《微机原理绪论和第一章.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《微机原理绪论和第一章.ppt（40页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、课程名称：微型计算机原理与应用Principle & Application of Microcomputer教材：微型计算机原理及应用郑学坚 周斌编著 清华大学出版社授课：王志强计算机学院,绪论,1、电子计算机发展简史（1）1946-1958第一代:电子管计算机。磁鼓存储器，机器语言、汇编语言编程。世界上第一台电子数字计算机ENIAC（Electronic Numerical Integrator And calculator），1946年由美国宾夕法尼亚大学研制，字长12位，运算速度5000次/秒，使用18800个电子管、1500个继电器，功耗150kw/h，占地170m2，重达3
2、0吨，造价100万美元。见下页图。 （2）1958-1964第二代:晶体管计算机。磁芯作主存储器, 磁盘作外存储器，开始使用高级语言编程。（3）1964-1971第三代：集成电路计算机。使用半导体存储器，出现多终端计算机和计算机网络。（4）1971- 第四代：大规模集成电路计算机。出现微型计算机、单片微型计算机，外部设备多样化。（5）1981- 第五代：人工智能计算机。模拟人的智能和交流方式。,2、计算机发展趋势微型化 便携式、低功耗高性能 尖端科技领域的信息处理，需要超大容量、高速度智能化 模拟人类大脑思维和交流方式，多种处理能力系列化、标准化 便于各种计算机硬、软件兼容和升级网络化 网络计
3、算机和信息高速公路多机系统 大型设备、生产流水线集中管理(独立控制、 故障分散、资源共享),绪论,微型计算机系统,硬件,微型计算机（主机）,微处理器 (CPU),软件,外围设备,运算器控制器,存储器 (内存),RAMROM,外部设备,辅助设备,输入设备(键盘、扫描仪、语音识别仪) 输出设备(显示器、打印机、绘图仪、) 辅助存储器(磁带、磁盘、光盘),总线 (AB、DB、CB),系统软件(操作系统，编辑、编译程序，故障诊断,监控程序)应用软件(科学计算，工业控制，数据处理)程序设计语言(机器语言、汇编语言、高级语言),电源电路时钟电路,绪论,3、微型计算机系统的组成与结构,微处理器、微型计算机、
4、微型计算机系统之间的联系与区别：,单片机简介：单片机即单片微型计算机，是将计算机主机(CPU、内存和I/O接口)集成在一小块硅片上的微型机。单片机为工业测控而设计，又称微控制器。具有三高优势(集成度高、可靠性高、性价比高)。主要应用于工业检测与控制、计算机外设、智能仪器仪表、通讯设备、家用电器等。 特别适合于嵌入式微型机应用系统,8位：MCS51系列单片机、AVR系列单片机 16位：MSP430系列单片机 32位：ARM系列芯片（嵌入式系统）用途：主要应用于工业测控仪器、手机、智能家电、智能机器人、电机电器等方面。特点：一般具有CPU、内存（RAM）、Flash存储器（相当于硬盘）、A/D转换
5、器、D/A转换器、定时器等，可外接液晶或LED显示器以及键盘等外设。 程序一般采用汇编语言、C语言等直接编程或加载UcLinux、WinCE等嵌入式操作系统小知识：IPHONE为采用ARM处理器，目前ARM主频最高达到1GHz。相对照：386: 8MHZ、486: 33MHZ-66MHZ 、586: 133MHZ 。,MCS51系列单片机,超低功耗MSP430单片机,ARM和利用ARM+Linux开发的产品,单板机,将CPU、内存、I/O接口及其它辅 助电路 全部装在一块印刷电路板上，组成单板机。当单片机片上资源不够时，也可以扩展为单扳机。 特点：结构简单、价廉 应用：过程控制、数据处理,BT
6、X主板,北桥和南桥,微型计算机 按用途分类：PC（个人电脑）、笔记本电脑、服务器、工控机1）PC机（个人电脑）：主要有IBM PC兼容机和Apple微机两类。绝大多数是IBM兼容机，两者的主要区别是：IBM兼容机一般采用Windows操作系统，苹果机采用自行开发的Mac操作系统。2）笔记本电脑：便携式个人PC，注重系统体积的减小和功耗的降低，具有较高的抗震性能。3）服务器：与PC相似，一般用于网络服务的高性能计算机。具有比常用PC更高的速度更大的内存以及容量更大的硬盘。操作系统一般为Windows NT或 unix。4）工控机：（Industrial Personal ComputerIPC）
7、是一种加固的增强型个人计算机，它可以作为一个工业控制器在工业环境中可靠运行。其特点是：采用特殊机箱，具有较高的抗电磁干扰能力，插件经过特殊设计具有很高的抗震能力，并配有工业电源。,工控机,绪论,4、计算机主要技术指标字长：CPU并行处理二进制的数据位数 如：8位机、16位机、32位机和64位机。内存容量：内存中能够存储的二进制信息的数量，位/字节/字。 容量单位：1K=210=1024，1M=220=1KK, 1G=230=1KM ，1T=240=1KG。运算速度：CPU处理速度 相关参数：时钟频率、主频、每秒运算次数 如：100MHz、3.2GHz。内存存取周期：内存读写速度 如：50nS
8、、70nS 、200nS 。,绪论,5、计算机主要应用领域计算机应用通常分成如下各个领域科学计算，数据处理，实时控制，计算机辅助设计，人工智能，由于微型计算机具有如下特点体积小、价格低，工作可靠、使用方便、通用性强所以，微型计算机可以分为两个主要应用方向：用于数值计算、数据处理及信息管理方向通用微机，例如：PC微机功能越强越好、使用越方便越好用于过程控制及智能化仪器仪表方向专用微机，例如：单片机、工控机可靠性高、实时性强程序相对简单、处理数据量小,6、本门课程的研究内容及其地位与作用研究内容：微机系统的基本组成与结构、工作原理及应用方法与技术。本门课程在计算机知识结构中的地位与作用：,绪论,第
9、1章 计算机基础知识,1.1 数制1.1.1数制的基本概念数制是人们利用符号来记数的科学方法，计算机科学中经常使用的数制有十进制、二进制、八进制和十六进制。（1）十进制(decimal system):有十个数码09、逢十进一。 十进制是人们最熟悉的计数体制。（2）二进制(binary system):两个数码:0、1, 逢二进一。 二进制为计算机中的数据表示形式。（3）八进制(octave system)有八个数码07、逢八进一。（4）十六进制(hexadecimal system)十六个数码:09, AF, 逢十六进一。 八进制和十六进制能够简化二进制数的表示。不同进位制数以下标或后缀区别
10、,十进制数可不带下标。如:101、101D、101B、101O、101H,十进制数据表达式例 1234.5=1103 +2102 +3101 +4100 +510-1 加权展开式以10为基数，各位系数为09。一般表达式：ND= dn-110n-1+dn-210n-2 +d0100 +d-110-1+二进制数据表达式例 1101.101=123+122+021+120+12-1+12-3 加权展开式以2为基数，各位系数为0、1。一般表达式： NB = bn-12n-1 + bn-22n-2 +b020 +b-12-1+,第1章 计算机基础知识,十六进制数据表达式例：DFC.8=13162 +15
11、161 +12160 +816-1 展开式以16为基数，各位系数为09，AF。一般表达式：NH= hn-116n-1+ hn-216n-2+ h0160+ h-116-1+进位计数制的一般表达式：an-1an-2a1a0a-1a-m= an-1rn-1+an-2rn-2+a1r1a0r0a-1r-1a-mr-m其中r称为数制的基，rn-1、rn-2、r1、r0、r-1、r-m称为各位的权，an-1、an-2、a1、a0、a-1、a-m称为各位的系数。,第1章 计算机基础知识,第1章 计算机基础知识,1.1.2数制之间的转换（1）二、十六进制数转换成十进制数 各位的系数乘以各位的权，然后全部加起
12、来。举例：1011.1010B=123+121+120+12-1+12-3=11.625DFC.8H =13162+15161+12160+816-1 = 3580.5（2）二进制与十六进制数之间的转换 24=16 ，四位二进制数对应一位十六进制数。举例：3AF.2H = 0011 1010 1111.0010 = 1110101111.001B 3 A F 21111101.11B = 0111 1101.1100 = 7D.CH 7 D C,第1章 计算机基础知识,1.1.2数制之间的转换（3）十进制数转换成二、十六进制数整数、小数分别转换 1.整数转换法“除基取余”：十进制整数不断除以转
13、换进制基数，直至商为0。每除一次取一个余数，从低位排向高位。,例题1：39转换成二进制数39 =100111B2 39 1 （ b0） 2 19 1 （ b1） 2 9 1 （ b2） 2 4 0 （ b3） 2 2 0 （ b4） 2 1 1 （ b5） 0,例题2：208转换成十六进制数 208 = D0H16 208 余 016 13 余 13 = DH 0,2.小数转换法“乘基取整”：用转换进制的基数乘以小数部分，直至小数为0或达到转换精度要求的位数。每乘一次取一次整数，从最高位排到最低位。例1：0.625转换成二进制数 0.625 2 1.25 1 (b-1) 0.25 2 0.50
14、 0 (b-2) 0.50 2 1.00 1 (b-3) 所以0.625 = 0.101B,第1章 计算机基础知识,第1章 计算机基础知识,1.2 逻辑电路逻辑电路是实现输入信号与输出信号之间逻辑关系的电路，计算机对于信息数据的处理都是由逻辑电路实现的，因此逻辑电路是计算机的硬件基础。常用的基本逻辑门电路有：与门、或门、非门、与非门、或非门、异或门、同或门、缓冲器等，这些基本门电路是构成逻辑电路的基本成分，利用它们可以搭建多种多样的复杂的逻辑电路。各个基本逻辑门电路符号及表达式见课本P4-5，下面给出的是另外一种表示方法。,第1章 计算机基础知识,1.3 布尔代数布尔代数又称为开关代数或逻辑代
15、数，是在1847年由英国数学家乔治.布尔(George Boole)首先创立的，布尔代数研究逻辑变量之间的相互关系和变化规律，它是分析和设计数字逻辑电路的理论基础和基本工具。布尔代数的特点：(1)变量只有两种可能的取值：0或1。(2)只有3种基本的逻辑运算：“与”、“或”、“非”。1.3.1 基本逻辑运算最基本的逻辑操作：“与”（逻辑乘，符号AB或AB或AB）、“或”（逻辑加，符号A+B）、“非”（逻辑非或逻辑反，符号A，或A）。与操作的定义：A=1且B=1 AB=1或操作的定义：A=1或B=1 A+B=1非操作的定义：若A=1则A=0，若A=0则A=1类似地可以定义多个变量的与操作和或操作。
16、多位二进制数的逻辑运算定义为各对应位分别进行相应的逻辑运算。 见P6-7例1.5-例1.7其它常用的逻辑操作：与非、或非、与或非、异或、同或等。,第1章 计算机基础知识,1.3.2 基本运算规律,A+0=A A0=0 A+A=1 AA=0A+1=1 A1=A A+A=A AA=AA+B=B+A AB=BA A=A(A+B)+C=A+(B+C) (AB) C=A(BC)A(B+C)=AB+AC A+ BC=(A+B) (A+C)A+AB=A A(A+B)= AA+AB=A+B A(A+B)=ABA B = A + B A + B = A B,补充：计算机里的各种“码”,原码反码补码二进制编码的十
17、进制码（BCD码）ASCII码LED显示码,机器数中会有正有负。符号怎么表示呢？通常数的最高位为符号位，对于字长8位机器数： D7为符号位: 0表示“+”，1表示“”。符号数码化。 D6D0为数字位。如: X=（01011011）2=+91 X=（11011011）2= - 91连同符号位在一起作为一个数称为机器数，,符号数码化，对数据进行运算时，符号位应如何处理？把符号位和数值位一起编码：原码，反码，补码。 1. 原码：最高位为符号位，其余位为数值正数符号位用“0”表示，负数符号用“1”表示，这种表示法称为原码。 X=+105 X原= 0 1101001 X=-105 X原= 1 11010
18、01 符号 绝对数值原码表示简单,真值转换方便，减法不方便。引进反码，补码。,3. 反码： 正数反码表示:与原码相同。 (最高位“0”表示正，其余位为数值位。) 负数的反码表示:为负数原码的符号位不变尾数按位取反。例： +4反 = 0 0000100-4反 = 1 1111011 +127反 = 0 1111111-127反 = 1 0000000 +0反 = 0 0000000 -0反 = 1 1111111,4. 补码 正数的补码表示：与原码相同， (最高位 用“0”表示正，其余位为数值位.) 负数的补码表示：为它的反码+1。+127原=0 1111111 +0原=0 0000000-12
19、7反=1 0000000 -0反=1 1111111-127补=1 0000001 -0补=0 0000000微机中有符号数都是采用补码表示。引进补码以后，做原码的减法与做补码的加法结果相同,总结,对于正数:反码=补码=原码。 对于负数:反码=除符号位以外的各位取反。 补码=反码+1. a-b=a+（b的补码）,二进制编码的十进制BCD码用二进制代码来表示十进制的09十个数。 要用二进制代码来表示十进制的09十个数，至少要用4位二进制数。00000 10001 20010 30011 40100 50101 60110 70111 81000 91001 例子： 321的8421码就是 3 2
20、 1 0011 0010 0001,字和各种字符的编码（ASC编码）1.无符号数表示 字和各种字符按照特定规则用二进制编码在机器中表示。编码有各种方式：目前规定在微型机中最普遍采用ASC码（American Standard Code for Information Interchange ) 美国标准信息交换码。ASC码: 采用七位二进制编码，可以表示128个字符。,bit7（最高位）作奇偶校验位，在机器中表示时，常认为“0”， 用一个字长（8位）表示一个ASC字符。常用的ASC字符：09 的ASC码30H39HAZ 的ASC码41H5AH az 的ASC码61H7AHASCII码常用于：显示设备、打印设备、通信设备。要区别于计算机内部计算用的二进制码。,LED显示码 LED数码管进行数字显示时需要的显示码表。,