微型计算机概述.ppt

第一章 微型计算机概述 1.1 微机发展概述 n1946年，世界上出现了第一台由电子管构成的， 能够按照人们事先的安排，快速完成所要求计算 任务的ENIAC电子计算机以来，计算机及其相关 技术经历了一个快速发展的过程。 n一般来说，电子计算机发展历程的各个阶段，是 以所采用的电子器件的不同来划分的，即电子管 、晶体管、中小规模集成电路和大规模及超大规 模集成电路计算机。 n微机系统及相关技术的发展，主要涉及到以下几 个方面：CPU、主频、缓存、新技术（如指令集 、插槽技术、3D 技术等）。 一、 微机的发展 n第一代(19711973) 4位和低档8位微处理器 时代 n第二代(19741977) 8位微处理器时代 n第三代(19781984) 16位微处理器时代 n第四代(19851999) 32位微处理器时代 n第五代(2000年至今)，64位高档微处理器时代 嵌入式系统 是“控制、监视或者辅助装置、机器和设备运 行的装置”。以应用为中心、以计算机技术为 基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能 、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用 计算机系统。分类有： 嵌入式微处理器EMPU 嵌入式微控制器MCU 嵌入式DSP处理器EDSP 嵌入式片上系统SOC 二、微型计算机的应用 n科学计算与数据处理 n生产与试验过程控制 n自动化仪器仪表与装置 n信息管理与办公自动化 n计算机辅助设计 n计算机仿真 n人工智能 n文化教育娱乐和日用家电 1.2 微机系统的基本知识 一、计算机计数制 n日常生活中广泛使用的数为十进制数，这是一 种逢十进一的计数方法。 n二进制数，它只包括0和1两个数码，很容易用 电子元件的两种不同的状态来表示，例如，用 高电平表示1，用低电平表示0。所以，计算机 中通常采用二进制数。 n十六进制数，为了书写和阅读方便，经常采用 十六进制数作为二进制的缩写形式 二、不同进制数之间的转换 1二进制转换为十进制 基本方法：将二进制数按权展开式，利用十进制 数的运算法则求和，即可得到等值的十进制数 2十进制到二进制的转换 十进制整数转换为二进制整数（除2取余） 十进制小数转换为二进制小数（乘2取整） 3二进制、十六进制之间的相互转换 三、计算机中数的表示及运算 原码、反码和补码 n原码：在符号位中用0表示正、用1表示负的二进 制数，称为原码。例如， x1=1110111B， x1原=01110111B x2=1110111B， x2原=11110111B 数0可是0或0。因此，0在原码中形式： 0 原=0000 0000B， 0原=1000 0000B n反码：正数的反码=原码；负数的反码=原码的符 号位不变而数值按位取反。所谓按位取反，即将 各位的1变成0，0变成1。 n补码：正数的补码=原码；负数的补码=反码1 。 四、数的运算 n加减运算用补码的加法完成 X+Y补=X补+Y补 X-Y补=X补+-Y补 X补补=X n乘法是补码做移位+加法 n除法是补码做移位+减法 五、数的小数点表示方法 定点表示法：表示小数点的位置是固定不变的。分 为纯整数和纯小数两类。 浮点表示法：浮点表示法中小数点的位置是不固定 的。一个浮点数分为阶码和尾数两部分，二者各 有表示正负的阶符和数符 如：整形2:-32,768 到 32,767 单精度4:1.401298E-45 到 3.4028235E+38 双精度8,4.94065645841246544E-324 到 1.79769313486231570E+308 数的小数点表示方法 六、计算机常用编码 n1二 十进制编码 n是一种用二进制编码的十进制数，称BCD码。BCD码 用标准的8421的纯二进制码的十六个状态中的十个， 用BCD码表示十进制数，只要将每位十进制数用适当 的四位二进制码代替即可。 n2字母和符号的编码 n微机普遍采用的是ASCII码。ASCII码是一种八位代 码，最高位一般用于奇偶校验，其余七位二进制码对 128个字符进行编码。 n3汉字码（16） 内码：两位127的码组成（区位 码） 七、计算机常用逻辑运算 n逻辑关系：与、或、非、异或 n逻辑描述： + 1.3微机系统的组成、结构与工作过程 一、 微型计算机的硬件系统 n微处理器是微机的核心，有运算器、控制器和内 部寄存器阵列。 n存贮器用于存放数据、程序和中间结果。内存按 照读写方式的不同，分为ROM和RAM两种类型； n输入/输出设备合称为外设； n输入/输出接口电路是外围设备与微型计算机之间 的连接电路，在两者之间进行信息交换的时，起 暂存、缓冲、类型变换及时序匹配的作用。 微型计算机的硬件系统连接结构 n总线是CPU与其它各功能部件之间进行信息传输 的通道，按所传送信息的不同类型，总线可以分 为数据总线DB、地址总线AB和控制总线CB三种 类型。 三 微机系统的分级组成 n微处理器：微机的核心，有运算和控制功能独立芯片 。 n微型计算机:微处理器CPU、 一定容量的内部存 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 n微机系统:微型计算机再加上外设、电源、软件等构 成微机系统。微机系统常用的外围设备有显示器、打 印机、键盘等；系统软件一般包括操作系统、编译、 编辑、汇编软件等。 n微处理器、微型计算机与微型计算机系统三者之间的 关系如下 微型计算机 四、微处理器的内部结构与基本功能 n微处理器的内部结构受大规模集成电路制造工 艺的严格约束，表现为芯片的面积不能过大， 芯片引脚的数量也不能过多; n采用三总线结构,内部所有单元电路都挂在内 部总线上，分时享用 ; n主要包括以下几个重要部分：算术逻辑运算器 ，控制器，寄存器阵列，数据/地址缓冲器。 1 微处理器的内部结构与基本功能 2 累加器和算术逻辑运算部件 n累加器和算术逻辑运算部件主要用来完成数据 的算术和逻辑运算。 n累加器是一个特殊的寄存器，它的字长和微处 理器的字长相同，累加器具有输入输出和移 位功能，微处理器采用累加器结构可以简化某 些逻辑运算。由于所有运算的数据都要通过累 加器 。 3 内部寄存器 n寄存器阵列RA：可由用户灵活支配，用来寄存参 与运算的数据或地址信息； n数据缓冲寄存器DR：用来暂时存数据信息的寄存 器； n程序计数器PC：它的作用是指明下一条指令在存 储器中的地址。每取一个指令字节，PC自动加1，如 果程序需要转移或分支，只要把转移地址放入PC即 可； n地址缓冲寄存器AR：用来暂时存放要取出指令或 数据的寄存器； n标志寄存器：用来操作的辅助标记信息； n暂存寄存期TMP 。 4 指令寄存器，指令译码器和定时及 各种控制信号的产生电路 n 指令寄存器(Instruction Register，IR)用 来存放当前正在执行的指令代码； n指令译码器ID(Instruction Delocler)用来对 指令代码进行分析、译码，根据指令译码的结 果，输出相应的控制信号； n时序逻辑产生出各种操作电位、不同节拍的 信号、时序脉冲等执行此条命令所需的全部控 制信号。 5 内部总线和总线缓冲器 n内部总线把CPU内各寄存器和ALU连接起来， 以实现各单元之间的信息传送。 n内部总线分为内部数据总线和地址总线，它们 分别通过数据缓冲器和地址缓冲器与芯片外的 系统总线相连。缓冲器用来暂时存放信息(数 据或地址)，它具有驱动放大能力。 五、存储器的内部结构及读写操作 n内存的地址与内容 六、微机系统的工作过程 n1程序存储及程序控制的基本概念 n(1)工作过程：计算机的工作过程，就是执行 程序的过程。 n(2)冯诺依曼概念，程序存储及程序控制的 概念 。 n(3)程序存储：程序是由一条条指令组合而成 的，而指令是以二进制代码的形式出现的，把 执行一项信息处理任务的程序代码，以字节为 单位，按顺序存放在存储器的一段连续的存储 区域内，这就是程序存储的概念。 2 程序控制 n计算机工作时，CPU中的控制器部分，按照程 序指针PC的指定顺序，到存放程序代码的内 存区域中去取指令代码，在CPU中完成对代码 的分析，然后，由CPU的控制器部分依据对指 令代码的分析结果，适时地向各个部件发