011011 Y原码原码11011011 Y11011011 Y反码反码1010010010100100 11反码反码00000001 00000001 11反码反码1111111011111110 127127反码反码01111111 01111111 127127反码反码1000000010000000 负数的反码与负数的原码有很大的区别，反码通常用负数的反码与负数的原码有很大的区别，反码通常用作求补码过程中的中间形式。作求补码过程中的中间形式。 反码表示的整数范围与原码相同。反码表示的整数范围与原码相同。 补码补码 正数的补码与其原码相同，负数的补码

28、为其反码在最低位加正数的补码与其原码相同，负数的补码为其反码在最低位加1。【例例6】（1）X1011011 （2） Y1011011 （1）根据定义有：）根据定义有： X原码原码01011011 X补码补码01011011（2） 根据定义有：根据定义有： Y原码原码11011011 Y反码反码10100100 Y补码补码10100101 补码表示的整数范围是补码表示的整数范围是2n-1（2n-11），其中），其中n为机器为机器字长。字长。 则：则：8位二进制补码表示的整数范围是位二进制补码表示的整数范围是128127 16位二进制补码表示的整数范围是位二进制补码表示的整数范围是32768327

29、67 当运算结果超出这个范围时，就不能正确表示数了，此时当运算结果超出这个范围时，就不能正确表示数了，此时称为溢出。称为溢出。 补码与真值之间的转换补码与真值之间的转换 正数补码的真值等于补码的本身；负数补码转换为其真值时，将负正数补码的真值等于补码的本身；负数补码转换为其真值时，将负数补码按位求反，末位加数补码按位求反，末位加1，即可得到该负数补码对应的真值的绝对值。，即可得到该负数补码对应的真值的绝对值。【例例7】X补码补码01011001B，X补码补码11011001B，分别求其真值，分别求其真值X。（1）X补码补码代表的数是正数，其真值：代表的数是正数，其真值： X1011001B （126124123120） （641681） （89）D（2）X补码补码代表的数是负数，则真值：代表的数是负数，则真值： X（1011001求反求反1）B （01001101）B （0100111）B （125122121120） （32421） （39）D 定点数定点数 由于定点位置不同，一般又分为两种情况。由于定点位置不同，一般又分为两种情况。 对于整数，小数点约定在最低位的右边，称为对于整数，小数点约定