微型计算机系统概述

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。