江西理工微机原理第1章
微机原理第一、二、三章章
21
组合（亦称压缩）BCD码
用一个字节（分高4位和低4位）表示2个十进制位，即用4个二进
制位 0000B～1001B表示0～9。
例如：十进制数6429的压缩BCD码表示为
0110 0100 0010 1001 B（即6429H）
分离（亦称非压缩）BCD码
用一个字节表示1个十进制位。其中，低4位与压缩BCD码
15
3. 字和字长( Word ) 字是CPU内部进行数据处理的基本单位。 字长是指每一个字所包含的二进制位数，亦指计 算机内部一次可以处理的二进制数的位数。
常与CPU内部的寄存器、 运算装臵、总线
宽度一致一般计算机的字长取决于它的通用
寄存器、内存储器、ALU的位数和数据总线 的宽度。 微型计算机字长有 4位、8位、16位，
高档微机字长为32位或64位。
16
8086 Cpu 把一个字定为16 位，
1 Word = 2 Byte
一个双字定为32位
1 DWord = 2 Word= 4 Byte
位
1或 0
1位 8位
字节 1100 0011 高字节 低字节 字 1100 0011 0011 1100 高字
16位
低字
32位 17
6
二、微型计算机
微型计算机(Microcomputer)是以微处理器 为为核心，加上存储器、输入/输出接口电路 和系统总线组成的。 微处理器的性能决定了整个微型计算机的各 项关键指标，存储器包括随机存储器RAM和只 读存储器ROM，输入/输出接口电路是用来使外 部设备和微型计算机相连的，系统总线为 CPU 和其它部件之间提供数据、地址和控制信息的 传输通道。
20
8421BCD码
微机原理第一章
微机原理第一章学习文档微机原理第1章概述及计算机数据基础1.1计算机发展与组成1.2单片机简介1.1计算机发展与组成1946-1958第一代电子管计算机。
磁鼓存储器，机器语言、汇编语言编程。
1958-1964第二代晶体管计算机。
磁芯作主存储器,磁盘作外存储器，开始使用高级语言编程。
1964-1971第三代集成电路计算机。
使用半导体存储器，出现多终端计算机和计算机网络。
1971-第四代大规模集成电路计算机。
出现微型计算机、单片微型计算机，外部设备多样化。
1981-第五代人工智能计算机。
模拟人的智能和交流方式。
1.1.2计算机发展趋势微型化─便携式、低功耗巨型化─尖端科技领域的信息处理，需要超大容量、高速度智能化─模拟人类大脑思维和交流方式，多种处理能力系列化、标准化─便于各种计算机硬、软件兼容和升级网络化─网络计算机和信息高速公路多机系统─大型设备、生产流水线集中管理(独立控制、故障分散、资源共享)软件运算器微处理器控制器(CPU)存储器(内存)RAMROM微型计算机（主机）输入/输出接口(PIO、SIO、CTC、ADC、DAC…)总线(AB、DB、CB)(I/O接口)输入设备(键盘、扫描仪、语音识别仪…)输出设备(显示器、打印机、绘图仪、…)辅助存储器(磁带、磁盘、光盘)电源电路时钟电路硬件微型计算机系统外围设备辅助设备电子计算机技术的发展按使用元器件划分相继经历了五个时代：﹡电子管计算机；﹡晶体管计算机；﹡集成电路计算机；系统软件(操作系统，编辑、编译程序，故障诊断,监控程序…)应用软件(科学计算，工业控制，数据处理…)程序设计语言(机器语言、汇编语言、高级语言)学习文档﹡大规模集成电路计算机；﹡超大规模集成电路计算机。
1.2单片机的发展过程及产品近况1.2.1单片机的发展过程单片机技术发展过程可分为三个主要阶段：◆单芯片微机形成阶段1976年,Intel公司推出了MCS-48系列单片机。
8位CPU、1K字节ROM、64字节RAM、27根I/O线和1个8位定时/计数器。
微机原理课件第一章绪论
分成3组：地址总线、数据总线和控制总线。 3）电器特性：电器特性定义每一根线上信 号的传输方向及有效电平范围。
4）时间特性：时间特性定义了每根线上的
信号在什么时间有效。a
10
2. 总线分类
从总线的不同使用角度可以分为以下几类：
1）内部总线
2）元内件部级总总线线是微处理器内部各个部件之间
传 脚 结 的 有 由 要 数 传 位 微 22据 数 3部 方 接 接 号 统0216与送 的 构 微 利 微 部 据 送 数 型 位 的 位 数 向 口 口 和 需=6元 地 数 控微， 等信 限 ， 处 于 处 件 总 地 决 机 通 据 就 电 部 总 要4K件址据制处最。息制有理内理的线址定的路总具路件线确B级总总理I大的，利器部器总和的了地，线体发向请定。nt总线线器CC寻通目于内数芯线控，址是为信送求，1e6lPP线是是的址8道前集部据片。制是总三号读信一位8UU位0是 用C位范。 内 成 采 传 厂 元 总 三 线 态 而 、 号 般可 输微8，P8连 来数围由 部 度 用 送 家 件 线 态 为 双 定 写 等 为直入处CU故P相接 传为18于 总 提 双 速 生 级 三 单 向 ， 信 。用 与复接理称6位U同计 送位 2制 线 高 总 度 产 总 种 向 如 号 控来存寻位器内2为。0，算 控，C造 大 及 线 加 设 线 。 总 ， 制向储址信=8部准0P1一机 制最芯 多 成 或 快 计 包 线 ， 片 总存器号的8M字U16般系 信大6片 品 的 选 线数 三 。 括 。 数储及内、向的B长位。为统号寻的率。信宽采总内地据器外存中存地为微8中的址面提号度用线部址总或设断容储址1位处6两，范积高；根单结总总线交量I请器总位/，理O个传围和。而据总构线线的换求或线，端1器6重送为I引有系线，是、的位信数8I为外//口位。OO，
微机原理第一章节PPT课件
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1993年，xx公司推出了新一代高性能处理器Pentium
（奔腾）2，Pen微tium机的速发度展比8史0486快数倍。AMD和Cyrix
推出了与Pentium兼容的处理器K5和6x86，获得了少部分 的市场份额。 1971年xx公司1为99了6年设，计x高x公级司袖推珍出计了算P器en设ti计um了P第ro一（台高微能机奔x腾x4）00，4 以CPU的发P1展9e9n、7ti年u演m初变P，过rox的程x发性为布能线了有索P了，en质介tiu的绍m飞微的跃机改。系进统型的号发—展—过Pe程nt，ium 主要以xx公司的MCMPUX为（主多线能。奔腾）。兼容CPU厂商在这段时间也相继推 第一代：4位及低出的档了要8多数位款 A微M产处D品的理来K器与6。Pentium MMX竞争，其中最具代表性 第二代：中、低1档9987位年微推处出理了器PⅡ。PⅡ是对Pentium Pro的改进，因为其 第三代：高、中核速档心度8位结，微构 且处与 支理持Pe器MntiMumX指Pr令o类集似。，但加快了16位指令的执行 第四代：16及低1档99382年位推微出处了理赛器扬（Celeron）PⅡ的二级缓存以及其它可 第五代：高档32以1位9省9微9略年处的 又理东推器出西了，开从发而代将号价为格C降o了pp下er来m。ine的PⅢ，该芯片大 第六代：高档64大位加微强处C理PU器在三维图像和浮点运算方面的能力。 2000年3月底，xx又推出了566MHz和600MHz的赛扬Ⅱ （也叫Coppermine-128kB）。
年 代 电子器件
应 用范围
1946--1958 电子管
微机原理与接口技术第1章
1.3.1 进位计数制及其转换
数制即表示数的方法，按进位的原则进行计数的数制称为进位计 数制，简称“进制”。在计算机的数制中，要掌握3个概念，即数码、 基数和位权。 1.数码
数码是指一个数制中表示基本数值大小的不同数字的记数符号。 2.基数
基数是指一个数制所使用数码的个数。 3.位权
位权是指一个数制中某一位上的1所表示数值的大小。
4.进制之间的转换 不同数进制之间进行转换应遵循转换原则。转换原则是：
两个有理数如果相等，则有理数的整数部分和分数部分一定分 别相等。也就是说，若转换前两数相等，转换后仍必须相等。 1）二进制、八进制、十六进制数转换为十进制数
按权相乘相加，即各数位与相应位权值相乘以后再相加即 为对应的十进制数。
二进制转化成十进制：
4
指令由操作码和地址-1 冯·诺依曼型计算机的基本结构
微型计算机系统的组成由小到大可分为微处理器、微型计算 机和微型计算机系统，如图：
图1-2 微型计算机系统的层次结构
1.2.2 微型计算机的硬件组成
从大的功能部件来看,微型计算机的硬件主要由CPU、存储器、 输入/输出接口（I/O接口）与输入/输出设备（I/O设备）组成，各 组成部分之间通过系统总线联系起来。
大规模和超大规模集成电路计算机
特点：速度更快、集成度更高、软件丰 富、有通讯功能、软硬件密切配。
1.1.2 计算机的分类
按照原理不同，可分为模拟计算机和电子数字计算机；而根据其 用途，可分为通用计算机和专用计算机等。
目前更常用的一种分类方法是按照运算速度、字长、存储性能等 综合指标，将计算机分为巨型机、小巨型机、大型机、小型机、工作 站、微型计算机6类。
1.1.4 微型计算机的应用
微机原理第1章
乘数为1，部分积加被乘数，11000 并将被乘数左移1位
乘数为0，部分积不加被乘数， 110000 被乘数左移1位
1100 +1100000 1101100
19
1.3.1 无符号数的表示范围
一个n位的无符号二进制数X的表示范围: 0X2n-1 如：一个8位的二进制数的表示范围： 0~28-1 计算10110111B+01001101B=? 00000100 183+77=260 溢出： 无符号二进制数的溢出判断：最高有效位Di的进位 Ci
100~200
六
1995 1996 1997 1999 2001
Pentium Pro Pentium 32
MMX
0.6 0.6
0.35 0.13~0.25 0.12~0.18
550 450 750 850 4200
133~200 166~233
233~450 450~1200 1300~2400
>300
Pentium II Pentium III Pentium IV
七
64
Itanium
0.13
CPU： 2.5K Cache ：30K
800(20条 指令/时钟 周期)
>3000
2012-9-9
6
常用的进位记数制
十进制
具有的数码符号为：0、1、2……8、9 基数为：10 其特点是：逢十进一 权：10 i 表示形式：D 具有的数码符号为： 0、1 基数为：2 其特点是：逢二进一 权：2 i 表示形式：B
加法运算：0+0=0，0+1=1，1+0=1，1+1=0 减法运算：0-0=0， 0-1=1， 1-0=1， 1-1=0
江西理工大学微机原理
1、统计出某数组中相邻两数之间符号变化的次数DATA SEGMENTARRAY DB 20 DUP (?)NUM DB 0DATA ENDSCODE SEGMENTASSUME CS:CODE,DS:DATASTARTUP:LEA SI , ARRAY;MOV AL ,[SI]MOV BL,0MOV CX,19AGAIN: INC SIXOR AL ,[SI]J NS NEXTINC BLNEXT: MOV AL ,[SI]LOOP AGAINMOV NUM,BLMOV AH ,4CHINT 21HCODE ENDSEND STARTUP2、乘法指令实现32位二进制数与16位二进制数相乘MODEL SMALL.8086.DATAN1 DW 1234HN2 DW 5678HN3 DW 4444HM1 DW 0M2 DW 0M3 DW 0CODE. STARTUPMOV AX ,N2MUL N3MOV M3,AXMOV M2,DXMOV AX,N3MUL N1ADD M2,AXADC M1,DX.EXITEND3、设有3个自变量的变量名及其内容如下VAR1 3C46H , VAR2 F678H , VAR30059H设计一个数据段定义这三个变量及其地址表变量DDRTABLDATA SEGMENTVAR1 DW 3C46HVAR2 DW F678HVAR3 DW 0059HADDRTABLDD VAR1DD VAR2DD VAR3DATA ENDS4、设有一个符号数组共M个求其中最大的数,如需要求绝对值最大应如何修改如为无符号数程序如何修改。
DATA SEGMENTM EQU 10DAT DW M DUP(?)MAX DW ?DATA ENDSCODE SEGMENTASSUME CS:CODE ,DS:DATASTARUP : MOV AX ,DATMOV MAX ,AXCLDLEA SI ,DATMOV CX ,ML1: LODSWCMP AX ,MAXJNG LABMOV MAX ,AXLAB : LOOP L1MOV AH ,4CHINT 21HCODE ENDSEND STARTUP绝对值修改需要在LODSW插入AND AX ,AXJNS LAB1NEG AXLAB1: CMP AX ,MAX程序初始化时MAX应送入0无符号数程序修改判别条件CMP AX ,MAXJNG LAB修改为CMP AX,MAXJBE LAB5、编制一个程序将20个字节的数组分为正数和负数组并计算两个数组中数据的个数DATA SEGMENTDAT DB 20 DUP (?)PDAT DB 20 DUP(?)PDAT DB ?PLEN DB ?NDAT DB 20 DUP (?)NLEN DB ?DATA ENDSCODE SEGMENTASSUME CS:CODE ,DS:DATASTARTUP:XOR BX ,BXLEA SI ,DATXOR DI,DICLDMOV CX,20LOOP0 : LODSBCMP AL,0JGE LOOP1MOV NDAT[BX] ,ALINC BXJMP LABLOOP1:MOV PDAT[DI] ,ALINC DILAB: DEC CXJNZ LOOP0MOV PLEN ,DIMOV NLEN,BXMOV AH,4CHINT 21HCODE ENDSEND STARTUP6、把从A开始的8个字节单元内容依次和从B开始的8个相应的字节单元内容互换。
微机原理与接口技术 第一章
[X] 补
补 = [X] 原
如：[X] 补 = 10101001B
[X] 补
补 = 11010111B = [X] 原
§2.2 有符号二进制数的表示方法及溢出问题
（公式二）
（公式三）
§2.2 有符号二进制数的表示方法及溢出问题
二、 有符号数运算的溢出问题 如果计算机的字长为n位，n位二进制数的最高位为 符号位，其余n-1位为数值位，采用补码表示法时，可表 示的数X的范围为：
2
n 1
X 2
n 1
1
当n=8时，可表示的有符号数的范围为： -128 +127
§2.2 有符号二进制数的表示方法及溢出问题
第三个公式：补码减法运算时，也可以利用加法基本 公式，即：
[X-Y] 补= [X] 补 + [-Y] 补 (mod 2 )
n
因为：X-Y = X+(-Y) 所以：[X-Y] 补 = [X+（-Y）] 补 = [X] 补 + [-Y] 补 一般称已知 [Y] 补 ，求得 [-Y] 补 的过程叫变补或求负。
这种表示方法称为机器数表示法。有符号二进制数 的真值为它对应的十进制数。
§2.2 有符号二进制数的表示方法及溢出问题
2. 原码表示法 如果正数的符号位用0表示，负数的符号位用1表示， 绝对值的编码规则与前面讲的无符号数编码规则相同， 这种表示方法称为原码表示法。
[X] 原 一个数X的原码记为：
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1D0
如：x=-87, 即|x|=0101 0111B
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4．第四代微处理器 第四代微处理器的典型产品是1984年Motorola公司推出的
68020以及1985年、1990年Intel公司先后推出的80386、80486。 它们均为32位微处理器，具有32位地址总线。
80386 CPU具有完善的段页式存储器管理机制，时钟频率为 12.5～40MHz。80386又分80386SX和80386DX两种。 ➢80386SX内部数据总线32位，外部数据总线16位，配用80287协 处理器； ➢80386DX内部及外部数据总线均为32位，配用80387协处理器。
1940年，美国科学家维纳(Norbert Wiener)阐述了自己 对现代计算机的五点设计原则：
① 数字式而不是模拟式； ② 以电子元件构成并尽量减少机械装置； ③ 采用二进制而不是十进制； ④ 内部存放计算微处理器时代 1．第一代微处理器
1971年1月，Intel公司的霍夫研制成功世界上第一块4位 微处理器芯片Intel 4004，标志着第一代微处理器问世，微处 理器和微机时代从此开始。
例如： (10111.011)2=1×24+0×23+1×22+1×21+1×20
+0×2-1+1×2-2+1×2-3
3．八进制与十六进制
由于1位八进制数对应3位二进制数，1位十六进制数
对应4位二进制数，因此，当二进制数列很长时，可以用
八进制数或十六进制数来表示。当X = 8时，得八进制数
的表达式为
该放弃不用。而这种多余性便产生了多种不同的BCD码。
最常用的BCD码是四位二进制数的权分别为8、4、2、1的
BCD码，称为8421BCD码。
例如，若BCD码为1001 0001 0101 0011.0010 0100B，则
很容易写出相应的十进制数为9153.24。
十进制
8421 BCD 码
十进制
8421 BCD 码
例如： (1392.67)=1×103+3×102+9×101＋2×100 +6×10－1+7×10－2
2．二进制
由于计算机是由数字电路组成的，因此，二进制是计 算机中最常用的数值。当X=2时，得二进制数的表达式为
n 1
(N)2
ai 2i
im
二进制的特点是：系数ai只能在0和1这两个数字中取 值；每个数位上的权是2的某次幂；在加、减运算中，采 用“逢二进一”、“借一当二”的规则。
1972年4月，霍夫等人开发出第一个8位微处理器Intel 8008。由于8008采用的是P沟道MOS微处理器，因此仍属第一代 微处理器。Intel 8008可寻址空间为16KB，支持48条指令。
2．第二代处理器
1) 8080处理器 1973年8月，霍夫等人研制出8位微处理器Intel 8080，以N
➢微处理器内大多数操作中的数据位数(如8位、16位、32位等)是 它的重要特征，根据这个位数分别称这些微处理器为8位CPU、16 位CPU、32位CPU等。同时，也将相应的微型计算机称为8位机、16 位机、32位机。 ➢内存储器是独立于CPU之外的芯片或芯片组； ➢输入/输出接口电路也常独立地做在一个芯片上。 由于输入/输出设备的多样性，使得接口电路各有特色。有时， 为了满足特殊外部设备的要求，用户还必须自己设计专用的接口电路。
第1章 微型计算机基础知识
1.1 计算机和微处理器发展概述 1.2 常用数制与编码表示方法 1.3 微型计算机中的数据的表示方法 1.4 计算机的基本结构及其整机工作原理 习题与思考题
1.1 计算机和微处理器发展概述
微型计算机由微处理器、内存储器、输入/输出设备及其接口电 路组成。 ➢微处理器或微处理机是微计算机中的中央处理单元，称为CPU。它 是将计算机的控制逻辑和运算单元集成在一个芯片上实现的。
8080的要快，但其最主要的改进在于集成了内部时钟发生器和内 部系统控制器，提高集成度意味着8085的成本要低于8080，而性 能却更加稳定。
3．第三代微处理器 第三代微处理器的典型产品是1978年Intel公司的8086
CPU、Zilog公司的Z8000 CPU和Motorola公司的68000 CPU 它们均为16位微处理器，具有20位地址总线。8088 CPU
用二进制编码来表示。 目前，用来表示字母和字符的二进制编码方式有多种，
最常用的是美国信息交换标准码(American Standard Code for Information Interchange)，即 ASCII码。
它能用6位、7位二进制数对字母和字符编码。7位ASCII 码可表示128(27)种字符，见表1.3。其中包括字母、数字和控 制符号。
若将微处理器、内存储器及输入/输出接口电路集成在 一个芯片上，则称其为单片微型计算机。微型计算机再加上 软件便构成一个微型计算机系统。
微型计算机控制系统的组成
1.1.1 机械计算器时代 1642年，数学家Blaise Pascal发明了一种机械式的计算
器，被认为是所有机械式计算器的基础。1971年瑞士人沃斯 (Niklaus Wirth)把自己发明的高级语言命名为Pascal语言。
相邻两位中高位的权与低位的权之比如果是个常数，则此
常数称为基数，用X表示，则数an-1…a0a-1…a-m所表示的量N为 N = an-1Xn-1 + an-2Xn-2 +…+ a0X0+a-1X-1 + … +a-(m-1)X-(m-1) +a-mX-m
式中，从a0X0起向左是数的整数部分，向右是数的小数部分； ai(n-1≥i≥-m)表示各数位上的数字，称为系数，它可以在0， 1，… ，X-1共X种数中任意取值；m和n为幂指数，均为正整数
n 1
(N)16
a i16i
im
十六进制的特点是：系数ai只能在0～15这16个数字 中取值(其中0～9这10个数字借用十进制中的数码，10～
15这6个数可用两种方法表示，即A、B、C、D、E、F
或 0 1 2 3 4 5 ，常用前者表示)；
每个数位上的权是16的某次幂；在加、减法运算中， 采用“逢十六进一”、“借一当十六”的规则。
例如： (32AF.EB)16=3×163+2×162+10×161+15×160 +14×16-1+11×16-2
十进制 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
二进制 0000B 0001B 0010B 0011B 0100B 0101B 0110B 0111B 1000B 1001B 1010B 1011B 1100B 1101B 1110B 1111B
沟道MOS电路取代了P沟道，第二代微处理器就此诞生。 从Intel 8008开始，微处理器已经能够每次处理一个完整的
字节。 8080可寻址范围64KB，运算速度是8008的10倍，同时还支持
TTL(晶体管—晶体管逻辑)电平模式。 2) 8085处理器 1977年，Intel公司推出了8085微处理器。8085的速度比
6．第六代微处理器 第六代微处理器的典型产品是Intel公司的Pentium Pro、 MMX Pentium和PentiumⅡ，AMD公司的AMD-K6、AMD-K6-2、 AMD-K6-3等。
1.2 常用数制与编码表示方法
1.2.1 计算机中常用的数制 微型计算机原理是从机器语言层面上来研究计算机的，
《继电器和开关电路的符号分析》，首次阐述了如何将布尔 代数运用于逻辑电路，奠定了现代电子计算机开关电路的理 论基础。
1939年，阿塔纳索夫(John Vincent Atannsoff)提出计 算机三原则：
① 采用二进制进行运算； ② 采用电子技术来实现控制和运算； ③ 采用把计算功能和存储功能相分离的结构。
n 1
(N)8
ai 8i
im
八进制的特点是：系数ai只能在0～7这8个数字中取值； 每个数位上的权是8的某次幂；在加、减运算中，采用“逢
八进一”、“借一当八”的规则。
例如： (137.56)8=1×82+3×81+7×80+5×8-1+6×8-2
同理，当X=16时，得十六进制数的表达式为
八进制 0Q 1Q 2Q 3Q 4Q 5Q 6Q 7Q 10Q 11Q 12Q 13Q 14Q 15Q 16Q 17Q
十六进制 0H 1H 2H 3H 4H 5H 6H 7H 8H 9H
AH 或 0 H BH 或1 H CH 或 2 H DH 或 3 H EH 或 4 H FH 或 5 H
1.2.2 计算机中信息的编码表示 最常用的三种编码表示：
而构成计算机的数字电路仅有两种状态：开和关。因此，二 进制是研究计算机以及用汇编语言编程的最常用的数值。
通常表示一个数时，每个数字表示的量不但取决于数字本
身，而且取决于所在的位置，这种表示方法被称为位置表示法。
在位置表示法中，对每一个数位赋予一定的位值，称为权。
每个数位上的数字所表示的量是这个数字和权的乘积。
1.3 7 ASCII
表 位 码
高位 b6b5b4 低位
b3b2b1b0
0H
0000B
1H
0001B
2H
0010B
3H
0011B
4H
5．第五代微处理器 第五代微处理器的典型产品是1993年Intel的Pentium(奔
腾，Intel586)，IBM、Apple和Motorola合作生产的Power PC。 ➢Pentium微处理器数据总线64位，地址总线32位，具有两条 超标量流水线、两个并行执行单元、高性能浮点处理单元及 16 KB高速缓冲存储器。 ➢Power PC是一种精简指令集计算机，也是一种优异的64位 数据总线微处理器。特点是指令格式规整，功能简单，从而 使指令译码电路也变得简单，译码速度更快。另外，指令系 统设计较为紧凑，只设置了一些使用频率高的常用指令，因 而指令条数少，指挥指令的控制逻辑电路也简单，指令执行 速度快。