微型计算机系统概述

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第 1 章微型计算机系统概述
微型机算计的用途:科学计算
数据处理
过程控制
计算机语言:高级语言:(面向计算,不依赖于机型,编程曾方便,掌握容易)汇编语言:依赖于机型(计算机中的中央处理器CPU)编程复杂
运算速度快,实时性强。

本课程包括的三部分内容:1.汇编语言程序设计(软件,CPU指令系统,汇
编规定,编程方法等)-------- 30学时
2.接口技术(如何构成一台专用的微型机算计)
--------- 30学时
3.MCS51单片机--------- 10学时
特点:概念多(互相独立)--- 难学----本课程非常重要
1.1 微型计算机系统的硬件组成和基本工作方法
1.1.1 微型系统中的微处理器和主板(微型计算机硬件构成)
图1.1 微机系统的硬件组成---- P 2
1.微处理器和协处理器:微型机算计核心,依靠存储器中的程序(和数据)实
现对计算机的全面管理。

2.存储器:随机存取存储器RAM和只读存储器R0M:存放数据和程序等。

3.总线控制逻辑:构成系统总线,支持硬件构成微型计算机。

4.RT/CMOS:在电池的支持下运行时钟和保护一些数据(用户的设置)
1.1.2 系统总线:数据总线,地址总线,控制总线。

1.1.3 输入输出接口板:通过其与外设相连。

1.1.4 微型计算机的基本工作方法 1.指令和程序
微处理器能执行的命令 ------- 指令,所有的指令构成指令系统。

指令以二进制代码的形式存放在存储器中 完成某特定功能的指令构成 ---- 程序。

2.基本操作过程:微处理器不断地从存储器取指并执行实现对计算机的全面
管理(微处理器不断地执行程序)。

注意:一台微型计算机可简化为如下结构
微处理器:计算机的核心,依靠存储器中的程序(和数据)实现对计算机的全
面管理。

存储器:RAM 随机存取存储器,ROM 只读存储器,存放程序和数据等信息。

I/O 接口:计算机与外设连接的窗口。

外设:CRT (基本输出设备),打印机(辅助输出设备),键盘(基本输出设备)。

系统总线:包括地址总线,数据总线和控制总线;连接各部分(硬件)。

注意:以上构成计算机裸机,在系统软件的支持下构成计算机系统。

1.2 微型计算机的软件和操作系统(DOS )
系统软件(操作系统)和应用软件(用户自己选定)。

计算机复位启动后,从特定的地址执行程序(ROM 中的BIOS ),对系统进行检测和初始化,然后从指定的磁盘装入操作系统,在进入操作系统,而实现对计算机的全面管理。

微型计算机的一些基本概念:CPU 的位长;单片计算机;单板机;
专用处理器(DSP 数字信号处理器);
接口卡;操作系统等等。

微机系统的硬件基本结构
位控制总线N 位
第 2 章计算机中的数制和码制P11
用二进制代码来表示任何信息:程序(指令串)和数据;编码和解码。

2.2 有符号二进制数的表示方法及溢出问题P18
2.2.1 有符号二进制数的表示方法P18
1.数的符号表示方法(用二进制代码来表示带符号的二进制数)
2.原码表示法(用n位二进制代码来表示n-1位带符号的二进制数)设:X= ±Xn-2 Xn-3 Xn-4‥‥‥X1 X0
(即为n-1位二进制数,Xi为二进制数符,i = 1,2,3 ‥‥‥n-2)
0 Xn-2 Xn-3 Xn-4‥‥‥X1 X0 X ≥ 0
[ X ]原
1 Xn-
2 Xn-
3 Xn-4‥‥‥X1 X0 X ≤ 0
例2.2.1 (用八位二进制代码来表示七位带符号数-----原码表示)
X 1 = + 1010101则[X1]原= 0 1010101
X 2 =-1011101则[X2]原= 1 1011101
3.补码表示法
1)补码的概念:
根据同余的概念:a
NK
a=
+( mod K ) 2 - 8
其中K为模,N为任意整数。

含义:在模的意义下,数a 与该数本身加上其模的任意整数倍之和相等。

(在a 的无数个a+NK同余数中,当N=1时,称为补数)
[a ]补= a + K ( mod K )
a 0 ≤ a < K
[X ]补= 2 - 9
K ─│a│─ K< a < 0
设:在计算机中数据的长度为n位,设为定点带符号整数,则最高位为符号位,后的n-1位为数值位,则补码可定义为:
[x]补= X 当 0 ≤ X < 2
2 +X 当-2 ≤ X <0
n
n -1
n -1
( Mod 2 )
n
2 - 10
D7D6D5D4D3D2D1D0
符号位数值位
2)一个数的补码求法
一个正数的补码与其原码相同: 但增加了一位符号位
设 X = + 101 0111 ,n = 8 [X]补 = [X]原 一个负数的补码的求法:(实际上应为“负数的补码表示法”,正数的补码与其原码相同) ⑴ 根据定义求补码:
[X]补 = X X n n -=+22 X n ≤--12< 0 例2.2.2 P-20
设:X = - 101 0111 ,n = 8
[X]补 = )1010111(28B -+ = 1 0000 0000B - 101 0111B = 1010 1001B
⑵ 一个负数的补码为其对应的正数的补码连同符号位求反加1:
设:X = - 1010111,n = 8
[X ]
补 = )1010111(28B -+ = 1000 0000B - 101 0111B = 1111 1111B - 0101 0111B + 1B
对应整正数补码
= 10101000B + 1 = 1010 1001B
全部求反
注意:
一个正数的补码连同符号位求反加1(称求补或取负)得到对应的负数的补码。

(一个正数的补码求补得到其对应的负数的补码)
一个负数的补码求补得到其对应的正数的补码(或负数的绝对值),
在 8086 CPU 指令系统中有求补指令;当某CPU 指令系统中没有时,可用 求反加1实现,也可用0减来实现(进位丢失)。

例2.2.3 P-20
设:X = - 1010101 ,n = 8
其对应的正数为补码为:01010101;将其取补(取负)得:
[X]补 = 10101011
表2.2 数的表示方法P21
3)数的补码表示转为原码表示
一个负数的补码求补得到其对应的正数的补码(或负数的绝对值),再将符号位置1即得该负数的原码。

4)补码的运算规则
带符号数在计算机中以补码的形式存放,可进行加,减,乘,除运算(连同符号位一起运算),如不超出范围,结果仍为补码;如果超出范围,称为溢出,则要进行溢出处理。

例2.2.5 (-1) + (+2) = (+1)
1 1 1 1 1 1 1 1
+ 0 0 0 0 0 0 1 0结果为+1
(-1) - (+2) = (-3)
2.2.2 有符号数运算时的溢出问题 P24
当符号数(现暂为补码表示)的长度确定后,数据表示范围也就确定,运算后可能超出范围(称溢出)。

① 两个异号数相加或两个同号数相减结果不会溢出;否则可能溢出。

② 当两数运算时,最高位(符号位)和次高位同时“有”或“无”进位/
借位时不溢出,否则发生溢出。

③ CPU 对运算溢出有指示(溢出标志 OV )
2.3 定点数和浮点数 P25 2.
3.1 定点数 P25
方法1:小数点在高位前 方法1:小数点最低位后
注意:第一种情况为纯小数,后为整数;实际程序员要选择一比率因子;比率因
子在实际运算中是发生变化的!! 2.3.2浮点数 P26
任意二进制数可表示为:p d N ±∙±=2
其中d 为尾数,为纯小数;p 为阶数,为整数;两者一般也以补码表示(也
可用原码表示):
当尾数的最高位值不为0时(对于正数补码最高位为1,负数补码最高位为1,此时有效数最多),称为规格化浮点数。

1 1 1 1 1 1 1 1-
0 0 0 0 0 0 1 0
结果为 -3
数 值 位符号位
数 值 位
符号位阶 码阶符数符
尾 数
2.4 二进制编码的十进制数(BCD码)P26
这里的BCD码默认为8421BCD。

CPU只支持二进制运算(补码),在指令中仅照顾了一点点8421BCD运算。

2.5ASCII字符代码(美国国家信息交换标准字符码)
(American Standard Code for Information Interchange)
注意:ASCII字符代码的长度为七位(详细见P471 附录A)
其中:00H-1FH及7FH 为控制码,
20H-7EH为可打印字符。

例:0DH 为CR,即行结束;
0AH 为LF,即换行;
20H 为空格;
30H 为数字0 ;
41H 为大写英文字母A。

注意:具体情况应视设备规定。

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