微機原理01-08基礎(chǔ)知識

微型計算機原理與接口技術(shù)——馮博琴理學院代月明2011.8微機

原理及接口

技術(shù)課程

介紹典型機型：IBMPC系列機基本系統(tǒng)：8088CPU和半導體存儲器I/O接口電路及與外設(shè)的連接硬件－－接口電路原理軟件－－接口編程方法專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)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(shù)計算機體系結(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

特點區(qū)別先修課程數(shù)字邏輯提供硬件基礎(chǔ)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(shè)計建立必備軟件基礎(chǔ)掌握指令系統(tǒng)、程序格式先修

課程學習方法很重要復習并掌握先修課的有關(guān)內(nèi)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(shù)，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(shù)，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(shù)，北京：電子工業(yè)出版社，2005.1學習

資源第1章基礎(chǔ)知識1.1概述1.2計算機中的數(shù)制1.3無符號二進制數(shù)的算術(shù)運算和邏輯運算1.4帶符號二進制數(shù)的表示及運算1.5二進制編碼1.6常用術(shù)語解釋1.1微型計算機的發(fā)展1946年，世界上出現(xiàn)第一臺數(shù)字式電子計算機ENIAC（電子數(shù)據(jù)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(chǎn)生了微型計算機1971年，Intel公司設(shè)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(wù)器、工程工作站、圖形工作站1.2計算機中的數(shù)制1.2.1常用記數(shù)制1.二進制B：0～1逢二進位，兩個計數(shù)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(shù)電平的高低電路的通斷電子開關(guān)的開與關(guān)1.2.2各種數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換非十進制數(shù)十進制數(shù)十進制數(shù)非十進制數(shù)二進制數(shù)十六進制數(shù)1.2計算機中的數(shù)制按權(quán)表達式展開除基數(shù)取余乘基數(shù)取整1位十六進制數(shù)相當于4位二進制數(shù)1.3無符號二進制數(shù)的算術(shù)、邏輯運算1.3.1二進制數(shù)的算術(shù)、邏輯運算

加法運算算術(shù)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(shù)、邏輯運算加、減、乘、除不介紹了，參考書上內(nèi)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(shù)的表示范圍1.無符號二進制數(shù)的表示范圍0≤X≤2n-12.無符號二進制數(shù)的溢出問題

令無符號二進制數(shù)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(shù)相加或相減時，若最高有效位Di產(chǎn)生進位或借位，即Ci=1，則產(chǎn)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(shù)的表示及運算

計算機在處理實際問題時遇到的帶符數(shù)，數(shù)據(jù)的“+”號和“-”號在計算機內(nèi)也是用二進制位表示，用最高有效位來表示數(shù)的符號。

“0”表示正，

“1”表示負。例如：N1=+101,1011N2=-101,1011機內(nèi)表示：N1=0101,1011N2=1101,1011定義：將已經(jīng)數(shù)值化了的帶符號數(shù)稱為機器數(shù)，而把原來的數(shù)稱為機器數(shù)的真值。機器數(shù)與真值

1.4.1帶符號數(shù)的表示方法：原碼、反碼、補碼

1.4.2真值與補碼之間的轉(zhuǎn)換

1.4.3補碼的運算

1.4.4帶符號數(shù)運算時的溢出問題1.4帶符號二進制數(shù)的表示及運算1、原碼表示法數(shù)據(jù)的最高位用來表示符號，稱為符號位，符號位為0表示正數(shù)，符號位為1表示負數(shù)；其余位為數(shù)值位，用數(shù)據(jù)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(shù)值符號2、反碼表示法在反碼表示中，仍用0表示正數(shù)，1表示負數(shù)。X=正數(shù)，[X]反=[X]原；X=負數(shù)，[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(shù)，1表示負數(shù)。[X]=正數(shù)，[X]補=[X]原；[X]=負數(shù)，[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(shù)，[X]補=2n-|X|

式中2n

為模，n為位數(shù)例：X=-100,0100 設(shè)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(shù):[X]補=[X]原

對負數(shù)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(shù)

真值X=+0101110=+46

[X]補=11010010 為負數(shù)

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(zhuǎn)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(shù)在高8位補0，負數(shù)在高8位補1故[-46]補=11111111

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

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(shù)的表示范圍對8位數(shù)： （1）無符號數(shù) 0～255

（2）有符號數(shù)原碼：最小 11111111→-127

最大 01111111→+127

00000000→+010000000→-01.4.4帶符號數(shù)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(shù)，均指的是補碼，其運算結(jié)果也是補碼1.4.4帶符號數(shù)運算時的溢出2、帶符號數(shù)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(shù)相加/異號數(shù)相減，可能產(chǎn)生溢出。若8位二進制數(shù)，D6、D7

位產(chǎn)生的進位或借位分別為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(shù)---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(shù)對十進制數(shù)編碼：(參見P23表1-9）

0000→0

0001→1

┇1001→9每一位十進制數(shù)用四位二進制編