微机原理及接口技术1课件

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

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。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：Intel4004Intel8008

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：10~15微秒第二代微处理器（1973）代表机型：Intel8080、8085MotorolaMC6800ZilogZ80字长：8位工艺：NMOS工艺集成度：9000晶体管/芯片时钟频率：1~4MHZ平均指令执行时间：1~2微秒第三代微处理器（1978）代表机型：Intel8086、80286MotorolaMC68000、68010ZilogZ8000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：4~25MHZ平均指令执行时间：0.5微秒第五代微处理器（1993）代表机型：Pentium586PentiumProP6Pentium系列产品字长：64位工艺：CMOS工艺集成度：310~750万晶体管/芯片时钟频率：60~450MHZ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1.2.1 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 微型计算机系统地址总线I/O总线CPU存储器输入/出接口外围设备控制总线数据总线控制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

（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。①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。②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=11111011B③补码n位二进制数X以2n为模的补码为：[X]补=2n+X（mod2n）当X≥0时，X可表示为+X1X2…Xn-1，X的补码为：[X]补=2n+X=2n+X1X2…Xn-1=0X1X2…Xn-1=X（mod2n）当X<0时，X可表示为–X1X2…Xn-1，X的补码为：[X]补=2n+X=2n–X1X2…Xn-1=11…1B–0X1X2…Xn-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。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0.638×102或6.38×100或638×10-1等，由此，对于任意一个二进制数N也可表示为：N=S•2J 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SfS1S2…Sn时，Sf是尾数的符号，称为尾符，S1S2…Sn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JfJ1J2…Jn，Jf是阶码的符号位，称为阶符，J1J2…Jn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。（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（AmericanStandardCordforInformationInterchange，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（0~9），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