第1章微型計算機基礎(chǔ)知識

微型計算機原理與應(yīng)用

北京科技大學(xué)信息基礎(chǔ)科學(xué)系

緒：課程介紹

課程目標(biāo)

微機原理是學(xué)習(xí)和掌握微機硬件知識和匯編語言

程序設(shè)計的入門課程：

行微型計算機的基本構(gòu)成和工作原理

，匯編語言程序設(shè)計

，微型計算機接口技術(shù)及應(yīng)用

目的：建立微型計算機系統(tǒng)的整體概念，形成微

機系統(tǒng)軟硬件開發(fā)的初步能

緒：課程介紹

教學(xué)內(nèi)容

第一章微型計算機基礎(chǔ)知識（2學(xué)時）

第二章8086/8088微處理器及其體系結(jié)構(gòu)（6學(xué)時）

第三章8086/8088CPU的指令系統(tǒng)（6學(xué)時）

第四章匯編語言及匯編程序設(shè)計（2學(xué)時）

第五章存儲器系統(tǒng)（6學(xué)時）

第六章輸入輸出及DMA控制器（4學(xué)時）

第七章中斷系統(tǒng)和中斷控制器8259A（8學(xué)時）

第八章接口技術(shù)（2學(xué)時）

實驗（4學(xué)時）

微型計算機原理及應(yīng)用

第1章微型計算機的基礎(chǔ)知識

主要內(nèi)容：

■微型計算機系統(tǒng)概述

■計算機中的數(shù)制及其編碼

■計算機中數(shù)的運算方法（自學(xué)）

第1章微型計算機的基礎(chǔ)知識

1.1微型計算機系統(tǒng)概述

主要內(nèi)容：

■計算機的硬件組成

■微型計算機的基本結(jié)構(gòu)

■微型計算機系統(tǒng)

■微處理器概述

1.1微型計算機概述

計算機的基本組成

按馮?諾依曼結(jié)構(gòu)組成的計算機硬件系統(tǒng)，包括：

?運算器——完成算術(shù)運算和邏輯運算

?控制器——控制其他部件和設(shè)備完成計算機指

令規(guī)定的任務(wù)（取指令、分析指令、發(fā)送操作信號）

?存儲器——存儲計算機程序、數(shù)據(jù)及中間結(jié)果

內(nèi)存儲器（主存）

外存儲器（輔存）

?輸入設(shè)備——將程序、數(shù)據(jù)輸入計算機的設(shè)備

?輸出設(shè)備——輸出計算機處理結(jié)果的設(shè)備

1.1微型計算機概述

計算機硬件組成框圖

輸

輸

入

出

設(shè)

設(shè)

備

備

硬件是指構(gòu)成計算機系統(tǒng)的物理實體

1.1微型計算機概述

微型計算機的結(jié)構(gòu)特點

?微型計算機是計算機家族中一個特殊成員；遵

從計算機的組成原理；具有三個顯著特點：

?微型計算機采用大規(guī)模和超大規(guī)模集成電

路技術(shù)、以CPU（微處理器）為核心

?微型計算機采用“主板”作為主要硬件組

件的集成平臺

?微型計算機采用總線結(jié)構(gòu)

1.1微型計算機概述

微型計算機的硬件組成

微處理器（CPU、中央處理器）

內(nèi)存儲器（包括ROM、RAM）

輸入輸出接口電路（接口卡、適配器）

系統(tǒng)總線（包括DB、AB、CB）

外部設(shè)備（包括輸入、輸出、外部存儲器）

1.1微型計算機概述

微型計算機的基本結(jié)構(gòu)

地址總線是單向的

?AB

微

處?CB

理

器

?DB

I/O接口

內(nèi)部存儲器

外部設(shè)備

1.1微型計算機概述

微型計算機系統(tǒng)

微型計算機系統(tǒng)包括：

「主機：主機板、CPU、總線、內(nèi)存、

硬件系統(tǒng)彳接口、電源等

〔外設(shè)：輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、外存

OS：Windows>DOS

r系統(tǒng)軟件）語言處理程序

軟件系統(tǒng)；〔服務(wù)程序等

I應(yīng)用軟件

詳見書P3圖

1.1微型計算機概述

微處理器（CPU）基本組成

?:?微處理器是微型計算機的核心。它的性能決定了微機

的檔次

?:?微處理器的基本功能和基本組成：

?運算器：算術(shù)邏輯單元（ALU）、累加器、

暫存器、標(biāo)志寄存器等

■控制部件：指令寄存器和譯碼器、

時序和控制電路

?寄存器組

■數(shù)據(jù)和地址緩沖器

1.1微型計算機概述

微處理器（CPU）的類型

CPU型號以Intel系列為例:

CPU8088

80286803868048680586PIIPIII

型號/8086

主頻

4.77-1016-2533100133-233233-400300-900

MHZ

準(zhǔn)16位準(zhǔn)32位

字長16位32位準(zhǔn)64位64位64位

/16位/32位

第1章微型計算機的基礎(chǔ)知識

L2計算機中的數(shù)制及其編碼

本節(jié)內(nèi)容簡介

計算機中的常用數(shù)制及特點

計算機中的數(shù)據(jù)編碼

計算機中數(shù)值型數(shù)據(jù)的表示方法

L2計算機中的數(shù)制及編碼

計算機中的常用數(shù)制

■本節(jié)內(nèi)容簡介

?常用數(shù)制的特點

?不同數(shù)制間的相互轉(zhuǎn)換

?二進制數(shù)的運算規(guī)則

?與二進制數(shù)有關(guān)的常用計量單位

L2計算機中的數(shù)制及編碼

數(shù)制的意義

■按進位的原則進行計數(shù)稱為進位計數(shù)制，簡稱“數(shù)制”

■數(shù)制的三要素及意義

■進位基數(shù)：逢N進一

■數(shù)碼（或稱為數(shù)符）：使用那些字符表示數(shù)

■位權(quán)：一個數(shù)字在某個固定位置時的值

L2計算機中的數(shù)制及編碼

不同數(shù)制下的數(shù)符

數(shù)制基數(shù)數(shù)字符號

十進制100,1,2,3,4,5,6,7,8,9

二進制10,1

八進制80,1,2,3,4,5,6,7

十六進制160,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F

L2計算機中的數(shù)制及編碼

不同數(shù)制下進位方式和位權(quán)

■不同數(shù)制的進位方式

如：十進制為“逢十進一”

二進制為“逢二進一”

N進制的進位方式為“逢N進一”

■位權(quán)——某位上數(shù)碼的權(quán)值

如十進制數(shù)：4723.75

7X1027X10-1

10i——權(quán)值，是10的整數(shù)次塞

L2計算機中的數(shù)制及編碼

常用數(shù)制與數(shù)的按位展開

O在計算機技術(shù)中常用的數(shù)制

?十進制數(shù)（D）、二進制數(shù)（B）

?十六進制數(shù)（H）、八進制數(shù)（C）

o數(shù)的按權(quán)展開：

11—m

D=工凡_］及-\+工NjK'i

i=lJ--1

N：第i,j位上的數(shù)碼K：第i,j位上的數(shù)碼的數(shù)權(quán)

L2計算機中的數(shù)制及編碼

不同數(shù)制下的按權(quán)展開式

■例如

?十進制數(shù)的按權(quán)展開式為：

(4723.75)1。

=4X103+7X102+2XW+3X10°

+7X10-1+5X10-2

?二進制數(shù)的按權(quán)展開式：

(11101.01)2

=1X24+1X23+1X22+0X21+1X2。

+OX2-1+1X2-2

L2計算機中的數(shù)制及編碼

不同數(shù)制下的按權(quán)展開式

■八進制數(shù)的按權(quán)展開式：

(165.5)8

=1X82+6X81+5X8°+5X8」

■十六進制數(shù)的按權(quán)展開式：

(18A.6)i6

=1X162+8X161+A*160+6*16”

L2計算機中的數(shù)制及編碼

如何區(qū)分不同進位記數(shù)制的數(shù)字

■在數(shù)字后面加一個字母進行區(qū)分：

■二進制：數(shù)字后面加B,如1001B

■八進制：數(shù)字后面加O,如10010（或用C）

■十進制:數(shù)字后面加D,一般不加，如1001

■十六進制：數(shù)字后面加H,如1001H

■在明顯可以區(qū)分其記數(shù)制的情況下，可以省略

數(shù)字后面的字母

L2計算機中的數(shù)制及編碼

不同數(shù)制的應(yīng)用特點

■十進制數(shù)是人們?nèi)粘Ｗ盍?xí)慣使用的數(shù)制

■計算機只能識別、表示、存儲、處理二進制數(shù)

■二進制的缺點是位數(shù)多，書寫數(shù)據(jù)、指令不方便。

因此書寫時通常把三位二進制數(shù)做一組來構(gòu)成一

位八進制，或用四位二進制數(shù)構(gòu)成一位十六進制

數(shù)；即使用八進制和十六進制表示和書寫指令與

數(shù)據(jù)

L2計算機中的數(shù)制及編碼

各種數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換

■數(shù)制間的轉(zhuǎn)換是必然的，其中包括：

■非十進制到十進制數(shù)的轉(zhuǎn)換

■十進制數(shù)到非十進制數(shù)的轉(zhuǎn)換，特別是轉(zhuǎn)換

成為二進制數(shù)

■二進制到八進制數(shù)和十六進制數(shù)

L2計算機中的數(shù)制及編碼

二進制的運算規(guī)則

加0+0=01+0=0+1=11+1=0（有進位）

算

術(shù)減0-0=01-0=11-1=00-1=1（有借位）

運

算

乘0*0=00*1=1*0=01*1=1

除0/1=01/1=1

與0A0=00Al=01AO=O1A1=1

輯

邏或0V0=0OV1=1IV0=1IV1=1

算

運

非非0為1非1為0

異或0十0=01十1=00十1=11十0=1

L2計算機中的數(shù)制及編碼

二進制數(shù)加法運算舉例

■例1:

101.01

+110.01

1011.10

■例2：

101.111

+1L011?小數(shù)點對齊

1001.010?逢二進一

?要考慮進位問題

L2計算機中的數(shù)制及編碼

二進制數(shù)邏輯運算舉例

■例如：a=1100,b=0110

進行運算：aVb>aAb>a十b

1100110011001100

V0110A0110邏輯非為十0110

1110010000111010

要點：

邏輯運算按位進行，不同位之間不存在任何聯(lián)系,

不象算術(shù)運算中位之間可能有進位或借位。

L2計算機中的數(shù)制及編碼

與二進制數(shù)有關(guān)的常用計量單位

■1個二進制位稱為1比特（bit,b）

■8個二進制位組成1字節(jié)（byte,B）

（計算機中規(guī)定字節(jié)為最小的存取單位）

■1KB=1O24B=21OB

■lMB=1024KB=1024*1024B=220B

■1GB=1024MB=l024^1024KB=230B

■lTB=1024GB=10242MB=10243KB=10244B=240B

L2計算機中的數(shù)制及編碼

數(shù)據(jù)在計算機中的表示

■在計算機中，一般形式的數(shù)據(jù)信息必須轉(zhuǎn)換

為二進制代碼形式；不同類型的數(shù)據(jù)信息的

表示方法不同

■數(shù)值型數(shù)據(jù)

■BCD碼

■二進制數(shù)

■非數(shù)值型數(shù)據(jù)一ASCII碼

L2計算機中的數(shù)制及編碼

ASCH編碼

■非數(shù)值數(shù)據(jù)在計算機中也必須以二進制形式表

示

■美國標(biāo)準(zhǔn)信息交換代碼(AmericanStandard

CodeforInformationInterchange,ASCII石馬)

L2計算機中的數(shù)制及編碼

ASCH碼的規(guī)則

■用一個字節(jié)表示一個字符的編碼

■最高位取“0”，余下7位可區(qū)分128個二

進制編碼，即128個字符。其中：

■95個編碼對應(yīng)于鍵盤上能輸入并可顯

示輸出的95個字符（ASCII碼值為32—

126）

■另外的0?31和127作為控制碼

L2計算機中的數(shù)制及編碼

ASCII碼的規(guī)則

■控制字符的編碼是0000000—0011111和1111111

■數(shù)字0?9的編碼是0110000?0111001,它們的高3

位均是011,后4位正好與其對應(yīng)BCD碼相符

■英文字母A?Z的ASCII碼從1000001(41H)開始

順序遞增，字母a?z的ASCH碼從1100001(61H)

開始順序遞增

■其他為標(biāo)點及運算符號的編碼

ASCII字符表

X000001010Oil100101110111

0000NULDLESP0@PP

0001SOHDC111AQaq

0010STXDC2If2BRbr

0011ETXDC3#3CScs

0100EOTDC4$4DTdt

0101ENGNAK%5EUeu

0110ACKSYN&6FVfV

!

0111BELETB7Gwgw

1000BSCAN(8HXhX

1001HTEM)9IYiy

1010LFSUB*?JZjz

-

1011VTESC+Kk(

1100FFFS5<L\1

1101CRGS-=M]m}

1110SORS*>Ntn

miSIUS/??00DEL

L2計算機中的數(shù)制及編碼

BCD碼一十進制數(shù)字字符編碼

■用4位二進制數(shù)表示一位十進制數(shù)。有兩種表

示法：壓縮BCD碼和非壓縮BCD碼

■壓縮BCD碼的每一位用4位二進制表示，

0000?1001表示0?9,一個字節(jié)表示兩位十進制

數(shù)

■非壓縮BCD碼用一個字節(jié)表示一位十進制數(shù)，

高4位總是0000,低4位的0000?1001表示0?9

L2計算機中的數(shù)制及編碼

BCD碼的特殊意義

■在計算機中,一組二進制的代碼一般分為兩種意

義,一種是某字符的編碼（稱為碼）,一種是個數(shù)的

數(shù)值（稱為值）

■值是可以進行運算的，而碼則無此意義

■BCD碼既是碼一表示數(shù)字字符

■BCD碼也是值一表示十進制數(shù)值，可運算

L2計算機中的數(shù)制及編碼

例

■23+22=43

■00010111+00010110=00101101

■17H+16H=2DH

■BCD碼方式

?0010001123

?+0010001022

?0100010145

L2計算機中的數(shù)制及編碼

例

■56+55=111

■ooir~

■381'01010110

■BC?01010101

?°?10101011

?01100110

■

?100010001一一BCD碼的111—正確!

■修工?修正是由專門的指令完成的

果日

L2計算機中的數(shù)制及編碼

計算機中數(shù)值的二進制表示方法

■在計算機中，數(shù)值的表示比較復(fù)雜

■數(shù)值有正數(shù)和負(fù)數(shù)之分

?將涉及如何表示正負(fù)號的問題

?原碼、反碼和補碼

-數(shù)值有整數(shù)和實數(shù)之分

?將涉及小數(shù)點的表示問題

?定點數(shù)與浮點數(shù)

L2計算機中的數(shù)制及編碼

機器數(shù)與真數(shù)

■數(shù)值在計算機中的表示形式稱為“機器數(shù)”

■數(shù)值本身則稱為“真數(shù)”

■兩者的關(guān)系

■真數(shù)的符號位被符號化以后就成為“機器數(shù)”

L2計算機中的數(shù)制及編碼

例

機器數(shù)

+52=+0110100=。0110100

符號位數(shù)值位（絕對值）

-52=-0110100=10110100

L2計算機中的數(shù)制及編碼

無符號數(shù)與帶符號數(shù)

■用若干位二進制數(shù)的最高位表示符號，則稱為

帶符號數(shù)的表示方法；所表示的數(shù)就稱為帶符

號數(shù)

■如將全部有效位都用來表示數(shù)值的大小，則稱

為無符號數(shù)的表示方法，所表示的數(shù)就稱為無

符號數(shù)

L2計算機中的數(shù)制及編碼

例

■機器數(shù)11001011

■無符號數(shù)，其真值為203

■帶符號數(shù)，則真值為-75

L2計算機中的數(shù)制及編碼

帶符號下的正數(shù)與負(fù)數(shù)

■在計算機中，數(shù)值的符號也用數(shù)碼表示

■一般數(shù)的最高位用于表示符號：

■用0表示正數(shù)

■用1表示負(fù)數(shù)

■例如用兩個字節(jié)表示一個整數(shù)：

(+ll)lo=(OOOOOOOO00001011)2

(-ll)lo=(lOOOOOOO00001011)2

L2計算機中的數(shù)制及編碼

計算機計算復(fù)雜化問題

■例如計算：（-19）+（+22）

10010011+00010110不能直接計算！

要保證計算的正確性，需要判斷符號是否相同：

?如果相同，結(jié)果符號不變，并進行絕對值相加

?1解決的方法是:

彳★使用反碼或補碼的表示方法（按前述表示的

編碼稱為原碼）

★將減法運算一律轉(zhuǎn)換為加法運算

L2計算機中的數(shù)制及編碼

原碼、反碼和補碼

■正數(shù)：原碼、反碼、補碼相同

■符號位為0,數(shù)值為對應(yīng)的二進制數(shù)

+109=[01101101]原=[01101101]反=[01101101]補

■負(fù)數(shù)：

-原碼符號位為1,數(shù)值為絕對值的二進制數(shù)

—109=[11101101]原

-反碼符號位為L數(shù)值為絕對值的二進制數(shù)各位變反

—109=[10010010]反

-補碼符號位為L數(shù)值為絕對值的二進制數(shù)各位變反加1

—109=[10010011]補

L2計算機中的數(shù)制及編碼

原碼、反碼、補碼舉例（8位二進制）

十進制數(shù)原碼反碼補碼

+0000000000000000000000000

-0100000001111111100000000

+1000000010000000100000001

-1100000011111111011111111

+73010010010100100101001001

-73110010011011011010110111

+127011111110111111101111111

-127111111111000000010000001

L2計算機中的數(shù)制及編碼

例

■有一個帶符號數(shù)10000000

■右為原碼---0

■若為反碼---127

■若為補碼一一128（這是一個特殊的補碼）

■若為無符號數(shù)一128

L2計算機中的數(shù)制及編碼

負(fù)數(shù)的補碼的計算問題

■已知原碼，將表示數(shù)值絕對值的二進制數(shù)各位變

反加1

■從原碼的最低位起，到第一個1（含）以前的原碼

中的數(shù)字不變；之后的數(shù)字取反；符號位不變

■例已知原碼11110000；兩種方法均可得到其補

碼為10010000

L2計算機中的數(shù)制及編碼

補碼的計算問題

■對于已知的補碼，按照求補計算過程的逆過程，

可計算得到該補碼的原碼

■還可以證明［因］補］補=因］原

■例已知補碼為10111101,兩種方法都可以得到

其原碼為11000011

補碼的計算問題

■假設(shè)已知某數(shù)值的補碼［X］補，對其每一位（包括

符號位）都按位取反加1,得到的是其負(fù)數(shù)的補碼,

即［-X］補

-這個計算過程稱為變補

■67一一01000011一—10111100――10111101一一

（-67）的補碼（反之亦然）

L2計算機中的數(shù)制及編碼

例

原碼反碼補碼

000000000000000000000000

011111000111110001111100

100000101111110111111110

111111111000000010000001

第1章微型計算機的基礎(chǔ)知識

1.3計算機中數(shù)的運算方法

■以定點整數(shù)為學(xué)習(xí)對象

■以自學(xué)為主

■數(shù)的表示范圍

■溢出問題

L3計算機數(shù)的運算方法

計算機中的數(shù)值運算

■在計算機中，運算均以補碼形式進行

■運算形式均為補碼的加運算

■得到的結(jié)果當(dāng)然也是補碼形式

■需要輸出時，再轉(zhuǎn)換為原碼，求出其真值

傷I73-72=(01001001)補+(10111000)補=(00000001)補

傷

I73-127=(01001001)#+(10000001)#=(11001010)#

5421

=(11OO1OO1)^=(1O11O11O)^=-(2+2+2+2)1O=-54

L3計算機數(shù)的運算方法

數(shù)的表示范圍

?無符號數(shù)

一個n位的無符號二進制數(shù)X,其表示范圍