微机原理与汇编语言.docx-道客多多

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1、全国广播电视中专通用教材计算机及应用专业微机原理与汇编语言张立红主编清华大学出版社( 京 ) 新登字 158 号内容简介本书是根据广播电视中等专业学校计算机及应用专业课程教学大纲的要求编写的。本书以 8086 为核心 , 介绍了微机的基本构成和工作原理。汇编语言程序设计的基本方法、微机与输入输出接口的基本概念以及典型接口芯片的结构和

3、发行者 : 新华书店总店北京发行所开本 : 787 1092 1/ 16 印张 : 15 字数 : 360 千字版次 : 2000 年 8 月第 1 版 2000 年 8 月第 1 次印刷书号 : ISBN 7-302-00661-X/ T P 227印数 : 0001 5000定价 : 18. 00 元前言随着计算机技术的迅猛发展 , 计算机的应用普及越来越广泛和深入 , 计算机已成为人类生产、生活中必不可少的重要工具 , 它越来越多地

4、出现在人类工作、生活的各个领域。作为现代教育的一个重要内容 , 计算机知识的教育更是必不可少的。在 21 世纪即将到来的时候 , 我们更要加强计算机知识的教育 , 不但要开展对全民的计算机教育 , 还要培养更多的计算机专业的专门人才。为此 , 特意为广播电视中等专业学校计算机应用专业编写了这本微机原理与汇编语言教材。本书以 8086

5、为核心 , 兼顾了目前流行的各类奔腾机 , 介绍了微机的基本构成和工作原理、汇编语言程序设计的基本方法、微机与输入输出接口的基本概念以及典型接口芯片的结构和应用 , 目的是使学生通过学习 , 掌握微机的基本工作原理、汇编语言程序设计的基本方法 , 获得在相应领域内应用计算机的初步能力。教材编写过程中 , 尽量注意深入浅出 , 语

6、言简练。在保证知识的系统性、完整性的同时 , 避免了复杂的理论推导 , 删繁就简 , 并尽量使语言通俗易懂 , 每部分附一定量的例题 , 以利于广大读者自学。全书共分七章 : 第 1 章介绍了微型计算机的基础知识 , 包括微机系统的组成、微机的主要性能指标、计算机中数据信息的表示、二进制数据的计算 ; 第 2 章以 8086 为核心 , 介绍了80X86

7、的结构特点、外特性、存储器的结构、工作原理 ; 总线的分类及常见系统总线 ; 第 3 章以 8086 指令系统为基础 , 介绍了 80X86 的指令系统 , 寻址方式及 80X86 指令系统的特点 ; 第 4 章、第 5 章从应用的角度介绍了汇编语言程序设计的方法、步骤、汇编语言程序设计的特点及常用伪指令 ; 第 6 章主要介绍微机的输入输出系统 , 包括接口的概念

8、、输入输出的寻址方式、 CPU 与外设进行信息交换的控制方式及常用接口芯片的特性和应用 ; 第 7 章介绍了中断的概念 , 包括中断的概念 , 中断系统的功能及 8086 的中断系统。本书第 1、 4、 5、 6、 7 章由张立红编写 , 第 2、 3 章由张立红、刘其淑合编。江琪老师在本书的编写过程中提出了宝贵意见 , 在此表示感谢。由于编写的仓促及编者水平

9、所限 , 书中的错误和缺点在所难免 , 恳请广大读者批评指正。作者1999 年 10 月出版说明广播电视中等专业教育的起点是初中毕业生 , 目标是培养有较强实际工作能力和综合素质的应用型中级专业技术人员。自 1985 年全国广播电视大学系统相继开办广播电视中等专业教育以来 , 在中央广播电视大学的支持下 , 全国广播电视大学中专教材建设委员

10、会 ( 前身为全国广播电视大学电视中专教材编制委员会 ) 从 1989 年 12 月起 , 经过五年的努力 , 已编制出版了财经、机电、农产品加工等类课程的系列文字教材及配套的练习册、实验指导书、教学指导书等 , 这一系列广播电视中专教材的出版 , 对推动全国广播电视中专教育的发展起到了积极作用。1995 年 , 国家教委下发了关于加强广播电视

11、、函授中等专业教育管理的意见的文件。根据文件有关精神 , 中央广播电视中等专业学校为了进一步规范教学要求 , 提高教材的建设质量 , 与全国广播电视大学中专教材建设委员会共同组织有关学科专家和教师 , 对原出版的部分教材按照新编课程教学大纲进行了重新编写或修订 , 并针对一些适应面广、通用性强的专业 , 开始了新一轮的教材

12、建设。广播电视中专教材编制宗旨是 : 紧密结合培养目标 , 针对学生特点 , 充分依靠学科和媒体设计与制作专家 , 进行面向 21 世纪多种媒体的教材建设。主媒体是文字教材 , 同时还制有音像等现代媒体教材与之相配套。广播电视中专教材亦可供普通中专、成人中专、职业高中、职业培训等选用 , 还可供自学使用。敬请广大教师和读者在使用广

13、播电视中专系列教材过程中 , 对其存在的不足之处予以批评指正 , 以便修订再版。中央广播电视中等专业学校全国广播电视大学中专教材建设委员会1998 年 5 月目录前言绪论 1第 1 章微型计算机基础 41. 1 微型计算机系统 41. 1. 1 微型计算机系统的基本组成 41. 1. 2 硬件系统 41. 1. 3 软件系统 61. 1. 4 微机系统的主要技术指标 71. 2 计算机

14、中数据信息的表示 91. 2. 1 数值数据的表示 91. 2. 2 非数值数据的编码表示 161. 2. 3 数据的单位 171. 3 计算机中二进制数据的运算 171. 3. 1 定点补码加、减法运算 171. 3. 2 定点原码的乘除法运算 211. 3. 3 逻辑运算 25习题 1 27第 2 章微型计算机的基本组成 282. 1 微型计算机的结构特点 282. 1. 1 外部结构特点 282. 1. 2 内部结构

15、特点 292. 2 8086 微处理器 302. 2. 1 8086 微处理器结构特点 302. 2. 2 8086 微处理器中的寄存器 322. 2. 3 8086 的工作模式 362. 2. 4 8086 的引脚功能 372. 2. 5 8086 的时序 412. 2. 6 8087 协处理器 442. 2. 7 高档微处理器的功能特点 452. 3 存储器 512. 3. 1 存储器的基本概念 512. 3. 2 存储器的分级结构 522. 3. 3 主存储器的基

16、本结构和简单工作过程 53 2. 3. 4 半导体存储器 542. 4 总线 672. 4. 1 总线的分类 672. 4. 2 P C 总线 692. 4. 3 I SA 总线 712. 4. 4 E I SA 总线 722. 4. 5 P CI 总线 742. 4. 6 P CM CIA 74习题 2 78第 3 章 80X86 指令系统 793. 1 8086 的寻址方式 793. 1. 1 指令中的操作数 793. 1. 2 寻址方式 803. 2 8086 指令系统 863. 2. 1 数据传

17、送指令 873. 2. 2 算术运算指令 933. 2. 3 逻辑运算指令 1033. 2. 4 移位指令 1053. 2. 5 转移指令 1093. 2. 6 字符串操作指令 1173. 2. 7 处理器控制指令 1233. 2. 8 输入输出指令 1253. 2. 9 中断指令 1263. 3 80X86 指令系统的特点 1273. 3. 1 寻址方式的特点 1273. 3. 2 80X86 指令集的特点 127习题 3 128第 4 章汇编语言 1304. 1 概述

18、 1304. 1. 1 程序和程序设计语言 1304. 1. 2 为什么要学习汇编语言 1324. 1. 3 学习汇编语言的特点 1324. 2 8086 汇编语言 1334. 2. 1 汇编程序 1334. 2. 2 汇编语言的基本语法 1344. 2. 3 汇编语言伪指令 1424. 2. 4 汇编语言程序 149 4. 2. 5 系统功能调用 152习题 4 156第 5 章基本程序设计方法 1585. 1 汇编语言程序设计的步骤 1585.

19、 1. 1 分析题意 , 确定算法 1585. 1. 2 编制程序流程图 1585. 1. 3 合理分配存储空间和寄存器 1595. 1. 4 编制程序 1605. 1. 5 调试程序 1605. 2 顺序程序设计 1605. 3 分支程序设计 1655. 4 循环程序设计 1695. 4. 1 循环程序的结构 1695. 4. 2 单重循环程序举例 1705. 4. 3 多重循环程序举例 1765. 5 子程序设计 1775. 5. 1 子程序的调

20、用与返回 1775. 5. 2 如何编制子程序 1775. 6 汇编语言与高级语言的接口 1825. 6. 1 概述 1825. 6. 2 M S-P ASCA L 与汇编语言的接口 182习题 5 184第 6 章微机的输入输出系统 1866. 1 概述 1866. 1. 1 什么是接口 1866. 1. 2 接口的功能 1876. 2 输入输出的寻址方式 1876. 2. 1 I / O 端口 1876. 2. 2 端口的编址 1886. 3 CPU 与外设间的

21、信息传送 1886. 3. 1 CPU 与外设间传送的信息 1886. 3. 2 CPU 与外设间数据传送的形式 1906. 4 CPU 与外设信息交换的控制方式 1906. 4. 1 程序控制方式 1916. 4. 2 中断控制方式 1946. 4. 3 直接存储器存取方式 1946. 5 常用接口芯片 196 6. 5. 1 简单并行接口芯片 8212 1966. 5. 2 可编程并行接口芯片 8255A 1986. 5. 3 可编程串行通

22、讯接口 8251A 1996. 5. 4 可编程定时 / 计数器 8253 201习题 6 203第 7 章中断控制技术 2047. 1 基本概念 2047. 1. 1 中断的概念 2047. 1. 2 中断的作用 2047. 1. 3 中断源 2057. 1. 4 中断类型 2067. 1. 5 中断系统的功能 2067. 2 中断系统 2077. 2. 1 中断请求与屏蔽 2077. 2. 2 CPU 响应中断的条件 2087. 2. 3 中断源的识别 2087. 2. 4 中

23、断响应 2107. 3 8086/ 8088 的中断系统 2117. 3. 1 中断源 2117. 3. 2 中断识别 2127. 3. 3 中断类型号 2137. 3. 4 中断处理过程 2147. 3. 5 填写中断矢量表 2167. 3. 6 中断服务程序的结构 2177. 4 用户设置软中断举例 218习题 7 220附录 1 逻辑图形符号对照表 221附录 2 ASCI I 码表 222附录 3 8086/ 8088 指令系统汇总表 224 11. 计算机

24、的产生与发展绪论电子计算机是由电子器件组成的能够自动高速、准确地解决逻辑和数学问题的现代化设备。它最初是作为一种现代化的计算工具而问世的。这是人类在长期的生产和科学实践过程中 , 为减轻繁重的劳动和加快计算速度而努力奋斗的结果。电子计算机的诞生是 20 世纪科学技术的卓越成就 , 是人类历史上最伟大的发明创造之一 ,

25、也是当前新的技术革命的基础。从 1946 年世界上第一台电子计算机 E NI AC 在美国问世以来 , 短短的 50 多年的时间里 , 电子计算机已经历了四代的变化 , 现代计算机的功能异常强大 , 其应用已深入到各个领域 , 它对整个社会和科学技术的发展产生了不可估量的深远影响 , 具有强大的推动力。第一代计算机 ( 19461957) 。构成它的基本逻辑部件

26、是电子管。特点是体积大 , 可靠性差 , I / O 设备有限 , 主存只有数百到千字的容量 , 其主要应用是科学计算。所用程序设计语言是机器语言和汇编语言 , 它的功能和性能指标与今天的计算机是不可同日而语的。但它的伟大在于为计算机技术的发展奠定了基础 , 并从此逐步形成了计算机工业。第二代计算机 ( 19581964) 。主要逻辑部件是晶体

27、管分立电路。其体积和功耗比电子管计算机减少了数十倍 , 而速度和主存容量则有了长足的提高。应用也从单纯的科学计算扩展到了数据处理和实时控制。并且此时 , 开始重视了产品的继承性 , 开始了系列化思想的萌芽。新机器的研制周期被大大缩短 , 降低了生产成本。程序设计语言方面出现了 F OR T R A N、 COBOL 、 A LGO 60 等 , 实现

28、了程序兼容 , 为快速简捷地设计程序创造了条件。第三代计算机 ( 19651971) 。主要逻辑部件开始采用中小规模集成电路。其功耗、体积、价格进一步下降 , 而性能全面提高。这促使计算机的应用范围进一步扩大。由于集成电路成本的迅速下降 , 产生了成本低 , 功能不太强的小型机供应市场并占领了许多数据处理领域。软件方面 , 操作系统的

29、不断发展提高了计算机的工作效率 , 方便了用户使用 ; 并出现了计算机网络和数据库 , 微程序设计技术得到了广泛的应用。第四代计算机 ( 20 世纪 70 年代中期以来 ) 。随着微电子技术的发展 , 计算机的主要部件采用大规模 ( L SI ) 和超大规模 ( V L SI ) 集成电路。使计算机的体积迅速缩小 , 而运算速度 , 可靠性方面有了较大提高。存储器

30、主要采用半导体存储器。有一大批典型的优秀产品问世。实现了软件工程和程序设计的自动化。20 世纪 80 年代 , 提出了第五代计算机的设计标准 : 智能化。形成把信息采集、存储、处理、通信和人工智能结合在一起的智能计算机。它突破了冯诺依曼原理 , 具有以下功能 :( 1) 智能接口 : 即能识别自然语言 ( 文字、语言 ) 、图形、图象。( 2

31、) 解题和推理能力 : 根据自身存储的知识 , 进行推理和求解问题等。( 3) 知识库管理功能 : 计算机内存储了大量的知识 , 方便人们检索。微机的出现与发展 ,掀起了计算机大普及的浪潮。第一个微处理器 M PC 是 1971 年美国 Int el 公司生产的 4004, 它主要用于计算器 , 稍后生产了改进型 4040, 它们都是 4 位微处理器。 1972 年 I ntel 公司又生

32、产了 8 位 M PC 8008, 它2主要用于计算机的终端设备。与传统计算机相比 , 它们的显著特点是体积小 , 价格低 , 因此尽管其在结构性能上还很不完善 , 但开始引起了许多部门和机构的兴趣 , 这标志着计算机进入了一个新的发展阶段。一般 , 人们称 4004、 4040、 8008 为第一代微处理器。这些微处理器字长 4 位或 8 位 , 集成度 1200 管 / 片 2000

33、管 / 片 , 时钟低于 1M Hz, 平均指令执行时间 20 s。第二代微处理器在 19741977 年间 , 典型芯片有 Intel8080/ 8085, M ot or ola 公司的6800/ 6802, Zilog 公司的 Z80 等 , 字长为 8 位 , 集成度 5 000 管 / 片 10000 管 / 片 , 时钟2M Hz 4M Hz, 平均指令执行时间 1 s 2 s。在这个时期 , 微处理器的设计和生产技术已相当成熟 , 并且集成度高 , 执

34、行速度快 , 指令系统比较完善 , 已具有典型的计算机体系结构。以及中断、 DMA 等控制功能 , 配套的各类器件也很齐全。19781980 年 , 随着超大规模集成电路工艺日趋成熟 , 一些公司 , 相继推出了性能可与中档小型机媲美的 16 位微机 , 代表产品有 Int el 公司的 8086/ 8088, M ot or ola 公司的 M C68000, Zilog 公司的 Z8000。集成度达 20

35、000 管 / 片 70000 管 / 片 , 主频 4M Hz 8M Hz, 指令执行时间达到 0. 5 s, 人们也称这些微处理器为第一代超大规模集成电路的 M PC。80 年以后 , 半导体生产厂家继续在提高电路的集成度、速度和功能方面取得了进展 , 推出了一批高性能的 16 位微处理器。如 Int el80286、 M ot or ola68010 等 , 集成度达 100000 管 / 片 , 时钟频率 10M Hz 左右

36、 , 平均指令执行时间约为 0. 2 s。83 年以后又生产了 Int el80386 和 M ot or ola68020、 I ntel80486, 这些都是 32 位的微处理器 , 时钟频率为 16MH z 33M H z 左右 , 平均指令执行时间 0. 1 s, 集成度高达 15 万管 / 片 120 万管 / 片 , 由这些 M P C 构成的整机通常称为超级微机。90 年代初 Int el 公司推出了 Pent ium ( 586) 高性能的 32 位

37、机 , 95 年又推出了 64 位的P ent iumPr o, 主频为 60M Hz 266M Hz, 集成度 310 万管 / 片 550 万管 / 片。1996 年 , Int el 公司推出了一种多媒体扩展技术 M M X ( M ult i M edia E Xtension ) , 使 CPU 具备了更加强大的声音和图像处理能力。 1997 年 , I ntel 公司又推出了 Pentum 微处理器 , 主频为 233M H z 或 266MH z, 集成度达 750 万

38、管 / 片 , 具有 512K 高速缓存。 P 是集P ent iumPr o 强大功能与 M M X 技术于一身的高性能微处理器。 Int el 公司于 99 年 2 月正式推出了 P ent ium , Pent ium 在 P ent ium 的基础上 , 新增加了 70 条多媒体指令 , 加强了对 3D 图形 , 视频编码 / 解码以及在视频会议、语音识别等方面的应用程序的执行效率 , 时钟频率 450M Hz 500M Hz。近

39、期内可望提到 550MH z。2. 微型计算机的分类站在不同的角度 , 对微型机有不同的分类方法。按机器结构 , 微型机可以分为位片式、单片式、多片式 ; 按制造工艺 , 可将微型机分为 MO S 型和双极型 ; 由于微处理器是决定微机性能的核心部件 , 因此 , 通常人们更习惯按微处理器的字长作为微型机的分类标准。按字长分可以分为 4 位机、 8 位机

40、、 16 位机、 32 位机、 64 位机。3. 微机的特点与应用电子计算机通常按体积、性能和价格分为巨型机、大型机、中型机、小型机和微型机。从系统结构和基本工作原理上说 , 微型机和其它几类计算机并没有本质上的区别 , 所不同的是微型机广泛采用了集成度相当高的器件和部件 , 因此带来了一系列的特点 :( 1) 体积小、重量轻一块集成电路芯

41、片的面积只有一块普通橡皮大小 , 其重量也不过几十克。而微机由于采3用大规模集成电路 ( L SI ) 和超大规模集成电路 ( V L SI ) , 使微型机所含器件数目大为减少 , 一台功能很强的微型计算机其组成器件 , 可以全部组装在一块印刷线路板上。而单片式微型计算机更是将中央处理器 ( CPU ) 、内存 ( R A M 、 R OM ) 、定时器 / 计数器以

42、及 I / O 接口电路等计算机的主要部件 , 集成在一块集成电路芯片上。( 2) 价格低廉由于大规模集成电路技术的迅速发展 , 其集成度越来越高 , 而成本却越来越低 , 由其组装的微型计算机的价格直线下降。目前 , 国内一台配有 Pemtinm CP U 的多媒体微型计算机售价也不超过万元。这样的价格不仅单位 , 而且一般家庭也能购买 , 为微机的全民普

43、及提供了良好的机会。( 3) 结构灵活、可靠性高由于微机的各功能部件普遍采用模块化 , 接口标准化的总线结构 , 再加上功能强大的系统软件 , 使得微型计算机形成积木式组合 , 可以根据不同需要 , 灵活的组装成各种不同规格的系统 , 且即插即用。微机的各功能部件广泛的采用大规模集成电路 , 电路被封闭在器件内部 , 而绝少受外界干扰。另

44、外内部元器件的数量大为减少 , 外部接头和连接线的数量也大为减少 , 故障率下降 , 连接点故障造成的系统不稳定性大大下降。( 4) 功耗低微机功耗与同等水平的小型机比 , 降低大约 60% 以上。功耗水平不仅关系到能源的节省 , 更重要的是对可靠性的影响很大。功耗大 , 机器组件内部和机箱内部的温度就高 ; 功耗小 , 发热量小 , 微机的可靠

45、性大为提高。由于微机具有以上特点 , 使得它的应用范围十分广阔。从科学技术到生产生活 , 从军事领域到消费娱乐 , 遍及人类生产生活的各个领域。在人们的现代生活中 , 微型计算机的身影无处不在。在工业生产中 : 微机用于机床自动控制、化工过程控制、冶炼过程控制、发电厂、装配机械、特种电源系统、可控硅调速系统、机器人等等的

46、控制。在军事领域 : 微机用于导弹、核武器、宇宙飞行器、电子对抗、雷达、潜水定位、多普勒水声测位仪等各种控制和信息处理。在通信方面 : 微机可用于电子电话交换机、数字电话、遥测遥控 , 气象情报收集等。在交通运输中 : 微机用于汽车自动点火系统、交通信号控制、火车调度、自动售票、电梯控制等。在商业方面 : 用于自动售货机、

47、自动存取款、银行终端、仓库管理、票据管理、超级市场管理等。医学方面 : 用于血液分析、病理分析、 X 射线装置、内窥镜手术、专家诊病系统等。在日常生活方面 : 用于计算器、电冰箱、洗衣机、电视机、空调机、智能玩具等。当前 , 微型计算机的发展趋势大体分为两个方面 : 一是计算机单片化 , 提高其功能与速度 ; 二是向多机系统 , 微机

48、网络发展。这必将大大加快人类生活的现代化及社会生活的信息化进程。4第 1 章微型计算机基础内容提要1. 微型计算机系统的组成 : 硬件系统 ( 微处理器、内存、输入输出接口、系统总线、输入设备、输出设备、外存储器 ) ; 软件系统 ( 操作系统、语言处理程序、工具软件、应用软件 ) 。2. 微机系统的主要技术指标。3. 计算机中数据信息的表示 : 数值数据 ( 不同数制及其相互转换、机器数与真值、浮点数与定点数的表示、原码、反码、补码 ) ; 非数值数据 ( BCD 码、 A SCII 码、汉字编码 ) ; 数据的单位 ( 位、字节、字 ) 。4. 计算机中二进制数据的运算 : 定点补码加、减法运算 ; 溢出的判断 ; 定点乘除法运算 ;逻辑运算。教

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