微机原理与接口技术

1. 微机原理与接口技术 主 讲 人：杨勇 E-mail:yangyong@cqupt.edu.cn BBS ID:yangyong TEL：62461684 授课学时：48 重庆邮电学院计算机科学与技术学院

2. 微机原理与接口技术教材 仇玉章，32位微型计算机原理与接口技术[M]，清华大学出版社，2002.7 微机原理与接口技术参考资料 姚燕南 微型计算机原理 西安电子科技大学出版社 沈美明、温冬婵，80x86汇编语言程序设计[M]，清华大学出版社，2002.3 王永山、杨宏五、杨婵娟，微型计算机原理与应用（以IBM PC系列机为例）[M]，西安电子科技大学出版社，1993.3

3. 学习课程应具备的先导知识 1.程序设计 2.结构化思想 3.计算机系统结构（组成原理） 课程的主要内容 1.基础理论 2.编程工具 3.编程方法 4.实际应用 核心内容：80486的系统结构、指令系统、程序设计、接口技术

4. 课程简介及要求 1．课程性质及教学目的 《微机原理与接口技术》是工科计算机及其相关专业的一门重要的专业技术基础课程。 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；树立起计算机体系结构的基本概念；为后继的软、硬件课程做好铺垫。

5. 课程简介及要求 2. 课程教学安排 • 理论授课学时：48学时 • 实验学时：12学时 • 考试形式：闭卷考试（统考）

6. 课程简介及要求 3. 教材内容体系结构 • 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

7. 课程简介及要求 • 80486微处理器 • 微处理器内部结构 • 存储器和I/O组织 • 总线周期与操作时序 • 指令系统与汇编语言 • 指令的概念与寻址方式 • 80486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

8. 课程简介及要求 • 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

9. 课程简介及要求 • 接口芯片 • 中断管理接口 8259 • 可编程定时计数器 8254的设计 • 串行接口 8251 • 并行接口 8255

10. 课程简介及要求 • 4. 课堂要求 • 禁止聊天，禁止看与课堂教学无关的书籍，禁止接听/播打手机，禁止抄袭作业， • 建议上课之前休息好，避免上课打瞌睡， • 建议做课堂笔记 • 与课程有关的任何问题，欢迎大家以各种手段及时与教师联系

11. 注意：计算机与微型计算机的差别 • 计算模式在20 世纪的80 年代经历了从主机计算(mainf rame computing)到桌面计算( desktop computing) 的革新,这使计算机从实验室的“象牙塔”进入了普通的办公室和家庭,极大地推动了计算机技术和产业的发展.计算机还只是一种不太好用的工具,无法真正融入人们的工作和生活,更谈不上成为如空气、水、电这样的生活必需品. 这是当前计算机产业和应用领域进一步发展的主要障碍. • Internet computing, Grid computing, P2P • Ubiquitous 或Pervasive computing ,强调把计算机嵌入到环境或日常工具中去,让计算机本身从人们的视线中消失,让人们注意的中心回归到要完成的任务本身.

12. 补充内容 一、基本概念 1.机器指令 能为计算机所接受的一组二进制代码。 2.机器指令程序 由机器指令所编写的程序。 3.汇编指令 用助记符的方法来表示的机器指令。

13. 二、汇编语言 用助记符的方法；汇编语言和机器指令是一一对应的。 三、高级语言 逻辑结构与人的思维基本一致。 四、汇编语言与高级语言的比较 1.高级语言的优点 2.高级语言的缺点 不能直接执行，要编译； 执行效率低（汇编语言执行效率高）； 汇编程序精炼，在实时控制方面有优势。

14. 五、汇编程序设计 1.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.用实际的机器来调试。 六、汇编语言程序设计步骤 1.理解设计任务； 2.建立数学模型； 3.确定算法； 4.模块化程序设计。

15. 七、汇编程序 1.汇编程序的作用 将汇编语言程序转换为计算机能够识别并直接执行的目标程序。 2.源程序和目标程序 源程序：用助记符编写的程序。 目标程序：将源程序翻译成的机器语言程序。 3.汇编 将汇编语言的源程序翻译成目标程序的过程成为汇编过程，简称汇编。

16. 4.汇编过程 机器指令操作代码表； 伪指令操作表； 符号表。 5.汇编的两次扫描 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。

17. 第1章 数制和码制 本章教学目的及要求 l熟悉数制的基本概念和计算机中常用进位计数制 l掌握二、八、十、十六进制的表达和相互转换 l理解机器数和带符号数的原码、反码、补码表示 l掌握美国信息交换标准代码（ASCII码）和二—十进制编码——BCD码的表达及应用 l熟悉微型计算机的编码及其应用 l掌握浮点数的基本概念和计算

18. 1.1 计算机中的数制 计算机中的数据分为两类： （1）数：用来直接表示量的多少，有大小之分，能够进行加减等运算。 （2）码：通常指代码或编码，在计算机中用来描述某种信息。 1．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。 N＝dn－1bn－1＋dn－2bn－2＋dn－3bn－3＋……d－mb－m 式中：n——整数的总位数 m——小数的总位数 d下标——表示该位的数码 b——表示进位制的基数 b上标——表示该位的位权

19. 2．计算机中常用的进位计数制 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、9 A、B、C、D、E、F 逢十六进一 3．计数制的书写规则 （1）在数字后面加写相应的英文字母作为标识。 如：二进制数的100可写成100B,十进制数的100可写成100（D），十六进制数100可写成100H （2）在括号外面加数字下标。 如：（1011）2 表示二进制数的1011B （2DF2）16 表示十六进制数的2DF2H

20. 4、数制转换 （1）十进制整数转换为二进制整数 采用基数2连续去除该十进制整数，直至商等于“0”为止，然后逆序排列余数。 （2）十进制小数转化为二进制小数 连续用基数2去乘以该十进制小数，直至乘积的小数部分等于“0”，然后顺序排列每次乘积的整数部分。 （3）十进制整数转换为八进制整数或十六进制整数 采用基数8或基数16连续去除该十进制整数，直至商等于“0”为止，然后逆序排列所得到的余数。 （4）十进制小数转换为八进制小数或十六进制小数 连续用基数8或基数16去乘以该十进制小数，直至乘积的小数部分等于“0”，然后顺序排列每次乘积的整数部分。

21. （5）二、八、十六进制数转换为十进制数 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。 （6）二进制数转换为八进制数 从小数点开始分别向左或向右，将每3位二进制数分成1组，不足3位数的补0，然后将每组用1位八进制数表示即可。 （7）八进制数转换为二进制数 将每位八进制数用3位二进制数表示即可。 （8）二进制数转换为十六进制数 从小数点开始分别向左或向右，将每4位二进制数分成1组，不足4位的补0，然后将每组用一位十六进制数表示即可。 （9）十六进制数转换为二进制数 将每位十六进制数用4位二进制数表示即可。

22. 【例1】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：【例1】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1 • 2 ︳26 余数为0 • 2 ︳13 余数为0 • 2 ︳6 余数为1 • 2 ︳3 余数为0 • 2 ︳1 余数为1 • 0 余数为1 • 所以，（105）10＝（1101001）2

23. 【例2】将十进制小数（0.8125）10转换为二进制小数，采用“乘2顺取整”的方法，过程如下：【例2】将十进制小数（0.8125）10转换为二进制小数，采用“乘2顺取整”的方法，过程如下： 0.8125×2＝1.625 取整数位1 0.625×2＝1.25 取整数位1 0.25×2＝0.5 取整数位0 0.5×2＝1.0 取整数位1 所以，（0.8125）10＝（0.1101）2 如果出现乘积的小数部分一直不为“0”，则可以根据精度的要求截取一定的位数即可。

24. 【例3】将十进制整数（2347）10转换为十六进制整数，采用“除16倒取余”的方法，过程如下：【例3】将十进制整数（2347）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2 • 0 余数为9 • 所以，（2347）10＝（92B）16

25. 5、美国信息交换标准代码（ASCII码） ASCII（American Standard Code for Information Interchange）码：是美国信息交换标准代码的简称，用于给西文字符编码； 包括英文字母的大小写、数字、专用字符、控制字符等；这种编码由7位二进制数组合而成，可以表示128种字符；在ASCII码中，按其作用可分为： • 34个控制字符； • 10个阿拉伯数字 • 52个英文大小写字母； • 32个专用符号

26. 6、二—十进制编码——BCD码 BCD（Binary-Coded Decimal）码又称为“二—十进制编码”，专门解决用二进制数表示十进数的问题。最常用的是8421编码，其方法是用4位二进制数表示1位十进制数，自左至右每一位对应的位权是8、4、2、1。 1．压缩BCD码 每一位十进制数采用4位二进制数来表示，即一个字节用来表示2位十进制数。例如：采用压缩BCD码表示时，二进制数1000,1001B，表示十进制数89D。 2．非压缩BCD码 每一位十进制数采用8位二进制数来表示，即一个字节表示1位十进制数。而且只用每个字节的低4位来表示0～9，高4位通常为0。例如：十进制数89D，采用非压缩BCD码表示为二进制数是： 00001000 00001001B

27. 1.2 计算机中的码制 在计算机内部表示二进制数的方法称为数值编码，把一个数及其符号在机器中的表示加以数值化，称为机器数。机器数所代表的数称为数的真值。 表示一个机器数，应考虑以下三个因素： 1．机器数的范围 字长为8位，无符号整数的最大值是（11111111）B=（255）D，此时机器数的范围是0~255。 字长为16位，无符号整数的最大值是 （1111111111111111）B=（FFFF）H=（65535）D 此时机器数的范围是0~65535。

28. 2．机器数的符号 在算术运算中，数据是有正有负的，将这类数据称为带符号数。 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。 3．机器数中小数点的位置 在机器中，小数点的位置通常有两种约定： 一种规定小数点的位置固定不变，这时的机器数称为“定点数”。 另一种规定小数点的位置可以浮动，这时的机器数称为“浮点数”。

29. 有符号数的原码表示－原码 正数的符号位为0，负数的符号位为1，其它位按照一般的方法来表示数的绝对值。用这样的表示方法得到的就是数的原码。 【例4】当机器字长为8位二进制数时： X＝＋1011011 [X]原码＝01011011 Y＝＋1011011 [Y]原码＝11011011 [＋1]原码＝00000001 [－1]原码＝10000001 [＋127]原码＝01111111 [－127]原码＝11111111 原码表示的整数范围是： －（2n-1－1）~＋（2n-1－1），其中n为机器字长。 则：8位二进制原码表示的整数范围是－127~＋127 16位二进制原码表示的整数范围是－32767~＋32767

30. 有符号数的反码表示－反码 对于一个带符号的数来说，正数的反码与其原码相同，负数的反码为其原码除符号位以外的各位按位取反。 【例5】当机器字长为8位二进制数时： X＝＋1011011 [X]原码＝01011011 [X]反码＝01011011 Y＝－1011011 [Y]原码＝11011011 [Y]反码＝10100100 [＋1]反码＝00000001 [－1]反码＝11111110 [＋127]反码＝01111111 [－127]反码＝10000000 负数的反码与负数的原码有很大的区别，反码通常用作求补码过程中的中间形式。 反码表示的整数范围与原码相同。

31. 有符号数的补码表示－补码 正数的补码与其原码相同，负数的补码为其反码在最低位加1。 【例6】（1）X＝＋1011011 （2） Y＝－1011011 （1）根据定义有： [X]原码＝01011011 [X]补码＝01011011 （2） 根据定义有： [Y]原码＝11011011 [Y]反码＝10100100 [Y]补码＝10100101 补码表示的整数范围是－2n-1~＋（2n-1－1），其中n为机器字长。 则：8位二进制补码表示的整数范围是－128~＋127 16位二进制补码表示的整数范围是－32768~＋32767 当运算结果超出这个范围时，就不能正确表示数了，此时称为溢出。

32. 补码与真值之间的转换 正数补码的真值等于补码的本身；负数补码转换为其真值时，将负数补码按位求反，末位加1，即可得到该负数补码对应的真值的绝对值。 【例7】[X]补码＝01011001B，[X]补码＝11011001B，分别求其真值X。 （1）[X]补码代表的数是正数，其真值： X＝＋1011001B ＝＋（1×26＋1×24＋1×23＋1×20） ＝＋（64＋16＋8＋1） ＝＋（89）D （2）[X]补码代表的数是负数，则真值： X＝－（[1011001]求反＋1）B ＝－（0100110＋1）B ＝－（0100111）B ＝－（1×25＋1×22＋1×21＋1×20） ＝－（32＋4＋2＋1） ＝－（39）D

33. 求补运算 按位取反，末位加1 [+X]补码 [-X]补码 求补运算 按位取反，末位加1 [-X]补码 [+X]补码 求补运算 通过求补运算，可以得到该数负真值的补码，因此减法运算可以用加法运算代替。 计算机内有符号数用补码表示。

34. 定点数 由于定点位置不同，一般又分为两种情况。 对于整数，小数点约定在最低位的右边，称为定点整数。 对于纯小数，小数点约定在符号位之后，称为定点小数。 浮点数 如果要处理的数既有整数部分，又有小数部分，则采用定点数会遇到麻烦。为此可以采用浮点数，即小数点的位置不固定。

35. 1.3 浮点数基本概念 1、浮点数 二进制格式：±S×2±J 2、浮点机器数 【例7】设字长为16位，阶符为1位，阶码为4位，尾符为1位，尾数为10位。要求把X=- 101101.0101写成规格化的浮点补码数，阶码和尾数均用补码表示。 3、浮点数的数值范围 在定字长条件下，浮点数所能表示的真值范围比定点数大，分配给阶码的位数越多，表示的数的范围越大。但由于尾数的位数减少，数的精度减小。

36. 本章小结 本章着重介绍了计算机中数据的表示方法，重点处理了二、八、十、十六进制数的相关概念及各类数制之间相互转换的方法、无符号数和带符号数的机器内部表示、字符编码和汉字编码等。通过本章的学习，要掌握计算机内部的信息处理方法和特点，熟悉各类数制之间的相互转换，理解无符号数和带符号数的表示方法，掌握BCD码和字符的ASCII码的编码及其应用。

37. 作业：P10 1.1 、1.2 THANK YOU VERY MUCH 本章到此结束， 谢谢您的光临！