微型計算機原理與應用

1、微型計算機原理微型計算機原理與應用與應用 課程描述 課程設置課程設置 專業(yè)基礎課，設置本課程主要是專業(yè)基礎課，設置本課程主要是為自動控制（計算機控制）的相關專業(yè)課打為自動控制（計算機控制）的相關專業(yè)課打下一定的基礎。下一定的基礎。后續(xù)課程后續(xù)課程 微機控制技術微機控制技術相關課程相關課程 單片機單片機 PLC DCS等等選用教材選用教材 微型計算機原理與接口技術微型計算機原理與接口技術 張榮標張榮標 機械工業(yè)出版社機械工業(yè)出版社 主要參考書目微型計算機技術及應用（）微型計算機技術及應用（）戴梅萼戴梅萼 史嘉權史嘉權 清華大學出版清華大學出版微型計算機系統(tǒng)原理及應用（第版）微型計算機系統(tǒng)原理及應

2、用（第版） 周明德周明德 清華大學出版社清華大學出版社微型計算機原理及應用輔導微型計算機原理及應用輔導 李伯成李伯成 西安電子科技大學出版社西安電子科技大學出版社 課程特點內(nèi)容多內(nèi)容多邏輯性差邏輯性差抽象抽象需要在理解的基礎上記憶需要在理解的基礎上記憶考試難度大考試難度大 學習方法正確認識正確認識微機原理及應用微機原理及應用的用途、特的用途、特點及其對專業(yè)知識的影響點及其對專業(yè)知識的影響正確估計課程的難度，提高學習興趣正確估計課程的難度，提高學習興趣注重理解性記憶，加強軟件、硬件實驗鍛注重理解性記憶，加強軟件、硬件實驗鍛煉煉充分利用網(wǎng)絡，提高自學能力充分利用網(wǎng)絡，提高自學能力相互交流，共同提高

3、相互交流，共同提高 課程主要內(nèi)容本課程主要內(nèi)容：本課程主要內(nèi)容：（微機原理、匯編語言程序設計、（微機原理、匯編語言程序設計、接口技術）接口技術）微機基礎知識微機基礎知識8086/8088CPU結構及原理結構及原理8086系列系列CPU的指令系統(tǒng)的指令系統(tǒng)匯編語言程序設計匯編語言程序設計存儲器存儲器并行接口、定時器技術并行接口、定時器技術中斷技術中斷技術 講課學時及成績評定共共72學時學時 其中講課其中講課60學時，實驗學時，實驗12學時。學時。成績評定成績評定 平時成績平時成績 包括作業(yè)、實驗、課堂表現(xiàn)包括作業(yè)、實驗、課堂表現(xiàn) 考試成績考試成績 閉卷考試。閉卷考試。第一章第一章 微型計算機基礎

4、知識微型計算機基礎知識本章學習目標本章學習目標了解微型計算機的發(fā)展、應用及其分類了解微型計算機的發(fā)展、應用及其分類掌握計算機的組成結構掌握計算機的組成結構掌握計算機數(shù)據(jù)的表示掌握計算機數(shù)據(jù)的表示理解微型計算機的基本工作過程理解微型計算機的基本工作過程1 微型計算機概述一、微型機的特點和發(fā)展一、微型機的特點和發(fā)展1、特點、特點l體積小，重量輕，耗電少體積小，重量輕，耗電少l可靠性高，結構靈活可靠性高，結構靈活 l價格低廉價格低廉l應用面廣應用面廣2、微型機的發(fā)展、微型機的發(fā)展l1971年，美國年，美國Intel公司研究并制造了公司研究并制造了I4004微處理器芯片。該芯片能同時處理微處理器芯片。

5、該芯片能同時處理4位二進位二進制數(shù)，集成了制數(shù)，集成了2300個晶體管，每秒個晶體管，每秒6萬次，萬次，成本約成本約200美元。美元。l微機概念：以大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路微機概念：以大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路構成微處理器作核心，配以存儲器、輸入構成微處理器作核心，配以存儲器、輸入/輸出接口電路及系統(tǒng)總線所制造出的計算輸出接口電路及系統(tǒng)總線所制造出的計算機。機。l劃分代標志其發(fā)展。早期的摩爾定律。劃分代標志其發(fā)展。早期的摩爾定律。第一代第一代4位和低檔位和低檔8位機位機Intel 4004（1971-1972）第二代第二代中高檔中高檔8位機位機8080/8085、Z80、MC6800第三代第三代

6、16位機位機 Intel 8086、Z8000第四代第四代32位機位機80386、80486第五代第五代（1974-1978）（1978-1981）（1981-1992）（93后）后）特點：特點：1、速度越來越快。、速度越來越快。2、容量越來越大。、容量越來越大。3、功能越來越強。、功能越來越強。第五代計算機（新一代）第五代計算機（新一代） 將采用人工智能技術及新型軟件，硬件將采用新將采用人工智能技術及新型軟件，硬件將采用新的體系結構和超導集成電路。分為問題解決與推的體系結構和超導集成電路。分為問題解決與推理機；知識數(shù)據(jù)庫管理機；智能接口計算機。理機；知識數(shù)據(jù)庫管理機；智能接口計算機。CPU

7、發(fā)展的思路發(fā)展的思路l 在在CPU上制作存儲管理部件上制作存儲管理部件l 采用指令和數(shù)據(jù)高速緩存采用指令和數(shù)據(jù)高速緩存l 采用流水線結構以提高系統(tǒng)的并行性采用流水線結構以提高系統(tǒng)的并行性l 采用大量的寄存器組成寄存器堆以提高處理速度采用大量的寄存器組成寄存器堆以提高處理速度l 具有完善的協(xié)處理器接口，提高數(shù)據(jù)處理能力具有完善的協(xié)處理器接口，提高數(shù)據(jù)處理能力l 在系統(tǒng)設計上引入兼容性，實現(xiàn)高、低檔微機間在系統(tǒng)設計上引入兼容性，實現(xiàn)高、低檔微機間的兼容的兼容（摩爾定律是否還存在？）（摩爾定律是否還存在？）二、微型機基本結構（硬件二、微型機基本結構（硬件+軟件）軟件）輸輸入入電電路路控制器控制器輸輸

8、出出電電路路 CPU 存儲器存儲器運算器運算器ALU1、硬件：中央處理器（、硬件：中央處理器（CPU）、存儲器、輸入接口電）、存儲器、輸入接口電路、輸出接口電路、總線路、輸出接口電路、總線2、軟件：軟件： 系統(tǒng)軟件：由生產(chǎn)廠家配置在機器內(nèi)。系統(tǒng)軟件：由生產(chǎn)廠家配置在機器內(nèi)。 包括監(jiān)控、管理、匯編、包括監(jiān)控、管理、匯編、DOS、應用子程、應用子程 序庫等。序庫等。 應用軟件：用戶根據(jù)需要開發(fā)的程序應用軟件：用戶根據(jù)需要開發(fā)的程序 如采樣、濾波、標度變換、報警顯示、如采樣、濾波、標度變換、報警顯示、 控制輸出等。控制輸出等。3、總線：總線是連接多個功能部件的一組總線：總線是連接多個功能部件的一組公

9、共信號線公共信號線 微機中各功能部件之間的信息是通過總線微機中各功能部件之間的信息是通過總線傳輸傳輸 微機：片內(nèi)（微機：片內(nèi)（CPU內(nèi)）內(nèi)） 單總線結構單總線結構 片外片外 三總線結構三總線結構 地址總線（地址總線（AB） 、數(shù)據(jù)總線（數(shù)據(jù)總線（DB） 、控制總線、控制總線 （CB）。）。地址總線地址總線AB 單向單向 輸出輸出CPU的地址信號的地址信號輸出將要訪問的內(nèi)存單元或輸出將要訪問的內(nèi)存單元或I/O端口的地址端口的地址地址線的多少決定了系統(tǒng)直接尋址存儲器的范圍地址線的多少決定了系統(tǒng)直接尋址存儲器的范圍數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線DB 雙向雙向 在在CPU與存儲器、與存儲器、I/O接口之接口之間進行

10、數(shù)據(jù)傳送。間進行數(shù)據(jù)傳送。CPU讀操作時，外部數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)總線送往讀操作時，外部數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)總線送往CPU CPU寫操作時，寫操作時，CPU數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)總線送往外部數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)總線送往外部數(shù)據(jù)線的多少決定了一次能夠傳送數(shù)據(jù)的位數(shù)數(shù)據(jù)線的多少決定了一次能夠傳送數(shù)據(jù)的位數(shù)控制總線控制總線CB 雙向雙向 CPU對存儲器、對存儲器、I/O接口進行接口進行控制和聯(lián)絡?？刂坪吐?lián)絡。協(xié)調(diào)系統(tǒng)中各部件的操作，有輸出控制、輸入狀態(tài)等協(xié)調(diào)系統(tǒng)中各部件的操作，有輸出控制、輸入狀態(tài)等控制總線決定了系統(tǒng)總線的特點控制總線決定了系統(tǒng)總線的特點,例如功能、適應性等例如功能、適應性等舉例舉例舉例舉例 總線使用特點總線使用特點

11、在某一時刻，只能由一個總線主控設備在某一時刻，只能由一個總線主控設備（例如（例如CPU）來控制總線）來控制總線在連接系統(tǒng)總線的各個設備中，某時刻只在連接系統(tǒng)總線的各個設備中，某時刻只能有一個發(fā)送者向總線發(fā)送信號；但可以能有一個發(fā)送者向總線發(fā)送信號；但可以有多個設備從總線上同時獲取信號有多個設備從總線上同時獲取信號微機系統(tǒng)采用微機系統(tǒng)采用“總線結構總線結構”，具有組態(tài)靈，具有組態(tài)靈活、擴展方便的優(yōu)勢活、擴展方便的優(yōu)勢4、關于微機需要區(qū)別的概念、關于微機需要區(qū)別的概念 微處理器即微處理器即CPU 是計算機的核心部件是計算機的核心部件 利用集成技術將運算器、控制器集成在一片芯利用集成技術將運算器、控

12、制器集成在一片芯片上。其功能如下：片上。其功能如下： 對指令譯碼并執(zhí)行規(guī)定動作；對指令譯碼并執(zhí)行規(guī)定動作；能與存儲器及外設交換數(shù)據(jù)；可響應其它部件的能與存儲器及外設交換數(shù)據(jù)；可響應其它部件的中斷請求；提供系統(tǒng)所需的定時和控制中斷請求；提供系統(tǒng)所需的定時和控制微型計算機微型計算機 在在CPU的基礎上配置存儲器、的基礎上配置存儲器、I/O接口電路、系接口電路、系統(tǒng)總線統(tǒng)總線微型計算機系統(tǒng)微型計算機系統(tǒng) 以微機為主體，配置系統(tǒng)軟件和外設以微機為主體，配置系統(tǒng)軟件和外設運算器運算器 控制器控制器 寄存器組寄存器組 內(nèi)存儲器內(nèi)存儲器 總線總線 輸入輸出輸出輸入輸出輸出 接口電路接口電路外部設備外部設備

13、軟件軟件微處理器微處理器微型計算機微型計算機微型計算機系統(tǒng)微型計算機系統(tǒng)區(qū)別區(qū)別3個概念個概念三、微型計算機的應用三、微型計算機的應用1、科學計算和科學研究、科學計算和科學研究 （數(shù)值計算），（數(shù)值計算）， 如國防、航空航天、建筑設計等可取代大、如國防、航空航天、建筑設計等可取代大、中型計算機。中型計算機。 2、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)處理 （信息處理）（信息處理） 如財務管理、財政預算、擋案管理、庫房如財務管理、財政預算、擋案管理、庫房管理等可以很方便的對各種信息和數(shù)據(jù)統(tǒng)計、管理等可以很方便的對各種信息和數(shù)據(jù)統(tǒng)計、分類、檢索、轉換、制表等分類、檢索、轉換、制表等 3、工業(yè)控制、工業(yè)控制 （過程控制）（

14、過程控制） 主要應用于各工礦企業(yè)自動控制和自動生主要應用于各工礦企業(yè)自動控制和自動生產(chǎn)流水線等產(chǎn)流水線等 用微型計算機實現(xiàn)用微型計算機實現(xiàn)DDC控制，控制，SCC監(jiān)督控監(jiān)督控制、分布控制制、分布控制4、儀器、儀表控制（智能儀表）、儀器、儀表控制（智能儀表）5、家電及民用產(chǎn)品、家電及民用產(chǎn)品 全自動產(chǎn)品全自動產(chǎn)品6、人工智能、人工智能 機器人、機械手機器人、機械手 四、計算機的主要性能指標四、計算機的主要性能指標字長：表示精度字長：表示精度 一次可以并行處理的數(shù)據(jù)的位數(shù)既數(shù)據(jù)線一次可以并行處理的數(shù)據(jù)的位數(shù)既數(shù)據(jù)線的條數(shù)。的條數(shù)。運算速度：平均執(zhí)行指令的時間（單位運算速度：平均執(zhí)行指令的時間（單位

15、us）或每秒執(zhí)行指令數(shù)?；蛎棵雸?zhí)行指令數(shù)。內(nèi)存容量：表示計算機可存儲的信息量內(nèi)存容量：表示計算機可存儲的信息量 常用單位：常用單位： K、M、G 2 計算機的數(shù)值和編碼計算機的數(shù)值和編碼一、常用術語一、常用術語1、位（、位（bit）：）： 是計算機能表示的最小單位，每位是計算機能表示的最小單位，每位只有兩種狀態(tài)只有兩種狀態(tài)0、1。2、字節(jié)（、字節(jié)（Byte）：）：8位（位（bit）為一個字節(jié)）為一個字節(jié) 是內(nèi)存是內(nèi)存的基本單位。的基本單位。3、字和字長、字和字長 （word）：字是）：字是CPU內(nèi)部進行數(shù)據(jù)處內(nèi)部進行數(shù)據(jù)處理的基本單位。字長即字的長度，常與理的基本單位。字長即字的長度，常與CP

16、U內(nèi)內(nèi)部的寄存器、部的寄存器、 運算裝置、總線寬度一致。運算裝置、總線寬度一致。 常用微機字長分別是常用微機字長分別是4位、位、8位、位、16位、位、32位。位。4、 K、KB ：K是數(shù)量單位，是數(shù)量單位，KB表示內(nèi)存容量。表示內(nèi)存容量。 1K=1024 1KB=1024byte 1M=210K=1024K 1G=210M=1024M5、 ASC碼：碼： 美國標準信息交換碼，用美國標準信息交換碼，用7位二進位二進制數(shù)表示數(shù)字、字母及計算機所能識別的各種符制數(shù)表示數(shù)字、字母及計算機所能識別的各種符號。號。6、BCD碼碼 ： 十進制數(shù)的二進制表示，用十進制數(shù)的二進制表示，用4位二進位二進制數(shù)表示制

17、數(shù)表示0-9十個數(shù)字。十個數(shù)字。7、 指令：計算機所能識別的規(guī)定計算機進行某種指令：計算機所能識別的規(guī)定計算機進行某種操作的命令。操作的命令。8、程序：程序是許多指令的有序集合。是用戶在、程序：程序是許多指令的有序集合。是用戶在使用計算機時，為要解決的問題編寫的指令序列。使用計算機時，為要解決的問題編寫的指令序列。9、指令系統(tǒng)：是一臺計算機所能識別的全部指令、指令系統(tǒng)：是一臺計算機所能識別的全部指令的集合。的集合。10、地址：是計算機存儲單元的編號，通常、地址：是計算機存儲單元的編號，通常8bit為為一個單元，每個單元有獨立的編號。一個單元，每個單元有獨立的編號。 內(nèi)存地址的最大編號（容量）有

18、限，由地址線的條內(nèi)存地址的最大編號（容量）有限，由地址線的條數(shù)決定。數(shù)決定。二、數(shù)制及其相互轉換二、數(shù)制及其相互轉換1 1、常用的進位計數(shù)制、常用的進位計數(shù)制 計算機采用二進制表示所有的信息。計算機采用二進制表示所有的信息。 原因：易于構造原因：易于構造2 2個穩(wěn)定狀態(tài)的電子器件個穩(wěn)定狀態(tài)的電子器件 易于和十進制數(shù)相互轉換易于和十進制數(shù)相互轉換 運算規(guī)則簡單運算規(guī)則簡單 易于和邏輯運算統(tǒng)一易于和邏輯運算統(tǒng)一 十進制十進制 09 十個不同的基數(shù)十個不同的基數(shù) 逢十進一逢十進一 用用D表示或省略表示或省略二進制二進制 只有只有0、1兩個不同的基數(shù)兩個不同的基數(shù) 逢二進一逢二進一 用用B表示表示十六

19、進制十六進制 09、A、B、C、D、E、F十六個不同的基數(shù)十六個不同的基數(shù) 逢十六進一逢十六進一 用用H表示表示2 2、不同進制之間的相互轉換、不同進制之間的相互轉換 二進制轉換為十進制二進制轉換為十進制 方法：按權展開相加方法：按權展開相加例例1（101011）B=1 25+0 24+1 23+0 22 +1 21+ 1 20 =（43）D例例2：（1101010.101）B=1 26+1 25+1 23 +1 21 +1 2-1+ 1 2-3 =（106.625）D十進制轉換為二進制十進制轉換為二進制 整數(shù)部分采用除整數(shù)部分采用除2 2取余法，直到商為取余法，直到商為0 0 為止。為止。

20、小數(shù)部分采用乘小數(shù)部分采用乘2 2取整法，直到滿足精度要求取整法，直到滿足精度要求 為止。為止。 例例1 1：將（：將（136136）D D轉換為二進制數(shù)。轉換為二進制數(shù)。 2 136 余數(shù)（結果）余數(shù)（結果） 低位低位 2 68 - 0 2 34 - 0 2 17 - 0 向向 2 8 - 1 上上 2 4 - 0 寫寫 2 2 - 0 2 1 - 0 0 - 1 高位高位（136）D=10001000B原理原理 ：(136)D=(Kn-1Kn-2K1K0)B =Kn-1 2n-1+ Kn-2 2n-2 +K1 21 + K0 20兩邊同除以兩邊同除以2 2， K Kn-1n-1K Kn-2

21、n-2KK1 1中均含有中均含有2 2的的因子，余數(shù)為因子，余數(shù)為K K0 0，同理繼續(xù)除下去可以找到同理繼續(xù)除下去可以找到K K1 1 、K K2 2直到直到K Kn-1n-1例例2：將：將(0.613) D轉換為十進制轉換為十進制(0.613)10 2=1.226 k1=1 高位高位(0.226)10 2=0.452 k2=0(0.452)10 2=0.904 k3=0(0.904)10 2=1.808 k4=1 (0.808)10 2=1.616 k5=1(0.616)10 2=1.232 k6=1 低位低位 (0.613)D=（0.100111）B原理原理 (0.613)D=（0.k1

22、k2 km ）B =k1 2-1+ k2 2-2 + .+ km 2-m兩端同乘以兩端同乘以2 2，則等式右端的整數(shù)為，則等式右端的整數(shù)為k k11，不斷乘下去可以找到不斷乘下去可以找到k k22. k km m 。十六進制于二進制之間的互相轉換十六進制于二進制之間的互相轉換二進制不方便書寫、記憶、查錯、糾錯，用十六進制將其縮二進制不方便書寫、記憶、查錯、糾錯，用十六進制將其縮短。短。 4位二進制數(shù)和一位十六進制數(shù)具有一一對應的關系。位二進制數(shù)和一位十六進制數(shù)具有一一對應的關系。 十六進制十六進制 二進制二進制 十六進制十六進制 二進制二進制 0 0000 8 1000 1 0001 9 10

23、01 2 0010 A 1010 3 0011 B 1011 4 0100 C 1100 5 0101 D 1101 6 0110 E 1110 7 0111 F 1111 例例1： （F3.A）H=(11110011.1010)B例例2（101100100111101.011）B=（593D.6）Hl 十進制與十六進制之間的互相轉換十進制與十六進制之間的互相轉換 十六進制十六進制 十進制：十進制： 按權威展開相加按權威展開相加 十進制十進制 十六進制：整數(shù)十六進制：整數(shù) 除十六取余除十六取余 小數(shù)小數(shù) 乘十六取整乘十六取整思考：轉換是否可以用不同的方法實現(xiàn)？思考：轉換是否可以用不同的方法實現(xiàn)

24、？明確明確3個概念的區(qū)別個概念的區(qū)別微處理器（微處理器（Microprocessor）一個大規(guī)模集成電路芯片一個大規(guī)模集成電路芯片內(nèi)含控制器、運算器和寄存器等內(nèi)含控制器、運算器和寄存器等微機中的核心芯片微機中的核心芯片微型計算機（微型計算機（Microcomputer）通常指微型計算機的硬件系統(tǒng)通常指微型計算機的硬件系統(tǒng)還有一般的說法：還有一般的說法：微機微機、微型機微型機微型計算機系統(tǒng)（微型計算機系統(tǒng)（Microcomputer system）指由硬件和軟件共同組成的完整的計算機系統(tǒng)指由硬件和軟件共同組成的完整的計算機系統(tǒng)返回返回Intel 80 x86CPU的地址線條數(shù)的地址線條數(shù)Inte

25、l 80 x86地址條數(shù)地址條數(shù)存儲容量存儲容量8086201MB8088201MB802862416MB80386Pentium 4324GB返回返回Intel 80 x86CPU的數(shù)據(jù)線位數(shù)的數(shù)據(jù)線位數(shù)Intel 80 x86數(shù)據(jù)位數(shù)數(shù)據(jù)位數(shù)80861680888802861680386Pentium 432返回返回三、二進制編碼三、二進制編碼一般微機采用一般微機采用TTL電子元件，使用電子元件，使用5V電源電源 通常規(guī)定通常規(guī)定: 0V0.3V 為為0 （低電平）（低電平） 2.7V5V 為為1 （ 高電平）高電平） 0.3V2.7V 為高阻（浮空）為高阻（浮空）l 計算機中所有的數(shù)字、

26、字母、符號、指令等必須計算機中所有的數(shù)字、字母、符號、指令等必須用固定的二進制數(shù)表示，這種方法叫二進制編碼用固定的二進制數(shù)表示，這種方法叫二進制編碼。1、二進制編碼的十進制數(shù)、二進制編碼的十進制數(shù) （BCD碼）常用碼）常用8421BCD碼碼 例例:（ 495.38 ）D = （010010010101.00111000 ）BCD2 、ASC碼碼 采用七位二進制編碼，可以表示采用七位二進制編碼，可以表示128個字符。個字符。 bit7作奇偶校驗位，在機器中表示時，常認為作奇偶校驗位，在機器中表示時，常認為“0”， 用一個字節(jié)（用一個字節(jié)（8位）表示一個位）表示一個ASC字符。字符。 常用的常用的

27、ASC字符：字符： 09 的的ASC碼碼30H39H AZ 的的ASC碼碼41H5AH az 的的ASC碼碼61H7AH3 3、BCDBCD碼運算時的修正碼運算時的修正l BCD碼在計算機內(nèi)運算時，運算器仍按碼在計算機內(nèi)運算時，運算器仍按二進制原則進行，則結果有偏差，我們要二進制原則進行，則結果有偏差，我們要求結果仍是正確的求結果仍是正確的BCD碼，則需要進行調(diào)碼，則需要進行調(diào)整。整。l 以加法為例說明以加法為例說明 ： 例例1： A=31 B=56 A+B=87 00110001 + 01010110 10000111 結果正確無需調(diào)整結果正確無需調(diào)整例例2： A=58 B=23 A+B=8

28、1 01011000 + 00100011 01111011 結果不正確需加結果不正確需加06H調(diào)整調(diào)整 + 00000110 10000001 得到正確結果得到正確結果例例3： A=49 B=78 A+B=127 01001001 + 01111000 11000001 結果不正確需加結果不正確需加66H調(diào)整調(diào)整 + 01100110 100100111 得到正確結果得到正確結果l 總之加法修整的方法是：總之加法修整的方法是： 低半字節(jié)大于低半字節(jié)大于9或向高半字節(jié)有進位（半進位），或向高半字節(jié)有進位（半進位），則加則加06H調(diào)整。調(diào)整。 高半字節(jié)大于高半字節(jié)大于9或有進位，則加或有進位，則

29、加60H調(diào)整。調(diào)整。 以上兩種情況交叉組合，則加以上兩種情況交叉組合，則加66H調(diào)整。調(diào)整。 l 同理，減法、乘法、除法分別由相應的調(diào)整方法。同理，減法、乘法、除法分別由相應的調(diào)整方法。l 在計算機中有專用指令完成調(diào)整。在計算機中有專用指令完成調(diào)整。3 計算機中數(shù)值的表示計算機中數(shù)值的表示一、一、8086中的三種數(shù)據(jù)中的三種數(shù)據(jù)1、無符號二進制數(shù)、無符號二進制數(shù) 8位位 數(shù)值范圍數(shù)值范圍 0255 16位位 數(shù)值范圍數(shù)值范圍 0655352、有符號的二進制數(shù)、有符號的二進制數(shù) S為符號位，其余為數(shù)值位（為符號位，其余為數(shù)值位（0或或1）。）。 8位位 數(shù)值范圍數(shù)值范圍 -128+127 16位

30、位 數(shù)值范圍數(shù)值范圍 -32768+32767S XXXXXXX3、BCD碼（只能在一個字節(jié)中表示，無符號）碼（只能在一個字節(jié)中表示，無符號） 兩種形式：兩種形式： 壓縮型壓縮型 數(shù)值范圍數(shù)值范圍 099 非壓縮型非壓縮型 數(shù)值范圍數(shù)值范圍 09十位十位個位個位D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D00個位個位D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0二、碼制（有符號數(shù)的表示方法）二、碼制（有符號數(shù)的表示方法）用二進制數(shù)的最高位表示符號用二進制數(shù)的最高位表示符號0為正，為正，1為負。為負。 常用三種表示法：原碼、反碼、補碼。常用三種表示法：原碼、反碼、補碼。 1、原碼表示法：、原碼表

31、示法： 定義定義：X原原= 0X X0 X原原= 2n-1-X X0 （n包括符號位在內(nèi)）包括符號位在內(nèi)） 例：例： X=105=1101001 X原原= 01101001 X=-105=-1101001 X原原= 11101001 利用定義求解利用定義求解 n=8 2n-1 =10000000 2n-1-X=10000000-（- 1101001） = 111010011 =20nxxx原l 原碼的特點：原碼的特點：l 在原碼中在原碼中0有兩種表示法有兩種表示法 +0原原=00H -0原原=80Hl 8位原碼表示數(shù)的范圍是位原碼表示數(shù)的范圍是 -127+127（FFH7FH）2、反碼表示法：

32、正數(shù)的反碼與原碼相同，負數(shù)的、反碼表示法：正數(shù)的反碼與原碼相同，負數(shù)的反碼是負數(shù)原碼符號位不變，其余位取反。反碼是負數(shù)原碼符號位不變，其余位取反。 定義：定義：X反反= 0X X0 X反反= 2n-1+X X0 （n包括符號位在內(nèi)）包括符號位在內(nèi)） 例例： X=+1011011 X反反= 01011011 X=-1011011 X反反= 10100100 利用定義求解利用定義求解 n=8 2n-1 =11111111 2n-1+X =11111111+（- 1011011） = 10100100l 反碼的特點：反碼的特點：l 在反碼中在反碼中0有兩種表示法有兩種表示法 +0反反=00H -0反

33、反=FFHl 8位反碼表示數(shù)的范圍是位反碼表示數(shù)的范圍是 -127+127（80H7FH）3、補碼表示法：正數(shù)的補碼與原碼相同，負數(shù)的、補碼表示法：正數(shù)的補碼與原碼相同，負數(shù)的補碼是反碼加補碼是反碼加1 。 定義：定義：X補補= 0X X0 X補補= 2n+X X0 （n包括符號位在內(nèi)）包括符號位在內(nèi)） 例：例： X=+1010011 X補補= 01010011 X=-1010011 X補補= 10101101 利用定義求解利用定義求解 n=8 2n =100000000 2n+X =100000000+（- 1010011）= 10101101l 補碼的特點：補碼的特點：l 在補碼中在補碼中

34、0的表示是唯一的的表示是唯一的 0補補=00Hl 8位補碼表示數(shù)的范圍是位補碼表示數(shù)的范圍是 -128+127（80H7FH）l 補碼中符號位可以和數(shù)值位一同參與運算。補碼中符號位可以和數(shù)值位一同參與運算。l 補碼可以將減法運算變?yōu)榧臃ㄟ\算。補碼可以將減法運算變?yōu)榧臃ㄟ\算。l 小結：原碼小結：原碼 正數(shù)正數(shù)0X 負數(shù)負數(shù)1X 反碼反碼 正數(shù)正數(shù)0X 負數(shù)負數(shù)1X 補碼補碼 正數(shù)正數(shù)0X 負數(shù)負數(shù)1X+1 （不必利用定（不必利用定義求）義求）原碼原碼反碼反碼補碼補碼真值真值取反取反加加1求補求補4、 補碼的應用補碼的應用l 補碼在運算時符號位與數(shù)值位同等對待，只要結補碼在運算時符號位與數(shù)值位同等

35、對待，只要結果不溢出，則結果是正確的（仍為補碼）。果不溢出，則結果是正確的（仍為補碼）。例：例：X=-1001110 =-78 Y=+1100011=99 X補補=10110010 Y補補=01100011 X+Y補補= X補補+ Y補補 = 10110010+ 01100011 =00010101 X+Y原原=00010101 X+Y=21 練習：練習： X=+78 Y=-99 求求 X+Y將減法變?yōu)榧臃ǎ梢院喕\算器的設計）將減法變?yōu)榧臃ǎ梢院喕\算器的設計）原理：在求補碼的過程中已經(jīng)作了減法（原理：在求補碼的過程中已經(jīng)作了減法（ 2 2n n是是n n位位二進制數(shù)的模）。二進制數(shù)的模

36、）。應用：應用：X=+65 Y=+10 X補補= X原原=01000001 -X補補=10111111 Y補補= Y原原=00001010 -Y補補=11110110l X+Y=75 X+Y補補=01001011=+75補補l X-Y=55 X-Y補補= X補補+ -Y補補= 01000001+ 1111011 =00110111=+55補補l Y-X=-55 Y-X補補= Y補補+ -X補補=11001001=-55補補4 簡易微型機的工作過程簡易微型機的工作過程一、基本結構：一、基本結構：CPU 總線總線 內(nèi)存內(nèi)存標標 志志寄存器寄存器地址總線地址總線 AB程程序序數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線

37、 DB控制總線控制總線 CB地地址址譯譯碼碼器器、指令指令1指令指令2指令指令3指令指令4、數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)3、指令寄存器指令寄存器數(shù)據(jù)暫存器數(shù)據(jù)暫存器控制電路控制電路指令譯碼器指令譯碼器地地址址寄寄存存器器PC程序程序計數(shù)器計數(shù)器寄存器組寄存器組累加器累加器A運運算算器器微操作發(fā)生器微操作發(fā)生器1 1、中央處理器的組成、中央處理器的組成中央處理器（中央處理器（CPUCPU）由運算器和控制器組成。）由運算器和控制器組成。l 運算器：計算機中加工和處理數(shù)據(jù)的功能部件。運算器：計算機中加工和處理數(shù)據(jù)的功能部件。功能功能: :（1 1）對數(shù)據(jù)進行加工處理，主要包括算術和）對數(shù)據(jù)進行加工處

38、理，主要包括算術和邏輯運算，如加、減、乘、與、或、非運算等。邏輯運算，如加、減、乘、與、或、非運算等。 （2 2）暫時存放參與運算的數(shù)據(jù)和中間結果。）暫時存放參與運算的數(shù)據(jù)和中間結果。主要包括：主要包括：ALUALU：算術邏輯單元：算術邏輯單元 進行算術、邏輯運算。進行算術、邏輯運算。 A A：累加寄存器：累加寄存器( (存放操作數(shù)或運算結果存放操作數(shù)或運算結果) )。 其它寄存器。其它寄存器。 F F：標志寄存器：標志寄存器 存放運算結果的標志（零、正負、存放運算結果的標志（零、正負、進位、溢出等）。進位、溢出等）。 l 控制器控制器 控制和指揮計算機內(nèi)各功能部件協(xié)調(diào)動作，完成控制和指揮計算

39、機內(nèi)各功能部件協(xié)調(diào)動作，完成計算機程序功能。計算機程序功能。（1 1）程序計數(shù)器（）程序計數(shù)器（PCPC）：存放將要取出的指令地）：存放將要取出的指令地 址，指令取出后，其內(nèi)容自動加址，指令取出后，其內(nèi)容自動加1 1。（2 2）指令寄存器（）指令寄存器（IRIR）：存放指令的操作碼。）：存放指令的操作碼。（3 3）指令譯碼器（）指令譯碼器（IDID）：將指令的操作碼翻譯成機）：將指令的操作碼翻譯成機器能識別的命令信號。器能識別的命令信號。（4 4）微操作控制信號發(fā)生器（）微操作控制信號發(fā)生器（PLAPLA）：產(chǎn)生一系）：產(chǎn)生一系 列微操作控制信號。列微操作控制信號。（5 5）地址寄存器（）地址

40、寄存器（ARAR）：存放操作數(shù)或結果單元的）：存放操作數(shù)或結果單元的地址。地址。2、存儲器的基本結構、存儲器的基本結構地址譯碼器、存儲單元、控制邏輯地址譯碼器、存儲單元、控制邏輯l 讀操作讀操作AR的內(nèi)容的內(nèi)容 地址總線地址總線 AB 地址譯碼器地址譯碼器 選通相應單元選通相應單元 存儲單元內(nèi)容存儲單元內(nèi)容 數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線 數(shù)據(jù)寄存器（數(shù)據(jù)寄存器（DR）l 寫操作寫操作AR的內(nèi)容的內(nèi)容 地址總線地址總線 AB 地址譯碼器地址譯碼器 數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線 相應的存儲單元相應的存儲單元3、執(zhí)行指令的過程、執(zhí)行指令的過程取指令、分析指令、執(zhí)行指令、存結果周而復始。取指令、分析指令、執(zhí)行指令、存結果周而

41、復始。4、微型計算機的工作過程、微型計算機的工作過程在進行計算前，應做如下工作：在進行計算前，應做如下工作：（1）用助記符號指令（匯編語言）編寫程序（源）用助記符號指令（匯編語言）編寫程序（源程序）；程序）；（2）用匯編軟件（匯編程序）將源程序匯編成計）用匯編軟件（匯編程序）將源程序匯編成計算機能識別的機器語言程序；算機能識別的機器語言程序；（3）將數(shù)據(jù)和程序通過輸入設備送入存儲器中存）將數(shù)據(jù)和程序通過輸入設備送入存儲器中存放。放。例：完成例：完成7+10=? 結果在結果在A中中 MOV A，07H /B0H 07H ；07送入累加器送入累加器A ADD A，0AH /04H 0AH ；10與

42、與A中內(nèi)容相加中內(nèi)容相加 結果在結果在A中中 HLT /F4H ； 暫停暫停00H01H02H03H04HB007040AF4取指令階段的執(zhí)行過程取指令階段的執(zhí)行過程（設程序從（設程序從00H開始存放）開始存放）（1）將程序計數(shù)器）將程序計數(shù)器PC的內(nèi)容送地址寄存的內(nèi)容送地址寄存AR。（2）程序計數(shù)器）程序計數(shù)器PC的內(nèi)容自動加的內(nèi)容自動加1變?yōu)樽優(yōu)?1H，為取，為取下一條指令作好準備。下一條指令作好準備。（3）地址寄存器）地址寄存器AR將將00H通過地址總線送至存儲通過地址總線送至存儲器地址譯碼器譯碼，選中器地址譯碼器譯碼，選中00H單元。單元。（4）CPU發(fā)出發(fā)出“讀讀”命令。命令。（5）

43、所選中的）所選中的00單元的內(nèi)容單元的內(nèi)容B0H讀至數(shù)據(jù)總線讀至數(shù)據(jù)總線DB上。上。（6）經(jīng)數(shù)據(jù)總線）經(jīng)數(shù)據(jù)總線DB，讀出的，讀出的B0H送至數(shù)據(jù)寄存器送至數(shù)據(jù)寄存器DR。（7）DR將其內(nèi)容送至指令寄存器將其內(nèi)容送至指令寄存器IR中，經(jīng)過譯碼中，經(jīng)過譯碼CPU“識別識別”出此操作碼為出此操作碼為“MOV A，07H”指令，指令，于是控制器發(fā)出執(zhí)行這條指令的控制命令。于是控制器發(fā)出執(zhí)行這條指令的控制命令。PCARALUABDRIRIDPLA01H100H200 B0H01 07H02 04H03 0AH04 F4H34讀命令讀命令B0H56B0H7控制信號控制信號（取第一條指令操作示意圖）（取第一條指令操作示意圖）執(zhí)行指令階段的執(zhí)行過程執(zhí)行指令階段的執(zhí)行過程：（1）將程序計數(shù)器（將程序計數(shù)器（PC）的內(nèi)容送地址寄存器）的內(nèi)容送地址寄存器AR。（2）程序計數(shù)器）程序計數(shù)器PC的內(nèi)容自動加的內(nèi)容自動加1變?yōu)樽優(yōu)?2H，為取，為取下一條指令作好準備。下一條指令作好準備。（3）地址寄存器）地址寄存器AR將將0