微机课件hsf第1章微型基础

微机原理及应用,第一章 微机基础,§1.1 微机概述 1.1.1 微机发展概况,1.计算机的发展,依据计算机的主要电子元器件，计算机的发展经历了四代： 第一代：电子管计算机时代 第二代：晶体管计算机时代 第三代：集成电路计算机时代 第四代：大规模集成电路计算机时代 趋势：非“冯.诺依曼”计算机时代（第五代） 生物计算机时代（第六代）,2.微型计算机的发展,微型计算机的诞生：20世纪70年代,是第4代计算机的典型代表 微型计算机特点：体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、价格便宜、使用方便、软件丰富 微型计算机发展、更新换代依据的核心，即微型计算机的核心：微处理器（CPU）。 根据微处理器的发展，从微处理器字长的角度，把微型计算机的发展划分为五代。 字长：计算机的运算部件可直接处理的二进制数的位数。,第一代：4位机发展和8位机萌芽阶段 1971年1973年 代表产品：Intel4004、8008 字长：48位 特点：指令系统比较简单，运算功能较差，价格低廉 应用：面向家电、计算器和二次仪表,第二代：8位机发展阶段 1973年1977年 代表产品：Intel8080/8085、Zilog Z80 Motorola 6800（三大系列） 字长:8位 特点：指令系统比较完善，运算速度提高一个数量级，寻址能力有所增强 应用：面向家电、智能仪表、工业控制,第三代：16位机发展阶段 1978年1985年 代表产品： Intel8086/8088（IBM-PC/XT）、80186、80286（IBM-PC/AT）， Zilog Z8000、Motorola 68000 字长：16位 特点：指令系统丰富（CISC），采用多级中断，多种寻址方式，段式存储结构，配有功能强大的系统软件等。 应用：工业控制,第四代：32位机发展阶段 1985年1992年 代表产品：Intel 80386、80486 字长：32位 特点：高速缓存，流水线技术，RISC技术，倍频技术、多媒体及通信能力等。 应用：办公自动化、网络环境。,intel第一代32位cpu80386,第五代：64位机产生及发展阶段 1992年 代表产品：Intel Pentium（前期32位，后期64位）、Itanium 字长：64位 特点：外部数据线64位字长，32位以上地址总线，多级高速缓存技术。 应用：办公自动化、工作站、网络服务器,Pentium，传说中的586,Pentium pro,Pentium MMX,celeron，引发超频热潮,Pentium_423,Pentium_478,Pentium,Pentium,酷睿i7,酷睿二代,1.1.2 微型计算机的应用,过程控制 信息处理 计算机辅助技术 科学计算（数值计算） 人工智能 计算机仿真,1.2 计算机中数的表示和编码 1.2.1 计算机中的进位计数制 1.常用进位计数制,(1)二进制(B、b),(2)八进制(O、q),(3)十六进制(H、h),进位原则：逢二进一 数码：0，1,进位原则：逢八进一 数码：0，1，2，3，4，5，6，7,进位原则：逢十六进一 数码：0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F,计算机中各种常用数制与十进制的表示,2.进位计数制的表示方法,任意一个K进制数S表示为:,其中： Si - S的第i位数码，可以是K个符号中任何一个； n,m 整数和小数的位数； K - 基数； Ki - K进制数的权;,3.进位计数制之间的转换 (1)任意进制数转换为十进制 按权展开法：相应的数字和权乘积，再按十进制求和。,例如： (101.11)2=1×22+0×21+1×20+1×21+1×22,(2)十进制数转换为任意进制数 对十进制整数的转换：除R取余法 对十进制小数的转换：乘R取整法,二进制转换成八进制、十六进制数时，每三位、四位为一组，不足时必须用0补足，特别是小数部分； 同理，八进制、十六进制数转换成二进制数时，每一位必须转换成三位、四位二进制数，除了整数的最高位、小数最低位外，其余的0都不可省略。,（3）二进制数与八进制、十六进制数的相互转换,实质上是以二进制编码的十进制数。,8421BCD码表,1.2.2 计算机中常用的编码 1.BCD码,(67.9)10=(01100111.1001)BCD (10010110.0110)BCD=(96.6)10,ASCII字符编码即美国标准信息交换代码(American Standard Code for Information Interchance)， 用7位二进制代码来对字符进行编码。 7位ASCII码能表示27=128种不同的字符，其中包括数码(09)，英文大、小写字母，标点符号及控制字符等。,2.ASCII码,美国标准信息交换码ASCII(7位代码),3、汉字的编码,其中包括：, 一般符号202个：包括间隔符、标点、运算符，单位符号和制表符等。 序号60个：包括1.20.、（1）（20）、和（）（+）等。 数字22个：09和IXII。 英文字母52个：大、小写各26个。 日文假名169个：其中平假名83个，片假名86个。, 希腊字母48个：其中大、小写各24个。 俄文字母66个：其中大、小写各33个。 汉语拼音符号26个。 汉语注音字母37个。 汉字6763个：这些汉字分两级，第一级汉字3755个，第二级汉字3008个。 国标码用两个7位的字节表示，例如： “常” 的国标码 0110011 0100011(33H23H),汉字机内码 每个汉字机内码是唯一的，常用汉字字库物理位置表示。两个字节表示的国标码最高位D7置为 “1”，与ASCII区别 例：“常” 国标码 0110011 0100011(33H23H) 机内码 10110011 10100011(B3H A3H),真值：一个数的原值称真值。,机器数：一个数与符号的数码化表示。 用0代表正数，用1代表负数。 机器数通常有三种表示法：原码、补码和反码。,1.2.3 带符号数的表示,1.机器数与真值,例：,2.原码,在原码表示中，最高位表示数的符号，其余各位表示数值。符号位规定0表示正号，1表示负号。,原码对于0的表示不惟一。设存储长度为8位， 则0原00000000；0原10000000。,3.反码 对于正数，反码的表示与原码的表示相同。 对于负数，符号位为1，其余由原码的数值部分按位取反。 对于0，两种表示方法，0反00000000；0反11111111。 设存储位数为8位， X103，则X原01100111； X反01100111； Y103,则Y原11100111； Y反10011000。,4. 补码 对于正数，补码的表示与原码的表示相同。 对于负数，补码可由其反码的最低位加1获得。 对于0，补码的表示是惟一的，0补00000000，0补00000000。,设存储位数为8位， X123， 则X原01111011； X补01111011； Y123，则Y原11111011； Y反10000100； Y补10000101。 补码表示中，不但0的表示是惟一的，而且在进行数学运算时，不需要事先进行符号位判断，而是让符号位与数值一起参与运算。因此，补码是计算机中最为实用的数的表示方法。,数的表示范围:,（1)8位二进制补码表示的数值范围为： +127128 其中，128补10000000， 127补01111111； (2)由补码求真值： 当最高位为1，即为负数时，其绝对值所对应的二进制数应为各数值位按位取反后再在最低位上加1之和。例如： x补=10010101，x=-（01101011）2=-107,例 ：求61-59的值,（61）+（-59）=(61)补+（-59）补 =0011 1101+ 1100 0101 =1 00000010=2,解：,在补码运算中，可以把有符号数的减法运算转换为加法运算。,补码的减法运算:,溢出：,此例中，计算产生了错误的结果，发生了溢出。,5.移码,符号位为1时为表示正数，为0时表示负数，其他位与补码相同。,1.2.4 数的定点与浮点表示,一般书写中，可以使用符号“.”表示小数点，但在计算机中，所有信息都必须使用二进制数表示，因此，为了确定小数点的位置，在计算机中采取的表示方法有：定点表示法和浮点表示法。,(1) 定点表示法,所谓定点表示法，即约定计算机中所有数的小数点位置是固定不变的。对于定点表示法，一般采用两种简单的约定：,(2) 浮点表示法,浮点表示法中，小数点的位置是不固定的、浮动的。,两种浮点格式：单精度浮点数和双精度浮点数。,1.3.1 计算机的基本组成和工作原理,1.计算机的基本组成,1.3 微机的一般概念,2.计算机的工作原理 存储程序：把已编制好的程序和数据先送入存储器中保存起来。 程序控制：,1.3.2 名词术语,1.微处理器,微处理器(Microprocessor)，是由一片或几片大规模集成电路组成的具有运算器和控制器的中央处理机部件，即CPU(Certal Processing Unit)。,2.微机 微型计算机由微处理器CPU、存储器、输入/输出接口电路组成。各功能部件之间通过总线有机地连接在一起。,按结构分类:单片机，单板机，多板机。,是一种用于控制的微处理器芯片，其组成实际是由微型计算机的CPU、部分存储器和输入/输出接口等部件集成在一块芯片上。换句话说，一个单片机几乎就是一个专用的计算机，只要配上少量的外部电路和设备就可以构成具体的应用系统。,单片微型机(单片机)：,常用于家用电器、智能化仪表、工业测量。,单板微型机(单板机)：,把微处器芯片、存储器芯片、I/O接口芯片和小键盘、数码显示器等必要的输入/输出设备装配在一块印刷电路板上就构成了单板微型计算机系统。,常用于过程控制。,3.微机系统,5.微机开发系统,4.微机多机系统,7.多媒体,6.计算机网络系统,1.3.3 微机结构,1.总线 功能：是计算机系统中各功能部件间传送信息的公共通道。 分类：数据总线(DB)、控制总线(CB) 、地址总线(AB)。,（1）地址总线(Address Bus)：,传送地址信息。CPU在AB总线上输出将要访问的内存单元或I/O端口地址、该总线为单向，地址总线的位数决定了CPU可以直接寻址的内存单元范围。,（2）数据总线(Data Bus)：,传送数据信息的总线。在CPU进行读操作时，内存或外设的数据通过DB总线送往CPU；在CPU进行写操作时，CPU数据通过DB总线送往内存或外设，所以该总线为双向总线。,控制总线(Control Bus)：,传送控制信息的总线。其中，有些信号线将CPU的控制信号和状态信号送往外设，外设请求或联络信号送往CPU，个别信号线兼有以上两种情况。所以在讨论控制总线的传送方向时要具体到某一个信号，它们可能是输出、输入或者双向的。,2.微处理器（CPU或MPU）,一般由寄存器阵列（RS）、ALU、控制器、内部总线及缓冲器组成。,（1）程序计数器PC(Program Counter) 程序计数器PC用来存放将要执行的指令的地址。,（2）算术逻辑单元ALU 用来进行算术或逻辑运算等操作。参加运算的两个操作数一个来自累加器A，另一个来自内部数据总线，可以是数据缓冲寄存器DR中的内容，也可以是寄存器阵列RS中某个寄存器的内容。计算结果送回累加器A暂存，同时影响标志寄存器F。,（3） 控制器 它负责把指令逐条从存储器中取出，经译码分析后向全机发出取数、执行、存数等控制命令，以保证正确完成程序所要求的功能。,1) 指令寄存器IR：用来存放从存储器取出的将要执行的指令码。当执行一条指令时，先把它从内存取到数据缓冲寄存器DR中，然后再