微型计算机原理及应用教学课件

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二进制
1001 1010 1011
1100 1101 1110 1111 10000 10001
16进制
9 A B
C D E F 10 11
4. 各种数制之间的转换 【例1-1】 十进制数22.625转换为二进制数
②小数部分转换，每次把乘积的整数取走作为转换结果的一位，对 剩下的小数继续进行乘法运算。对某些数可以乘到积的小数为0（如 上述两例），这种转换结果是精确的；对某些数（如0.3）永远不能 乘到积的小数为0，这时要根据精度要求，取适当的结果位数即可， 这种转换结果是不精确的。
例如 ：十六进制数
1
A
E
4
虽然BCD码是用二进制编码方式表示的，但它与二进制之间不 能直接转换，要用十进制作为中间桥梁，即先将BCD码转换为 十进制数，然后再转换为二进制数；反之亦然。
十进制 0 1 2 3 4 5
表1-2 BCD编码表
8421BCD码
十进制
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6
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7
0010
8
0011Leabharlann 9010010
0101
11
8421BCD码 0110 0111 1000 1001
1.3.1 计算机的硬件系统 1.3.2 计算机的软件系统 1.3.3 计算机的主要技术指标
1.1 引言 1.1.1 计算机发展概况

2. I/O空间: 486利用低16位地址线访问I/O端口，所 以I/O端口最多有216=64K，I/O地址空间为 0000H～FFFFH。 注意：I/O地址空间不分段 I/O地址空间与存储空间不重叠 CPU有一条控制线M/IO，在硬件设计上用 M/IO=1，参与存储器寻址，用M/IO=0参与 I/O寻址。 从PC/XT～Pentium，基于Intel微处理器的 系统机，实际上只使用低10位地址线，寻址 210=1024个I/O端口。
指 代码流 预取 令 译 指令 码 24位 2*16 总线 器
数据总线 线性地址总线 32 32
A2~A31 BE0~BE3 系统 地址总线
D0~D31 系统 数据总线
控制 总线
控制ROM 控制部分
系统 控制总线
指令队列
译码部分 指令预取部分
总线接口部分
一. 7个功能块： 1.总线接口单元： 产生三总线信号，进行存储器和I/O端口 的访问。
地址（32位） A2~A31、BE0~BE3 地址驱动器 系统地址总线
数据（32位） 写缓冲器 4*80 D0~D31 数据（32位） 数据总线收发器 系统数据总线 控制总线 系统控制总线
2.高速缓冲存储器(CPU内部的Cache)： 存放从存储器中取出的最近要执行的指 令和数据，这样CPU就只需从Cache中取指令， 不必经常访问存储器了。
指 运算部分 微指令 令 代码流 控制部分 指令 译 24位 码 总线 器
指 令 预 取 队 列
5.控制器： 控制器采用微程序设计，根据指令译码 器送来的信息产生微指令，对运算器、存储 器管理部分……发出控制信号。 存储管 指 控制与保护 理部分 令 微指令 部件 译 运算部分 码 控制ROM 器 控制器

压缩BCD码占80位,即10个字节.能存储20位 BCD数,但在80387中只用了18位BCD数.余下 1个字节的最高位为符号位.其余7位不用.
7位不用
最高位是符号位
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微机原理及应26用
1.2.3 实型数
任何一个二进制数可以表示成: N=+Y×2J 称为浮点表示法
80387规定： 指数采用移码表示。短型实数阶码占8位;长型实数
• 80386对字符串的操作有:移动;传送; 比较;查找等.
• 分类:字节串;字串;双字串.
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微机原理及应22用
1.1.5 位及位串
• 80x86CPU都支持位操作.80386/80486有位串操 作.位串最长是232个位.
• 位偏移量:一个位在位串中的地址.由字节地址 和位余数组成.
设位串是从ｍ地址开始存储的,位偏移量分别为23 和-18的位在什么地方?
例
11110010B
左移一位 11100100B
右移一位 11111001B
[-14]补 [-28]补 [-7]补
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微机原理及应19用
3).反码表示的负数
左移和右移空位全补1.
例
11110001B
左移一位 11100011B
右移一位 11111000B
7.有关0的问题
[-14]补 [-28]补 [-7]补
• 二进制:数的后面加后缀B. • 十进制:数的后面加后缀D或不加. • 十六进制:数的后面加后缀H.
2021
微机原理及应5用
1.1.3 整数
1.无符号数
8、16、32位全部用来表示数值本身。
最低位LSB是0位，最高位MSB是7、15、31。
2.带符号整数

； PI-INT＝3
P-REM EQU 31416 MOD 10000 ； P-REM＝ 1416
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2、逻辑运算符 汇编语言的逻辑运算符有 AND——逻辑与 OR——逻辑或 XOR——逻辑异或 NOT——逻辑非 逻辑运算符与逻辑运算指令的区别在于前者在汇编时完成逻 辑运算，而后者在执行指令时完成逻辑运算
MASKB EQU 00101011B MOV AL，5EH
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3、关系运算符
关系运算符有：
EQ——等于；
NE——不等
LT——小于；
GT——大于
LE——小于等于；
GE——大于等于
关系运算符比较两个操作数并产生一个逻辑值。如果关系成立
则结果为真(0FFFFH)；否则为假(0000H)。关系运算符一般 都
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(4)EXTRN
EXTRN伪指令说明本模块中所用的某些符号是外部的，即这 些符号在将被连接在一起的其他模块中定义(在定义这些符号 的模块中还必须用PUBLIC伪指令说明)
EXTRN 名字:类型[，…]
例如：程序的框架
data segment
︰
data ends
code segment
简短的名来代替一个较长的名字。
（*）EQU伪指令不允许对同一符号重复定义。
（*） = 伪指令与EQU基本相同只是区别在于它可以对同一个 名字
重复定义
(2)LABEL
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(四)其它的一些伪指令
(1)ORG和$
ORG指定了在它之后的代码或数据存放的起始地址的偏移 量．即 以语句中表达式的值作为起始地址
(1) NAME
用于给源程序汇编以后得到的目标程序指定一个模块名， 连接时需要使用这个目标程序的模块名。

第4章 存储系统
图4.2 6264全地址译码器
第4章 存储系统
图4.3 另一种译码电路
第4章 存储系统
2) 部分地址译码 部分地址译码就是只用部分地址线译码控制片选来决定 存储器地址。一种部分地址译码的连接电路原理图如图4.4 所示。
第4章 存储系统
图4.4 6264部分地址译码连接
第4章 存储系统
第4章 存储系统
2) 金属氧化物(MOS)RAM 用MOS器件构成的RAM又可分为静态读写存储器(SRAM)和 动态读写存储器(DRAM)。当前的微型计算机中均采用这种类 型的金属氧化物(MOS)RAM。 静态RAM的主要特点是，其存取时间为几到几百纳秒 (ns)，集成度比较高。目前经常使用的静态存储器每片的容 量为几十字节到几十兆字节。SRAM的功耗比双极型RAM低， 价格也比较便宜。
第4章 存储系统
CS1、CS2为两条片选信号引线。当两个片选信号同时有 效时，即 C=S01、CS2=1时，才能选中该芯片。不同类型的芯 片，其片选信号多少不一，但要选中芯片，只有使芯片上所有 片选信号同时有效才行。一台微型计算机的内存空间要比一块 芯片的容量大。在使用中，通过对高位地址信号和控制信号的 译码产生(或形成)片选信号，把芯片的存储容量放在设计者所 希望的内存空间上。简言之，就是利用片选信号将芯片放在所 需要的地址范围上。这一点，在下面的叙述中将会看到。
第4章 存储系统
2．存取时间 存取时间就是存取芯片中某一个单元的数据所需要的时 间。 当拿到一块存储器芯片的时候，可以从其手册上得到它的存 取时间。CPU在读写RAM时，它所提供给RAM芯片的读写时间 必须比RAM芯片所要求的存取时间长。如果不能满足这一点， 微型机则无法正常工作。 3．可靠性 微型计算机要正确地运行，必然要求存储器系统具有很 高的可靠性。内存的任何错误都足以使计算机无法工作。而 存储器的可靠性直接与构成它的芯片有关。目前所用的半导 体存储器芯片的平均故障间隔时间(MTBF)大概为5×106～ 1×108 h左右。

四、内部寄存器
内部寄存器的类型
含14个16位寄存器，按功能可分为三类
8个通用寄存器 4个段寄存器 2个控制寄存器
深入理解：每个寄存器中数据的含义
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1. 通用寄存器
数据寄存器（AX，BX，CX，DX） 地址指针寄存器（SP，BP） 变址寄存器（SI，DI）
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数据寄存器
8088/8086含4个16位数据寄存器，它们又可分为8个 8位寄存器，即：
DX：
数据寄存器。在间接寻址的I/O指令中存放I/O端口地址；在 32位乘除法运算时，存放高16位数。
地址指针寄存器
SP：堆栈指针寄存器，其内容为栈顶的偏移地址； BP：基址指针寄存器，常用于在访问内存时存放内存单
元的偏移地址。
BP与BX的区别：
作为通用寄存器，二者均可用于存放数据； 作为基址寄存器，用BX表示所寻找的数据在数据段；用
┇
操作数
35
状态标志位（1）
CF（Carry Flag）
进位标志位。加(减)法运算时，若最高位有进(借)位则CF=1
OF（Overflow Flag）
溢出标志位。当算术运算的结果超出了有符号数的可表达范 围时，OF=l
ZF（Zero Flag）
零标志位。当运算结果为零时ZF=1
SF（Sign Flag）
欲实现对1MB内存空间的正确访问，每个内
存单元在整个内存空间中必须具备20位字长
的惟一地址
物理地址
XXXXXH
12H
00H
内存地址变换：
…
如何将直接产生的16位编码变换
…
为20位物理地址?
┇
内存单元的编址（1）
内存每个单元的地址在逻辑上都由两部分组成：

常用操作系统有DOS、UNIX和Windows。
应用软件
（1）文字处理软件 WPS、Word 等。
（2）表格处理软件 Excel、Lotus l-2-3 等。
（3）管理系统软件 财务管理软件、人事管理软件等。
（4）辅助设计软件 Auto CAD 等。
（5）实时控制软件 监察控制和数据采集SCADA (Supervisory Control
外存又称辅助存储器。外存储器的容量一般都比较 大，而且可以移动，便于不同计算机之间进行信息交 流。常用的外存有磁盘、光盘和磁带等。最常用的是 磁盘，磁盘又分为硬盘和软盘。目前，USB闪存的普 及，使得软盘有被淘汰的趋势。
内存
内存分为两类:
➢ 一类是随机储存器(random access memory, 简称RAM)型内存,它的特点是写入或读取信息 的速度快,但只有在计算机开启后,它才能储存 信息,一旦计算机系统关闭或突然掉电,其上储 存的信息将全部丢失。
打印机：
• 按照打印机的工作原理，将打印机分为击打式和非击 打式两大类。
• 按照工作方式分为点阵打印机，针式打印机，喷墨式 打印机，激光打印机等。
• 衡量打印机好坏的指标有三项：打印分辨率，打印速 度和噪声。
微型计算机的软件系统：
系统软件 系统软件是指管理、监控和维护计算机资源
（包括硬件和软件）的软件。常见的系统软件 有操作系统、各种语言处理程序以及各种工具 软件等。
微型计算机的硬件系统
硬件系统包括主机（主板、CPU、 内存）、显示卡、声卡、硬盘、软 驱、光驱、鼠标、键盘、显示器， 音箱、打印机等。
主板
主板也称系统板，是安装在主机机箱内 的一块电路板，上面安装有计算机的主要电
路系统。

微机系统利用3组总线，即数据总线DB、地址总线AB 和控制总线CB分别传送指令及指令执行过程中相关的数据、 地址信息和控制信息。
最新.
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2.1.3 总线
（1 数据总线是在CPU、存储器或I/O端口等部件之间传递
数据的通道，每次传送一个“计算机字长”，其宽度（根数） 通常与计算机的字长一致。数据总线的传输是双向的。 （2
解：∵ 0ABH=10101011B= -85D 0FFH=11111111B= -1D ∴0ABH+0FFH=10101011B+11111111B = (1)10101010B= -86D
结果没有超出-128~127范围， CF=1，OF=0。 求下例中各状态标志的值： 1．
则 SF= 0, ZF= 0, PF= 0, CF最=新0. , OF=0, AF= 0
最新.
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2.1.1微型计算机基本结构
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3
2.1.2 微处理器CPU 微处理器简称CPU，是用来实现运算和控制功能的部
件，是整个微型计算机的核心，由运算器、控制器和寄存 器组3部分组成。CPU
1) 指明将要执行指令所在存储单元的地址，取出指令并
2) 3) 传送数据，包括在CPU内部传送数据以及与外界交换
最新.
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2.2 8086微处理器的功能结构
8086是Intel系列的16位微处理器，是80x86系列微机
1）制造工艺：采用具有高速运算性能的HMOS工艺制成。 2）芯片集成度：芯片上集成有2.9万个晶体管，用单一的 +5V电源和40 3）时钟频率：5～10MHz，最快的指令执行时间0.4μs。4） 字长：16位8088为准16 5 6）内存容量：20位地址可寻址1MB 7）端口地址：16位I/O地址可寻址64KB 8）中断功能：可处理内部软件中断和外部硬件中断，中断 源可多达25个。

(3) 从右边第2位开始，各位可以对应相加，并有进位参 与运算，称为全加器(full adder)。 输入量为3个，即Ai,Bi,Ci； 输出量为两个，即Si,Ci+1。
其中i=1,2,3，…，n。
1.5.2 半加器电路
方法2：（十进制数转换为二进制数）
• 降幂法 首先写出要转换的十进制数，其次写出所有小于此数的各位二进 制数值，然后用要转换的十进制数减去与它最相近的的二进制权值，够 减则此位记为1，否则记为0，如此反复。
• 如：N=123.8125D
• 小于123的二进制权
26 25 24 23 22 21 20
例：将(352.6)o转换为二进制数。
3 5 2. 6
011 101 010 110 =(11 101 010 . 11)B
1.3 逻辑电路
逻辑电路由其3种基本门电路(或称判定元素)组成。
基于这3个基本门电路，可发展成许多复杂的逻辑电路。
如：异或门
A
0
=1
0
B
0
Y
Y=A + B =AB+AB
A B
B、二进制数到十六进制数的转换采用“四位化一位”的方法。从小数点开 始向两边分别进行每四位分一组，向左不足四位的，从左边补0；向右不足 四位的，从右边补0。
例：将(1000110.01)B转换为八进制数和十六进制数。
1 000 110 . 01
001 000 110 . 010 ( 1 0 6 . 2 )O
计算机主要应用于解决科学研究和工程技术中所提出 的数学问题（数值计算）。
2、数据处理 （信息处理）
主要是利用计算机的速度快和精度高的特点来对数字 信息进行加工。
3、工业控制 用单板微型计算机实现DDC级控制等。

再用余下的纯小数部分乘以N ，记下乘积的 整数部分；不断重复此过程，直至乘积小数 部分为0或已满足要求的精度为止。将所得各 乘积的整数部分顺序排列（先得的整数为高
位，后得的整数为低位）即可。
例 ： 将（35.6875）10转换为二进制数。 ① 用除2取余法将整数部分(35)10转换为二进制整数：
2
第三代：80386（1985年-1988年） •第一个实用的32位微处理器,采用1.5m工艺 ，集成275,000个晶体管,工作频率16MHz。 内部寄存器、数据和地址总线都是32位的。 可寻址空间达到4GB。这时的微型计算机已 达到超级小型机的水平。 •80386的其他一些版本： 80386SX：16位数据总线和24位地址总线， 寻址空间为16MB； 80386SL／80386SLC，l6位数据总线和25位 地址总线，寻址空间为32MB。 由于传输为16位,故也称为准32位微处理器。
X86系列微型计算机的发展：
第一代：8086/8088（1978年-1981年） •1978年--8086 采用3m工艺，集成29,000个晶体管， 工作频率4.77 MHz寄存器和数据总线 均为16位，地址总线为20位，寻址空间 达1MB。CPU的内部结构采用了流水 线结构，并设置了6字节的指令预取队 列。
1.3微处理器组成
•微处理器是微型计算机硬件系统中的核心部 件，它由运算器、控制器、数据和地址缓冲器 四大部分组成。
地址总线(AB) 数据总线(DB)
地址缓冲器
内部总线
数据缓存器
指令寄存器(IR) 指令译码器(ID) 操作控制器(OC)
寄 存 器 组 (RS)
通用寄存器组 堆栈指针(SP) 程序计数器(PC)
1.1 1.2 1.2.1 1.2.2 1.2.3 1.2.4 1.3 1.4 1.4.1 1.4.2 1.4.3 1.5 1.6 微机系统的组成 微型计算机硬件系统的组成 系统总线 微处理器 存储器 输入输出（I/O）接口和外设 微处理器组成 存储系统概述 内存储器单元的地址和内容 内存操作 内存分类 微机工作过程 微机系统的主要技术指标

微型计算机原理及应用
6、纪律是自由的第一条件。——黑格 尔 7、纪律是集体的面貌，集体的声音， 集体的 动作， 集体的 表情， 集体的 信念。 ——马 卡连柯
8、我们现在必须完全保持党的纪律， 否则一 切都会 陷入污 泥中。 ——马 克思 9、学校没有纪律便如磨坊没有水。— —夸美 纽斯
10、一个人应该：活泼而守纪律，天 真而不 幼稚， 勇敢而 鲁莽， 倔强而 有原则 ，热情 而不冲 动，乐 观而不 盲目。 ——马 克思
16、业余生活要有意义，不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为