微机原理与接口技术 教学课件 ppt 作者 周国运 微机原理与接口技术1

1、微机原理与接口技术 第1章 微型计算机概述,主编：周国运 机械工业出版社 2011.9,本章内容 1.1 微型计算机及其特点 1.2 微型计算机的发展 1.3 微型计算机的应用 1.4 计算机中数的表示,本章介绍微型计算机系统组成、性能、特点、软硬件结构、发展历程及其应用。 通过本章学习内容，会对微型计算机概况有一个较全面的了解，为后续内容的学习指明方向。,1.1 微型计算机及其特点,一、微型计算机系统 微型计算机系统简称为MCS（micro computer system），它以微型计算机为核心，再配备以相应的外围设备、辅助电路和电源（统称硬件）及指挥微型计算机工作的系统软件，便构成了一个完整的系统。,1.1.1 微型计算机系统简介,计算机应由运算器、控制器、存储器、输入和输出设备这五大部分组成。 存储器不但能存放数据，而且也能存放程序。数据和指令均以二进制数形式存放，计算机具有区分指令和数据的能力。 编好的程序事先存入存储器中，在指令计数器控制下，自动高速运行（执行程序）。“程序存储，程序控制” 。 微型计算机系统的组成如图1-1所示。,1.1 微型计算机及其特点,一、微型计算机系

2、统,1.1 微型计算机及其特点,一、微型计算机系统,计 算 机 系 统,硬件系统,软件系统,主机,外设,应用软件,系统软件,微处理器,内存储器,输入设备,输出设备,外存储器,控制器,运算器,ROM,RAM,Cache,操作系统,实用程序和服务性程序,数据库管理,字处理系统,各种软件包,微型计算机系统由硬件（Hardware）系统和软件（Software）系统两大部分组成。 硬件系统是指微机的物理实体，由电子部件和机电装置组成，包括主机箱内的MPU、RAM、ROM、I/O接口、系统总线及控制电路、外围硬件设备等。 具体由五大功能部件组成，即：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。其中运算器和控制器统称为微处理器（MPU）或中央处理器（Contol Processing Unit，CPU）。 微型计算机的基本结构如图1-2所示。,1.1 微型计算机及其特点,一、微型计算机系统,1.1 微型计算机及其特点,一、微型计算机系统,微,处,理,器,CPU,ROM,RAM,地址总线AB,图1-2 微型计算机基本结构,数据总线DB,控制总线CB,I/O 接 口,外 部 设 备,微型计算机（mic

3、rocomputer）以微处理器CPU为核心，配上一定容量的存储器（RAM、ROM）、输入/输出设备，然后通过总线把这三部分连接起来，便组成了一台微型计算机。 1、微处理器 微处理器简称MP（micro processor）或CPU，也称为微处理机。它把运算器和控制器这两部分功能部件集成在一个芯片上的超大规模集成电路，是具有运算和控制功能的中央处理单元。微处理器是微型计算机的核心部件。,1.1 微型计算机及其特点,二、微型计算机,2、存储器 存储器用来存放当前正在使用的或经常使用的程序、数据和运算结果。存储器按读、写方式分为随机存储器RAM（Random Access Memory）和只读存储器ROM（Read only Memory）。 RAM也称为读写存储器，工作过程中CPU可根据需要随时对其内容进行读或写操作。 ROM的内容只能读出不能写入，断电后其所存信息仍保留不变，是非易失性存储器。,1.1 微型计算机及其特点,3、输入输出设备 输入、输出设备是微型计算机连接外部及各种控制对象，并与外界进行信息交换的重要部件。输入/输出设备由多个I/O接口和外部设备组成，用于微机和外部交换信

4、息。微机上常配的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪、麦克风，输出设备有显示器、喇叭、打印机等。,1.1 微型计算机及其特点,软件系统是指为运行、管理和维护计算机系统或为实现某一功能而编写的各种程序的总和及相关资料，包括计算机运行所需要的各种程序、数据、文件、手册和有关资料，我们通常把没有安装软件的计算机称为“裸机”。软件系统可以保证计算机硬件的功能得以充分发挥，并为用户提供一个良好的工作环境。一般来说，软件系统可分为系统软件和应用软件两大类。,1.1 微型计算机及其特点,三、软件系统,系统软件是指控制和协调计算机及其外部设备，支持应用软件的开发和运行的软件。其主要的功能是进行调度、监控和维护系统等等。系统软件是用户和裸机的接口，包括： 操作系统，如DOS、WINDOWS、Linux等。 实用程序和语言处理程序，如低级语言、高级语言、编译程序、解释程序。 各种服务性程序，如机器的调试、故障检查和诊断程序、杀毒程序等。 各种数据库管理系统，如SQL Sever、Oracle、Foxpro等。,1.1 微型计算机及其特点,应用软件是用来为用户解决某种应用问题的程序及相关的文件和资料。常见应用软件主

5、要有以下几种: 用于科学计算方面的数学计算软件包、统计软件包。 文字处理软件包（如WPS、Office ）。 图像处理软件包（如Photoshop、动画处理软件3DS MAX）。 各种财务管理软件、税务管理软件、工业控制软件、辅助教育等 。,1.1 微型计算机及其特点,微型计算机性能的好坏是由它的系统结构、指令系统、硬件系统、外围设备和软件配置等因素来决定的。 一、字长 字长是指计算机内部一次可以处理的二进制位数。字长越长处理数据的精度和速度越高，但硬件的代价也增大。微型计算机字长有4位、8位、16位、32位或64位。 二、存储器容量 存储容量是衡量微型计算机中存储能力的一个指标，它包括内存容量和外存容量。内存容量分最大容量和装机容量，外存容量是指磁盘机和光盘机等容量。,1.1 微型计算机及其特点,1.1.2 微型计算机的性能,三、运算速度 微型计算机的运算速度是以每秒能执行的指令条数来表示的。微型计算机的特点是运算速度快，计算精度高，每秒钟可以处理几百万条指令，巨型机的运算速度可以达到几亿次以上。 MIPS（百万条指令每秒）统计平均法 主频决定的时钟周期法 最短指令法,1.1 微型计

6、算机及其特点,四、外设扩展能力 外设扩展能力主要指系统配接各种外设的可能性、灵活性和适应性。 五、软件配置 软件配置情况直接影响微型计算机系统的使用和性能的发挥。 六、系统的稳定性和兼容性 稳定性是指暗转系统后是否会无故的重启或死机，兼容性是指系统和其它软硬件是否冲突。,1.1 微型计算机及其特点,1.2 微型计算机的发展,自1946年第一台电子计算机问世以来，计算机的发展已经历了电子管、晶体管、中小规模集成电路、大规模和超大规模集成电路共4个阶段。 进入21世纪后，伴随着生物科学、神经网络技术、纳米技术的飞速发展，生物芯片、神经网络技术也随之进入了计算机领域-计算机的发展进入第5个发展阶段。 按体积、性能和价格来分，计算机可分为巨型机、大型机、中型机、小型机和微型机。,从1971年美国Intel公司首先研制成功世界上第一块微处理器芯片4004以来，微处理器的发展，以其字长和功能来分，已经历了五代。 一、4位微处理器 1971年：4004处理器。4004 处理器是英特尔的第一款微处理器。这一突破性的重大发明不仅成为 Busicom 计算器强劲的动力之源，更打开了让机器设备象个人电脑一样

7、可嵌入智能的未来之路。,1.2 微型计算机的发展,1.2.1 微处理器的发展,二、8位微处理器 1972年：8008 处理器。8008 处理器拥有相当于4004处理器两倍的处理能力。 1974年：8080处理器。 三、16位微处理器 1978年：8086/8088 微处理器。 1982年：80286微处理器。80286是英特尔第一款能够运行所有为其前代产品编写的软件的处理器。,1.2 微型计算机的发展,四、32位微处理器 1985年：英特尔386 微处理器。 1989年：英特尔486 DX CPU 微处理器。 1993年：英特尔奔腾处理器。 1995年：英特尔高能奔腾处理器。 1997年：英特尔奔腾II处理器。 1998年：英特尔奔腾II至强处理器。 1999年：英特尔赛扬处理器。 1999年：英特尔奔腾III处理器。 1999年：英特尔奔腾III至强处理器。 2000年：英特尔奔腾4处理器。,1.2 微型计算机的发展,五、64位微处理器 2001年：英特尔至强处理器。 2001年：英特尔安腾处理器。 2002年：英特尔安腾2处理器（Itanium2）和 Intel Pentium 4

8、超线程处理器。 2003年：英特尔奔腾M处理器。 2005年 ：Intel Pentium D处理器。 2006年：Intel Core 2 Duo处理器。,1.2 微型计算机的发展,嵌入式系统的发展，既包含有嵌入式微处理器自身的发展，又包含应用所推动的微控制器的发展。 一、嵌入式微处理器 嵌入式微处理器由通用计算机中的CPU演变而来，与通用CPU没有本质区别。嵌入式微处理器具有体积小、功耗低、抗干扰能力强、可靠性高、成本低等特点。,1.2 微型计算机的发展,1.2.2 嵌入式系统的发展,二、嵌入式微控制器 就是在一个芯片中除了嵌入式微处理器之外，还集成有程序存储器ROM、数据存储器RAM、中断控制器、定时器、I/O端口等微机基本部件，以及A/D、D/A、USB、SPI、看门狗等外部设备。 三、嵌入式数字信号处理器DSP 数字信号处理器（Digital Signal Processor）DSP，是专门用于处理数字信号，其在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计，提高了效率和执行速度。目前在数字滤波、FFT、频谱分析、数据压缩等各种仪器上DSP获得了广泛的应用。,1.2 微型计算机的发展,

9、四、嵌入式片上系统SOC 嵌入式片上系统（System on Chip）SOC，SOC就是一微控制器电路系统。SOC与微控制器相似，但比微控制器功能更多、更具有专用性，提供一些产品所需要的全部功能。 五、可编程片上系统SOPC 可编程片上系统（System on a Programmable Chip）SOPC，用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上，称作SOPC。可编程片上系统（SOPC）是一种特殊的嵌入式系统。,1.2 微型计算机的发展,1.3 微型计算机的应用,微型计算机的应用已经渗透到各行各业，大到卫星发射、石油勘察、矿产开发、天气预报、农业灌溉、生物医学； 小到手机、电子钟表、儿童玩具等，微型计算机的应用非常广泛。 包括科学计算、信息处理与事务管理、过程控制、计算机辅助设计、人工智能、仪器仪表、控制设备和智能产品等等。,一、科学计算 科学计算也称数值计算，是指用计算机来解决科学研究和工程技术中所提出的复杂的数学和数值计算问题。 二、数据处理 数据处理也称为信息处理，是人们利用计算机对所获取的信息进行采集、记录、整理、加工、存储和传输，并进行综合分析等。,1.3 微型计算机的应用,三、过程控制 过程控制是用传感器在现场采集受控对象的数据，通过比较器求出与设定数据的偏差，由计算机按控制模型进行计算，产生相应的控制信号，驱动伺服装置对受控对象进行控制和调整。过程控制是微型计算机在工业应用中非常重要的领域。 四、计算机辅助系统 计算机辅助系统是采用计算机进行各种辅助功能的系统。例如计算机辅助设计和辅助制造（CAD/CAM）。,1.3 微型计算机的应用,五、人工智能 人工智能是用计算机执行某些与人的智能活动有关的复杂功能，模拟人类的某些智力活动，推理和学习的过程。 六、仪器、仪表与控制设备 在我们生产生活中，会发现各种仪器、仪表的广泛使用，以及工厂中的控制设备等。 七、智能产品 智能电器，如智能冰箱，智能空调，智能电饭锅等等，这些家用电器已经走进我们的家庭，如智能手机，PDA。,1.3 微型计算机的应用,1.4.1 计算机中常用的数制及其转换,人们常用的是十进制数，计算机中通常采用二进制数，为了书写和阅读方便，引入了十六进制数。用不同的后缀区分数制： 后缀有B表示二进制数 如：11

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