课件：微机原理及接口技术(2).ppt

微机原理与接口技术,主 编 肖洪兵 副主编 李 冰 马银花 参 编 何秋生 许春媚 朱娟花 北京大学出版社,第1章 微型计算机基础,主要内容： 1.1 计算机的发展概况 1.2 微型计算机概述 1.3 计算机中信息的表示,1.1 计算机的发展概况,1.1.1 发展史 自1946年第一代电子计算机研制成功后，计算机的发展经历了电子管计算机、晶体管计算机、集成电路计算机、大规模集成电路计算机几代： 电子计算机按体积、性能、价格分类： 巨型机、大型机、中型机、小型机、 微型机（70年）、单片机（82年） 它们在体系结构和基本原理上无本质上的区别，常用的微型机采用了集成度相当高的器件，功能日益完善，体积大大缩小，得到广泛应用。,一、微型机的特点： 微型机采用LSI、 VLSI，具如下优点 体积小、重量轻、价格便宜 可靠性高、结构灵活 应用广泛（科学计算、信息处理、计算机控制、智能仪器、计算机通信、家用电器）,二、微处理器的发展情况： 微处理器（CPU）为微型机的核心部件 第一代微处理器（1971） 代表机型：Intel 4004 Intel 8008 工艺：PMOS工艺 字长：4位、8位 集成度： 2000晶体管/芯片 时钟频率：小于1 MHZ 平均指令执行时间：1015微秒,第二代微处理器（1973） 代表机型：Intel 8080、8085 Motorola MC6800 Zilog Z80 字长：8位 工艺：NMOS工艺 集成度： 9000晶体管/芯片 时钟频率：14MHZ 平均指令执行时间：12微秒,第三代微处理器（1978） 代表机型：Intel 8086、80286 Motorola MC68000、68010 Zilog Z8000 字长：16位 工艺：HMOS工艺 集成度： 2万10万晶体管/芯片 时钟频率：425MHZ 平均指令执行时间：0.5微秒,第四代微处理器（1983以后） 代表机型：Intel 80386、80486 Motorola 68040 Zilog Z80000 字长：32位 工艺：CHMOS工艺 集成度： 15万120万晶体管/芯片 时钟频率：1660MHZ 平均指令执行时间：小于0.1微秒,第五代微处理器（1993） 代表机型：Pentium 586 Pentium Pro P6 Pentium系列产品 字长：64位 工艺：CMOS工艺 集成度： 310750万晶体管/芯片 时钟频率：60450MHZ 平均指令执行时间：小于0.1微秒,目前 ： 奔腾4代CPU 运算频率：2000MHZ/秒以上,1.1.2 发展趋势,微处理器在以下几方面发展很快： 提高芯片集成度 提高功能和速度 增加外围电路的功能和种类 微型机发展趋势： 高性能、高价格超级微机取代价格昂贵的中、小型机 性能较低、价格低廉的单片机，功能专一，应用广泛,1.1.3 计算机的分类,按照其功能大小，计算机可分为： 微型计算机：微型计算机大量普及，几乎应用于所有领域，对世界科技和经济的发展起到了重要的推动作用。例如，面向个人或家庭使用的计算机（简称PC机）。 小型计算机：结构简单、成本较低、易维护和使用。其规模和设置可以满足一个中小型部门的工作需要。 中型计算机：最大的特点是具有较好的性能价格比。介于小型机和大型机之间，能够解决较复杂的数学计算和数据处理。 巨型计算机：也称为超级计算机。具有极高的性能和极大的规模，价格昂贵，多用于尖端科技领域如航天和军事领域。,1.2.1 微处理器（CPU） 集成在LSI、VLSI集成电路芯片上的中央处理单元，是微型机中运算和控制的核心部件 微处理器组成： 算术逻辑部件 算术运算 （ALU） 逻辑运算 专门处理各种数据信息,1.2 微型计算机概述,累加器 存放操作数、地址、运算结果，也是CPU与外设之间数据传送的中间站 通用寄存器组 存放操作数、地址、运算结果 控制逻辑部件 从内存取指、译码，发控制信息和时序协调CPU内部和外部的工作 内部总线 CPU内部各部件之间的公共通道 注：CPU只有配上存储器、外部输入/输出接口构成一台微型计算机才能工作,CPU的功能： 完成算术、逻辑运算 保存少量数据 对指令译码、完成规定的操作 能和外设及内存之间交换数据 提供控制信号和时序 响应中断请求,1.2.2 微型计算机,微型计算机的组成： CPU 存储器 外部输入/输出接口电路（I/O接口） 系统总线,1.2.3 微型计算机系统,微型计算机系统组成： 硬件：微型计算机+外设 软件：系统软件 操作系统 实用程序： 各种计算机语言程序、调试程序、 汇编程序、编译程序等,1.3.1 计算机中的数 计算机中的数据是以二进制的形式进行存储和运算的，微型计算机也不例外。当然计算机中不仅要处理无符号数，还要处理带符号数和带小数点的数。 （1）机器数 为表示带符号数，通常规定数的最高位为符号位。符号位通常用“0”表示正数，用“1”表示负数。如在8位机中，+12表示为00001100B，12表示为10001100B。这种能被计算机识别的带符号位的二进制数就称为机器数，而它所代表的真实值被称为机器数的真值。,1.3 计算机中的信息表示,（2）带符号数的表示 对带符号数，计算机中常见的有原码、反码和补码三种表示方法。 原码 在表示带符号数时，正数的符号位为“0”，负数的符号位为“1”，数值位不变，这样就得到了原码。例如在8位机中： +38原=00100110B，38原=10100110B 其中，最高位为符号位，后面7位是数值。,反码 正数的反码表示与原码相同，最高位为符号位，其余位为数值位。如在8位机中： +4反=+4原=00000100B 而负数的反码应当表示为，该数的原码除符号位外按位取反。如在8位机中： 4反=11111011B,补码,n位二进制数X以2n为模的补码为： X补=2n +X （mod2n） 当X0时，X可表示为+X1X2Xn-1，X的补码为： X补=2n +X=2n+X1X2Xn-1=0 X1X2Xn-1=X （mod2n） 当X0时，X可表示为X1X2Xn-1，X的补码为： X补=2n+X=2nX1X2Xn-1=111B 0 X1X2Xn-1+1= 1 +1 （mod2n） 即负数的补码等于负数的原码（符号位除外）求反加1。 下面举例说明补码的求法与应用： +3补=+3原=+3反=00000011B 3补=3反+1=11111100B+1=11111101B 0补=0反+1=11111111B+1=00000000B 这样，当负数采用补码表示时，就可以把减法运算转换为加法运算。,（3）数的定点和浮点表示 在实际运算中，计算机所处理的数一般是带有小数点的数，它既有整数部分，又有小数部分，这就提出一个小数点位置如何确定的问题。在计算机中，通常有两种方法，即定点表示法和浮点表示法。 定点表示法 在定点表示法中，小数点的位置是固定的。计算机在处理定点数时，常把小数点固定在数值位的最后或最前面，即分为定点纯小数与定点纯整数两类，如图1.1所示。,图1.1 定点纯小数和定点纯整数的表示,浮点表示法,在浮点表示法中，小数点的位置是浮动的。例如，63.8可表示为0.638102或6.38100或63810-1等，由此，对于任意一个二进制数N也可表示为：N=S2J 其中，S称为数N的尾数，表示数N的全部有效数字，它决定了N的精度。将S表示为SfS1S2Sn时，Sf是尾数的符号，称为尾符，S1S2Sn表示尾数的数值。J称为数N的阶码，底为2，指明了小数点的位置，决定了数N的大小范围，将J表示为JfJ1J2Jn，Jf是阶码的符号位，称为阶符，J1J2Jn表示阶码的数值。一般来说，任何一个数的浮点表示格式如图1.2所示。,图1.2 浮点表示法,2 计算机中的编码,计算机中，数是用二进制表示的。而计算机又应能识别和处理各种字符，如大小写英文字母、标点符号、运算符号等，这些符号也只能用若干位的二进制码组合（即编码）来表示。 （1） BCD码 BCD码即十进制数的二进制编码。因为二进制数实现容易、可靠，且运算规律简单，所以在计算机中使用二进制数。但是，二进制数并不直观，于是在计算机的输入和输出时，通常还是采用十进制数，不过，这样的十进制数要用二进制编码表示，也就是二十进制编码，简称BCD。,（2） ASCII码（字符编码） 在计算机中，字母和字符也必须按照特定的规定，用二进制编码表示。编码可以有各种方式，目前微机中最普遍采用的是ASCII码（American Standard Cord for Information Interchange，美国标准信息交换码）。ASCII码使用7位二进制编码。可表示128个字符，其中包括数码（09），以及英文字母等可打印的字符。,本章小结,本章从计算机的发展概况开始，对计算机特别是微型计算机的基本概念、硬件结构、工作原理、系统组成、应用特点等各类知识作了相应的概述。 通过本章的学习，要了解微型计算机的发展历史和应用情况，关注当前微型计算机的发展动向，尤其是微处理器芯片的更新换代，以及相关软件的应用。要掌握微型计算机的分类方式，熟悉微型计算机系统组成以及工作原理，理解微型计算机硬件和软件各主要模块的功能和在系统中所处的地位。为后续内容的学习打下一个良好的基础。,习题,1.1 什么是微处理器？ 1.2 什么是微型计算机系统？ 1.3 什么是总线？,1.2 微型计算机系统包括： 微型计算机的硬件； 微型计算机的软件。,部分习题答案,后面内容直接删除就行 资料可以编辑修改使用 资料可以编辑修改使用 资料仅供参考，实际情况实际分析,主要经营：课件设计，文档制作，网络软件设计、图文设计制作、发布广告等 秉着以优质的服务对待每一位客户，做到让客户满意！ 致力于数据挖掘，合同简历、论文写作、PPT设计、计划书、策划案、学习课件、各类模板等方方面面，打造全网一站式需求,感谢您的观看和下载,The user can demonstrate on a projector or computer, or print the presentation and make it into a film to be used in a wider field,后面内容直接删除就行 资料可以编辑修改使用 资料可以编辑修改使用 资料仅供参考，实际情况实际分析,主要经营：课件设计，文档制作，网络软件设计、图文设计制作、发