1、微机原理微机原理课程内容课程内容 本课程讲述了位微型机的硬件、软本课程讲述了位微型机的硬件、软件的基本知识，其中：件的基本知识，其中：硬件硬件：微处理器结构，中断系统，：微处理器结构，中断系统，I/OI/O系统与系统与常规常规I/OI/O接口电路及其应用接口电路及其应用软件软件：位微处理器的指令系统，汇编语：位微处理器的指令系统，汇编语言程序设计言程序设计 本课程涉及到的基础知识有：数字电路本课程涉及到的基础知识有：数字电路,DOSDOS操作命令，数制和码制。操作命令，数制和码制。研究微型机领域中数的表示方法。研究微型机领域中数的表示方法。一常用计数制一常用计数制 1.1.十进制数十进制数：编
2、程时使用。：编程时使用。2.2.二进制数二进制数：计算机内部信息存储，运：计算机内部信息存储，运算，输入算，输入/输出都是二进制数。输出都是二进制数。第第1 1章计算机基础章计算机基础计算机应用十分广泛，归根结底，计算机在计算机应用十分广泛，归根结底，计算机在运行时都是在处理一系列的数据。运行时都是在处理一系列的数据。1.1 1.1 计算机中的数制计算机中的数制 H每位代码非即每位代码非即H高位权是低位权的倍高位权是低位权的倍H加减运算法则：逢二进一，借一当二加减运算法则：逢二进一，借一当二特点：特点：（）（）权：权：22222120212223232221202110111111001101
3、101000113 3 十六进制数十六进制数：当一串二进制数很长时，：当一串二进制数很长时，书写、阅读不方便，常改用十六进制数表示。书写、阅读不方便，常改用十六进制数表示。一一 位位 二进制数二进制数 等值的一位等值的一位 十六进制数十六进制数 位位 二进制数二进制数 等值的一位等值的一位 十六进制数十六进制数000000000 0100010008 8000100011 1100110019 9001000102 210101010A A001100113 310111011B B010001004 411001100C C010101015 511011101D D011001106 61
4、1101110E E011101117 711111111F F一一所以，所以，（1010，10011001，1010 1010，11111111）（）（29AF29AF）1616 十六进制数特点：十六进制数特点：（A FA F）1616 权：权：16163 3 16 162 2 16 161 1 16 160 0163162161160每位代码，每位代码，A A F F高位权是低位权的高位权是低位权的1616倍倍加减运算法则：逢十六进一，借一当十六加减运算法则：逢十六进一，借一当十六:特点(3 9)16(3 9)16(7 A)16(7 A)16(B 3)16(B 3)16(4 5)16(4
5、5)16(2 6)16(2 6)16(1 F)16(1 F)164.4.八进制数八进制数：在微型机中一般不采用八进制数：在微型机中一般不采用八进制数5.5.二十进制数二十进制数：在计算机中表示十进制数的：在计算机中表示十进制数的方法用四位二进制数代表一位十进制数，又方法用四位二进制数代表一位十进制数，又称称BCDBCD码数码数 四位四位二进制数二进制数 等值的等值的一位一位BCDBCD码数码数 等值的等值的一位十进制数一位十进制数 00000000000000000 000010001000100011 100100010001000102 200110011001100113 3010001
6、00010001004 4一一 一一01010101010101015 501100110011001106 601110111011101117 710001000100010008 810011001100110019 910101010非法非法BCDBCD码码1011101111001100110111011110111011111111一一 一一 二、八、十六进制数二、八、十六进制数十进制数十进制数 算法算法:每位的代码和该位的权值相乘，再每位的代码和该位的权值相乘，再求累加和求累加和 如如：（）（？）：（）（？）二数制转换二数制转换解：解：123122021120121122=840
7、10.50.25=(13.75)10如：如：（AF）16=(?)10解解：216391621016115160=8192230416015=(10671)10.二进制数二进制数十六进制数十六进制数 四位二进制数为一组，每组用等值的十六进四位二进制数为一组，每组用等值的十六进制代换制代换 如：如：(101011.11)(101011.11)10,1011.1100)10,1011.1100)2=(2B.C)16=(2B.C)163 3十六进制数十六进制数二进制数二进制数 一位十六进制数用等值的四位二进制数代换一位十六进制数用等值的四位二进制数代换如如:(17E.58)16(17E.58)16（0
8、001,0111,1110.0101,1000)20001,0111,1110.0101,1000)24.4.十进制数十进制数二进制数二进制数 十进制整数十进制整数二进制数二进制数 算法：除取整，直到商为零为止算法：除取整，直到商为零为止 所以，所以，(11)10=(1011)2(11)10=(1011)20.余211余余125余余122余余021余余10十进制数纯小数十进制数纯小数二进制数二进制数 算法算法:乘乘2 2取整取整,直到乘积的小数部分为直到乘积的小数部分为0 0时止时止 (0.8125)10=(0.1101)2(0.8125)10=(0.1101)20.81250.51.625X
9、 X2X X2X X21.25X X21.0 十进制带小数十进制带小数 二进制数二进制数 整数、纯小数分别计算整数、纯小数分别计算,再合并再合并 (11.8125)10=(1011.1101)2(11.8125)10=(1011.1101)2 例例:设设 X=(01010110)2 Y=(01010110)BCD X=(01010110)2 Y=(01010110)BCD Z Z=(5 A)16Z Z=(5 A)16 问问:X,Y,Z:X,Y,Z中谁最大中谁最大?不同数制的数比较大小不同数制的数比较大小,要看它等值的十进制要看它等值的十进制数谁大。数谁大。解解:X=(01010110)2=X=
10、(01010110)2=2 26 62 24 42 22 22 21 1=(86)10=(86)10 Y=(01010110)BCD=(56)10 Y=(01010110)BCD=(56)10 Z=(5A)16=Z=(5A)16=5 516161 1101016160 0=(90)10=(90)10 Z Z最大最大 三字符的标准三字符的标准ASCASC码码 计算机常用的输入输出设备有键盘、显示计算机常用的输入输出设备有键盘、显示器、打印机。器、打印机。数字、字母、符号的输入输出均采用标准数字、字母、符号的输入输出均采用标准ASCASC码码 标准标准ASCIIASCII码字符表详见书码字符表详见
11、书P7P7。如如：键入键入“”，实际写入键盘存储区的是，实际写入键盘存储区的是(31)(31)即即(0011,0001)(0011,0001)键入键入“A”A”，实际写入键盘存储区的是实际写入键盘存储区的是(41)(41)即即(0100,0001)(0100,0001)又如：欲显示又如：欲显示“”，应把，应把(30)16(30)16 即即(0011,0000)2(0011,0000)2显示存储区显示存储区 欲显示欲显示“F”F”，应把，应把(46)16(46)16 即即(0100,0110)(0100,0110)显示存储区显示存储区 欲使光标返回下一行的始格，应键入：欲使光标返回下一行的始格，
12、应键入：(0 D)(0 D)即即(0000(0000，1101)1101)显示存储区显示存储区 (0 A)(0 A)即即(0000(0000，1010)1010)显示存储区显示存储区要求同学们要牢记以下要求同学们要牢记以下1818个字符的个字符的ASCASC码：码：0 09 9的的ASCASC码为码为 (30)(30)(39)(39)A AF F的的ASCASC码为码为 (41)(41)(46)(46)回车符的回车符的ASCASC码为码为(0D)(0D)换行符的换行符的ASCASC码为码为(0A)(0A)1.2 1.2 计算机中数据的编码计算机中数据的编码 研究在微型机领域中如何表示有符号数。
13、研究在微型机领域中如何表示有符号数。一一.真值和机器数的概念真值和机器数的概念一二1 1真值真值：用：用“”表示正数，用表示正数，用“”表示表示负数负数 如：如：101 101 101101 在数的最高位增加一个符号位，在数的最高位增加一个符号位，符号位为符号位为0 0表示正数表示正数,符号位符号位1 1表示负数表示负数3 3字长字长：包括符号位在内，一个二进制数占：包括符号位在内，一个二进制数占有的位数有的位数 如：字长如：字长n=8n=8的二进制数，除了符号位，数的二进制数，除了符号位，数值部分为值部分为7 7位位2 2机器数机器数：在计算机中如何表示正负：在计算机中如何表示正负?正数正数
14、 负数负数 00 xxxxxxx01 xxxxxxx二二 机器数的三种表示方法机器数的三种表示方法 原码原码 设设 x=+101 x=+101 字长为字长为8 8位的原码机器数为位的原码机器数为 xx原原=0 0 0000101 0000101 x=x=101 101 字长为字长为8 8位的原码机器数为位的原码机器数为 xx原原=1 1 0000101 0000101 x=+0 x=+0 字长为字长为8 8位的原码机器数为位的原码机器数为 xx原原=0 0 0000000 0000000 x=x=0 0 字长为字长为8 8位的原码机器数为位的原码机器数为 xx原原=1 1 0000000 00
15、000002 2 反码反码设设 x=+101 x=+101 字长为字长为8 8位的反码机器数为位的反码机器数为 xx反反=0 0 0000101 0000101 x=x=101 101 字长为字长为8 8位的反码机器数为位的反码机器数为 xx反反=1 1 1111010 1111010 x=+0 x=+0 字长为字长为8 8位的反码机器数为位的反码机器数为 xx反反=0 0 0000000 0000000 x=x=0 0 字长为字长为8 8位的反码机器数为位的反码机器数为 xx反反=1 1 1111111 1111111 3 3 补码补码 x=+101,x=+101,字长为字长为8 8位的补码
16、机器数为位的补码机器数为 xx补补=0 0 0000101 0000101 x=x=101,101,字长为字长为8 8位的补码机器数为位的补码机器数为 xx补补=1 1 1111011 1111011 x=+0 x=+0，字长为字长为8 8位的补码机器数为位的补码机器数为 xx补补=0 0 0000000 0000000一二小结小结：机器数比真值数多一个符号位。机器数比真值数多一个符号位。正数的原、反、补码与真值数相同。正数的原、反、补码与真值数相同。负数原码的数值部分与真值相同；负数原码的数值部分与真值相同；负数反码的数值部分为真值数按位取反负数反码的数值部分为真值数按位取反;负数补码的数值
17、部分为真值数按位取反末位加负数补码的数值部分为真值数按位取反末位加1 1。没有负零的补码，或者说负零的补码没有负零的补码，或者说负零的补码 与正零的补码相同。与正零的补码相同。由于补码表示的机器数更适合运算，为此，由于补码表示的机器数更适合运算，为此，计算机系统中负数一律用补码表示。计算机系统中负数一律用补码表示。补码机器数的数值范围补码机器数的数值范围 设机器数字长设机器数字长=n=n位位,用来表示整数用来表示整数,则则n n位补码位补码数数,其真值范围为其真值范围为 2 2n-1 n-1 +2+2n-1n-11 1设：设：8 8位补码数为位补码数为1000,00001000,0000 01
18、11,1111 0111,1111 则：十进制真值数为则：十进制真值数为128128+127+127设：设：1616位补码数为位补码数为1000,0000,0000,00001000,0000,0000,00000111,1111,1111,11110111,1111,1111,1111则：十进制真值数为则：十进制真值数为3276832768+32767+32767 （1 1）设）设XX补补=(96)16,=(96)16,则则x=(?)10 x=(?)10 解解:x:x补补=(96)16=(96)16=1 100101100010110 则则 x=x=1101010=(1101010=(-10
19、6)10106)10 （2 2）设）设x=(x=(120)10,120)10,则则xx补补=(?)16=(?)16 解解：x=(x=(120)10=(120)10=(1111000)21111000)2 则则 xx补补=(=(1 1000,1000)=(88)16000,1000)=(88)16 （3 3）设）设x=(100)10,x=(100)10,则则xx补补=(?)16=(?)16 解解:x=(100)10=(:x=(100)10=(+110,1100)2110,1100)2 则则 xx补补=(=(0 0110,1100)2=(6C)16110,1100)2=(6C)16 真值与机器数的
20、转换真值与机器数的转换(设字长设字长n=8)n=8)三三.整数补码的运算整数补码的运算 关于关于“模模”的概念的概念 一个计量器的最大容量称为该计量器的一个计量器的最大容量称为该计量器的“模模”四位计数器能存四位计数器能存0000000011111111共十六个数共十六个数,模模2 24 4八位计数器能存八位计数器能存0000,00000000,00001111,11111111,1111共共256256个数，个数，模模 2 28 8十六位计数器能存十六位计数器能存0000,0000,0000,00000000,0000,0000,00001111,1111,1111,11111111,111
21、1,1111,1111共共6553665536个，个，模模 2 21616 2.2.有模的运算有模的运算 运算器都是有模的，一个两档的算盘（上为一运算器都是有模的，一个两档的算盘（上为一个珠子，下为四个珠子）个珠子，下为四个珠子）能表示能表示00009999共共100100个数，个数，模（模（100100）1010在模在模=(100)10=(100)10 的运算器上运算的运算器上运算16+216+2结果为结果为18182.2.有模的运算有模的运算 在模在模=(100)10=(100)10 的运算器上运算的运算器上运算23+8123+81结果是多少？结果是多少？请看运算过程：请看运算过程：个位加
22、个位加1 1一十位加十位加8080进位被运算器丢失，进位被运算器丢失，留在算盘上的结果为留在算盘上的结果为4 3 3 四位的加法器四位的加法器（由四个全加器组成）（由四个全加器组成）模模 2 24 41616一位全加器有一位全加器有3 3个输入端个输入端(加数加数,被加数被加数,低位向本位的进位低位向本位的进位)2 2个输出端个输出端 (本位向高位的进位，本位和本位向高位的进位，本位和)在上述加法器上进行在上述加法器上进行:7+6=13,:7+6=13,进位为进位为0 0 8+8=0,8+8=0,进位为进位为1 1 进位为进位为“1”1”，其值为，其值为1616，就是四位加法器的，就是四位加法
23、器的“模模”，它被运算器它被运算器“丢失丢失”了。了。01101101011001114.4.整数补码的加减运算整数补码的加减运算 补补补补补补补补补补 补补 条件：条件：(1)(1)符号位参加运算符号位参加运算 (2)(2)以以2 2n n为模（为字长）为模（为字长）(3)(3)当真值满足下列条件时，结果是当真值满足下列条件时，结果是正确的，否则结果错误正确的，否则结果错误 2 2n-1 n-1 x,y,x+y,x x,y,x+y,xy +y +127+127，2 215151,1,2 215152 2计算机怎样表示进位和溢出计算机怎样表示进位和溢出溢出判断电路溢出判断电路 CFOF溢出标志
24、二一进位标志进位标志最高位的和最高位的和运算器最高位运算器最高位加数加数被加数被加数来自低位的进位值来自低位的进位值 运算器一律把操作数看成是有符号的数运算器一律把操作数看成是有符号的数 最高位的进位值保存在最高位的进位值保存在“进位标志寄存器进位标志寄存器”中中 加数，被加数的最高位相同，且和结果的最加数，被加数的最高位相同，且和结果的最高位相异，并溢出标志为高位相异，并溢出标志为1 1 如果参与运算的数是无符号数，则判进位标志，如果参与运算的数是无符号数，则判进位标志，进位标志进位标志=1=1，表示溢出。，表示溢出。如果参与运算的数是有符号数，则判溢出标志，如果参与运算的数是有符号数，则判
25、溢出标志，溢出标志溢出标志=1=1，表示溢出。，表示溢出。3 3程序员如何判断溢出程序员如何判断溢出例：例：加数加数=0 010000101000010 被加数被加数=0 011000111100011若加数、被加数为无符号数，若加数、被加数为无符号数，则结果则结果=10100101=165=10100101=165 若加数、被加数有符号数，若加数、被加数有符号数，则结果则结果=91 91 CF=0CF=0，OF=1OF=1和和 =0 01 101001010100101（+再如：加数再如：加数=1 101111100111110 被加数被加数=1 100111010011101若它们是无符号
26、数，结果若它们是无符号数，结果=+91 (CF=1)=+91 (CF=1)它们是有符号数，结果它们是有符号数，结果=+91 (OF=1)=+91 (OF=1)和和=1 10 01011011 1011011 CF=1CF=1，OF=1OF=1结果都错结果都错（+一一.计算机系统组成：计算机系统组成：硬件：泛指设备而言硬件：泛指设备而言 软件：泛指程序而言软件：泛指程序而言 1.4 1.4 计算机系统的硬件组成计算机系统的硬件组成硬件：硬件：中央处理器中央处理器CPUCPU （运算器、控制器）（运算器、控制器）存储器系统存储器系统 I/OI/O系统系统 电源系统电源系统 I/OI/O设备设备 主
27、机箱主机箱软件：泛指程序而言软件：泛指程序而言 H 系统软件（操作系统，程序设计语言及其系统软件（操作系统，程序设计语言及其编辑、编译软件编辑、编译软件）H 应用软件：为解决某一实际问题而编制的应用软件：为解决某一实际问题而编制的软件软件二二.微型机硬件结构微型机硬件结构:以以CPUCPU为核心通过为核心通过3 3条总线连接存储器、条总线连接存储器、I/OI/O接口接口CPU 存储器存储器 ABAB地址总线地址总线 DBDB数据总线数据总线 CBCB控制总线控制总线 存储器存储器I/O接口接口I/I/O设备设备微型机的硬件结构微型机的硬件结构 以以CPUCPU为核心通过为核心通过3 3条总线连
28、接存储器、条总线连接存储器、I/OI/O接口接口CPU 存储器存储器 ABAB地址总线地址总线 DBDB数据总线数据总线 CBCB控制总线控制总线 存储器存储器I/O接口接口I/I/O设备设备微型机的硬件结构微型机的硬件结构 CPU:CPU:即微处理器，是超即微处理器，是超大规模集成电路大规模集成电路，内，内部集成了运算器、控制器、存储器管理部件部集成了运算器、控制器、存储器管理部件 C P U 以以CPUCPU为核心通过为核心通过3 3条总线连接存储器、条总线连接存储器、I/OI/O接口接口CPU 存储器存储器 ABAB地址总线地址总线 DBDB数据总线数据总线 CBCB控制总线控制总线 存
29、储器存储器I/O接口接口I/I/O设备设备微型机的硬件结构微型机的硬件结构 存储器存储器:存放程序、数据存放程序、数据 存储器存储器 存储器存储器 以以CPUCPU为核心通过为核心通过3 3条总线连接存储器、条总线连接存储器、I/OI/O接口接口CPU 存储器存储器 ABAB地址总线地址总线 DBDB数据总线数据总线 CBCB控制总线控制总线 存储器存储器I/O接口接口I/I/O设备设备微型机的硬件结构微型机的硬件结构 I/OI/O接口接口:是是CPUCPU和外部设备交换信息的和外部设备交换信息的“中转站中转站”I/O接口接口 以以CPUCPU为核心通过为核心通过3 3条总线连接存储器、条总线
30、连接存储器、I/OI/O接口接口CPU 存储器存储器 ABAB地址总线地址总线 DBDB数据总线数据总线 CBCB控制总线控制总线 存储器存储器I/O接口接口I/I/O设备设备微型机的硬件结构微型机的硬件结构 I/O I/O设备设备:如键盘、显示器、打印机如键盘、显示器、打印机 I/I/O设备设备CPU 存储器存储器 ABAB地址总线地址总线 DBDB数据总线数据总线 CBCB控制总线控制总线 存储器存储器I/O接口接口I/I/O设备设备微型机的硬件结构微型机的硬件结构 总线总线:总线是总线是CPUCPU与存储器、与存储器、I/OI/O接口交换信息接口交换信息的公共通道。的公共通道。传输传输C
31、PUCPU访问存储器，访问存储器，访问访问I/OI/O端口的地址信号。端口的地址信号。传输传输CPUCPU读读/写内存，写内存，读写读写I/OI/O端口时的数据。端口时的数据。CPUCPU发出的控制命令，发出的控制命令，或外部向或外部向CPUCPU提出的请求。提出的请求。H地址总线：地址总线：H数据总线：数据总线：H控制总线：控制总线：地址总线通常是单向总线，地址总线通常是单向总线，数据总线通常是双向总线，数据总线通常是双向总线，大部分控制线是单向，少数是双向。大部分控制线是单向，少数是双向。“3 3条条”是习惯说法是习惯说法,其实每一条都有若干根。其实每一条都有若干根。按总线上信息传输的物理
32、意义，总线分为按总线上信息传输的物理意义，总线分为:H 术语：术语：“读读”：即输入：即输入,信息从外部信息从外部CPUCPU“写写”：即输出：即输出,信息从信息从CPUCPU外部外部“读内存读内存”：从存储器某单元取信息：从存储器某单元取信息CPUCPU“写内存写内存”：信息写入存储器某单元：信息写入存储器某单元 I/O I/O接口：接口：CPUCPU与外设的接口电路与外设的接口电路CPU机型机型 数据线数据线 地址线地址线 内存容量内存容量 推出年代推出年代8088PC/XT8位位20位位(最大最大)1M79年年80286PC/AT16位位24位位16M82年年80386(高档高档)386
33、32位位32位位4G86年年8048648632位位32位位4G89年年PentiumPentium64位位32位位4G93年年PentiumPentiumProPro64位位36位位64G三、微型计算机的分类和发展三、微型计算机的分类和发展 发展策略发展策略:向下兼容向下兼容 8088802868038680486PentiumPentiumProH熟练掌握二进制数，十进制数，十六进制数和熟练掌握二进制数，十进制数，十六进制数和BCDBCD码数之码数之 间的转换方法。间的转换方法。H熟练掌握真值数和补码数之间的转换方法。熟练掌握真值数和补码数之间的转换方法。H牢记牢记0 0，回车符，换行符的
34、，回车符，换行符的ASCASC码。码。H熟练掌握整数补码的运算方法，并对结果进行熟练掌握整数补码的运算方法，并对结果进行分析，深入理解有关进位和溢出的概念。分析，深入理解有关进位和溢出的概念。H掌握计算机系统的组成以及微型机的硬掌握计算机系统的组成以及微型机的硬件结构。件结构。H掌握有关总线的若干基本知识。掌握有关总线的若干基本知识。二一第第1 1章学习重点与习题章学习重点与习题 H今后，在用汇编语言进行程序设计的时候，二进今后，在用汇编语言进行程序设计的时候，二进制数用后缀制数用后缀“B”B”表示，十六进制数及表示，十六进制数及BCDBCD码数用码数用后缀后缀“H”H”表示。表示。如如:(1
35、010)2:(1010)2 应写成应写成1010B 1010B (5A)16 (5A)16 应写成应写成5AH5AH (0111,1000)BCD (0111,1000)BCD 应写成应写成78H 78H (123)10 (123)10 应写成应写成123 123 习题：习题：1 .1 .数制和码制转换数制和码制转换 (1)(1)（11101.101111101.1011）2=()102=()10 (2)(147)10=()2=()16 (2)(147)10=()2=()16 (3)(3AC)16=()10 (3)(3AC)16=()10 (4)(1001,0110)BCD=()2 (4)(1
36、001,0110)BCD=()2 (5)(5)字长字长=8,=8,11补补=()16=()16 X X补补=(A5)16,=(A5)16,则则X=()16X=()16 (6)(6)设字长设字长=8=8位位,X=(8E)16,X=(8E)16,当当X X分别为原码、分别为原码、补码、补码、反码和无符号数的时候，反码和无符号数的时候，其真值其真值=（）1616（7 7）字长）字长=8=8，用补码形式完成下列十进制数，用补码形式完成下列十进制数运算。要求有运算过程并讨论结果是否有溢运算。要求有运算过程并讨论结果是否有溢出？出？(A)(A)（+75+75）+（6 6）(B)(B)（3535）+（7575）(C)(C)（8585）（）（1515）(D)(D)（+120+120）+（+18+18）
