1微型计算机系统概述.ppt

1、第一章 微型计算机系统概述,本章学习目标 了解微型计算机的发展、应用及其分类 掌握计算机数据的表示 掌握计算机的组成结构 理解微型计算机的工作过程,1、1 微型计算机的发展、应用及其分类 1、1、1 微机计算机的发展 1971年，美国Intel公司研究并制造了I4004微处理器芯片。该芯片能同时处理4位二进制数，集成了2300个晶体管，每秒可进行6万次运算，成本约为200美元。它是世界上第一个微处理器芯片，以它为核心组成的MCS-4计算机，标志了世界第一台微型计算机的诞生。 微机概念：以大规模、超大规模构成的微处理器作为核心，配以存储器、输入/输出接口电路及系统总路线所制造出的计算机。 划分阶

2、段的标志：以字长和微处理器型号。,（1971-1973）,（1974-1978）,（1978-1981）,（1981-1992）,（1993后）,特点： 1、速度越来越快。 2、容量越来越大。 3、功能越来越强。,1、1、2 微型计算机的应用 1、科学计算和科学研究 计算机主要应用于解决科学研究和工程技术中所提出的数学问题（数值计算）。 2、数据处理 （信息处理） 主要是利用计算机的速度快和精度高的特点来对数字信息进行加工。 3、工业控制 用单板微型计算机实现DDC级控制，用卫星计算机实现SCC级监督管理控制，用高档微型计算机实现SCC或低层MIS管理已屡见不鲜。,4、计算机辅助系统 计算机辅

3、助系统主要有计算机辅助教（CAI）、计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测试（CAT）、计算机集成制造（CIMS）等系统。 5、人工智能 人工智能主要就是研究解释和模拟人类智能、智能行为及其规律的一门学科，包括智能机器人，模拟人的思维过程，计算机学习等等。其主要任务是建立智能信息处理理论，进而设计可以展现某些近似于人类智能行为的计算系统。,1、1、3 微型计算机的分类 按应用对象分为： 1、单片机：又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。概括的讲：它主要是将微处理器、部分存储器、输入输出接口都集成在一块集成电路芯片上，一

4、块芯片就成了一台计算机 2、单板机：将计算机的各个部分都组装在一块印制电路板上，包括微处理器/存储器/输入输出接口，还有简单的七段发光二极管显示器、小键盘、插座等。功能比单片机强，适于进行生产过程的控制。可以直接在实验板上操作，适用于教学。 3、PC机（Personal Computer ） :面向个人单独使用的一类微机，实现各种计算、数据处理及信息管理等。,1、2 计算机中数据的表示和编码,计算机中的数据都是采用二进制形式存储和处理的，二进制数只有两个数字0和1，这与我们日常生活中所使用的十进制数是不同的。 1、2、1 计算机中常用的进制数 人们最常用的数是十进制数，计算机中采用的是二进制数

5、，同时有的时候为了简化二进制数据的书写，也采用八进制和十六进制表示方法。下面将分别介绍这几种常用的进制。 1、十进制数 十进制数是大家熟悉的，用0，1，2，8，9十个不同的符号来表示数值，它采用的是“逢十进一，借一当十”的原则。,2、二进制表示法 基数为10的记数制叫十进制；基数为2的记数制叫做二进制。 二进制数的计算规则是“逢二进一，借一当二”。,二进制表示数值方法如下： NB = Ki * 2i 其中：Ki = 0 或 1,n,i=-m,例：二进制数1011.1表示如下： (1011.1)B= 1 * 23 + 0 * 22 + 1 * 21 + 1 * 20 +1 * 2-1,运算规则：

6、 加法运算： 0+0 = 0 0+1 = 1 1+0 = 1 1+1 =10 （逢二进一） 减法运算： 0-0 = 0 10-1 =1 （借位） 1-0 = 1 1-1 =0 乘法运算： 0 * 0 =0 0 * 1 =0 1 * 0 =0 1 * 1 =1 除法运算 0 / 1 =0 1 / 1 =1,3、八进制表示法 八进制数是基数为八的计数制。八进制数主要采用0，1，2，7这八个阿拉伯数字。 八进制数的运算规则为“逢八进一，借一当八”。,八进制表示数值方法如下： NO = Ki * 8i 其中：Ki = 0 、1、2、3、4、5、6、7,n,i=-m,例：（467.6)O=4 * 82

7、+ 6 * 81 + 7 * 80 + 6 * 8-1,4、十六进制表示法 基数为16，用0 - 9 、A - F 十五个字符来数值，逢十六进一。 各位的权值为 16i 。,二进制表示数值方法如下： NH= Ki * 16i 其中：Ki = 0 - 9 、A - F,n,i=-m,例：（56D.3)H = 5 * 162 + 6 * 161 + 13 * 160 + 3 * 16-1,1、2、2 进制间的转换 1、二进制数和十进制数之间的转换 （1）、二进制数转换为十进制数 方法：按二进制数的位权进行展开相加即可。 例:11101.101 =124+123+122+021+120+12-1+0

8、2-2+12-3 =16+8+4+0+1+0.5+0.25+0.125 =29.875,（2）、十进制数转换为二进制数 方法： A、将整数部分和小数部分分别进行转换，然后再把转换结果进行相加。 B、整数转换采用除2取余法：用2不断地去除要转换的数，直到商为0。再将每一步所得的余数，按逆序排列，便可得转换结果。 C、小数转换采用乘2取整法：每次用2与小数部分相乘，取乘积的整数部分，再取其小数部分乘2直到小部分为0。将所取整数顺序放在小数点后即为转换结果。,例：将（136）D转换为二进制数。 2 136 余数（结果） 低位 2 68 - 0 2 34 - 0 2 17 - 0 2 8 - 1 2

9、4 - 0 2 2 - 0 2 1 - 0 0 - 1 高位,转换结果：（136）D=（10001000）B,例：将（0.625)D转换为二进制数。 0.625 * 2 1.25 * 2 0.5 * 2 1.0 取整： 高位 低位,转换结果：(0.625)D = (0.101)B,2、二进制数和八进制数、十六进制数间的转换 （1）、二进制数到八进制数、十六进制数的转换 A、二进制数到八进制数转换采用“三位化一位”的方法。从小数点开始向两边分别进行每三位分一组，向左不足三位的，从左边补0；向右不足三位的，从右边补0。 B、二进制数到十六进制数的转换采用“四位化一位”的方法。从小数点开始向两边分别

10、进行每四位分一组，向左不足四位的，从左边补0；向右不足四位的，从右边补0。 例：将(1000110.01)B转换为八进制数和十六进制数。 1 000 110 . 01 001 000 110 . 010,( 1 0 6 . 2 )O,二进制数到十六进制数的转换： （1000110.01）B = 100 0110 . 01 0100 0110 . 0100,(4 6 . 4)H,（2）、八进制、十六进制数到二进制数的转换 方法：采用“一位化三位（四位）”的方法。按顺序写出每位八进制（十六进制）数对应的二进制数，所得结果即为相应的二进制数。 例：将(352.6)o转换为二进制数。 3 5 2 .

11、6 011 101 010 110 =(11 101 010 . 11)B,1、2、3 数的定点与浮点表示 对 R进制数 NR=S * RE，可以有很多表示方法。 如：十进制数：265.78 可以有：265.78 、2657.8 * 10-1、0.26578 * 103 、2.6578 *102等。 1 、定点数表示法 一般采用两种简单的约定：定点整数和定点小数。 （1）、定点整数 A、带符号整数：某个N位二进制数，其最高位为符号位，其它N-1位为数值部分： Nf Nn-2 Nn-3 N2 N1 N0,符号位 数值部分 小数点,B、无符号整数：所有的数位都用来表示数值。 Nn-1 Nn-2 N

12、n-3 N3 N2 N1 N0 数值部分 小数点,（2）、定点小数 用最高位表示符号，其它N-1位表示数值部分，将小数点定在数值部分的最高位左边。 Nf Nn-2 Nn-1 N2 N1 N0 符号位 数值部分 小数点,2、浮点数表示 浮点数：小数点在数据中的位置可以左右移动。 N = S * R E 在计算机内，存储的格式： Ef E(m位) Sf S(n位) 阶码部分 尾数部分,其中：Ef：阶码，表示阶码的符号 E：阶码，指出小数点的位置 Sf：数码，数值的符号位 S：尾数，决定数值的精度,1、2、4 机器数的表示 机器数：数值数据在计算机中的编码。 机器数的真值：机器数所代表的实际数值。

13、常用的编码方案：原码、反码、补码。 1、原码表示码 原码：用最高位表示符号，其中：0-正、1-负，其它位表示数值的绝对值。 定义： X原= X 0= X 1 定点小数 1+ X -1 X =0,X原= X 0= X =2n-1 定点整数 2 n+1 + X -(2 n-1) = X =0,例：求X1=0.1011，X2=-0.1011的原码表示。（8位） X1原 = X1 = 01011000 X2原 = 1+ X2 = 11011000,小数点位置,例：求X1=1011，X2=-1011的原码。（8位） X1原=00001011 X2原=10001011,小数点位置,0的表示形式（8位） +

14、0原=00000000 -0原=10000000 特点 A、原码与真值的对应关系简单。 B、0的编码不唯一，处理运算不方便。 2、反码表示法 反码：最高一位表示符号，数值位是对负数取反。 +0反=00000000 -0反=1111111 +1100111反=01100111 -1100111反=10011000,3、 补码表示法 正数的补码和原码相同。 负数的补码=反码+1。 例：求0.1011和 -0.1011的补码。（8位） 0.1011补=0.1011原=01011000 -0.1011补=-1011000反+1=10100111+1=10101000 0补=+0补=-0补=000000

15、00,1、2、5 计算机中常用的编码 1、ASCII码 常用的编码方式为美国标准信息交换（American Standard Card for Information Interchange，ASCII码）。 2、BCD码 BCD码是一种用4位二进制数字来表示一位十进制数字的编码，也成为二进制编码表示的十进制数（Binary Code Decimal），简称BCD码。表1-2示出了十进制数0-15的BCD码。,BCD码有两种格式： （1）压缩BCD码格式（Packed BCD Format） 用4个二进制位表示一个十进制位，就是用0000B-1001B来表示十进制数0-8。例如：十进制数425

16、6的压缩BCD码表示为：0100 0010 0101 0110 B （2）非压缩BCD码格式（Unpacked BCD Format） 用8个二进制位表示一个十进制位，其中，高四位无意义，我们一般用xxxx表示，低四位和压缩BCD码相同。 例如：十进制数4256的非压缩BCD码表示为： xxxx0100 xxxx0010 xxxx0101 xxxx0110 B 1、3 微型计算机的一般概念,1、3、1 中央处理器的组成 中央处理器（CPU）由运算器和控制器组成。 1、运算器：计算机中加工和处理数据的功能部件。 功能：（1）、对数据进行加工处理，主要包括算术和逻辑运算，如加、减、乘、与、或、非运

17、算等。 （2）、暂时存放参与运算的数据和中间结果。,ALU,数据寄存器1#,数据寄存器2#,存储器,外设,2、控制器 控制和指挥计算机内各功能部件协同动作，完成计算机程序功能。 由程序计数器（IP）、指令寄存器（IR）、指令译码器（ID）和时序信号发生器组成。 （1）、程序计数器（IP）：程序指令所在单元地址。 （2）、指令寄存器（IR）：保存当前正在执行的一条指令。 （3）、指令译码器（ID）：将指令的操作码翻译成机器能识别的命令信号。 （4）、时序信号发生器：根据指令译码器（ID）产生的命令信号产生具体的控制信号。,3.寄存器陈列 包括一组通用寄存器组和专用寄存器。通用寄存器用于暂存参加运

18、算的一个操作数，例如数据寄存器可以用来存放8位或16位的二进制操作数。这些操作数可以是参加操作的数据，操作的中间结果，也可以是操作数的地址，大部分算术和逻辑运算指令都可以使用这些数据寄存器。专用寄存器通常有指令指针IP或程序计数器PC和堆栈指针SP等,1、3 、2 微型计算机的组成,AB,DB,CB,CPU,存储器,I/O接口,外设,（微型计算机组成框图）,1、微处理器 微处理器（CPU）是大规模集成电路技术做成的芯片，芯片内集成有控制器、运算器和寄存器等相关部件，完成对计算机系统内各部件进行统一协调和控制。 2、存储器 功能：存放程序和数据。,存储器,内存（主存）,外存（辅存）,RAM,RO

19、M,SRAM,DRAM,ROM,EPROM,E2PROM,软盘、硬盘、光盘,3、I/O设备和I/O接口 （1）、I/O设备：微机配备的输入/输出设备（外设）。 标准输入/输出设备（控制台）：键盘和显示器（CRT）。,I/O设备,输入设备,输出设备,键盘,鼠标,扫描仪、数码相机,显示器,打印机,绘图仪,（2）、I/O接口：连接外设备和系统总线，完成信号转换、数据缓冲、与CPU进行信号联络等工作。 显示器卡：完成显示器与总线的连接。 声卡：完成声音的输入/输出。 网卡：完成网络数据的转换。 扫描卡：连接扫描仪到计算机。 调制解调器卡：模拟信号与数字信号相互转换。 键盘接口、打印机接口等。 232接

20、口：串行数据接口。 USB接口：通用串行接口。,4、系统总线 （1）、总线：传递信息的一组公用导线。 （2）、系统总线：从处理器引出的若干信号线，CPU通过它们与存储器或I/O设备进行信息交换。系统总线分为： （A）、地址总线：传递地址信息的总线，即AB。CPU在地址总线上输出将要访问的内存单元或I/O端口的地址，该总线为单向总线。 内存容量的计算：16条地址线可访问 216 = 64 KB。 20条地址线可访问 220 = 1 MB。 1K = 1024B 1M = 1024 KB 1G = 1024 MB,（B）、数据总线：传递数据信息的总线，即DB。 在CPU进行读操作时，内存或外设的数

21、据通过数据总线送往CPU； 在CPU进行写操作时，CPU数据通过数据总线送往内存或外设，数据总线是双向总线。 （C）、控制总线：传递控制信息的总线，即CB。 控制总线的方向： 一部分是从CPU输出：通过对指令的译码，由CPU内部产生，由CPU送到存储器、输入/输出接口电路和其它部件。如时钟信号、控制信号等。 另一部分是由系统中的部件产生，送往CPU，如：中断请求信号、总线请求信号、状态信号。,控制总线的部件（总线主控设备）： CPU 和 DMA 控制器。 被总线控制的部件（总线控制设备）： 存储器 和 I/O设备。,总线的使用特点： 1、在某一时刻，只能由一个总线主控设备来控制总线，其它总线主

22、控设备此时必须放弃对总线的控制。 2、在连接系统的各个设备中，在某一时刻只能有一发送者发送信号，但可以有多个设备从总线上同时获得信号。 3、通过总线插槽来接口板连接。,1、3、3 微型计算机系统的组成 一个微型计算机系统包括硬件系统和软件系统。硬件和软件的结合，才能使计算机正常工作运行。 计算机硬件系统是一个为执行程序建立物质基础的物理装置，称为硬件或裸机。 计算机软件系统指为运行、管理、应用、维护计算机所编制的所有程序及文档的总和。 依据功能的不同，软件分为系统软件和应用软件两大类。,1、3、4 微型计算机的工作过程 在进行计算前，应做如下工作： （1）、用助记符号指令（汇编语言）编写程序（

23、源程序）； （2）、用汇编软件（汇编程序）将源程序汇编成计算机能识别的机器语言程序； （3）、将数据和程序通过输入设备送入存储器中存放。,完成5+6=？的程序：,MOV A，05H /B0H 05H ；把05送入累加器A ADD A，06H /04H 06H ；06与A中内容相加， 结果存入累加器A HLT /F4H ；停止所有操作。,1、取指令阶段的执行过程：（设程序从00H开始存放） （1）、将程序计数器（PC或IP）的内容送地址寄存器AR。 （2）、程序计数器PC的内容自动加1变为01H，为取下一条指令作好准备。 （3）、地址寄存器AR将00H通过地址总线送至存储器地址译码器译码，选中00H单元。 （4）、CPU发出“读”命令。 （5）、所选中的00单元的内容B0H读至数据总线DB上。 （6）、经数据总线DB，读出的B0H送至数据寄存器DR。 （7）、数据寄存器DR将其内容送至指令寄存器IR中，经过译码CPU“识别”出这个操作码为“MOV A，05H”指令，于是控制器发出执行这条指令的各种控制命令。,PC