书名：微机原理与接口技术（第4版）pdf/doc/txt格式电子书下载

推荐语：

作者：郑初华、

出版社：电子工业出版社

出版时间：2014-05-01

书籍编号：30467819

ISBN：9787121231179

正文语种：中文

字数：156603

版次：4

所属分类：教材教辅-大学

版权信息

书名：微机原理与接口技术（第4版）

作者：郑初华　等

ISBN：9787121231179

版权所有 · 侵权必究

前言

本书第1、2、3版分别于2003、2006、2010年出版。本书于2004年荣获江西省首届高校优秀教材一等奖（计算机类第一名），2008年列选普通高等教育“十一五”国家级规划教材。

本书由汇编语言、微机原理、接口技术及附录四个部分组成。本书融入多位老师的教学经验，重点突出，详略有序，分类讲解，图表丰富，有一些讲法是其他同类教材未曾涉及的，如快速进制转换、真值与补码直接转换、指令的6个要点等。本书适合作为高等学校有关专业汇编语言、微机原理、接口技术以及它们的组合课程的教材。

本书共16章，主要内容有：快速进制转换，真值与补码直接转换，微机硬件基础，8088/8086 CPU指令系统以及内部结构、引脚、时序，汇编语言及编程方法，内存的存储原理及与CPU的连接，I/O方式及编程，中断概念及实现，8255、8253、8251等接口芯片硬件设计及编程驱动，A/D、D/A转换以及工业自动化控制，键盘及接口，显示及接口，并口通信，串口通信，总线技术，微机系统应用设计，书后附有附录A～E。

本书由郑初华等编著。郑初华主要编写第1～6章、第10章，并负责全书的策划和统编定稿；柴明钢主要编写第14章、第16章；周卫民主要编写第12章；袁坤主要编写第8章、第9章；石永革主要编写第7章；赵文龙主要编写第15章；戴仕明主要编写第11章；郭亮主要编写第13章。本书由郑初华和赵文龙共同审定，由于时间紧，错误在所难免，欢迎广大读者批评指正（zhengchuhua＠126.com）。

在此，对曾给本书的编写提出意见及参加校稿的秦梅、胡锦春、石永革、程从从、万光逵、衷裕水、向瑛、周琪、万在红、杨谊华、彭洁、崔丽珍、肖洁、刘洪、洪连环、冀春涛、邓黎鹏、吴国辉、温靖、龚廷恺、周波、万承兴、黄华、黎明、代冀阳、彭玉玲、宋凯、王青松、曹党生、田祖伟等同志一并表示感谢！

本书参考学时建议：汇编部分40～64课时，微机原理及接口技术60～80课时。汇编部分安排8个实验：2～3个DEBUG上机实验便于熟悉第3章的指令和调试过程，5～6个汇编语言完整程序上机实验便于熟悉程序框架及程序编写方法；接口部分安排4个实验，熟悉I/O方式及或编程接口芯片的连接与驱动。另外，部分章节上课顺序可根据需要适当调整。

编著者

第一部分 汇编语言

第1章 进制及码元

进制和码元换算是计算机重要基础之一，计算机内采用的是二进制数值或编码，而在各种汇编语言中习惯使用十六进制，也可使用八进制、二进制和十进制，在C语言中可使用八进制、十六进制和十进制，特别是调试程序时更要与进制和码元换算打交道。所以掌握进制和码元换算的快速方法，对学好计算机相关课程特别是汇编语言、微机原理及接口技术非常重要。

本章所介绍的进制转换方法可以完成十进制、二进制、十六进制及八进制数之间的快速转换，一般可以在10s内完成万以内的数值转换。此外，本章所介绍的真值（有符号数）与补码（或无符号数）之间的直接转换也是前人未曾涉及的，负数与补码（或无符号数）之间转换也只要10s左右。

1.1 进制转换及计算

本节主要讲解进制的快速转换方法，学会此法可在10s内实现万以内的数值转换。

1.进制

现实生活中除了最常用的十进制外，还有秒分时之间的六十进制、月年之间的十二进制以及古代钱两斤之间的十六进制等，在计算机语言中主要采用的是二进制（后缀B，Binary）、八进制（后缀O或Q，Octal，O易与0混淆，所以一般用Q替代O）、十进制（后缀D，Decimal，或不要后缀）和十六进制（后缀H，Hex）。4种进制基本信息如表1.1所示。

表1.1 计算机语言中的基本进制

N进制的每个数据位取值范围为0～N-1，其算术运算规则同十进制，只不过是逢N进一、借一等于N而已。例如，二进制只有0和1两个数字，逢2进1，借1等于2；十六进制有0～9、A～F（分别代表10～15）16个数字，逢16进1，借1等于16。

2.进制转换的一般方法

进制转换的一般方法如图1.1和图1.2所示。

图1.1 任意进制数与十进制数之间转换关系图

图1.2 二进制、八进制、十六进制之间转换关系图

例1.1（101101）₂=101101B=1×2⁵+0×2⁴+1×2³+1×2²+0×2¹+1×2⁰=45

例1.2 156.4Q=1×8²+5×8¹+6×8⁰+4×8^-1=110.5

例1.3 6C.4H=6×16¹+12×16⁰+4×16^-1=108.25

下式中a_i代表b进制的第i位，任意的b进制转化为十进制的一般式子：

例1.4 123.25=（1 111 011.01）₂=（173.2）₈=（7B.4）₁₆

解题步骤如图1.3所示。

图1.3 十进制转换为其他进制的一般方法

3.进制快速转换方法

掌握进制快速转换方法的前提是记住16的倍数或2的n次方，如表1.2所示。

表1.2 2的指数及16的倍数表

（续表）

记住表1.2的主要数据后，再结合图1.4及图1.2就可以在10s内完成进制转换。

具体方法为：

图1.4 十进制与十六进制的快速转换思路

将十进制转换为十六进制，只要把它拆成16的倍数之和（注：有时视情况可用16的倍数之差）还原成十六进制即可，再利用图1.2一展四转换为二进制，而后再用三合一转换为八进制。

例1.5 280=256+16+8=118H=100 011 000B=430Q

例1.6 2 000=2 048-48=800H-30H=7D0H=11 111 010 000B=3 720Q

例1.7 5 000=4 096+768+128+8=1 388H=1 001 110 001 000B=11 610Q

也可先将十进制转换为二进制，只要把它拆成2的n次方之和（注：有时视情况可用2的n次方之差），有n次方的二进制位写成1，无n次方的二进制位写成0即可，再利用图1.2四合一转换为十六进制及用三合一转换为八进制。

例1.8 280=2⁸+2⁴+2³=100011000B=118H=430Q

例1.9 2000=2¹⁰+2⁹+2⁸+2⁷+2⁶+2⁴=11111010000B=7D0H=3720Q=2¹¹-2⁵-2⁴

例1.10 5000=2¹²+2⁹+2⁸+2⁷+2³=1001110001000B=1388H=11610Q

4.进制计算

进制计算主要有加、减、乘、除等算术运算及与、或、非等逻辑运算。其他进制加、减、乘、除等算术运算的运算方法与十进制的运算方法类似，要点是逢N进一、借一等于N。与、或、非等逻辑运算一般是指变量取值为二值（0或1）的逻辑运算，将1当成真，将0当成假，与、或、非的真值表如图1.5所示。

图1.5 三种位逻辑运算真值表

在本书3.3节的汇编指令部分和4.2节的表达式部分将给出具体举例。

1.2 码制及其转换

本节介绍计算机主要使用的二进制编码，重点讲解真值（有符号数）与补码（或无符号数）间的快速转换方法。此方法使得8位或16位二进制补码的求解及有无符号数之间的转换变得轻而易举。

1.BCD码

常见的BCD码有8421码、2421码以及余3码等，一般使用8421码，它又分为压缩BCD码和非压缩BCD码。压缩BCD码是用4位二进制代码表示一位十进制，一个字节可以表示两位十进制（00～99）；而非压缩BCD码是用8位二进制代码中的低4位表示一位十进制、高4位无效，一个字节只能表示一位十进制（0～9），高4位为0时则叫标准非压缩BCD码。例如，十进制数35的压缩BCD码为35H，其标准非压缩BCD码为0305H。它们的比较示意图如图1.6所示。

图1.6 三种8421 BCD码的比较

2.ASCII码

ASCII 码使用8位二进制编码，占一个字节，最高位为0的ASCII码称为基本ASCII码。重要的8个字符的ASCII码值如表1.3所示，其他字符参看附录E。

0\'\'～9\'\'的ASCII码依次加1，\'A\'～\'Z\'的ASCII码依次加1，\'a\'～\'z\'的ASCII码也是依次加1，所以记住\'0\'、\'A\'以及\'a\'的ASCII码，也就记住了62个字符的ASCII码。0\'\'～9\'\'的ASCII码是一种特殊的非压缩BCD码。例如3\'5\'是十进制数35的非压缩BCD码即3335 H。

3.汉字内码

表1.3 重要的ASCII字符

汉字在计算机及相关设备内存储、处理以及传输所用的编码称为汉字内码。我国目前主要采用的是国标内码（GB2312），它在计算机内占用两个字节，每个字节的最高位为1，最多可表示2¹⁴=16 384个可区别代码。它与国标区位码的计算关系为：国标内码=国标码（十六进制）+8080H=国标区位码（十六进制）+A0A0H。GB2312—80中有：一级汉字3 755个、按拼音顺序排列，二级汉字3 008个、按偏旁笔画数排列，字符682个。中国香港地区、中国台湾地区以及新加坡等繁体汉字区主要采用大五码（BIG5），它在计算机内也是占用两个字节，每个字节的最高位也为1。

为了统一表示世界上各国的文字，1993年国际标准化组织公布了“通用多八位编码字符集”的国际标准ISO/IEC10646，简称UCS（Universal Code Set），其中汉字部分叫CJK（中、日、韩）统一汉字集。UCS用4字节足以表示世界上所有的文字，包括英文、中文、日文、韩文、俄文以及法文等。我国的相应标准为GB13000。

4.原码、反码和补码

原码、反码和补码均为有符号数的编码，正、负号也用二进制编码来表示，它们所代表的实际数值称为“真值或原值”。

原码是直接在真值的绝对值之前增加一个符号位，并取正数的符号为0，负数的符号为1。正数的反码、补码与原码相同，负数的反码为原码的符号位不变其他位变反而得，负数的补码为原码的符号位不变其他位变反+1而得。负数的三种编码之间的转换关系如图1.7所示。

图1.7 负数的原、反、补码之间转换关系图

补码是计算机中最基本的有符号数编码方案，最主要原因是因为采用补码后：减法可变加法如5-3=5+（-3）；加减时符号位如同数值位一样参加计算，具体例子请参看3.3.2节。

例1.11（8位二进制数的原、反和补码）

-107=-6 BH=-1101011 B=11101011 B（原）=10010100 B（反）=10010101 B（补）=EBH（原）=94 H（反）=95 H（补）

107=6BH（原）=6BH（反）=6BH（补）

5.二进制数据的表示范围

二进制数据的表示范围要分有符号数还是无符号数。无符号数的所有二进制位（bit）均作为数值位；有符号数的最高位代表符号位，1代表负、0代表正，其余位才是数值位。n位二进制无符号数的表示范围为0～（2ⁿ-1）。n位二进制有符号数的表示范围还取决于编码方案，补码为-2^n-1～+（2^n-1-1）；原码、反码的表示范围为-（2^n-1-1）～+（2^n-1-1）。计算机中内外存容量以字节（B，Byte）为单位，一个字节由8个二进制位构成（即1 B=8 b）。8位二进制数（1字节）的无符号数表示范围为0～255，有符号补码表示范围为-128～+127；16位二进制（2字节）的无符号数表示范围为0～65 535，有符号补码表示范围为-32 768～+32 767。

6.真值与补码（无符号数）之间的直接转换

图1.8 负数的真值与补码之间转换关系图

正数的真值与补码（无符号数）完全相同，负数的真值与补码（无符号数）之间的直接转换方法如图1.8所示（0在用n位二进制补码表示时也代表2ⁿ，即0=2ⁿ）。

例1.12 8位二进制时：

20=14H（补）=20（无）

-5=0-5=00H-05H=FBH（补）=251（无）=256-5=2⁸-5

-120=0-120=00H-78H=88H（补）=136（无）=256-120=2⁸-120

F8H（补）=248（无）=-（00H-F8H）=-08H=-（256-248）=-8（有）

5CH（补）=92（无）=92（有）

16位二进制时：

20=0014H（补）=20（无）

-5=0-5=0 000H-0 005H=FFFBH（补）=65 531（无）=65536-5=2¹⁶-5

-120=0-120=0 000H-78H=FF88H（补）=65 416（无）=65536-120=2¹⁶-120

FFC6H（补）=0 000H-（0 000H-FFC6H）=65 536-58=65 478（无）=-（0-FFC6H）=-3AH=-58（有）=-（65 536-65 478）=-58（有）

048FH=1 024+128+15=1 167（无）=1 167（有）

7.定点数和浮点数

机器数的表示是受设备限制的。计算机一般是以字为单位进行数据的处理、存储和传递的。所以运算器中的加法器、累加器以及其他一些寄存器，都选择与字长相同的位数。字长一定，则计算机所能表示数的范围也就确定了。例如，使用8位字长的计算机，它可以表示无符号整数的表示范围为0～255，补码的有符号数表示范围为-128～127。如果运算数值超出机器数所能表示的范围，机器就需要进行相应处理。这种现象称为溢出。

计算机中的数，既有整数，也有小数。如何确定小数点的位置呢?通常有两种约定：一种是规定小数点位置固定不变，这时的机器数称为定点数；另一种是小数点位置可以浮动，这样的机器数称为浮点数。

（1）定点数

对于定点数，小数点位置可以固定在符号位之后，这样的机器表示的全是定点小数。例如，假定机器字长为16位，符号位占1位，数值占有15位，于是-2^-15用机器数原码表示如图1.9所示。

其相当于十进制数为-2^-15。

小数点位置固定在数的最后，则该机器表示的全是定点整数。例如，假设机器字长为16位，符号位占有1位，数值部分占15位，图1.10表示的机器数相当于十进制数为+32 767。

图1.9 定点小数示意图

图1.10 定点整数示意图

定点表示法表示的数值范围及精度有限，为了扩大定点数的表示范围或提高精度，可以采用多个字节来表示一个定点数，例如，采用4字节或8字节来表示。

（2）浮点数

浮点数表示法就是小数点在数中的位置是浮动的。由于定点数表示的数的范围较窄，不能满足实际问题的需要，因此要采用浮点表示法。在同样字长情况下，浮点表示法能表示数的范围扩大了。

浮点表示法包括两部分：一部分是阶码，另一部分是尾数。浮点数在机器中的表示方法如图1.11所示。

图1.11 浮点数示意图

由尾数部分隐含的小数点位置可知，尾数的绝对值总是小于1的数，它给出该浮点数的有效数字，为了有更多位有效数字，一般用规范化小数表示，即尾数的绝对值大于等于0.5、小于1。尾数部分的数符确定该浮点数的正负。阶码总是整数，它确定小数点浮动的位数。若阶符为正，尾数的小数点向右移动；若阶符为负，则向左移动。即浮点数的值为：尾数×2^阶码。

当浮点数的尾数为零或者阶码为最小值时，机器通常规定，把该数看做0，称为“机器零”。在浮点数的表示和运算中，当一个数的阶码大于机器所能表示的最大阶码时，产生“上溢”，当一个数的阶码小于机器所能表示的最小阶码时，产生“下溢”。

浮点数的取值范围如图1.12所示。

图1.12 浮点数表示范围示意图

例1.13 设阶码用8位补码表示，尾数部分用16位补码表示，则-128.0625=-（2⁷+2^-4）=-（2^-1+2^-12）×2⁸=-0.100 000 000 001 000B×2⁸的尾数部分为-0.100 000 000 001 000B，补码为1 011 111 111 111 000B；阶码部分为8，即00 001 000B，对应的十六进制数为08BFF8H。

习题

1.进制转换

129=________H=________B=________Q

298=________H=________B=________Q

1000=________H=________B=________Q

5DH=________B=________Q=________D

3E8H=________B=________Q=________D

357Q=________B=________H=________D

2.进制计算

101101B+1101001B=________B

3FC9H-0FE6H=________H

一个字节的NOT8=________H=________（有符号数）

两个字节的NOT8=________H=________（有符号数）

5 AND6=________D

5 OR6=________D

3.数据表示范围

一个字节的无符号数表示范围为________，有符号数补码表示范围为________。

两个字节的无符号数表示范围为________，有符号数补码表示范围为________。

N位二进制数的无符号数表示范围为________，有符号数补码表示范围为________。

4.35H代表的ASCII字符为________，代表十六进制数时等价的十进制值为________，代表压缩8421 BCD码等价的十进制值为________，代表非压缩8421 BCD码等价的十进制值为________。

5.FFH代表无符号数时等价的十进制值为________，代表补码有符号数时等价的十进制值为________，代表反码有符号数时等价的十进制值为________，代表原码有符号数时等价的十进制值为________。

6.-20的8位二进制补码为________，原码为________，反码为________。

158的16位二进制补码为________，原码为________，反码为________。

7.英文字符一般在计算机内占用 个字节________，每个字节的最高位一定为________。全角英文字符在计算机内占用 个字节________，一个汉字在计算机内占用 个字节________，每个字节最高位为________。

8.设阶码用8位补码表示，尾数部分用16位补码表示，则-（1/32+1/128+1/512）的尾数部分及阶码分别为多少?

第2章 微机硬件基础

本章重点介绍学习汇编指令及编程前必须掌握的硬件知识。计算机硬件功能模块如图2.1所示，从图中可看出CPU可直接访问CPU、内存和接口，CPU在执行指令过程中就需要CPU去访问CPU中的寄存器、内存的存储单元和接口中的端口，所以本章主要介绍8086/88 CPU内部结构及寄存器、内在单元地址组织及存放次序、接口及端口等方面的硬件知识。

图2.1 计算机硬件结构图

2.1 8086/88 CPU的编程结构

8086/88 CPU的内部结构是理解微机工作原理的重要部分，其寄存器构成及作用是编写汇编程序所必须掌握的。本节内容的掌握对后续章节的学习很重要。

1.8086/88 CPU的内部结构

在8086/88之前，微处理器执行指令的过程是串行的，即取出指令而后分析执行，再取下一条指令分析执行。为了使取指和分析、执行指令可并行处理、提高CPU的执行效率，8086/88 CPU由两大模块——总线接口单元BIU（Bus Interface Unit）和执行单元EU（Execution Unit）组成，如图2.2所示。学会从所需功能推导出组成部件。

图2.2 8086/88 CPU的两大模块

图中英文缩写说明如下。IP：指令指针（Instruction Pointer），SR：段寄存器（Segment Register），ID：指令译码器（Instruction Decoder），ALU：算术逻辑运算单元（Arithmetic Logic Unit），UR：通用寄存器（Universal Register），FR：标志寄存器（Flag Register），PSW：程序状态字（Program Status Word）。

8086/88 CPU的内部结构如图2.3所示。8086/88之间的内部结构区别主要有一点：8086指令列队有6字节，而8088指令列队只有4字节。

图2.3 8086/88 CPU的内部结构图

可以结合ADD AX，BX（将AX+BX的值送AX）指令的取指及执行过程理解图2.3，也可在图2.3的基础上更好地理解指令的取指及执行过程。授课时应该边讲解边画图，在画图的同时讲解指令的取指及执行过程，并且在图上写上相应序号。

（1）取指：①由CS：IP形成取指的物理地址；②CPU将此地址送地址总线AB；③译码选中内存单元；④CPU发出取指信号；⑤内存中指令送至数据总线DB；⑥CPU将读入的指令存入指令队列；⑦IP=IP+1，移向下一条指令。

（2）执行指令：①指令队列中的指令送指令译码器译码；② 译码后执行单元发出相关命令信号完成指令的执行，即将AX送ALU的一端、BX送ALU的另一端，并完成相加，结果送AX，而且根据结果填充标志位。

2.8086/88 CPU内部的寄存器

汇编程序设计的要点之一是熟悉CPU的寄存器及它们的作用，本节仅对它们进行简单介绍，具体使用请参看3.3节。8086/88 CPU中共有14个16位寄存器（R），其分类如图2.4所示。这14个寄存器均为16位二进制的寄存器，其中4个通用数据寄存器AX、BX、CX和DX可分为8个8位寄存器AH、BH、CH、DH和AL、BL、CL和DL使用。通用寄存器主要用于存放一般数据。

图2.4 8086/88内部寄存器

AX（Accumulator）（AH、AL）累加器，它是汇编编程中最常用的一个寄存器，主要用于乘除运算、BCD运算、换码、I/O操作、串操作和中断调用等。

BX（Base）（BH、BL）基址寄存器，主要用于存放地址和基址（默认相对于DS段）等。

CX（Counter）（CH、CL）计数器，主要用于循环计数、串操作计数和移位计数（CL）等。

DX（Data）（DH、DL）数据寄存器，主要用于16位乘除、间接I/O和中断调用等。

BP（Base Pointer）基址指针，主要用于存放地址和基址（默认相对于SS段）等。

SP（Stack Pointer）堆栈指针（栈顶指针），主要用于存放栈顶地址。

SI（Source Index）源变址寄存器，用于存放地址、变址和串操作源变址。

DI（Destination Index）目的变址寄存器，用于存放地址、变址和串操作目的变址。

CS（Code Segment）代码段寄存器（代码段），用于存放正在或正待执行的程序段的起始地址的高16位二进制数据，即程序段的段地址。

DS（Data Segment）数据段寄存器（数据段），用于存放正在或正待处理的一般数据段的起始地址的高16位二进制数据，即一般数据段的段地址。

ES（Extra Segment）附加数据段寄存器（附加段），用于存放正在或正待处理的附加数据段的起始地址的高16位二进制数据，即附加数据段的段地址。

SS（Stack Segment）堆栈数据段寄存器（堆栈段），用于存放正在或正待处理的堆栈数据段的起始地址的高16位二进制数据，即堆栈数据段的段地址。

IP（Instruction Pointer）指令指针，它的内容始终是下一条待执行指令的起始偏移地址，与CS一起形成下一条待执行指令的起始物理地址。CS：IP的作用是控制程序的执行流程。IP一般会自动加1（逻辑加1、实际随指令长度变化）移向下一条指令实现顺序执行；若通过转移类指令修改CS或IP的值，则可实现程序的转移执行。

PSW（Program Status Word）程序状态字，它有3个控制标志（IF、DF、TF）和6个状态标志（SF、PF、ZF、OF、CF、AF）。控制标志是用于控制CPU某方面操作的标志，状态标志是部分指令执行结果的标志（下面介绍的是状态标志的通用填充方法，特定指令特定的填充方法将在指令系统中介绍）。

IF（Interrupt enable Flag）中断允许标志，用于控制CPU能否响应可屏蔽中断请求，IF=1能够响应，IF=0不能响应。

DF（Direction Flag）方向标志，用于指示串操作时源串的源变址和目的串的目的变址的变化方向，DF=1向减的方向变化，DF=0向加的方向变化。

TF（Trap Flag）陷阱标志（单步中断标志），TF=1程序执行当前指令后暂停，TF=0程序执行当前指令后不会暂停。

SF（

....