微机原理重要知识点.docx

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微机原理重要知识点

第一章计算机基础知识

学习目标：

1．掌握常用进位计数制及其互相转换；

2．掌握数的原码、反码、补码表示法，并熟练掌握补码加减运算；

3．掌握BCD、ASCLL码；

4．掌握软、硬件概念及相互关系；

5．理解数的定点和浮点表示；

6．了解汉字字符集及其编码；了解图信息数字化。

教学重点：

1．计算机中的数制及其编码；

2．微机的基本组成和工作原理。

教学难点：

1．机器数和真值；

2．补码的表示方法和补码运算。

教学内容：

一、计算机中的运算基础

1.数制及其转换

1）任意进制数的共同特点（n进制）n=2、8、10、16

① n进制数最多是由n个数码组成

十进制数的组成数码为：

0～9

二进制数的组成数码为：

0、1

八进制数的组成数码为：

0～7

十六进制数的组成数码为：

0～9、A～F

十六进制数和十进制数的对应关系是：

0～9相同，A-10，B-11，C-12，D-13，C-14，F-15

② n进制数的基数或底数为n，作算术运算时，有如下特点：

低位向相邻高位的进位是逢n进1（加法）；

低位向相邻高位的借位是以1当本位n（减法）。

③   各位数码在n进制数中所处位置的不同，所对应的权也不同

以小数点为分界点：

向左（整数部分）：

各位数码所对应的权依次是n0、n1、n2，…

向右（小数部分）：

各位数码所对应的权依次是n-1、n-2、n-3，…

例：

2）数制的转换

①   非十进制数→十进制数

转换方法：

按位权展开求和

例：

101.11B=1*22+1*20+1*2-1+1*2-2

=4+1+0.5+0.25

=5.75

F94H=15*162+9*161+4*160

=3988

注意点：

只有十进制数的下标可以省略，其他进制数不可以省略。

②   十进制数→非十进制数（K进制数）

转换方法：

分成小数和整数分别转换。

整数部分：

除K取余，直至商为0，先得的余数为低位；

小数部分：

乘K取整，先得的整数为高位。

例：

把3988转换成16进制数

十进制数转换为二进制数的另一种：

逐次减2的最高次幂法。

例：

将1539转换为二进制数表示

例：

0001，1010，1110，1101，1011.0100B

1AEDB4H

若十六进制数转换为二进制数,则将每一位拆成4位。

2.模的概念

若a和b除以M，余数相等，则称a和b对于M是同余的，则可以写成：

a=b（modM）

容器的最大容量称为模。

可写成：

KM+X=X（modM）

3.有符号数在计算机中的表示方法

在计算机中，一个有符号数可以用原码、补码和反码表示。

1）   共同规律：

①用0表示正号，用1表示负号，且摆放在数据的最高位，有符号数和无符号数表示的根本区别在于无符号数的最高位是数值位，有符号数的最高位是符号位；

②同一正数的原、补、反码都相同。

③定义区间均对模2n而言，其中n表示有符号数的二进制代码位数。

2）其它规律：

①   任一负数的原码和对应的正数（绝对值相等）的原码仅是符号位不同；

②   任一负数的反码是对应的正数的反码的各位求反，反之亦然；

③   任一负数的补码是对应的正数的补码的各位求反，然后加1，反之亦然；

④   从定义区间上看

原码和反码的定义区间相同，是–2n-1＜X＜2n-1；

补码的定义区间是–2n-1≤X＜2n-1；

⑤   0的原码、反码有+0和-0之分；

0的补码只有一种表达方式。

例1：

设X=+97求[X]原、[X]反、[X]补（mod28）

解：

97=1100001B

[X]原=01100001B；

[X]反=[X]补=01100001B。

例2：

设X=-97，求[X]原、[X]反、[X]补（mod28）

解：

97=1100001B

[X]原=11100001B；

[X]反=10011110B；

[X]补=10011111B。

例3：

设X=-137求[X]原、[X]反、[X]补（mod29）

解：

137=10001001B

[X]原=110001001B；

[X]反=101110110B；

[X]补=101110111B。

4.补码、反码加减运算规则：

[X+Y]补=[X]补+[Y]补[X+Y]反=[X]反+[Y]反

[X-Y]补=[X]补+[-Y]补[X-Y]反=[X]反+[-Y]反

[-Y]补=[[Y]补]补[-Y]反=[[Y]反]反

5.基本名词

位：

BIT，缩写为b；

字节：

BYTE，由8位二进制数代码表示，缩写为B；

字：

WORD，取决于计算机CPU的字长，内部寄存器的位数，其中8086CPU为16位，386、486CPU为32位；

千字节：

1KB=1024B=210B，兆字节：

1MB=220B，

吉字节：

1GB=230B=1024MB太字节：

1TB=240B=1024GB

6.带符号数运算时的溢出问题

溢出和进位的区别：

进位是指最高位向更高位的进位，而溢出是指运算结果超出数所能表示的范围。

带符号数所能表示的范围：

（若用n位二进制数码表示）

原码：

-（2n-1-1）≤X≤2n-1-1

补码：

-2n-1≤X≤2n-1-1

反码：

-（2n-1-1）≤X≤2n-1-1

溢出的判断方法：

设CD7是符号位向更高位的进位，CD6是数值位向符号位的进位，则溢出可用V=CD7

CD6判断，V=1表示有溢出，V=0表示无溢出。

对于加减法，也可以这样判断，只有下述4中情况有可能产生溢出：

正数+正数，结果应为正，若为正，则无溢出；若为负，则有溢出。

负数+负数，结果应为负，若为负，则无溢出；若为正，则有溢出。

正数-负数，结果应为正，若为正，则无溢出；若为负，则有溢出。

负数-正数，结果应为负，若为负，则无溢出；若为正，则有溢出。

对于乘（除）法，乘积（商）超过了能存放的范围有溢出，否则无溢出。

其它情况肯定无溢出。

注意点：

无符号数和带符号数表示方法的区别：

无符号数：

无符号位，所有位都是数值位，即最高位也是数值位；

带符号数：

有符号数，且在最高位，其余各位才是数值位。

二、计算机中数据的编码 

1.十进制数在计算机中的表示方法

BCD（BinaryCodedDecimal）是用4位二进制代码表示一位十进制数，由于4位二进制代码表示16种状态，而十进制数只取其中10种状态。

选择不同的对应规律，可以得到不同形式的BCD码。

最常用的是8421BCD码。

例：

59=（0101，1001）BCD

465=（0100，0110，0101）BCD

（011010000010）BCD=（0110，1000，0010）BCD=682

注意点：

BCD码与二进制数之间不能直接转换，需将BCD码先转换成十进制数，再由十进制数转换为二进制数。

与十六进制数的区别在于：

组内逢2进1，组间逢十进1。

表1-18421BCD码

十进制数

8421BCD码

十进制数

8421BCD码

0

0000

5

0101

1

0001

6

0110

2

0010

7

0111

3

0011

8

1000

4

0100

9

1001

2.字符在计算机中的表示方法

   由于大、小写英文字母、0～9数字字符、标点符号、计算机特殊控制符一共不超过128个，所以只要用七位二进制数码来表示，称为ASCII码。

国际标准为ISO-646，我国国家标准为GB1988。

在计算机中，一个字符通常用一个字节（八位）表示，最高位通常为0或用于奇偶校验位。

     例：

 ’A’=41H=01000001B’0’=30H=00110000B

      ’a’=61H=01100001B’；’=3BH=00111011B

  ISO2022标准在兼容ISO646的基础上扩展成8位码，可表示256个字符，扩充了希腊字母、数学符号、非拉丁字符、商用图符，游戏符号等。

3.机器数和真值

机器数：

是摆在计算机寄存器或存储器或I/O端口中的数；

真值：

描述机器数对应于某一确定的码制就有唯一确定的值。

例：

机器数34H，用原码表示为+52；用反码表示为+52；用补码表示为+52；用BCD码表示为34；用ASCII码表示为4。

即[+52]原=[+52]反=[+52]补=34H

   [34]BCD=34H

   [4]ASCII=34H

机器数97H，用原码表示为-23；用反码表示为-104；用补码表示为-105；用BCD码表示为97；用ASCII码表示为ETB。

三、汉字编码

计算机系统中汉字在不同应用界面有不同的编码，如输入、存储、传输、交换、显示等不同场合同一汉字各有不同的编码，同一应用界面也存在多种汉字代码。

1． 常用汉字字符集与编码

按使用频度可把汉字分为高频字（约100个）、常用字（约3000个）、次常用字（约4000个）、罕见字（约8000个）和死字（约45000个）。

我国1981年公布了“信息交换用汉字字符集·基本集”（GB2312-80）。

该标准选取6763个常用汉字和682个非汉字字符，为每个字符规定了标准代码。

该字符集及其编码称为国标交换码，简称国标码。

GB2312字符集由三部分组成：

第一部分是字母、数字和各种常用符号（拉丁字母、俄文字母、日文平假名与片假名、希腊字母、制表符等）共682个：

第二部分是一级常用汉字3755个，按汉语拼音顺序排列：

第三部分是二级常用汉字3008个，按偏旁部首排列。

GB2312国标字符集构成一个二维平面，分成94行94列，行号称为区号，列号称为位号，分别用七位二进制数表示。

每个汉字或字符在码表中都有各自确定的位置，即有一个唯一确定的14位编码（7位区号在左，7位位号在右），用区号和位号作为汉字的编码就是汉字的区位码。

GB2312-80字符集中字符二维分布如图1-1所示。

 汉字的区位码与国标码不相同。

为了正确无误地进行信息传输，不于ASCII码的控制代码相混淆，在区位码的区号和位号上各自加32（即20H），就构成了该汉字的国标码。

  为了存储与处理方便，汉字国际码的高低七位各用一个字节（8位）来表示，即用两个字节表示一个汉字。

在计算机中双字节汉字与单字节西文字符混合使用、处理，汉字编码的各个字节若不予以特别标识，就会与单字节的ASCII码混淆不清；为此，将标识汉字的两个字节编码的最高位置为1，这种最高位为1的双字节汉字编码就是中国大陆普遍采用的汉字机内码，简称内码，是计算机内部存储、处理汉字所使用的代码。

内码、国BIAO2码、区位码三者的关系是：

高字节内码=高字节国标码+80H=区码+20H+80H=区码+0A0H=区码+160

低字节内码=低字节国标码+80H=位码+20H+80H=位码+0A0H=位码+160

繁体汉字在一些地区和领域仍在使用，国家又制定出相应的繁体汉字字符集，国家标准代号是GB12345-90“信息交换用汉字编码字符集——辅助集”，包含了717个图形符号和6866个繁体汉字。

BIG5是我国台湾地区计算机系统中使用的汉字编码字符集，包含了420个图形符号和13070个繁体汉字（不用简体字）。

2．通用编码字符集UCS

字符集的基本要素是字汇和代码；字汇应涵盖各个文种，满足已有的和潜在的应用要求；编码应统一简明，保证不同系统可直接进行信息交换。

ISO/IEC10646，即“通用编码字符集”UCS（UniversalCodedCharacterSet）规定了全世界现代书面语言文字所使用的全部字符的标准编码，用于世界上各种语言文字、字母符号的数字化表示、存储、传输、交换和处理，真正实现了所有字符在同一字符集内等长编码、同等使用的多文种信息处理。

1993年5月该标准的第一部分即ISO/IEC10646.1正式发布。

我国国家标准GB13000和GB13000.1与上述两个标准相互对应，技术内容完全一致。

UCS编码字符集的总体结构有组、平面、行、字位构成四维编码空间，即UCS有00--7F共128个组、每个组有00--FF共256个平面、每个面有00--FF共256行、每行有00--FF共256个字（位）每个字位用八位二进制数（一个字节）表示。

这样，UCS中每一个字符用四个字节编码，对应每个字符在编码空间的组号、平面号、行号和字位号，称为四八位正则形式，记作UCS-4。

UCS-4提供了极大的编码空间，可安排多达13亿个字符，充分满足世界上多种民族语言文字信息处理的需要。

3、汉字的输入

向计算机输入汉字信息的方法很多，众多的汉字输入方法可归纳成三大类：

键盘输入法、字形识别法和语音识别法。

其中语音识别法在一定条件下能达到某些预期效果（接近实用），字形识别法中的印刷汉字扫描输入自动识别已广泛应用于文献资料录排存挡，手写汉字联机识别已达到实用的水平，而普通广泛采用的汉字输入方法仍是简便的在英文键盘上输入汉字的方法。

汉字数量庞大，无法使每个汉字与键盘上的键一一对应，因此每个汉字须用几个键符编码表示，这就是汉字的输入编码。

汉字输入编码多达几百种，可归纳为四类：

数字编码、字音编码、字形编码和音形编码。

不管采用哪一种输入编码，汉字在计算机中的内码、交换码都是一样的，由该种输入方法的程序自动完成输入码到内码的转换。

4．汉字的输出

在计算机内部，只对汉字内码进行处理，不涉及汉字本身的形象——字形。

若汉字处理的结果直接供人使用，则必须把汉字内码还原成汉字字形。

一个字符集的所有字符的形状描述信息集合在一起称为该字符集的字形信息库，简称字库。

不同的字体（如宋、仿、楷、黑等）有不同的字库。

每个输出一个汉字，都必须根据内码到字库中找出该汉字的字形描述信息，再送去显示或打印。

   描述字符（包括汉字）字形的方法主要有两种：

点阵字型和轮廓字形。

点阵字形由排成方阵（如16×16、24×24、48×48……）的一组二进制数字表示一个字符，1表示对应位置是黑点，0表示对应位置是空白。

16×16点阵字形常用于屏幕显示，笔画生硬、细节难以区分：

打印输出常用24×24、40×40、48×48、等等甚至96×96。

点阵的数目越多，笔锋越完整，字迹亦清晰美观。

轮廓字行表示比较复杂。

该方法用一组直线和曲线来勾画字符（如汉字、字母、符号、数字等）的笔画轮廓，记下构成字符的每一条直线和曲线的数学描述（端点和控制点的坐标）。

轮廓字符描述的精度高，字形可任意缩放而不变形，也可按需要任意变化。

轮廓字形在输出之前必须通过复杂的处理转换成点阵形式。

WindowsTrueType字库就是典型的轮廓字符表示法。

四、微机系统的基本组成

由硬件系统和软件系统两部分组成，并采用总线结构。

1.硬件系统

是指构成微机系统的全部物理装置。

通常，计算机硬件系统由五部分组成：

1）存储器：

用来存放数据和程序，例如半导体存储器、磁介质存储器；

2）微处理器（包括运算器和控制器）：

运算器用来完成二进制编码的算术和逻辑运算；

控制器控制计算机进行各种操作的部件；

3）输入设备及其接口电路：

用来输入数据、程序、命令和各种信号，例如键盘、鼠标器等；

4）输出设备及其接口电路：

用来输出计算机处理的结果，例如打印机、CRT等。

微机硬件系统只不过把运算器和控制器用大规模集成电路工艺技术集成在一块芯片上，这块芯片称为CPU（中央处理单元），其余组成部分同上。

5）网络设备

2.软件系统

是指计算机所编制的各种程序的集合。

可分为两大类：

1）系统软件

用来实现对计算机资源管理、控制和维护，便于人们使用计算机而配置的软件，该软件由厂家提供。

它包括操作系统（或监控管理程序），各种语言的汇编、解释、编译程序，数据库管理程序，编辑、调试、装配、故障检查和诊断等工具软件。

操作系统在系统软件中具有特殊地位。

只要计算机处于工作状态，就有操作系统的有关部分在内存储器中，负责接受、分析并调度执行用户的程序和各种命令，DOS及WINDOWS是目前最流行的微机操作系统。

2）应用软件

是指用户利用计算机以及它所提供的各种系统软件编制的解决各种实际问题的程序。

它包括支撑软件和用户自己编制的程序。

支撑软件有：

文字处理软件：

Wordstar、Write、Wps、Wode、中文之星等；

表格处理软件：

Lotus1-2-3、CCED、Excel等；

图形处理软件：

AutoCAD、TANGO、Powerpoint、PROTEL98以及2000等；

图文排版软件：

华光、科印、方正等；

防治病毒软件：

SCAN、KILL、CLEAN、MSAV、KV3000；

工具软件：

PCTOOLS等。

套装软件：

Microsoft-office，它基于Windows，包括Word、Excel、Powerpoint、MSMail等。

3.软、硬件的关系

硬件系统是人们操作微机的物理基础，软件系统是人们与微机系统进行信息交换、通信对话、按人的思维对微机系统进行控制和管理的工具。

关系如下：

用户

各种应用软件

各种系统软件

微机硬件系统

4.微机的总线结构

1）   总线：

是指连接多于两个不见的公共信息通路，或者说是多个部件之间的公共连线。

2）   按照总线上传送信息内容分类：

数据总线DB：

传送数据信息；

控制总线CB：

传送控制信息，确定数据信息的流向；

地址总线AB：

传送地址信息，确定数据信息的传送地址。

第二章8086/8088微处理器

学习目标:

1．掌握CPU寄存器结构、作用，存储器分段与物理地址形成；

2．了解微处理器的发展。

3．掌握CPU引脚功能，理解存储器读/写时序；最小/最大模式的概念。

教学重点：

1． 8086微处理器结构：

CPU内部结构：

总线接口部件BIU，执行部件EU；

CPU寄存器结构：

通用寄存器，段寄存器，标志寄存器，指令指针寄存器；

2． 8086微机系统存储器结构：

存储器地址空间与数据存储格式；存储器组成；存储器分段。

3． CPU引脚及其功能：

公用引脚，最小模式控制信号引脚，最大模式控制信号引脚；

4． 存储器读/写时序。

教学难点：

1．存储器的地址表达方式。

2．引脚功能，最小/最大模式系统形成；

3．存储器读/写时序。

教学内容:

一、8086/8088CPU的结构

8086/8088CPU的内部结构

8086/8088CPU的内部是由两个独立的工作部件构成,分别是总线接口部件BIU（BusInterfaceUnit）和执行部件EU（ExecutionUnit）。

图中虚线右半部分是BIU，左半部分是EU。

两者并行操作，提高了CPU的运行效率。

1）指令执行部件

指令执行部件EU主要由算术逻辑运算单元ALU、标志寄存器FR、通用寄存器组和EU控制器等四个部件组成。

其主要功能是执行命令。

一般情况下指令顺序执行，EU可不断地从BIU指令队列缓冲器中取得执行的指令，连续执行指令，而省去了访问存储器取指令所需的时间。

如果指令执行过程中需要访问存储器存取数据时，只需将要访问的地址送给BIU，等待操作数到来后再继续执行。

遇到转移类指令时则将指令队列中的后续指令作废，等待BIU重新从存储器中取出新的指令代码进入指令队列缓冲器后，EU才能继续执行指令。

这种情况下，EU和BIU的并行操作回受到一定的影响，但只要转移类指令出现的频率不是很高，两者的并行操作仍然能取得较好的效果。

EU中的算术逻辑运算部件ALU可完成16位或8位二进制数的运算，运算结果一方面通过内部总线送到通用寄存器组或BIU的内部寄存器中以等待写到存储器；另一方面影响状态标志寄存器FR的状态标志位。

16位暂存器用于暂时存放参加运算的操作数。

EU控制器则负责从BIU的指令队列缓冲器中取指令、分析指令（即对指令译码），然后根据译码结果向EU内部各部件发出控制命令以完成指令的功能。

2）总线接口部件BIU

总线接口部件BIU主要有地址加法器、专用寄存器组、指令队列缓冲器以及总线控制电路等四个部件组成。

其主要功能是负责完成CPU与存储器或I/O设备之间的数据传送。

BIU中地址加法器将来自于段寄存器的16位地址段首地址左移4位后与来自于IP寄存器或EU提供的16位偏移地址相加（通常将“段首地址：

偏移地址”称为逻辑地址），形成一个20位的实际地址（又称为物理地址），以对1MB的存储空间进行寻址。

具体讲：

当CPU执行指令时，BIU根据指令的寻址方式通过地址加法器形成指令在存储器中的物理地址，然后访问该物理地址所对应的存储单元，从中取出指令代码送到指令队列缓冲器中等待执行。

指令队列一共6个字节（8088的指令队列为4个字节），一旦指令队列中空出2个（8086中）或一个（8088中）字节，BIU将自动进入读指令操作以填满指令队列；遇到转移类指令时，BIU将指令队列中的已有指令作废，重新从新的目标地址中取指令送到指令队列中；当EU需要读写数据时，BIU将根据EU送来的操作数地址形成操作数的物理地址，从中读取操作数或者将指令的执行结果传送到该物理地址所指定的内存单元或外设端口中。

BIU的总线控制电路将CPU的内部总线与外部总线相连，是CPU与外部交换数据的通路。

对于8086而言，BIU的总线控制电路包括16条数据总线、20条地址总线和若干条控制总线；而8088的总线控制电路与外部交换数据的总线宽度是8位，总线控制电路与通用寄存器组之间的数据总线宽度也是8位，而EU内部总线仍是16位，这也是将8088称为准16位的微处理器的原因。

3）8086/8088CPU寄存器阵列（寄存器组）

8086/8088CPU中有14个16位的寄存器，按用途分为四类：

①通用寄存器：

8个，分为两组：

数据寄存器：

累加器AX、基址寄存器BX、计数寄存器CX、数据寄存器DX，每个数据寄存器可存放16位操作数，也可拆成两个8位寄存器，用来存放8位操作数，AX、BX、CX、DX分别可拆成AH、AL、BH、BL、CH、CL、DH、DL，其中AH、BH、CH、DH为高八位，AL、BL、CL、DL为低八位；

指针和变址寄存器：

堆栈指针SP、基址指针BP、源变址寄存器SI、目的变址寄存器DI，可用来存放数据和地址，但只能按16位进行存取操作。

通用寄存器的特定用法见表2.1。

②段寄存器：

4个

代码段寄存器CS：

用于存放当前代码段的段地址；

数据段寄存器DS：

用于存放当前数据段的段地址；

附加段寄存器ES：

用于存放当前附加段的段地址；

堆栈段寄存器SS：

用于存放当前堆栈段的段地址。

③专用寄存器：

两个

标志寄存器FR：

仅定义了9位，其中6位用作状态标志，3位用作控制标志。

a.状态标志位用来反映EU执行算术或逻辑运算的结果特征，6个状态位如下：

进位标志CF：

当加法运算有进位，减