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1、2007. 6. 13,微机原理、汇编与接口技术,朱定华,1.1,1.2,1.3,1.4,计算机的数和编码,微型计算机的结构和工作原理,80 x86微处理器,第1章 微型计算机基础,1.5,80 x86的寄存器,80 x86的工作方式与存储器物理地址的生成,1.1.1 计算机中的数制,常用数制-二,十,十六进制,为了区别3种不同数制，约定,目前在计算机中，数几乎全部用二进制表示 为书写方便,微机中的二进制数用十六进制数缩写 人们最熟悉、最常用的是十进制数,数后加B表示二进制数 带D或不带字母符号表示十进制数 带H表示十六进制数,十进制、二进制、十六进制数之间的关系表,数制间转换,如： 1111
2、111000111B 1 1111 1100 0111B 0001 1111 1100 0111B = 1FC7H,1.二十六,如： 3AB9H = 0011 1010 1011 1001B,数制间转换,2.十六十,如： 38947=9823H,如： 1F3DH=163116215161316013 =4096125615163113 =409638404813=7997,16 38947 3 16 2434 2 16 152 8 16 9 9 0,余数倒序排列,数制间转换,3.二十 十进制数二进制数：十进制数十六进制数二进制数 二进制数十进制数：二进制数十六进制数十进制数 使用2n(2n的二
3、进制数等于1后跟n个0)和十六进制数、十进制数的对应关系(如下表所示)以及个别十进制整数和十六进制数的对应关系(如50=32H，80=64H，100=64H等) 转换，如: 38947=32768+4096+2048+32+3 =8000H+1000H+800H+20H+3H=9823H 1F3DH=2000H-(80H+40H+3H) =8192-(12864+3)=7997,1.1.2 符号数的表示方法,用数的符号和数值部分一起编码的方法表示符号数 8位(字节)、16位(字)或32位(双字)机器数的最高位是符号位。最高位为0正数,为 1负数 区分：机器数、真值、无符号数 掌握符号数的三种常
4、用表示法：原码，反码，补码,如： X1= 105=+1101001B X1原=01101001B X2=-105=-1101001B X2原=11101001B,（1）原码,注： 原码表示的数,8位数中,D7位为符号位,其余7位为数值位(为真值的绝对值) 8位原码数的数值范围为FFH7FH（-127127）；16位原码数的数值范围为FFFFH7FFFH（-3276732767） 原码表示简单易懂,且与真值转换方便,但内部运算复杂,为简化计算机结构,引进了反码和补码,注： 一个负数的反码的数值部分并不是其真值的绝对值,要按位取反才能求得真值的绝对值,如： X1= 105=+1101001B X1
5、反=01101001B X2=-105=-1101001B X2反=10010110B,（2）反码,正数的补码与原码一样，符号位为0，其余位为其数值；负数的补码为其绝对值的补数,补数有两种求法： 按位取反后再加1 从最低位向最高位扫描，保留直至第一个“1”的所有“0”位，第一个“1”左边各位按位取反 如：X1= 105=+1101001B X1补=01101001B X2=-105=-1101001B X2补=10010111B 对补码表示的负数求补可以得到其绝对值 如： -105补=10010111B=97H 求补，得：01101001=69H=105，即补码表示的机器数97H的真值是-69
6、H（=-105）,（3）补码,注： 一个补码数，若最高位为0，则该数即为此数的绝对值；若最高位为1，则其补数为该数的绝对值 8位补码数的范围：80H7FH（-128127）.16位补码数的范围：8000H7FFFH（-3276832767） 补码数80H和8000H的最高位既代表了符号为负又代表了数值为1 1个二进制补码数的符号位向左扩展若干位后，所得到的补码数的真值不变 如：68补=44H字节， 68补=0044H字 -68补= BCH 字节， -68补= FFBCH字 微机中，符号数用补码表示！,1.1.3 二进制数的加减运算,二进制加法规则:,二进制减法规则:,0+0=0 0+1=1+0
7、=1 1+1=0 进位1,0-0=0 1-0=1 1-1=0 0-1=1 借位1,计算机把机器数均当作无符号数进行运算，即符号位也参与运算,如： 59+164=3BH + 0A4H 127160=7FHA0H =0DFH =11FH=287 无进位，CF=0 有进位，CF=1,（1）无符号数的运算,192-10=C0H-0AH =B6H =182 无借位，CF=0,10-192=0AH-C0H =-B6H=-182 有借位，CF=1,结论：对无符号数进行减法运算，其结果的符号用进位来判别：CF=0(无借位)结果为正；CF=1(有借位)结果为负,如：,2 )两个无符号数相减-被减数大于或等于减数
8、，无借位，结果为正；被减数小于减数，有借位，结果为负。,（2）符号数的运算,如：105+50 = 155 127，超出范围，产生溢出 又如：-105-50 = -155 -128 ，超出范围，产生溢出,=-155 将进位视为符号，结果正确,=65H结果为正，错误，溢出，0F=1,说明: 将多位二进制数拆成多部分运算时,数的低位部分均为无符号数,只有高位部分才为符号数 注意区分进位与溢出 溢出不同于补码运算中的进位或借位丢失 如： -50-5 = -55,判断补码运算有无溢出的方法：,设符号位向进位位的进位为CY，数值部分向符号位的进位为CS，则溢出判别式为： OF=CY CS 当OF=1时，有
9、溢出；当OF=0时，无溢出,1.1.4 二进制数的逻辑运算与逻辑电路,（1）逻辑非按位求反,（2）逻辑乘(逻辑与)按位求“与”,如：A=01100001B,B=11001011B A=10011110B,B=00110100B,规则：=0，=0,10=0,11=1 如：01100001B11001011B=0100 0001B,（3）逻辑加(逻辑或)按位求“或”,（4）逻辑异或(按位加)按位求模和,规则：00=0,01=1,10=1,11=1 如：01100001B11001011B=11101011B,规则：0+0=0,0+1=1,1+0=1,1+1=0 如：01100001B 110010
10、11B=10101010B,（5）正逻辑与负逻辑,正逻辑高电平表示逻辑，低电平表示逻辑0 负逻辑高电平表示逻辑 0，低电平表示逻辑1,1.1.5 二进制编码,即用二进制表示的十进制数，简称BCD数 （binary coded decimal)，常用的是8421 BCD码,计算机里，字母、各种符号以及指挥计算机执行操作的指令，均用二进制数的组合表示，称为二进制编码,8421 BCD编码表,压缩BCD数用8位二进制数表示2个十进制数位 非压缩BCD数用8位二进制数表示1个十进制数位 如：19 压缩BCD 0001 1001 = 19H 19 非压缩BCD 00000001 00001001 = 0
11、109H,说明： 十进制数与BCD数的转换 查8421 BCD编码表直接 BCD数转换为二进制数 写出BCD数的十进制数十进制数转换为二进制数 二进制数转换为BCD数 二进制数转换为十进制数根据十进制数写出BCD数,（2）ASCII码 -字符在机内的表示 常用的ASCII码字符如表(P10表1-4)：,注： (1)十进制数的ASCII码转换成BCD数 减30H BCD数转换成十进制数的ASCII码 加30H (2)将十六进制数的ASCII码转换为十六进制或将十六进制转换为十六进制数的ASCII码，要先判别ASCII码是在哪个区段内，然后再加或减30H或37H。 (3)十进制数的ASCII码转换
12、为二进制数: 将ASCII码转换为ASCII BCD数写出ASCII BCD数的十进制数将十进制数转换为二进制数 (4)二进制数转换为十进制数的ASCII码 过程与(3)相反,1.1.5 BCD数的加减运算,如：48+59=107,BCD数低位与高位之间逢“10”进1，4位二进制数之间逢“16”进1。而计算机按二进制规律运算，故BCD数进行运算后须进行调整 （1）BCD数加法,如：28-19=9,通常在微机中设有二十进制调整电路,通过调用调整指令来实现调整,（2）BCD数减法,1.2,1.1,1.3,1.4,计算机的数和编码,微型计算机的结构和工作原理,80 x86微处理器,第1章 微型计算机
13、基础,1.5,80 x86的寄存器,80 x86的工作方式与存储器物理地址的生成,位(bit)计算机所能表示的最基本、最小的数据单元。1个二进制位有两种状态“0”和“1” 字(word) 计算机内部进行数据处理的基本单位，与寄存器、ALU宽度一致每一个字所包含的二进制位数称为字长 字节(byte) 8个Bit组成一个字节,存放相邻的8位二制数.字节的长度固定 指令(instruction) 程序(program) 指令系统(instruction set),1.2.1 微型计算机常用的术语,1.2.2 微型计算机的基本结构,微型计算机的基本组成如图所示：,微机的核心部件,具有运算和控制功能,组
14、成： 算术逻辑单元ALU(arithmetic logic unit) 寄存器(register)组 控制器(control unit),1.CPU,总线是把计算机各部分有机地连接起来的一组并行导线，是各个部分之间进行信息交换的公共通道,微机的三总线： 数据总线DB 在CPU与存储器和CPU与I/O接口之间双向传送数据.其条数决定了每一次能同时传送的二进制数的位数。如：8088的数据总线为8条，一次能够传送8位二进制数，用D7D0表示,2.总线,地址总线AB 传送CPU发出的地址，以寻址存储单元或I/O端口。AB的宽度决定了计算机系统能够使用的最大的存储器容量。如：地址总线为20条，用A19A
15、0表示，可寻址220=1M的存储空间 控制总线CB 向计算机系统的各部件发送操作命令和定时信息。带有上横线的表示低电平有效,无上横线的表示高电平有效 如：ALE(address latch enable)、INTR高电平有效，MEMW、MEMR、IOR、IOW、INTA低电平有效,3.存储器(memory),(1) 存储器单元的地址和内容,(1) 存储器的分类 存储器分为内部存储器和外部存储器两大类，分别简称为内存和外存，外存也叫辅存，内存也叫主存。程序和数据以文件的形式保存在外存中，要执行的程序和要使用的数据必须事先调入内存。为了加快CPU访问内存的速度，从而提高程序的运行速度，在内存和CP
16、U之间或者CPU内部增加了存取速度较高的高速缓冲存储器，即cache。为了扩充内存容量，还将外存作为内存的辅助，给用户提供比内存大得多的逻辑存储容量，这就是所谓的“虚拟存储器”。,虚拟存储器 人们通常所指的内存是由“内存条”组成的物理存储器，物理存储器是由地址总线直接访问的存储空间，其地址称为物理地址。显然，地址总线的条数决定了物理存储器即内存的最大容量。 虚拟存储器是相对物理存储器而言的，虚拟存储器是指程序使用的逻辑存储空间，它可以比物理存储空间大得多。虚拟存储器由内存、辅存和管理部件共同组建。通过管理软件达到内存和辅存密切配合，使整个存储系统的速度接近内存、容量接近辅存。当应用程序访问虚拟存储器时，必须给出虚拟地址即逻辑地址，在此过程中，先通过硬件和软件找出逻辑地址到物理地址之间的对应关系，判
