第一章 計(jì)算機(jī)的運(yùn)算基礎(chǔ)與微型機(jī)

第一章計(jì)算機(jī)的運(yùn)算基礎(chǔ)與微型機(jī)第一頁(yè)，共七十頁(yè)，編輯于2023年，星期四前言一、目的學(xué)習(xí)微型計(jì)算機(jī)的基本組成原理、結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、接口、指令、匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)軟件硬件結(jié)合，以達(dá)到把手伸到計(jì)算機(jī)內(nèi)部的目的。本課程以Intel80X86微機(jī)，即PC系列微機(jī)為硬件范例，來(lái)討論微機(jī)的構(gòu)成原理，以及存儲(chǔ)器、輸入輸出接口芯片與CPU的接口方法。第二頁(yè)，共七十頁(yè)，編輯于2023年，星期四二、特點(diǎn)技術(shù)性，實(shí)踐性較強(qiáng)實(shí)驗(yàn)課單獨(dú)設(shè)課：計(jì)劃學(xué)時(shí)48，課表學(xué)時(shí)48＊2＝96計(jì)算機(jī)硬件系列課程：微機(jī)原理，微機(jī)原理實(shí)驗(yàn)，微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)，單片機(jī)（任選）。三、教材及參考書(shū)微機(jī)原理與接口技術(shù)（北方交大）朱定華微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)（華工）朱定華等謝瑞和等編著/微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)基礎(chǔ)教程

/科學(xué)出版社/2005.8第三頁(yè)，共七十頁(yè)，編輯于2023年，星期四四、成績(jī)與考試平時(shí)成績(jī)20％作業(yè)，上機(jī)調(diào)試。期末考試80％閉卷。第四頁(yè)，共七十頁(yè)，編輯于2023年，星期四五教學(xué)內(nèi)容安排運(yùn)算基礎(chǔ)與微型機(jī)的基本結(jié)構(gòu)（1章）匯編語(yǔ)言和匯編程序設(shè)計(jì)（2,3章）8086/8088的總線與時(shí)序

（4章）微機(jī)接口技術(shù)存儲(chǔ)器和I/O接口（5,6章）中斷(Interrupt)控制（7章）常用可編程接口芯片(8章)第五頁(yè)，共七十頁(yè)，編輯于2023年，星期四第一章計(jì)算機(jī)的運(yùn)算基礎(chǔ)與微型機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

§1.1計(jì)算機(jī)的數(shù)和編碼系統(tǒng)一.計(jì)算機(jī)中的數(shù)制------任何數(shù)都可以用一組統(tǒng)一的符號(hào)和規(guī)則表示.1.常用數(shù)制-----二,十,十六進(jìn)制.*

計(jì)算機(jī)的數(shù)是以器件的物理狀態(tài)來(lái)表示的,計(jì)算機(jī)由數(shù)字器件組成,所以全部用二進(jìn)制表示.*因?yàn)槟壳拔C(jī)都是8,16,32位,都是四的整數(shù)倍,24=16,為書(shū)寫(xiě)方便,而廣泛使用十六進(jìn)制數(shù).*為符合人們?nèi)粘Ａ?xí)慣,而使用十進(jìn)制數(shù).第六頁(yè)，共七十頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.為防止二義性,約定:*數(shù)后帶D或不帶任何符號(hào),則為十進(jìn)制數(shù);*

帶B為二進(jìn)制數(shù);*

帶H為十六進(jìn)制數(shù).如:100,即一百;100B,即四;100H,即256.3.十,二,十六進(jìn)制數(shù)間的關(guān)系如下表(P1.表1-1).第七頁(yè)，共七十頁(yè)，編輯于2023年，星期四第八頁(yè)，共七十頁(yè)，編輯于2023年，星期四4.任一個(gè)J進(jìn)制數(shù)N都可表示為按權(quán)展開(kāi)多項(xiàng)式

NJ=∑Ki*Ji其中:Ki可取0,1,…(J-1)的任一數(shù)碼符號(hào).Ji------權(quán)(即數(shù)的基值).J------基數(shù),常用J=2,10,16.例:525.15=5*102+2*101+5*100+1*10-1+5*10-2

1101.11B=1*23+1*22+0*21+1*20+1*2-1+1*1-24CD.2H=4*162+12*161+13*160+2*16-1第九頁(yè)，共七十頁(yè)，編輯于2023年，星期四5.數(shù)制間的轉(zhuǎn)換二十六:從小數(shù)點(diǎn)開(kāi)始,每四位一組,與表對(duì)應(yīng)即可.如:001010111101B3A5CH2BDH0011101001011100B十二,十六:二,十六十:利用按權(quán)展開(kāi)多項(xiàng)式,相乘,相加,即可.如:11.11B=1*21+1*20+1*2-1+1*2-2=3.7511H=1*161+1*160=17第十頁(yè)，共七十頁(yè)，編輯于2023年，星期四十二,十六:整數(shù)----除“基”取余法,

小數(shù)----乘“基”取整法.如:39=27H=100111B1639239162…7219…10…229…124…122…021…00…1即用基16或2不斷地去除待轉(zhuǎn)換的十進(jìn)制數(shù),直到商為0,將其余數(shù)倒序排列即可.第十一頁(yè)，共七十頁(yè)，編輯于2023年，星期四如:0.75=0.11B=0.1100B=0.CH

0.750.75*2*16

1.50450*2+75

1.012.00即用基2或16不斷地去乘待轉(zhuǎn)換的十進(jìn)制小數(shù),將每次所得的整數(shù)依次排列,直到乘積為0或滿足精度要求為止.第十二頁(yè)，共七十頁(yè)，編輯于2023年，星期四二.帶符號(hào)數(shù)的表示機(jī)器數(shù)與真值----連同符號(hào)位在一起編碼的數(shù)機(jī)器數(shù);其數(shù)值部分為機(jī)器數(shù)的真值.

機(jī)器中的數(shù)也應(yīng)有正負(fù)之分,約定一個(gè)數(shù)的最高位為符號(hào)位:0正數(shù),1負(fù)數(shù).如:X1=+91=01011011B=5BH;+1011011B，即＋91為其真值。如：X2=-91=11011011B=DBH;-1011011B

若把機(jī)器數(shù)的符號(hào)位也當(dāng)作數(shù)值的數(shù)無(wú)符號(hào)數(shù);如無(wú)符號(hào)數(shù):DBH=219為了運(yùn)算方便,帶符號(hào)數(shù)有三種表示法原碼，反碼，補(bǔ)碼.第十三頁(yè)，共七十頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.原碼按上述表示,正數(shù)的符號(hào)0,負(fù)數(shù)的符號(hào)1,數(shù)值部分用其絕對(duì)值表示.

如:[＋91]原=01011011B=5BH[－91]原=11011011B=DBH

注:以A----F開(kāi)頭的數(shù),約定前面加0;即寫(xiě)成:0DBH原碼表示的數(shù),8位數(shù)中,D7位為符號(hào)位,其余7位為數(shù)值位(為真值的絕對(duì)值).原碼表示簡(jiǎn)單易懂,且與真值轉(zhuǎn)換方便,但內(nèi)部運(yùn)算復(fù)雜,為簡(jiǎn)化計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu),而引進(jìn)反碼和補(bǔ)碼.第十四頁(yè)，共七十頁(yè)，編輯于2023年，星期四3.反碼正數(shù)的反碼與原碼相同,負(fù)數(shù)的反碼為它的正數(shù)的反碼按位取反.如:[X1=+91]反=01011011B=5BH[X2=-91]反=10100100B=0A4H如:[+4]反=00000100B=04H[-4]反=11111011B=0FBH[+127]反=01111111B=7FH[-127]反=10000000B=80H[+0]反=00000000B=00H[-0]反=11111111B=0FFH第十五頁(yè)，共七十頁(yè)，編輯于2023年，星期四注:一個(gè)負(fù)數(shù)的反碼的數(shù)值部分并不是其真值的絕對(duì)值,要按位取反才能求得真值的絕對(duì)值.4.補(bǔ)碼正數(shù)的補(bǔ)碼與原碼相同,負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼為它的正數(shù)的補(bǔ)碼按位求反,且在最低位加1(求反加1）.如:[+91]補(bǔ)=01011011B=5BH[-91]補(bǔ)=10100101B=0A5H如:[+4]補(bǔ)=00000100B=04H[-4]補(bǔ)=11111100B=0FCH[+127]補(bǔ)=01111111B=7FH[-127]補(bǔ)=10000001B=81H[+0]補(bǔ)=00000000B=00H[-0]補(bǔ)=00000000B=00H第十六頁(yè)，共七十頁(yè)，編輯于2023年，星期四注:一個(gè)補(bǔ)碼表示的數(shù),最高位為0正數(shù),其余位為其真值;最高位為1負(fù)數(shù),其余位并不表示真值的絕對(duì)值,必需再求補(bǔ),才得其真值的絕對(duì)值.如:已知[X]補(bǔ)=94H=10010100B數(shù)值位求補(bǔ)

-1101100B=-6CH=-108說(shuō)明:微機(jī)中,凡是帶符號(hào)數(shù)約定用補(bǔ)碼表示（除非特殊申明).數(shù)可用8位或16位或32位(即2位或4位或8位16進(jìn)制數(shù))表示一個(gè)數(shù)稱為字節(jié),字,雙字類型.如:[+4]補(bǔ)=04H字節(jié)表示

[+4]補(bǔ)=0004H字表示

[-4]補(bǔ)=11111100B=0FCH字節(jié)表示

[-4]補(bǔ)=1111111111111100B=0FFFCH字表示第十七頁(yè)，共七十頁(yè)，編輯于2023年，星期四例說(shuō)明16位補(bǔ)碼實(shí)際上是8位補(bǔ)碼的符號(hào)擴(kuò)展,即一個(gè)二進(jìn)制數(shù)的補(bǔ)碼的符號(hào)位向左擴(kuò)展若干位后,仍是該數(shù)的補(bǔ)碼.值得注意的是:只有最高位才是符號(hào)位,字節(jié)為D7位,字為D15位.*進(jìn)行數(shù)的轉(zhuǎn)換時(shí),應(yīng)考慮數(shù)的表示范圍:*8位無(wú)符號(hào)數(shù)所能表示的范圍:00H～0FFH,即0～255,即0～28-1.*16位無(wú)符號(hào)數(shù)所能表示的范圍:0000H～0FFFFH,即0～65535,即0～216.*8位補(bǔ)碼數(shù)所能表示的范圍:80H～7FH,即-128～+127,即-27～+27-1.*16位補(bǔ)碼數(shù)所能表示的范圍:8000H～7FFFH,即-32768～+32767,即-215～+215-1.第十八頁(yè)，共七十頁(yè)，編輯于2023年，星期四.引進(jìn)補(bǔ)碼的好處是為了內(nèi)部簡(jiǎn)化運(yùn)算,從而簡(jiǎn)化計(jì)算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)(因?yàn)?的補(bǔ)碼,只要求反加1,硬件易于實(shí)現(xiàn)).例:127-12=115127+(-12)=1150111111101111111-00001100+1111010001110011101110011

因?yàn)槌霰硎痉秶?進(jìn)位自然丟掉.(注意只是內(nèi)部運(yùn)算將減法變?yōu)檠a(bǔ)碼加).作業(yè):

第一章：1.64,100,2552.2CH,0CADH,100H3.+18,-18,+347,-347,+65530,-655304.71H,0F8H,9350H第十九頁(yè)，共七十頁(yè)，編輯于2023年，星期四三.二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算

數(shù)字系統(tǒng)中可進(jìn)行兩種基本運(yùn)算:加減運(yùn)算,利用加減運(yùn)算可進(jìn)行乘除及其它運(yùn)算.1.二進(jìn)制加法規(guī)則:0+0=00+1=1+0=11+1=0進(jìn)位11+1+1=1進(jìn)位1;實(shí)際兩數(shù)相加,每位都有三個(gè)數(shù)操作.2.二進(jìn)制減法規(guī)則:0-0=01-0=11-1=00-1=1借位1;實(shí)際兩數(shù)相減,每位都有三個(gè)數(shù)操作第二十頁(yè)，共七十頁(yè)，編輯于2023年，星期四3.無(wú)符號(hào)數(shù)的運(yùn)算(即8位或16位均表示數(shù)值).(1).兩個(gè)無(wú)符號(hào)數(shù)相加----兩數(shù)相加,其和超過(guò)其所表示的范圍時(shí),就向更高位產(chǎn)生進(jìn)位----用CF標(biāo)志表示.如:3BH+0A4H=0DFH<FFH;7EH+0C3H=141H>0FFH0011101101111110+10100100+1100001111011111101000001

無(wú)進(jìn)位:CF=0

有進(jìn)位:CF=1第二十一頁(yè)，共七十頁(yè)，編輯于2023年，星期四(2).兩個(gè)無(wú)符號(hào)數(shù)相減----被減數(shù)大于等于減數(shù),無(wú)借位;被減數(shù)小于減數(shù)有借位,結(jié)果為負(fù).如:

7EH-35H=49H;45H-56H=[-11H]補(bǔ)=0EFH0111111001000101-00110101-0101011001001001111101111結(jié)果為補(bǔ)碼無(wú)借位:CF=0;有借位:CF=1第二十二頁(yè)，共七十頁(yè)，編輯于2023年，星期四結(jié)論:(1)兩無(wú)符號(hào)數(shù)相加,無(wú)進(jìn)位,則未超出范圍;有進(jìn)位超出范圍,但進(jìn)位表示了更高位,只要對(duì)進(jìn)位適當(dāng)處理,結(jié)果正確.(2).無(wú)符號(hào)數(shù)相減,無(wú)借位,結(jié)果為正;有借位,結(jié)果為負(fù),用補(bǔ)碼表示.

所以,對(duì)無(wú)符號(hào)數(shù)運(yùn)算,僅關(guān)心是否有進(jìn)位或借位,便知結(jié)果情況.第二十三頁(yè)，共七十頁(yè)，編輯于2023年，星期四4.帶符號(hào)數(shù)運(yùn)算----兩數(shù)進(jìn)行運(yùn)算,結(jié)果超出表示范圍就會(huì)產(chǎn)生溢出;用OFH標(biāo)志表示.例1.67H+5BH=0C2H>127;超出范圍,結(jié)果錯(cuò).01100111+0101101111000010;結(jié)果為負(fù),結(jié)果錯(cuò),CF＝0，OF=1例2.-64H+(-40H)=-0A4H<-128;超出范圍,結(jié)果錯(cuò).10011100+11000000101011100;結(jié)果為正,結(jié)果錯(cuò),CF＝1，OF=1第二十四頁(yè)，共七十頁(yè)，編輯于2023年，星期四例3.64H+(-40)H=24H<127;未超出表示范圍,結(jié)果正確

01100100+11000000100100100;結(jié)果為正,正確.CF＝1，OF=0結(jié)論:(1).結(jié)果有溢出,則結(jié)果錯(cuò);無(wú)溢出,則正確.(2).兩個(gè)帶符號(hào)數(shù)運(yùn)算,結(jié)果為正或負(fù),用符號(hào)位(最高位)判斷,即D7=1,為負(fù)數(shù);D7=0,為正數(shù).

所以,對(duì)帶符號(hào)數(shù)運(yùn)算,首先關(guān)心是否溢出;然后再關(guān)心符號(hào)位;以判斷結(jié)果情況.第二十五頁(yè)，共七十頁(yè)，編輯于2023年，星期四說(shuō)明:(1).對(duì)多位二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行運(yùn)算時(shí),通常應(yīng)拆成二部分或多部分運(yùn)算,但數(shù)的低位部分均為無(wú)符號(hào)數(shù),只有高位部分才為符號(hào)數(shù).如:1000000010000000B;低字節(jié)為無(wú)符號(hào)數(shù).(2).注意區(qū)分進(jìn)位與溢出,如何判斷有無(wú)溢出:

設(shè)符號(hào)位向更高位進(jìn)位為CY(=D7CY),數(shù)值部分向符號(hào)部分進(jìn)位為CS(=D6CY),則溢出:OF=CY⊕CS

由上述三例可驗(yàn)證之.例1.67H+5BH=0C2H>127;OF=0⊕1=1;溢出例2.-64H-40H=-0A4H<-128;OF=1⊕0=1;溢出例3.64H-40H=24H<127;OF=1⊕1=0;無(wú)溢出第二十六頁(yè)，共七十頁(yè)，編輯于2023年，星期四四.二進(jìn)制編碼

計(jì)算機(jī)所處理的各種信息(包括數(shù)值,文字,圖像,聲音)都是以若干二進(jìn)制碼的不同組合來(lái)表示的.1.ASCII碼----字符在機(jī)內(nèi)的表示.

各種字符包括(字母,數(shù)字,標(biāo)點(diǎn)符號(hào))都用二進(jìn)制編碼表示,微機(jī)中普遍采用7位ASCII碼,它用7位二進(jìn)制編碼表示,27=128個(gè)字符,PC機(jī)中用一個(gè)字節(jié)表示一個(gè)字符,機(jī)器中將D7位認(rèn)其為0.常用的ASCII碼字符如下表(P10.表1-4).第二十七頁(yè)，共七十頁(yè)，編輯于2023年，星期四第二十八頁(yè)，共七十頁(yè)，編輯于2023年，星期四例如從鍵盤上輸入’ABC123’字符時(shí),實(shí)際上機(jī)器內(nèi)部存放41H,42H,43H,31H,32H,33H.又如:數(shù)45,用ASCII碼表示為:34H,35H.當(dāng)要顯示輸出98這個(gè)數(shù)時(shí),必需先轉(zhuǎn)換為39H,38H.2.BCD碼(1).BCD碼的表示

因?yàn)槎M(jìn)制數(shù)不直觀,人們習(xí)慣在輸入輸出時(shí)使用十進(jìn)制數(shù),不過(guò)十進(jìn)制數(shù)也要用二進(jìn)制編碼來(lái)表示.一位十進(jìn)制數(shù)用4位二進(jìn)制編碼表示方法很多,最常用的是8421BCD,關(guān)系如下表(P9.表1-3).第二十九頁(yè)，共七十頁(yè)，編輯于2023年，星期四十進(jìn)數(shù)

0123456789

BCD碼

0000000100100011010001010110011110001001根據(jù)BCD碼的存放方式可分兩種:

壓縮型BCD----一字節(jié)中存放兩個(gè)十進(jìn)制數(shù).

非壓縮型BCD----一字節(jié)中存放一個(gè)十進(jìn)制數(shù).

例.97壓縮型BCD10010111B=97H97非壓縮型BCD0000100100000111B=0907H非壓縮型BCD,形式上象ASCII碼,且也是一字節(jié)表示一個(gè)數(shù),所以又稱ASCIIBCD.第三十頁(yè)，共七十頁(yè)，編輯于2023年，星期四(2).BCD數(shù)的運(yùn)算

加法----BCD數(shù)低位與高位之間是“逢十進(jìn)一”,而4位二進(jìn)制數(shù)是“逢十六進(jìn)一”,而計(jì)算機(jī)總是按二進(jìn)制規(guī)律運(yùn)算,所以運(yùn)算時(shí)必需進(jìn)行加6調(diào)整,以強(qiáng)迫進(jìn)位.調(diào)整規(guī)則是:兩個(gè)BCD數(shù)相加,其和在0～9之間,則保持不變;其和大于9,則加6調(diào)整.例.37+36=7300110111+0011011001101101+011001110011BCD數(shù)第三十一頁(yè)，共七十頁(yè)，編輯于2023年，星期四

通常在微機(jī)中設(shè)有二—十進(jìn)制調(diào)整電路,通過(guò)調(diào)用調(diào)整指令來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)整.減法----同樣BCD減法“借一為十”,而4位二進(jìn)制數(shù)“借一為十六”,所以減6調(diào)整(多借了6).調(diào)整規(guī)則是:其差在0～9之間,則不變;其差大于9,則減6.例.37-19=1800110111-0001100100011110-011000011000BCD數(shù)作業(yè):

第一章、5.(2),(4)10.38,483,100011.313035H,38413543H第三十二頁(yè)，共七十頁(yè)，編輯于2023年，星期四§1.2微型計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理一.微型計(jì)算機(jī)的典型結(jié)構(gòu)第三十三頁(yè)，共七十頁(yè)，編輯于2023年，星期四

微機(jī)的基本組成:微處理器CPU,總線,存儲(chǔ)器,I/O接口,I/O設(shè)備.1.CPU----中央處理器,采用超大規(guī)模集成技術(shù),將運(yùn)算器和控制器集成在一塊,具有運(yùn)算和控制功能,是微機(jī)的控制核心部件.如Intel8088/8086,80286,80386,80486,Pentium.2.總線----傳送信息的公共通道BUS,即把計(jì)算機(jī)各部分有機(jī)地連接在一起的一組并行導(dǎo)線.總線的表示----或總線的寬度----總線上能同時(shí)傳送二進(jìn)制數(shù)的位數(shù).總線的傳送方向----單向和雙向.第三十四頁(yè)，共七十頁(yè)，編輯于2023年，星期四

微機(jī)有三種總線:地址總線AB----傳送CPU發(fā)出的地址,以便尋址存儲(chǔ)單元或I/O端口.所以是輸出方向.如:8086/8088的地址總線寬度為20位,用A19～A0表示,可尋址220=1M的存儲(chǔ)空間.數(shù)據(jù)總線DB----在CPU與存儲(chǔ)器和I/O端口之間傳送數(shù)據(jù).既可輸入,又可輸出,所以為雙向總線.如:8088的數(shù)據(jù)總線為8位;用D7～D0表示.控制總線CB----傳送各種控制信息;有的是CPU到存儲(chǔ)器或I/O接口的控制信息,如:RD(讀),WR(寫(xiě));有的是I/O端口到CPU的信號(hào),如INTR(中斷請(qǐng)求),READY(準(zhǔn)備就緒);所以總體上是雙向的.帶有上橫線的表示低電平有效,無(wú)上橫線的表示高電平有效.目前典型微機(jī)外部都采用三總線結(jié)構(gòu),即CPU,存儲(chǔ)器,I/O端口都通過(guò)三總線組合在一起;常稱存儲(chǔ)器,I/O端口掛在總線上.第三十五頁(yè)，共七十頁(yè)，編輯于2023年，星期四

所以微機(jī)的結(jié)構(gòu)又常畫(huà)成下面的形式:

AB

DB

CB傳送方式----總線實(shí)現(xiàn)了將屬于不同來(lái)源的信息在一組統(tǒng)一的傳輸線上傳送,但在某一特定時(shí)刻,總線上只允許傳送一種信息,以免總線沖突,所以只能采用分時(shí)傳送.CPU存儲(chǔ)器I/O接口I/O設(shè)備第三十六頁(yè)，共七十頁(yè)，編輯于2023年，星期四

總線結(jié)構(gòu)意味著微處理器的一個(gè)引腳可能接多個(gè)設(shè)備或功能部件,為實(shí)現(xiàn)分時(shí)傳送,總線的接收端和發(fā)送端對(duì)各信息必需進(jìn)行控制.所以與總線相接的常用器件是可控的三態(tài)門.微機(jī)中,存儲(chǔ)器,I/O接口都是通過(guò)三態(tài)門連到總線上.不使用時(shí),處在高阻抗?fàn)顟B(tài),即相當(dāng)于開(kāi)路;于是該部分電路便與總線脫離了關(guān)系;總線總是只和當(dāng)前進(jìn)行交換的電路聯(lián)通.3.存儲(chǔ)器----存放程序和數(shù)據(jù)的部件.能夠被CPU直接讀寫(xiě)的存儲(chǔ)器為內(nèi)部存儲(chǔ)器,間接讀寫(xiě)的存儲(chǔ)器為外存儲(chǔ)器;在此指內(nèi)存儲(chǔ)器,即半導(dǎo)體存儲(chǔ)器,包括RAM和ROM.存儲(chǔ)器被分成許多小單元,稱為存儲(chǔ)單元,每個(gè)單元對(duì)應(yīng)一個(gè)編號(hào)單元地址.第三十七頁(yè)，共七十頁(yè)，編輯于2023年，星期四

4.輸入輸出接口----I/O接口(interface)

輸入輸出設(shè)備不能直接掛在總線上,而是通過(guò)I/O接口再與總線相連,這是因?yàn)?(1).外設(shè)的工作速度遠(yuǎn)低于CPU的速度.(2).外設(shè)表示信息的格式與計(jì)算機(jī)不同.(3).接口還應(yīng)向計(jì)算機(jī)報(bào)告設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài),傳達(dá)計(jì)算機(jī)命令等----聯(lián)絡(luò)信號(hào).5.I/O設(shè)備----信息變換.

輸入輸出設(shè)備是人機(jī)聯(lián)系的橋梁.待處理的數(shù)據(jù)和程序通過(guò)輸入設(shè)備送入計(jì)算機(jī),而結(jié)果通過(guò)輸出設(shè)備告訴用戶.第三十八頁(yè)，共七十頁(yè)，編輯于2023年，星期四二.微機(jī)的工作原理微處理器本身還不是一個(gè)微機(jī),必需配備適當(dāng)?shù)拇鎯?chǔ)器和I/O接口及必要的外設(shè)才能構(gòu)成一個(gè)真正的微機(jī);但上面介紹的還只是硬件,還必需配備軟件.當(dāng)人們要解決問(wèn)題時(shí),首先將問(wèn)題程序化,形成指令序列,然后將它存入存儲(chǔ)器中,再由CPU的控制器從存儲(chǔ)器中逐條取出指令解釋,并取出該指令要處理的操作數(shù)送往運(yùn)算器中執(zhí)行,最后輸出程序結(jié)果.即“程序存儲(chǔ)和程序控制”工作原理.這就是馮.諾依曼原理.第三十九頁(yè)，共七十頁(yè)，編輯于2023年，星期四§1.3Intel8088/8086微處理器一.8088和8086

1977年Intel率先推出了16位微處理器8086,能并行處理16位數(shù)據(jù),它需要16位的存儲(chǔ)器,16位DB,16位外設(shè),而當(dāng)時(shí)8位微機(jī)已經(jīng)形成系列,配套外設(shè)都是8位的,為了利用現(xiàn)有的外設(shè),Intel于1979年研制了8088.它與8086的內(nèi)部結(jié)構(gòu)完全一樣,區(qū)別在于外部DB不一樣,8086是16位DB,而8088是8位DB.所以稱8088為準(zhǔn)16位機(jī).但它既能處理8位數(shù)據(jù),又能處理16位數(shù)據(jù).第四十頁(yè)，共七十頁(yè)，編輯于2023年，星期四又如:386SX的內(nèi)部DB為32位,而外部DB為16位,是準(zhǔn)32位機(jī).而386DX的內(nèi)部和外部DB都是32位,是全32位機(jī).但386SX的推出比386DX要晚些（價(jià)格便宜）.而486SX的內(nèi)外DB都是32位,但內(nèi)部無(wú)協(xié)處理器.而486DX也是內(nèi)外都是32位的DB,但內(nèi)部有協(xié)處理器.實(shí)際上486就是在386的基礎(chǔ)上增加了協(xié)處理器和高速緩沖存儲(chǔ)器.第四十一頁(yè)，共七十頁(yè)，編輯于2023年，星期四二.8088的功能結(jié)構(gòu)

第四十二頁(yè)，共七十頁(yè)，編輯于2023年，星期四.按功能可分成兩部分:執(zhí)行部件EU和總線部件BIU.左邊是EU,僅負(fù)責(zé)指令的執(zhí)行;右邊是BIU,負(fù)責(zé)從存儲(chǔ)器或I/O中取取指令或數(shù)據(jù).1.執(zhí)行部件EU----負(fù)責(zé)指令的執(zhí)行,有:16位的算術(shù)邏輯單元ALU----執(zhí)行基本運(yùn)算和處理.一組通用寄存器組----暫存操作數(shù)和及中間結(jié)果.一標(biāo)志寄存器----寄存CPU的狀態(tài)和控制標(biāo)志.EU控制系統(tǒng)----隊(duì)列控制和時(shí)序控制.第四十三頁(yè)，共七十頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.總線接口單元BIU----執(zhí)行所有總線操作,按EU的要求與存儲(chǔ)器或I/O交換數(shù)據(jù),即負(fù)責(zé)取指令送隊(duì)列中排隊(duì),取操作數(shù)送EU參與運(yùn)算,有:一組段寄存器----寄存段地址.一個(gè)指令指針I(yè)P----寄存指令的偏移地扯.地址加法器----將段地扯和偏移地址相加,形成20位的物理地址.指令隊(duì)列緩沖器----寄存指令(80884個(gè),80866個(gè)).第四十四頁(yè)，共七十頁(yè)，編輯于2023年，星期四3.執(zhí)行方式----取指與執(zhí)行同步,獨(dú)立,并行工作,從而大大提高了CPU的處理速度.CPU取指執(zhí)行取指執(zhí)行

…

這是順序處理操作方式.8088:BIU取指取指取指…EU執(zhí)行執(zhí)行執(zhí)行

…

這是流水線作業(yè)方式.而后續(xù)微機(jī)的發(fā)展,延續(xù)了這種流水線作業(yè)方式,將各部分功能逐步細(xì)化,從而不斷提高運(yùn)行速度.第四十五頁(yè)，共七十頁(yè)，編輯于2023年，星期四.80286的內(nèi)部由4個(gè)功能部件組成:總線部件,指令部件,地址部件(BIU),執(zhí)行部件.即在8088的基礎(chǔ)上增加了指令部件和地址部件;四個(gè)部件分別進(jìn)行同步,獨(dú)立,并行地進(jìn)行總線操作,實(shí)現(xiàn)流水線作業(yè),避免順序處理,最大限度地發(fā)揮了處理器的性能.80386的內(nèi)部由6個(gè)功能部件組成:總線接口部件,指令譯碼部件,指令預(yù)取部件,執(zhí)行部件,段管理部件，頁(yè)管理部件.即在80286的基礎(chǔ)上增加了指令譯碼和頁(yè)管理兩個(gè)部件.6部分分別進(jìn)行同步,獨(dú)立,并行操作,實(shí)現(xiàn)了高效的流水線化作業(yè).80486的內(nèi)部由8個(gè)功能部件組成.增加浮點(diǎn)處理單元（FPU）和高速緩存（Cachememory）Pentium的內(nèi)部由10個(gè)功能部件組成.cache分為指令Cache和數(shù)據(jù)Cache，二級(jí)cache。第四十六頁(yè)，共七十頁(yè)，編輯于2023年，星期四三.8088的寄存器結(jié)構(gòu)(Register)

在微處理器中,都要設(shè)置寄存器暫存操作數(shù)或中間結(jié)果.CPU內(nèi)部寄存器越多,使用就越靈活,速度就越快.8088共有14個(gè)寄存器,都是16位,可用其名稱尋址.寄存器圖如下.第四十七頁(yè)，共七十頁(yè)，編輯于2023年，星期四第四十八頁(yè)，共七十頁(yè)，編輯于2023年，星期四

1.通用寄存器----8個(gè)----在EU部件中----尋址名稱是:AX,BX,CX,DX,SP,BP,SI,DI.一般情況.它們都可以作通用寄存器,存放操作數(shù),可視為CPU內(nèi)部的RAM單元.但每個(gè)寄存器又有其專門的用途,如下表示(P22.表1-5).AX,BX,CX,DX----既可以字尋址(16位),又可以字節(jié)尋址(8位),即可分成高8位和低8位.其名稱為:AH,AL,BH,BL,CH,CL,DH,DL.第四十九頁(yè)，共七十頁(yè)，編輯于2023年，星期四第五十頁(yè)，共七十頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.指令指針----IP----存放將被執(zhí)行的指令的偏移地址(其它微本中稱為程序計(jì)數(shù)器PC).計(jì)算機(jī)之所以能脫離人的干預(yù),自動(dòng)地進(jìn)行計(jì)算或控制,就是因?yàn)閮?nèi)部有一個(gè)能自動(dòng)跟蹤指令地址的硬件電路IP.在開(kāi)始執(zhí)行程序時(shí),賦給IP第一條指令的地址,然后每取一條指令,IP的值就自動(dòng)指向下一條指令的地址.3.狀態(tài)標(biāo)志寄存器----F----16位,但只有9位有效,表示9個(gè)標(biāo)志.----反映CPU的狀態(tài)和運(yùn)算結(jié)果情況.F的格式:D15D11D10D9D8D7D6D5D4D3D2D1D0XXXXOFDFIFTFSFZFXAFXPFXCF第五十一頁(yè)，共七十頁(yè)，編輯于2023年，星期四(2).條件標(biāo)志----6個(gè)----反映一條指令執(zhí)行后運(yùn)算結(jié)果特征.CF----進(jìn)位標(biāo)志-----CF=D7CY或D15CY

執(zhí)行算術(shù)運(yùn)算指令后,結(jié)果的最高位(字節(jié)時(shí)為D7CY或字為D15CY)向更高位產(chǎn)生進(jìn)位,則CF=1,否則CF=0.該標(biāo)志主要用于多字節(jié)加減運(yùn)算.例:3FH+0B4H0BFH+0B4H0011111110111111+10110100+1011010011110011;CF=0101110011;CF=1第五十二頁(yè)，共七十頁(yè)，編輯于2023年，星期四注:對(duì)CF操作有三條專用指令:STCCF=1;CLCCF=0;CMCCF=CFPF----(奇)偶校驗(yàn)標(biāo)志----PF=D7…D0

運(yùn)算結(jié)果的低8位中“1”的個(gè)數(shù)為偶數(shù),則PF=1,否則PF=0.該標(biāo)志主要用于檢測(cè)數(shù)據(jù)通信中是否發(fā)生錯(cuò)誤.如上例:結(jié)果F3H中有6個(gè)“1”,則PF=1;結(jié)果73H中有5個(gè)“1”,則PF=0.AF----輔助進(jìn)位標(biāo)志----AF=D3CY

字節(jié)運(yùn)算中,低4位向高4位有進(jìn)位或借位時(shí),則AF=1,否則AF=0.該標(biāo)志主要用于BCD碼運(yùn)算的調(diào)整指令中.第五十三頁(yè)，共七十頁(yè)，編輯于2023年，星期四如:38H+49H

00111000

+01001001

10000001;AF=1;若視為BCD運(yùn)算,則應(yīng)調(diào)整.ZF----零標(biāo)志----ZF=D7+…+D0或D15+…+D0

運(yùn)算結(jié)果為0,則ZF=1,否則ZF=0.

如上例中,結(jié)果非0,則ZF=0.SF----符號(hào)標(biāo)志----SF=D7或D15

運(yùn)算結(jié)果為正數(shù),則SF=0,為負(fù)數(shù),則SF=1.

如:3FH+0B4H=0F3H的SF=1

而:0BFH+B4H=173H的SF=0第五十四頁(yè)，共七十頁(yè)，編輯于2023年，星期四.OF----溢出標(biāo)志----OF=D7CYD6CY

或D15CY

D14CY

當(dāng)運(yùn)算結(jié)果超出了機(jī)器所能表示的范圍時(shí),則OF=1,否則OF=0.如:3FH+0B4H=0F3H中OF=0而:0BFH+0B4H=173H中OF=1注意:實(shí)際上機(jī)器把所有數(shù)都當(dāng)無(wú)符號(hào)數(shù)運(yùn)算,把結(jié)果都當(dāng)符號(hào)數(shù)來(lái)設(shè)置標(biāo)志.以上6個(gè)標(biāo)志為指令執(zhí)行后的結(jié)果標(biāo)志,可作為控制轉(zhuǎn)移的條件.第五十五頁(yè)，共七十頁(yè)，編輯于2023年，星期四(3).控制標(biāo)志----控制CPU的狀態(tài).DF----方向標(biāo)志----主要用于字符串操作中控制地址的步進(jìn)方向.DF=1,地址增址;DF=0,地址減址.有兩條專門用于DF的指令:CLDDF=0;STDDF=1IF----中斷允許標(biāo)志----控制CPU是否開(kāi)中斷.IF=1,說(shuō)明CPU開(kāi)中斷,即允許CPU響應(yīng)外部可屏蔽中斷.IF=0,說(shuō)明CPU關(guān)中斷,即禁止CPU響應(yīng)外部可屏蔽中斷.注:有兩條關(guān)于IF的專用指令:CLIIF=0;STIIF=1第五十六頁(yè)，共七十頁(yè)，編輯于2023年，星期四.TF----跟蹤標(biāo)志TF=1,CPU處于單步工作方式,即CPU每執(zhí)行一條指令就自動(dòng)地發(fā)生一個(gè)內(nèi)部中斷,CPU轉(zhuǎn)去執(zhí)行一個(gè)中斷程序,常用于程序調(diào)試,又稱為陷井標(biāo)志.TF=0,CPU正常執(zhí)行程序.4.段寄存器----CS,SS,DS,ES----用于存放內(nèi)存地址的起始地址的高16位.因?yàn)?088有20位地址,220=1MB存儲(chǔ)空間,單元地址必須用20位地址表示,但內(nèi)部寄存器均為16位,只能進(jìn)行16位運(yùn)算.所以存儲(chǔ)器分段管理.段的起始地址的高16位稱該段的段地址,而偏離段首址的字節(jié)數(shù)為偏移地址,亦用16位表示.即單元的邏輯地址表示為:段地址:偏移地址第五十七頁(yè)，共七十頁(yè)，編輯于2023年，星期四

CS----代碼段寄存器----存放代碼段的段地址.SS----堆棧段寄存器----存放堆棧段的段地址.DS----數(shù)據(jù)段寄存器----存放數(shù)據(jù)段的段地址.ES----附加數(shù)據(jù)段寄存器----存放附加數(shù)據(jù)段的段地址.由4個(gè)段寄存器將內(nèi)存分成了四個(gè)可訪問(wèn)的“當(dāng)前段”.第五十八頁(yè)，共七十頁(yè)，編輯于2023年，星期四§1.4(主)存儲(chǔ)器與堆棧一.存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)1.位----Bit----存儲(chǔ)器的最小最基本單位,存放一個(gè)二進(jìn)制數(shù)0或1.整個(gè)存儲(chǔ)器由許許多多存儲(chǔ)位構(gòu)成.2.字節(jié)----Byte----8個(gè)Bit組成一個(gè)字節(jié),存放相鄰的8位二制數(shù).字節(jié)的長(zhǎng)度是固定的.3.字----Word----計(jì)算機(jī)內(nèi)部進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的基本單位,通常與計(jì)算機(jī)內(nèi)部的寄存器、ALU寬度一致.計(jì)算機(jī)的每一個(gè)字所包含的二進(jìn)制位稱為字長(zhǎng).如:Z80微機(jī)為8位機(jī);8086,80286微機(jī)為16位機(jī);386,486,Pentium微機(jī)為32位機(jī).第五十九頁(yè)，共七十頁(yè)，編輯于2023年，星期四.注:目前為了表示數(shù)據(jù)的方便,常把2個(gè)字節(jié)稱為一個(gè)字,雙字即為32位.4.存儲(chǔ)容量----表示存放二進(jìn)制代碼的個(gè)數(shù),用包含多少個(gè)存儲(chǔ)單元,而每個(gè)單元又包含多少位來(lái)表示.微機(jī)中常以:字(節(jié))數(shù)*字(節(jié))的位數(shù)來(lái)表示,如:1024*81k*81KB5.PC系列微機(jī)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)----以字節(jié)編址,即8位為一個(gè)單元.每個(gè)單元有一個(gè)唯一的地址代號(hào).如PC微機(jī)的物理地址:00000H～0FFFFFH.第六十頁(yè)，共七十頁(yè)，編輯于2023年，星期四6.數(shù)據(jù)存放規(guī)律字節(jié)數(shù)據(jù)----一個(gè)數(shù)存放一單元,如:11H00010H單元字?jǐn)?shù)據(jù)----用二個(gè)連續(xù)單元存放,規(guī)定由2個(gè)單元中地址較小的一個(gè)確定.如:2233H00011H“低對(duì)低,高對(duì)高”的存放規(guī)律如:-400013H機(jī)器指令(機(jī)器碼)----按字節(jié)順序存放.如:MOVBX,AX89C3H00015H字符串----從低地址開(kāi)始,以ASCII碼順序存放,如:‘ABC’00017H

00010H1100011H3300012H2200013HFC14HFF15H8916HC317H4118H4219H43

第六十一頁(yè)，共七十頁(yè)，編輯于2023年，星期四二.存儲(chǔ)器的組織與管理1.因?yàn)閮?nèi)部寄存器都是16位,不能直接輸出20位地址,所以分段管理.即把1M分成64K個(gè)段,每一段最多可尋址216=64K個(gè)單元.規(guī)定每個(gè)段地址的低4位為0,即能被16整除.段地址和偏移地址都是16位無(wú)符號(hào)數(shù),