第一章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)

課程目標(biāo)本課程是學(xué)習(xí)和掌握微機(jī)硬件知識(shí)和匯編語言程序設(shè)計(jì)的入門課程：微型計(jì)算機(jī)的基本工作原理匯編語言程序設(shè)計(jì)微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)建立微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的整體概念，形成微機(jī)系統(tǒng)軟硬件開發(fā)的初步能力。第一章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)1.1微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展1.2計(jì)算機(jī)中的數(shù)制和編碼系統(tǒng)1.3微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成1.4微處理器本章小結(jié)1946年2月15日，第一臺(tái)電子數(shù)字計(jì)算機(jī)問世，標(biāo)志著計(jì)算機(jī)時(shí)代的到來。ENIAC開創(chuàng)了計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的新紀(jì)元，對(duì)人類的生產(chǎn)和生活方式產(chǎn)生了巨大的影響。1.1微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展1.1微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展中央處理器微型計(jì)算機(jī)：CPU，內(nèi)存和I/O設(shè)備?？偩€：AB、DB、CB?？偩€的位數(shù)將傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算器和控制器集成在一塊大規(guī)模集成電路芯片上作為中央處理部件，簡(jiǎn)稱為微處理器(CPU),微型計(jì)算機(jī)是以微處理器為核心，再配上存儲(chǔ)器、接口電路等芯片構(gòu)成的。微處理器按照其功能可以分為兩大部分：總線接口單元（BIU）和執(zhí)行單元（EU）。按照計(jì)算機(jī)CPU、字長(zhǎng)和功能劃分，經(jīng)歷了5代的演變:第一代（1971年～1973年）：4位和8位低檔微處理器第二代（1974年～1978年）：8位中高檔微處理器第三代（1978年～1980年）：16位微處理器第四代（1981年～1992年）：32位微處理器第五代（1993年以后）：全新高性能奔騰系列微處理器

微型計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo)介紹位：這是計(jì)算機(jī)中所表示的最基本、最小的數(shù)據(jù)單元。字節(jié)（Byte）：是計(jì)算機(jī)中通用的基本單元，由8個(gè)二進(jìn)制位組成。主頻：也稱時(shí)鐘頻率，單位是兆赫（MHz）或千兆赫（GHz），用來表示CPU的運(yùn)算、處理數(shù)據(jù)的速度。訪存空間：是該微處理器構(gòu)成的系統(tǒng)所能訪問的存儲(chǔ)單元數(shù)。可靠性：指計(jì)算機(jī)在規(guī)定時(shí)間和條件下正常工作不發(fā)生故障的概率。兼容性：指計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備和軟件程序可用于其他多種系統(tǒng)的性能。性能價(jià)格比：是衡量計(jì)算機(jī)產(chǎn)品優(yōu)劣的綜合性指標(biāo)。返回本章首頁(yè)1.2數(shù)制和碼制1.2.1無符號(hào)數(shù)的表示和運(yùn)算1.2.2計(jì)算機(jī)中帶符號(hào)數(shù)的表示方法1.2.3計(jì)算機(jī)中的字符編碼1.2.1無符號(hào)數(shù)的表示和運(yùn)算1、進(jìn)位計(jì)數(shù)制

進(jìn)位計(jì)數(shù)制基數(shù)

位權(quán)如：10011101B1234/1234D2F0AH123.45=1×102＋2×101＋3×100＋4×10-1＋5×10-22、二進(jìn)制計(jì)算機(jī)內(nèi)部,采用二進(jìn)制,因?yàn)?.容易實(shí)現(xiàn)

.算術(shù)四則運(yùn)算規(guī)則簡(jiǎn)單

.可進(jìn)行二值邏輯運(yùn)算3、各進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換舉例（1）任意進(jìn)制數(shù)→十進(jìn)制數(shù)例：11001B=1×24＋1×23＋0×22＋0×21＋1×100=254F5.C2H=4×162＋15×161＋5×160＋12×16-1＋2×16-2（2）十進(jìn)制數(shù)→任意進(jìn)制數(shù)例：將十進(jìn)制數(shù)25.625轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。

225余數(shù)整數(shù)

212K0=10.625×2=1.25k-1=126K1=01.25×2=0.5k-2=023K2=00.5×2=1k-3=121K3=10K4=1故25.625對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)為11001.101B

（3）二進(jìn)制、十六進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換例：1100010B=62H4F5H=010011110101B（4）二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算加法、邏輯與、或、非、異或運(yùn)算。返回本節(jié)1.2.2計(jì)算機(jī)中帶符號(hào)數(shù)的表示方法

幾個(gè)概念:

無符號(hào)數(shù)帶符號(hào)數(shù)機(jī)器數(shù)真值機(jī)器數(shù)的三種表示方法:

原碼表示法

反碼表示法

補(bǔ)碼表示法（1）原碼表示法數(shù)的最高位表示數(shù)的符號(hào)，數(shù)值部分是數(shù)的絕對(duì)值，也稱真值，這種表示法稱為原碼表示法。

1．對(duì)于正數(shù)：符號(hào)位用0表示，數(shù)字位同真值2．對(duì)于負(fù)數(shù)：符號(hào)位用1表示，數(shù)字位同真值

例x＝+91＝+10l1011B

[x]原=01011011B

例y＝-91＝-1011011B

[y]原=11011011B“0”的表示：[+0]原=00000000B[-0]原=10000000B

對(duì)于8位機(jī)，原碼可表示的數(shù)的范圍：-127～+127（2）反碼表示法

數(shù)的最高位表示數(shù)的符號(hào)，數(shù)值部分對(duì)于正數(shù)同真值，對(duì)于負(fù)數(shù)是真值各位取反，這種表示法就叫反碼表示法。

1．對(duì)于正數(shù)：符號(hào)位用0表示，數(shù)字位同真值

2．對(duì)于負(fù)數(shù)：符號(hào)位用1表示，數(shù)字位為真值按位取反。例x＝+91＝+10l1011B

[x]反=01011011B

例y＝-91＝-1011011B

[y]反=10100100B“0”的表示：[+0]反=00000000B[-0]反=11111111B

對(duì)于8位機(jī)，反碼可表示的數(shù)的范圍：-127～+127。（3）補(bǔ)碼表示法1．對(duì)于正數(shù)：符號(hào)位用0表示，數(shù)字位同真值。2．對(duì)于負(fù)數(shù)：符號(hào)位用1表示，數(shù)字位為它的反碼末位加1例x＝+91＝+10l1011B

[x]補(bǔ)=01011011B

例y＝-91＝-1011011B

[y]補(bǔ)=10100100B+1=10100101B例x＝+8＝+0001000B

[x]補(bǔ)=00001000B

例y＝-8＝-0001000B

[y]補(bǔ)=11110111B+1=11111000B

從這兩個(gè)例子中得到如下規(guī)律：對(duì)一個(gè)數(shù)的補(bǔ)碼連同符號(hào)位在內(nèi)求反加1，即為其相反數(shù)的補(bǔ)碼。例已知[+X]補(bǔ)=01000110B，則[-X]補(bǔ)=?

[-X]補(bǔ)=10111010B“0”的表示：[+0]補(bǔ)=00000000B[-0]補(bǔ)=00000000B

對(duì)于8位機(jī)，補(bǔ)碼可表示的數(shù)的范圍：-128～+127

使用機(jī)器數(shù)要注意:

機(jī)器數(shù)是二進(jìn)制數(shù)，由于符號(hào)位占據(jù)一位，因此有符號(hào)的數(shù)的形式值不等于真正的數(shù)值。特別對(duì)于負(fù)數(shù)的表示形式，原碼形式最高位的1表示負(fù)號(hào)，不是數(shù)，數(shù)值部分是數(shù)的真正值；而反碼和補(bǔ)碼就連數(shù)值部分也不是數(shù)本身了。所以，若要計(jì)算一個(gè)負(fù)數(shù)的機(jī)器數(shù)為十進(jìn)制的多少時(shí)，只有負(fù)數(shù)的原碼的數(shù)值部分才可展開按權(quán)相加。計(jì)算機(jī)引入補(bǔ)碼的好處

引入補(bǔ)碼,可以使減法運(yùn)算轉(zhuǎn)化為加法運(yùn)算，簡(jiǎn)化了運(yùn)算器的線路設(shè)計(jì)。在計(jì)算機(jī)中，

減法可以通過加補(bǔ)碼來實(shí)現(xiàn)；乘法可以通過一系列移位相加來實(shí)現(xiàn)；除法則可以通過一系列移位加補(bǔ)碼來實(shí)現(xiàn)。

因此，計(jì)算機(jī)中只需要一個(gè)加法器就可完成運(yùn)算。五、補(bǔ)碼運(yùn)算

補(bǔ)碼加法規(guī)則：[X+Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)+[Y]補(bǔ)

補(bǔ)碼減法規(guī)則：[X-Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)+[-Y]補(bǔ)例：已知[X]補(bǔ)=11101011B，[Y]補(bǔ)=11001010B，求[X+Y]補(bǔ)和[X-Y]補(bǔ)解：[-Y]補(bǔ)=00110110B

[X+Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)+[Y]補(bǔ)=11101011B+11001010B=10110101B

[X-Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)+[-Y]補(bǔ)=11101011B+00110110B=00100001B

[X+Y]補(bǔ)和[X-Y]補(bǔ)均無溢出.

判斷是否溢出的方法:正負(fù)判斷返回本節(jié)返回本章首頁(yè)1.2.3計(jì)算機(jī)中的字符編碼常用的二進(jìn)制編碼一、BCD碼（二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制數(shù)）每一位十進(jìn)制數(shù)用4位二進(jìn)制編碼來表示。如：(12)BCD=00010010B*BCD碼不是二進(jìn)制數(shù)，比如：12=00001100B二、ASCII碼（二進(jìn)制編碼的符號(hào)）采用7位二進(jìn)制碼對(duì)一個(gè)字符進(jìn)行編碼，可表示128個(gè)字符，每個(gè)ASCII碼在機(jī)器中占1個(gè)字節(jié)，最高位常為0。

當(dāng)作符號(hào)的數(shù)字0～9的ASCII碼：30H～39H

字母A～Z的ASCII碼：41H～5AH

字母a～z的ASCII碼：61H～7AH

歷年典型考題

2012年考題第1、2、21題

歷年典型考題

2011年考題第1、2、21題

歷年典型考題

2010年考題第1題

2009年考題第2、3、23、29題

歷年典型考題

2011年考題第1、2、21題1.3微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成1.3.1微型計(jì)算機(jī)的組成1.3.2微型計(jì)算機(jī)的工作過程1.3.1微型計(jì)算機(jī)的組成微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成（硬件和軟件）：硬件主機(jī)外圍設(shè)備微處理器CPU（運(yùn)算器、控制器、寄存器）存儲(chǔ)器I/O接口電路系統(tǒng)總線外部設(shè)備過程I/O通道軟件系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì)語言應(yīng)用軟件：軟件包，數(shù)據(jù)庫(kù)機(jī)器語言匯編語言高級(jí)語言監(jiān)控程序操作系統(tǒng)編輯程序解釋程序編譯程序診斷程序硬件系統(tǒng)是由電子部件和機(jī)電裝置所組成的計(jì)算機(jī)實(shí)體。

硬件的基本功能是接受計(jì)算機(jī)程序，并在程序的控制下完成數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)處理和輸出結(jié)果等任務(wù)。軟件系統(tǒng)是指為計(jì)算機(jī)運(yùn)行工作服務(wù)的全部技術(shù)資料和各種程序。

軟件系統(tǒng)基本功能保證計(jì)算機(jī)硬件的功能得以充分發(fā)揮，并為用戶提供一個(gè)寬松的工作環(huán)境。計(jì)算機(jī)的硬件和軟件二者缺一不可，否則不能正常工作。微型計(jì)算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)圖硬件組成模塊及其功能：1．中央處理單元中央處理單元CPU（ControlProcessingUnit）是微型計(jì)算機(jī)的核心部件，是包含有運(yùn)算器、控制器、寄存器組以及總線接口等部件的一塊大規(guī)模集成電路芯片，俗稱微處理器。按照其功能可以分為兩大部分：總線接口單元(BIU）和執(zhí)行單元（EU）。

2．主存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器是微型計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)程序、原始數(shù)據(jù)、中間結(jié)果和最終結(jié)果等各種信息的部件。按其功能和性能，可以分為：

隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM（RandomAccessMemory）只讀存儲(chǔ)器ROM（ReadOnlyMemory）3．系統(tǒng)總線

系統(tǒng)總線是CPU與其他部件之間傳送數(shù)據(jù)、地址和控制信息的公共通道。根據(jù)傳送內(nèi)容可分成以下3種：數(shù)據(jù)總線DB（DataBus）：用于CPU與主存儲(chǔ)器、CPU與I/O接口之間傳送數(shù)據(jù)。地址總線AB（AddressBus）：用于CPU訪問主存儲(chǔ)器和外部設(shè)備時(shí)，傳送相關(guān)的地址。控制總線CB（ControlBus）：用于傳送CPU對(duì)主存儲(chǔ)器和外部設(shè)備的控制信號(hào)。4．輸入輸出接口電路輸入/輸出接口電路也稱為I/O（Input/Output）電路，即通常所說的適配器、適配卡或接口卡。它是微型計(jì)算機(jī)外部設(shè)備交換信息的橋梁。返回本章首頁(yè)1.4微處理器1.4.18086/8088微處理器1.4.28086/8088的引腳分類1.4.38088的引腳信號(hào)1.4.48086/8088的工作模式1.4.58086/8088的寄存器12345678910111213141516171819204039383736353433323130292827262524232221

GNDA14A13A12A11A10A9A8AD7AD6AD5AD4AD3AD2AD1AD0

NMIINTRCLKGNDVCC（5V）A15A16/S3A17/S4A18/S5A19/S6SS0*(HIGH)MN/MX*RD*HOLD(RQ*/GT0*)HLDA(RQ*/GT1*)WR*(LOCK*)IO/M*(S2*

)DT/R*(S1*

)DEN*(S0

)ALE(QS0

)INTA*(QS1

)TEST*READYRESET8088CPU1.4.18086/8088微處理器8086與8088結(jié)構(gòu)極為相似，都是由執(zhí)行單元EU和總線接口單元BIU兩大部分構(gòu)成。執(zhí)行單元EU負(fù)責(zé)執(zhí)行指令。它由算術(shù)邏輯單元(運(yùn)算器)ALU，通用寄存器、標(biāo)志寄存器和EU控制電路組成。EU在工作時(shí)不斷地從指令隊(duì)列取出指令代碼。對(duì)其譯碼后產(chǎn)生完成指令所需要的控制信息。數(shù)據(jù)在ALU中進(jìn)行運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果的特征保留在標(biāo)志寄存器FLAGS中。

總線接口單元BIU負(fù)責(zé)CPU與存儲(chǔ)器、I/O接口之間的信息傳送。它由段寄存器、指令指針寄存器、指令隊(duì)列、地址加法器以及總線控制邏輯組成。8088的指令隊(duì)列長(zhǎng)度為4字節(jié)。8086的指令隊(duì)列長(zhǎng)度為6字節(jié)。返回本節(jié)1.4.28086/8088的引腳分類1、地址總線引腳2、數(shù)據(jù)總線引腳3、控制總線引腳12345678910111213141516171819204039383736353433323130292827262524232221

GNDA14A13A12A11A10A9A8AD7AD6AD5AD4