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微机原教案134OK
第一章微型计算机基础
基本内容:
微型计算机的特点、发展、分类及应用;微型计算机的系统组成;本课
程的背景、特点与学习方法。
重点内容:
微型机的系统组成。
难点内容:
微型机系统的概念;微型机系统组成,尤其是硬件组成。
讲课过程:
介绍本课程的背景、学习意义、特点,由此说明最佳学习途径。
在引起学
生足够重视、产生学习兴趣后,开始基本内容讲述。
第一节微型计算机的概述
一、微机的特点与发展
1、微机特点
电子计算机通常按体积,性能和价格分为巨、大、中、小和微型机五类。
它们在结构原理上并无本质区别,是电子技术与大规模超大规模集成电路工艺技术的结晶。
微型计算机与基它几相比较,有如下特点:
1)、体积小,重量轻
最初计算机有二层楼高,重量以吨计,耗电几百千瓦,随LSI与VLSI技术发展,现已从台式到便携式甚至掌上电脑,且功能强大。
2)、价格低
3)、可靠性高、结构灵活。
超大规模集成电路应用(VLSI)
4)、应用面广。
由其特点决定微型机进入各领域。
如国防、航空、军事、厂矿小至家用电器无处不在。
2、微机的发展
微机的发展日新月异、功能不断完善、价格不断降低。
从其发展历史来看,大致可分为五个发展阶段:
1)、第一代微机处理器(1971-1973)
代表产品:
Intel公司的4004、4040(4位)
特点:
集成度低2000管/片、主频低(1MHz)、运算能力差。
2)、第二代微处理器(1974-1978)
代表产品:
Intel公司的8080/8085、Zilog公司的280、MotoYola公司的6800/6802
6809
特点:
集成度10000管/片、主频2-4MHz
3)、第三代微机处理器(19/78-1981)
代表产品:
Intel公司的8086、Zilog公司的Z800、Motoyla公司的6800
特点:
集成度达20000管/片、主频4-8MHz、采用了Hmos工艺
4)、第四代微机处理器(1981-1992)
代表产品:
Intel公司的80286、80386、80486、Pentium机、Motorola公司的Mc68040
等。
特点:
采用32位处理器、主频更高、集成度达了百万管/片。
5)、第五代微处理器
64位处理器时代
二、微机的分类
一般情况下,我们按其处理器的字长(数据线的宽度)将其分类:
可有以下五类
一、4位处理器
代表产品:
Intel4004/4040是一种单片机,在同一芯片内部,集成了CPU、RAM、ROM、I/O接口和时钟发生器。
二、8位处理器
代表产品:
Zilog公司的Z80、MotoRola公司的68000
产品简述:
仍是单片机,但数据线宽度增为8位。
三、16位处理器
代表产品:
Intel8086/8088、MotoRola68000
四、32位处理器
代表产品:
Intel80286、80386、80486、Pentium
五、64位处理器
代表产品:
美国MIPS公司的R4000、DEC公司的Alpha芯片
三、机系统组成
一个完整的微机系统,即我们常说的微机,应包括硬件系统和软件系统两大类
算术逻辑部件:
进行加、减、乘、除、与、或、非等运算
累加器寄存器:
主要用来保存数据和中间结果,并参与指令运算(以后详讲)
程序计数器:
指向下一条要执行的指令,系统工作时取出指令代码,存放在指令寄存
器中,由译码器进行译码分析执行指令,产生控制信号,由时序和控制
部件产生动作。
主存储器包括随机存取存储器(RAM)或称读写存储器,可写入信息,可读出信息,全称是RANDOMACCESSMEMORY。
RAM的信息掉电后会丢失。
只读存储器ROM-READONLYMERMORY,中的信息只能被读出,不能由CPU写入,一般由厂家或专用的设备写入,ROM中信息掉电后不会被丢失,所以一般用于存放固定的程序,如:
我们所用微机中的BIOS(基本输入输出系统)程序。
注意:
我们平时所说的内存一般仅指是内存条,是RAM,而此处主存储器也称内存,指的是RAM与ROM。
I/O接口
众所周知,微机处理的是数字信息,一般用二进制表示,但是我们用微机所接触到的信息是多种类的,如温度,流速等,经转化为数字信息后才能交由CPU处理,另外像键盘按键、鼠标移动等动作必须由专门设备通知CPU,这必须用到I/O接口。
接口作用比喻讲解
系统总线
是连接各部件、设备,用于传输信息的一组公共信号线,一般分为三组。
1)、地址总线AddressBus-AB
传送地址信息,由CPU发向其它设备、属单向总线
2)、数据总线DB-DataBus
传送数据信息,是双向总线。
此处数据的含义是广义的,不单纯指数字,也可能是指令代码、开关代码、开关量等。
3)、控制总线CB-ControlBus
双向总线,传送控制信息
以打印机忙为例讲一下CB。
简略讲一下操作系统及应用程序作用。
第二节数制和码制
基本要求:
熟悉并掌握计算机中信息的表示方法,熟练掌握各数制,码制间的转换
基本内容:
1、无符号数的表示方法及运算主要是十进制、二进制、十六进制、八进制
及其互相转换
2、有符号数的表示方法,主要有原码、补码、反码及其相互关系
3、几种常用编码,BCD码,ASCⅡ码
重点内容:
数制相互转换,码制相互关系及运算、BCD码表示
难点:
原码、补码、反码相互运算,十进制向二进制的转换
微机中,一个数通常用两种方法表示,一种是按值来表示,即选定某种进位制来表示出某个数的值这就是数制;另一种是按形表示,即用一组编码形式来表示某个数——码制。
先确定出编码规则,再编写出一组代码并赋予每一个代码一定含义。
一、常用数制及相互转换
(一)、常用数制
1、十进制
最常用,不详讲。
下面由十进制表示方法推导出任意进制的表示方法。
如:
25.6D=2×101+5×100+6×10-1101为权,10为基数
则任意进制的数N
(N)R=Kn-1×Rn-1+Kn-2+Rn-2+……+K1×R1+K0+R0+K-1+R-1+……+K-m×R-m
R称为进位基数,Ri为位权,Ki为相应的系数,m,n为正整数
2、二进制
是计算机中常用的计数制,由0和1两个符号组成,逢二进一,如1101B按权展开表达式为:
(N)2=Kn-1×2n-1+Kn-2×2n-2+……+K1×21+K0×20+K-1×2-1……
3、十六进制
由于二进制数不便于识别和记忆,计算机中常用二进制数表示为十六制,如11111100B表示为0FCHH表示是十六进制
十六进制数由六个符号A-F,10个数字0-9组成计数规律,逢十六进一
如:
9H+1H=0AH0FH+1H=10H
注意:
若十六进制数中,首字符不是0-9数字而是字母A-F则必须在前面补-“0”,否则为错,如0FCH。
(二)、各数制间相互转换
1、二进制转换为十进制
方法:
各位二进制数码乘以与其对位的位权再相加
例:
101101.101B=1×25+0×24+1×23+1×22+0×21+1×20+1×2-1+0×2-2+1×2-3
=32+0+8+4+0+1+0.5+0+0.125=45.625D(98年试题)
2、十进制转化为二进制
方法1:
降幂法
写出要转换的十进制数,其次写出小于此数的各位二进制权值,然后用要转换的十进制数减去与它最近的二进制权值,够减由减去,并记以1,不够减则跳过并记以0,直到读数为0为止。
例:
将199D转化为二进制为。
(98年试题)
步骤1:
写出小于199的各位权值:
128、64、32、16、8、4、2、1。
2:
减
199-128=71够减记1
71-64=7……1
7-32不够减记0
7-16………0
7-8………0所以结果记为11000111B
7-4=31
3-2=11
1-1=01
对于小数也一样,只是从0.5向后减直到结果为0。
例:
将N=0.8125D写为二进制
1)、写权值0.5、0.25、0.125、0.0625……
2)、减0.8125-0.5=0.31251
0.3125-0.25=0.06251
0.0625-0.125不够0
0.0625-0.0625=01
所以N=0.8125D=0.1101B
如果给定的十进制数有整数也有小数可分别计算
方法2:
除法
方法:
整数部分不断除以2,记下余数,直到商为0。
小数部分不断乘以2,记下整数位,直到小数为0。
例:
N=199D写为二进制数例:
N=0.8125D写为二进制
21990.8125
2
991×2
24910.6251
2241×2
21200.251
260×2
2300.50
211×2
010.01
所以N=199D=11000111B所以N=0.8125D=0.1101B
3、十六进制与二进制数转换
二进制十六进制
方法:
将二进制由小数点向左右四位一组,写成十六进制即可,小够四位以0补。
例:
二进制数1011011.1转化为十六进制数为。
(98年试题)
01011011.1000所结果为5B.8H
5B.8
十六进制二进制
方法:
将各位分别写为二进制即可
例:
0B35H写为二进制为101100110101B
3、十六进制与十进制转换
方法同十进制与二进制转换,有除法与降幂法两种。
例:
将N=48956D转换为十六进制
1648956
16305912
161913
161115所以结果为:
0BF3CH
011
二、常用的码制
我们平时接触的操作数中,经常会遇到如+90,-75之类的代符号数,而计算机中处理的是二进制,只有0和1,那么该如何表达这些带符号数呢?
为了解这一问题,我们引进了原码、补码、反码三种方法。
(一)、原码
在计算机中,正数的符号用0表示,负数的符号用1表示,通常取最高位为符号位,其余位为数据位。
例如:
X=+105则[X]原=01101001
符号位数值
注:
此种表示是在8位字长的情况下,若字长为16位时应表示为0000000001101001
X=91则[X]原=11011011
可知,8位字长数的原码表示范围为-127~+127
一般字长为n的机器中,数X的原码表示为
XX≥0
[X]原=
2n-1-XX≤0
数0有两种表示方法:
[+0]原=00000000[-0]原=10000000
二、反码
规定:
1、正数的反码与原码相同,最高位为0,表示正号,其余为数值位
例:
[(+4)]反=00000100
[(+127)]反=01111111
2、负数的反码表示为它的原码除符号位外按位取反,换言之,负数的反码表示为它的正数原码按位求反。
[(-4)]反=11111011先写其正数的原码再按位求反
[(-127)]反=10000000
特点:
1、“0”有两种表示方法。
[(+0)]反=00000000[(-0)]反=11111111(引导学生思考得出)
2、8位二进制反码表示范围为+127~-127
3、由反码表带符号数时,最高们为符号位
符号位为0时,后面部分为此数的值;符号位为1时,后面部分不是此数值,而是将其按位取反后的值。
例:
说出10010100(反码表示)的真值
应当为-1101011=-(1×26+1×25+1×23+1×21+1×20)
=-(64+32+8+2+1)=-(107)10
反码的运算法则
[X+Y]反=[X]反+[Y]反+进位[[X]反]反=[X]原
注意事项:
1、符号位要参予运算
2、最高位若产生进位,应将此进位送回最低位。
相加循环进位。
例:
(P13例1)
已知:
X=+1101(+13)Y=-0110(-6)求X+Y=?
解:
[X]反=00001101[Y]反=11111001
[X]反00001101
+[Y]反11111001
100000110结果为+13+(-6)=+6错
+1
00000111结果为+13+(-6)=+7对
三、补码
规定:
正数的补码与原码相同;负数的补码即为它的反码在最低位加1,或对其正数的原码按位求反末位加1得到求补运算
例:
[+127]补=01111111[+4]补=00000100[-127]补=10000001[-4]补=11111100
由补码的定义知:
知[+0]补=00000000[-0]补=00000000
特点:
1)、0的补码唯一
2)、表示范围是+127~-128
3)、补码表示的二进制数的最高位是0时,其余位是其大小;最高为1时,其它位按取反,末位加1,才是其大小。
运算法则:
[X+Y]补=[X]补+[Y]补[X-Y]补=[X]补-[Y]补
注意:
1)、符号位参与运算
2)、有进位舍去
例:
求34-68的结果,化为[34]补+[-68]补
[+34]补=00100010[+68]补=01000100
则[-68]补=10111100
所以00100010
+10111100
11011110
结果为负数,将其余各位求补得0100001=(34)10所以结果为(-34)10
以上介绍了计算机中有符号数的常用表示方法,在微机中,处理的信息不仅仅是数据,还有字符,符号等,也必须用二进形式表示,以便微机来处理,在此介绍几种微机中常用的其它编码。
四、BCD码
所谓BCD码是BinaryCodedDecimal,(二进制编码的十进制数),是用四位二进数来表示一位十进数,BCD码有很多种类。
如:
2421码,8421码,余3码,格雷码等,
都是用四位二进制数表示一位十进制数,只是各位十进制数定义不同,即不同的编码规则,我们以最常用的8421码为例。
8421BCD码规定这4位二进制的位权分别为8、4、2、1,由此得名,具体定义见课本P15表1-2
BCD码可以很方便的阅读
如:
(0100100101111000.000101001001)BCD可以很方便的认出
4978.149即4978.149D
反之,反之。
BCD码又分为压缩的BCD码和非压缩的BCD码两种格式
1、压缩的BCD码
即上述例,用4位二进制来表示1个十进制数位,整个十进制数表示为一个顺序的以4位为一组的二进制数串。
如:
9502D表示为压缩的BCD码为1001010100000010B
2、非压缩的BCD码
以8位二进制为一组表示一个十进制数位,8位中低四位表示8421的BCD,高4位无意义。
3、压缩的BCD码的运算
由其定义可知每个十进制位在0000-1001之间,即0-9
如13D的BCD码表示为00010011
下面我们先看运算7+6=137的BCD码为01116的BCD码为0110
算式:
0111
+0110
1101结果不是13的BCD码形式,所以BCD码的运算涉及到一个调整的过程
调整规则:
任意两个BCD码表示的十进制数位相加的结果如果在1010~1111之间(或产生了向高位进位)应在其上加6,如上例结果1101加6(0110)=10011为13D。
为什么要加6调整呢?
我们知道四位二进制数表示的值是0-15,是逢16进一的,而BCD码是逢十进一,所以计算结果大于9时,可能还是用四位二进制表示的,应该让其跳过10-15,所以加6
又如1+9+9=19
用BCD码计算时其公式为:
00000001
+00001001
+00001001
10011结果用BCD码表示是13,错误
虽然每四位二进制结果都在0000-1001之间,但低4位向高4位产生了进位,仍需调整,应加6。
00010011
+0110
00011001结果为19,正确
其实,在实际计算时,并不需要我们手工调整,有专门指令,DAA完成。
四、字母与字符编码,ASCⅡ码
在计算机中所处理的并非全部为数字,还有字母符号,如A、B、C、D、回车、×、=等等,而计算机只认识二进制,所以这些内容也必须用二进制表示。
一般微机中用的是美国标准信息交换码ASCⅡ码,国际通用。
ASCⅡ码由7位二进制编码来表示128个字符,包括数字0-9,最高位为奇偶校验码(见附录A)
一些常用的ASCⅡ码最好记住,便于编程和阅读程序。
回车CR0DHESC键1BHA~Z41H~5AH
换行LF0AH0~930H~39Ha~z61H~7AH
五、校验码
微机系统中经常要实现数据传递,如何保证传递的数据无误呢?
常用奇偶校,海
明码校验等。
在此只介绍奇偶校验。
如ASCⅡ码中的最高位空余,常用作奇偶校验,一般作奇偶校验(其它7位中1的个数为奇数,则校验位为0,1的个数为偶数,校验位为1。
例:
A的奇偶校验码为11000001B,B的校验码为01000010B
在串行通讯中,也常设一校验位,来保证传送数据的正确性。
本章作业:
习题25页1、
(1)、
(2)、(3)2、
(1)、
(2)、(3)、
3、
(1)、
(2)4、
(1)、
(2)、(3)5、
(1)、
(2)
第二章8086微处理器
基本内容:
8086的编程结构,8086的工作模式和引脚信号,8086在最小模式下的典型配置,8086的总线操作和时序。
重点内容:
8086的编程结构,8086的工作模式(最小模式),8086的引脚信号,8086的总线周期。
难点内容:
8086的编程结构,8086的存储器组织及分段概念。
基本要求:
掌握8086的存储器,编程结构,理解存储器分段概念,掌握物理地址形式用法,掌握信息的分段存储和段寄存器间的关系,理解8086/8088的引脚定义和两种组织模式(最大模式和最小模式),了解8086的系统总线结构,了解8086/8088的典型操作过程。
讲课过程:
简单介绍CPU概念,功能,从而引出8086CPU,为讲述学习方便,之前要先补充存储器的结构(即分段概念)及数据在存储器中的存放,而后再讲述8086的编程结构,工作模式,引脚定义,之后介绍总线操作时序和最小模式的典型配置。
微处理器(Microprocesser)也称为CPU(中央处理器单元),负责微机的运算和控制功能,是微机的核心,CPU的性能从根本上决定着微机的功能性能。
常见的CPU有PentiumMMX,赛扬,赛扬Ⅱ,PⅢ,PⅣ,雷鸟,速龙等,在性能价格上,各有千秋,较早的CPU还有80286,80386等,其中8086在各CPU具有典型的意义,所以我们本书将以8086为核心来讲述。
8086是16位CPU,16位数据线,20位地址线。
在学习之前,有必要掌握数据信息在计算机中的存放及存储器的概念,在此我们做为补充内容。
第一节存储器
一、存储器单元的地址及信息存放
计算机存储信息的基本单元是一个二进数位,0、1,每8个位组成一个字节位,编号如下:
7
6
5
4
3
2
1
0
在字长为16位的机器中,每2个字节组成一个字,高八位为高字节MSB,低八位为低字节LSB,存储是以字节为单位存放信息的。
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
MSBLSB
为了正确存放或取得信息,每一个字节单元给出一个存储器地址,用16进制表示,如图所示:
每个存储单元中存放的信息为该存储单元的内容,如
0000H0004H单元中存放的信息为34H,即04单元内容为34H
0001H记为(0004H)=34H即同一地址既是字节地址又是字
0002H地址。
那么一个字该如何保存呢?
0003H规定:
字存入两个连续的单元,低字节存入低地址,
34H0004H高字节存入高地址,字单元的地址用其低地址表示,如
12H0005H字1234H存放在0004单元和0005单元中,
……记为(0004H)=1234H
……那么((0004H))=?
细讲
1EH1234H=1EH
2FH1235H=2F1EH
二、存储器地址的分段
8086CPU的字长为16位,所以可以最大表示的地址空间为216=210×26=1024×64=64KB
然而8086的地址线为20位,其最大的存储容量为1M=1024K=210×210=220
即8086有1M存储容量,00000~FFFFFH,而字长只有16位,所能表达的地址范围为0000~FFFFH共64K。
如何来访问这1M空间呢?
在此引入存储器分段的概念,即将整个存储器划分为几个段,每个段最大为64K,这样每个段内部可用0000~FFFFH16位表示,如节0段,节1段……,每个段给一个16位的地址,称为段地址。
机器规定,从0地址开始,每16个字节为1小段,如000000000100002…0000F
000100001100012…0001F
………………………
000700007100072…0007F
FFFF0……………FFFFF
第1列就是每小段的首地址,而段地址不能是任意地址,必须为某小段的首地址。
例段n的首地址为00070,可见段地址末4位必是为0,所以一般情况下,段地址只取起始地址的高16位,段n的段地址为0007H,段内相对于段首地址的偏移量称为偏移地址,用16位表示。
例0007EH单元相对于段首地址的偏移量为000EH,即偏移地址为000EH。
每个存储单元的20位地址称为物理地址,可以认为由16位段地址和16位偏移地址组成。
计算方法如下:
150000016位段地址左移4位
+15016位偏移地址
20位物理地址
或16D×段地址+偏移地址=物理地址
如段地址为0007H,偏移地址为000EH的单元,
物理地址为00070H
+000EH
0007EH
第二节8086的编程结构
在一个CPU内部,集成了成千上万个晶体管器件,包括与门、或门、非门等等。
结构复杂。
但作为一个用户我们不需要掌握其具体的物理结构和器件实际分布,而只要从一个用户角度看到其功能结构,会使用就够了。
即掌握其编程结构。
从功能上,8086分为两大部分,即总线接口部件(BusInterfaceUnit)BIU和执行部件(ExecutionUnit)EU
一、总线接口部件BIU
功能:
负责与存储器,I/O端口传送数据。
BIU从内存取指令送入指令队列,CPU执行指令时BIU要配合CPU从指定的内存单元或外设端口取数据并传送给执行部
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