微機(jī)原理01-08基礎(chǔ)知識(shí)

微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)——馮博琴理學(xué)院代月明2011.8微機(jī)

原理及接口

技術(shù)課程

介紹典型機(jī)型：IBMPC系列機(jī)基本系統(tǒng)：8088CPU和半導(dǎo)體存儲(chǔ)器I/O接口電路及與外設(shè)的連接硬件－－接口電路原理軟件－－接口編程方法專(zhuān)業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課硬件系列課程之一計(jì)算機(jī)組成原理微機(jī)原理及接口技術(shù)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)指定選修課以技術(shù)為主面向應(yīng)用軟硬件相結(jié)合課程

特點(diǎn)區(qū)別先修課程數(shù)字邏輯提供硬件基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)組成原理確立計(jì)算機(jī)部件功能掌握計(jì)算機(jī)工作原理匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)建立必備軟件基礎(chǔ)掌握指令系統(tǒng)、程序格式先修

課程學(xué)習(xí)方法很重要復(fù)習(xí)并掌握先修課的有關(guān)內(nèi)容課堂：聽(tīng)講與理解、適當(dāng)筆記課后：認(rèn)真讀書(shū)、完成作業(yè)實(shí)驗(yàn)：充分準(zhǔn)備、勇于實(shí)踐總成績(jī)＝考試成績(jī)＋實(shí)驗(yàn)成績(jī)＋平時(shí)成績(jī)學(xué)習(xí)

方法學(xué)習(xí)資源要利用微機(jī)原理遠(yuǎn)程教學(xué)0/caicomputer/馮博琴，微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)，北京：清華大學(xué)出版社，2002.2鄒逢興，微型計(jì)算機(jī)接口原理與技術(shù)，長(zhǎng)沙：國(guó)防科技大學(xué)出版社，1993韓雁，微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)，北京：電子工業(yè)出版社，2005.1學(xué)習(xí)

資源第1章基礎(chǔ)知識(shí)1.1概述1.2計(jì)算機(jī)中的數(shù)制1.3無(wú)符號(hào)二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算1.4帶符號(hào)二進(jìn)制數(shù)的表示及運(yùn)算1.5二進(jìn)制編碼1.6常用術(shù)語(yǔ)解釋1.1微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展1946年，世界上出現(xiàn)第一臺(tái)數(shù)字式電子計(jì)算機(jī)ENIAC（電子數(shù)據(jù)和計(jì)算器）發(fā)展到以大規(guī)模集成電路為主要部件的第四代，產(chǎn)生了微型計(jì)算機(jī)1971年，Intel公司設(shè)計(jì)了世界上第一個(gè)微處理器芯片Intel4004，開(kāi)創(chuàng)了一個(gè)全新的計(jì)算機(jī)時(shí)代1.1微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展第1代：4位和低檔8位微機(jī)4004→4040→8008第2代：中高檔8位微機(jī)Z80、I8085、M6800，Apple-II微機(jī)第3代：16位微機(jī)8086→8088→80286，IBMPC系列機(jī)1.1微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展第4代：32位微機(jī)80386→80486→Pentium→PentiumII→PentiumIII→Pentium432位PC機(jī)、Macintosh機(jī)、PS/2機(jī)第5代：64位微機(jī)Itanium、64位RISC微處理器芯片微機(jī)服務(wù)器、工程工作站、圖形工作站1.2計(jì)算機(jī)中的數(shù)制1.2.1常用記數(shù)制1.二進(jìn)制B：0～1逢二進(jìn)位，兩個(gè)計(jì)數(shù)符號(hào)0、1，稱(chēng)為bit（比特）2.十進(jìn)制D：0～9逢十進(jìn)位3.十六進(jìn)制H：0～9、A～F

逢十六進(jìn)位4.其它進(jìn)制數(shù)電平的高低電路的通斷電子開(kāi)關(guān)的開(kāi)與關(guān)1.2.2各種數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換非十進(jìn)制數(shù)十進(jìn)制數(shù)十進(jìn)制數(shù)非十進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)十六進(jìn)制數(shù)1.2計(jì)算機(jī)中的數(shù)制按權(quán)表達(dá)式展開(kāi)除基數(shù)取余乘基數(shù)取整1位十六進(jìn)制數(shù)相當(dāng)于4位二進(jìn)制數(shù)1.3無(wú)符號(hào)二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)、邏輯運(yùn)算1.3.1二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)、邏輯運(yùn)算

加法運(yùn)算算術(shù)運(yùn)算減法運(yùn)算邏輯運(yùn)算乘法運(yùn)算除法運(yùn)算

與運(yùn)算∧或運(yùn)算∨非運(yùn)算￣

異或運(yùn)算⊕算術(shù)、邏輯運(yùn)算加、減、乘、除不介紹了，參考書(shū)上內(nèi)容。

`與`運(yùn)算：例：11001000

∧10110101 10000000

`或`運(yùn)算：例：

11001000

∨1011010111111101邏輯運(yùn)算`異或`運(yùn)算：例：11001000

⊕10110101 01111101對(duì)十六進(jìn)制加、減運(yùn)算，可直接進(jìn)行

例：06B3H

+3D25H 43D8H1.3.2無(wú)符號(hào)數(shù)的表示范圍1.無(wú)符號(hào)二進(jìn)制數(shù)的表示范圍0≤X≤2n-12.無(wú)符號(hào)二進(jìn)制數(shù)的溢出問(wèn)題

令無(wú)符號(hào)二進(jìn)制數(shù)加法或減法中最高有效位Di的進(jìn)（借）位為Ci，則兩個(gè)無(wú)符號(hào)二進(jìn)制數(shù)相加或相減時(shí)，若最高有效位Di產(chǎn)生進(jìn)位或借位，即Ci=1，則產(chǎn)生溢出。1.3.4基本邏輯門(mén)及常用邏輯部件

與門(mén)

Y=A∧B

或門(mén)

Y=A∨B

非門(mén)

Y=

與非門(mén)

Y=

或非門(mén)

Y=

譯碼器

1.4帶符號(hào)二進(jìn)制數(shù)的表示及運(yùn)算

計(jì)算機(jī)在處理實(shí)際問(wèn)題時(shí)遇到的帶符數(shù)，數(shù)據(jù)的“+”號(hào)和“-”號(hào)在計(jì)算機(jī)內(nèi)也是用二進(jìn)制位表示，用最高有效位來(lái)表示數(shù)的符號(hào)。

“0”表示正，

“1”表示負(fù)。例如：N1=+101,1011N2=-101,1011機(jī)內(nèi)表示：N1=0101,1011N2=1101,1011定義：將已經(jīng)數(shù)值化了的帶符號(hào)數(shù)稱(chēng)為機(jī)器數(shù)，而把原來(lái)的數(shù)稱(chēng)為機(jī)器數(shù)的真值。機(jī)器數(shù)與真值

1.4.1帶符號(hào)數(shù)的表示方法：原碼、反碼、補(bǔ)碼

1.4.2真值與補(bǔ)碼之間的轉(zhuǎn)換

1.4.3補(bǔ)碼的運(yùn)算

1.4.4帶符號(hào)數(shù)運(yùn)算時(shí)的溢出問(wèn)題1.4帶符號(hào)二進(jìn)制數(shù)的表示及運(yùn)算1、原碼表示法數(shù)據(jù)的最高位用來(lái)表示符號(hào)，稱(chēng)為符號(hào)位，符號(hào)位為0表示正數(shù)，符號(hào)位為1表示負(fù)數(shù)；其余位為數(shù)值位，用數(shù)據(jù)的絕對(duì)值表示。舉例：(1)X=+85,[X]原=01010101(2)X=-

85,[X]原=11010101(3)對(duì)于零:0有兩種表示形式

[+0]原=00000000[-0]原=10000000[X]原數(shù)值符號(hào)2、反碼表示法在反碼表示中，仍用0表示正數(shù)，1表示負(fù)數(shù)。X=正數(shù)，[X]反=[X]原；X=負(fù)數(shù)，[X]反=X符號(hào)位為1，其余各位按位取反。舉例：(1)X=+85,[X]反=01010101(2)X=-85,[X]反=10101010(3)對(duì)于零:0有兩種表示形式

[+0]反=00000000，[-0]反=11111111

[X]反在補(bǔ)碼表示中，仍用0表示正數(shù)，1表示負(fù)數(shù)。[X]=正數(shù)，[X]補(bǔ)=[X]原；[X]=負(fù)數(shù)，[X]補(bǔ)=X符號(hào)位為1，其余各位按位取反加1。舉例：(1)X=+85,[X]補(bǔ)=01010101(2)X=-85,[X]補(bǔ)=10101011(3)對(duì)于零:0只有一種表示形式

[0]補(bǔ)=00000000

3、補(bǔ)碼表示法[X]補(bǔ)補(bǔ)碼運(yùn)算X=負(fù)數(shù)，[X]補(bǔ)=2n-|X|

式中2n

為模，n為位數(shù)例：X=-100,0100 設(shè)n=8[X]補(bǔ)=28-100,0100=1011,1100

100000000←28

-100010010111100補(bǔ)碼運(yùn)算為避免做減法，可寫(xiě)成：[X]補(bǔ)=28-1000100=11111111+1-1000100=（11111111-1000100）+1=[X]反+1

對(duì)正數(shù):[X]補(bǔ)=[X]原

對(duì)負(fù)數(shù)按定義：[X]補(bǔ)=[X]反+1

[-2]補(bǔ)=[-0000010]補(bǔ)

=11111101+1=11111110

[-127]補(bǔ)=[-1111111]補(bǔ)

=10000000+1=10000001[-0]補(bǔ)=[-0000000]補(bǔ)

=11111111+1=00000000（最高位舍掉）補(bǔ)碼運(yùn)算

補(bǔ)碼→真值

[X]補(bǔ)=00101110 為正數(shù)

真值X=+0101110=+46

[X]補(bǔ)=11010010 為負(fù)數(shù)

真值X=-（[X]補(bǔ)包括符號(hào)位求反加1）

X=-001,0101+1=-0010,1110(-46)1.4.2真值與補(bǔ)碼之間的轉(zhuǎn)換若機(jī)器字長(zhǎng)為16位，寫(xiě)出X=-46D的補(bǔ)碼。先寫(xiě)出8位[-46]補(bǔ)=11010010再進(jìn)行符號(hào)擴(kuò)展，擴(kuò)展方法為：正數(shù)在高8位補(bǔ)0，負(fù)數(shù)在高8位補(bǔ)1故[-46]補(bǔ)=11111111

11010010=FFD2H若本身是一個(gè)16位負(fù)數(shù)，可按[X]反+1求。8位補(bǔ)碼中的一個(gè)特殊數(shù)：

10000000在補(bǔ)碼中定義為-128補(bǔ)碼運(yùn)算1.4.3補(bǔ)碼的運(yùn)算

運(yùn)算規(guī)則：[X+Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)+[Y]補(bǔ)[X-Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)-[Y]補(bǔ)[X-Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)+[-Y]補(bǔ)補(bǔ)碼的運(yùn)算補(bǔ)碼運(yùn)算好處：將減法運(yùn)算變成加法運(yùn)算（∵運(yùn)算器只有加法器）例：96-20=？

01100000 ←[+96]補(bǔ)

+11101100←[-20]補(bǔ)

101001100→76

[-20]補(bǔ)=[-0010100]

自然丟失=11101011+11、帶符號(hào)數(shù)的表示范圍對(duì)8位數(shù)： （1）無(wú)符號(hào)數(shù) 0～255

（2）有符號(hào)數(shù)原碼：最小 11111111→-127

最大 01111111→+127

00000000→+010000000→-01.4.4帶符號(hào)數(shù)運(yùn)算時(shí)的溢出反碼：最小10000000→-127

最大01111111→+12700000000→+011111111→-0補(bǔ)碼：最小10000000→-128

最大01111111→+12700000000→±0以后學(xué)習(xí)中，談到有符號(hào)數(shù)，均指的是補(bǔ)碼，其運(yùn)算結(jié)果也是補(bǔ)碼1.4.4帶符號(hào)數(shù)運(yùn)算時(shí)的溢出2、帶符號(hào)數(shù)運(yùn)算時(shí)的溢出判斷定義：運(yùn)算值超出其表示范圍-2n-1≤X＜2n+1。溢出條件：同號(hào)數(shù)相加/異號(hào)數(shù)相減，可能產(chǎn)生溢出。若8位二進(jìn)制數(shù)，D6、D7

位產(chǎn)生的進(jìn)位或借位分別為C6、C7，則V=C7⊕C6=1，結(jié)果溢出。溢出判別：溢出標(biāo)志V=1有溢出V=0無(wú)溢出01100011C7C61.5二進(jìn)制編碼1、二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制數(shù)---BCD碼、二-十進(jìn)制碼、8421碼計(jì)算機(jī)中采用二進(jìn)制，運(yùn)算規(guī)律簡(jiǎn)單，但不直觀例：00111010B=？采用二進(jìn)制數(shù)對(duì)十進(jìn)制數(shù)編碼：(參見(jiàn)P23表1-9）

0000→0

0001→1

┇1001→9每一位十進(jìn)制數(shù)用四位二進(jìn)制編