微型计算机原理及应用01

1第一章微型计算机基础1.1概述1.2计算机中的数制和编码1.2.1无符号数的表示及运算1.2.2带符号数的表示及运算1.2.3二进制编码*1.2.4计算机的定点表示和浮点表示1.3微型计算机系统的组成、分类和配置1.3.1微型计算机系统的组成1.3.2微型计算机的分类2第一章微型计算机基础1.3.3IBMPC和PC/XT的配置1.4微处理器1.4.1Intel8086/80881.4.2Intel802861.4.3Intel803861.4.4Intel804861.4.5Pentium系列微处理器第1章微型计算机基础3计算机的基本结构CPU(CentralProcessingUnit)：即中央处理单元，是一台计算机的心脏，由运算器和控制器组成。微处理器（Microprocessor):把CPU和一组称为寄存器（Registers）的特殊存储器集成在一片大规模集成电路或超大规模集成电路封装之中，这个器件才被称为微处理器。（Pentium芯片）微型计算机：以微处理器为核心，加上一定数量的存储器以及若干个外部设备，就构成了微型计算机。（PC机、单片机）微型计算机系统：以微型计算机为中心，配以相应的外围设备以及控制微型计算机工作的软件，就构成了完整的微型计算机系统。微型计算机的三种形式：微处理器→微型计算机→微型计算机系统1.1概述第1章微型计算机基础4计算机发展史1964：世界上第一台电子计算机ENIAC冯·诺依曼1971：Intel公司MCS-4微型计算机系统第一代微处理器Intel40041976：MITS公司第一台微型计算机Altair88001976：苹果公司微型计算机苹果Ⅱ1980：IBM公司第一台个人台式计算机IBMPC操作系统：微软公司的MS-DOS微处理器：Intel8088第1章微型计算机基础5微处理器发展史Intel4004Intel8080、MC6800、Z80Intel8086/8088Intel80286Intel80386/80486IntelPentium/Pro/MMX/Ⅱ/ⅢPentium4PentiumDIntelCore2Duo酷睿2双核IntelCeleronduo-core酷睿i7四核4位8位16位32位64位双核四核第1章微型计算机基础6数制二进制数（以B结尾）十六进制数（以H结尾）十进制数（以D结尾）注：数在机器中是用二进制表示的，但为了书写方便我们用十六进制表示，一个字节（8位二进制数）用两位十六进制数来表示。例：10110011B＝179D＝B3H自学：二进制的运算和数制之间的转换1.2计算机中的数制和编码第1章微型计算机基础7无符号数和带符号数无符号数：无符号数的最高位不是符号位而是数值的一部分。带符号数:把二进制数的最高一位定义为符号位，符号位为0表示正数，符号位为1表示负数。符号位：如果是8位二进制数，则符号位是D7，如果是16位二进制数，则符号位是D15。1.2计算机中的数制和编码第1章微型计算机基础8带符号数的表示方法除非特别声明，带符号数都默认由补码表示。正数的补码和原码相同，负数的补码等于其对应正数的补码按位求反（包括符号位）再加1。例：[-97]补＝10011111[-127]补＝?10000001二进制补码表示的带符号数的真值的求法：正数的真值直接由补码求得；负数的真值须将负数的补码按位取反加1，得到真值的绝对值，然后再加上负号。例：01111111=[+127]补10000000=?[-128]补8位二进制带符号数可以表示的范围？8位无符号数可以表示的范围？1.2计算机中的数制和编码第1章微型计算机基础9带符号数和无符号数的关系1.2计算机中的数制和编码对于一个二进制数，到底是带符号数还是不带符号数，计算机是不知道的，完全由运算的人来确定，就是说，二进制数的含义是人为赋予的。由于采用了补码表示法，计算机在处理带符号数和不带符号数的运算时，处理方法完全一致，运算结果在其可以表示的范围内的总是正确。机器运算表示符号数表示无符号数101110010010101111100100+)[-71]补[43]补[-28]补+)18543228+)第1章微型计算机基础10二进制编码BCD码BCD有十个不同的数字符号，且是逢十进位的，但它的每一位是用四位二进制编码来表示的，因此称为二进制编码的十进制码。注：BCD码和二进制码不能直接转换，而是要通过十进制码例：(01110011)BCD=73D=01001001B01110011B=115D=(000100010101)BCD。压缩BCD码的每一位用4位二进制表示，0000~1001表示0~9，一个字节表示两位十进制数。例如：01110011非压缩BCD码用一个字节表示一位十进制数，高4位总是0000，低4位的0000~1001表示0~9。例如：000000111.2计算机中的数制和编码第1章微型计算机基础11二进制编码1.2计算机中的数制和编码BCD编码表十进制数BCD码十进制数BCD码00000810001000191001200101000010000300111100010001401001200010010501011300010011601101400010100701111500010101第1章微型计算机基础12二进制编码ASCII码字母、数字、符号等各种字符都必须按照特定的规则用二进制编码才能在计算机中表示。ASCII码是一种全世界普遍采用的字符编码。ASCII码用7位二进制编码表示128种字符。数字0~9的编码是0110000~0111001，它们的高3位均是011，后4位正好与其对应的二进制代码相符。英文字母A~Z的ASCII码从1000001（41H）开始顺序递增，字母a~z的ASCII码从1100001（61H）开始顺序递增，这样的排列对信息检索十分有利。1.2计算机中的数制和编码第1章微型计算机基础13二进制编码1.2计算机中的数制和编码ASCII字符表0000010100111001011101110000NULDLESP0@P`p0001SOHDC1!1AQaq0010STXDC22BRbr0011ETXDC3#3CScs0100EOTDC4$4DTdt0101ENGNAK%5EUeu0110ACKSYN&6FVfv0111BELETB'7GWgw1000BSCAN(8HXhx1001HTEM)9IYiy1010LFSUB*:JZjz1011VTESC+;K[k{1100FFFS,L\l|1101CRGS-=M]m}1110SORS.Nn~1111SIUS/?OoDEL注：H表示高3位，L表示低4位。HL附录1.1ASCII（美国标准交换标准码）字符表（7位表）第1章微型计算机基础14位、字、字节、双字和字长•位（bit）是计算机所能表示的最小最基本的数据单位，它指的是取值只能为0或1的一个二进制数值位。位作为单位时记作b•字节（byte）由8个位二进制位组成，通常用作计算存储容量的单位。字节作为单位时记作B。例如8086/8088有20位地址线，它的存储器寻址范围（容量）是220字节，记做1MB。1K=1024=210；1M=1024K=220；1G=1024M=230；1T=1024G=240；1KB＝1K×8b•字（word)是计算机内部进行数据传递的基本单位,它通常取决于微处理器内部通用寄存器的位数和数据总线的宽度。•双字(DW)1.2计算机中的数制和编码第1章微型计算机基础15位、字、字节、双字和字长•字长是字所包含的二进制位数，即微处理器一次可以直接处理的二进制数码的位数。微处理器的字长有4位、8位、16位和32位等等。例如：8088称为准16位微处理器，而80386SX称为准32位微处理器。•IBMPC/XT机规定：字（W）＝2字节＝16位双字（DW）＝4字节＝32位四字（QW）＝8字节＝64位1.2计算机中的数制和编码半字节字节字双字03034707078F8F1017181F第1章微型计算机基础16微型计算机的组成微型计算机系统硬件软件主机外部设备CPU存储器I/O接口运算器控制器寄存器系统软件应用软件图1.5微型计算机的组成结构1.3微型计算机系统的组成、分类和配置第1章微型计算机基础17微型计算机硬件之一：CPU运算器（ALU）：完成数据的算术和逻辑运算控制器：一般由指令寄存器、指令译码器和控制电路组成。寄存器：存放经常使用的数据，速度快。1.3微型计算机系统的组成、分类和配置第1章微型计算机基础18微型计算机硬件之二：存储器用于存放数据和程序内存单元的地址和内容：内存的操作：读和写内存的分类：RAM和ROM1.3微型计算机系统的组成、分类和配置地址234FDH11001111(CFH)内容00000H00001HFFFFFH…………第1章微型计算机基础19模型机的存储器结构注：存储器单元的地址：共有256个存储器单元，对每个单元进行编号，就是存储器单元的地址存储器单元的内容：每个存储器单元可以放一个8位二进制编码，就是它的内容00H单元03H单元01H单元02H单元FFH单元地址译码器控制00H01H02H03HFFH地址总线（AB）数据总线（DB）CPU来的控制信号存储单元的内容存储单元的地址1.3微型计算机系统的组成、分类和配置第1章微型计算机基础20微型计算机硬件之三和四：I/O接口及设备接口电路：I/O适配器接口和存储器一样，也有地址数字量输入输出接口：并行接口、串行接口、中断接口模拟量输入输出接口：数模转换器D/A和模数转换器A/D1.3微型计算机系统的组成、分类和配置第1章微型计算机基础21微型计算机硬件之三和四：I/O接口及设备输入设备：键盘、鼠标、扫描仪和A/D转换器等输出设备：显示器、打印机和绘图仪等磁盘、U盘等既是输入设备也是输出设备输入设备和输出设备统称为外设1.3微型计算机系统的组成、分类和配置第1章微型计算机基础22微型计算机的外部结构图1.7微型计算机的外部结构框图1.3微型计算机系统的组成、分类和配置存储器I/O接口输入设备I/O接口数据总线DB控制总线CB地址总线AB输出设备CPU第1章微型计算机基础23总线总线：连接微型计算机各个部件地址总线AB（AddressBus):地址总线的位数决定了直接寻址的地址空间的大小。地址空间的范围仅决定于地址线的位数，与数据总线的位数无关，在每一个内存单元中存放一个字节。单向总线，CPU接口或存储器例：32位地址线表示为A31－A0可以寻址的空间为232＝4GB数据总线DB（DataBus）：使得数据可以在CPU与I/O接口和CPU与存储器之间双向传输，双向总线CPU接口或存储器控制总线（ControlBus）：用来传送各种控制信号，包括CPU送往存储器和输入输出设备的读、写、中断信号，还包括其它外设传送给CPU的时钟、中断请求和准备就绪信号。作为一个整体是双向的，每一根的方向是一定的单向的。1.3微型计算机系统的组成、分类和配置第1章微型计算机基础IBMPC/XT配置微处理器：8088,协处理器8087总线控制器：8288时钟信号发生与驱动器8284可编程定时/计数器8253DMA控制器8237可编程中断控制器8259RAM和ROMI/O接口电路和扩展槽24第1章微型计算机基础25图1.9Intel8086/8088的功能结构1.4微处理器AHALBHBLCHCLDHDLSPBPDISI通用寄存器AXBXCXDXALU数据总线（16位）运算寄存器ALU标志寄存器EU控制系统执行单元EU∑CSDSSSESIP内部暂存器123456数据总线8088:8位8086:16位总线控制逻辑地址总线20位指令队列80888086Q总线（8位）指令指针段寄存器外部总线总线接口单元BIU第1章微型计算机基础26MOVAL,11011000000000001ADDAL,20000010000000010