微机原理与接口技术教学课件电子教案全书课件.ppt

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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,微机原理与接口技术,第,1,章微型计算机的基础知识,3,本章主要介绍：,微型计算机的组成和微型计算机的工作过程,;,计算机的运算基础,。,重点是微型计算机的组成和计算机的运算基础。,1.1,微型计算机的发展及概述,5,第,1,章微型计算机的基础知识,自,1946,年世界上第一台电子计算机问世以来，计算机科学和技术得到了高速发展。电子计算机的产生和发展是,20,世纪最重要的科技成果之一。到今天为止，电子计算机的发展已经历了由,电子管计算机,、,晶体管计算机,、,集成电路计算机,到,大规模集成电路、超大规模集成电路计算机,的四代更替。,6,第,1,章微型计算机的基础知识,1.1.1,微型计算机的发展,所谓,“,微型计算机,”,是指：以大规模、超大规模为主要部件的,微处理器,作为核心，配以,存储器,、,输入输出接口,电路及,系统总线,的计算机系统。,1946年第一台计算机（,ENIAC),诞生，（电子数值集成计算机），就是采用冯.诺依曼结构框架。,投资150万美元，占地150平米，重30吨，用了18800个电子管，耗电150,KW，2KBytes,内存，5000次/,s，,几小时出一次故障。,7,第,1,章微型计算机的基础知识,1.1.1,微型计算机的发展,1971,年，美国,Intel,公司研制出了,4,位,4004,微处理器芯片。该芯片能同时处理,4,位二进制数，集成了,2300,个晶体管，每秒可进行,6,万次运算，成本约为,200,美元。它是世界上第一个微处理器芯片，以它为核心组成的,MCS-4,计算机，标志着世界上第一台微型计算机的诞生。,从那时起，短短,20,多年的时间，微型计算机的发展经历了五代。我们一般以字长（计算机能同时处理的二进制的位数）和典型的微处理器芯片作为各阶段的标志。,8,第,1,章微型计算机的基础知识,1.1.1,微型计算机的发展,第一代（,1971,1973,）是,4,位和低档,8,位微机。代表产品是美国,Intel,公司,4004,微处理器及由它组成的,MCS,微型计算机。,第二代（,1974,1978,）是中高档,8,位微机，以,Intel8080,8085,和,Z80,等为,CPU,的微型机为典型代表。,第三代（,1979,1981,）是,16,位微机，如以,8086,、,80286,、,Z8000,和,MC68000,为,CPU,的微型机。为与原,8,位机相衔接，,Intel,公司还推出了,8088CPU,，其指令系统完全与,8086,兼容，内部为,16,位的功能结构，外部数据总线是,8,位。,9,第,1,章微型计算机的基础知识,1.1.1,微型计算机的发展,第四代（,1982,1992,）是,32,位微机，典型的,CPU,产品有,80386,和,MC68020,。之后,Intel,公司又推出了,80486,微处理器。,第五代（,1993,年以后）是,64,位微机。,1993,年,3,月,Intel,公司推出了当前最先进的微处理器芯片,-64,位的,Pentium,，该芯片采用了新的体系结构，其性能大大高于,Intel,系列的其他微处理器，给微处理器体系结构和,PC,机的性能引入了全新的概念。,10,第,1,章微型计算机的基础知识,1.1.2,微型计算机的应用,各行各业，无所不用,科技、生产、学习、日常生活等各个方面,主要用于以下两个方向：,数值计算、数据处理及信息管理,2.,过程控制及智能化仪表,11,第,1,章微型计算机的基础知识,1.1.3,微型计算机的组成,微机的基本硬件由下列几部分组成：,运算器（,ALU）,控制器（,CTRL）,存储器（,MEM）,输入设备（,INE）,输出设备（,OUTE）,总线（,BUS）,微处理器,12,第,1,章微型计算机的基础知识,1.1.3,微型计算机的组成,图,1-1,微型计算机的基本结构,13,运算器（,ALU-Arithmetic Logic Unit）,进行算术运算（加、减、乘、除与移位）；,进行逻辑运算（与、或、非、异或等）；,为了提高存取数据的速度，与,ALU,有关的部件还有寄存器阵列,第,1,章微型计算机的基础知识,14,控制器（,CTRL-Controller）,它是计算机的控制中心，发布与控制计算机工作的各种命令，协调计算机内部以及主机与外设工作的各种关系。,它有两个主要功能：,一个是控制程序的运行；,另一个是对不同的外部事件做出相应响应的能力。,（这些外部事件是指：复位、停机、中断请求、总线请求、总线周期延长等）,上述,ALU+CTRL+REG,阵列=,CPU（,中央处理器）,第,1,章微型计算机的基础知识,15,存储器（,MEM-Memory）,记忆部件。它存储计算机操作的控制信息及各种命令信息（指令）和被处理加工的信息（数据），包括存储加工的中间与最终结果。,存储器内有两类信息：,一类是命令信息（即指令），经译码并执行，放在代码区；,另一类是数据，放在数据区。,它们都以二进制形式存放。,应注意：内存中的代码区和数据区中的信息具有不同的性质与功能，两个区域中的某些单元具有相同的信息，却具有完全不同的含义。,第,1,章微型计算机的基础知识,16,输入设备与输出设备,称为外设，其作用是进行信息形式的转换，即外界的语言、文字、图像、机械动作等信息转换成计算机能识别的电信号表示的二进制数形式，或进行相反方向的转换。,输入设备,如：键盘、鼠标、磁盘、光盘、游戏杆、扫描仪、数码相机、,A/D,转换器等,输出设备,如：显示器、打印机、音响、绘图机、磁盘、光盘、,D/A,转换器等,第,1,章微型计算机的基础知识,17,总线（,BUS）,总线是计算机各部件间传送信息的公共通路，它把计算机的各个部件连接成为一个整体。,分为内部总线，外部总线。,计算机内部的基本总线分为数据总线（,DBUS），,地址总线（,ABUS），,控制总线（,CBUS）。,通常又称为三总线。,第,1,章微型计算机的基础知识,18,第,1,章微型计算机的基础知识,1.1.3,微型计算机的组成,从系统的组成观点来看，一个微型计算机系统应包括硬件系统和软件系统。所谓“硬件系统”，是指在上述微型计算机的基础上配以必要的外部设备、外部存储器和电源设备等组成的设备集合；所谓“软件系统”，一般指在计算机上运行的程序，如操作系统和应用软件等，广义软件还包括由计算机管理的数据和有关的文档资料。,19,第,1,章微型计算机的基础知识,1.1.4,微型计算机的工作过程,在启动计算机进行计算之前，必须作如下工作：,用助记符号指令编写程序；,用汇编软件将汇编程序翻译（汇编）成计算机能识别的机器语言指令；,将数据和程序通过输入设备送入存储器中存放。,20,第,1,章微型计算机的基础知识,1.1.4,微型计算机的工作过程,如何计算,5+6,?,表,1-1,汇编语言和机器语言程序对照,操作,助记符号,机器码,（二进制）（十六进制）,功能,立即数送累加器,MOV AX,，,05H,10110000 B0H,把,05H,送入累加器,AX,00000101 05H,加立即数,ADD AX,，,06H,00000100 04H,06H,与,AX,中的内容相加,并将结果存入累加器,AX,00000110 06H,整个程序一共,2,条指令，,4,个字节，假设它们存放在,00H,开始的,4,个单元中,21,第,1,章微型计算机的基础知识,1.1.4,微型计算机的工作过程,计算机执行程序是一条指令一条指令执行的。执行一条指令分两个阶段，即,取指令阶段,和,执行指令阶段,。,开始执行程序时，必须先给程序计数器,IP,赋以第一条指令的地址,00H,，然后进入第一条指令的取指阶段。,22,第,1,章微型计算机的基础知识,1.1.4,微型计算机的工作过程,图,1-2,取指令阶段的执行过程,23,第,1,章微型计算机的基础知识,1.1.4,微型计算机的工作过程,图,1-3,执行指令阶段的执行过程,24,第,1,章微型计算机的基础知识,1.1.4,微型计算机的工作过程,微型计算机的工作过程是执行程序的过程。首先,CPU,进入取指阶段，从存储单元中取出指令代码，通过数据总线，送到,CPU,中的指令寄存器中寄存，然后对该指令译码，译码器经译码后发出相应的控制信号，通过控制总线，,CPU,把控制信息传送到存储器或输入输出系统，它们会按照,CPU,的命令进行相应的动作，也即,CPU,执行指令指定的操作。,取指阶段由一系列相同的操作组成，因此取指的时间总是相同的。而执行指令的阶段是由不同的事件组成的，它取决于执行指令的类型。,1.2,微型计算机中信息的表示及运算基础,26,第,1,章微型计算机的基础知识,目前使用的计算机是一种电设备，它只认识电的信号：如电平的高与低、电路的通与断、晶体管的导通与截止、电子开关的开与关等。将这两种状态用,0,和,l,两个符号表示，,0,或,l,就是二进制数的一位，称为,bit,。因此在计算机中，任何信息都必须用,0,和,1,的数字组合形式。也就是说，计算机存储和处理的仅仅是二进制信息。,27,第,1,章微型计算机的基础知识,1,个二进制位称为,1,个,bit,；,8,个二进制位称为,1,个,Byte,，也称,1,个字节（,8,位）；,2,个字节称为,1,个字（,Word,，,16,位）；,2,个字称为双字（,Dword,或,Double Word,，,32,位）；,4,个连续的字称为四字（,Qword,或,Quad Word,，,64,位）；,连续的,10,个字节称为十字节，它是一个,80,位二进制的值。,28,第,1,章微型计算机的基础知识,1.2.1,二进制数的表示与运算,1.,二进制数的表示,二进制数仅有两个计数符号：,0,、,1,。一个,8,位的二进制数由,8,个,0,或,1,组成，如,11010010,计数符号在不同位置有不同的位权：,11010010,1,2,7,+1,2,6,+0,2,5,+1,2,4,+0,2,3,+0,2,2,+1,2,1,+0,2,0,我们习惯于在二进制数的后面加上字母,B,（,Binary,），如,1100110lB,，,10011B,。,29,第,1,章微型计算机的基础知识,1.2.1,二进制数的表示与运算,2.,二进制数的运算,（,1,）算术运算,加法运算：逢,2,进,1,减法规则：借,1,当,2,乘法规则：,1,与,1,乘得,1,，其它为,0,30,第,1,章微型计算机的基础知识,1.2.1,二进制数的表示与运算,2.,二进制数的运算,（,2,）逻辑运算,逻辑运算都是比特运算。与算术运算区别在于，前者只在对应的比特之间进行，各位之间没有进/借位，本位运算结果不影响其它位。,常用的逻辑运算有：逻辑与、逻辑非、逻辑或、逻辑异或。,31,第,1,章微型计算机的基础知识,1.2.1,二进制数的表示与运算,2.,二进制数的运算,（,2,）逻辑运算,与运算通常用于屏蔽掉某些位（清0），保留某些位不变。,例：(,A5H)AND(F0H)=A0H;,屏蔽低4位（清0），保留高4位。,逻辑与运算（,AND）,0,0,0,1,0,1,0,1,1,0,0,1,32,第,1,章微型计算机的基础知识,1.2.1,二进制数的表示与运算,2.,二进制数的运算,（,2,）逻辑运算,逻辑或运算通常把某些位置1，某些位不变。,例:(,A5H)OR(0FH)=AFH;,高4位不变，低4位置全1。,逻辑或运算（,OR）,0,0,0,1,1,0,1,1,1,1,1,0,33,第,1,章微型计算机的基础知识,1.2.1,二进制数的表示与运算,2.,二进制数的运算,（,2,）逻辑运算,把逻辑变量变成反码。,例：,NOT(A5H)=5AH,逻辑非运算（,NOT）,34,第,1,章微型计算机的基础知识,1.2.1,二进制数的表示与运算,2.,二进制数的运算,（,2,）逻辑运算,异或运算可以使某些位清0，某些位变反。通常用于寄存器或内存单元清0。,例,:(,A,5H)XOR(0FH)=AAH;,高4位不变，低4位变反。,例,:,(A5H)XOR(A5H)=00H；,一个数自身异或，相当于清0。,逻辑,异或运算（,XOR,Exclusive OR）,0,0,0,0,1,1,1,0,1,1,1,0,35,微机的硬件构成框图,例,1.1,：,00011010B,+01,101101B,10000111B,00011010,+,01101101,10000111B,36,微机的硬件构成框图,例,1.2,：,10011011B-00110101B,01100110B,10011011,-,00110101,01100110,37,微机的硬件构成框图,例,1.3,：,01110101B,00110110B,0001100010101110B,01110101,00110110,01110101,01110101,01110101,+01110101,0001100010101110,38,微机的硬件构成框图,例,1.4,：,10111001B,1011B,00010000B,，余,00001001B,39,微机的硬件构成框图,例,1.5,：,10011101B01101110B,00001100B,10011101,01101110,00001100,40,微机的硬件构成框图,例,1.6,：,10011101B01101110B,11111111B,10011101,01101110,11111111,41,微机的硬件构成框图,例,1.7,：,10011101B01101110B,11110011B,10011101,01101110,11110011,42,第,1,章微型计算机的基础知识,1.2.2,二,-,十进制（,BCD,）数的表示与运算,1.,二,-,十进制数的表示,十进制数有,10,个计数符号：,0,9,，而计算机仅认识,2,个符号：,0,、,1,，因而十进制数的,10,个计数符号需要改用,0,和,1,两个符号的编码表示。,10,个符号必须用,4,位二进制编码表示。,0 00005 0101,1 0001 6 0110,2 0010 7 0111,3 0011 8 1000,4 01009 1001,43,第,1,章微型计算机的基础知识,1.2.2,二,-,十进制（,BCD,）数的表示与运算,1.,二,-,十进制数的表示,这种用二进制编码的十进制数称为,BCD,（,Binary Coded Decimal,）数,压缩的（组合的）,BCD,码：一个字节表示两位,BCD,码。,非压缩（非组合）的,BCD,码：一个字节表示一位,BCD,码，高 4位为0。,44,第,1,章微型计算机的基础知识,1.2.2,二,-,十进制（,BCD,）数的表示与运算,2.,二,-,十进制数的加、减运算,例,1.8,：,BCD,数,十进制数,1000,+01,01,8,+5,13,两个,BCD,数相加后，其结果已不是,BCD,数,1101,45,第,1,章微型计算机的基础知识,1.2.2,二,-,十进制（,BCD,）数的表示与运算,2.,二,-,十进制数的加、减运算,例,1.9,：,BCD,数,十进制数,1001,+0111,9,+7,16,运算结果,不对,10000,46,第,1,章微型计算机的基础知识,1.2.2,二,-,十进制（,BCD,）数的表示与运算,2.,二进制数的运算,究其原因是：在计算机中，用,BCD,可以表示十进制数，但其运算规则还是按二进制数进行的。因而,4,位二进制数相加要到,16,才会进位，而不是逢十进位。,为什么会出现不正确的结果,?,采取调整运算结果的措施。调整规则为：当,BCD,数加法运算结果的,4,位二进制超过,1001,（,9,）,出现非法编码1010,1111或个位向十位有进位时，则加,0l10,（,6,）进行调整；当十位向百位有进位时，加,01100000,（,60,）调整。这是人为地干预进位。,微机的,CPU,中都有专门的十进制运算调整部件,DAA，,还设有专门的十进制加减运算调整指令,DAA,与,DAS,等。,如何解决,BCD,数的运算问题,?,47,第,1,章微型计算机的基础知识,1.2.2,二,-,十进制（,BCD,）数的表示与运算,2.,二进制数的运算,在,CPU,中，称为,Flag,寄存器，由于这些标志决定了程序分支的条件，也称为条件码（,CC:Condition Code）。,CPU,常设的标志有：,C（Carry),进位标志，运算结果的最高位产生进位或借位。,S,或,N（Sign,或,Negative,）符号标志，反映运算结果的符号位。,O,或,V（OVerflow）,溢出标志，反映符号数运算结果是否产生溢出。,Z（Zero）,零标志，反映运算结果是否为0。,48,例,:,若,X、Y,为十进制数，,X=38，Y=57，,计算,X+Y=?,3 8 （BCD,码中没有字母，结果中的,F(1111),为非法码，,+57,应在该位加6修正，以强迫其进位。）,8,F,+0,.,6,9 5,例,:,若,X=28，Y=79，,计算,X+Y=?2 8,+7,.,9,A 1,因为低4位有进位（,AF=1）,+6 6 高4位,A9，,所以+66,10 7,第,1,章微型计算机的基础知识,1.2.2,二,-,十进制（,BCD,）数的表示与运算,49,例,:,若,X、Y,为十进制数，,X=75，Y=26，,计算,X-Y=?,7,5 （BCD,码中没有字母，结果中的,F(1111),为非法码，,-2 6,应在该位-6修正，使借高位的数得到修正。）,例,:X=30，Y=42，,计算,X-Y=?,3,0,-4 2,E E,因为低4位有借位（,AF=1）,-6 6 高4位也有借位（,CF=1）,8 8 所以 66修正,4,F,-0,6,4 9,第,1,章微型计算机的基础知识,1.2.2,二,-,十进制（,BCD,）数的表示与运算,50,BCD,码加法修正原则是：,若运算结果低位大于9或,AF（,半进位）=1，则结果+06；,若运算结果高位大于9或,CF（,进位）=1，则结果+60;,若都满足时，则结果+66。,BCD,码减法修正原则是：,若运算结果低位大于9或,AF（,半借位）=1，则结果-06；,若运算结果高位大于9或,CF（,借位）=1，则结果-60;,若都满足时，则结果-66。,第,1,章微型计算机的基础知识,1.2.2,二,-,十进制（,BCD,）数的表示与运算,51,第,1,章微型计算机的基础知识,1.2.3,十六进制数的表示与运算,十六进制数有,16,个计数符号：,0,9,，,A,F,。,4,个二进制位共有,16,种组合状态，这样每个十六进制数的计数符号可对应,4,位二进制数的一种组合状态；反之，,1,个十六进制符号可以替代一种,4,位二进制数的组合状态。在阅读和编写汇编语言程序时，经常用十六进制数表示数据、存储单元地址或代码等。,在书写数据时，为了区分不同进制的数据，在十进制数后加字母,D,或省略；在二进制数后加字母,B,；在十六进制数后加字母,H,，对于字母开头的十六进制数，还须在数据前加个,0,，以表明它是十六进制数而不是其他，如,25H,，,43,，,57D,，,0A5H,，,0CD3BH,。,52,第,1,章微型计算机的基础知识,1.2.4,带符号二进制数的表示和运算,正号,“,+,”,和负号,“,-,”,在计算机中只能用,0,和,1,表示，我们用,0,表示,“,”,号，用,1,表示,“,-”,号，并且符号放在最高有效位。一个,8,位的二进制数表示一个带符号数，最高有效位,D,7,位为符号位。因为计算机的数据位长度是固定的，如,4,位、,8,位、,16,位、,32,位、,64,位等。当最高有效位作为符号后，其数值的大小就减小一半。而且计算机在进行运算操作时，符号也作为数据参与运算。,53,第,1,章微型计算机的基础知识,1.2.4,带符号二进制数的表示和运算,1.2,的补码表示法,带符号数采用上面的编码方法不可取。考虑到计算机的数据位长度一定，因而可用补数的编码形式表示带符号数。在进行运算时，丢弃进位，就可得到正确结果。,对一个正的二进制数的每位求反再加,1,，即可得在机器中表示的该数的负数，即,2,的补码表示法。在这种编码方式中，正数的补码就是该正数。,54,第,1,章微型计算机的基础知识,1.2.4,带符号二进制数的表示和运算,2.,带符号数的移码表示,前面介绍的数据是整型的，那么，实型数的数据在机器中又是如何表示的呢,?,实型数在存储器内不是以,2,的补码形式存放的，而是以,IEEE,标准格式存放的。一般，一个任意二进制数,N,可以表示为：,N,2,e,*M,其中，,M,为有效数字，称为尾数，,E,为数,N,的阶码。当,E,变化时，尾数,M,中的有效小数点位置也随之向左或向右浮动，故称为浮点表示法。,55,第,1,章微型计算机的基础知识,1.2.4,带符号二进制数的表示和运算,3.,带符号数的运算,若运算结果超出了结果单元所能表达的范围就产生溢出。,加减运算产生的溢出无法从结果中看出，必须用专门的信息位来表示。,值得指出的是：计算机在进行运算时，对参与运算的数并不知道是无符号数或带符号数，所以它在运算后对4个标志都会置位，只有程序员知道参与运算的数是符号数或无符号数。,在计算机中，,OF,置位是根据次高位和最高位的进位的异或判别的。即,OF=C,7,C,6,56,例,:X=FEH，Y=FFH，,求,X+Y=?,并判断标志位。,FEH CF=1 (,有进位）,+.F.FH SF=1 （,为负数）,OF=0 （,没溢出）（有进位不一定有溢出）,FDH ZF=0 （,结果不为0）,例,:X=70H，Y=50H，,求,X+Y=?,并判断标志位。,70,H CF=0 (,无进位）,+50H SF=1 （,为负数）,OF=1 （,有溢出）（有溢出不一定有进位）,C0H ZF=0 （,结果不为0）,第,1,章微型计算机的基础知识,1.2.4,带符号二进制数的表示和运算,3.,带符号数的运算,57,例,:X=30H，Y=40H，,求,X+Y=?,并判断标志位。,30,H CF=0 (,无进位）,+40H SF=0 （,为正数）,OF=0 （,没溢出）（即无进位又无溢出）,70,H ZF=0 （,结果不为0）,例,:X=80H，Y=80H，,求,X+Y=?,并判断标志位。,80,H CF=1 (,有进位）,+,.,80H SF=0 （,为正数）,OF=1 （,有溢出）（即有溢出又有进位）,0,0H ZF=1 （,结果为0）,第,1,章微型计算机的基础知识,1.2.4,带符号二进制数的表示和运算,3.,带符号数的运算,58,在计算机系统中，由于,CPU,的数据宽度有,8,位、,16,位、,32,位，甚至,64,位之分，而存储器的数据总是以,8,位（字节）宽度组织，所以在进行某些运算时需要将,8,位数据扩展成,16,位，或者将,16,位数据扩展成,32,位等。无符号数扩展，仅在其数据之前加上若干位,0,即可；而带符号数的扩展实际是扩展其符号，即正数前补,8,个（或,16,个）,0,，负数前补,8,个（或,16,个）,l,。,例如：,+5,的,16,位表示为,000000000000010lB,-5,的,16,位表示为,1111111111000010B,+3EH,的,16,位表示为,0000000000111110B,-3EH,的,16,位表示为,1111111111000010B,第,1,章微型计算机的基础知识,1.2.4,带符号二进制数的表示和运算,4.,带符号数的符号扩展表示,1.3,几种进制之间的相互转换,60,第,1,章微型计算机的基础知识,1.,十进制转换成二进制,例,1.18,：将,205,转换成二进制整数。,1,最低有效位,0,1,1,0,0,1,1,最高有效位,故：,205,11001101B,1.3.1,十进制整数到任意进制整数的转换,十进制整数转换成任意进制整数，可按进位制的基数照下面的“辗转相除法”进行。,61,第,1,章微型计算机的基础知识,1.,十进制转换成二进制,例：将,0.125,转换成二进制整数。,故：,0.125,0.001B,0.125,2,0.25,整数为,0,（,最高有效位）,0.25,2,0.5,整数为,0,0.5,2,1.0,整数为,1,（最低有效位）,1.3.1,十进制整数到任意进制整数的转换,62,第,1,章微型计算机的基础知识,2.,十进制转换成十六进制,例,1.19,：将,327,转换成十六进制数,1,最低有效位,0,1,1,0,0,1,1,最高有效位,故：,205,11001101B,1.3.1,十进制整数到任意进制整数的转换,63,第,1,章微型计算机的基础知识,1.,二进制转换成十进制,例,1.21,：将二进制数,1110110B,转换成十进制数,。,1.3.2,任意进制整数间的相互转换,任意进制整数到十进制整数的转换，按基数位权展开可以实现。,1110110B,1,2,6,+1,2,5,+1,2,4,+0,2,3,+1,2,2,+1,2,1,+0,2,0,116,64,第,1,章微型计算机的基础知识,2.,带符号二进制整数到十进制整数之间的转换,二进制数用基数,2,，按位权展开即可转换成十进制数。而带符号数的最高位为符号，而且带符号数在计算机中是用其补码表示的，如果符号位为,0,，则该数为正数，它可按位权展开；如果符号位为,1,，它不能按正常位权那样展开。所以，对带符号二进制负数除符号位外，对二进制数每位求反再加,1,后，再按位权展开并添上符号，才能将负的二进制数转换成十进制数。,1.3.2,任意进制整数间的相互转换,65,第,1,章微型计算机的基础知识,2.,带符号二进制整数到十进制整数之间的转换,例,1.25,：将计算机中带符号二进制数,01011011B,转换成二进制整数。,+1011011B,+,（,26+24+23+21+1,）,+91,例,1.26,：将计算机中带符号二进制数,10101101B,转换成二进制整数,将,10101101B,除符号位外每位求反再加,1,-1010011B,-,（,26+24+21+1,）,-128+45,-83,1.3.2,任意进制整数间的相互转换,66,第,1,章微型计算机的基础知识,3.,十六进制转换成十进制,例,1.22,：将十六进制数,A2EH,转换成十进制数。,A2EH,10,16,2,+2,16,1,+14,16,0,2606,1.3.2,任意进制整数间的相互转换,67,第,1,章微型计算机的基础知识,4.,二进制数和十六进制数之间的相互转换,例,1.23,：将二进制数,10111B,和,l10001110B,转换成十六进制数。,1.3.2,任意进制整数间的相互转换,l0l011B,00l0,，,l011B,2BH,110001110B,0001,，,1000,，,1110B,18EH,例,1.24,：将十六进制数,8BDH,和,0C5AFH,转换成二进制数。,8BDH,1000,，,1011,，,1101B,0C5AFH,1100,，,0101,，,1010,，,1111B,第,2,章微处理器系统结构,68,本章主要介绍：,微处理器（,CPU）,的内部结构及功能,;,Intel 8086,微处理器工作模式、引脚信号；,堆栈,。,重点是,8086 CPU,的内部结构、引脚信号以及堆栈,。,69,微处理器（,CPU）,由下列主要部分组成：,算术逻辑单元,ALU,控制器,寄存器阵列,总线和总线缓冲器,高性能的,CPU,还有：指令预取部件，指令译码部件、,地址形成部件、存储器管理部件等。,70,第,2,章微处理器系统结构,一、算术逻辑运算单元（,ALU）,ALU,是对二进制数进行算术逻辑运算的基本部件。,数据加工处理可归纳为两种基本运算：,算术运算，逻辑运算。,71,第,2,章微处理器系统结构,一、算术逻辑运算单元（,ALU）（,续）,算术运算：可进行无符号数和带符号数的加、减、乘、除运算，符号数采用补码表示，减法通过求负数的补码而变成加法运算。还可进行,BCD,码运算。,乘、除可以通过多次重复加、减和移位实现。,72,第,2,章微处理器系统结构,一、算术逻辑运算单元（,ALU）（,续）,例如：13 11=143=8,FH,1 1 0 1,采用部分积左移和加法,1 0 1 1 可完成二进制乘法。,1 1 0 1,1 1 0 1,部分积左移,0 0 0 0,+.1.1.0.1,1 0 0 0 1 1 1 1,73,第,2,章微处理器系统结构,一、算术逻辑运算单元（,ALU）（,续）,逻辑运算：可完成逻辑“与”、“或”、“非”、“异或”、“移位”等基本的逻辑运算。,浮点运算：浮点数可以看作是由两个定点数组成，尾数与阶码。在对阶后可以对尾数进行运算。,浮点数运算可以用软件实现。也可以专门生产浮点运算部件和浮点微处理器，并设有专门的浮点运算指令，可进行32位或64位浮点加、减、乘、除运算。,Pentium,处理器已把浮点处理器与主处理器集成到一个芯片上。,早期的浮点处理器有：8087、80287、80387协处理器。,74,第,2,章微处理器系统结构,一、算术逻辑运算单元（,ALU）（,续）,ALU,框图：,75,DAA,部件,Flag R,第,2,章微处理器系统结构,二、控制器,CTRL,是发布操作命令的部件，操作的顺序需要,精确的定时，其内部主要组成如下：,1、指令部件,包括程序计数器（,PC)，,指令寄存器（,IR），,指,令译码器（,ID）。,2、,时序部件,包括时钟系统，脉冲分配器。,3、微操作控制部件,可采用组合逻辑控制，微程序控制和可编程逻辑阵列（,PLA）,来实现。,76,第,2,章微处理器系统结构,二、控制器（续）,控制器的组成框图：,77,第,2,章微处理器系统结构,二、控制器（续）,时钟周期（,T state）：,主时钟的两个脉冲前沿的时间间隔称为一个时钟周期，又称为,T,状态。它,CPU,操作的最小时间单位。,机器周期：由25个,T,状态组成一个机器周期（,Machine Cycle），,称为,M,周期，又叫做总线周期，用来完成一个基本操作，如,MEM,读/写，,I/O,读/写等。,指令周期：一条指令（的取出和）执行所需的时间称为指令周期（,Instruction Cycle），,一条指令执行需15个,M,周期。,78,第,2,章微处理器系统结构,M,1,机器周期,79,M,2,M,5,CLK,T,4,T,3,T,1,T,2,指令周期,（包括15个机器周期）,指令周期、机器周期与时钟周期的关系如下图：,第,2,章微处理器系统结构,三、总线与总线（缓冲器）部件,所谓总线是指计算机中传送信息的一组通信线，,将多个部件连成一个整体。可以简单分为：,片内总线：在,CPU,内部或部件内部各单元之间传,送信息的总线（又可细分为单总线、双总线（输入/输,出,BUS）、,多总线结构）；,片外总线：,CPU,与外部部件之间传送信息的总线。,片外总线又称为系统总线，通常系统总线分为地,址总线、数据总线、控制总线，即所谓三总线结构。,80,第,2,章微处理器系统结构,三、总线与总线（缓冲器）部件（续）,因为多个部件均挂在总线上，但各部件工作情况,并非完全一样（有的作为信源发，有的作为接收器,收）。,由于数据或信息代码是用,电位高低,来表示，若某,一时刻有几个部件同时向,BUS,发送数据，则,BUS,上的,情况就成为,不确定,的了，电路也可能被,烧毁,。,所以,同一时刻只允许一个部件向,BUS,发送信息,。,而接收数据就没有上述限制，同一时刻可允许多,个部件接收数据。,81,第,2,章微处理器系统结构,三、总线与总线（缓冲器）部件（续）,总线缓冲器：在工作过程中，常常要求挂在,BUS,上的某些部件在电气连接上与,BUS,“脱开,”，,使这些部,件对,BUS,上其它部件的工作不产生影响，为此，可在,部件内部设置三态缓冲器。,DATA3,态,BUFBUS；,三态缓冲器（3态,BUF）,处于：,低阻（高低电平）挂,BUS,上；,高阻逻辑上脱开。,82,第,2,章微处理器系统结构,三、总线与总线（缓冲器）部件（续）,“脱开”状态：,处于高阻状态，开路状态，浮空状态；,逻辑上“脱开”，物理上仍连在一起。,总线缓冲器分为：,单向三态缓冲器，如地址总线缓冲器只发地址信息，,（地址,BUS,是单向的）；,双向三态缓冲器，如数据总线缓冲器，既可发又可,收数据（数据,BUS,是双向的）。,83,第,2,章微处理器系统结构,三、总线与总线（缓冲器）部件（续）,采用总线结构的优点是：,减少信息传输线数目；,提高系统的可靠性；,增加系统灵活性；,便于实现系统标准化。,84,第,2,章微处理器系统结构,四、寄存器阵列（,Register Array）,在,CPU,内部，有一个临时存放地址和数据的寄存,器阵列。这个阵列因,CPU,的不同而不同，有的称寄存,器堆，寄存器多少有差别，但其功能相似。,寄存器阵列大致分为以下四组：,存放待处理数据的寄存器；,存放地址码的寄存器；,存放控制信息的寄存器；,起数据或地址缓冲器作用的寄存器,。,85,第,2,章微处理器系统结构,四、寄存器阵列（,Register Array）,（续）,存放地址的寄存器,指令指针（,IP）,或程序计数器（,PC:Program Counter）；,堆栈指示器（,SP:Stack Pointer）；,其它可存放地址的寄存器（,Register,）,，,例如变址,REG,、基址,REG。,存放数据的,REG,累加器（,AC:Accumulator）;,通用,REG,组，,A，B，C，D,等。,86,第,2,章微处理器系统结构,四、寄存器阵列（,Register Array）,（续）,存放控制信息的,REG,指令寄存器（,IR:Instruction Register）,指令代码；,标志寄存器（,FR:Flag Register），,通常设有,SF、ZF、AF、PF、CF、OF、IF、DF,等标志。,起数据缓冲作用的,REG,数据总线缓冲,REG（DBUF:Data BUS Buffer）;,地址总线缓冲,REG,（ABUF:Address BUS Buffer）。,三态，单向，内外部地址,BUS,之间缓冲。,87,第,2,章微处理器系统结构,88,2.1,8086/8088,的结构,1.,通用,REG,组,AX,主累加器,BX,累加器或基址,REG,CX,累加器或计数器,DX,累加器或,I/O,地址,REG,89,AH,AL,BH,BL,CH,CL,DH,DL,第,2,章微处理器系统结构,2.1 8086,8088,的结构,2.,指针与变址,REG,组,堆栈指针,基址指针,源变址器,目的变址器,90,SP,BP,SI,DI,变址,REG,指针,REG,第,2,章微处理器系统结构,3.,段,REG,组,代码段,数据段,堆栈段,附加段,段,REG,是存放内存地址的高位地址，地址形成是由段寄存器地址左移4位加上对应的偏移量。,91,CS,DS,SS,ES,第,2,章微处理器系统结构,例如：被取指令的地址为,CS,左

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