微型计算机原理及应用：第1章 绪论

1、SCUT微机系统与接口微机系统与接口微机原理及接口技术微机原理及接口技术 课程目标微机原理课是工科学生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，课程的任务是使学生从理论和实践上掌握微机的基本组成、工作原理、接口电路及硬件的连接建立微机系统的整机概念，使学生具有微机系统软硬件开发的初步能力教学用书教学用书：微型计算机原理与接口技术(第4版) 平装 作者： 周荷琴， 吴秀清 中国科技大学出版社主要参考书籍：主要参考书籍：（1）IBM-PC 汇编语言程序设计 第2版沈美明 温冬婵编著清华大学出版社（2）IBMPC 80X86汇编语言程序设计 姜媛媛 任卓谊 编著 冶金工业出版社（3）32位

2、微型计算机原理与接口技术仇玉章主编， 清华大学出版社，2000.8（4）微机原理与接口技术牟琦，聂建萍 主编 清华大学出版社 2007第一版（5）80X86/Pentium 微型计算机原理及应用吴宁 主编 电子工业出版社学时：48+16=6448=28（微机原理）+20（单片机）16学时微机实验1周的课程设计（单片机）课程考评： 理论课（70%）+平时（10%）+实验（20%）微机原理及接口技术微机原理及接口技术 教学章节：教学章节：第1章 绪论第2章 8086系统结构第3章 8086的寻址方式与指令系统第4章 汇编语言程序设计第5章 存储器第6章 I/O接口和总线第7章 微型计算机中断系统第

3、8章 可编程计算器/定时器 8253/8254及应用第9章 可编程接口芯片8255A及其应用第1012章 8251/ADDA/8237第13章 32位微机基本工作原理概述第一章第一章 绪论绪论 1.1 1.1 微型计算机的发展概况。微型计算机的发展概况。 1.2 1.2 微型计算机系统及其基本工作原理。微型计算机系统及其基本工作原理。 1.3 1.3 计算机中数据表示格式计算机中数据表示格式 计算机的发展史计算机的发展史 微机原理及接口技术微机原理及接口技术 第一代第一代电子管电子管计算机时代计算机时代第二代第二代晶体管晶体管计算机时代计算机时代 从从1946年年-20世纪世纪50年代后期年代

4、后期第三代第三代集成电路集成电路计算机时代计算机时代第四代第四代大规模集成电路大规模集成电路计算机时代计算机时代50年代中期年代中期- 60年代后期年代后期60年代中期年代中期-70年代前期年代前期20世纪世纪70年代初年代初-第一代：电子管计算机时代第一代：电子管计算机时代 采用电子管作为基本逻辑器件。主要为军事与国防 尖端技术的需要而研制计算机，其研究成果逐步扩展到民用，并转为工业产品，形成了计算机工业。 美国宾夕法尼亚大学研制的ENIAC电子数字积分器和计算机是世界上第一台电子计算机。 1946年2月正式交付使用。 ENIAC计算机被认为是现代计算机的始祖。共用18 000多个电子管，1

5、500个继电器，重达30吨，占地170平方米，耗电140 kW，每秒钟能进行5000次加法计算。微机原理及接口技术微机原理及接口技术 主要缺点： 1、是存储容量太小，只能存20个字长为10位的十进制数(750条指令)； 2、是用线路连接的方法来编排程序，因此每次解题都要依靠人 工改接连线，准备时间大大超过实际计算时间。 第二代：晶体管计算机时代第二代：晶体管计算机时代(从从50年代中期年代中期-60年代初期年代初期) 主要逻辑器件:电子管-晶体管，因而缩小了体积，降低了功耗，提高了速度和可靠性，而且价格不断下降。 采用了磁心存储器，使速度得到进一步提高。不仅使计算机在军事与尖端技术上的应用范围

6、进一步扩大，而且在气象、工程设计、数据处理以及其他科学研究等领域内也应用起来。微机原理及接口技术微机原理及接口技术 开始形成能适应一定应用范围的计算机“族”，这是系列化思想的萌芽，从而缩短了新机器的研制周期，降低了生产成本，实现了程序兼容，方便了新机器的使用。第三代：集成电路计算机时代第三代：集成电路计算机时代 (从从60年代中期年代中期-) 采用集成电路作为基本逻辑器件，因此功耗、体积、价格等进一步下降，而速度及可靠性相应地提高。 产生了成本低而功能不是太强的小型计算机供应市场，占领了许多数据处理的应用领域。使计算机的应用范围进一步扩大。 微机原理及接口技术微机原理及接口技术微机原理及接口技

7、术微机原理及接口技术 第四代：大规模集成电路计算机时代第四代：大规模集成电路计算机时代(70年代初年代初)。芯片集成度的不断提高和半导体存储器问世（取代了磁芯存储器），从而使计算机不断向大容量、高速度迅速发展。微机原理及接口技术微机原理及接口技术 在第四代大规模集成电路计算机时代中，产生了一种以高集成度微处理器芯片为核心的电子计算机-微型计算机(简称微机)1971年，美国Intel公司研究并制造了世界上第一个微处理器芯片4004微处理器芯片。并以它为核心组成的MCS-4计算机，标志了世界第一台微型计算机的诞生。 1981年IBM公司推出了第一代16位微型计算机(IBM-PC)，从此以后，微机的

8、生产和应用得到了迅速的发展。摩尔定律：摩尔定律：1、芯片集成度大体上每三年翻两番 存储器芯片：1971年1 Kb/片，1984年256 Kb /片，1992年16 Mb /片，处理器芯片：1971年的Intel 4004处理器芯片内含2300个晶体管 1989年的Intel 486处理器芯片内含140万个晶体管 1999年的Pentium2处理器芯片包含750万个晶体管 2002年的Pentium4处理器芯片包含5500万个晶体管，2、微处理器的工作速度，在一定成本下每18个月翻一番。微处理器主频速度： Intel 486 (25MHz) - Pentium4 (2.2GHz)微机原理及接口技

9、术微机原理及接口技术 总体特点：总体特点： 发展非常迅速； 速度越来越快； 容量越来越大。应用非常广泛应用非常广泛:国防(信息战),科学研究(各个领域,仿真和测试),政治经济, 教育文化(多媒体教育,远程教育)微机原理及接口技术微机原理及接口技术 微处理器发展过程参照书P5 表1.1Intel的CPU的发展史intel 4004，intel 的发展史就是从这块的发展史就是从这块cpu起步的起步的1.1 概述概述Intel的CPU的发展史800880851.1 概述概述Intel的CPU的发展史80861.1 概述概述Intel的CPU的发展史80286，intel最后一块最后一块16位位cpu

10、1.1 概述概述Intel的CPU的发展史486，这是intel最后一代以数字编号的cpu80386，intel第一代第一代32位位cpu1.1 概述概述Intel的CPU的发展史pentium，传说中的，传说中的586pentium propentium mmx1.1 概述概述Intel的CPU的发展史pentiumIIceleron，引发超频热潮，引发超频热潮1.1 概述概述Intel的CPU的发展史pentiumIII katmaiIntel pentiumIII tualatin/copperminepentiumIII1.1 概述概述Intel的CPU的发展史intel pentiu

11、mIV_423intel pentiumIV_4781.1 概述概述微机原理及接口技术微机原理及接口技术 1.2 1.2 微型计算机的常用术语和数据信息的表示。微型计算机的常用术语和数据信息的表示。1.2.11.2.1微型计算机的常用术语（技术指标） 1位和字节位位（bitbit）是计算机所能表示的是计算机所能表示的最小最基本最小最基本的的数据单位数据单位，它指的是取值只，它指的是取值只能为能为0 0或或1 1的一个二进制数值位。位作为单位时记作的一个二进制数值位。位作为单位时记作b b字节（字节（bytebyte）由由8 8个位二进制位组成，通常用作计算存储容量的单位。字个位二进制位组成，通

12、常用作计算存储容量的单位。字节作为单位时记作节作为单位时记作B BK K是是kelokelo的缩写，的缩写，1K=1024=21K=1024=21010；M M是是megamega的缩写，的缩写，1M=1024K=21M=1024K=22020；G G是是GigaGiga的缩写，的缩写，1G=1024M=21G=1024M=23030；T T是是teratera的缩写，的缩写，1T=1024G=21T=1024G=24040。微机原理及接口技术微机原理及接口技术 2 2字长字长字长字长是微处理器一次可以直接处理的二进制数码的位数，它通常取决于微是微处理器一次可以直接处理的二进制数码的位数，它通

13、常取决于微处理器内部通用寄存器的位数和数据总线的宽度。微处理器的字长有处理器内部通用寄存器的位数和数据总线的宽度。微处理器的字长有8 8位、位、1616位和位和3232位、位、6464位等。位等。80888088称为准称为准1616位微处理器（内部总线的宽度为位微处理器（内部总线的宽度为1616位，外部总线的宽度为位，外部总线的宽度为8 8位）位）80386SX80386SX称为准称为准3232位微处理器。位微处理器。半字节字节字双字03034707078F8F1 01 71 81 F微机原理及接口技术微机原理及接口技术 3 3主频主频主频主频也叫做也叫做时钟频率时钟频率，用来表示微处理器的运

14、行速度，主频越高表明微处，用来表示微处理器的运行速度，主频越高表明微处理器运行越快，主频的单位是理器运行越快，主频的单位是MHz GHzMHz GHz。早期微处理器的主频与外部总线的频率相同，从早期微处理器的主频与外部总线的频率相同，从80486DX280486DX2开始，开始，主频主频= =外外部总线频率部总线频率 倍频系数倍频系数外部总线频率外部总线频率通常简称为通常简称为外频外频，它的单位也是，它的单位也是MHzMHz，外频越高说明微处理，外频越高说明微处理器与系统内存数据交换的速度越快，因而微型计算机的运行速度也越快。器与系统内存数据交换的速度越快，因而微型计算机的运行速度也越快。倍频

15、倍频系数是微处理器的系数是微处理器的主频主频与与外频外频之间的之间的相对比例系数相对比例系数。通过提高通过提高外频外频或或倍频系数倍频系数，可以使微处理器工作在比标称主频更高的时钟，可以使微处理器工作在比标称主频更高的时钟频率上，这就是所谓的频率上，这就是所谓的超频超频。微机原理及接口技术微机原理及接口技术 4 4MIPSMIPSMIPS是是Millions of Instruction Per Second的缩写，的缩写，用来表示微处理器的用来表示微处理器的性能，意思是每秒钟能执行多少百万条指令性能，意思是每秒钟能执行多少百万条指令由于执行不同类型的指令所需时间长度不同，所以由于执行不同类型

16、的指令所需时间长度不同，所以MIPSMIPS通常是根据不同通常是根据不同指令出现的频度乘上不同的系数求得的指令出现的频度乘上不同的系数求得的统计平均值统计平均值。主频为主频为25MHz25MHz的的8048680486其性能大约是其性能大约是20MIPS20MIPS，主频为主频为400MHz400MHz的的Pentium IIPentium II的性能为的性能为832 MIPS832 MIPS5 5iCOMPiCOMP指数指数iCOMP指数是指数是IntelIntel公司为评价其公司为评价其3232位微处理器的性能而编制的一种指位微处理器的性能而编制的一种指标，它是根据微处理器的各种性能指标在

17、微型计算机中的重要性来确定标，它是根据微处理器的各种性能指标在微型计算机中的重要性来确定的，的，iCOMPiCOMP指数包含的指标有指数包含的指标有整数数学计算、浮点数学计算、图形处理以整数数学计算、浮点数学计算、图形处理以及视频处理等及视频处理等，这些指标的重要性与它们在应用软件中出现的频度有关，这些指标的重要性与它们在应用软件中出现的频度有关，所以所以iCOMPiCOMP指数说明了微处理器在微型计算机中应用的指数说明了微处理器在微型计算机中应用的综合性能综合性能。微机原理及接口技术微机原理及接口技术 6 6微处理器的生产工艺微处理器的生产工艺指在硅材料上生产微处理器时内部各元器件间连接线的

18、宽度，一般以m为单位，数值越小，生产工艺越先进，微处理器的功耗和发热量越小。7 7微处理器的集成度微处理器的集成度指微处理器芯片上集成的晶体管的密度。最早Intel 4004的集成度为2250个晶体管，目前Pentium III的集成度已经达到750万个晶体管以上，集成度提高了3000多倍。Pentium4后续Prescott内核内部集成晶体管数竟然达到了1亿2500万个 8. 8. 系统总线的速度：系统总线的速度： 与总线的数据线宽度及总线周期有关。现在使用的大多是PCI总线，133MB/s 、267MB/s 9. 9. 外设与软件：外设与软件： 显示器，外存储器，打印机 操作系统，各种程序

19、软件和应用软件10. 10. 内核数以及高速缓存的容量内核数以及高速缓存的容量系统的基本组成系统的基本组成 微机原理及接口技术微机原理及接口技术 1.2 微型计算机系统组成及其基本工作原理。微型计算机系统组成及其基本工作原理。目前的计算机仍然遵循的是冯目前的计算机仍然遵循的是冯. .诺依曼结构。包括运算器，控制器，诺依曼结构。包括运算器，控制器，存储器，输入设备和输出设备存储器，输入设备和输出设备5 5个部分。（微型计算机）个部分。（微型计算机）硬件硬件+ +软件软件硬件硬件= = 主机主机 + + 外设（外设（PeripheralsPeripherals） CPU+ MEMERYCPU+ M

20、EMERY（内外）（内外）+I/O+I/O接口接口 + +总线总线+ +电源电源 运算器（运算器（ALUALU）+ +控制器控制器+ +寄存器寄存器软件软件= =系统软件系统软件+ + 应用软件应用软件 （系统软件：控制接口（系统软件：控制接口/ /系统管理类）系统管理类）OS(DOS/WIN/WIN9X/NT/XP-OS/2,UNIX,LINUX)OS(DOS/WIN/WIN9X/NT/XP-OS/2,UNIX,LINUX) + +娱乐娱乐/CAD/CAI/CAT/SCADA/CAD/CAI/CAT/SCADA/管理管理微机原理及接口技术微机原理及接口技术 微机硬件组成微机硬件组成（CPU+

21、CPU+内存储器内存储器+ +外存储器外存储器+ +输入输出设备输入输出设备+ +总线总线）微型计算机微型计算机(Microcomputer):(Microcomputer): 中央处理器中央处理器CPU (Central Processing Unit) CPU (Central Processing Unit) - -微处理器微处理器(Microprocessor)(Microprocessor)严格讲，严格讲，微处理器微处理器 CPUCPUCPUCPU指的是计算机中指的是计算机中执行运算执行运算和和控制功能控制功能的区域，由的区域，由算术逻辑部件算术逻辑部件(ALU)(ALU)和和控制部

22、件控制部件两大主要部分组成两大主要部分组成把把CPUCPU和一组称为和一组称为寄存器寄存器（RegistersRegisters）的特殊存储器）的特殊存储器集成集成在一片大规模集成电路或在一片大规模集成电路或超大规模集成电路封装之中，这个器件才被称为超大规模集成电路封装之中，这个器件才被称为微处理器微处理器微型计算机微型计算机以以微处理器微处理器为核心，配上由大规模集成电路制作的为核心，配上由大规模集成电路制作的只读存储器只读存储器（ROMROM）、）、读写存储器读写存储器（RAMRAM）、输入输出、接口电路及系统总线）、输入输出、接口电路及系统总线等所组成的计算机，称为微型计算机。等所组成的

23、计算机，称为微型计算机。将这些组成部分将这些组成部分集成集成在在一片超大规模集成电路一片超大规模集成电路芯片上，称为单片微型计算机，简称芯片上，称为单片微型计算机，简称单片机单片机。微型计算机系统微型计算机系统: 微型计算机配置相应的系统软件微型计算机配置相应的系统软件, ,应用软件及外部设备等应用软件及外部设备等. .微型计算机系统的三个层次：微型计算机系统的三个层次：微处理器微型计算机 微型计算机系统微机原理及接口技术微机原理及接口技术 微机原理及接口技术微机原理及接口技术 运算器运算器 控制器控制器 寄存器组寄存器组 内存储器内存储器 总线总线输入输出输入输出接口电路接口电路外部设备外部

24、设备 软件软件微处理器微处理器微型计算机微型计算机微型计算机系统微型计算机系统存存 储储 器器微机原理及接口技术微机原理及接口技术 微型计算机微型计算机各部分关系各部分关系CPU 微型计算机的结构示意图微型计算机的结构示意图 输输 出出 设设 备备口口输输 入入 I/O 接接 口口备备I/O 接接 数据总线数据总线 DB控制总线控制总线 CB地址总线地址总线 AB输输 设设 硬件组成（硬件组成（1 1）微处理器（）微处理器（CPUCPU）CPUCPU（MPUMPU）：运算器（）：运算器（ALUALU）/ /控制器控制器/Registers/Registers1).ALU1).ALU算术逻辑单元

25、：算术逻辑单元：运算器部分的运算器部分的 核心核心，在控制信号作用下完成，在控制信号作用下完成加、减、乘、除加、减、乘、除算术运算术运算算 及及与、或、非与、或、非等逻辑运算。等逻辑运算。Acc(Acc(累加器累加器) )提供运算操作数中的一个，同时结果存于其中。提供运算操作数中的一个，同时结果存于其中。FRFR（状态寄存器）（状态寄存器）运算的状态，是否发生运算的状态，是否发生溢出溢出，结果是否为，结果是否为零零，是否为，是否为负负，是否有，是否有进位进位。2) 控制器：控制器：控制控制和和指挥指挥计算机内计算机内各功能部件协同动作各功能部件协同动作，完成计算机程序功能。，完成计算机程序功能

26、。 由由程序计数器（程序计数器（PCPC）、指令寄存器（）、指令寄存器（IRIR）、指令译码器（）、指令译码器（IDID）和时序信号发生器）和时序信号发生器组成。组成。（1 1）程序计数器（）程序计数器（PCPC）：当前要执行的指令的）：当前要执行的指令的地址码地址码，每，每取一个取一个指令自动指令自动加加1 1。（2 2）指令寄存器（）指令寄存器（IRIR）：保存当前）：保存当前正在执行正在执行的一条指令。的一条指令。（3 3）指令译码器（）指令译码器（IDID）：将指令的操作码）：将指令的操作码翻译翻译成机器成机器能识别能识别的命令信号。的命令信号。（4 4）时序信号发生器：根据指令译码器

27、（）时序信号发生器：根据指令译码器（IDID）产生的）产生的命令信号命令信号3)寄存器组寄存器组:通用寄存器和专用寄存器。（重点）通用寄存器和专用寄存器。（重点） 减少访问存储器的速度，提高执行速度。减少访问存储器的速度，提高执行速度。微机原理及接口技术微机原理及接口技术 硬件组成硬件组成(2) (2) 存储器存储器 功能：存放程序、原始数据、中间结果及运算结果功能：存放程序、原始数据、中间结果及运算结果要求要求:(1):(1)存取数据的速度要快；与存取数据的速度要快；与CPUCPU速度相匹配速度相匹配 (2)(2)容量要大；容量要大；128M128M，256M256M，512M512M。基本

28、单位是字节。基本单位是字节。 (3)(3)成本要低。成本要低。基本的操作：基本的操作：读读操作和操作和写写操作操作内存储器缺点内存储器缺点(1)(1)容量不能太大；容量不能太大；(2)(2)断电信息消失断电信息消失微机原理及接口技术微机原理及接口技术 存储器存储器内存（主存）内存（主存）外存（辅存）外存（辅存）RAMROMSRAMDRAMROMEPROME2PROM软盘、软盘、硬盘、硬盘、光盘光盘硬件组成硬件组成(3) 输入输出设备输入输出设备(以I/O接口电路为连接) 微机原理及接口技术微机原理及接口技术 输入设备输入设备I/O设备设备输出设备输出设备键盘键盘鼠标鼠标扫描仪、数码相机扫描仪、

29、数码相机显示器显示器打印机打印机绘图仪绘图仪(2) (2) I/OI/O接口接口：连接：连接外设外设和系统总线，完成和系统总线，完成信号转换信号转换、数据缓冲数据缓冲、与与CPUCPU进行信进行信号联络号联络等工作。等工作。显示器卡显示器卡：完成显示器与总线的连接。：完成显示器与总线的连接。声卡声卡：完成声音的输入：完成声音的输入/ /输出。输出。网卡网卡：完成网络数据的转换。：完成网络数据的转换。扫描卡扫描卡：连接扫描仪到计算机。：连接扫描仪到计算机。调制解调器卡调制解调器卡：模拟信号与数字信号相互转换。：模拟信号与数字信号相互转换。键盘接口、打印机接口键盘接口、打印机接口等。等。RS232

30、RS232接口接口：串行数据接口。：串行数据接口。USBUSB接口接口：通用串行接口。：通用串行接口。硬件组成硬件组成(4) 总线总线-连接微机各部分连接微机各部分 总线：传递信息的一组公用导线。（总线：传递信息的一组公用导线。（P13P13）(1)(1)内总线：内总线：连接连接CPU,ROM,RAM ,CPU,ROM,RAM ,基本基本I/OI/O接口接口, ,定时器，总线控制逻辑等，是一级总线。定时器，总线控制逻辑等，是一级总线。(2)(2)系统总线系统总线: :板件总线，不同设备通过扩展槽与主机连接，板件总线，不同设备通过扩展槽与主机连接，PCIPCI插槽插槽。(3)(3)外部总线外部总

31、线：设备与设备之间相连接，如：设备与设备之间相连接，如RSRS232232。总线的使用特点总线的使用特点：1 1、在、在某一某一时刻，时刻，只能只能由由一个总线主控设备一个总线主控设备来来控制总线控制总线，其它总线主控设备此时必须放弃对，其它总线主控设备此时必须放弃对总线的控制。总线的控制。2 2、在连接系统的各个设备中，在、在连接系统的各个设备中，在某一某一时刻只能有时刻只能有一发一发送者发送信号，送者发送信号，但但可以有可以有多个设备多个设备从从总线上总线上同时获得信号同时获得信号。地址总线地址总线：传递地址信息的总线。内存容量的计算：传递地址信息的总线。内存容量的计算：1616条地址线可

32、访问条地址线可访问 2 216 16 = 64 KB= 64 KB。 2020条地址线可访问条地址线可访问 2 220 20 = 1 MB= 1 MB。 1K = 1024B 1M = 1024 KB 1G = 1024 MB 1K = 1024B 1M = 1024 KB 1G = 1024 MB 数据总线数据总线：传输数据：传输数据控制总线控制总线：传输控制信号，时序信号和状态信息：传输控制信号，时序信号和状态信息使用总线的好处：使用总线的好处：1 1、减少减少计算机中信息计算机中信息传送线传送线的根数，从而的根数，从而提高提高机器的机器的可靠性可靠性。2 2、可、可方便方便的对存储芯片及

33、的对存储芯片及I/OI/O接口芯片接口芯片扩充扩充。微机原理及接口技术微机原理及接口技术 微机的软件系统微机的软件系统计算机计算机硬件系统硬件系统是一个为执行程序建立物质基础的是一个为执行程序建立物质基础的物理装置物理装置，称为，称为硬件硬件或或裸机裸机。 计算机计算机软件系统软件系统指为指为运行运行、管理、应用、维护管理、应用、维护计算机所编制的所有程序及文档计算机所编制的所有程序及文档的总和。的总和。 软件系统的分类软件系统的分类微机原理及接口技术微机原理及接口技术 单单 用用 户户 操操 作作 系系 统统多多 用用 户户 操操 作作 系系 统统网网 络络 操操 作作 系系 统统操操 作作

34、 系系 统统汇汇 编编 程程 序序解解 释释 程程 序序编编 译译 程程 序序语语 言言 处处 理理 程程 序序数数 据据 库库 管管 理理 系系 统统诊诊 断断 与与 维维 护护 程程 序序调调 试试 程程 序序编编 辑辑 程程 序序装装 配配 链链 接接 程程 序序工工 具具 软软 件件系系 统统 软软 件件软软 件件 包包用用 户户 程程 序序应应 用用 软软 件件软软 件件微机指令执行过程微机指令执行过程指令指令：人们规定计算机执行特定操作（加、减、乘、除、移位：人们规定计算机执行特定操作（加、减、乘、除、移位）的命令。）的命令。指令格式：指令格式：操作码操作码 操作数操作数指令系统：

35、指令系统：计算机计算机全部指令全部指令的的集合集合。程序程序：为：为解决解决某一具体某一具体问题问题或为达到某些或为达到某些目的目的，将指令和数据编写成一个相，将指令和数据编写成一个相互联系的互联系的序列序列。机器语言机器语言：机器直接能够理解的语言。：机器直接能够理解的语言。汇编语言汇编语言：用便于记忆、缩写、助记符来代替机器语言指令。：用便于记忆、缩写、助记符来代替机器语言指令。微机原理及接口技术微机原理及接口技术 微机原理及接口技术微机原理及接口技术 指令类型指令类型助记符助记符数数据据传传送送数据传送数据传送MOV，PUSH/POP，XCHG、XLAT等地址传送地址传送LEA，LDS，

36、LES标志位传送标志位传送LAHF、SAHF、PUSHF、POPF输入输出输入输出IN，OUT算算术术运运算算加法加法ADD，ADC，INC减法减法SUB，SBB，DEC，NEG，CMP乘乘/ /除法除法MUL，IMUL，DIV，IDIV逻辑逻辑AND，OR，NOT，XOR，TEST移位移位SHL/SHR/SAR，ROL/ROR，RCL/RCR串操作串操作MOVS，CMPS，SCAS，LODS，STOS控制转移控制转移JMP，JXX，LOOP，CALL/RET，INT/IRET指令执行指令执行微型计算机的微型计算机的工作过程工作过程就是就是执行程序执行程序的过程，而程序由指令序列组的过程，而程

37、序由指令序列组成，因此，执行程序的过程，就是执行指令序列的过程，即逐条地成，因此，执行程序的过程，就是执行指令序列的过程，即逐条地从存储器中取出指令并完成指令所指定的操作。从存储器中取出指令并完成指令所指定的操作。由于由于执行执行每一条每一条指令指令，都包括，都包括取指、译码和执行取指、译码和执行三个基本步骤，所三个基本步骤，所以，微型计算机的以，微型计算机的工作过程工作过程，也就是，也就是不断地取指令、译码和执行不断地取指令、译码和执行的的过程，直到遇到停机指令时才结束机器的运行。过程，直到遇到停机指令时才结束机器的运行。微机原理及接口技术微机原理及接口技术 微机原理及接口技术微机原理及接口

38、技术 1.3 1.3 微型计算机数据信息的表示微型计算机数据信息的表示 进位计数制及其相互转换进位计数制及其相互转换基数基数是进位计数制中所用是进位计数制中所用数码的个数数码的个数，基数为，基数为r r的进位计数制中需要的进位计数制中需要r r个个数码，每个数位计满数码，每个数位计满r r就向高位进一，即就向高位进一，即逢逢r r进一进一。十进制、二进制、八进制和十六进制十进制、二进制、八进制和十六进制采用的都是采用的都是进位计数制进位计数制，进位计数，进位计数制中用制中用少量数码按次序排列成数位少量数码按次序排列成数位，并按，并按由低到高由低到高的进位方式进行的进位方式进行计数计数。基数基数

39、和和权权是是进位计数制进位计数制的两个基本要素。的两个基本要素。在进位计数制表示的数中，在进位计数制表示的数中，同一数字处在不同位置表示不同的值同一数字处在不同位置表示不同的值，它所，它所表示的值是该数字乘以一个由它所处位置所决定的常数，这一常数就是表示的值是该数字乘以一个由它所处位置所决定的常数，这一常数就是该数位所具有的该数位所具有的权权。r r进制数各位的权进制数各位的权是以是以r r为底的幂为底的幂。微机原理及接口技术微机原理及接口技术 任何一个任何一个r进制数进制数N可以表示为：可以表示为：1 -nmiiimm1100111n1nrKrKrKrKrK.rKN若若r=10r=10，则是

40、，则是十十进制数，其各位的权是以进制数，其各位的权是以1010为底的幂；为底的幂；若若r=2r=2，则是，则是二二进制数，其各位的权是以进制数，其各位的权是以2 2为底的幂；为底的幂；若若r=8r=8，则是，则是八八进制数，其各位的权是以进制数，其各位的权是以8 8为底的幂，八进制中为底的幂，八进制中共有八个数码：共有八个数码：0 0、1 1、2 2、3 3、4 4、5 5、6 6、7 7；若若r=16r=16，则是，则是十六十六进制数，其各位的权是以进制数，其各位的权是以1616为底的幂，十六为底的幂，十六进制中共有进制中共有1616个数码：个数码：0 0、1 1、2 2、3 3、4 4、5

41、 5、6 6、7 7、8 8、9 9、A A、B B、C C、D D、E E、F F。为了明确表示一个数所采用的进位计数制，可在该数的后面加为了明确表示一个数所采用的进位计数制，可在该数的后面加上下标上下标 (B)(B)、(O)(O)、(D)(D)、(H)(H)，分别表示该数为，分别表示该数为二二进制、进制、八八进制、进制、十十进制和进制和十六十六进制进制微机原理及接口技术微机原理及接口技术 r r进制数转换为十进制数进制数转换为十进制数按照公式展开求和按照公式展开求和例例1 1. 分别把二进制数1011.01和十六进制数F0.C用十进制表示(1011.01)(1011.01)B B=1=18

42、+08+04 41 12 21 11 10 00.50.51 10.250.25 (11.25)(11.25)D D (F0.C)(F0.C)H H=15=1516+016+01 112120.0620.062 (240.75)(240.75)D D十进制数转换为十进制数转换为r r进制数进制数整数部分和小数部分分别进行转换微机原理及接口技术微机原理及接口技术 十进制数转换为十进制数转换为r r进制数进制数（一般只完成从十进制到二进制的转换）（一般只完成从十进制到二进制的转换）整数部分的转换步骤：整数部分的转换步骤： 把把r r写成十进制数；写成十进制数； 将将N N除以除以r r，记录商和余

43、数，并用，记录商和余数，并用r r进制进制表示表示余数余数，这余数便是用，这余数便是用r r进进制表示的数的制表示的数的最低位最低位数字；数字； 把上次的把上次的商商进行中所述除以进行中所述除以r r取余取余的运算，用的运算，用r r进制表示余数；重进制表示余数；重复这种运算直到商为复这种运算直到商为0 0，这时的余数即为十进制数，这时的余数即为十进制数N N用用r r进制表示时的最进制表示时的最高位数字。高位数字。小数部分的转换步骤：小数部分的转换步骤： 把把r r写成十进制数；写成十进制数； 将将N N乘以乘以r r，记录积的整数部分和，记录积的整数部分和小数小数部分，并用部分，并用r r

44、进制进制表示整数部分，表示整数部分，该整数即为转换后该整数即为转换后r r进制小数进制小数的最高位；的最高位； 把上次积的把上次积的小数部分小数部分进行中所述进行中所述乘以乘以r r取整取整的运算，用的运算，用r r进制表示进制表示积的整数部分；重复这种运算直到积的积的整数部分；重复这种运算直到积的小数部分为小数部分为0 0，或者，或者达到所要求达到所要求的位数的位数，这时的整数部分即为十进制数，这时的整数部分即为十进制数N N转换成转换成r r进制小数的最低位。进制小数的最低位。微机原理及接口技术微机原理及接口技术 二进制与八进制、十六进制的相互转换二进制与八进制、十六进制的相互转换从从二进

45、制二进制转换成转换成十六进制十六进制时，从时，从小数点小数点位置开始，位置开始，整数整数部分部分向向左左，小数小数部分向右，每部分向右，每四位四位二进制数为一组用二进制数为一组用一位一位十六进十六进制的数字来表示，制的数字来表示，不足四位的用不足四位的用0 0补足补足，就是相应十六进制的，就是相应十六进制的表示。表示。从二进制转换成从二进制转换成八进制八进制时，从时，从小数点小数点位置开始，位置开始，整数整数部分向部分向左左，小数小数部分向部分向右右，每，每三位三位二进制数为一组用二进制数为一组用一位一位八进制的八进制的数字来表示，数字来表示，不足三位的用不足三位的用0 0补足补足，就是相应八

46、进制的表示。，就是相应八进制的表示。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符号位数值位D7 =0正数1负数机器数真值01011011B=+9111011011B=91l连同符号位一起数值化了的数，称为连同符号位一起数值化了的数，称为机器数机器数。l机器数所表示的真实的数值，称为机器数所表示的真实的数值，称为真值真值。最高位为符号位最高位为符号位，0 0表示表示正正数，数，1 1表示表示负负数数机器数机器数：在计算机中使用的、连同符号位一起数值化了的数。：在计算机中使用的、连同符号位一起数值化了的数。真值真值：机器数所表示的真实的数值。：机器数所表示的

47、真实的数值。1.2 计算机中数值数据信息的表示计算机中数值数据信息的表示符号数的表示符号数的表示(1)微机原理及接口技术微机原理及接口技术 符号数的表示符号数的表示(1)机器数常用的表示方法有机器数常用的表示方法有原码原码、反码反码和和补码补码三种。数三种。数X X的原码记作的原码记作XX原原，反码记，反码记作作XX反反，补码记作，补码记作XX补补。1) 1) 原码表示法原码表示法原码原码：用：用最高位最高位表示表示符号符号，其中：，其中：0-0-正、正、1-1-负负，其它位其它位表示数值的表示数值的绝对值绝对值。例例：求：求X1=+1011X1=+1011，X2= -1011X2= -101

48、1的的8 8位二进制原码。位二进制原码。X1X1原原=00001011 X2=00001011 X2原原=10001011=10001011对于对于8 8位二进制原码，位二进制原码，0 0的表示形式：的表示形式：+0+0原=00000000 -0=00000000 -0原=10000000=100000008 8位二进制位二进制XX原的数值范围：原的数值范围：-127+127-127+127特点特点: : (1) (1) 原码与真值的对应关系简单，易懂。原码与真值的对应关系简单，易懂。 (2)(2)与真值转换方便；与真值转换方便； (3)(3)不便于机器处理不便于机器处理, , 要判断数的正负

49、。要判断数的正负。微机原理及接口技术微机原理及接口技术 符号数的表示符号数的表示(2)2) 2) 反码表示法反码表示法将一个负数的将一个负数的原码符号位保持不变原码符号位保持不变，其余位取反其余位取反就是机器数的另就是机器数的另一种表示方法，反码表示法。一种表示方法，反码表示法。正数的反码与原码相同正数的反码与原码相同。对于对于8 8位二进制反码：位二进制反码：+0+0反反=00000000 -0=00000000 -0反反=1111111=1111111+1100111+1100111反反=01100111 -1100111=01100111 -1100111反反=10011000=1001

50、1000XX反的数值范围：反的数值范围：-127+127-127+127微机原理及接口技术微机原理及接口技术 符号数的表示(3)3) 3) 补码表示法补码表示法正数的补码和原码相同正数的补码和原码相同。负数的补码负数的补码= =反码反码+1+1。对于对于8 8位二进制补码：位二进制补码：00补补=+0=+0补补=-0=-0补补=00000000=00000000XX补的数值范围：补的数值范围：-128+127-128+127-128-128补补=1000 0000 +127=1000 0000 +127补补=0111 1111=0111 1111补码是根据同余的概念得出来的补码是根据同余的概念

51、得出来的 Z=mK+Y Z=mK+Y (mod K)(mod K)其中：其中：K K为模，为模，m m为任意整数，即在模的意义下，数为任意整数，即在模的意义下，数Z Z与与Y Y互补。互补。若若m=1,K=2m=1,K=2，则，则Z=2Z=2+Y+Y (mod 2 (mod 2) ) 例例 Y=-0110110 Y=-0110110，则，则YY补补= =？ （两种求法）（两种求法） YY补补=Y=Y反反+1=1100 1001+1=1100 1010+1=1100 1001+1=1100 1010YY补补=2=2(n=8)+Y=10000 0000 +(-0110110)=11001010(n

52、=8)+Y=10000 0000 +(-0110110)=11001010微机原理及接口技术微机原理及接口技术 符号数的表示符号数的表示(4)(4)补码的运算：补码的运算：引入补码，可将加、减运算简化为单纯的加法运算。引入补码，可将加、减运算简化为单纯的加法运算。 XX YY补补=X=X补补+ Y Y 补补X X，Y Y为正负数均可，符号位参与运算。符号位产生的进位舍掉不管。为正负数均可，符号位参与运算。符号位产生的进位舍掉不管。Tips:(1)(1)参加参加运算运算的两个数均为的两个数均为补码补码，结果结果也是也是补码补码，要得到，要得到真值真值要进一步要进一步转换转换。 XX补补 补补=X

53、=X原原(2)(2)当当运算结果超出补码表示的数值范围时运算结果超出补码表示的数值范围时，补码运算就不正确了。这种现，补码运算就不正确了。这种现象称为象称为溢出溢出。 8 8位数：位数：-128-128 +127 16+127 16位数：位数：32768327683276732767溢出的判断溢出的判断: 用用双高位双高位来判断：来判断： V VCsCs Cp V=1 Cp V=1 溢出，溢出， V V0 0 不溢出。不溢出。 CsCs：运算过程中：运算过程中符号位符号位向前的向前的进位进位； CpCp：运算过程中：运算过程中最高位最高位数值位向前的数值位向前的进位进位。解决方法解决方法(1)

54、 (1) 减少数值减少数值; (2); (2)用更多位表示。用更多位表示。小结小结：(1) (1) 正数：正数：XX原原=X=X反反=X=X补补 负数：负数： XX补补=X=X反反+1+1 (2) (2)三种编码的三种编码的最高位都是表示符号位最高位都是表示符号位TipsTips：微型计算机的微型计算机的机器数机器数大都采用大都采用补码补码表示法。表示法。微机原理及接口技术微机原理及接口技术 1.2.4 BCD码及其十进制调整码及其十进制调整（AAA、DAA、AAS、DAS）BCDBCD码码是一种用是一种用4 4位二进制数位二进制数来表示一位来表示一位十进制数十进制数的编码，即二进制编码表示的

55、十的编码，即二进制编码表示的十进制数（进制数（Binary Coded DecimalBinary Coded Decimal），简称），简称BCDBCD码。常用的是码。常用的是8421 BCD8421 BCD码码。BCDBCD码有两种码有两种(1)(1)压缩压缩BCDBCD，用，用4 4位位2 2进制表示一位十进制数进制表示一位十进制数 (2)(2)非压缩非压缩BCDBCD，用，用8 8位位2 2进制表示一位十进制数进制表示一位十进制数加法调整规律加法调整规律: (1): (1)两个两个BCDBCD数相加，结果数相加，结果9.9.要要加加6 6修正修正 (2)(2)两个两个BCDBCD数相加，本位结