微型计算机基础概论课件

测控技术与仪器系测控技术与仪器系课程目标课程目标掌握：n微型计算机的基本工作原理微型计算机的基本工作原理n汇编语言程序设计方法汇编语言程序设计方法n微型计算机接口技术微型计算机接口技术建立微型计算机系统的整体概念，了解微机系统建立微型计算机系统的整体概念，了解微机系统软硬件开发的基本过程软硬件开发的基本过程教材及主要参考书教材及主要参考书教材：教材：微型计算机原理与接口技术，冯博琴主编，微型计算机原理与接口技术，冯博琴主编，清华大学出版社清华大学出版社主要参考书：主要参考书：微机原理及应用，李伯成等编，西安电子科技微机原理及应用，李伯成等编，西安电子科技大学出版社大学出版社汇编语言汇编语言，王爽，王爽 著，清华大学出版社著，清华大学出版社微机 原理 及 接口 技术课程课程介绍介绍典型机型：典型机型：IBM PCIBM PC系列机系列机基本系统：基本系统：8088 CPU8088 CPU和半导体存储器和半导体存储器I/OI/O接口电路及与外设的连接接口电路及与外设的连接硬件接口电路原理硬件接口电路原理软件接口编程方法软件接口编程方法课程主要内容 CPU：8088/8086 典型机型典型机型：IBM-PC系列机系列机 内容：内容：微型计算机的系统构成微型计算机的系统构成 8088 微处理器及指令系统微处理器及指令系统 汇编语言程序设计汇编语言程序设计 半导体存储器及其接口半导体存储器及其接口 中断技术中断技术 I/O接口芯片接口芯片 面向系统的接口芯片及其应用面向系统的接口芯片及其应用 8253（定时定时）/8259（中断中断）/8237（DMA）面向外设的接口芯片及应用面向外设的接口芯片及应用8255（并行口并行口）/8250（串行口串行口）学习方法学习方法复习并掌握先修课的有关内容课堂：听讲与理解、适当笔记课后：认真读书、完成作业实验：充分准备、勇于实践学习学习方法方法考核方式考核方式n平时平时+作业作业 1 10%0%n实实 验验 20%20%n期末考试期末考试 70%70%教学目的及要求教学目的及要求 1 1）理解）理解微机系统的整体结构；微机系统的整体结构；2 2）掌握）掌握3 3种常用记数制、两种编码的表示方种常用记数制、两种编码的表示方 法及其相互的转换法及其相互的转换;3 3）掌握）掌握二进制数的算术运算和逻辑运算；二进制数的算术运算和逻辑运算；4 4）深入理解）深入理解补码的概念及其运算。补码的概念及其运算。第第1章章 微型计算机基础概论微型计算机基础概论1.11.1微型计算机系统微型计算机系统n1946年，世界上出现第一台数字式电子计算机ENIAC（电子数据和计算器）n发展到以大规模集成电路为主要部件的第四代，产生了微型计算机n1971年，Intel公司设计了世界上第一个微处理器芯片Intel4004，开创了一个全新的计算机时代。ENIAC长30.48米，宽1米，占地面积约170平方米，30个操作台，约相当于10间普通房间的大小，重达30吨，耗电量150千瓦，造价48万美元。它包含了17,468 真空管7,200水晶 二极管,1,500 中转,70,000 电阻器,10,000 电容器，1500继电器，6000多个开关，每秒执行5000次加法或400次乘法，是继电器计算机的1000倍、手工计算的20万倍 1.1.1 微型计算机的发展n第1代：4位和低档8位微机400440408008n第2代：中高档8位微机Z80、I8085、M6800，Apple-II微机、MCS-48、MCS-51系列n第3代：16位微机M68000、Z80008086808880286，IBM PC系列机1.1.1 微型计算机的发展n第4代：32位微机8038680486PentiumPentium II Pentium III Pentium 432位PC机、Macintosh机、PS/2机n第5代：64位微机Itanium、64位RISC微处理器芯片微机服务器、工程工作站、图形工作站n1978年 8086/8088 2.9万（3万）n1982年 80286 13.5万n1985年 80386 32万n1990年 80486 120万n1993年 Pentium 320万n1996年 Pentium Pro 550万n1997年2月 Pentium II 750万，300MHzn1999年 Pentium III n2000年(4季度)Pentium IV 4200万，1.4GHz(0.18um工艺)n其他新型技术，如激光计算机。n从计算机结构及信息理论方面，“非冯结构”（神经网络仿人脑的思维和记忆模型），更便于处理某些智能型问题。1.1.1 微型计算机的发展 微机原理讨论的基础就是冯诺依曼体系结构的计算机，其基本设计思想就是存储程序和程序控制。（1）冯诺依曼体系结构的计算机1.1.2 微型计算机的工作过程（1）冯诺依曼体系结构的计算机 当人们要解决问题时,首先将问题程序化,形成指令序列,然后将它存入存储器中,再由CPU的控制器从存储器中逐条取出指令解释,并取出该指令要处理的操作数送往运算器中执行,最后输出程序结果.即“程序存储和程序控制程序存储和程序控制”工作原理.这就是冯冯.诺依曼原理诺依曼原理.15运算器存储器存储器控制器控制器输入设备输入设备输出设备输出设备（1）冯诺依曼体系结构的计算机16冯 诺依曼机的工作过程内存内存指令指令1指令指令2指令指令n 分析分析获取操作数获取操作数执行执行存放结果存放结果 程序计数器程序计数器 PC地址地址CPU取出取出操作数操作数17冯 诺依曼机的工作过程 取一条指令的工作过程：取一条指令的工作过程：n将指令所在地址赋给程序计数器将指令所在地址赋给程序计数器PCPC；nPCPC内容送到地址寄存器内容送到地址寄存器ARAR，PCPC自动加自动加1 1；n把把ARAR的内容通过地址总线送至内存储器，经地址译码器译码，的内容通过地址总线送至内存储器，经地址译码器译码，选中相应单元。选中相应单元。nC CPUPU的控制器发出读命令。的控制器发出读命令。n在读命令控制下，把所选中单元的内容（即指令操作码）读在读命令控制下，把所选中单元的内容（即指令操作码）读到数据总线到数据总线DBDB。n把读出的内容经数据总线送到数据寄存器把读出的内容经数据总线送到数据寄存器DRDR。n指令译码指令译码n因为取出的是指令的操作码，故数据寄存器因为取出的是指令的操作码，故数据寄存器DRDR把它送把它送到指令寄存器到指令寄存器IRIR，然后再送到指令译码器，然后再送到指令译码器ID ID 内存单元地址内存单元地址PC1000FH地址地址寄存器寄存器1000FH+1“读存储器读存储器”命令命令指令译码指令译码数数据据总总线线B1H内存储器内存储器地址总线地址总线B1H1000FH微机读取一条指令的工作过程：冯 诺依曼机的特点和不足n特点：特点：n程序存储，共享数据，顺序执行程序存储，共享数据，顺序执行n属于顺序处理机，适合于确定的算法和数值数据的属于顺序处理机，适合于确定的算法和数值数据的处理。处理。n不足：不足：n与存储器间有大量数据交互，对总线要求很高；与存储器间有大量数据交互，对总线要求很高；n执行顺序由程序决定，对大型复杂任务较困难；执行顺序由程序决定，对大型复杂任务较困难；n以运算器为核心，处理效率较低；以运算器为核心，处理效率较低；n由由PC控制执行顺序，难以进行真正的并行处理。控制执行顺序，难以进行真正的并行处理。19冯诺依曼体系结构的计算机n英特尔公司的英特尔公司的80868086，英特尔公司的其他中，英特尔公司的其他中央处理器、安谋公司的央处理器、安谋公司的ARM7ARM7、MIPSMIPS公司的公司的MIPSMIPS处理器处理器 非冯 诺依曼机结构n主要特征n并行性n典型类型n数据流计算机结构 （Dataflow Image Processing System）n哈佛结构 （Harvard Architecture）21数据流计算机结构n采用数据驱动方式n程序的执行顺序不是由程序计数器控制，而是由指令间的数据流控制n当指令具有所需数据、且输出端没有数据时就可执行。22采用数采用数据驱动据驱动数据流计算机结构n数据流处理机工作原理23哈佛结构n指令和数据分别存放在两个独立的存储器模块中；nCPU与存储器间指令和数据的传送分别采用两组独立采用两组独立的总线的总线；n可以在一个机器周期内同时获得指令操作码和操作数。24哈佛结构25MicrochipMicrochip公司的公司的PICPIC系列芯片、系列芯片、摩托罗拉公摩托罗拉公司的司的MC68MC68系列、系列、ZilogZilog公司的公司的Z8Z8系列、系列、ATMELATMEL公公司的司的AVRAVR系列和安谋公司的系列和安谋公司的ARM9ARM9、ARM10ARM10和和ARM11ARM11，5151单片机也属于哈佛结构单片机也属于哈佛结构 （2）微型计算机的工作过程n计算机的工作是逐条执行由指令构成的程计算机的工作是逐条执行由指令构成的程序序指令指令：n由人向计算机发出的、能够为计算机所识别的命令。由人向计算机发出的、能够为计算机所识别的命令。27指令执行的一般过程取指令取指令取指部件，分析部件，执行部件取指部件，分析部件，执行部件指令译码指令译码读取操作数读取操作数执行指令执行指令存放结果存放结果8086微机的工作过程分两阶段：微机的工作过程分两阶段：l 取指令取指令l 执行指令执行指令l取指令阶段取指令阶段（CPUCPU读内存操作）：读内存操作）：地址经地址寄存器地址经地址寄存器 地址总线地址总线 地址译码器地址译码器,选中指令所在的内存单选中指令所在的内存单元元 CPUCPU发出内存读控制信号发出内存读控制信号 指令从内存指令从内存 数据总线数据总线 数据暂存器数据暂存器 指令寄存器指令寄存器 指令译码器对指令进行译码指令译码器对指令进行译码 由由IPIP给出指令在内存的地址给出指令在内存的地址标标 志志寄存器寄存器地址总线地址总线 AB程程序序数数据据数据总线数据总线 DB控制总线控制总线 CB地地址址译译码码器器、指令指令1指令指令2指令指令3指令指令4、数据数据1数据数据2数据数据3、指令寄存器指令寄存器数据暂存器数据暂存器控制电路控制电路指令译码器指令译码器地地址址寄寄存存器器指指 令令指指 针针寄存器寄存器R1R2R3R4寄存器组寄存器组运运算算器器IPl执行指令阶段：执行指令阶段：经译码后的指令，由控制电路发出控制信号去执行。经译码后的指令，由控制电路发出控制信号去执行。CPU 总线总线 内存内存标标 志志寄存器寄存器地址总线地址总线 AB程程序序数数据据数据总线数据总线 DB控制总线控制总线 CB地地址址译译码码器器、指令指令1指令指令2指令指令3指令指令4、数据数据1数据数据2数据数据3、指令寄存器指令寄存器数据暂存器数据暂存器控制电路控制电路指令译码器指令译码器地地址址寄寄存存器器指指 令令指指 针针寄存器寄存器R1R2R3R4寄存器组寄存器组运运算算器器IP31指令的顺序执行和并行执行n顺序执行方式：n各功能部件交替工作，按顺序完成指令的执行过程。n并行流水线方式：n各功能部件并行工作。32顺序工作方式取指令取指令1执行执行指令指令1分析分析指令指令1CPUBUS忙碌忙碌忙碌忙碌取指令取指令2执行执行指令指令2分析分析指令指令233并行流水线工作方式 EU取指令取指令1执行执行指令指令1分析分析指令指令1CPU取指令取指令2执行执行指令指令2分析分析指令指令2取指令取指令3执行执行指令指令3分析分析指令指令3BIU忙碌忙碌忙碌忙碌忙碌忙碌忙碌忙碌忙碌忙碌一个程序工作的例子一个程序工作的例子编程计算 100+256MOV AX，100ADD AX，256MOV 2000,AX返回返回8088的指令执行过程的指令执行过程1.1.3 微机系统组成 主机 硬件系统 外设 微机系统 系统软件 软件系统 应用软件CPU存储器存储器输入输入/输出接口输出接口总线总线系统组成运算器运算器 控制器控制器 寄存器组寄存器组 内存储器内存储器 总线总线输入输出输入输出接口电路接口电路外部设备外部设备 软件软件微处理器微处理器微型计算机微型计算机微型计算机系统微型计算机系统明确3个概念的区别n微处理器（微处理器（Microprocessor）n一个大规模集成电路芯片n内含控制器、运算器和寄存器等n微机中的核心芯片n微型计算机（微型计算机（Microcomputer）n通常指微型计算机的硬件系统n还有一般的说法：微机、微型机n微型计算机系统（微型计算机系统（Microcomputer system）n指由硬件和软件共同组成的完整的计算机系统微型计算机的基本结构微型计算机的基本结构存存储储器器I/O接接口口输输入入设设备备I/O接接口口数据总线数据总线 DB控制总线控制总线 CB地址总线地址总线 AB输输出出设设备备CPU地址总线地址总线 AB存存储储器器I/O接接口口输输入入设设备备I/O接接口口数据总线数据总线 DB控制总线控制总线 CB输输出出设设备备CPU微机的硬件由微机的硬件由CPU、存储器存储器、输入输入/输出设备输出设备构成；构成；输入输入/输出设备通过输出设备通过输入输入/输出接口输出接口与系统相连；与系统相连；(输入输入/输出接口简称输出接口简称I/O接口接口)各部件通过各部件通过总线总线连接。连接。构构成成部部件件（1 1）硬件系统）硬件系统(a)(a)微处理器微处理器l 计算机的核心部件计算机的核心部件 用来实现指令的自动装入和自动执行，用来实现指令的自动装入和自动执行，实现计算机本身的自动化实现计算机本身的自动化。存存储储器器I/O接接口口输输入入设设备备I/O接接口口数据总线数据总线 DB控制总线控制总线 CB地址总线地址总线 AB输输出出设设备备CPUn微处理器具有运算和控制功能，是整个微型计算机的核心，也称中央处理器CPU（Central Processing Unit）。由一片或几片大规模集成电路组成，具有控制器和运算器功能。n注意，微处理器并不是一台完整的计算机微处理器（Microprocessor）微处理器的主要功能部件微处理器的主要功能部件（1）算术逻辑部件（算术逻辑部件（ALU）：用来进行算术和逻辑运算。例如，SUB AL，5；AND AL，FEH；ADD AL，10；OR AL，01H；（2）累加器累加器：运算前存放操作数，运算后存放运算结果。输入/输出指令也通过累加器来完成。例如：IN AL，50H；OUT 51H，AL；（3）程序计数器程序计数器（Program Counter-PC），也称指令计数器（Instruction Counter），由它指出下一条要执行指令所在存储单元的地址，具有加1计数的功能。（4）指令寄存器指令寄存器：用来存放从存储器中取出的指令码。（5）指令译码器指令译码器：对指令码进行译码，确定指令的操作（如加、减、移位等）。（6）时序和控制部件时序和控制部件 微处理器（Microprocessor）CPU结构示意图结构示意图地址信号地址信号标标 志志寄存器寄存器指令寄存器指令寄存器数据暂存器数据暂存器控制电路控制电路指令译码器指令译码器地地址址寄寄存存器器指指 令令指指 针针寄存器寄存器R1R2R3R4寄存器组寄存器组运运算算器器IP数据信号数据信号控制信号控制信号ALUALU控制器控制器DSESSSCSIP数据暂存器数据暂存器执执 行行 部部 件件控控 制制 电电 路路指令译码器指令译码器总线总线接口接口控制控制电路电路AXBXCXDXAHBHCHDHSIDIBPSPALBLCLDL寄存器组寄存器组BIUABDBCB地地址址加加法法器器指指令令队队列列PSW标志寄存器标志寄存器EU运运算算器器DSESSSCSIP数据暂存器数据暂存器执执 行行 部部 件件控控 制制 电电 路路指令译码器指令译码器总线总线接口接口控制控制电路电路AXBXCXDXAHBHCHDHSIDIBPSPALBLCLDL寄存器组寄存器组ABDBCB地地址址加加法法器器指指令令队队列列PSW标志寄存器标志寄存器运运算算器器8088 编程结构编程结构 指令指针指令指针控制控制ROM控制部件控制部件地址生成地址生成(U流水线流水线)地址生成地址生成(V流水线流水线)ALU(U流水线流水线)ALU(V流水线流水线)整数寄存器组整数寄存器组桶形移位器桶形移位器8K字节数据字节数据 高速缓存高速缓存TLB浮点部件浮点部件控制控制寄存器组寄存器组加法加法除法除法乘法乘法总总线线部部件件 页页面面部部件件预取缓冲器预取缓冲器指令译码器指令译码器8K字节代码字节代码 高速缓存高速缓存TLB 分支目标分支目标缓冲器缓冲器 分支检验分支检验与目标地址与目标地址 预取预取地址地址控制控制64位位数据总线数据总线32位位地址总线地址总线32位地址总线位地址总线64位数据总线位数据总线256323232323232Pentium内部结构内部结构(b)(b)总线总线l 总线总线是连接多个功能部件的一组是连接多个功能部件的一组公共信号线公共信号线 微机中各功能部件之间的信息是通过总线传输微机中各功能部件之间的信息是通过总线传输总线总线 BUS存存储储器器I/O接接口口输输入入设设备备I/O接接口口输输出出设设备备CPU550MHzIDE2Pentium III北桥北桥440BXAGP南桥南桥PIIX4ECMOS&RTCUSB超级超级I/OIDE1COM1COM2LPT1550MHzL1CacheL2Cache处理机总线处理机总线 100MHz100MHzPCI 总线总线 33MHzPCI 插槽插槽ISA 插槽插槽ISA总线总线 8MHz内存条内存条ROM BIOS显显示示器器硬盘硬盘光驱光驱软驱软驱键盘鼠标键盘鼠标打印机打印机MODEM66MHz显卡显卡l 按信号的作用，总线分为三类：按信号的作用，总线分为三类：地址总线、数据总线、控制总线地址总线、数据总线、控制总线 存存储储器器I/O接接口口输输入入设设备备I/O接接口口数据总线数据总线 DB控制总线控制总线 CB地址总线地址总线 AB输输出出设设备备CPU地址总线地址总线 AB(Address Bus)：单向单向用来传送用来传送CPU输出的地址信号，输出的地址信号，确定被访问的存储单元、确定被访问的存储单元、I/O端口。端口。存存储储器器I/O接接口口输输入入设设备备I/O接接口口数据总线数据总线 DB控制总线控制总线 CB地址总线地址总线 AB输输出出设设备备CPU地址总线的条数地址总线的条数 决定决定CPU的寻址能力。的寻址能力。10根根 210 1024 1K 20根根 220 1024K 1M32根根 232 22 230 4G36根根 236 26 230 64G数据总线数据总线 DB(Data Bus)：双向双向 用来在用来在CPU与存储器、与存储器、I/O接口之间进行数据传送。接口之间进行数据传送。存存储储器器I/O接接口口输输入入设设备备I/O接接口口数据总线数据总线 DB控制总线控制总线 CB地址总线地址总线 AB输输出出设设备备CPU数据总线数据总线的条数决定一次可最多传送数据的宽度。的条数决定一次可最多传送数据的宽度。8 根根 一次传送一次传送 8位位16 根根 一次传送一次传送 16位位 32 根根 一次传送一次传送 32位位 64 根根 一次传送一次传送 64位位控制总线控制总线CB(Control Bus)：用于传送各种控制信号。用于传送各种控制信号。存存储储器器I/O接接口口输输入入设设备备I/O接接口口数据总线数据总线 DB控制总线控制总线 CB地址总线地址总线 AB输输出出设设备备CPU 有的是有的是CPU发出，如读控制信号、写控制信号；发出，如读控制信号、写控制信号；有的是发向有的是发向CPU，如外设向，如外设向CPU发出的中断申请信号。发出的中断申请信号。(c)(c)内存内存 内存内存是存储程序和数据的部件，是存储程序和数据的部件，由地址译码器、内存单元等构成。由地址译码器、内存单元等构成。n根根CPU地址线地址线AB数据线数据线DB控制线控制线CB地地址址译译码码器器1100110000110011101010101111000010001000地址地址00.0000地址地址00.0001地址地址00.0010地址地址00.0011地址地址111111内存结构示意图内存结构示意图l 内存单元内存单元 l 内存单元的地址内存单元的地址l 内存单元的内容内存单元的内容l 对内存的读对内存的读/写操作写操作l 内存单元内存单元 存储信息的基本单元。存储信息的基本单元。每片内存芯片有若干个内存单元。每片内存芯片有若干个内存单元。每个单元可存储每个单元可存储1位或多位等二进制数。位或多位等二进制数。n根根CPU地址线地址线AB数据线数据线DB控制线控制线CB地地址址译译码码器器1100110000110011101010101111000010001000地址地址00.0000地址地址00.0001地址地址00.0010地址地址00.0011地址地址111111l 内存单元的地址内存单元的地址 为区分各内存单元，每个内存单元对应有一个地址。为区分各内存单元，每个内存单元对应有一个地址。地址线上的数据经译码后只有唯一的内存单元被选中地址线上的数据经译码后只有唯一的内存单元被选中。n根根CPU地址线地址线AB数据线数据线DB控制线控制线CB地地址址译译码码器器1100110000110011101010101111000010001000地址地址00.0000地址地址00.0001地址地址00.0010地址地址00.0011地址地址111111l 内存单元的内容内存单元的内容 每个内存单元所存储的二进制数据。每个内存单元所存储的二进制数据。n根根CPU地址线地址线AB数据线数据线DB控制线控制线CB地地址址译译码码器器1100110000110011101010101111000010001000地址地址00.0000地址地址00.0001地址地址00.0010地址地址00.0011地址地址111111l 对内存的读对内存的读/写操作写操作 CPU发出地址信号，选中相应的内存单元。发出地址信号，选中相应的内存单元。若是若是读操作读操作，CPU发出内存读控制信号，发出内存读控制信号，被选中的内存单元将其内容经数据总线送入被选中的内存单元将其内容经数据总线送入CPU。若是若是写操作写操作，CPU发出内存写控制信号，发出内存写控制信号，CPU将欲写的内容经数据总线，写入被选中的内存单元。将欲写的内容经数据总线，写入被选中的内存单元。n根根CPU地址线地址线AB控制线控制线CB地地址址译译码码器器1100110000110011101010101111000010001000地址地址00.0000地址地址00.0001地址地址00.0010地址地址00.0011地址地址111111数据线数据线DB(d)(d)外设和输入外设和输入/输出接口（输出接口（I/OI/O接口）接口）外设的电信号、运行速度与外设的电信号、运行速度与CPU不匹配，不匹配，不能与不能与CPU直接相连，必须通过直接相连，必须通过I/O接口与接口与CPU相连。相连。存存储储器器I/O接接口口输输入入设设备备I/O接接口口数据总线数据总线 DB控制总线控制总线 CB地址总线地址总线 AB输输出出设设备备CPU键键 盘盘 键盘接口键盘接口 显示器显示器 显示卡显示卡鼠鼠 标标 串行接口串行接口 网网 络络 网卡网卡 打印机打印机 并行接口并行接口 音箱、麦可风音箱、麦可风 声卡声卡IDE2Pentium III北桥北桥440BX南桥南桥PIIX4ECMOS&RTCUSB超级超级I/OIDE1COM1COM2LPT1L1CacheL2CachePCI 插槽插槽ISA 插槽插槽内存条内存条ROM BIOS显显示示器器硬盘硬盘光驱光驱软驱软驱键盘鼠标键盘鼠标打印机打印机MODEM显卡显卡I/O接口结构示意图接口结构示意图CPU通过对通过对I/O端口进行读端口进行读/写操作，实现对外设的控制。写操作，实现对外设的控制。I/O端口端口1I/O端口端口2I/O端口端口3地址地址译码译码数据数据缓冲缓冲控制控制电路电路外外设设ABDBCBCPU（2 2）软件系统）软件系统n软件：为运行、管理和维护计算机系统或为实现某一功能而编写的各种程序的总和及其相关资料。系统软件系统软件应用软件应用软件操作系统操作系统编译系统编译系统网络系统网络系统工具软件工具软件软件软件1.2 计算机中的数制及编码计算机中的数制及编码掌握掌握3 3种常用记数制、两种编码的表示方种常用记数制、两种编码的表示方 法及其相互的转换法及其相互的转换;掌握掌握二进制数的算术运算和逻辑运算二进制数的算术运算和逻辑运算；深入理解深入理解补码的概念及其运算。补码的概念及其运算。1.2.11.2.1常用记数制常用记数制 十进制 二进制 十六进制为防止二义性为防止二义性,约定约定:*数后带D或不带任何符号,则为十进制数;*带B为二进制数;*带H为十六进制数.(注:以A-F开头的数,约定前面加0;即写 成:0DBH)如如:100,即一百;100B,即四;100H,即256.例：n234.98D或（234.98）Dn1101.11B或（1101.11）BnABCD.BFH或（ABCD.BF）H（1）十进制特点：特点：以十为底，逢十进一；共有0-9十个数字符号。用D代表。表示：表示：525.15=5*102+2*101+5*100+1*10-1+5*10-2（2）二进制特点：特点：以2为底，逢2进位；只有0和1两个符号。用B表示。表示：表示：1101.11B=1*23+1*22+0*21+1*20+1*2-1+1*1-2（3）十六进制n特点：特点：有0-9及A-F共16个数字符号，逢16进位。用H表示。n表示：表示：4CD.2H=4*162+12*161+13*160+2*16-11.2.21.2.2各种进制数间的转换各种进制数间的转换1.非十进制数到十进制数的转换：利用利用按权展开多项式按权展开多项式,相乘相乘,相加相加,即可即可 如如:11.11B=1*21+1*20+1*2-1+1*2-2=3.75 11H=1*161+1*160=1774非十进制数到十进制数的转换n按相应的权值表达式展开n例：n1011.11B=123+022+121+120+12-1+12-2 =8+2+1+0.5+0.25 =11.75n5B.8H=5161+11160+816-1 =80+11+0.5 =91.52.十进制到非十进制数的转换n对二进制的转换：对整数：除2取余；对小数：乘2取整。n对十六进制的转换：对整数：除16取余；对小数：乘16取整。112.25 D=?B整数部分11225620282014027023211201小数部分0.252x0.502x1.011110000.01 B 1 3.二进制与十六进制间的转换 二十六:从小数点开始,每四位一组,与表对应即可.如:0010 1011 1101 B 2 B D H3 A 5 C H 0011 1010 0101 1100 B1.2.3 计算机中的二进制表示 1.定点小数的表示N=Ns.N-1N-2M-(m-1)N-m2.整数的表示N=NsNn-1N1N01.2.3 计算机中的二进制表示3.浮点数的表示N=REM 十进制是204.3，相当于那么，M=0.2043，E=3。1.2.4 计算机中的编码nBCD码n用二进制编码表示的十进制数nASCII码n西文字符编码(1)BCD(1)BCD码码n压缩BCD码 用4位二进制码表示一位十进制数n扩展BCD码 用8位二进制码表示一位十进制数BCDBCD码与二进制数之间的转换n先转换为十进 制数，再转换二进 制数；反之同样。n例：n（0001 0001.0010 0101）BCD =11.25 =（1011.01）B十进数 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9BCD码 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001n根据BCD码的存放方式可分两种:压缩型BCD-一字节中存放两个十进制数.非压缩型BCD-一字节中存放一个十进制数.例.97压缩型BCD（1001 0111）BCD 97非压缩型BCD （0000 1001 0000 0111）BCDn非压缩型BCD,形式上象ASCII码,且也是一字节表示一个数,所以又称ASCII BCD.n注意区分BCD数与二进制数。如：BCD数1001 0111 十进制数97；而二进制数1001 0111 十进制数151。(2)ASCII(2)ASCII码码n字符的编码，一般用7位二进制码表示。在需要时可在D7位加校验位。n熟悉09,AZ,az的ASCII码ASCIIASCII码的校验n奇校验 加上校验位后编码中“1”的个数为奇数。例：A的ASCII码是41H（1000001B），以奇校验传送则为C1H（11000001B）n偶校验 加上校验位后编码中“1”的个数为偶数。上例若以偶校验传送，则为41H。1,21,2节总结节总结1.1 绪论微机的发展；微机的工作过程；微机系统的组成。1.2 计算机中的数制二进制，十进制，十六进制，及其互相转换；二进制编码：BCD码，ASCII码 1.3 二进制数的运算算术运算逻辑运算无符号数无符号数有符号数有符号数(1)无符号数的运算算术运算包括：加法运算 减法运算 乘法运算 除法运算注意点注意点：n对加法：1+1=0（有进位）n对减法：0-1=1（有借位）n对二进制数，乘以2相当于左移一位；n除以2则相当于右移1位。例例：n000010110100=00101100B 000010110100=00000010B 即：商=00000010B 余数=11Bn1100 B x 1001 B =1100 B x（1000+0001）B =1100 x 1000+1100 x 0001 =1101100 无符号数的表示范围：0 X 2n-1若运算结果超出这个范围，则产生溢出。对无符号数：运算时，当最高位向更高位有进位（或借位）时则产生溢出。例：最高位向前有进位，产生溢出94(2)(2)逻辑运算n与、或、非、异或n掌握：n与、或、非门逻辑符号和逻辑关系（真值表）；n与非门、或非门的应用。95“与”“或”运算n“与”运算：n任何数和“0”相“与”，结果为0。n“或”运算：n任何数和“1”相“或”，结果为1。&196“非”“异或”运算n“非”运算n按位求反n“异或”运算n相同则为0，相异则为11&197(3)(3)译码器n掌握74LS138译码器n各引脚功能n输入端与输出端关系（真值表）9874LS13874LS138译码器G1G2AG2BCBAY0Y7 n主要引脚及功能使 能 端输 入 端输 出 端G1#G2A#G2BC B A#Y0#Y1#Y2#Y3#Y4#Y5#Y6#Y7 1 10 1 0 01 0 01 0 01 0 01 0 01 0 01 0 01 0 0 0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 11 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 10 1 1 1 1 1 1 11 0 1 1 1 1 1 11 1 0 1 1 1 1 11 1 1 0 1 1 1 11 1 1 1 0 1 1 11 1 1 1 1 0 1 11 1 1 1 1 1 0 11 1 1 1 1 1 1 01.4 1.4 有符号数有符号数计算机中的有符号数可表示为：符号位+真值 机器数 “0”表示正，“1”表示负。例：+52=+0110100=0 0110100 符号位 真值 n -52=-0110100=1 0110100 符号位 真值（1）有符号数的表示：原码 反码 补码原码：n最高位为符号位，用“0”表示正，用“1”表示负；其余为真值部分。n优点：原码和真值表示之间的对应关系简单，容易理解；n缺点：计算机中用原码进行减法运算比较困难，0的表示不唯一。数0的原码8位数0的原码：+0=0 0000000 -0=1 0000000 即：数0的原码不唯一。反码对一个机器数X：n若X0，则 X反=X原n若X0，则X补=X反=X原n若X0，则X补=X反+1例：nX=52=0110100 X原=10110100 X反=11001011 X补=X反+1=110011000的补码：n+0补=+0原=00000000n-0补=-0反+1=11111111+1 =1 00000000 对8位字长，进位被舍掉有符号数的表示范围：对8位二进制数：n原码：-127 +127n反码：-127 +127n补码：-128 +127（2）有符号二进制数与十进制的转换对用补码表示的二进制数：1）求出真值 2）进行转换例：将一个用补码表示的二进制数转换为十进制数。将一个用补码表示的二进制数转换为十进制数。nX补=0 0101110B 真值为：0101110B 正数 所以：X=+46nX补=1 1010010B 真值不等于：-1010010B 负数 而是：X=X补补=11010010补 =-0101110=-46（3）有符号数的算术运算通过引进补码，可将减法运算转换为加法运算。n即：X+Y补=X补+Y补 X-Y补=X+(-Y)补 =X补+-Y补补码将减法运算转换为加法运算补码将减法运算转换为加法运算引例：一块钟指向9点，要把它拨到2点 可以逆拨7个，也可以顺拨5个格 逆拨：9-7=2 顺拨：9+5=14=2 （模为12）对于模为12的钟表来说9-7等效于9+5，减法变为了加法，5是-7的补码，同理7是-5的补码 例：X=-0110100，Y=+1110100，求，求X+Y=？nX原=10110100 nX补=X反+1=11001100nY补=Y原=01110100n所以：X+Y补=X补+Y补 =11001100+01110100 =01000000 X+Y=+1000000（4）符号数运算中的溢出问题n运算结果超出相应的数值表示范围，从而引起的结果出现错误n对于8位有符号数而言，其表示范围-128127，如果运算结果超出了该范围就引起溢出例：n若：X=01111000，Y=01101001 n (+120)(+105)则：X+Y=即：次高位向最高位有进位，而最高位向前无进即：次高位向最高位有进位，而最高位向前无进 位，产生溢出。位，产生溢出。（事实上，两正数相加得出负数，结果出错）（事实上，两正数相加得出负数，结果出错）溢出的判断n不管表示范围，先计算出正确结果，再看正确结果是否在表示范围内，从而判断溢出n通过比较参与运算的数和结果的符号来判断 （负数）+（负数）=正数 （正数）+（正数）=负数 （负数）+（正数）肯定不溢出溢出溢出 n两个（同号）带符号二进制数相加或相减时，若最高位最高位 次高位次高位1，则结果产生溢出。即参与运算的数最前两位都是10或都是01。例：若：X=01111000，Y=01101001 (+120)(+105)则：X+Y=若：X=-94=-1011110 =10100010（补）Y=-94=-1011110 =10100010（补）X+Y 10100010 +10100010 1 01000100 发生溢出n若参与运算的数以其它形式为最高两位，则可能溢出也可能不溢出例如：0E+76H 0E +56H 00001110 00001110 01110110 010101101.位位(bit)2.字节字节(Byte)3.字和字长字和字长(word)4.位编号位编号5.指令、指令系统和程序指令、指令系统和程序6.寄存器寄存器 7.译码器译码器计算机中常用术语1.位位(bit)l 指计算机能表示的最基本最小的单位指计算机能表示的最基本最小的单位l 在计算机中采用二进制表示数据和指令，故：在计算机中采用二进制表示数据和指令，故：位就是一个二进制位，有两种状态，位就是一个二进制位，有两种状态，“0”和和“1”2.字节字节(Byte)l 相邻的相邻的8位二进制数称为一个字节位二进制数称为一个字节 1 Byte=8 bit 如：如：1100 0011 0101 0111 3字和字长字和字长 l 字长字长是每一个字所包含的二进制位数。是每一个字所包含的二进制位数。常与常与CPU内部的寄存器、内部的寄存器、运算装置、总线宽度一致运算装置、总线宽度一致l 字字是是CPU内部进行数据处理的基本单位。内部进行数据处理的基本单位。例例 某某CPU内含内含 8位运算器位运算器，则：，则：参加运算的数及结果均以参加运算的数及结果均以 8位位 表示表示,最高位产生的进位或借位在最高位产生的进位或借位在8位运算器中不保存，位运算器中不保存，而将其保存到标志寄存器中而将其保存到标志寄存器中 1 0 1 1 0 1 0 1 被加数被加数8位位 +1 0 0 0 1 1 1 1 加数加数8位位进位进位 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 和和8位位PSW标志寄存器标志寄存器运运算算器器标志标志寄存器寄存器运运算算器器被加数被加数加数加数和和进位进位字长是衡量字长是衡量CPU工作性能的一个重要参数。工作性能的一个重要参数。不同类型的不同类型的CPU有不同的字长。有不同的字长。如如:Intel 4004 是是 4 位位 8080 是是 8 位位 8088/8086/80286 是是 16 位位 80386/80486、Pentium 是是 32 位位 1010 1100 0110 0101 1001 1000 0100 0011 被加数被加数 +1100 0011 1100 0011 0001 0101 0101 1000 加数加数进位进位 1 1 1111 1 111 1 1 0111 0000 0010 1000 1010 1101 1001 1011 和和 4位位 8次次 8位位 4次次16位位 2次次32位位 1次次位位 1 或或 0 1位位字节字节 1100 0011 8位位字字 1100 0011 0011 1100 16位位双字双字 1100 0011 0011 1100 1100 0011 0011 1100 32位位高字节高字节低字节低字节 高高 字字 低低 字字把一个把一个字字定为定为16 位位，1 Word=2 Byte 一个一个双字双字定为定为32位位 1 DWord=2 Word=4 Byte4.位编号位编号 为便于描述，对字节为便于描述，对字节,字和双字中的各位进行编号。字和双字中的各位进行编号。从低位开始，从右到左依次为从低位开始，从右到左依次为 0、1、2 编号编号7654321010100010D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0字节字节数据数据Data地址地址AddressD0D7D15D8158101010101010101070A0A7A15A8字字的编号为的编号为15 0双字双字的编号依此类推，为的编号依此类推，为31 05.指令、指令系统和程序指令、指令系统和程序l 一个一个CPU能执行什么操作，是工程人员设计和制造好的，能执行什么操作，是工程人员设计和制造好的，是固定的，用户不能改变。是固定的，用户不能改变。l 指令指令是是CPU能执行的一个基本操作。能执行的一个基本操作。如：取数、加、减、乘、除、存数如：取数、加、减、乘、除、存数 等等l 指令系统指令系统是是CPU所能执行的全部操作。所能执行的全部操作。不同的不同的CPU，其指令系统不同。，其指令系统不同。l 程序程序是用户在使用计算机时，为要解决的问题，是用户在使用计算机时，为要解决的问题，用一条条指令编写的指令用一条条指令编写的指令指令的序列指令的序列。构成程序的指令在存储器中一般都是顺序存放，构成程序的指令在存储器中一般都是顺序存放，要破坏这种顺序性，必须由转移指令操作。要破坏这种顺序性，必须由转移指令操作。6寄存器寄存器 l 寄存器寄存器是用来存放数据和指令的一种基本逻辑部件是用来存放数据和指令的一种基本逻辑部件。l 根据存放信息的不同，根据存放信息的不同，有有指令寄存器指令寄存器、数据寄存器数据寄存器、地址寄存器地址寄存器等。等。标标 志志寄存器寄存器地址总线地址总线 AB数据总线数据总线 DB控制总线控制总线 CB指令寄存器指令寄存器数据寄存器数据寄存器控制电路控制电路指令译码器指令译码器地地址址寄寄存存器器指指 令令指指 针针寄存器寄存器R1R2R3R4寄存器组寄存器组运运算算器器IPCPU结构结构示意图示意图7译码器译码器l 译码器译码器是将输入代码转换成相应输出信号的逻辑电路。是将输入代码转换成相应输出信号的逻辑电路。指令指令是是CPU能执行的一个基本操作能执行的一个基本操作;CPU的设计者对的设计者对CPU的所有指令进行的所有指令进行编码编码;用户用用户用编码形式的指令编码形式的指令进行编程，程序存放在内存中进行编程，程序存放在内存中;CPU从内存取来编码形式的指令从内存取来编码形式的指令,对指令进行译码，发出执行该指令功能所需的信号对指令进行译码，发出执行该指令功能所需的信号结束语n第1章难点：补码的概念及其运算