學(xué)習(xí)微型計(jì)算機(jī)概述知識(shí)課件

微型計(jì)算機(jī)原理

與接口技術(shù)劉建成主講ljc@《微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)》

課程要求與教學(xué)內(nèi)容

1.課程教學(xué)安排教學(xué)參考學(xué)時(shí)：48學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：16學(xué)時(shí)考試形式：筆試（閉卷）2.教材內(nèi)容體系結(jié)構(gòu)基本知識(shí)與基本概念計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與工作原理微處理器與微型計(jì)算機(jī)的概念微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成及其應(yīng)用計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)表示、數(shù)制與編碼的應(yīng)用《微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)》

課程要求與教學(xué)內(nèi)容8086/88微處理器微處理器內(nèi)部結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器和I/O組織總線周期與操作時(shí)序指令系統(tǒng)與匯編語(yǔ)言指令的概念與尋址方式8086指令系統(tǒng)介紹匯編語(yǔ)言格式、基本表達(dá)、偽指令介紹匯編語(yǔ)言源程序的建立、編輯、運(yùn)行、調(diào)試《微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)》

課程要求與教學(xué)內(nèi)容中斷系統(tǒng)中斷的基本概念中斷處理過(guò)程中斷控制器8259A可編程接口芯片及應(yīng)用接口基本概念總線技術(shù)可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器8253可編程并行接口芯片8255A可編程串行接口芯片8251A1.1引言第1章微型計(jì)算機(jī)概述1.2微機(jī)中數(shù)的表示與編碼1.3

微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及原理1.1引言1、微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展（1）從CPU角度來(lái)說(shuō)（2）從存儲(chǔ)器角度來(lái)說(shuō)（3）從外部接口角度來(lái)說(shuō)2、常用的名詞術(shù)語(yǔ)（1）位（Bit）（2）字節(jié)（Byte）（3）字（Word）3、計(jì)算機(jī)的應(yīng)用

（1）科學(xué)計(jì)算（2）數(shù)據(jù)處理（3）過(guò)程控制（4）計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)（5）人工智能1.2微型計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示與編碼在計(jì)算機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，有關(guān)數(shù)據(jù)（數(shù)值、文字、圖象和音頻）、程序（指令）都是采用二進(jìn)制編碼表示。1、計(jì)算機(jī)中的數(shù)制（1）數(shù)制的基數(shù)基數(shù)就是進(jìn)位計(jì)數(shù)制的計(jì)數(shù)符號(hào)的個(gè)數(shù)（2）數(shù)制中的位權(quán)位權(quán)就是按進(jìn)位計(jì)數(shù)制的數(shù)值，其每一位對(duì)應(yīng)的固定值。（3）數(shù)值的展開(kāi)(3)計(jì)算機(jī)中常用的進(jìn)位計(jì)數(shù)制

計(jì)數(shù)制基數(shù)數(shù)碼進(jìn)位關(guān)系二進(jìn)制20、1逢二進(jìn)一八進(jìn)制80、1、2、3、4、5、6、7逢八進(jìn)一十進(jìn)制100、1、2、3、4、5、6、7、8、9逢十進(jìn)一十六進(jìn)制160、1、2、3、4、5、6、7、8、9A、B、C、D、E、F逢十六進(jìn)一(4)計(jì)數(shù)制的書(shū)寫(xiě)規(guī)則在數(shù)字后面加寫(xiě)相應(yīng)的英文字母作為標(biāo)識(shí)。如：二進(jìn)制數(shù)的100可寫(xiě)成100B十六進(jìn)制數(shù)100可寫(xiě)成100H在括號(hào)外面加數(shù)字下標(biāo)。如：（1011）2表示二進(jìn)制數(shù)的1011（2DF2）16表示十六進(jìn)制數(shù)的2DF22、數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換（1）十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制整數(shù)采用基數(shù)2連續(xù)去除該十進(jìn)制整數(shù)，直至商等于“0”為止，然后逆序排列余數(shù)。（2）十進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制小數(shù)連續(xù)用基數(shù)2去乘以該十進(jìn)制小數(shù)，直至乘積的小數(shù)部分等于“0”，然后順序排列每次乘積的整數(shù)部分。（3）十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制整數(shù)或十六進(jìn)制整數(shù)采用基數(shù)8或基數(shù)16連續(xù)去除該十進(jìn)制整數(shù)，直至商等于“0”為止，然后逆序排列所得到的余數(shù)。（4）十進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制小數(shù)或十六進(jìn)制小數(shù)連續(xù)用基數(shù)8或基數(shù)16去乘以該十進(jìn)制小數(shù)，直至乘積的小數(shù)部分等于“0”，然后順序排列每次乘積的整數(shù)部分。（5）二、八、十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)用其各位所對(duì)應(yīng)的系數(shù)，按“位權(quán)展開(kāi)求和”的方法就可以得到。其基數(shù)分別為2、8、16。（6）二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制數(shù)從小數(shù)點(diǎn)開(kāi)始分別向左或向右，將每3位二進(jìn)制數(shù)分成1組，不足3位數(shù)的補(bǔ)0，然后將每組用1位八進(jìn)制數(shù)表示即可。（7）八進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)將每位八進(jìn)制數(shù)用3位二進(jìn)制數(shù)表示即可。（8）二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)從小數(shù)點(diǎn)開(kāi)始分別向左或向右，將每4位二進(jìn)制數(shù)分成1組，不足4位的補(bǔ)0，然后將每組用一位十六進(jìn)制數(shù)表示即可。（9）十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)將每位十六進(jìn)制數(shù)用4位二進(jìn)制數(shù)表示即可。

【例1.1】將十進(jìn)制整數(shù)（105）10轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制整數(shù)，采用“除2倒取余”的方法，過(guò)程如下：2︳105

2︳52

余數(shù)為12︳26

余數(shù)為02︳13

余數(shù)為02︳6

余數(shù)為12︳3

余數(shù)為02︳1

余數(shù)為10 余數(shù)為1所以，（105）10＝（1101001）2【例1.2】將十進(jìn)制小數(shù)（0.8125）10轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制小數(shù)，采用“乘2順取整”的方法，過(guò)程如下：0.8125×2＝1.625 取整數(shù)位10.625×2＝1.25取整數(shù)位10.25×2＝0.5 取整數(shù)位00.5×2＝1.0 取整數(shù)位1所以，（0.8125）10＝（0.1101）2如果出現(xiàn)乘積的小數(shù)部分一直不為“0”，則可以根據(jù)精度的要求截取一定的位數(shù)即可。

3、計(jì)算機(jī)中編碼

在計(jì)算機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，有關(guān)數(shù)據(jù)（數(shù)值、文字、圖象和音頻）、程序（指令）都是采用二進(jìn)制編碼表示。（1）數(shù)值的編碼Ⅰ、數(shù)值直接二進(jìn)制數(shù)表示（即用二進(jìn)制表示數(shù)值）Ⅱ、二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制數(shù)（BCD碼）（105）10＝（1101001）2（105）10=（000100000101）BCD數(shù)值的符號(hào)怎么處理？（2）字符的編碼英文字母和各種符號(hào)在計(jì)算機(jī)中按特定的規(guī)則編碼，常用的規(guī)則是ASCII（AmericanStandardCodeforInformationInterchange）碼，用于給西文字符編碼。包括英文字母的大小寫(xiě)、數(shù)字、專用字符、控制字符等；這種編碼由7位二進(jìn)制數(shù)組合而成，可以表示128種字符；在ASCII碼中，按其作用可分為：34個(gè)控制字符；10個(gè)阿拉伯?dāng)?shù)字52個(gè)英文大小寫(xiě)字母；32個(gè)專用符號(hào)ASCII碼的最個(gè)位為0。（3）漢字的編碼Ⅰ、漢字輸入碼漢字輸入碼是為用戶由計(jì)算機(jī)外部輸入漢字而編制的漢字編碼，又稱為漢字外部碼，簡(jiǎn)稱外碼。使用較多的有以下4類：順序碼、音碼、形碼、音形碼。Ⅱ、漢字機(jī)內(nèi)碼漢字機(jī)內(nèi)碼是漢字處理系統(tǒng)內(nèi)部存儲(chǔ)、處理漢字而使用的編碼，簡(jiǎn)稱內(nèi)碼。由兩個(gè)字節(jié)組成。漢字機(jī)內(nèi)碼的最個(gè)位都為1。Ⅲ、漢字字形碼漢字字形碼是表示漢字字形信息的編碼。

4、計(jì)算機(jī)中符號(hào)數(shù)的表示與處理

（1）機(jī)器數(shù)與真值在計(jì)算機(jī)內(nèi)部表示二進(jìn)制數(shù)的方法稱為數(shù)值編碼，把一個(gè)數(shù)及其符號(hào)在機(jī)器中的表示加以數(shù)值化，稱為機(jī)器數(shù)。機(jī)器數(shù)所代表的數(shù)稱為數(shù)的真值。（2）機(jī)器數(shù)的符號(hào)在算術(shù)運(yùn)算中，數(shù)據(jù)是有正有負(fù)的，將這類數(shù)據(jù)稱為帶符號(hào)數(shù)。為了在計(jì)算機(jī)中正確地表示帶符號(hào)數(shù)，通常規(guī)定每個(gè)字長(zhǎng)的最高位為符號(hào)位，并用0表示正數(shù)，用1表示負(fù)數(shù)。

需要強(qiáng)調(diào)：在計(jì)算機(jī)中可以使用無(wú)符號(hào)數(shù)，即整個(gè)字都來(lái)表示數(shù)值。（3）機(jī)器數(shù)中小數(shù)點(diǎn)的位置

在機(jī)器中，小數(shù)點(diǎn)的位置通常有兩種約定：一種規(guī)定小數(shù)點(diǎn)的位置固定不變，這時(shí)的機(jī)器數(shù)稱為“定點(diǎn)數(shù)”。另一種規(guī)定小數(shù)點(diǎn)的位置可以浮動(dòng)，這時(shí)的機(jī)器數(shù)稱為“浮點(diǎn)數(shù)”。（4）原碼

正數(shù)的符號(hào)位為0，負(fù)數(shù)的符號(hào)位為1，其它位按照一般的方法來(lái)表示數(shù)的絕對(duì)值。用這樣的表示方法得到的就是數(shù)的原碼?！纠?.3】當(dāng)機(jī)器字長(zhǎng)為8位二進(jìn)制數(shù)時(shí)：X＝＋1011011 [X]原碼＝01011011Y＝-1011011 [Y]原碼＝11011011[＋1]原碼＝00000001[－1]原碼＝10000001[＋127]原碼＝01111111[－127]原碼＝11111111原碼表示的整數(shù)范圍是：－（2n-1－1）~＋（2n-1－1），其中n為機(jī)器字長(zhǎng)。則：8位二進(jìn)制原碼表示的整數(shù)范圍是－127~＋12716位二進(jìn)制原碼表示的整數(shù)范圍是－32767~＋32767

（5）反碼對(duì)于一個(gè)帶符號(hào)的數(shù)來(lái)說(shuō)，正數(shù)的反碼與其原碼相同，負(fù)數(shù)的反碼為其原碼除符號(hào)位以外的各位按位取反?！纠?.4】當(dāng)機(jī)器字長(zhǎng)為8位二進(jìn)制數(shù)時(shí)：X＝＋1011011[X]原碼＝01011011[X]反碼＝01011011Y＝－1011011[Y]原碼＝11011011[Y]反碼＝10100100[＋1]反碼＝00000001 [－1]反碼＝11111110[＋127]反碼＝01111111 [－127]反碼＝10000000負(fù)數(shù)的反碼與負(fù)數(shù)的原碼有很大的區(qū)別，反碼通常用作求補(bǔ)碼過(guò)程中的中間形式。反碼表示的整數(shù)范圍與原碼相同。

（6）補(bǔ)碼正數(shù)的補(bǔ)碼與其原碼相同，負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼為其反碼在最低位加1?！纠?.5】X＝＋1011011Y＝－1011011則：[X]原碼＝01011011[X]補(bǔ)碼＝01011011[Y]原碼＝11011011[Y]反碼＝10100100[Y]補(bǔ)碼＝10100101補(bǔ)碼表示的整數(shù)范圍是－2n-1~＋（2n-1－1），其中n為機(jī)器字長(zhǎng)。則：8位二進(jìn)制補(bǔ)碼表示的整數(shù)范圍是－128~＋12716位二進(jìn)制補(bǔ)碼表示的整數(shù)范圍是－32768~＋32767在計(jì)算機(jī)中，應(yīng)用補(bǔ)碼是為了將減法變?yōu)榧臃ㄟ\(yùn)算?！纠?.5】X＝＋1011011Y＝－0000011

在計(jì)算機(jī)中，X+Y=[X]補(bǔ)碼＋[Y]補(bǔ)碼=01011011+11111101

1

01011000補(bǔ)碼運(yùn)算過(guò)程中的溢出問(wèn)題當(dāng)運(yùn)算結(jié)果超出補(bǔ)碼范圍時(shí)，就不能正確表示數(shù)了，此時(shí)稱為溢出。

例2.5】X＝＋69Y＝＋64[X]補(bǔ)+[Y]補(bǔ)=[01000000]補(bǔ)+[01000101]補(bǔ)

=[10000101]補(bǔ)顯然，兩正數(shù)相加運(yùn)算結(jié)果為負(fù)數(shù)，結(jié)果出錯(cuò)。作業(yè)：1.1,1.2,1.3,1.41.3微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成

1、微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)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：

硬件微計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備微處理器內(nèi)存儲(chǔ)器I/O接口電路系統(tǒng)總線外部設(shè)備過(guò)程I/O通道軟件系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言應(yīng)用軟件：軟件包，數(shù)據(jù)庫(kù)機(jī)器語(yǔ)言匯編語(yǔ)言高級(jí)語(yǔ)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2、微型計(jì)算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)

微處理器CPU存儲(chǔ)器RAM接口電路時(shí)鐘外存I/O設(shè)備接口電路存儲(chǔ)器ROM數(shù)據(jù)總線（雙向）地址總線（單向）控制總線各組成模塊及其功能：

（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。

（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(wèn)主存儲(chǔ)器和外部設(shè)備時(shí)，傳送相關(guān)的地址?？刂瓶偩€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(shuō)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。（5）外存儲(chǔ)器

分為軟磁盤、硬磁盤、光盤存儲(chǔ)器。磁盤存儲(chǔ)器由磁盤、磁盤驅(qū)動(dòng)器和驅(qū)動(dòng)器接口電路組成，統(tǒng)稱為磁盤機(jī)。光盤存儲(chǔ)器是由光盤、光盤驅(qū)動(dòng)器和接口電路組成。（6）輸入/輸入設(shè)備

計(jì)算機(jī)最常用的輸入設(shè)備是鍵盤和鼠標(biāo)。計(jì)算機(jī)最常用的輸出設(shè)備是顯示器和打印機(jī)。

3、8086微處理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)包含運(yùn)算器和控制器電路的大規(guī)模集成電路，稱為“微處理器”，又稱“中央處理器（CPU）”，其職能是執(zhí)行算術(shù)/邏輯運(yùn)算，并負(fù)責(zé)控制整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，使之能自動(dòng)協(xié)調(diào)地完成各種操作。（1）基本性能指標(biāo)16位微處理器；采用高速運(yùn)算性能的HMOS工藝制造，芯片上集成了2.9萬(wàn)只晶體管；使用單一的+5V電源，40條引腳雙列直插式封裝；時(shí)鐘頻率為5MHz~10MHz，基本指令執(zhí)行時(shí)間為.3ms~0.6ms16根數(shù)據(jù)線和20根地址線，可尋址的地址空間達(dá)1MB8086可以和浮點(diǎn)運(yùn)算器、I/O處理器或其他處理器組成多處理器系統(tǒng)，從而提高了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐能力和數(shù)據(jù)處理能力。（2）8086微處理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（3）執(zhí)行部件EU執(zhí)行部件中包含一個(gè)16位的算術(shù)邏輯單元（ALU），8個(gè)16位的通用寄存器，一個(gè)16位的狀態(tài)標(biāo)志寄存器，一個(gè)數(shù)據(jù)暫存寄存器和執(zhí)行部件的控制電路。功能：從BIU的指令隊(duì)列中取出指令代碼，經(jīng)指令譯碼器譯碼后執(zhí)行指令所規(guī)定的全部功能。執(zhí)行指令所得結(jié)果或執(zhí)行指令所需的數(shù)據(jù)，都由EU向BIU發(fā)出命令，對(duì)存儲(chǔ)器或I/O接口進(jìn)行讀/寫(xiě)操作。（4）總線接口部件BIU總線接口部件BIU內(nèi)部設(shè)有四個(gè)16位段地址寄存器：代碼段寄存器CS、數(shù)據(jù)段寄存器DS、堆棧段寄存器SS和附加段寄存器ES，一個(gè)16位指令指針寄存器IP，一個(gè)6字節(jié)指令隊(duì)列緩沖器，20位地址加法器和總線控制電路。主要功能：根據(jù)執(zhí)行部件EU的請(qǐng)求，負(fù)責(zé)完成CPU與存儲(chǔ)器或I/O設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳送。4、8086CPU的寄存器結(jié)構(gòu)8086CPU中可供編程使用的有14個(gè)16位寄存器，按其用途可分為3類：通用寄存器、段寄存器、指針和標(biāo)志寄存器，如所示。

累加器AHALBHBLCLDHDLCHSPSIDIIPFLAGSCSDSSSESBP基址寄存器計(jì)數(shù)寄存器數(shù)據(jù)寄存器堆棧指針寄存器基址指針寄存器源變址寄存器目的變址寄存器指令指針寄存器標(biāo)志寄存器代碼段寄存器段寄存器附加段寄存器堆棧段寄存器數(shù)據(jù)寄存器地址指針和變址寄存器控制寄存器通用寄存器數(shù)據(jù)段寄存器8086CPU內(nèi)部寄存器結(jié)構(gòu)

（1）通用寄存器

通用寄存器分為數(shù)據(jù)寄存器與指針和變址寄存器兩組。數(shù)據(jù)寄存器包括4個(gè)16位的寄存器AX、BX、CX和DX，一般用來(lái)存放16位數(shù)據(jù)，故稱為數(shù)據(jù)寄存器。其中的每一個(gè)又可根據(jù)需要將高8位和低8位分成獨(dú)立的兩個(gè)8位寄存器來(lái)使用，即AH、BH、CH、DH和AL、BL、CL、DL兩組，用于存放8位數(shù)據(jù)，它們均可獨(dú)立尋址、獨(dú)立使用。指針和變址寄存器包括指針寄存器SP、BP和變址寄存器SI、DI，都是16位寄存器,，一般用來(lái)存放地址的偏移量。（2）控制寄存器

指令指針寄存器IP：是一個(gè)16位的寄存器，存放EU要執(zhí)行的下一條指令的偏移地址，用以控制程序中指令的執(zhí)行順序，實(shí)現(xiàn)對(duì)代碼段指令的跟蹤。

標(biāo)志寄存器F：是一個(gè)16位的寄存器，共9個(gè)標(biāo)志，其中6個(gè)用作狀態(tài)標(biāo)志，3個(gè)用作控制標(biāo)志。

Ⅰ、狀態(tài)標(biāo)志：狀態(tài)標(biāo)志用來(lái)反映EU執(zhí)行算術(shù)和邏輯運(yùn)算后的結(jié)果特征。CF：進(jìn)位標(biāo)志；PF：奇偶標(biāo)志；AF：輔助進(jìn)位標(biāo)志ZF：零標(biāo)志；SF：符號(hào)標(biāo)志；OF：溢出標(biāo)志Ⅱ、控制標(biāo)志：控制標(biāo)志是用來(lái)控制CPU的工作方式或工作狀態(tài)。TF：陷阱標(biāo)志或單步操作標(biāo)志：IF：中斷允許標(biāo)志DF：方向標(biāo)志（3）段寄存器8086CPU共有4個(gè)16位的段寄存器，用來(lái)存放每一個(gè)段的段起始地址的高16位。代碼段寄存器CS數(shù)據(jù)段寄存器DS堆棧段寄存器SS附加段寄存器ES

ODITSZAPC5、8086的存儲(chǔ)