微机原理教案Word文档格式.docx
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=±
10i）
80X86CPU一次处理的信息以字节为单位。
一字节表示8位二进制数，其数值范围是00000000~11111111即0~255；
双字节表示16位二进制数，其数值范围是00……00~11……11即0~65535；
四字节表示32位二进制数，80486字长；
八字节表示64位二进制数，80586字长。
计算机存贮器的基本存贮单位是存贮单元，每单元存放一字节二进制数。
存贮器由许多存贮单元组成，各存贮单元给予编号，称存贮地址，采用二进制数表示。
三、十六进制
基数16：
可表示数符为0~9、A~F，对应的十进制数为0~15。
是多位二进制数的一种简明表示形式，二进制整数从最低位（小数从最高位）起，每四位用一位十六进制数表示，二~十六对应位数值。
如：
10110011B=B3H
1FB.02H=000111111011.00000010BF3ADH=1111001110101101B
0000B——0H0100B——4H1000B——8H1100B——CH
0001B——1H0101B——5H1001B——9H1101B——DH
0010B——2H0110B——6H1010B——AH1110B——EH
0011B——3H0111B——7H1011B——BH1111B——FH
四、数制转换
1、十进制二进制
整数部分：
除基取余法——整数连续用基数2除，取各次余数，直到商为零。
例：
将237化为二进制数。
0|1|3|7|14|29|59|118|237
÷
2
最后得余数为最高位11101101首次得余数为最低位
得：
11101101
小数部分：
乘基取整法——小数连续乘基数2，每次取整数部分，直到小数为零。
0.6875化为二进制数。
0.68750.3750.750.50
×
2
1011
得0.1011
若小数乘2无法使尾数为零，则可根据精度要求求出足够位数。
一个十进制数既有整数又有小数，则分别转换后相加。
2、十进制十六进制
除基取余法
237化为十六进制数。
0|14|237
16
1413
（E）（D）
得EDH
小数部分：
乘基取整法
例：
化0.5429为十六进制数。
0.54290.68640.98240.7184
16
81015（若精度要求到小数点后三位，则此数略去）
（8）（A）（F）
得0.8AFH
3、十六进制十进制
整数部分：
按权展开法
例：
3D7BH=3×
163+13×
162+7×
161+11×
160
=3×
4096+13×
256+7×
16+11×
1
=12288+3328+112+11
=15739
一般不用；
使用时可化成二进制小数再作换算。
•二进制十进制：
一般二进制先换成十六进制，再转换成十进制。
•十进制十六进制：
一般十进制先转换成二进制，再转换成十六进制。
第二节码制
带符号数的表示方法：
二进制数最高位表示数符，其余位表示数值。
最高位0：
+1：
—
000000100表示+4100000011表示-3
1、原码尾数部分直接表示数值本身绝对值：
此称原码表示法。
{
x（x≥0）
表达式：
[x]原=2n-1-x（x≤0）
n=8，x=+4，则[x]原=00000100B
n=8，x=-3，则[x]原=27-（-00000011B）=10000000B+00000011B=10000011B
存在二种表示方式：
[x]原=00000000或x=+0
[x]原=10000000或x=-0
2、补码
二数相减，用电路实现减法，结构极为复杂。
当用实现时，用加法器就可完成减法。
加法器容易制作，故运算显得方便。
以时钟为例说明概念：
11点拨到9点：
①倒拨：
11+（-2）=9
②正拨：
11+10=12+9（看到的是9）
称模
—2与10本是二个不同数，但在此特定情况意义相同
称以12为模。
-2与+10对模是互补的；
或称-2与+10对模同余。
[x]补=模+x当x=-2时[x]补=12+（-2）=10
即10是以12为模的-2的补码。
因此，可写成：
11-2=11+10=12+9=9
以2n为模的补码定义为：
x（x≥0）可写成2n+x，但2n自动丢失
[x]补=2n+x=2n-|x|（x<
0）
当x≥0时，[x]补是x的本身值，最高位为0；
当x<
0时，[x]补=28+x
①x=+0000101B[x]补=00000101B
②x=-0000101B[x]补=100000000B+（-0000101B）=11111011B
对n位字长的二进制数，最高位仍为数符位。
例①：
x=+2=0000010B
[x]补=100000000B+00000010B=100000010B=00000010B
自动丢失符号位
例②：
x=-2=-0000010B[x]补=100000000B+（-0000010B）=11111110B
例③：
x=-127=-1111111B[x]补=10000001B
例④：
x=-128=-10000000B[x]补=10000000B
-128是特殊情况：
最高位既是数符位又是数值位。
•用8位二进制数表示一个带符号数，最高位是符号位，剩下7位表示数值。
•0与256的表示形式（始终零点与12点）完全相同。
8位二进制数可表示带符号数补码数值范围为：
00000000B~01111111B0~+127
10000000B~11111111B-128~-1
负数二进制补码的简单方法——变反加1
例：
设y=-0000010B（-2十）低7位变反得1111101B，再加1，得：
[y]补=11111110B
设y=-0000110B（-6十）[y]补=11111010B
已知补码，求真值：
正数：
X即[X]补，只是最高位0变成+
负数：
①根据定义处理X=[X]补-模=[X]补-256=-（256-[X]补）
②变反加1，最高位1改为负号。
已知[X]补=11111010B数值变反：
0000101B
加1：
0000110B
添加符号：
-0000110B
计算机加法器电路结构减法器电路简单得多，减去一个数，通过加上这个数的负数的方法实现，而负数则以补码形式出现。
补码运算使得减法运算变为加法运算
•计算机二进制数的算术运算以补码方式执行：
①先写出待运算数及其补码；
②用补码进行运算；
③根据补码形式的结果得出数值本身。
例1：
5-2=5+（-2）
x=+5=+0000101B[x]补=00000101B
y=-2=-0000010B[y]补=11111110B
[x+y]补=[x]补+[y]补=00000101B+11111110B
=100000011B=100000000B+00000011B=00000011B
得x+y=+0000011B=+3
例2：
14-32=14+（-32）=-18
x=14=+0001110B[x]补=00001110B
y=-32=-0100000B[y]补=11100000B
[x+y]补=[x]补+[y]补=00001110B+11100000B=11101110B
x+y=-0010010B=-（16+2）=-18
关于溢出的概念：
计算机加减运算数以补码形式出现：
●当二个正数相加（或一个正数减去一个负数），和（或差）不能超过+127，否则结果变为负；
●当二个负数相加（或一个负数减去一个正数），和（或差）不能小于-128，否则结果变为正；
此时称为溢出。
任何一个8（n）位二进制数既可表示一个不带符号数，又可表示一个带符号数，那么这个8（n）位二进制数就称为机器书，由它所代表的实际意义称为机器数的真值。
机器数11111101B表示一个数的原码，那么真值就是-1111101B；
机器数11111101B表示一个数的补码，那么真值就是-0000011B；
机器数11111101表示一个不带符号数，那么真值就是11111101。
第三节BCD码和ASCⅡ码
一、BCD码实际应用中一般计算问题的原始数据大多是十进制数，人们为计算机设计了一种用二进制数为它编码，该编码称BCD码（BinaryCodedDecimal）。
一个BCD码用四位二进制表示：
0001
（1）～1001（9）。
一个字节的BCD码可表示数值范围：
0～99
BCD码运算时的修正：
加法：
每半个字节结果不超过9不修正；
超过9则加6。
0100100048+
+）0110100169+
10110001低半字节有进位，修正
高半字节>
9，修正
+）01100110
00010111117+CY1
注意BCD码处理一般均为正数。
0001010115+
+）0010001123+
0011100038+
二、ASCⅡ码
计算机与补部设备之间交换英文字母及数据信息，以一定的代码形式出现，用7位二进制数编码的美国信息交换标准码（ASCⅡ码）使用最广。
0～9为30H～39H；
A、B、C、D……Z为41H～5AH
a、b、c、d……z为61H～7AH
作业：
P25/1.2～1.12
答案：
1.3完成下列数制转换
⑴10100110B=
⑶253.25=
⑷1011011.101B=
8位和16位二进制数的原码、补码、和反码可表示的数值范围分别是多少？
8位二进制数的原码可表示的数值范围：
8位二进制数的补码可表示的数值范围：
16位二进制数的原码可表示的数值范围：
16位二进制数的反码可表示的数值范围：
16位二进制数的补码可表示的数值范围：
1.4写出下列真值对应的原码和补码的形式。
⑴x=-1110011B[x]原=[x]补=
⑵x=71D=-1000111B[x]原=[x]补=
⑶x=+1001001B[x]原=[x]补=
1.7已知X和Y等真值，求[X+Y]的补码。
⑴x=-1110111By=+1011010B
[x+y]补=
⑵x=56Dy=-21D
[x+y]补=
1.8已知x=-1101001B,y=-1010110B,用补码求X-Y=？
1.9写出下列字符的ASCII码。
4A3=！
：
1.10若给字符4和9的ASCII码加奇校验，应是多少？
补充题：
已知一个数X的补码为11011110B，求其真值X，以及X的原码。
第四节小数点问题
①如何表示小数点②运算时小数点的对位
一、定点表示
1、规定小数点放在符号位之后：
纯小数
2、规定小数点放在小数位后面：
整数
特点是线路简单，但应用不方便。
二、浮点表示
43.562=101×
4.3562=102×
0.43562
1101.011=21×
110.1011=24×
0.1101011亦可写成=2-1×
11010.11
数学表达式：
d×
2±
P阶，一般用二个字节以上二进制数表示
尾数
以16位二进制数（双字节）的前6位表示阶码，后10位表示尾数
D15D14D10D9D8D0
阶码•
•尾数
阶符小数点位置尾数数符小数点位置
当尾数用补码表示时，采用双符号位。
上述浮点数可表示数值范围：
绝对值最大：
011111.00.11111111
232-1×
（1-2-8）≈231=15474836482（一百五十四亿）
除0以外的最小值：
1.1111100.000000001
2-（32-1）×
2-8≈2-39=1/239
二个浮点数的加减运算，首先要对阶，使阶码大小一致，才作尾数运算。
x：
0001100001101000B
y：
0001110011010010B
阶码小的向大的靠拢（不能让大的向小的靠拢，如此会丢失数据）
x=0001110000110100两尾数右移一位缩小一位，阶码加1
尾数运算后，若尾数两个符号位数值不同，表明尾数运算溢出。
此时，应使尾数右移一位，并使阶码值加1，此称向右规格化，简称右规。
本例两对阶后尾数相加：
x0000110100B
y0011010010B
x+y0100000110B
经右规，得尾数0010000011B，阶码001000B。
浮点数结果为0010000010000011B。
第五节逻辑运算
一．与运算（逻辑乘）真值表：
Y=A∧B（Y=A·
B）
A
B
Y
A、B为输入端，Y为输出端
二．或运算（逻辑加）真值表：
Y=A∨B（Y=A+B）
AY
A、B为输入端，Y为输出端
三．非运算（逻辑反）真值表：
Y=A
四．与非运算真值表：
Y=A∧B（Y=A·
五．或非运算真值表：
A、
B为输入端，Y为输出端
六．异或运算真值表：
⊕
Y=A⊕B
七．译码器——n位地址线可寻址2n个地址，对于每一组n位确定的二进制代码通过专门电路处理都有对应一条输出线表示这2n个地址中的一个地址。
该处理电路称译码器。
典型译码器74LS138介绍：
使能端
输入端
输出端
G1Y0
G2AY1
G2BY2
Y3
Y4
CY5
BY6
AY7
G1
G2
C
Y0
Y1
Y2
Y3
Y4
Y5
Y6
Y7
×
第二章微型计算机基本原理
输入出接口
第一节计算机组成
第二节存储器
又称主存或内存。
用于存放数据和程序代码。
1．存储单元地址和内容
存储地址——指存储单元编号。
由0开始；
8088CPU允许编址：
00000H：
00001H：
F0000H：
FFFFFH：
00000H～FFFFFH（220）
0～262144
2．
AB
存储器操作
设存储器寻址范围：
00H～FFH。
读操作（取数据）
要求从02H单元读出内容。
⑴．CPU程序计数器发存储地址
00002H，由地址总线加到译
码器，经译码选中02H单元。
⑵．CPU发读（RD）控制信号，02H单元内容（01011010B）被释放到数据总线。
写操作（存数据）
要求把数据55H存入08H单元。
⑴．CPU程序计数器发存储地址00008H，
由地址总线加到译码器，经译码选中
08H单元。
⑵．CPU把数据55H送到数据总线，同时
发写（WR）控制信号，
数据55H存入08H单元。
第三节微型计算机工作过程及实例
问题的处理可分成若干步骤，计算机用功能不同的各种指令完成每一步骤工作，指令由操作码和操作数组成。
完成既定任务的若干指令的有机集合称程序。
操作码——表示计算机要执行的动作，指令代码中不可缺少。
操作数——表示计算机要处理的数据，根据指令功能决定指令代码中是否包含。
作加法运算5+8=？
指令名称
助记符
机器码
指令长度
操作
数据传送
MOVA，5
操作码10110000
操作数00000101
2
5→（ACC）
加法
ADDA，8
操作码00000100
操作数00001000
（ACC）+8→（ACC）
停机
HLT
操作码11110100
（PC）+0→（PC）
PSW
冯.若依曼原理——把为完成某任务而编制的程序连同被处理的数据送到存储器保存，CPU自动根据以程序计数器（PC）值为存储器地址取出首条指令，然后执行，执行时PC自动加一，CPU根据程序计数器PC值再自动取出指令，并予以执行，依此类推，直到结束。
作业：
1、P31/5、
2、计算机三总线的作用是什么？
3、P31/11（4）RAM、ROM
第三章8088/8086微机体系结构
第一节8088/8086CPU
一．指令流水线
取指执行再取指再执行再取指再执行
传统CPU执行程序过程：
执指1执指2执指3……
8088/8086CPU执行程序过程——流水操作
结构上分成总线接口部件BIU——负责取指令
执行部件EU——负责执行指令
从第二条指令开始，执行指令与取指令同时进行，重叠操作，程序运行速度明显提高。
二．
加法器
CPU结构（见P55）
1．总线接口部件BIU：
ALU数据总线
由16位段寄存器（CS、DS、ES、SS）与指令指针（IP）及地址加法器计算指令代码所在存储单元20位物理地址，从存储器取出代码，放入指令队列。
EU每从指令队列取走一字节代码，BIU又按上述地址计算从存储器取出下一字节按先进先出，后进后出的原则填入指令队列。
2．执行部件EU：
由运算器（ALU）完成对数据的加工处理。
运算器由加法器和寄存器组成。
寄存器分为：
Ø
4个16位通用寄存器
AX、BX、CX、DX，各可分成二个8位寄存器AH、AL等，主要用于存放数据。
4个16位主要用于存放地址的寄存器SI、DI、SP、BP。
标志寄存器PSW存放运行结果的状态。
（见P61）
CF——数据运算最高位的进（借）位。
PF——运算结果1的个数为偶时PF=1，为奇时PF=0。
AF——数据运算时，最低半字节向高半字节的进位（加法）或借位（减法）。
ZF——运算结果为零时ZF=1，非零时ZF=0。
SF——符号标志。
运算结果最高位为1（负数）时SF=1，为零（正数）时SF=0。
OF——溢出标志。
带符号数运算超出数值表示范围时，OF=1，否则OF=0。
8位二进制带符号数范围-128～+127（80H～FFH,0～7FH），16位带符号数范围-32768～+32767（8000H～FFFFH,0～7FFFH）。
DF——用于串操作指令。
IF——中断允许标志。
IF=1，允许可屏蔽中断源中断请求；
IF=0，禁止可屏蔽中断。
TF——单步标志。
用于己于人程序调试，单步执行指令。
1．8088/8086CPU内部的EU和BIU的作用分别是什么？
各有哪些主要寄存器？
2．执行指令MOVAL，78H后，（AL）、SF、AF、CE、ZF、OF、PF的内容分别是什么？
ADDAL，55H
3．么叫指令流水作业？
第二节8088/8086存储器组织
一．物理地址与逻辑地址
8088/8086CPU具20位地址线（A19～A0），可寻址1M（兆）存储空间。
8088/8086CPU内部寄存器字长16位，无法直接访问20位存储器地址。
处理办法：
1M（兆）字节存储空间分成若干64K字节的存储区域（称为逻辑段），由段寄存器（CS、DS、SS、ES）存放段的起始地址，称段基址；
访问内存时，通过段基址加偏移地址的方法形成被访单元地址。
偏移地址存放于：
指令指针IP、变址寄存器SI、DI，基址寄存器BX、BP。
地址形式为×
H：
H，冒号前为段基址，冒号后为偏移地址，统称逻辑地址。
物理地址与逻辑地址换算：
物理地址=段基址×
16+偏移地址
例如：
段基址=1234H，偏移地址=4455H，则物理地址为：
1234H×
10H+4455H=16795H
各逻辑段可完全分离，亦可部分重叠或全部重叠。
二．寄存器的使用
程序代码放在代码逻辑段，CS：
放代码段段基址；
IP：
欲取指令的偏移地址。
被处理数据放在数据段，附加数据段，由DS：
数据段、ES：
存附加数据段段基址；
由SI、DI、BX、BP放被访数据的偏移地址。
三．堆栈
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