微机原理第1章(1.2)

1、三、二进制编码一般微机采用TTL电子元件，使用5V电源 通常规定: 0V0.3V 为0 （低电平） 2.7V5V 为1 （ 高电平） 0.3V2.7V 为高阻（浮空） 计算机中所有的数字、字母、符号、指令等必须用固定的二进制数表示，这种方法叫二进制编码。1、二进制编码的十进制数 （BCD码）常用8421BCD码 例:（ 495.38 ）D = （010010010101.00111000 ）BCD2 、ASC码 采用七位二进制编码，可以表示128个字符。 bit7作奇偶校验位，在机器中表示时，常认为“0”， 用一个字节（8位）表示一个ASC字符。 常用的ASC字符： 09 的ASC码30H39

2、H AZ 的ASC码41H5AH az 的ASC码61H7AH3、BCD码运算时的修正 BCD码在计算机内运算时，运算器仍按二进制原则进行，则结果有偏差，我们要求结果仍是正确的BCD码，则需要进行调整。 以加法为例说明 ： 例1： A=31 B=56 A+B=87 00110001 + 01010110 10000111 结果正确无需调整例2： A=58 B=23 A+B=81 01011000 + 00100011 01111011 结果不正确需加06H调整 + 00000110 10000001 得到正确结果例3： A=49 B=78 A+B=127 01001001 + 01111000

3、 11000001 结果不正确需加66H调整 + 01100110 100100111 得到正确结果总之加法修整的方法是： 低半字节大于9或向高半字节有进位（半进位），则加06H调整。 高半字节大于9或有进位，则加60H调整。 以上两种情况交叉组合，则加66H调整。 同理，减法、乘法、除法分别由相应的调整方法。在计算机中有专用指令完成调整。3 计算机中数值的表示一、8086中的三种数据1、无符号二进制数 8位 数值范围 0255 16位 数值范围 0655352、有符号的二进制数 S为符号位，其余为数值位（0或1）。 8位 数值范围 -128+127 16位 数值范围 -32768+32767

4、S XXXXXXX3、BCD码（只能在一个字节中表示，无符号） 两种形式： 压缩型 数值范围 099 非压缩型 数值范围 09十位个位D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D00个位D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0二、码制（有符号数的表示方法）用二进制数的最高位表示符号0为正，1为负。 常用三种表示法：原码、反码、补码。 1、原码表示法： 定义：X原= 0X X0 X原= 2n-1-X X0 （n包括符号位在内） 例： X=105=1101001 X原= 01101001 X=-105=-1101001 X原= 11101001 利用定义求解 n=8 2n-1 =100000

5、00 2n-1-X=10000000-（- 1101001） = 11101001原码的特点：在原码中0有两种表示法 +0原=00H -0原=80H8位原码表示数的范围是 -127+127（FFH7FH）2、反码表示法：正数的反码与原码相同，负数的反码是负数原码符号位不变，其余位取反。 定义：X反= 0X X0 X反= 2n-1+X X0 （n包括符号位在内） 例： X=+1011011 X反= 01011011 X=-1011011 X反= 10100100 利用定义求解 n=8 2n-1 =11111111 2n-1+X =11111111+（- 1011011） = 10100100反码

6、的特点：在反码中0有两种表示法 +0反=00H -0反=FFH8位反码表示数的范围是 -127+127（80H7FH）3、补码表示法：正数的补码与原码相同，负数的补码是反码加1 。 定义：X补= 0X X0 X补= 2n+X X0 （n包括符号位在内） 例： X=+1010011 X补= 01010011 X=-1010011 X补= 10101101 利用定义求解 n=8 2n =100000000 2n+X =100000000+（- 1010011）= 10101101补码的特点：在补码中0的表示是唯一的 0补=00H8位补码表示数的范围是 -128+127（80H7FH）补码中符号位可

7、以和数值位一同参与运算。补码可以将减法运算变为加法运算。小结：原码 正数0X 负数1X 反码 正数0X 负数1X 补码 正数0X 负数1X+1 （不必利用定义求）原码反码补码真值取反加1求补4、 补码的应用补码在运算时符号位与数值位同等对待，只要结果不溢出，则结果是正确的（仍为补码）。例：X=-1001110 =-78 Y=+1100011=99 X补=10110010 Y补=01100011 X+Y补= X补+ Y补 = 10110010+ 01100011 =00010101 X+Y原=00010101 X+Y=21 练习： X=+78 Y=-99 求 X+Y将减法变为加法（可以简化运算器

8、的设计）原理：在求补码的过程中已经作了减法（ 2n是n位二进制数的模）。应用：X=+65 Y=+10 X补= X原=01000001 -X补=10111111 Y补= Y原=00001010 -Y补=11110110 X+Y=75 X+Y补=01001011=+75补 X-Y=55 X-Y补= X补+ -Y补= 01000001+ 1111011 =00110111=+55补 Y-X=-55 Y-X补= Y补+ -X补=11001001=-55补4 简易微型机的工作过程一、基本结构：CPU 总线 内存标 志寄存器地址总线 AB程序数据数据总线 DB控制总线 CB地址译码器、指令1指令2指令3指

9、令4、数据1数据2数据3、指令寄存器数据暂存器控制电路指令译码器地址寄存器PC程序计数器寄存器组累加器A运算器微操作发生器1、中央处理器的组成中央处理器（CPU）由运算器和控制器组成。运算器：计算机中加工和处理数据的功能部件。功能:（1）对数据进行加工处理，主要包括算术和逻辑运算，如加、减、乘、与、或、非运算等。 （2）暂时存放参与运算的数据和中间结果。主要包括：ALU：算术逻辑单元 进行算术、逻辑运算。 A：累加寄存器(存放操作数或运算结果)。 其它寄存器。 F：标志寄存器 存放运算结果的标志（零、正负、进位、溢出等）。 控制器 控制和指挥计算机内各功能部件协调动作，完成计算机程序功能。（1

10、）程序计数器（PC）：存放将要取出的指令地 址，指令取出后，其内容自动加1。（2）指令寄存器（IR）：存放指令的操作码。（3）指令译码器（ID）：将指令的操作码翻译成机器能识别的命令信号。（4）微操作控制信号发生器（PLA）：产生一系 列微操作控制信号。（5）地址寄存器（AR）：存放操作数或结果单元的地址。2、存储器的基本结构地址译码器、存储单元、控制逻辑 读操作AR的内容 地址总线 AB 地址译码器 选通相应单元 存储单元内容 数据总线 数据寄存器（DR）写操作AR的内容 地址总线 AB 地址译码器 数据总线 相应的存储单元3、执行指令的过程取指令、分析指令、执行指令、存结果周而复始。4、微

11、型计算机的工作过程在进行计算前，应做如下工作：（1）用助记符号指令（汇编语言）编写程序（源程序）；（2）用汇编软件（汇编程序）将源程序汇编成计算机能识别的机器语言程序；（3）将数据和程序通过输入设备送入存储器中存放。例：完成7+10=? 结果在A中 MOV A，07H /B0H 07H ；07送入累加器A ADD A，0AH /04H 0AH ；10与A中内容相加 结果在A中 HLT /F4H ； 暂停取指令阶段的执行过程（设程序从00H开始存放）（1）将程序计数器PC的内容送地址寄存AR。（2）程序计数器PC的内容自动加1变为01H，为取下一条指令作好准备。（3）地址寄存器AR将00H通过地

12、址总线送至存储器地址译码器译码，选中00H单元。（4）CPU发出“读”命令。（5）所选中的00单元的内容B0H读至数据总线DB上。（6）经数据总线DB，读出的B0H送至数据寄存器DR。（7）DR将其内容送至指令寄存器IR中，经过译码CPU“识别”出此操作码为“MOV A，07H”指令，于是控制器发出执行这条指令的控制命令。PCARALUABDRIRIDPLA01H100H200 B0H01 07H02 04H03 0AH04 F4H34读命令B0H56B0H7控制信号（取第一条指令操作示意图）执行指令阶段的执行过程：（1）将程序计数器（PC）的内容送地址寄存器AR。（2）程序计数器PC的内容自

13、动加1变为02H，为取下一条指令作好准备。（3）地址寄存器AR将01H通过地址总线送至存储器地址译码器译码，选中01H单元。（4）CPU发出“读”命令。（5）所选中的01H单元的内容07H读至数据总线DB上。（6）经数据总线DB，读出的07H送至数据寄存器DR。（7）由控制码计算机已知到读出的是立即数，并要求将它送入累加器A中，所以数据寄存器DR通过内部总线将07H送入累加器A中。PCARALUABDRIRIDPLA02H101H200 B0H01 07H02 04H03 0AH04 F4H34读命令07H567控制信号07H（执行第一条指令操作示意图）执行第二条指令的取指过程与第一条相同，只

14、是指令码地址不同。经过对第二条指令操作码的分析得知第二条指令为加法指令。则执行过程如下：（1）（PC）的内容送AR。（2）PC+1送 PC（3）AR经AB送存储器地址译码器。（4）CPU发出“读”命令。（5）所选中的03H单元的内容0AH送DB。（6）DB上数据送数据寄存器DR。（7） DR经B送ALU的一端。（8）A的内容送ALU的另一端。（9）ALU相加的结果输出到A。（取第二条指令操作示意图）2控制信号07HPCARALUABDRIRIDPLA03H102H00 B0H01 07H02 04H03 0AH04 F4H34读命令04H5604H7PCARALUABIRIDPLA04H103H200 B0H01 07H02 04H03 0AH04 F4H34读命令DR0AH56707H（执行第二条指令操作示意图）0AH11H习 题1、微型计算机的特点是什么？主要性能指标有哪些？字节和字长有什么区别？2、微型计算机是由哪几部分组成的？简述各部分的作用。3、微处理器、微型计算机、微型计算机系统之间有什么联系和区别。4、微型计算机内部、外部的