1、2013-081微型計算機原理微型計算機原理 2013-082第第1 1章章 微型計算機基礎(chǔ)微型計算機基礎(chǔ)l 為什么要學(xué)習(xí)微型計算機原理與匯編語言程序設(shè)計？為什么要學(xué)習(xí)微型計算機原理與匯編語言程序設(shè)計？l微型計算機是什么？微型計算機是什么？l微型計算機的基本工作原理是什么？微型計算機的基本工作原理是什么？l計算機中的信息用什么方式表示？計算機中的信息用什么方式表示？l當(dāng)前當(dāng)前PC即使用的即使用的X86系列微處理器的結(jié)構(gòu)與特點是什么？系列微處理器的結(jié)構(gòu)與特點是什么？2013-083 l 現(xiàn)代信號檢測、信息處理離不開計算機，特別是離不開微現(xiàn)代信號檢測、信息處理離不開計算機，特別是離不開微型計算機系

2、統(tǒng)。型計算機系統(tǒng)。l 要充分發(fā)揮計算機性能，需要掌握計算機是如何工作的，信要充分發(fā)揮計算機性能，需要掌握計算機是如何工作的，信息在計算機內(nèi)部是如何進行處理的。息在計算機內(nèi)部是如何進行處理的。l 匯編語言是面向計算機的語言，學(xué)習(xí)匯編語言程序設(shè)計，能匯編語言是面向計算機的語言，學(xué)習(xí)匯編語言程序設(shè)計，能夠幫組我們更好的理解計算機的工作原理。夠幫組我們更好的理解計算機的工作原理。l 在信號檢測與實時處理等領(lǐng)域（在信號檢測與實時處理等領(lǐng)域（例如手機、多媒體移動播例如手機、多媒體移動播放器、各種智能儀表、物聯(lián)網(wǎng)中各種智能傳感器及檢測裝置放器、各種智能儀表、物聯(lián)網(wǎng)中各種智能傳感器及檢測裝置）中，計算機的硬件

3、資源有限，而又要求能中，計算機的硬件資源有限，而又要求能低功耗、實時高速低功耗、實時高速處處理信息，這時希望編寫的程序要精練，能充分利用硬件資源，理信息，這時希望編寫的程序要精練，能充分利用硬件資源，需要掌握硬件知識，才能充分利用硬件資源。需要掌握硬件知識，才能充分利用硬件資源。 學(xué)習(xí)用匯編語言編寫程序，是學(xué)習(xí)計算機內(nèi)部工作原理最學(xué)習(xí)用匯編語言編寫程序，是學(xué)習(xí)計算機內(nèi)部工作原理最好的方法。好的方法。2013-084匯編語言直接控制計算機的硬件資源，對于直接操作計算機硬匯編語言直接控制計算機的硬件資源，對于直接操作計算機硬件資源的程序，會用匯編語言更有效，有些特殊的操作（例件資源的程序，會用匯編

4、語言更有效，有些特殊的操作（例如中斷優(yōu)先級設(shè)置、中斷的允許和屏蔽、中斷向量設(shè)置等）如中斷優(yōu)先級設(shè)置、中斷的允許和屏蔽、中斷向量設(shè)置等）只能用匯編語言來實現(xiàn)。只能用匯編語言來實現(xiàn)。一般情況下，對于完成相同的任務(wù)，用機器語言（或匯編語言）一般情況下，對于完成相同的任務(wù)，用機器語言（或匯編語言）編寫的程序運行起來比用高級語言編出的程序快得多，占用編寫的程序運行起來比用高級語言編出的程序快得多，占用的空間要小；的空間要小；C語言程序的運行需要一定的條件，通常在語言程序的運行需要一定的條件，通常在C語言語言main函數(shù)運行函數(shù)運行前，我們用匯編語言編寫一段程序，這段程序為前，我們用匯編語言編寫一段程序，

5、這段程序為C語言運行設(shè)語言運行設(shè)置好條件，然后再轉(zhuǎn)到置好條件，然后再轉(zhuǎn)到C語言語言main函數(shù)運行。函數(shù)運行。這個條件需要用匯編語言編寫一段程序，為這個條件需要用匯編語言編寫一段程序，為C語言的運行設(shè)語言的運行設(shè)置好條件置好條件2013-085 當(dāng)然，匯編語言也有缺點：當(dāng)然，匯編語言也有缺點：它是面向機器的語言，相對于它是面向機器的語言，相對于C語言等高級語言，程序的閱讀語言等高級語言，程序的閱讀理解比較困難理解比較困難由于面向機器，不同的計算機具有不同的指令系統(tǒng)和匯編語由于面向機器，不同的計算機具有不同的指令系統(tǒng)和匯編語言，匯編語言程序的可移植性差言，匯編語言程序的可移植性差由于匯編語言直接

6、面向機器編程，要求程序設(shè)計者熟悉計算由于匯編語言直接面向機器編程，要求程序設(shè)計者熟悉計算機硬件。機硬件。2013-086 微型計算機是什么？它是如何工作的？微型計算機是什么？它是如何工作的？計算機工作過程實際上是控制信息、數(shù)據(jù)信息在計算機各功能計算機工作過程實際上是控制信息、數(shù)據(jù)信息在計算機各功能部件之間流動過程中實現(xiàn)的。部件之間流動過程中實現(xiàn)的。計算機的硬件是由數(shù)字邏輯電路為主構(gòu)成的。計算機的硬件是由數(shù)字邏輯電路為主構(gòu)成的。計算機的硬件計算機的硬件主要是由數(shù)字邏輯電路構(gòu)成的一個數(shù)字主要是由數(shù)字邏輯電路構(gòu)成的一個數(shù)字/邏輯邏輯處理電路系統(tǒng)。處理電路系統(tǒng)。我們先來看一下我們在數(shù)字電子技術(shù)中學(xué)過的

7、基本運算電路我們先來看一下我們在數(shù)字電子技術(shù)中學(xué)過的基本運算電路2013-087A03F08A11F19A219F211A317F312B 04B 12B 218B 316G13C N15P14S05S16S27U?74 LS38 1功能選擇功能選擇輸入數(shù)輸入數(shù)據(jù)據(jù)功能功能輸出數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)FS2S1S0AB000XX清零清零F=0000001AB減法減法F=B減減A010減法減法F=A減減B011加法加法F=A加加B100101110111XX預(yù)置預(yù)置F=111ABFA,B: 輸入數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù) S: 通過不同的代碼組合，控通過不同的代碼組合，控制該電路的功能制該電路的功能2013-088在在A

8、、B端輸入數(shù)據(jù)，在端輸入數(shù)據(jù)，在we-da有效時，有效時，D3D0送送DA保存保存 只要控制只要控制S2、S1、S0的狀態(tài)（的狀態(tài)（0、1的不同組合），的不同組合），就可以實現(xiàn)對就可以實現(xiàn)對A，B數(shù)據(jù)的不同處理，數(shù)據(jù)的不同處理，就可以在就可以在F端得到所需要的運算結(jié)果。端得到所需要的運算結(jié)果。2013-089如果將如果將A、B數(shù)據(jù)按一定的規(guī)則存放在存儲器中數(shù)據(jù)按一定的規(guī)則存放在存儲器中將將S端的控制代碼也按某一特定的規(guī)則存放在存儲其中端的控制代碼也按某一特定的規(guī)則存放在存儲其中(1) 在某一特定時刻在某一特定時刻t1，我們通過一定的方法，從存儲器中取出，我們通過一定的方法，從存儲器中取出所需要

9、的控制代碼，并使所需要的控制代碼，并使WE_RI有效，控制代碼送到有效，控制代碼送到RI寄存器寄存器(2) 在下一時刻在下一時刻t2，取出數(shù)據(jù)，取出數(shù)據(jù)A，并使，并使WE_DA有效，則數(shù)據(jù)被送有效，則數(shù)據(jù)被送寄存器寄存器DA(3) 在時刻在時刻t3取出數(shù)據(jù)取出數(shù)據(jù)B，并使，并使WE_DB有效，則數(shù)據(jù)被送送寄存有效，則數(shù)據(jù)被送送寄存器器DB(4) 在在t4時刻，在時刻，在F端就得到所需要的計算結(jié)果（端就得到所需要的計算結(jié)果（實際上實際上t3時刻后，時刻后，經(jīng)過一段門傳輸延時，在經(jīng)過一段門傳輸延時，在F就得到結(jié)果）就得到結(jié)果）。如果輸出寄存器如果輸出寄存器RC輸出端有一個三態(tài)門，三態(tài)門輸出再接回總

10、輸出端有一個三態(tài)門，三態(tài)門輸出再接回總線線BUS，平時三態(tài)門允許控制信號，平時三態(tài)門允許控制信號EN_F無效，結(jié)果無效，結(jié)果F只保存在只保存在RC。在。在t4時刻，使時刻，使EN_F有效，有效，F(xiàn)通過三態(tài)門送到通過三態(tài)門送到BUS，如果同，如果同時使時使WE_RA有效，則運算結(jié)果被送到寄存器有效，則運算結(jié)果被送到寄存器RA2013-0810BUS再加上存儲器，就是一個簡單的計算機硬件系統(tǒng)再加上存儲器，就是一個簡單的計算機硬件系統(tǒng)這樣，按特定規(guī)則存儲在存儲器的控制代碼和數(shù)據(jù)，就是計算機這樣，按特定規(guī)則存儲在存儲器的控制代碼和數(shù)據(jù)，就是計算機程序。程序。WERI，WE_DA , WE_DB,RD_

11、RAWE_RA EN_F等信號等信號由由RI的某幾位的某幾位通過譯碼電路通過譯碼電路產(chǎn)生產(chǎn)生A03F08A11F19A219F211A317F312B04B12B218B316G13CN15P14S05S16S27U?74LS381Q0Q1Q2DADBWE_DAWE_DBRIWE_RIEN_F244譯碼WE_xx等控制信號RD_RAWE_RARARD_xx等控制信號2013-0811計算機硬件：計算機硬件： 是由數(shù)字邏輯電路為主構(gòu)成的電路系統(tǒng)是由數(shù)字邏輯電路為主構(gòu)成的電路系統(tǒng)計算機軟件：計算機軟件： 按一定規(guī)則和順序安排并存放在存儲器中的控制代碼，以按一定規(guī)則和順序安排并存放在存儲器中的控制代

12、碼，以及所需要的數(shù)據(jù)。及所需要的數(shù)據(jù)。二進制信息具有二進制信息具有0,1，可以方便的用數(shù)字電路的兩狀態(tài)來表示，可以方便的用數(shù)字電路的兩狀態(tài)來表示，因此計算機系統(tǒng)內(nèi)部通常使用二進制信息。因此計算機系統(tǒng)內(nèi)部通常使用二進制信息。2013-08121. 1.1 1 計算機中的數(shù)制和編碼計算機中的數(shù)制和編碼計算機的硬件系統(tǒng)主要是由數(shù)字電路構(gòu)成的電路系統(tǒng)。數(shù)字計算機的硬件系統(tǒng)主要是由數(shù)字電路構(gòu)成的電路系統(tǒng)。數(shù)字電路具有高電平和低電平兩個邏輯狀態(tài)，表示、電路具有高電平和低電平兩個邏輯狀態(tài)，表示、 存儲、處理存儲、處理二進制信息方便。二進制信息方便。計算機中使用二進制信息。計算機中使用二進制信息。l 數(shù)值信息

13、：數(shù)值信息：用二進制形式表示用二進制形式表示l 非數(shù)值信息：用二進制編碼表示非數(shù)值信息：用二進制編碼表示l 程序在計算機內(nèi)部也是用二進制形式表示的程序在計算機內(nèi)部也是用二進制形式表示的。2013-08131.1.1 數(shù)制及其轉(zhuǎn)換數(shù)制及其轉(zhuǎn)換 十進制計數(shù)法的特點是：十進制計數(shù)法的特點是： 使用使用10個數(shù)字符號（個數(shù)字符號（0,1,2,9）的不同組合來表示一個十）的不同組合來表示一個十進制數(shù)；進制數(shù)； 采用采用“逢十進一逢十進一”的進位規(guī)則；的進位規(guī)則；2013-0814任何一個十進制數(shù)可表示為：任何一個十進制數(shù)可表示為： 110nmjijDKN式中：式中：m表示小數(shù)位的位數(shù)，表示小數(shù)位的位數(shù)，

14、n表示整數(shù)位的位數(shù)，表示整數(shù)位的位數(shù)，Kj為第為第j位位上的數(shù)符（可以是上的數(shù)符（可以是0 9十個數(shù)字符號中的任一個）。十個數(shù)字符號中的任一個）。 例如例如 138.5(D)= 1012105108103101注意書寫：注意書寫：以后綴以后綴D或或d 表示十進制數(shù)（表示十進制數(shù)（Decimal）。對于）。對于十進制數(shù)，該后綴可以省略。十進制數(shù)，該后綴可以省略。 2013-0815 二進制計數(shù)法的特點是：二進制計數(shù)法的特點是： 使用使用2個數(shù)字符號（個數(shù)字符號（0,1）的不同組合來表示一個二進制數(shù)；）的不同組合來表示一個二進制數(shù)； 逢二進一逢二進一 的進位規(guī)則；的進位規(guī)則；任何一個二進制數(shù)可表示

15、為：任何一個二進制數(shù)可表示為： 12nmiiiBBN式中：式中：m為小數(shù)位的位數(shù)，為小數(shù)位的位數(shù)，n為整數(shù)位的位數(shù)，為整數(shù)位的位數(shù)，Bi為第為第i位上的數(shù)位上的數(shù)符（符（0或或1）。）。 例如例如1101.11B= )(75.13212121202121210123D后綴后綴B或或b表示二進制數(shù)（表示二進制數(shù)（Binary），），例如例如1011B，后綴不能省略，后綴不能省略2013-0816 十六進制計數(shù)法的特點是：十六進制計數(shù)法的特點是：使用使用16個數(shù)字符號個數(shù)字符號(0,1,2,3,9,A,B,C,D,E,F)的不同組合來的不同組合來表示一個十六進制數(shù)，其中表示一個十六進制數(shù)，其中A

16、F 依次表示依次表示10 15； 逢十六進一逢十六進一的進位規(guī)則的進位規(guī)則；2013-0817任何一個十六進制數(shù)可表示為任何一個十六進制數(shù)可表示為： 116nmiiiHHN式中：式中：m為小數(shù)位的位數(shù)，為小數(shù)位的位數(shù)，n為整數(shù)位的位數(shù)，為整數(shù)位的位數(shù)，Hi為第為第i位上的位上的數(shù)符（可以是數(shù)符（可以是0，1，,9,A,B,C,D,E,F十六個數(shù)字符號中的任一十六個數(shù)字符號中的任一個）。個）。 例例2.3 0E5AD.BFH =210123161516111613161016516142013-0818注意在書寫十六進制數(shù)據(jù)時，如果最高位是大于9的數(shù)符（AF),則需要在前面加一個0。例如：0B3

17、6H以后綴H或h表示十六進制數(shù)（Hexadecimal），后綴不能省略。例如 12345H十六進制數(shù)據(jù)如果寫成 12345 ，沒有“H”,則表示是一個十進制數(shù)據(jù)。2013-0819一般來說，對于基數(shù)為一般來說，對于基數(shù)為X的任一數(shù)可用多項式表示為：的任一數(shù)可用多項式表示為： 1nmiiiXXkN式中符號：式中符號：lX為基數(shù)，表示為基數(shù)，表示X進制；進制；li為位序號；為位序號；lm為小數(shù)部分位數(shù)；為小數(shù)部分位數(shù)；ln為整數(shù)部分的位數(shù)；為整數(shù)部分的位數(shù)；lki為第為第i位上的數(shù)值，為位上的數(shù)值，為0,1,2, X-1共共X個數(shù)字符號中任一個；個數(shù)字符號中任一個；lX i為第為第i位的權(quán)。位的權(quán)

18、。 2013-0820 二進制、十六進制以至任意進制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)的方法二進制、十六進制以至任意進制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)的方法很簡單，只要按上面的展開公式各位按權(quán)展開（即該位的數(shù)值很簡單，只要按上面的展開公式各位按權(quán)展開（即該位的數(shù)值乘于該位的權(quán)）求和即可。乘于該位的權(quán)）求和即可。例如：例如： 不同數(shù)制數(shù)據(jù)的相互轉(zhuǎn)換不同數(shù)制數(shù)據(jù)的相互轉(zhuǎn)換62021212001100123B5216416316016000340123H2013-0821下面通過一個簡單的例子對轉(zhuǎn)換方法進行分析。例如，下面通過一個簡單的例子對轉(zhuǎn)換方法進行分析。例如， B2B3B0B2B1B0B3B10123212021211011

19、13BD 可見，要確定可見，要確定13D對應(yīng)的二進制數(shù)，只需從右到左分別確對應(yīng)的二進制數(shù)，只需從右到左分別確定定 B0，B1，B2，B3即可。即可。 2013-0822 上式右側(cè)除以上式右側(cè)除以2： 商為商為 ， 余數(shù)為余數(shù)為1，此余數(shù)即為，此余數(shù)即為B0； 商再除以商再除以2： 商為商為 ，余數(shù)為，余數(shù)為0，此余數(shù)即為，此余數(shù)即為B1； 商再除以商再除以2： 商為商為 ，余數(shù)為，余數(shù)為1，此余數(shù)即為，此余數(shù)即為B2； 商再除以商再除以2： 商為商為0（商為（商為0時停止時停止)，余數(shù)為，余數(shù)為1，此余數(shù)即為，此余數(shù)即為 B3。 0122021210121210212013-0823 由以上過

20、程可以得出十進制整數(shù)部分轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)的由以上過程可以得出十進制整數(shù)部分轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)的方法：方法：除以基數(shù)除以基數(shù)(2)(2)取余數(shù)，先為低位取余數(shù)，先為低位(B(B0 0) )后為高位后為高位 顯然，該方法也適用于將十進制整數(shù)轉(zhuǎn)換為八進制整數(shù)顯然，該方法也適用于將十進制整數(shù)轉(zhuǎn)換為八進制整數(shù)（基數(shù)為（基數(shù)為8）、十六進制整數(shù)（基數(shù)為）、十六進制整數(shù)（基數(shù)為16）以至其它任何進制）以至其它任何進制整數(shù)。整數(shù)。 這種方法叫做長除法。這種方法叫做長除法。2013-0824例例1.1 ：將十進制數(shù)：將十進制數(shù)1234轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)。轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)。12342617030811540 770 381

21、190 91 41 20 10 0110011010010B最先得到的是最低有效位最后得到的是最高有效位2013-08252) 小數(shù)部分的轉(zhuǎn)換小數(shù)部分的轉(zhuǎn)換同樣用一個簡單例子說明十進制小數(shù)部分的轉(zhuǎn)換方法。例如，同樣用一個簡單例子說明十進制小數(shù)部分的轉(zhuǎn)換方法。例如， B-1B-2B-1B-221212111 .075.0BD要將一個十進制小數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制小數(shù)，實際上就是求要將一個十進制小數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制小數(shù)，實際上就是求B-1，B-2，給上式右側(cè)乘以基數(shù)給上式右側(cè)乘以基數(shù)2得：得：1.5 （1+1/2）1211整數(shù)部分為整數(shù)部分為B-1小數(shù)部分小數(shù)部分2013-08260.752=1.5 整數(shù)部分

22、為整數(shù)部分為1，此即為，此即為B-1。小數(shù)部分為。小數(shù)部分為1 2-1。 剩余的剩余的小數(shù)部分再乘以基數(shù)小數(shù)部分再乘以基數(shù)2得：得：20.5=1 整數(shù)部分為整數(shù)部分為1，此即為，此即為B-2。 經(jīng)過經(jīng)過2步步,此時小數(shù)部分已為此時小數(shù)部分已為0，轉(zhuǎn)換完畢轉(zhuǎn)換完畢.若不為若不為0，繼續(xù)求，繼續(xù)求B-3，B-4，直到小數(shù)部分為，直到小數(shù)部分為0或小數(shù)部分或小數(shù)部分的位數(shù)滿足一定精度時為止的位數(shù)滿足一定精度時為止. 2013-0827 由以上分析可得到十進制小數(shù)部分轉(zhuǎn)換為二進制小數(shù)的方法：由以上分析可得到十進制小數(shù)部分轉(zhuǎn)換為二進制小數(shù)的方法： 小數(shù)部分乘以基數(shù)（小數(shù)部分乘以基數(shù)（2）取整數(shù)（）取整數(shù)

23、（0或或1），），先得到的為高位先得到的為高位（B-1）后為低位。）后為低位。 顯然，該方法也適用于將十進制小數(shù)轉(zhuǎn)換為八進制小數(shù)（基顯然，該方法也適用于將十進制小數(shù)轉(zhuǎn)換為八進制小數(shù)（基數(shù)為數(shù)為8）、十六進制小數(shù)（基數(shù)為）、十六進制小數(shù)（基數(shù)為16）以至其它任何進制小數(shù)。）以至其它任何進制小數(shù)。 小數(shù)部分的轉(zhuǎn)化，有時可能總也不會到小數(shù)部分的轉(zhuǎn)化，有時可能總也不會到0，這時只要轉(zhuǎn)換到所，這時只要轉(zhuǎn)換到所需要的為數(shù)就行了。需要的為數(shù)就行了。 例如例如: 將將 0.33轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進制數(shù),要求保留小數(shù)后要求保留小數(shù)后4位位2013-082820.33=0.66 -0 小數(shù)點后第一位20.66

24、=1.32 -1小數(shù)點后第二位20.32=0.64 -0小數(shù)點后第三位20.64=1.28 -1小數(shù)點后第四位20.28= 已到要求的轉(zhuǎn)換精度轉(zhuǎn)換結(jié)果:0.33=0.0101B 2013-0829既有整數(shù)，又有小數(shù)，如何進行轉(zhuǎn)換？既有整數(shù)，又有小數(shù)，如何進行轉(zhuǎn)換？則分別轉(zhuǎn)換，再合成。則分別轉(zhuǎn)換，再合成。 整數(shù)部分整數(shù)部分按照整數(shù)轉(zhuǎn)換方法按照整數(shù)轉(zhuǎn)換方法可用長除法轉(zhuǎn)換，得到整可用長除法轉(zhuǎn)換，得到整數(shù)部分的二進制數(shù)據(jù)數(shù)部分的二進制數(shù)據(jù) 小數(shù)部分小數(shù)部分安照小數(shù)轉(zhuǎn)換方法安照小數(shù)轉(zhuǎn)換方法乘乘2取整法，獲得所需要的取整法，獲得所需要的位數(shù)位數(shù)兩部分合起來。兩部分合起來。2013-0830 例例 將將13.75轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)。轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)。 分別將整數(shù)和小數(shù)部分進行轉(zhuǎn)換：分別將整數(shù)和小數(shù)部分進行轉(zhuǎn)換： 整數(shù)部分：整數(shù)部分：13=1101B 小數(shù)部分：小數(shù)部分：0.75=0.11B 因此，因此，13.75=1101.11B 例如：將例如：將13.33轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)，要求小數(shù)部分為轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)，要求小數(shù)部分為4位位整數(shù)部分：整數(shù)部分：1101，小數(shù)部分：小數(shù)部分：.0101 13.34=1101.0101B 小數(shù)部分沒有轉(zhuǎn)換完，只需要到所規(guī)定的為數(shù)就行了（雖小數(shù)部分沒有轉(zhuǎn)換完，只需要到所規(guī)定的為數(shù)就行了（雖然它會造成誤差）。然它會造成誤差）。2013-0831例例 將將