01微机运算基础幻灯片

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1、微机原理与接口技术,主讲:薛峙 Email: Tel:60602555、13508386338,使用教材及主要参考书,指定教材 微机原理与接口技术，尚凤军，机械工业出版社，2008.7 参考资料 32位微型计算机原理与接口技术，仇玉章，清华大学出版社，2002.7 80x86汇编语言程序设计，沈美明、温冬婵，清华大学出版社，2002.3 微型计算机原理(第四版)，姚燕南，西安电子科技大学出版社，2000年2月,课程简介及要求,1课程的性质与任务 微机原理与接口技术是非计算机专业工科、信息类专业的一门重要的专业技术基础课程。 本课程内容以Intel 80X86为背景，介绍32位微型计算机的： C

2、PU工作原理； 汇编语言程序设计； I/O接口技术；,本课程帮助学生掌握微型计算机的硬件组成及使用；学会运用汇编语言进行程序设计；树立起微型计算机系统的基本概念；为后继的软、硬件课程做好铺垫。,2. 课程教学安排,课程性质：必修/限选 教学总学时：56/64 其中，理论：56/48学时，实践：8/16学时 学分：4,3.考试方式,考试方式：笔试、闭卷 成绩构成：卷面成绩70%平时成绩30%:考勤、作业,4.课程内容的体系结构,基本知识与基本概念 计算机的基本结构与工作原理 微处理器与微型计算机的概念 微型计算机系统组成及其应用 计算机中的数据表示、数制与编码的应用,80X86微处理器 微处理器

3、内部结构 存储器和I/O组织 总线周期与操作时序 指令系统与汇编指令 指令的概念与寻址方式 80X86指令系统介绍 汇编语言格式、基本表达、伪指令介绍 汇编语言源程序的建立、编辑、运行、调试,汇编语言程序设计及其应用 程序设计的方法和步骤 顺序程序、分支程序、循环程序、子程序的设计 中断调用程序设计 宏汇编与重复汇编 汇编语言与高级语言的连接,先修课程 1.一门高级语言程序设计；2.数字电子技术基础知识 核心内容 1.80X86的系统结构及工作原理；2.指令系统及汇编语言程序设计；3.接口技术 汇编语言的主要应用 理解计算机的工作原理；单片机编程、硬件设备的驱动程序、高效的程序开发、病毒代码分

4、析等,补充内容,字长 定义不是非常明确，泛指：计算机一次最多可以处理二进制数据的位数。 大多数情况下，它与计算机内部的寄存器的长度、运算器的长度、数据总线宽度相一致。,机器指令 机器指令是指能被CPU识别和执行的一个二进制位串形式的指令。 机器语言程序 机器语言是计算机能够识别和执行的唯一语言。机器语言程序由一条一条的机器指令组成的程序。 汇编指令 二进制位串形式的机器指令不便于使用和记忆，人们用几个英文字符构成的助记符来表示的机器指令，就是所谓的汇编指令，或者称为符号指令。 汇编指令和机器指令基本上是一一对应的。,汇编语言源程序 是指程序员使用汇编指令(符号指令)编写的源程序。 汇编程序 是

5、一种系统程序，能够将汇编语言程序(源程序)编译成CPU能够识别并执行的目标指令(二进制)代码的程序。 目标程序 汇编程序编译源程序而得的二进制机器指令程序。 汇编 汇编程序将汇编语言源程序编译成目标程序的过程称为汇编过程，简称汇编。,汇编原理：两次扫描 机器指令操作代码表；伪指令操作表；符号表。第一次扫描：主要完成符号表的建立； 第二次扫描：将程序转换为机器指令代码或数据等。,汇编语言程序设计的特点 1.指令与机器硬件密切相关； 2.对语句的选择重要； 3.编写复杂程序时，不要直接编程，先画流程图； 4.使用实际的机器来调试。 汇编语言程序设计的步骤 与其他程序设计语言编程一样： 1.理解设计

6、任务； 2.建立数学模型； 3.确定算法； 4.模块化程序设计。,汇编语言与高级语言的比较 1.高级语言的优点：容易学习和使用 2.高级语言的缺点： 不能由CPU直接执行，必须通过编译和连接过程转换得到机器语言程序才能最终由CPU解释执行； 可执行程序的执行效率低(汇编语言执行效率高)； 可执行程序的机器指令代码不如汇编程序精炼(但高级语言的源代码比较简单)；,第1章 微机运算基础,计算机中的数与码,计算机中的二进制数据信息分为两类： (1)数 用来直接表示量的多少，有大小之分，能够进行加减乘除等运算；可以分为有符号数和无符号数，其中无符号数包括地址编号、工资、年龄等。 (2)码 是指数据或信

7、息在计算机内部的表示形式。计算机是一种电子设备或者物理装置，在计算机中用来表示某种信息的方式就是码制，通常指某种代码或编码，例如ASCII码、BCD码等。 码总是具有一定的表示范围(字长)，如8位或者32位。 有时可以在特定应用中进行加减运算。如：地址编号、C语言的ASCII码。,无符号数,计算机中有些数据是不需要正负符号的。 无符号数包括实际生活中的工资、年龄，计算机中内存单元的地址编号等。 存储无符号数无需使用原码、反码、补码等方式。,数制：进制,在日常生活中，人们最常用的是十进制数。 但是用电子器件表示两种状态比较容易实现，也便于存储和运算，因此在计算机中必须采用二进制数。 由于二进制数

8、书写格式冗长，不便于阅读，所以程序设计中常常使用十六进制数、八进制数据等。,计数制 基数 数码 进位关系 二进制 2 0、1 逢二进一 八进制 8 0、1、2、3、4、5、6、7 逢八进一 十进制 10 0、1、2、3、4、5、6、7、8、9 逢十进一 十六进制 16 0、1、2、3、4、5、6、7、8、9A、B、C、D、E、F 逢十六进一我们在现实生活中习惯十进制数。而现代计算机都是基于数字技术发展而来的数字计算机，天然适合于用二进制方式表示各种数据。二进制方式表示数据过于冗长，实际中常常采用八进制或者十六进制表示。二、八、十六进制数之间的转换非常容易。,进制的书写规则,(1)在数字后面加写

9、相应的英文字母作为标识。这是汇编语言程序设计过程中采用的方法。如：二进制数的100写成100 B八进制数的100写成100 O十六进制数100写成100 H。如果以字母AF开始的16进制数，前面加0,以避免和符号名发生混淆。如(F5) 16 =0F5H。 十进制数100可以写为100D，省略后缀字母时默认为十进制数。 (2)在括号外面加数字下标。如：(1011)2 表示二进制数的1011(2DF2)16 表示十六进制数的2DF2,数的表示,任何一种数制表示的数都可以写成按位权展开的多项式之和，如下所示： Ndn-1bn-1dn-2bn-2dn-3bn-3d-mb-m 式中： b:表示进位制的基

10、数 b上标:表示该位的位权 d下标:表示该位的数码 n:整数的总位数 m:小数的总位数 如：13.95=。,数制：进制转换1,(1)非十进制(二、八、十六进制)整数转换为十进制整数 用其各位所对应的系数，按“位权展开求和”的方法就可以得到。其基数分别为2、8、16。 例如：二进制数转换为十进制数：二进制数第0位的权值是2的0次方，第1位的权值是2的1次方，。 如： 1101B =_D 又如：八进制数转换为十进制数：八进制就是逢8进1，八进制数采用 07这八数来表达一个数。八进制数第0位的权值为8的0次方，第1位权值为8的1次方，第2位权值为8的2次方，。 如：123O=_D ，类似地：123H

11、=_D,数制：进制转换2,(2) 十进制整数转换为非十进制(二、八、十六进制) “除基取余”：采用基数2、8或者16连续去除该十进制整数，直至商等于“0”为止，然后逆序排列每次除法得到的余数。,例：十进制数转换为二进制数,例：十进制数转换为二进制数：将十进制整数(105)10转换为二进制整数，采用“除2倒取余”的方法，过程如下：2 105 2 52 余数为12 26 余数为02 13 余数为02 6 余数为12 3 余数为02 1 余数为10 余数为1所以，(105)10(1101001)2,例：十进制数转换为八进制数：,例：十进制数转换为十六进制数,例：十进制数转换为十六进制数：将(2347

12、)10转换为十六进制整数，采用“除16倒取余”的方法，过程如下： 16 2347 16 146 余数为11(十六进制数为B)16 9 余数为20 余数为9所以，(2347)10(92B)16,数制：进制转换3,(3)二、十六进制数的互相转换 二进制和十六进制的互相转换较为常用：二者之间的转换无需计算，能够直接进行。 例如二制数转换为十六进制数：1111 1101，1010 0101，1001 1011 BF D ， A 5 ， 9 B H思考：111 110B =_H。,码制：信息的表示方法,计算机中使用的数据和信息类型多种多样，例如数、图、声音等等。 微机可以看作一个只有两个状态的部件，因此

13、任何被处理的数据和信息最终必须以某种二进制的形式表示，即：码。 码是各种数据或信息在计算机内部的表示形式。计算机中用来表示某种信息的方式或规定就是码制，如BCD码、ASCII码、原码、反码、补码、哈夫曼编码、JPEG等多种类型。,数包括无符号数和有符号数两种，此处讨论有符号数的码制。 包括+、-表示的一个数的数值称为真值，即为计算机中一个码所代表的真实的数值及其符号。 一个数及其+、-符号在机器中的表示形式(码)，称为机器数。对于有符号数的机器数通常把二进制数的最高一位定义为符号位：符号位为0表示正数，符号位为1表示负数。把符号位上的0、1来表示正、负的数称为有符号数的机器数。 机器数是一种码

14、。,在计算机内部表示二进制数的方法称为数值编码。码表示一个机器数时，应考虑以下三个因素： 机器数的范围 任何一台计算机表示数值存在范围限制，取决于字长。 例如：字长为8位时，则无符号整数的最大值是11111111B =FFH=255D，此时机器数的范围是0255。 字长为16位时，则无符号整数的最大值是1111111111111111B=FFFFH=65535D，此时机器数的范围是065535。, 机器数的符号 在算术运算中有些数据是有正负的，这类数据称为有符号数。为了在计算机中正确地表示带符号数，通常规定每个字长的最高位为符号位，并用0表示正数，用1表示负数。 机器数中小数点的位置 在机器数

15、中，小数点的位置通常有两种约定：一种是规定小数点的位置固定不变，此时机器数称为“定点数”；另一种规定小数点的位置可以浮动，此时机器数称为“浮点数”。,码制：有符号数,有符号的机器数的表示方法常用的有： 原码 反码 补码,码制：原码,对一个二进制数而言，若是最高位表示数的符号(0表示正数，1表示负数)，其余各位表示数值本身，则称为原码。如：原码 真值数 810 1010001 1010001 811 1010001 101000100 0000000 000000001 0000000 0000000 可以看到，在八位机器字长表示数据的计算机中，用原码表示81和81的原码的低七位是相同的。原码简单，与真值转换方便。,