仁愛學院微機原理復習

微機原理與接口技術目錄第一章微機基礎知識第二章微處理器和系統(tǒng)結構第三章指令系統(tǒng)第四章匯編語言及其程序設計第五章存儲器及存儲器子系統(tǒng)第六章總線技術第七章中斷技術第八章接口技術微機基礎知識Logo4本章內容提要

微機的基本組成、特點計算機內的信息表示和運算＊進位計數制的表示及其轉換＊符號數和無符號數的表示及運算＊十進制數的二進制表示及運算＊邏輯變量的表示及運算＊文字在計算機內的表示2023/2/65微機的基本組成Logo6一、微機的硬件組成

主機輸入設備輸出設備思考：主機是由什么構成的？Logo7Logo8（1）電源：電源是電腦中不可缺少的供電設備，它的作用是將220V交流轉換為電腦中使用的5V，12V，3.3V直流電，其性能的好壞，直接影響到其他設備工作的穩(wěn)定性，進而會影響整機的穩(wěn)定性。（2）主板：主板是電腦中各個部件工作的一個平臺，它把電腦的各個部件緊密連接在一起，各個部件通過主板進行數據傳輸。也就是說，電腦中重要的“交通樞紐”都在主板上，它工作的穩(wěn)定性影響著整機工作的穩(wěn)定性。主板一般為矩形電路板，上面安裝了組成計算機的主要電路系統(tǒng)，一般有BIOS芯片、I/O控制芯片、鍵盤和面板控制開關接口、指示燈插接件、擴充插槽、主板及插卡的直流電源供電接插件等元件。Logo9（3）CPU：CPU(CentralProcessingUnit）即中央處理器，是一臺計算機的運算核心和控制核心。其功能主要是解釋計算機指令以及處理計算機軟件中的數據。CPU是決定電腦性能的核心部件，很多用戶都以它為標準來判斷電腦的檔次。（4）內存：內存又叫內部存儲器（RAM），特點是體積小，速度快，有電可存，無電清空，即電腦在開機狀態(tài)時內存中可存儲數據，關機后將自動清空其中的所有數據。（5）硬盤：硬盤屬于外部存儲器，由金屬磁片制成，而磁片有記功能，所以儲到磁片上的數據，不論在開機，還是并機，都不會丟失。硬盤容量很大，已達TB級。Logo10二、CPU的組成CPU由運算器、控制器、寄存器構成。運算器（ALU-ArithmeticLogicUnit）進行算術運算（加、減、乘、除與位）；進行邏輯運算（與、或、非、異或等）；

Logo11控制器（CTRL-Controller）

它是計算機的控制中心，發(fā)布與控制計算機工作的各種命令，協(xié)調計算機內部以及主機與外設工作的各種關系。

它有兩個主要功能：控制程序的運行；對不同的外部事件做出相應響應的能力。（這些外部事件是指：復位、停機、中斷請求、總線請求、總線周期延長等）

Logo12中央處理器：ALU+CTRL+REG陣列微處理器：就是微型計算機的CPU微控制器：MPU+MEM+I/O接口+BUS集成在一個芯片上，又稱單片機，即MCU

MCU+適當外設和相應的軟件，可構成微控制系統(tǒng)，用在自控、儀器儀表、通信設備、家電、兒童玩具等嵌入式應用領域。

ABDBCBCPU存儲器I/O接口Logo13三、微機系統(tǒng)微型計算機系統(tǒng)指由硬件、軟件組成的微機系統(tǒng)硬件：主機、外設、電源等軟件：操作系統(tǒng)、編譯程序、連接程序、調試程序、診斷程序、應用軟件、數據庫等。Logo14微機的軟件部分構成系統(tǒng)軟件操作系統(tǒng)：是常駐內存的軟件系統(tǒng)，包括系統(tǒng)資源管理，存儲器管理，I/O管理和驅動程序，任務管理，文件管理和程序庫。如DOS、WIN98、WINXP、VISTA、WIN7等。編譯軟件：為用戶開發(fā)的應用軟件提供有力的支持。如匯編程序、C/C++、BASIC的編譯程序、連接程序以及各種程序調試工具。其他程序：如系統(tǒng)診斷程序、故障定位程序以及系統(tǒng)配置程序等等。Logo15應用軟件用戶為實現給定的任務而編寫或選購的程序。只適用于給定環(huán)境的給定用途，且一般駐留在外部存儲器中，只有在運行時，才會調入內存。軟件和硬件是相輔相成的，缺一不可。硬件是物質基礎，軟件是計算機的靈魂。沒有硬件，軟件就失去了運行的基礎和指揮對象；沒有軟件，計算機就不能工作，其效能就不能充分發(fā)揮出來。2023/2/616微機的特點、應用及發(fā)展方向Logo17一、微處理器的發(fā)展1971.11，Intel公司第一枚微處理器芯片4004，4位機，它總共集成了2200個晶體管。1972年4月，Intel公司宣布另一種型號的微處理器8008研制成功。8位機。1975年1月，Motorola公司宣布推出它的8位微處理器6800。1979年，Intel公司推出了Intel8086/8088微處理器。1983年，Intel公司推出了Intel80286微處理器，它是完全16位微處理器1985年，Intel公司推出了Intel80386微處理器。（全32位處理器）1989年，Intel公司推出了Intel80486微處理器。（RISC）1993年3月，Intel公司推出了名為Pentium（經典奔騰）的微處理。（對外64位數據總線）1995年11月Intel公司又推出了PentiumPro（高能奔騰）。1997年1月，Intel公司又推出了PentiumMMX（多能奔騰）。1997年5月，Intel公司推出了PentiumⅡ（奔騰二代）1999年2月，Intel公司推出了PentiumⅢ（奔騰三代）2000年11月，Intel公司推出了Pentium4（奔騰四代）。2001年5月，Intel公司推出了64位微處理器Itanium。Logo18Intel4004Intel8008Motorola6800Intel8086Intel80286Intel80386Intel80486IntelPentiumIntelPentiumIIIntelPentiumIIIIntelPentiumIV

第一代1971年～1973年第二代1974年～1977年第三代1978年～1980年第四代1980年以后典型的微處理器芯片Intel4004Intel4040Intel8008Intel8080M6800Z-80Intel8086/8088M68000Intel80X86M68020Z-80000字長（位）4/881616/32集成度（晶體管數/芯片）1000～20005000～900020000～70000>100000時鐘頻率（MHZ）0.5～0.81～45～10>10數據總線寬度（位）4/881616/32地址總線寬度（位）4～8820～2424～32存儲容量≤16KB實存≤64KB實存≤1MB實存≤4GB實存和64GB虛存指令執(zhí)行時間（s）10～151～2<1<0.125軟件水平機器語言匯編語言匯編語言高級語言操作系統(tǒng)匯編語言高級語言操作系統(tǒng)匯編語言高級語言部分軟件硬化Logo20二、微機特點運算速度快（每秒幾兆條指令到幾千兆條指令或每秒幾十億次運算。MIPS（106），GIPS（109））處理能力強（如各種管理、計算、決策）能連續(xù)不間斷地工作（多任務、高效、高質量）能干幾乎所有的工作Logo21三、應用各行各業(yè)，無所不用科技、生產、學習、日常生活等各個方面Logo22四、發(fā)展方向性能：運行速度不斷提高，處理器字長不斷增加（摩爾定律指出，每18個月計算機的運算速度就大體提高一倍，而價格則大約降低一半）功能：支持多媒體技術，并與網絡技術全面結合體系結構：向多處理器和網絡化過渡；向以通信為中心的體系結構發(fā)展；由馮.諾依曼體系結構向數據流結構發(fā)展可用性：從面向過程的機制向面向對象的機制轉變，向智能化方向發(fā)展制造工藝：向超高集成度發(fā)展，制造光集成芯片、生物芯片，設計超導、量子、生物、光計算機2023/2/623計算機運算基礎Logo24一、進位計數制計算機中全部信息（包括指令和數據）都是采用二進制數，為了書寫方便，又經常采用十六進制。而人們在日常生活中又廣泛采用十進制。二進、十六進、十進制都是進位計數制。Logo25十進計數制5188.888

10+310-3該數中有5位都是8，但由于其位置不同，其值也不同，即“位值”不同。該數可看成兩部分組成：

數字值如5，1，8

位值（權值），隱含著，如10-3上面的十進數可表示為：5188.888=1035+1021+1018+1008+10-18+10-28+10-38

對于有n位整數和m位小數的十進制數N可表示為：

n-1N=di

10ii=-mLogo26十進制數有如下特點每位數字di可取0，1，2，3,…,9十個值之一；逢10進1，即每位達到10向高位進1，本位回0，相鄰高位的權值是本位權值的10倍。對于任意R進制表示的數N，可寫成n-1N=di

Rii=-m其中:di可取0，1，2，…，R-1個值之一；逢R進1（R為進位計數制的基數（Radix))；R是大于或等于2的整數，Ri稱為di的權值或位值。

Logo27當R=10為十進制數（Decimal，書寫后綴D或省略）當R=2為二進制數（Binary，書寫后綴B）當R=3為三進制數（Trinary，書寫后綴T）當R=8為八進制數（Octal，書寫后綴O或Q）當R=16為十六進制數（Hexa-decimal,書寫后綴H）Logo28特點：①只有兩個數字符號0，1②逢2進1

計算機中廣泛采用二進制的原因

容易實現，每位只取兩個值，易用兩個邏輯狀態(tài)的器件表示；運算規(guī)則簡單，只有三種運算（0和0、0和1、1和1）；工作可靠，不同狀態(tài)之間的轉換是質變而非量變；電路設計可借助布爾代數進行設計。

222–22.二進計數制101.11Logo29八進制和十六進制

八進制每位可取0，1，2，…，7八個值之一，逢八進一。十六進制每位可取0，1，2，…，9，A,B,…F十六個值之一，逢十六進一，大于9的數字借助于字母A~F表示。在編程時，為了書寫方便，常用十六進制表示。Logo30二、進位計數制間的轉換例1.二進制

→八進、十六進制

10100101.0001B=245.04Q=A5.1H例2.十六進制→二進制；十六進制→十進制ABCF.587H=1010101111001111.010110000111BA5.1H=10161+5160+116-1=160+5+0.0625=165.0625一位八進制數對應3位2進制數一位十六進制數對應4位2進制數Logo31二、進位計數制間的轉換P進制數N→R進制數通常把N分為整數與小數部分分別轉換

1、整數部分轉換

①把R表示成P進制數②對P進制數N按P進制作除R取余方法進行例1.把八進制數N=303Q表示成十進制數（P=八進數，R=十進數）解：①把R=10表示成八進數為12Q②對N=303Q按八進制作除12Q取余運算Logo3212Q303Q23Q2443365QD0=5余數12Q23Q1Q1211QD1=9余數12Q1Q0Q01Q

D2=1余數303Q=195D上述除法與十進制除法沒有什么不同。每次除12Q之后取余數，而商再除以12Q，直到商為0停止。高位低位Logo33

例2.把10進制數29轉換成二進制數解：①由于2是十進制數集內之數，不必作變換；②對于N=29D作除2取余運算。

29214余數1（B0

）

72232120余數0（B1

）余數1（B2

）余數1（B3

）余數1（B4

）

∴29D=11101B

Logo34二、進位計數制間的轉換2.小數部分的轉換

P進制純小數→轉換為R進制小數用乘R取整

①把R表示成P進制數②把數N按P進制乘R取整例1把0.625轉換成二進制數解：①二進制數（0，1）都在十進制數內②把0.625乘2取整0.625×2———1.250b-1=1

0.25×2———0.50b-2=00.5×2———1.0b-3=1

0.625=0.101B高位低位Logo35三、無符號數的表示與運算加法運算

（若運算器為8位）例1.計算78H+87H=FFH例2.計算78H+98H=10H說明：

因為是8位運算器，例2的結果就溢出了，原因是結果只能存放8位數。為了表示最高位的進位，計算機中可用一個進位標志CF（CarryFlag）=1來表示（若把CF=1考慮在內，結果為110H，這樣結果就正確了）。Logo36三、無符號數的表示與運算減法運算

（若運算器為8位）

例1.計算78H-87H=F1H例2.計算A8H-98H=10H說明：因為是8位運算器，例1的結果就是錯誤的了，原因是高位有借位。為了表示最高位的借位，計算機中可用一個借位標志BW（BorrowFlag）=1來表示（通常計算機中把CF與BW用同一標志來指示）。Logo37四、符號數的表示與運算計算機中的符號數也是用二進制數表示和運算的。數值與符號都是用二進制數表示。一般規(guī)定，0表示正號，1表示負號，約定在數的最高位表示符號位。符號數通常有三種機器碼表示法。即原碼、反碼和補碼。Logo38四、符號數的表示與運算（續(xù)）原碼表示（1）定義

[x]原=

X(X>=0)2N-1–X(X<=0)表示范圍:(–2N-1+1）~（+2N-1–1）4位二進制原碼表示的整數范圍為：–7~+78位二進制原碼表示的整數范圍為：–127~+127（2）舉例用八位二進數寫出X=+32和Y=–32的原碼表示如下[X]原=00100000B=20H[Y]原=10100000B=A0H符號位數值符號位數值X(X>=0)2N-1–X(X<=0)Logo39四、符號數的表示與運算（續(xù)）（3）0的原碼有兩種表示[+0]原=00000000B[–0]原=10000000B原碼表示簡單直觀，但運算時符號位與數值位要區(qū)別對待，不宜作加減運算。

例1：[X]原+[Y]原=20H+A0H=C0H=11000000B顯然是錯誤的結果。因為兩個數異號應做減法，所得的結果的符號就取決于絕對值大的數的符號。Logo40四、符號數的表示與運算（續(xù)）反碼表示與運算（1）定義[X]反=

X(X>=0)

(2N–1)+X(X<=0)（2）舉例：用八位二進制數寫出X=+32與Y=–32的反碼表示

[X]反=00100000B（正數的反碼是其自身）

[Y]反=11011111B(負數的反碼是其對應正數求反）Logo41四、符號數的表示與運算（續(xù)）

（3）0的反碼有兩種表示[+0]反=00000000B[–0]反=11111111B

N位反碼可表示的整數范圍為：–（2N-1–1）~（2N-1–1）8位二進制反碼表示范圍：–127~+127（4）反碼運算規(guī)則[X+Y]反=[X]反+[Y]反+循環(huán)進位[X–Y]反=[X]反+[–Y]反+循環(huán)進位例1.用反碼計算33-32=？33的反碼為(00100001B=21H)-32的反碼為對32求反（對00100000B求反=11011111=DFH)21H00+.D.FH+1（循環(huán)進位）

0001Logo42四、符號數的表示與運算（續(xù)）反碼宜作加、減運算，但一次加法要通過兩次加法運算來完成，降低了計算機的運算速度。計算機中常用補碼表示符號數。補碼表示與運算（1）定義[X]補=X（X>=0）2N+X（X<=0

補碼的求法：

根據定義，正數的補碼是其自身；負數的補碼是其對應的正數（連同符號位）求反加1得到。Logo43四、符號數的表示與運算（續(xù)）（2）舉例用八位二進制數寫出X=+32和Y=–32的補碼表示[X]補=00100000B[Y]補=11100000B（對應正數32=20H求反加1）求負數的補碼有兩種方法

其一是：對應正數求反加1

其二是：模數–對應的正數（如[Y]補=100H-20H=E0H)（3）0的補碼只有一種表示

[+0]補=00000000B[-0]補=11111111+1=00000000BN位二進制補碼表示的整數范圍為：-2N~2N-1-1N=8時，表示范圍：-128~+127N=16時，表示范圍：-32768~+32767

Logo44四、符號數的表示與運算（續(xù)）（4）補碼的運算規(guī)則

[X+Y]補=[X]補+[Y]補[X–Y]補=[X]補+[–Y]補用補碼可以很方便的進行符號數的加減運算

例1若X=65，Y=-66，用補碼計算X+Y=?

Logo45四、符號數的表示與運算用補碼進行加減運算比反碼省去了循環(huán)進位的修正運算，所以運算速度提高了。一般計算機中的符號數，均指用補碼表示的數。利用補碼，連同符號位一起，按無符號數進行加減，簡化了運算器的設計。在計算機中，減法運算是通過求負數的補碼，而進行加法運算。Logo46四、符號數的表示與運算符號數運算溢出的判別方法若運算結果超出了結果單元所能表達的范圍就產生溢出。S或N（Sign或Negative）符號標志，反映運算結果的符號位。

加減運算產生的溢出無法從結果中看出，必須用專門的信息位來表示。在CPU中，稱為Flag寄存器，由于這些標志決定了程序分支的條件，也稱為條件碼（CC:ConditionCode）。CPU常設的標志有：

C（Carry)進位標志，運算結果的最高位產生進位或借位。

O或V（OVerflow）溢出標志，反映符號數運算結果是否產生溢出。

Z（Zero）零標志，反映運算結果是否為0。C與O是兩個不同性質的標志，前者反映運算結果有無進（借）位，后者反映運算結果有無溢出。Logo47四、符號數的表示與運算下列幾種情況，符號數運算時會產生溢出

?正+正=負（正溢出）?負+負=正（負溢出）?正–負=負（正溢出）?負–正=正（負溢出）值得指出的是：計算機在進行運算時，對參與運算的數并不知道是無符號數或帶符號數，所以它在運算后對4個標志都會置位，只有程序員知道參與運算的數是符號數或無符號數。在計算機中，OF置位是根據次高位和最高位的進位的異或判別的。即OF=C7⊕

C6Logo48四、符號數的表示與運算運算舉例

Logo49

運算舉例例3X=30H，Y=40H，求X+Y=?并判斷標志位。

30HCF=0(無進位）+40HSF=0（為正數）ˉˉˉˉˉˉˉˉOF=0（沒溢出）（即無進位又無溢出）70HZF=0（結果不為0）例4X=80H，Y=80H，求X+Y=?并判斷標志位。

80HCF=1(有進位）+.80HSF=0（為正數）ˉˉˉˉˉˉˉˉOF=1（有溢出）（即有溢出又有進位）00HZF=1（結果為0）四、符號數的表示與運算Logo50五、十進制數的二進制表示與運算表示方法—BCD碼（BinaryCodedDecimal）

要表示一位十進制數，至少要用4位二進制數，常用下面兩種表示方法：

壓縮的（組合的）BCD碼：一個字節(jié)表示兩位BCD碼。

非壓縮（非組合）的BCD碼：一個字節(jié)表示一位BCD碼，高4位為0。運算方法

由于BCD碼需10種4位二進制編碼0000~1001，還有6種碼1010~1111是非法編碼。若出現非法編碼，所得的結果就要修正。計算機內十進制數（BCD碼）運算仍采用二進制加法器來實現。Logo51五、十進制數的二進制表示與運算BCD碼運算（加法）

例1若X、Y為十進制數，X=38，Y=57，計算X+Y=?38BCD碼中沒有字母，結果中的F(1111)為非法碼，+57應在該位加6修正，以強迫其進位。

8F+0

695

例2若X=28，Y=79，計算X+Y=?28+79

A1因為低4位有進位（AF=1）+66高4位A>9，所以+66107Logo52五、十進制數的二進制表示與運算（續(xù)）BCD碼運算（減法）

例3若X、Y為十進制數，X=75，Y=26，計算X-Y=?7`5BCD碼中沒有字母，結果中的F(1111)為非法碼，-26應在該位-6修正，使借高位的數得到修正。

例4X=30，Y=42，計算X-Y=?`3`0-42EE因為低4位有借位（AF=1）

-66高4位也有借位（CF=1）

88所以–66修正

4F-0

649Logo53五、十進制數的二進制表示與運算（續(xù)）BCD碼加法修正原則是：①若運算結果低位大于9或AF（半進位）=1，則結果+06；②若運算結果高位大于9或CF（進位）=1，則結果+60;③若①②都滿足時，則結果+66。BCD碼減法修正原則是：①若運算結果低位大于9或AF（半借位）=1，則結果-06；②若運算結果高位大于9或CF（借位）=1，則結果-60;③若①②都滿足時，則結果-66。說明：微機的CPU中都有專門的十進制運算調整部件DAA，還設有專門的十進制加減運算調整指令DAA與DAS等。Logo54六、邏輯變量的表示與運算邏輯變量

只有兩個值，“真”或“假”，1bit可以表示一個邏輯變量。若“1”表示“真”，“0”表示”假”