微機原理01-08基礎知識

微型計算機原理與接口技術——馮博琴理學院代月明2011.8微機

原理及接口

技術課程

介紹典型機型：IBMPC系列機基本系統：8088CPU和半導體存儲器I/O接口電路及與外設的連接硬件－－接口電路原理軟件－－接口編程方法專業(yè)技術基礎課硬件系列課程之一計算機組成原理微機原理及接口技術計算機體系結構指定選修課以技術為主面向應用軟硬件相結合課程

特點區(qū)別先修課程數字邏輯提供硬件基礎計算機組成原理確立計算機部件功能掌握計算機工作原理匯編語言程序設計建立必備軟件基礎掌握指令系統、程序格式先修

課程學習方法很重要復習并掌握先修課的有關內容課堂：聽講與理解、適當筆記課后：認真讀書、完成作業(yè)實驗：充分準備、勇于實踐總成績＝考試成績＋實驗成績＋平時成績學習

方法學習資源要利用微機原理遠程教學0/caicomputer/馮博琴，微型計算機原理與接口技術，北京：清華大學出版社，2002.2鄒逢興，微型計算機接口原理與技術，長沙：國防科技大學出版社，1993韓雁，微型計算機原理與接口技術，北京：電子工業(yè)出版社，2005.1學習

資源第1章基礎知識1.1概述1.2計算機中的數制1.3無符號二進制數的算術運算和邏輯運算1.4帶符號二進制數的表示及運算1.5二進制編碼1.6常用術語解釋1.1微型計算機的發(fā)展1946年，世界上出現第一臺數字式電子計算機ENIAC（電子數據和計算器）發(fā)展到以大規(guī)模集成電路為主要部件的第四代，產生了微型計算機1971年，Intel公司設計了世界上第一個微處理器芯片Intel4004，開創(chuàng)了一個全新的計算機時代1.1微型計算機的發(fā)展第1代：4位和低檔8位微機4004→4040→8008第2代：中高檔8位微機Z80、I8085、M6800，Apple-II微機第3代：16位微機8086→8088→80286，IBMPC系列機1.1微型計算機的發(fā)展第4代：32位微機80386→80486→Pentium→PentiumII→PentiumIII→Pentium432位PC機、Macintosh機、PS/2機第5代：64位微機Itanium、64位RISC微處理器芯片微機服務器、工程工作站、圖形工作站1.2計算機中的數制1.2.1常用記數制1.二進制B：0～1逢二進位，兩個計數符號0、1，稱為bit（比特）2.十進制D：0～9逢十進位3.十六進制H：0～9、A～F

逢十六進位4.其它進制數電平的高低電路的通斷電子開關的開與關1.2.2各種數制之間的轉換非十進制數十進制數十進制數非十進制數二進制數十六進制數1.2計算機中的數制按權表達式展開除基數取余乘基數取整1位十六進制數相當于4位二進制數1.3無符號二進制數的算術、邏輯運算1.3.1二進制數的算術、邏輯運算

加法運算算術運算減法運算邏輯運算乘法運算除法運算

與運算∧或運算∨非運算￣

異或運算⊕算術、邏輯運算加、減、乘、除不介紹了，參考書上內容。

`與`運算：例：11001000

∧10110101 10000000

`或`運算：例：

11001000

∨1011010111111101邏輯運算`異或`運算：例：11001000

⊕10110101 01111101對十六進制加、減運算，可直接進行

例：06B3H

+3D25H 43D8H1.3.2無符號數的表示范圍1.無符號二進制數的表示范圍0≤X≤2n-12.無符號二進制數的溢出問題

令無符號二進制數加法或減法中最高有效位Di的進（借）位為Ci，則兩個無符號二進制數相加或相減時，若最高有效位Di產生進位或借位，即Ci=1，則產生溢出。1.3.4基本邏輯門及常用邏輯部件

與門

Y=A∧B

或門

Y=A∨B

非門

Y=

與非門

Y=

或非門

Y=

譯碼器

1.4帶符號二進制數的表示及運算

計算機在處理實際問題時遇到的帶符數，數據的“+”號和“-”號在計算機內也是用二進制位表示，用最高有效位來表示數的符號。

“0”表示正，

“1”表示負。例如：N1=+101,1011N2=-101,1011機內表示：N1=0101,1011N2=1101,1011定義：將已經數值化了的帶符號數稱為機器數，而把原來的數稱為機器數的真值。機器數與真值

1.4.1帶符號數的表示方法：原碼、反碼、補碼

1.4.2真值與補碼之間的轉換

1.4.3補碼的運算

1.4.4帶符號數運算時的溢出問題1.4帶符號二進制數的表示及運算1、原碼表示法數據的最高位用來表示符號，稱為符號位，符號位為0表示正數，符號位為1表示負數；其余位為數值位，用數據的絕對值表示。舉例：(1)X=+85,[X]原=01010101(2)X=-

85,[X]原=11010101(3)對于零:0有兩種表示形式

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

[+0]反=00000000，[-0]反=11111111

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

[0]補=00000000

3、補碼表示法[X]補補碼運算X=負數，[X]補=2n-|X|

式中2n

為模，n為位數例：X=-100,0100 設n=8[X]補=28-100,0100=1011,1100

100000000←28

-100010010111100補碼運算為避免做減法，可寫成：[X]補=28-1000100=11111111+1-1000100=（11111111-1000100）+1=[X]反+1

對正數:[X]補=[X]原

對負數按定義：[X]補=[X]反+1

[-2]補=[-0000010]補

=11111101+1=11111110

[-127]補=[-1111111]補

=10000000+1=10000001[-0]補=[-0000000]補

=11111111+1=00000000（最高位舍掉）補碼運算

補碼→真值

[X]補=00101110 為正數

真值X=+0101110=+46

[X]補=11010010 為負數

真值X=-（[X]補包括符號位求反加1）

X=-001,0101+1=-0010,1110(-46)1.4.2真值與補碼之間的轉換若機器字長為16位，寫出X=-46D的補碼。先寫出8位[-46]補=11010010再進行符號擴展，擴展方法為：正數在高8位補0，負數在高8位補1故[-46]補=11111111

11010010=FFD2H若本身是一個16位負數，可按[X]反+1求。8位補碼中的一個特殊數：

10000000在補碼中定義為-128補碼運算1.4.3補碼的運算

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

01100000 ←[+96]補

+11101100←[-20]補

101001100→76

[-20]補=[-0010100]

自然丟失=11101011+11、帶符號數的表示范圍對8位數： （1）無符號數 0～255

（2）有符號數原碼：最小 11111111→-127

最大 01111111→+127

00000000→+010000000→-01.4.4帶符號數運算時的溢出反碼：最小10000000→-127

最大01111111→+12700000000→+011111111→-0補碼：最小10000000→-128

最大01111111→+12700000000→±0以后學習中，談到有符號數，均指的是補碼，其運算結果也是補碼1.4.4帶符號數運算時的溢出2、帶符號數運算時的溢出判斷定義：運算值超出其表示范圍-2n-1≤X＜2n+1。溢出條件：同號數相加/異號數相減，可能產生溢出。若8位二進制數，D6、D7

位產生的進位或借位分別為C6、C7，則V=C7⊕C6=1，結果溢出。溢出判別：溢出標志V=1有溢出V=0無溢出01100011C7C61.5二進制編碼1、二進制編碼的十進制數---BCD碼、二-十進制碼、8421碼計算機中采用二進制，運算規(guī)律簡單，但不直觀例：00111010B=？采用二進制數對十進制數編碼：(參見P23表1-9）

0000→0

0001→1

┇1001→9每一位十進制數用四位二進制編