編1632位微型計算機原理及應用(李繼燦主編)課件第1章.ppt

微機原理課程內(nèi)容,本課程講述了位微型機的硬件、軟件的基本知識，其中：,硬件：微處理器結(jié)構(gòu)，中斷系統(tǒng)，I/O系統(tǒng)與常規(guī)I/O接口電路及其應用,軟件：位微處理器的指令系統(tǒng)，匯編語言程序設計,本課程涉及到的基礎知識有：數(shù)字電路, DOS操作命令，數(shù)制和碼制。,研究微型機領域中數(shù)的表示方法。 一常用計數(shù)制 1. 十進制數(shù)：編程時使用。 2. 二進制數(shù)：計算機內(nèi)部信息存儲，運算，輸入/ 輸出都是二進制數(shù)。,第1章 計算機基礎,計算機應用十分廣泛，歸根結(jié)底，計算機在運行時都是在處理一系列的數(shù)據(jù)。,1.1 計算機中的數(shù)制,每位代碼非即 高位權(quán)是低位權(quán)的倍 加減運算法則：逢二進一，借一當二,特點：,（ ） 權(quán)： ,3 十六進制數(shù)：當一串二進制數(shù)很長時，書寫、閱讀不方便，常改用十六進制數(shù)表示。,一,一,一,一,所以， （10，1001， 1010 ，1111）（29AF）16,十六進制數(shù)特點： （ A F）16 權(quán)： 163 162 161 160,每位代碼，A F 高位權(quán)是低位權(quán)的16倍 加減運算法則：逢十六進一，借一當十六,4.八進制數(shù)：在微型機中一般不采用八進制數(shù) 5.二十進制數(shù)：在計算機中表示十進制數(shù)的方法用四位二進制數(shù)代表一位十進制數(shù)，又稱BCD碼數(shù),一,一,一,一, 二、八、十六進制數(shù)十進制數(shù) 算法:每位的代碼和該位的權(quán)值相乘，再求累加和 如：（）（ ？ ）,二數(shù)制轉(zhuǎn)換,解： 123122 021 120121122 = 8 4 0 1 0.5 0.25 =(13.75 )10,如： （A F）16=( ? )10 解： 21639162 10161 15160 = 8192 2304 160 15 =(10671)10,. 二進制數(shù)十六進制數(shù) 四位二進制數(shù)為一組，每組用等值的十六進制代換 如： (101011.11)10,1011.1100)2 =(2B.C)16,3十六進制數(shù)二進制數(shù) 一位十六進制數(shù)用等值的四位二進制數(shù)代換 如: (17E.58)16（0001,0111,1110.0101,1000)2,4 . 十進制數(shù)二進制數(shù) 十進制整數(shù)二進制數(shù) 算法：除取整，直到商為零為止,所以，(11)10=(1011)2,十進制數(shù)純小數(shù)二進制數(shù) 算法:乘2取整,直到乘積的小數(shù)部分為0時止, (0.8125)10=(0.1101)2,十進制帶小數(shù) 二進制數(shù) 整數(shù)、純小數(shù)分別計算,再合并 (11.8125)10=(1011.1101)2,例:設 X=(01010110)2 Y=(01010110)BCD Z Z=(5 A)16 問: X,Y,Z中誰最大?,不同數(shù)制的數(shù)比較大小,要看它等值的十進制數(shù)誰大。,解: X=(01010110)2=26242221=(86)10 Y=(01010110)BCD =(56) 10 Z=(5A) 16= 516110160=(90) 10 Z最大,三字符的標準ASC碼 計算機常用的輸入輸出設備有鍵盤、顯示器、打印機。 數(shù)字、字母、符號的輸入輸出均采用標準ASC碼,標準ASCII碼字符表詳見書P7。,如： 鍵入“”，實際寫入鍵盤存儲區(qū)的是(31) 即(0011,0001) 鍵入“A”， 實際寫入鍵盤存儲區(qū)的是(41) 即(0100,0001),又如：欲顯示“”，應把(30)16 即(0011,0000)2顯示存儲區(qū) 欲顯示“F ”，應把(46)16 即(0100,0110)顯示存儲區(qū),欲使光標返回下一行的始格，應鍵入： (0 D) 即(0000，1101)顯示存儲區(qū) (0 A) 即(0000，1010)顯示存儲區(qū),要求同學們要牢記以下18個字符的ASC碼： 09的ASC碼為 (30)(39) AF的ASC碼為 (41)(46) 回車符的ASC碼為(0D) 換行符的ASC碼為(0A),1.2 計算機中數(shù)據(jù)的編碼,研究在微型機領域中如何表示有符號數(shù)。 一. 真值和機器數(shù)的概念,一,二,1真值：用“”表示正數(shù)，用“”表示負數(shù) 如：101 101,在數(shù)的最高位增加一個符號位， 符號位為0表示正數(shù),符號位1表示負數(shù),3字長：包括符號位在內(nèi)，一個二進制數(shù)占有的位數(shù) 如：字長n=8的二進制數(shù)，除了符號位，數(shù)值部分為7位,2機器數(shù)：在計算機中如何表示正負?,二 機器數(shù)的三種表示方法 原碼 設 x=+101 字長為8位的原碼機器數(shù)為 x原=0 0000101 x=101 字長為8位的原碼機器數(shù)為 x原=1 0000101 x=+0 字長為8位的原碼機器數(shù)為 x原=0 0000000 x=0 字長為8位的原碼機器數(shù)為 x原=1 0000000,2 反碼 設 x=+101 字長為8位的反碼機器數(shù)為 x反=0 0000101 x=101 字長為8位的反碼機器數(shù)為 x反=1 1111010 x=+0 字長為8位的反碼機器數(shù)為 x反=0 0000000 x=0 字長為8位的反碼機器數(shù)為 x反=1 1111111,3 補碼 x=+101, 字長為8位的補碼機器數(shù)為 x補=0 0000101 x=101, 字長為8位的補碼機器數(shù)為 x補=1 1111011 x=+0， 字長為8位的補碼機器數(shù)為 x補=0 0000000,一,二,小結(jié)： 機器數(shù)比真值數(shù)多一個符號位。 正數(shù)的原、反、補碼與真值數(shù)相同。,負數(shù)原碼的數(shù)值部分與真值相同； 負數(shù)反碼的數(shù)值部分為真值數(shù)按位取反; 負數(shù)補碼的數(shù)值部分為真值數(shù)按位取反末位加1。,沒有負零的補碼，或者說負零的補碼 與正零的補碼相同。,由于補碼表示的機器數(shù)更適合運算，為此，計算機系統(tǒng)中負數(shù)一律用補碼表示。,補碼機器數(shù)的數(shù)值范圍 設機器數(shù)字長=n位,用來表示整數(shù),則n位補碼數(shù),其真值范圍為 2n-1 +2n-11,設：8位補碼數(shù)為1000,0000 0111,1111 則：十進制真值數(shù)為 128+127,設：16位補碼數(shù)為 1000,0000,0000,00000111,1111,1111,1111 則：十進制真值數(shù)為 32768+32767,（1）設X補=(96)16,則x=( ? )10 解: x補=(96)16=10010110 則 x=1101010=(-106)10,（2）設x=(120)10,則x補=( ? )16 解：x=(120)10=(1111000)2 則 x補=(1000,1000) =(88)16,（3）設x=(100)10,則x補=( ? )16 解: x=(100)10=(+110,1100)2 則 x補=(0110,1100)2 =(6C)16,真值與機器數(shù)的轉(zhuǎn)換(設字長n=8),三.整數(shù)補碼的運算 關(guān)于“模”的概念 一個計量器的最大容量稱為該計量器的“?！?四位計數(shù)器能存00001111共十六個數(shù), 模24,八位計數(shù)器能存0000,00001111,1111共256個數(shù)， 模 28,十六位計數(shù)器能存 0000,0000,0000,00001111,1111,1111,1111共65536個， 模 216,2.有模的運算 運算器都是有模的，一個兩檔的算盤（上為一個珠子，下為四個珠子） 能表示0099共100個數(shù)，模（100）10,在模=(100)10 的運算器上運算16+2,結(jié)果為18,2.有模的運算 在模=(100)10 的運算器上運算23+81結(jié)果是多少？ 請看運算過程：,3 四位的加法器（由四個全加器組成） 模 2416,一位全加器有3個輸入端 (加數(shù),被加數(shù),低位向本位的進位),2個輸出端 (本位向高位的進位，本位和),在上述加法器上進行: 7+6=13,進位為0 8+8=0,進位為1 進位為“1”，其值為16，就是四位加法器的“?！?， 它被運算器“丟失”了。,4.整數(shù)補碼的加減運算 補補補 補補 補 條件： (1) 符號位參加運算 (2) 以2n為模（為字長） (3)當真值滿足下列條件時，結(jié)果是正確的，否則結(jié)果錯誤 2n-1 x, y, x+y ,xy +2n-1,x補= 01000010 y補= 00110011, x+y=+117，進位=0， x-y=+15，進位=1,被運算器丟失，保存 在進位標志寄存器中,被運算器丟失，保存 在進位標志寄存器中,x+y補=001110101,x-y補=100001111,x補= 01000010 -y補= 11001101,例1.設x=(66)10，y=(51)10,以28 為模，補碼運算x+y,解：x=(66)10= +1000010， y=(51)10= +0110011,66補= 01000010 99補= 01100011, 66+99=-1011011=-91 -66-99=+01011011=+91,被運算器丟失，保存 在進位標志寄存器中,被運算器丟失，保存 在進位標志寄存器中,66+99補=010100101,-66-99補=101011011,-66補= 10111110 -99補= 10011101,例2.以28 為模，補碼運算, 求66+99， 6699,解：,結(jié)果都是錯的,總之，運算器位數(shù)不夠，不能表示165和165， 出錯。,四無符號數(shù)的概念 計算機處理的數(shù)據(jù)，包括有符號數(shù)和無符號數(shù)兩類。 有符號數(shù)用補碼表示，其最高位代表符號。,什么是無符號數(shù)？ 即數(shù)的最高位不代表符號，而是數(shù)值的一部分。,某數(shù)是無符號數(shù)，還是有符號數(shù)，其物理意義是由程序員定義的。,如：編程統(tǒng)計某班級單科的及格人數(shù)。 學生成績沒有負數(shù)，所以成績應視為無符號數(shù)。 如：編程統(tǒng)計某科室工資總額 工資是無符號數(shù) 如：數(shù)N=（1111，1111）2 若它是有符號補碼數(shù)，則其值=1 若它是無符號數(shù)，則其值=255,五溢出和進位的概念 1進位：運算后，最高位向更高位的進位值。 溢出：運算結(jié)果超出了運算器所能表示的范圍。,例： 8位加法器，運算無符號數(shù)，結(jié)果 256 8位加法器，運算有符號數(shù)， 結(jié)果 +127， 2151,215,2計算機怎樣表示進位和溢出,溢出判斷電路,CF,OF,二,一,進位標志,最高位的和,運算器最高位,加數(shù),被加數(shù),來自低位的進位值, 運算器一律把操作數(shù)看成是有符號的數(shù) 最高位的進位值保存在“進位標志寄存器”中 加數(shù)，被加數(shù)的最高位相同，且和結(jié)果的最高位相異，并溢出標志為1,如果參與運算的數(shù)是無符號數(shù)，則判進位標志， 進位標志=1，表示溢出。,如果參與運算的數(shù)是有符號數(shù)，則判溢出標志， 溢出標志=1，表示溢出。,3程序員如何判斷溢出,例： 加數(shù)= 01000010 被加數(shù)= 01100011,若加數(shù)、被加數(shù)為無符號數(shù)， 則結(jié)果=10100101=165 若加數(shù)、被加數(shù)有符號數(shù)， 則結(jié)果=91 ,CF=0，OF=1,和 = 010100101,再如：加數(shù)= 10111110 被加數(shù)= 10011101,若它們是無符號數(shù)，結(jié)果=+91 (CF=1) 它們是有符號數(shù)，結(jié)果=+91 (OF=1),和= 101011011,CF=1，OF=1,結(jié)果都錯,（+,一. 計算機系統(tǒng)組成： 硬件：泛指設備而言 軟件：泛指程序而言,1.4 計算機系統(tǒng)的硬件組成,硬件：,中央處理器CPU （運算器、控制器） 存儲器系統(tǒng) I/O系統(tǒng) 電源系統(tǒng) I/O設備,主機箱,軟件：泛指程序而言 系統(tǒng)軟件（操作系統(tǒng)，程序設計語言及其編輯、編譯軟件） 應用軟件：為解決某一實際問題而編制的軟件 二.微型機硬件結(jié)構(gòu):,以CPU為核心通過3條總線連接存儲器、I/O接口, 以CPU為核心通過3條總線連接存儲器、I/O接口, 以CPU為核心通過3條總線連接存儲器、I/O接口, 以CPU為核心通過3條總線連接存儲器、I/O接口, 以CPU為核心通過3條總線連接存儲器、I/O接口,傳輸CPU訪問存儲器， 訪問I/O端口的地址信號。 傳輸CPU讀/寫內(nèi)存， 讀寫I/O端口時的數(shù)據(jù)。 CPU發(fā)出的控制命令， 或外部向CPU提出的請求。,地址總線： 數(shù)據(jù)總線： 控制總線：,地址總線通常是單向總線， 數(shù)據(jù)總線通常是雙向總線， 大部分控制線是單向，少數(shù)是雙向。 “3條”是習慣說法,其實每一條都有若干根。,按總線上信息傳輸?shù)奈锢硪饬x，總線分為:,術(shù)語： “讀”：即輸入,信息從外部CPU “寫”：即輸出,信息從CPU外部 “讀內(nèi)存”：從存儲器某單元取信息CPU “寫內(nèi)存”：信息寫入存儲器某單元 I/O接口： CPU與外設的接口電路,CPU 機型 數(shù)據(jù)線 地址線 內(nèi)存容量 推出年代 8088 PC/XT 8位 20位 (最大)1M 79年 80286 PC/AT 16位 24位 16M 82年 80386 (高檔)386 32位 32位 4G 86年 80486 486 32位 32位 4G 89年 PentiumPentium 64位 32位 4G 93年 Pentium Pentium Pro Pro 64位 36位 64G,三、微型計算機的分類和發(fā)展,發(fā)展策略:向下兼容,熟練掌握二進制數(shù)，十進制數(shù)，十六進制數(shù)和BCD碼數(shù)之 間的轉(zhuǎn)換方法。 熟練掌握真值數(shù)和補碼數(shù)之間的轉(zhuǎn)換方法。 牢記0，回車符，換行符的ASC碼。 熟練掌握整數(shù)補碼的運算方法，并對結(jié)果進行分析，深入理解有關(guān)進位和溢出的概念。 掌握計算機系統(tǒng)的組成以及微型機的硬件結(jié)構(gòu)。 掌握有關(guān)總線的若干基本知識。,二,一,第1章學習重點與習題,今后，在用匯編語言進行程序設計的時候，二進制數(shù)用后綴“B”表示，十六進制數(shù)及BCD碼數(shù)用后綴“H”表示。 如:(1010)2 應寫成1010B (5A )16 應寫成5AH (0111 ,1000)BCD 應寫成78H (123)10 應寫成12