第一章微型計算機基礎(chǔ)課件

1、微 機 原 理蘇國軍gjunsu教材：微型計算機系統(tǒng)原理及應(yīng)用 楊素行 清華大學出版社1微 機 原 理第一章 微型計算機基礎(chǔ)1.1 概 述1.2 計算機中的數(shù)制和編碼1.3 微機系統(tǒng)的組成、分類和配置1.4 微處理器21.1 概 述一、計算機的發(fā)展 1946年2月15日，第一臺電子計算機ENIAC（ Electronic Numerical Integrator And Computer-電子數(shù)字積分機和計算機）在美國賓夕法尼亞大學研制成功。每秒能進行5000次加法運算，比當時已有的計算裝置要快1000倍。 320世紀4050年代后期電子管5000-1萬次ENIAC電子數(shù)字積分計算機晶體管10

2、幾萬次 中小規(guī)模IC10幾萬數(shù)百萬次20世紀5060年代中期20世紀60中70年代初期20世紀70年代初、中期大、超大規(guī)模IC 數(shù)千萬百億次年代一、計算機的發(fā)展（以器件更新劃代）1.1 概 述4一代70年代初二代70年代三代70年代末80年代初四代80年代時間五代90年代4004 （8008-8位）第一臺個人電腦8080 （Z80,MC6800）8位4位32-64位16位32位8086M 6809和Z800082年80286及80318038680486（M68020）1993 Pentium準64位1995年11月 Pentium Pro。1997年1月 Pentium MMX此后 P/4P

3、entium一、計算機的發(fā)展（以Intel CPU更新劃代）1.1 概 述51.2 計算機中的數(shù)制和編碼機內(nèi)信息控制信息是一系列的控制命令或指令，用于指揮計算機如何操作。數(shù)據(jù)信息是計算機內(nèi)操作的對象 計算機中數(shù)據(jù)和指令都用“0”和“1”二進制編碼表示。 二進制的特點：電路簡單、可靠性強、簡化運算、邏輯性強。數(shù)值數(shù)據(jù)非數(shù)值數(shù)據(jù)6數(shù)制 二進制 十進制 八進制 十六進制 用途 計算機內(nèi)用 現(xiàn)實生活用 用于壓縮書寫二進制數(shù)，轉(zhuǎn)換更直觀、更簡潔、更方便數(shù)碼 0，1 0，1，9 0，1.7 0，1.9，A，B.F 基數(shù) 2 10 8 16 位權(quán) 2i 10i 8i 16i 規(guī)則 逢2進1 逢10進1 逢8

4、進1 逢16進1 表示形式 (XXX)2 XXXB (XXX)10 XXXD (XXX)8 XXXQ (XXX)16 XXXH位權(quán)的概念一.無符號數(shù)的表示及運算n表示的是整數(shù)位的位數(shù)，m表示的是小數(shù)位的 位數(shù)1.2 計算機中的數(shù)制和編碼7 1.k進制數(shù)十進制數(shù) 各位數(shù)字按位權(quán)展開后相加例1：二進制數(shù)11011十進制數(shù) 一.無符號數(shù)的表示及運算1.2 計算機中的數(shù)制和編碼81.k進制數(shù)十進制數(shù) 各位數(shù)字按位權(quán)展開后相加例2：八進制數(shù)27651十進制數(shù) 一.無符號數(shù)的表示及運算1.2 計算機中的數(shù)制和編碼92. 十進制數(shù) k進制數(shù) 整數(shù)部分：除k倒取余數(shù) 小數(shù)部分：乘k順取整數(shù)例3：512.75D

5、 = 1000.6Q （10進制 8進制，K=8）一.無符號數(shù)的表示及運算1.2 計算機中的數(shù)制和編碼102. 十進制數(shù) k進制數(shù) 整數(shù)部分：除k取余（倒取） 小數(shù)部分：乘k取整（順?。├?：130.625D = 10000010.101B ; (10進制 2進制）一.無符號數(shù)的表示及運算1.2 計算機中的數(shù)制和編碼113. 二八 十六進制特殊關(guān)系 以小數(shù)點為基點，分別向左、向右3（4）位二進制數(shù)用1位八（十六）進制數(shù)取代（不足三位零補） 即： 三合一（四合一） 反之則：一拉三（一拉四）例5：（1000000000.01)2=（1000.2)8 001 000 000 000.010 1 0

6、0 0 . 2 同樣：寫成16進制形式則為： 200.4H一.無符號數(shù)的表示及運算1.2 計算機中的數(shù)制和編碼123. 二八 十六進制特殊關(guān)系 以小數(shù)點為基點，分別向左、向右3（4）位二進制數(shù)用1位八（十六）進制數(shù)取代（不足三位零補） 即： 三合一（四合一） 反之則：一拉三（一拉四）例6：101111.001111B = 2F.3CH 0010 1111.0011 1100 2 F . 3 C 反向轉(zhuǎn)換：4合1口令2F.3CH = 00101111.0011 1100B 一.無符號數(shù)的表示及運算1.2 計算機中的數(shù)制和編碼131.2 計算機中的數(shù)制和編碼一、無符號數(shù)的表示及運算二、有符號數(shù)的表

7、示及運算 數(shù)值數(shù)據(jù)分為有符號數(shù)和無符號數(shù)。無符號數(shù)最高位表示數(shù)值，而有符號數(shù)最高位表示符號。1、原碼 最高位表示符號（正數(shù)用0、負數(shù)用1），其他位表示數(shù)值位，稱為有符號數(shù)的原碼表示法。例：X= 45=00101101B X原= 00101101B X=-45 X原= 10101101B141.2 計算機中的數(shù)制和編碼二、有符號數(shù)的表示及運算1、原碼2、反碼正數(shù)的反碼與原碼相同； 負數(shù)的反碼符號位用1表示， 數(shù)值位按位取反，即0變1、1變0。例：X= 45=00101101B X反= 00101101B X=-45 X反= 11010010B3、補碼正數(shù)的補碼與原碼相同； 負數(shù)的補碼為反碼加 1

8、 。例：X= 45=00101101B X補= 00101101B X=-45 X補= 11010011B153、補碼（大多微機數(shù)字采用補碼編碼與運算）1.2 計算機中的數(shù)制和編碼二、有符號數(shù)的表示及運算補碼的表示范圍（n表示位數(shù)）n= 8 ，范圍為-128 +127；n=16，范圍為-32768 +32767。十進制數(shù)原碼反碼補碼127126:10-1:-127-12801111111011111100000000100000000100000011111111101111111011111100000000100000000111111101000000001111111011111100

9、0000001000000001111111110000001100000007FH7EH01H00HFFH81H80H161.2 計算機中的數(shù)制和編碼二、有符號數(shù)的表示及運算1、原碼2、反碼3、補碼4、符號擴展 在數(shù)據(jù)處理時，有時需要把8位二進制數(shù)擴展成16位二進制數(shù)。對無符號數(shù)可直接補0，對有符號數(shù)則需要將符號位擴展。例： 127的8位二進制補碼為01111111B符號位擴展后16 位二進制補碼為0000000001111111B例： -127的8位二進制補碼為10000001B符號位擴展后16 位二進制補碼為1111111110000001B171.2 計算機中的數(shù)制和編碼二、有符號數(shù)的

10、表示及運算1、原碼2、反碼3、補碼4、符號擴展5、補碼的運算規(guī)則 X+Y補= X補+ Y補 XY補= X補+ Y補 減法運算通常變成加法運算 X補-Y補=X補+-Y補 1800100110B01100000B 00111010B110111001B11100100B11010101B+例1-1 (+38)+(+58) +38補=00100110B +58補=00111010B例1-2 (-28)+(-43)-28補=11100100B -43補=11010101B正數(shù)補碼就是原碼-28原=1 0 011100B-28補=1 1 100100B-43原=1 0 101011B-43補=1 1 0

11、10101B101000111B-（64+7）=-71進位位“1”屬“自然丟失”不會影響結(jié)果的準確性1.2 計算機中的數(shù)制和編碼二、有符號數(shù)的表示及運算5、補碼的運算191.2 計算機中的數(shù)制和編碼二、有符號數(shù)的表示及運算5、補碼的運算01100011B 01010111B10111010B+10111011B10101011B1 01100110B+例1-3（+99）+（+87）+99補=01100011B +87補=01010111B 例1-4（-69）+（-85） -69補=10111011B -85補=10101011B14、15題結(jié)果錯誤？補碼的運算結(jié)果超出當前的表示范圍，所以造成錯

12、誤，稱之為溢出。所以在運算之前進行檢查。20第二節(jié) 計算機中的數(shù)制和編碼一、無符號數(shù)的表示及運算二、有符號數(shù)的表示及運算三、二進制編碼1、BCD碼（二進制編碼的十進制數(shù)）壓縮BCD碼：一個字節(jié)（8位二進制數(shù)）表示兩位十進制數(shù)；例如1001 0110B=96非壓縮BCD碼：一個字節(jié)表示一位十進制數(shù)，高四位總是0，低四位的0000-1001表示0-9，例如0000 1001B=92、ASCII碼（字母和符號的編碼） 采用8位二進制數(shù)對字符進行編碼P.362 附錄121微 機 常 用 術(shù) 語1. 位（BIT）：最小的數(shù)據(jù)單位（0或1）。2. 字節(jié)（Byte）：1Byte = 8 Bit 。3. 字（

13、Word）：16Bit 。4. 字長：CPU與存儲器及I/O接口之間傳送數(shù)據(jù)的基本單位，數(shù)據(jù)總線的寬度。5. K、M、G：1K=210 =1024， 1M=210K，1G=210M。6. 機器語言：二進制代碼組成的指令，計算機惟一能夠直接識別并執(zhí)行的程序。7. 匯編語言：用助記符編寫的程序。8. 高級語言：接近于人類自然語言，與硬件無關(guān)的程序。2223第一章 微型計算機基礎(chǔ)1.3 微機系統(tǒng)的組成一. 微機系統(tǒng)的組成微型計算機 系 統(tǒng) 應(yīng)用軟件系統(tǒng)軟件軟件系統(tǒng)外部設(shè)備硬件系統(tǒng)主機24第一章 微型計算機基礎(chǔ)1.3 微機系統(tǒng)的組成一. 微機系統(tǒng)（硬件系統(tǒng)）2控制器 是統(tǒng)一調(diào)度和控制計算機各部件協(xié)調(diào)工

14、作的關(guān)鍵部件，是指揮控制神經(jīng)中樞。1.運算器 是對數(shù)據(jù)信息進行加工處理的部件3. 存儲器 存放程序和數(shù)據(jù)的部件。主存又稱內(nèi)存，輔助又稱外存25軟件是程序、數(shù)據(jù)和相關(guān)文檔的總稱。 計算機的軟件系統(tǒng)由系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件組成。 系統(tǒng)軟件：用于計算機自身的管理、維護、控制和運行，以及對應(yīng)用軟件的解釋和執(zhí)行；操作系統(tǒng)是最重要的系統(tǒng)軟件。 應(yīng)用軟件：用戶為解決各類實際問題而編制的各種程序，它是建立在系統(tǒng)軟件之上的。 1.3 微機系統(tǒng)的組成二. 微機系統(tǒng)（軟件系統(tǒng)）26第一章 微型計算機基礎(chǔ)第四節(jié) 微處理器一、Intel 8086/8088（一） 8086/8088的功能結(jié)構(gòu)EUBIU通用寄存器算術(shù)邏輯單元

15、ALU標志寄存器EU控制電路指令隊列段寄存器指令指針I(yè)P物理地址加法器與EU通訊的內(nèi)部寄存器總線控制電路執(zhí)行指令與M、I/O傳送信息27CSIPCSIPCSIPCSIP20位地址地址指令指令指令指令經(jīng)指令譯碼后控制執(zhí)行單元工作16位地址28第一章 微型計算機基礎(chǔ)第四節(jié) 微處理器一、Intel 8086/8088（一）8086/8088的功能結(jié)構(gòu)（二）8086/8088的內(nèi)部寄存器（1）數(shù)據(jù)寄存器用于存放參與運算的數(shù)據(jù)或運算的結(jié)果。AXBXCXDXAHAL16位BHBLCHCLDHDL8位8位累加器Accumulator基址寄存器Base計數(shù)寄存器Count數(shù)據(jù)寄存器Data1. 通用寄存器14

16、個16位寄存器29第四節(jié) 微處理器一、Intel 8086/8088（1）數(shù)據(jù)寄存器SP堆棧指針寄存器Stack Pointer（2）地址指針寄存器BP基址指針寄存器Base Pointer（3）變址寄存器SI源變址寄存器Source IndexDI目標變址寄存器 Destination Index用于存放數(shù)據(jù)或偏移地址。用于存放數(shù)據(jù)或變址尋址方式。（二）8086/8088的內(nèi)部寄存器1. 通用寄存器30用于存放段基址。第四節(jié) 微處理器一、Intel 8086/8088（二）8086/8088的內(nèi)部寄存器1. 通用寄存器2. 段寄存器CS代碼段寄存器Code SegmentSS堆棧段寄存器St

17、ack SegmentDS數(shù)據(jù)段寄存器Data SegmentES附加段寄存器Extra Segment3. 控制寄存器IP指令指針寄存器 Instruction Pointer用于存放指令的偏移地址。31第四節(jié) 微處理器一、Intel 8086/8088（二）8086/8088的內(nèi)部寄存器1. 通用寄存器2. 段寄存器3. 控制寄存器IPFLAGS 標志寄存器（EU中ALU運算結(jié)果的特征保留在此）32第四節(jié) 微處理器一、Intel 8086/8088（二）8086/8088的內(nèi)部寄存器1. 通用寄存器2. 段寄存器3. 控制寄存器FLAGS 標志寄存器CFPFAFZFSFTFIFDFOF15

18、118740（1）狀態(tài)標志位（ 6個）（2）控制標志位（ 3個）CF進位標志位Carry Flag用于加、減法運算時1 有進位或借位0 無進位或借位PF奇偶標志位Parity Flag用于邏輯運算結(jié)果中“1”的個數(shù)1 偶數(shù)個0 奇數(shù)個AF輔助進位位Auxiliary Flag用于8(16)位加減法運算時低4(8)位向高4(8)位1 有進位或借位0 無進位或借位33第四節(jié) 微處理器一、Intel 8086/8088（二）8086/8088的內(nèi)部寄存器1. 通用寄存器2. 段寄存器3. 控制寄存器FLAGS 標志寄存器CFPFAFZFSFTFIFDFOF15118740（1）狀態(tài)標志位（ 6個）Z

19、F零標志位Zero Flag用于判斷運算結(jié)果1 為零0 非零SF符號標志位Sign Flag1 為負0 為正OF溢出標志位Overflow Flag 用于判斷算術(shù)運算 結(jié)果是否超出范圍1 有溢出0 無溢出用于判斷運算結(jié)果34第四節(jié) 微處理器一、Intel 8086/8088（二）8086/8088的內(nèi)部寄存器1. 通用寄存器2. 段寄存器3. 控制寄存器FLAGS 標志寄存器CFPFAFZFSFTFIFDFOF15118740（1）狀態(tài)標志位（ 6個）（2）控制標志位（ 3個）TF跟蹤標志位Trap Flag用于確定單步執(zhí)行(調(diào)試)1 進入單步執(zhí)行狀態(tài)0 非單步執(zhí)行狀態(tài)IF中斷允許標志位Int

20、errupt enable Flag用于確定是否允許響應(yīng)可屏蔽中斷請求1 允許響應(yīng)0 禁止響應(yīng)DF方向標志位Direction Flag用于串操作地址方向1 按地址遞減方式（高地址）0 按地址遞增方式35第一章 微型計算機基礎(chǔ)第四節(jié) 微處理器一、Intel 8086/8088（一）8086/8088的功能結(jié)構(gòu)（二）8086/8088的內(nèi)部寄存器（三）8086/8088的的引腳信號1. Vcc、GNDAD15 AD0 ：地址數(shù)據(jù)總線D15 D0 16位數(shù)據(jù)總線，雙向，三態(tài)A19 A0 20位地址總線，輸出，三態(tài)3. S6 S3 ：狀態(tài)輸出端S6 恒等于0S5 與IF狀態(tài)相同S4.S3表示正在使用

21、的段寄存器36S4S3段寄存器00ES(附加)01SS(堆棧)10CS(代碼)或未使用11DS（數(shù)據(jù)）37第一章 微型計算機基礎(chǔ)第四節(jié) 微處理器一、Intel 8086/8088（三）8086/8088的的引腳信號4. NMI: 17非屏蔽中斷申請輸入端 Non-Maskable Interrupt5. INTR: 24可屏蔽中斷申請輸入端 Interrupt Requset6. CLK : 19時鐘輸入端 4.77MHz（時鐘發(fā)生器8284）7. RESET : 21系統(tǒng)復位信號輸入端復位時各寄存器的值見P. 23 表1.48. READY : 22準備好信號輸入端存儲器或I/O口“準備好”

22、接受數(shù)據(jù)。輸入信號必須是一個由低到高的上升沿信號輸入信號 高電平有效由M或者I/O發(fā)出，輸入信號 高電平有效38第一章 微型計算機基礎(chǔ)第四節(jié) 微處理器一、Intel 8086/8088（三）8086/8088的的引腳信號9. TEST : 23測試信號輸入端“WAIT”指令進入等待狀態(tài)，該引腳低電平退出等待。10. RD : 32讀信號輸出端11. MN/MX : 33最小/最大模式 控制信號輸入端上述引腳的名稱和定義在最大模式和最小模式下是相同的，但是24-31的8引腳卻不同。39第一章 微型計算機基礎(chǔ)第四節(jié) 微處理器一、Intel 8086/8088（四）8086/8088的的工作方式最小

23、工作模式：單處理機模式最大工作模式：多處理機模式1. 最小工作模式：(1) INTA : 24中斷響應(yīng)信號輸出端(2) ALE : 25地址鎖存允許信號輸 出端(3) DEN : 26數(shù)據(jù)允許信號輸出端(4) DT/R : 27數(shù)據(jù)發(fā)送/接收信號 輸出端(5) IO/M : 28IO口/存儲器選擇 輸出端40第一章 微型計算機基礎(chǔ)第四節(jié) 微處理器一、Intel 8086/8088（四）8086/8088的的工作方式1. 最小工作模式：(6) WR : 29寫信號輸出端(7) HOLD : 31總線保持請求信號輸 入端(8) HLDA : 30總線保持響應(yīng)信號輸出端41第一章 微型計算機基礎(chǔ)第四

24、節(jié) 微處理器一、Intel 8086/8088（四）8086/8088的的工作方式1. 最小工作模式：作用：由于地址與數(shù)據(jù)、狀態(tài)線分時復用，所以系統(tǒng)需要地址鎖存器。42第一章 微型計算機基礎(chǔ)第四節(jié) 微處理器一、Intel 8086/8088（四）8086/8088的的工作方式1. 最小工作模式：作用：連接M或者I/O,負載重，驅(qū)動作用.43第一章 微型計算機基礎(chǔ)第四節(jié) 微處理器一、Intel 8086/8088（四）8086/8088的的工作方式1. 最小工作模式：2. 最大工作模式：(1) QS1、QS0 : 指令隊列狀態(tài)輸 出端(2) S2、 S1、S0 : 總線周期狀態(tài) 信號輸出端44第

25、一章 微型計算機基礎(chǔ)第四節(jié) 微處理器一、Intel 8086/8088（四）8086/8088的的工作方式1. 最小工作模式：2. 最大工作模式：(3) LOCK : 總線封鎖信號輸出端(4) RQ/GT1、RQ/GT0 : 總線請求信號輸入/ 總線請求允許信號輸出端45第一章 微型計算機基礎(chǔ)第四節(jié) 微處理器一、Intel 8086/8088（四）8086/8088的的工作方式1. 最小工作模式：2. 最大工作模式：作用：最大模式需要協(xié)調(diào)主處理器和協(xié)處理器的工作，負載較重，需要驅(qū)動。46第一章 微型計算機基礎(chǔ)第四節(jié) 微處理器一、Intel 8086/8088（一）8086/8088的功能結(jié)構(gòu)（二）8086/8088的內(nèi)部寄存器（三）8086/8088的的引腳信號（四