微机原理第1章概述(2010.09).ppt

,主讲教师: 李朝纯 licaoc ,微机接口技术与应用,武汉理工大学计算机科学 与技术学院,接口技术主讲：李朝纯,微机原理与接口技术 彭 虎 等 编著 电子工业出版社 参考教材 微型计算机原理及接口技术 谭浩强 主编 出版社：中国铁道出版社,教材,接口技术主讲：李朝纯,第1章 计算机基本知识 教学基本要求： 知识点 基本要求 备注 微型计算机中 熟练掌握 信息的表示 进制之间的转换 熟练掌握 微机的三个层次 正确理解 熟练掌握三者之间 的联系和区别 微机各大组成部分 熟练掌握 重点是微机各大部分 的基本结构及功能 的功能和MPU中几种 （微处理器、存储器、 专用寄存器的作用 I/O设备及接口）,接口技术主讲：李朝纯,1.1 绪论,接口技术主讲：李朝纯,在微型计算机系统设计中，根据需要选用不同的外部设备，配置相应的接口。,接口技术主讲：李朝纯,1.2 微型计算机的发展和特点 1.2.1 发展： 1.第一代（19711973） 4位和低档8位微处理器时代4004、8008 2.第二代（19741977） 8位微处理器时代 8080/8085、Z80等 3.第三代（19781982） 16位微处理器时代 8086/8088、80286等 4.第四代（19831999） 32位微处理器时代 80386/80486、Pentium等 5.第五代（2000年至今）64位高档微处理器时代 1.2.2 特点： 1.体积小、重量轻、功耗低 2.可靠性高、使用环境条件要求低 3.结构简单灵活、系统设计方便、适应性强 4.性能价格比高,接口技术主讲：李朝纯,接口技术主讲：李朝纯,1.2.3 计算机编程语言的发展 1. 机器语言 依赖于机器的低级语言，书写格式为二进制代码 优点：执行速度快，效率高。 缺点：表达的意义不直观，编写、阅读、调试较困难。 2.汇编语言 是一种符号语言，与机器语言一一对应；使用助记符 表示相应的操作，并遵循一定的语法规则。 与机器语言有类似的优、缺点，但比机器语言更易于为 人们所理解。 汇编语言的特点： 1) 面向机器的低级语言，通常是为特定的计算机或计算机系列专 门设计的。 2) 保持了机器语言的优点，具有直接和简捷的特点。 3) 可有效地访问、控制计算机的各种硬件设备，如磁盘、存储器、 CPU、I/O端口等。 4) 目标代码简短，占用内存少，执行速度快，是高效的程序设计 语言。 5) 经常与高级语言配合使用，应用十分广泛。,接口技术主讲：李朝纯,3.高级语言 面向人的语言，有多种类型。 优点：便于阅读，易学易用，不涉及硬件，具有通用性 缺点：目标代码冗长，占用内存多，从而执行时间长， 效率不高，不能对某些硬件进行操作。 4.面向对象语言 特点: 简单,面向对象,为程序员的程序开发提供优良 设计环境. 5.可视化编程语言 特点: 以可视化编程方法为特征,开发环境会引导开发 人员实现设计思想。,接口技术主讲：李朝纯,1.3 微型计算机中信息的表示及运算基础 1.3.1 二进制数的表示与运算 1.二进制数的表示 特点: 可使用0,1两个计数符号 计数符号在不同的位置有不同的为位权 2. 二进制数的运算 (1) 算术运算 (2) 逻辑运算 1.3.2 二-十(BCD)进制数的表示与运算 1.二-十进制的表示 2.二-十进制的加减运算(例1-8 1-9),接口技术主讲：李朝纯,1.3.3 十六进制数的表示与运算 1.十六进制数的表示 P9 表1.1 4位二进制数表示一位十六进制数 2.十六进制数的加减运算(P10) 1.3.4 带符号二进制数的表示与运算 1.3.6 字符的编码表示 P15 表1.5,接口技术主讲：李朝纯,1.4 几种数制之间的转换 1.4.1 十进制整数到任意进制整数的转换 1.十进制整数转换成二进制整数 P16 例1-20 (除2取余) 2.十进制整数转换成十六进制整数 P16 例1-21 (除16取余) 3.十进制整数转换成八进制整数 P16 例1-22 (除8取余),接口技术主讲：李朝纯,1.4.2 任意进制整数到十进制整数之间的转换 P16 例1-24 (按基数 2 位权展开) P16 例1-25 (按基数 16 位权展开) P16 例1-26 (按基数 8 位权展开) 1.4.3 二进制数和十六进制数之间的相互转换 P17 例1-28 P17 例1-29 习题: P19 5, 9, 10,接口技术主讲：李朝纯,1.5 微型计算机的基本构成和工作原理 1.5.1 微处理器（MPU Microprocessor） CPU(Central Processing Unit)： 运算器和控制器称为中央处理器 一. 中央处理器的功能 （1）指令执行顺序的控制 （2）指令操作的控制（对指令进行译码并执行规定的动作） （3）操作时间的控制（提供系统的定时和控制） （4）数据的加工处理 （能和存储器、外设交换数据进行算术和逻辑运算） （5）可以响应其他部件发来的中断请求,接口技术主讲：李朝纯,二. CPU结构： 运算器：包含算术逻辑部件ALU，累加器和通用寄存器 组，程序状态寄存器PSW，锁存器LA、LB, 移 位寄存器等。 功能：运算器接受控制器送来的命令而动作, 负责对数 据进行加工处理。 控制器：由程序计数器PC，指令寄存器IR，指令译码器、 地址译码器，微操作产生部件，时序发生器等。 功能: 从内存中取指令，计算下一条指令的地址； 对指令进行译码，产生操作控制信号； 控制指令执行的步骤和数据流动的方向。 控制器接收从主存取来的指令，将其解释成一组 具有时间标志的控制信号，指挥运算器，主存和 外设动作。完成指令所指定的操作（即解释指令、 发布控制命令）。,微处理器内部主要由四部分组成：,接口技术主讲：李朝纯,1.累加器和内部寄存器阵列 用来寄存参与运算的数据（8位）， 经常可以连成寄存器对（16位）用来存放16位操作数或操 作数地址。 16位专用寄存器 如：程序计数器PC，堆栈指针SP 2算术逻辑单元ALU（Arithmetical Logic Unit） 对数据进行算术运算、逻辑运算， 根据运算结果置标志寄存器状态等等。 3指令寄存器、指令译码器、定时及各种控制信号产生电路 取指令，分析指令（对指令进行译码），配合时序发出相 应的控制信号。 4内部采用单总线结构 微处理器内部各部件分时使用内部总线，进行信息传送。,接口技术主讲：李朝纯,1.5.2 微型计算机 微型计算机是以微处理器为核心，配上存储器、输入/输出 接口电路及系统总线所组成。其结构如图所示：,图 微型计算机的基本结构,接口技术主讲：李朝纯,存储器：存放程序和数据 输入/输出接口：是微型计算机连接外部输入/输出设备及各种 控制对象并与外界进行信息交换的逻辑控制 电路。 总线：为CPU和其他部件之间提供数据、地址和控制信号的传 输通道。微型计算机各功能部件之间通过总线连接。 系统总线可分成三种功能不同的总线，即地址、数据和 控制信号。 * 数据信号是通过总线传送的, CPU发出的控制信号，经 控制总线送到存储器和输入输出设备，控制这些部件完 成指定的操作。与此同时，CPU（或其他设备）经地址 总线向存储器或输入输出设备发送地址，使得计算机各 个部件中的数据能根据需要互相传送。,接口技术主讲：李朝纯,1.5.3 微型计算机微型计算机系统（Microcomputer System） 一台完整的计算机应包括硬件和软件部分，硬件与软件的 结合，才能使计算机正常运行，发挥作用。因此，计算机 系统是以微型计算机为主体，配上输入/输出设备及软件系 统就构成了微型计算机系统。其结构如图所示：,接口技术主讲：李朝纯,微处理器、微型计算机、微型计算机系统,电源等,过程控制软件、辅助设计软件,接口技术主讲：李朝纯,明确3个概念的区别： 微处理器（Microprocessor） 一个大规模集成电路芯片 内含控制器、运算器和寄存器等 微机中的核心芯片 微型计算机（Microcomputer） 通常指微型计算机的硬件系统 还有一般的说法：微机、微型机 微型计算机系统（Microcomputer system） 指由硬件和软件共同组成的完整的计算机系统,接口技术主讲：李朝纯,微型计算机的工作原理 冯诺依曼计算机的工作原理可概述为： “存储程序” + “程序控制” 要点：1.以二进制表示数据和指令(程序) 2.先将程序存入存储器中，再由控制器自动读取并执行,接口技术主讲：李朝纯,1.6 微型计算机的主要性能指标 1.6.1 字长 字长就是计算机一次能处理的二进制数的位数; 字长标志着计算机的计算精度。 1.6.2 存储器容量 存储容量是衡量存储器存放二进制信息大小的一个重要指标， 通常用该内存储器所能存储的字数及其字长的乘积来表示， 即 :