微机原理第一章.ppt

1、1,2,教材、参考书 ： 教材： 微机原理与接口技术 兰州理工大学电子信息工程系 参考书：微型计算机 尹建华 张慧群 编著 原理与接口技术 高等教育出版社出版 微机计算机技术及应用 戴梅萼 编著 清华大学出版社出版 联系购买教材:,3,第一节 计算机概述 一、计算机的基本组成和工作原理 二、有关术语 三、计算机发展简史 四、微型计算机概述,4,一、计算机的基本组成和工作原理,按性能可分为：巨型机，大型机， 中型机，小型机，微机,现代计算机的结构基础：存储程序控制结构,1945年，美籍匈牙利数学家John Von Neumann提出, 诺依曼计算机,5,二、有关术语 1. 位 ( bit ) 2

2、. 字节 ( Byte ) 3. 字和字长 (word) 4. 位编号,6,1. 位 ( bit) 指计算机能表示的最基本最小的单位 在计算机中采用二进制表示数据和指令，故： 位就是一个二进制位，有两种状态，“0” 和 “1”,2. 字节 ( Byte ) 相邻的8位二进制数称为一个字节 1 Byte = 8 bit 如： 1100 0011 0101 0111,7,3字和字长,字长是每一个字所包含的二进制位数。 常与CPU内部的寄存器、 运算装置、总线宽度一致,字是CPU内部进行数据处理的基本单位。,8,例 某CPU内含 8位运算器，则： 参加运算的数及结果均以 8位 表示, 最高位产生的进

3、位或借位在8位运算器中不保存， 而将其保存到标志寄存器中,9,字长是衡量CPU工作性能的一个重要参数。 不同类型的CPU有不同的字长。 如: Intel 4004 是 4 位 8080 是 8 位 8088/ 8086/80286 是 16 位 80386/80486、Pentium 是 32 位,10,把一个字定为16 位， 1 Word = 2 Byte 一个双字定为32位 1 DWord = 2 Word= 4 Byte,11,4. 位编号 为便于描述，对字节,字和双字中的各位进行编号。 从低位开始，从右到左依次为 0、1、2 注意: 从0开始编号.,12,13,二、计算机发展简史,1.

4、 根据使用的基本电子器件，计算机经历了四个阶段：,14,2计算机的两个方向发展： 研制高速度、强功能的巨型机和大型机 适应军事和尖端科学的需要。 研制价格低廉的超小型机和微型机 开拓应用领域和占领更广大的市场。,微型计算机是第四代计算机的典型代表。,15,三、微型计算机概述 1. 微型计算机的基本结构 2. 微处理器、微型计算机、微型计算机系统 3. 微型计算机的特点 4. 微型计算机的分类 5. IBM PC机的发展简史,16,1. 微型计算机的基本结构,简介 (1) 构成部件 ; ( 2) 工作过程,17,(1) 构成部件,18,3微型计算机的特点,与相应时期的大型机相比: 速度相对低 功

5、能相对低 在字长位数，内存容量，寻址方式，指令条数， 中断级别，及内部寄存器数量等方面都不如大型机,体积小，重量轻，耗电小 可靠性高，结构灵活 ，价格低 研制周期短，产品系列化，便于选 购 应用面广： 科学计算，数据处理，事务管理，教学培训 计算辅助设计和制造，家庭娱乐，网络通信,19,4. 微型计算机的分类 (1) 按构成分类 (2) 按CPU的字长分类 (3) 按主机装置分类,20,(1) 按构成分类:,单片机、单板机、多板机,21,22,23,(2) 按CPU的字长分类,24,以Intel公司生产的80 x86为例：,25,(3) 按主机装置分类 桌上型：台式电脑 便携型：笔记本、掌上电

6、脑等,26,(4) 按应用分类 通用计算机：“非嵌入式应用” 独立使用的计算机系统。 如：个人计算机，工作站等 嵌入式计算机：“嵌入式应用” 作为其它系统组成部分的计算机， 以嵌入的形式“隐藏”在各种装置，产品和系统中。 如： 家电产品, 通信产品, 汽车, 航空航天设备, 过程控制，智能仪器仪表等,参考:吕京建 , “面向21世纪的嵌入式系统” ,半导体技术,2001.1,27,5. IBM PC机的发展简史,28,第二节 计算机中数的表示和编码 内容: 一、N进制数 1N进制数的表示法 2N进制数与十进制数的转换 3二进制与十六进制数的转换 二、二进制数和十六进制数运算 1算术运算 2逻辑

7、运算 三、计算机内数的表示 1无符号数 2带符号数 (1) 求补运算 (2) 补码 (3）补码的真值计算 (4）用补码表示带符号数的意义 38位、16位数的表示范围 4进位、借位、溢出的判断 四、二进制编码 ASCII (美国标准信息交换码),29,第二节 计算机中数的表示和编码 一、N进制数 二、二进制数和十六进制数运算 三、计算机内数的表示 四、二进制编码,30,1. N进制数的表示法,十进制数 基数10 ， 遵循逢10进位 数码10个态 ：0，1，2，3，4，5，6，7，8，9 如： (123. 5)10 或123. 5D 或 123. 5 数值大小计算: 123. 5 = 1 102

8、+ 2 101 + 3 100 + 5 10-1,31,二进制数 基数2 , 遵循逢2进位 数码2个：0，1 二进制数数值大小计算： ( 1011011 ) 2 或 1011011 B = 1 25 + 0 24+ 1 23+ 1 22 + 0 21+ 1 20 + 1 2-1 = 455D 二进制数 十进制数,32,十六进制数 基数16 , 遵循逢16进位 数码16个：0，1，、 ，9，A，B，C，D，E，F,十六进制数数值大小计算： ( BF3C8 )16 或 BF3C8 H =11 163 + 15 16 2+ 3 161+ 12 160 +8 16-1 =489565D 十六进制数 十

9、进制数,33,2. N进制数与十进制数的转换 （1） N进制数 十进制数 (按表示法展开) 方法: 与数值大小计算过程相同。 例： 1011011 B = 1 25 + 0 24+ 1 23+ 1 22 +0 21 + 1 20 + 1 2-1 = 455 D BF3C8 H = 11 163 + 15 16 2+ 3 161+ 12 160 + 8 16-1 = 489565D,34,(2) 十进制数 N进制数,用除法和乘法完成 整数部分：除N取余，商零为止，结果先低后高 小数部分：乘N取整，到零为止，结果先高后低 位数取决于要求精度,35,整数部分：除N取余，商零为止，结果先低后高,例1

10、十进制数 二进制数 125. 125D 二进制数,2 125 取余 2 62 1 低位 2 31 0 2 15 1 2 7 1 2 3 1 2 1 1 0 1 高位 先低后高, 故： 125D = 111 1101B,36,小数部分：乘N取整，到零为止，结果先高后低 （即乘2取整法，位数取决于要求精度） 取整 0. 125 2 = 0. 25 0 高位 0. 25 2 = 0. 5 0 0. 5 2 = 1. 0 1 低位 先高后低, 故 : 0. 125D =0. 001B,将整数部分和小数部分结合起来， 故：125. 125D = 111 1101. 001B,小数为 0,37,例2 十进

11、制数 十六进制数 125. 125D 十六进制数,38,整数部分：除N取余，商零为止，结果先低后高 16 125 取余 16 7 13 低位 0 7 高位 故： 125D = 7DH 小数部分：乘N取整，到零为止，结果先高后低 取整 0. 125 16 = 2. 0 2 故： 0. 125D = 0. 2H 将整数部分和小数部分结合，125. 125D =7D. 2H,39,若小数部分永不为零，可取近似值。 例 0. 7 D = ? H 0. 7 16 = 11. 2 0. 2 16 = 3. 2 0. 2 16 = 3. 2 故 0. 7 D = 0. B333 H,40,3. 二进制数与十

12、六进制数的转换 （1）二进制数与十六进制数间的关系 （2）二进制数 十六进制数 （3）十六进制数 二进制数,41,（1)二进制数与十六进制数间的关系 十六进制数的基数 16 = 24 1位十六进制数对应4位二进制数,42,（2)十六进制数 二进制数 方法： 将每位十六进制数用其对应的4位二进制数代替即可。 例 ： 1E. 4H = 0001 1110. 0100B = 11110. 01B 7D. 2H = 0111 1101. 0010B = 111 1101. 001B,43,（3)二进制数 十六进制数 方法： 以小数点为基准，分别向左和向右每4位划为一组， 不足4位用0补，每一组用其对应

13、的十六进制数代替。 例： 11110. 01B = 0001 1110. 0100 B = 1 E . 4 H 1111101. 001B = 0111 1101. 0010 B = 7 D . 2 H,44, 十进制数与二进制数之间的转换需计算，不直观； 二进制表示的数位多不便于书写、阅读； 十六进制数与二进制数间转换方便、直观， 相对于二进制数，十六进制数书写、阅读相对方便。,思考：计算机采用二进制形式表示数据和指令， 在书写，显示上引进十六进制的意义是什么？ 计算机内部使用十六进制吗？,45,D:DEBUG ;进入DEBUG R ;显示各寄存器内容 AX=0000 BX=0000 CX=

14、0000 DX=0000 SP=FFEE BP=0000 SI=0000 DI=0000 DS=1271 ES=1271 SS=1271 CS=1271 IP=0100 NV UP EI PL NZ NA PO NC 1271:0100 B83412 MOV AX,1234 D 0:0 ;显示内存07Fh单元的内容 0000:0000 9E 0F C9 D8 65 04 70 00-16 00 13 08 65 04 70 00 0000:0010 65 04 70 00 54 FF 00 F0-58 7F 00 F0 F5 E7 00 F0 0000:0020 00 00 00 D0 28

15、00 13 08-6F EF 00 F0 6F EF 00 F0 0000:0030 6F EF 00 F0 6F EF 00 F0-9A 00 13 08 65 04 70 00 0000:0040 07 00 70 D0 4D F8 00 F0-41 F8 00 F0 07 25 61 FD 0000:0050 39 E7 00 F0 40 02 5C 02-2D 04 70 00 28 0A 5C 03 0000:0060 A4 E7 00 F0 2F 00 D4 08-6E FE 00 F0 04 06 5C 03 0000:0070 1D 00 00 D0 A4 F0 00 F0-2

16、2 05 00 00 34 12 00 C0 ,46,二、二进制数和十六进制数运算 1. 算术运算 二进制数和十六进制数加、减、乘、除, 与十进制数类似 2. 逻辑运算 (第二章逻辑指令中介绍) 二进制数运算，与、或、非、异或，特点：按位进行,47,48,(2) 十六进制数 加法 逢16进1 减法 借1为16,49,三、计算机内数的表示 1无符号数 2带符号数 (1) 求补运算 (2) 补码 (3) 补码的真值计算 (4) 用补码表示带符号数的意义 38位、16位数的表示范围 4进位、借位、溢出的判断,50,1. 无符号数 二进制数的各位均表示数值大小，最高位无符号意义。 例 1111 000

17、0 B = F0H = 1516 = 240D 1001 0001 B = 91H = 916 + 1= 145 D 应用场合： 处理的数全是正数时，如表示地址的数,51,2. 带符号数 数有正、负 带符号数 通常数的最高位为符号位，对于字长8位机器数： D7为符号位: 0表示“+”， 1表示“-”。符号数码化了。 D6D0为数字位。 如: X=（01011011）2=+91 X=（11011011）2= - 91 连同符号位在一起作为一个数称为机器数， 机器数的数值称为的真值。 如: N1=+ 1011011 N2= - 1011011 为真值 0 1011011 1 101 1011 为机

18、器数 符号数码化了，对数据进行运算时，符号位应如何处理？ 把符号位和数值位一起编码：原码，反码，补码。,52,在计算机中符号也用二进制数表示 把符号位和数值位一起编码：原码，反码，补码。 原码：正数符号位用“0”表示，负数符号用“1”表示，其余位表示数值绝对值的这种表示法称为原码表示法。 X=+127 X原= 0 1111111 +0原=0 000 0000 X=-127 X原= 1 1111111 +0原= 1 000 0000 符号 数值 原码表示法范围：-(2n-1-1)+(2n-1-1) 8位二进制数： -127 +127 16位二进制数： -32767+32767,53,原码表示简单

19、,真值 转换方便，减法不方便。且+0原与-0原表示法不同，故而引进反码，补码。 反码： 正数反码：表示与原码相同， (最高位“0”表示正，其余位为数值位。) 负数的反码：表示为负数原码的符号位不变尾数按位取反。 例： +127反 = 0 1111111 +0反= 0 0000000 -127反 = 1 0000000 -0反 = 1 1111111 反码表示法范围：-(2n-1-1)+(2n-1-1) 8位二进制数： -127 +127 16位二进制数： -32767+32767,54,补码： 正数的补码表示与原码相同， (最高位 用“0”表示正，其余位为数值位.) 负数的补码表示为它的反码+

20、1。 +127原=0 1111111 +0原=0 0000000 -127原=1 1111111 -0原=10000000 -127反=1 0000000 -0反=1 1111111 -127补=1 0000001 -0补=0 0000000 补码表示法范围： -(2n-1)+(2n-1-1) 8位二进制数： -128 +127 16位二进制数： -32768+32767,55,计算机中用补码表示带符号数 求补运算 对一个二进制数按位取反(除符号位外)，最低位加1。,56,例：对 8 位二进制数 11110001B进行求补运算,57,(2) 补码 在计算机中，用补码表示带符号数。,补码的表示方

21、法： 正数的补码：最高位为 0, 其它各位为数字位，表示数的大小。 负数的补码：通过对该数正数的补码进行求补运算得到。 负数的补码最高位为 1。,58,例 求 105D 的补码,正数的补码：最高位为0 其它各位为数字位，表示数的大小。,59,例 求 105D的补码,负数的补码：通过对该数正数的补码进行求补运算得到。,60,(3) 补码的真值计算 真值：补码表示的数值大小。,61,求补码真值的方法： 先判断是正数，还是负数。 由最高位判断：0 正数 1 负数 再求数值大小 对正数，补码的真值等于该二进制数值。 对负数，先对该数进行求补运算，再求数值大小。,62,例 求补码7D H 的真值: 7D

22、 H = 0111 1101B ， 最高位为0，是正数 7DH的真值 = 7 16 + 13 = 125 D,63,(4)用补码表示带符号数的意义 计算机中用补码表示带符号数。, 将减法用加法实现，省去减法器，简化硬件。,计算机中，减法实现过程：（补码减法） 先对减数进行求补运算（求反加1，也是加法） 再将求补后的数与被减数相加 相加的结果即为用补码表示的两数相减结果。,计算机中实现过程：,64,65, 无符号数及带符号数的加减运算用同一电路完成。,例: 8位运算器,即指令系统中加、减运算不区分无符号数或带符号数。,66,3. 8位、16位二进制数的表示范围,规定: 8位 1000 0000B

23、 即 80H为 128D 16位 1000 0000 0000 0000B 即 8000H 为 32768D,67,4. 进位、借位、溢出的判断 (1) 进位 在加法过程中，最高有效位向高位产生进位。 对 8位运算，指D7产生进位 对16位运算，指D15产生进位 (2) 借位 在减法过程中，最高有效位向高位产生借位。 对 8位运算，指D7产生借位 对16位运算，指D15产生借位,68,(3) 溢出 指加减运算结果超出带符号数表示的范围。 8位 -128 127 16位 -32768 32767,溢出的判断方法： 方法（复杂）： 由参与运算的两数及其结果的符号位进行判断，结论： 符号相同的两数相

24、加， 所得结果的符号与之相反，结果溢出。 符号相异的两数相减， 所得结果的符号与减数相同，结果溢出。 其他情况，不会产生溢出。 符号相异的两数相加，或符号相同的两数相减,69,注意：进位、借位与溢出的区别。,70,溢出的判断方法,方法： 两个8位带符号二进制数相加或相减时，若 C7C61， 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。,71,四、二进制编码 计算机处理的信息：数值、字符(字母、汉字等) 各字符在计算机中由若干位的二进制数表示 二进制数与字符之间一一对应的关系，称字符的二进制编码。,72,BCD码,8421BCD码 8-4-2-1码是最基本最简单的一种编码

25、方案，应用十分广泛这种码是把四位代码按自然二进制码的规律排列成10个码字，并指定前面10个码字依次表示0到9共10 个数码，余下最后6个码不用.,73,十进制 BCD码,8421 0 0000 1 0001 2 0010 3 0011 4 0100 5 0101 6 0110 7 0111 8 1000 9 1001,74,8421码是一种有权码，各位的权值为8、4、2、1，故称为8421BCD码，8421码与自然二进制数由很好的对应关系，很容易实现彼此之间的转换,75,在计算机中有两种表示法：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，00001001表示09，一个字节表示两位十进制数。 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00001001表示09。,76,二进制数 BCD数 BCD数： 常用8421码，每一位十进制数用四位二进制编码表示。 1 1 1 1B 9D(1001)BCD 8 4 2 1码10D