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1、第一章 微處理器技術基礎,1.1 微處理器的發(fā)展簡史 1.2 微處理器有關的技術名詞 1.3 計算機編碼及總線的概念 1.4 8086/8088微處理器內部結構,1.3 計算機編碼及總線的概念,1.3.1 計算機中常用的進制數 人們最常用的數是十進制數，計算機中采用的是二進制數，同時有的時候為了簡化二進制數據的書寫，也采用八進制和十六進制表示方法。下面將分別介紹這幾種常用的進制。 一、 十進制數 十進制數是大家熟悉的，用0，1，2，，8，9十個不同的符號來表示數值，它采用的是“逢十進一，借一當十”的原則。,1.3.1 計算機中常用的進制數,二、二進制表示法 基數為2的記數制叫做二進制

2、。 二進制數的計算規(guī)則是“逢二進一，借一當二”。,例：二進制數1011.1表示如下： (1011.1)B= 1 * 23 + 0 * 22 + 1 * 21 + 1 * 20 +1 * 2-1,1.3.1 計算機中常用的進制數,運算規(guī)則： 加法運算： 0+0 = 0 0+1 = 1 1+0 = 1 1+1 =10 （逢二進一） 減法運算： 0-0 = 0 10-1 =1 （借位） 1-0 = 1 1-1 =0 乘法運算： 0 * 0 =0 0 * 1 =0 1 * 0 =0 1 * 1 =1 除法運算 0 / 1 =0 1 / 1 =1,1.3.1 計算機中常用的進制數,三、 八

3、進制表示法 八進制數是基數為八的計數制。八進制數主要采用0，1，2，，7這八個阿拉伯數字。 八進制數的運算規(guī)則為“逢八進一，借一當八”。,例：（467.6)O=4 * 82 + 6 * 81 + 7 * 80 + 6 * 8-1,1.3.1 計算機中常用的進制數,四、 十六進制表示法 基數為16，用0 - 9 、A - F 十六個字符來數值，逢十六進一。各位的權值為 16i 。,例：（56D.3)H = 5 * 162 + 6 * 161 + 13 * 160 + 3 * 16-1,1.3.2 進制間的轉換,一 、 二進制數和十進制數之間的轉換 （1）二進制數轉換為十進制數 方法：按二進

4、制數的位權進行展開相加即可。 例:11101.101 =124+123+122+021+120+12-1+02-2+12-3 =16+8+4+0+1+0.5+0.25+0.125 =29.875,1.3.2 進制間的轉換,（2）十進制數轉換為二進制數 方法： A、將整數部分和小數部分分別進行轉換，然后再把轉換結果進行相加。 B、整數轉換采用除2取余法：用2不斷地去除要轉換的數，直到商為0。再將每一步所得的余數，按逆序排列，便可得轉換結果。 C、小數轉換采用乘2取整法：每次用2與小數部分相乘，取乘積的整數部分，再取其小數部分乘2直到小部分為0。將所取整數順序放在小數點后即為轉換結果。,1.3.2

5、 進制間的轉換,2 136 余數（結果） 低位 2 68 ---------- 0 2 34 ---------- 0 2 17 ---------- 0 2 8 ---------- 1 2 4 ---------- 0 2 2 ---------- 0 2 1 ---------- 0 0 ---------- 1 高位,,,,,,,,,,,例：將（136）D轉換為二進制數。,轉換結果：（136）D=（10001000）B,1.3.2 進制間的轉換,,,,,,,,,,轉換結果：（87）D=（01010111）B,例：將

6、（87）D轉換為二進制數。 2 87 余數（結果） 低位 2 43 ---------- 1 2 21 ---------- 1 2 10 ---------- 1 2 5 ---------- 0 2 2 ---------- 1 2 1 ---------- 0 0 ---------- 1 高位,1.3.2 進制間的轉換,例：將（0.625)D轉換為二進制數。 0.625 * 2 1.25 * 2 0.5 * 2 1.0 取整： 高位 低位,,,,,轉換結果：(0.625)D =

7、(0.101)B,例：將（0.1)D轉換為二進制數。,0.1 * 2 0.2 * 2 0.4 * 2 0.8 * 2,,,,,1.6 * 2 1.2 * 2 (循環(huán)),,取整： 高位 低位,,轉換結果：(0.1)D (0.00011)B,1.3.2 進制間的轉換,二、 二進制數和八進制數、十六進制數間的轉換 （1）二進制數到八進制數、十六進制數的轉換 A、二進制數到八進制數轉換采用“三位化一位”的方法。從小數點開始向兩邊分別進行每三位分一組，向左不足三位的，從左邊補0；向右不足三位的，從右邊補0。 B、二進制數到十六進制數的轉換采用“四位化一位”的

8、方法。從小數點開始向兩邊分別進行每四位分一組，向左不足四位的，從左邊補0；向右不足四位的，從右邊補0。 例：將(1000110.01)B轉換為八進制數和十六進制數。 1 000 110 . 01 001 000 110 . 010,,,,,( 1 0 6 . 2 )O,,,,,,1.3.2 進制間的轉換,二進制數到十六進制數的轉換： （1000110.01）B = 100 0110 . 01 0100 0110 . 0100,,,,,(4 6 . 4)H,（2）八進制、十六進制數到二進制數的轉換 方法：采用“一位化三位（四位）”的方法。按順序寫出每位八進制（十六進制）數對應的

9、二進制數，所得結果即為相應的二進制數。 例：將(352.6)o轉換為二進制數。 3 5 2 . 6 011 101 010 110 =(11 101 010 . 11)B,1.3.3 帶符號數的表示方法,1.3.3 帶符號數的表示方法,計算機中的帶符號的數，用二進制編碼表示，數的符號 也用二進制表示。,帶符號的數有三種表示方法： 1、原碼 2、反碼 3、補碼,數X的原碼記作X原 反碼記作X反 補碼記作X補,一、原碼表示法：,原碼用數的最左邊一位（MSB）表示數的正負， 即在D7或D15位加0或1。 符號位：0表示正，1表示負； 數值位：真值的絕對值。,1.3.3 帶符

10、號數的表示方法,X原= X 0 X 2n-1-1 2 n-1 + X -(2 n-1-1) X 0,,,,1.3.3 帶符號數的表示方法,例：求X1=+1101011，X2=-0111011的原碼表示。 （8位） X1原 = X1 = 01101011 X2原 = X2 = 10111011,例：求X1=1011，X2=-1011的原碼。（8位） X1原=00001011 X2原=10001011,練習： 求+18和-18的原碼。,1.3.3 帶符號數的表示方法,0的表示形式（8位） +0原=00000000 -0原=10000000 特點： A、原碼與真值的對應關系簡單。

11、B、0的編碼不唯一，處理運算不方便。,1.3.3 帶符號數的表示方法,問題： A、一個負數和一個正數相加，和的符號位不是兩符號直接運算的值：0+1=1，而是由兩數的大小決定。即由兩數中絕對值大的數決定。 B、兩個負數相加，由于1+1=10，因此和的符號也不是由兩符號位直接運算的結果決定的。,二、反碼表示法：,若X0 ，則 X反=X原 若X<0， 則 X反= 對應原碼的符號位不變，數值部分按位求反。,1.3.3 帶符號數的表示方法,練習： 求-52的原碼和反碼。,特例：0的反碼也不唯一！ +0 反= 0 0000000B - 0 反= 1 1111111B,+1100111反=01100111

12、 -1100111反=10011000,三、補碼表示法：,1.3.3 帶符號數的表示方法,方法:正數的補碼和原碼相同。 負數的補碼=相應反碼+1。,X補= X 0X 2n-1-1 2 n + X -2 n-1 X <0,,1.3.3 帶符號數的表示方法,練習： 求-52的補碼。,例：求+127和 -128的補碼。（8位） +127補=01111111原=01111111 -128補=28-128=100000000-10000000=10000000 -0補=-0000000反+1=11111111+1=00000000 0補=+0補=-0補=00000000,四、注意的問

13、題：,1.3.3 帶符號數的表示方法,1、兩個運算原則： X反反=X原 X補補=X原,X+Y補=X補+Y補 X-Y補=X補- Y補,,2、補碼運算的性質：,3、補碼運算時，其符號位要與數值部分一起參加運算，但結果不能超出范圍，否則會出現溢出錯誤。 4、符號運算后如有進位，則把這個進位舍掉不要。,1.3.3 帶符號數的表示方法,五、補碼運算：,例： 用補碼進行下列運算： (+33)+(+15) (-33)+(+15) (+33)+(-15) (-33)+(-15),1.3.3 帶符號數的表示方法,00100001B+33補 11011111B-33補,+ 00001111B+15補 +

14、00001111B +15補,,,00110000B+48補 11101110B-18補,1.3.3 帶符號數的表示方法,00100001B+33補 11011111B-33補,+ 11110001B-15補 + 11110001B-15補,1 00010010B+18補 111010000B-48補,,,,進位，丟掉,,進位，丟掉,1.3.3 帶符號數的表示方法,1、已知X原=01101000B，Y原=10001000B， 求X+Y補=？,2、已知X原=10001101B，Y原=10000001B， 求X+Y補=？,練習：,在計算機內， 任何信息都是用代碼表示的，字母、數字和

15、符號(以后簡稱為字符)也是用代碼表示的。一般情況下，計算機依靠輸入設備把要輸入的字符編成一定格式的代碼，然后才能接收進來。輸出則是相反過程，為了在輸出設備輸出字符，計算機要把相應的字符的編碼送到外部輸出設備。 目前國際上使用的字符編碼系統(tǒng)有許多種。,1.3.4 計算機中常用編碼,一、編碼介紹：,二、 ASCII字符編碼,1.3.4 計算機中常用編碼,全稱是“美國信息交換標準代碼”。 見ASCII碼字符表。,說明： 用8位表示字符代碼，其基本代碼占7位，第8位用作 奇偶校驗位，用以檢測字符在傳送過程中是否出錯。 （奇校驗：1的個數是奇數；偶校驗：1的個數是偶數； ）,ASCII碼采用 7

16、位二進制代碼來對字符進行編碼。 它包括 32 個通用控制符號，10 個阿拉伯數字， 52 個英文大、小字母， 34 個專用符號， 共 128 個。例如阿拉伯數字 09 的ASCII碼分別為 30H39H， 英文大寫字母A、 B、 、Z的ASCII碼是從 41H開始依次往下編排。并非所有的ASCII字符都能打印， 有些字符為控制字符用來控制退格，換行和回車等。 ASCII代碼還包括幾個其它的字符，例如文件結束(EOF)、 傳送結束(EOT)， 用作傳送和存儲數據的標志。,1.3.4 計算機中常用編碼,通常，7 位ASCII代碼在最高位添加一個“0”組成 8 位代碼。因此，字符在計算機內部按 8

17、位一組存儲，正好占一個字節(jié)。 在存儲和傳送信息時，最高位常用作奇偶校驗位， 用來檢驗代碼在存儲和傳送過程中是否發(fā)生錯誤。偶校驗時，每個代碼的二進制形式中應有偶數個 1。例如傳送字母“G”，其ASCII碼的二進制形式為 1000111，因有 4 個 1， 故偶校驗位為 0， 8 位代碼將是 01000111。 奇校驗每個代碼中應有奇數個 1。 若用奇校驗傳送字符“G”，則 8 位代碼為 11000111。 奇偶校驗只具有發(fā)現代碼在存儲和傳送過程中出現奇數個位出現錯誤的能力。 由于它簡單可行， 所以在計算機中， 廣泛地被用于信息的存儲和傳送過程。,1.3.4 計算機中常用編碼,1.3.4 計算機中

18、常用編碼,三、壓縮BCD碼,1.3.4 計算機中常用編碼,定義： 用4位二進制數表示一位十進制數，也叫8-4-2-1碼。,例題：十進制數4256的壓縮BCD碼表示為：,0100 0010 0101 0110 B,四、非壓縮BCD碼,定義： 用8位二進制數表示一位十進制數，這時高4位無意義，低4位是一個BCD碼。,注意：數字的ASCII碼是一種非壓縮的BCD！,xxxx0100 xxxx0010 xxxx0101 xxxx0110 B,例題：十進制數4256的壓縮BCD碼表示為：,1.3.4 計算機中常用編碼,1.3.5 微型計算機系統(tǒng)的三總線,一、幾個概念的介紹：,1、總線：傳遞信息的一組公

19、用導線。,2、系統(tǒng)總線：從處理器引出的若干信號線，CPU通過它們 與存儲器或I/O設備進行信息交換。,系統(tǒng)總線分為： 數據總線、地址總線和控制總線。,二、數據總線（DB）：,作用：傳送數據或代碼。 其條數與處理器字長相等。,如：8086的內、外數據線均為16位，記作D0D15。,1.3.5 微型計算機系統(tǒng)的三總線,在CPU進行讀操作時，內存或外設的數據通過數據總線送往CPU； 在CPU進行寫操作時，CPU數據通過數據總線送往內存或外設，數據總線是雙向總線。,CPU在地址總線上輸出將要訪問的內存單元 或I/O端口的地址，該總線為單向總線。,三、地址總線（AB）：,作用：傳送地

20、址信息。 其條數與微處理器尋址存儲器單元的范圍有關。,如：8086的地址線為20位，可以尋址220=1048576B1M的存儲單元，地址范圍為00000HFFFFFH。,1.3.5 微型計算機系統(tǒng)的三總線,1.3.5 微型計算機系統(tǒng)的三總線,四、控制總線（CB）：,作用：傳送控制信號。（輸出控制信號和輸入控制信號）,一部分是從CPU輸出：通過對指令的譯碼，由CPU內部產生，由CPU送到存儲器、輸入/輸出接口電路和其它部件。如時鐘信號、控制信號等。 另一部分是由系統(tǒng)中的部件產生，送往CPU，如：中斷請求信號、總線請求信號、狀態(tài)信號。,控制總線的方向：,1.4 8086/8088微處理器內部結

21、構,1.4.1 8086的基本結構,8086CPU的內部由兩個獨立的工作部件組成，即執(zhí)行部件 EU(Execution Unit）和總線接口部件BIU(Bus Integerface Unit),其中EU不與系統(tǒng)總線連接，只負責指令的執(zhí)行， BIU則根據EU的請求，完成CPU與存儲器或I/O設備之間的數據傳送。 兩部分各自執(zhí)行自己的功能并行工作，這種工作方式與傳統(tǒng)的計算機在執(zhí)行指令時的串行工作相比極大的提高了工作效率。,20位,1.4.1 8086的基本結構,一、執(zhí)行部件EU：,功能：從BIU的指令隊列中取出指令代碼，經指令譯碼 器譯碼后執(zhí)行指令所規(guī)定的全部功能。執(zhí)行指令所得結果或 執(zhí)行指

22、令所需的數據，都由EU向BIU發(fā)出命令，對存儲器或 I/O接口進行讀/寫操作。,1.4.1 8086的基本結構,1、算術邏輯單元（ALU）：,核心是16位的二進制加法器。,功能： （1）進行所有的算術和邏輯運算。 （2）按指令的尋址方式計算出尋址單元的16位的偏移地址或有效地址EA(Effecy Address)，并將此偏移地址送到 BIU中形成一個20位的實際地址，以實現1M字節(jié)的存儲空間尋址。,1.4.1 8086的基本結構,2、狀態(tài)標志寄存器（Flags）：,該寄存器為16位，用來反映CPU運算后的狀態(tài)特征或 存放控制標志。,,,,,,,,,,,,,,,,,/,/,/,/,/,/,/

23、,其中9位有效位（6位狀態(tài)標志位，3位控制標志位）， 7位無效位。,1.4.1 8086的基本結構,（1）狀態(tài)標志位：用來反映EU執(zhí)行算術或邏輯運算以后的結果特征。,CF：進位標志。 CF=1表示指令執(zhí)行結果在最高位產生了一個進位或借位； CF=0表示無進位或借位產生。 AF：輔助進位標志（又叫半進位標志）。 AF=1表示字節(jié)操作時，結果的低4位產生了一個進位或借位； AF=0表示無進位或借位產生。 OF：溢出標志 。 OF=1表示帶符號數在進行算術運算時產生了算術溢出； OF=0表示無溢出。,1.4.1 8086的基本結構,功能：當運算結果超出了范圍，

24、 8位為-128--+127， 16位為-3276832767， 那樣就會產生溢出，即OF為1。 備注：溢出只能出現在兩個同號數相加 或兩個異號數相減的情況下。 OF的判斷：次高位向最高位進位與最高位進位的異或，如果值為1，溢出，否則沒有溢出。,1.4.1 8086的基本結構,具體地講， 對于加運算， 如果次高位(數值部分最高位)形成進位加入最高位，而最高位(符號位)相加(包括次高位的進位)卻沒有進位輸出時；或者反過來，次高位沒有進位加入最高位，但最高位卻有進位輸出時，都將發(fā)生溢出。 因為這兩種情況分別是：兩正數相加，結果超出了范圍，形式上變成了負數；兩負數相加，結果超出了范

25、圍，形式上變成了正數。 對于減運算，當次高不需從最高位借位，但最高位卻需借位(正數減負數，差超出范圍)； 或者反過來，次高位需從最高位借位， 但最高位不需借位(負數減正數，差超出范圍)， 也會出現溢出。,1.4.1 8086的基本結構,SF：符號標志。 SF=1表示運算結果為 負數； SF=0表示運算結果不為負數。 PF：奇偶標志 。 PF=1表示運算結果的低八位所含1的個數為偶數。 PF=0表示指令執(zhí)行結果中有奇數個1。,ZF：零標志 。 ZF=1表示運算結果為零； ZF=0表示運算結果不為零。,1.4.1 8086的基本結構,舉例： 0101 0100 0011 1001 + 01

26、00 0101 0110 1010,,1001 1001 1010 0011,顯然，運算結果最高位為1，所以，SF=1；由于運算結果本身部位0，所以ZF=0；由于低8位所包含的1的個數為4，為偶數，所以PF=1；由于 最高位沒有向前進位，所以CF=0；運算過程中，第3位向第4位產生了進位，所以AF=1；由于低位向最高位產生了進位，而最高位沒有向前產生進位，所以OF=1。,1.4.1 8086的基本結構,練習: 分析01100110+01010110運算對標志的影響.,（2）控制標志位：用來控制CPU的操作，它由程序設置或由程序 清除。,DF：方向標志。用來控制數據串操作指令的地址步進方向。

27、DF=1表示數據串指令將以地址的遞減順序對數據串數據進行處理； DF=0表示數據串指令將以地址的遞增順序對數據串數據進行處理。 。 IF：中斷允許標志 。 IF=1表示8086CPU開中斷； IF=0表示8086CPU關中斷。 TF：陷阱標志或單步操作標志 。 TF=1表示8086CPU處于單步工作方式； TF=0表示8086CPU正常執(zhí)行程序。,1.4.1 8086的基本結構,3、數據暫存寄存器：,1.4.1 8086的基本結構,功能：協助ALU完成運算，對參加運算的數據進行暫存。,4、通用寄存器組：,（1）通用寄存器（數據寄存器） ： AX、BX、CX、DX。可以作16位或作兩個8位來使用

28、。,（2）專用寄存器：,1.4.1 8086的基本結構,5、控制單元：,功能：接收從BIU的指令流隊列中來的指令，經過指令 譯碼器譯碼，形成各種控制信號，對EU的各個部件實現 完成規(guī)定的操作。,總線接口部件BIU內部設有四個16位段地址寄存器：代碼段寄存器CS、數據段寄存器DS、堆棧段寄存器SS和附加段寄存器ES，一個16位指令指針寄存器IP，一個6字節(jié)（對8086而言）指令隊列緩沖器，20位地址加法器和總線控制電路。,二、總線接口部件BIU ：,1.4.1 8086的基本結構,主要功能：根據執(zhí)行部件EU的請求，負責完成CPU與存儲器或I/O設備之間的數據傳送。,1.4.1 8086的基本結構

29、,1、指令隊列緩沖器：,功能：用來暫存一組預取指令，即在執(zhí)行指令的同時， 從內存中取下一條指令，并放入指令隊列緩沖器中。采用 “先進先出”原則，順序存放，順序被取到EU中去執(zhí)行。, 2、指令指針寄存器IP：,它是一個16位的寄存器，存放EU要執(zhí)行的下一條指令 （預取指令）的偏移地址（段內地址），用以控制程序中指 令的執(zhí)行順序，實現對代碼段指令的跟蹤 。,1.4.1 8086的基本結構,3、地址產生器：,由于指令指針和通用寄存器都是16位，因而尋址范圍只有 64K字節(jié)。8086為了實現1MB的存儲單元的尋址，采用分段管 理方式。由段寄存器提供段地址，指令（IP）提供偏移地址， 經地址產生器(加法

30、器)運算產生20位的物理地址PA（Physical Address），此地址也稱為實際地址。,邏輯地址LA（Logic Address）：是在程序中使用的地址，它由段地址和偏移地址兩部分組成（16位）。 表示形式為：“段地址偏移地址”,1.4.1 8086的基本結構,補充：,物理地址PA：就是存儲器的實際地址，它是指CPU和 存儲器進行數據交換時所使用的地址（20位）。,物理地址=段地址10H偏移地址,存儲器中的每個存儲單元都可以用兩個形式的地址來表示：實際地址（或稱物理地址）和邏輯地址。,1.4.1 8086的基本結構,,,,,段寄存器值,偏移量,+,物理地址,,,,,,16位,4位,,,

31、,16位,,,,20位,存儲器物理地址的計算方法,段基址：CS、DS、ES、SS。 偏移地址：IP、DI、SI、BP、SP等。,1.4.1 8086的基本結構,例題： 計算邏輯地址035AH:32B8H的物理地址PA。,練習： 計算邏輯地址1645H:3BA0H的物理地址PA。,4、總線控制邏輯：,1.4.1 8086的基本結構,功能：用來分時傳送20位地址信號和16位數據信號、4位 狀態(tài)信號以及其他控制信號的輸入與輸出。,5、段寄存器：,CS：16位代碼段寄存器 DS：16位數據段寄存器 ES：16位附加段寄存器 SS：16位堆棧段寄存器,,,,,,,,,,,CS 0000,,,I

32、P,,代碼段,,,DS或ES 0000,,,SI、DI或BX,,,,SS 0000,,,SP或BP,,數據段,堆棧段,存儲器,段寄存器和偏移地址寄存器組合關系,1.4.1 8086的基本結構,1、20位地址的形成，并將此地址送至程序存儲器指定單元，從該單元取出指令字節(jié)，依次放入指令隊列中。 2、每當8086的指令隊列中有2個空字節(jié)，8088指令隊列中有1個空字節(jié)時，總線接口部件就會自動取指令至隊列中。 3、執(zhí)行部件從總線接口的指令隊列首取出指令代碼，執(zhí)行該指令。 4、當隊列已滿，執(zhí)行部件又不使用總線時，總線接口部件進入空閑狀態(tài)。 5、執(zhí)行轉移指令、調用指令、返回指令時，

33、先清空隊列內容，再將要執(zhí)行的指令放入隊列中。,三、補充--8086/8088CPU執(zhí)行程序的操作過程：,1.4.2 8086的內部寄存器功能,8086CPU中可供編程使用的有14個16位寄存器，按其用途可分為3類：通用寄存器、段寄存器、指針和標志寄存器，如圖所示。,1.4.2 8086的內部寄存器功能,一、通用寄存器 ：,分為數據寄存器和指針寄存器、變址寄存器兩組。,1、數據寄存器：,作用：主要用來存放操作數或中間結果。數據寄存器包括4個 16位的寄存器AX、BX、CX和DX，一般用來存放16位數據，故稱 為數據寄存器。其中的每一個又可根據需要將高8位和低8位分成 獨立的兩個8位寄存器來使用，

34、即AH、BH、CH、DH和AL、BL、 CL、DL兩組，用于存放8位數據，它們均可獨立尋址、獨立使用。,AX：累加器；BX：基址寄存器； CX：計數寄存器；DX：數據寄存器,2、指針寄存器和變址寄存器：,1.4.2 8086的內部寄存器功能,前者作用：用來存取位于當前堆棧段中的數據。 后者作用：用來存放當前數據段的偏移地址。,表3.1 通用寄存器的特定用法,二、段寄存器 ：,1、代碼段寄存器CS（Code Segment）：,1.4.2 8086的內部寄存器功能,2、數據段寄存器DS （Data Segment）：,4、附加段寄存器ES（Extra Segment）：,3、堆棧段寄存器SS（Stack Segment）：,作用：提供CPU運行的當前代碼段，CPU執(zhí)行的指令將從該段中取得。,作用：指向程序當前使用的數據段。,作用：通常用來存放數據，典型用法是用來存放串操作的目的數據。,作用：給出程序當前使用的堆棧段。,1.4.2 8086的內部寄存器功能,三、狀態(tài)標志寄存器 ：,前面已經介紹。,