Principle and Application of Microcomputer 微 机 原 理 与 应 用

1. YSU Principle and Application of Microcomputer微 机 原 理 与 应 用 教 师：田 行 斌 单 位：机 电 系

2. 学习内容 • 微型计算机系统概述 • 微处理器指令系统 • 汇编语言程序设计 • 微处理器外部特性 • 半导体存储器系统 • 基本输入输出接口

3. 学习目的 • 了解微型计算机的硬件知识 • 掌握汇编语言程序设计方法 • 掌握微机基本接口应用方法

4. 第一章 微型计算机系统概述 • 微型计算机的发展 • 微型计算机系统组成 • 计算机中的数据表示

5. 微型计算机的发展 • 第1代：4位微机。CPU：4004 • 第2代：8位微机。CPU：8080 • 第3代：16位微机。CPU：8086、8088 • 第4代：32位微机。CPU：80386、Pentium • 第5代：64位微机。CPU：Itanium

6. 微型计算机系统的组成 • 硬件系统：CPU、存储器、I/O接口、I/O设备、系统总线 • 软件系统： 系统软件－面向所有用户(如操作系统等)应用软件－面向某个应用

7. 系统总线 微处 理 器 地址总线AB 数据总线DB 控制总线CB 存储器 I/O接口 I/O设备 微机系统的硬件组成

8. 计算机中的数据表示 • 计算机中各种信息均表示为二进制数据。 • 数：用来直接表征量的多少，可进行运算。 • 码：指代码或编码，用来代表某个事物。

9. 基本术语 • 位 (Bit) ：二进制位，为0或1 • 字节(Byte) ：8个二进制位 • 字 (Word) ：2字节(16位) • 双字(DWord)：4字节(32位) • 千字节(KB) ：210个字节 • 兆字节(MB) ：220个字节

10. 计算机中的数 • 二进制数(Binary)后缀为B或b • 十进制数(Decimal)后缀为D或d • 十六进制数(Hexadecimal)后缀为H或h

11. 二进制数到十进制数的转换 • 方法：按权展开求和 • 10000101B＝1×27＋1×22＋1×20＝133D

12. 十进制数到二进制数的转换 • 方法：除基取余 • 建议按照按权展开求和的逆过程进行

13. 二进制数与十六进制数之间的转换

14. 计算机中的码 • 用于表示有符号数的补码。 • 用于表示十进制数的BCD码。 • 美国标准信息交换码ASCII码。

15. 补码 • 计算机内部默认采用补码表示有符号数。 • 补码规定用最高位作为符号位。 • 最高位为0表示正数。 • 最高位为1表示负数。

16. 正数的补码 • 最高位为0。 • 其余各位为该整数的二进制表示。 • 例如：(＋2)＝(00000010B)补

17. 负数的补码 • 最高位为1。 • 其余各位可对该整数的二进制表示求补（即按位取反再加1）得到。 • 例如：(－2)＝(11111110B)补

18. 8位二进制数表示的补码

19. 8位二进制数表示的无符号数

20. 16位二进制数表示的补码

21. 16位二进制数表示的无符号数

22. 补码的性质 • (X)补 ＋ (Y)补＝(X ＋Y)补 • (X)补－ (Y)补＝(X － Y)补

23. 二进制数加减法运算规则 • 加法：0+0=0，0+1=1，1+0=1，1+1=0（有进位） • 减法：0-0=0，1-1=0，1-0=1，0-1=1（有借位）

24. 补码的运算示例

25. BCD码 • Binary Coded Decimal二进制编码的十进制数 • 压缩的8421BCD码 • 非压缩的8421BCD码

26. 压缩的8421BCD码 • 例如：12D的压缩BCD码为00010010B

27. 非压缩的8421BCD码 • 例如：34D的非压缩BCD码为0000001100000100B

28. ASCII码 • 美国标准信息交换码American Standard Code for InformationInterchange • 码长7位，用来表示34个外设控制符号和94个可供打印的西文符号。

29. 常用的ASCII码 • 大写字母A～Z的ASCII码为41H～5AH。 • 小写字母a～z的ASCII码为61H～7AH。 • 数字符号0～9的ASCII码为30H～39H。 • 回车的ASCII码为0DH。 • 换行的ASCII码为0AH。

30. 第一章教学要求 • 了解微型计算机系统的组成 • 熟练掌握二进制数与十进制数的转换 • 熟练掌握二进制数与十六进制数的转换 • 熟练掌握有符号数的补码表示、BCD码

31. 第二章 微处理器指令系统 • 微处理器的内部结构 • 8086/8088的寻址方式 • 8086/8088指令系统

32. 微处理器的基本结构 • 算术逻辑单元ALUArithmetic Logic Unit • 寄存器组 • 指令处理单元

33. 8086/8088的功能结构 • 总线接口单元BIUBus Interface Unit负责CPU对存储器和外设进行访问 • 执行单元EUExecution Unit负责指令的译码、执行和数据的运算

34. 指令预取

35. 8086/8088的寄存器结构 • 通用寄存器AX、BX、CX、DX、SI、DI、BP、SP • 指令指针IP • 标志寄存器FLAGS • 段寄存器CS、SS、DS、ES

36. 16位通用寄存器(1) • AX：累加器。 (Accumulator) • BX：基址寄存器。(Base address) • CX：计数寄存器。(Counter) • DX：数据寄存器。(Data register)

37. 16位通用寄存器(2) • SI：源变址寄存器。 (Source Index) • DI：目的变址寄存器。(Destination Index) • SP：堆栈指针寄存器。(Stack Pointer) • BP：基址指针寄存器。(Base Pointer)

38. 8位通用寄存器 • 4个16位通用寄存器（AX、BX、CX、DX）可各分成高8位和低8位两个独立的8位寄存器，它们分别是：AH、ALBH、BLCH、CLDH、DL

39. 指令指针IP • 指令指针IP(Instruction Pointer)指示下一条指令的地址。 • IP是一个专用寄存器，用户不能直接访问。

40. 标志寄存器FLAGS • 标志（Flag）用于反映指令的执行结果（状态标志）用于控制指令的执行形式（控制标志） • 各种标志存放于一个16位的标志寄存器FLAGS中

41. 进位标志CF(Carry Flag) • 做加减运算时，若最高位有进位或借位，则CF置1，反之置0。

42. 奇偶标志PF(Parity Flag) • 当运算结果的低8位中l的个数为偶数时，则PF置1，反之置0。

43. 辅助进位标志AF(Auxitiary Carry Flag) • 做加减运算时，若D3有向D4的进位或借位，则AF置1，反之置0。

44. 零标志ZF(Zero Flag) • 运算结果为0时，ZF置1，否则ZF置0。

45. 符号标志SF(Sign Flag) • 运算结果的最高位为1时，SF置1，否则SF置0。

46. 溢出标志OF(Overflow Flag) • 有符号数的加减运算超过了所能表示的范围时，OF置1，否则置0。

47. 陷阱标志TF(Trap Flag) • TF＝1，CPU单步执行指令；TF＝0，CPU正常工作。

48. 中断允许标志IF(Interrupt enable Flag) • 控制外部可屏蔽中断是否可以被CPU响应。IF＝1允许中断，IF＝0则禁止中断。

49. 方向标志DF(Direction Flag) • 用于串操作指令中控制地址的变化方向。DF＝0则每次串操作后存储器地址自动增加；DF＝1则每次串操作后存储器地址自动减少。

50. 8086/8088的存储器结构 • 存储器以字节为单位存储信息。每个存储器单元都有一个地址。 • 8086/8088有20根地址线。最大可寻址的存储器单元数为220＝1MB。 • 其物理地址范围为00000H～FFFFFH。例如：[00002H]＝34H。