微机原理课件

2014/06第1章微型计算机原理基础知识《新编微机原理与应用》—中国电力出版社《新编微机原理与应用》—中国电力出版社2014/062微机原理及应用任课教师:王敏办公地点:自动化学院4D507邮箱:[e-mail]《新编微机原理与应用》—中国电力出版社2014/063课程考核组成和方法考勤5分：每旷课一次扣一分，迟到/早退一次0.5分，扣完为止。作业5分：每次交1/3左右，不定具体数量和人，随机抽查，每周第二次课交作业，不交者一次扣一分，晚交者一次扣0.5分，扣完为止，发现雷同作业扣0.5分。实验20分（由实验老师给出）考试占70%《新编微机原理与应用》—中国电力出版社2014/061.1概述§1.1.1计算机的发展历史1、计算机科学之父、英国著著名数学家阿兰·麦席森·图灵，于1939年提出著名的“图灵机”设想。2、计算机之父冯·诺依曼，于1946年提出“存储程序控制”的现代计算机体系，即著名的冯.诺依曼计算机体系。计算机发展，在短短的几十年里，经历了电子管计算机、晶体管计算机、集成电路计算机和大规模集成电路计算机。《新编微机原理与应用》—中国电力出版社2014/06电子管计算机1945年第一代电子计算机（ENIAC）在美国研制成功。使用了18800个电子管，重30吨，占地150平方米，耗电150千瓦，每秒完成5000次加法运算。晶体管计算机集成电路计算机《新编微机原理与应用》—中国电力出版社2014/06大（超大）规模集成电路计算机人工智能计算机（神经计算机，尚在研制）内存PCI插槽《新编微机原理与应用》—中国电力出版社2014/06§1.1.2微型计算机的发展历史第一代4位或8位低档微处理器1970年大规模集成电路（LSI）研制成功，1971年在美国硅谷第一块通用微处理器Intel4004诞生，从而开创了微型计算机的新时代。第二代中高档8位微处理器Intel8085、Z80和MC6809等，均为8位微处理器，具有16位地址总线，可寻址64K个存储单元。《新编微机原理与应用》—中国电力出版社2014/06第三代8086/8088—16位机8086数据线16位8088数据线8位（准16位机）内部结构一样第四代80386/80486—32位机采用HMOS或CMOS工艺，集成度高达100万个晶体管/片，具有32位地址线和32位数据总线。段页式管理，提高内存使用率。《新编微机原理与应用》—中国电力出版社2014/06第五代奔腾处理器—32位机（1993年）Pentium“奔腾”废弃了三总线，采用南北桥芯片组、PCI总线、多媒体信息处理。内部采用超标量指令流水线结构，并具有相互独立的指令和数据高速缓存。第六代core系列处理器—双核32位机（2006年）双核技术，2006年Intel公司推出32位全新Core架构的Core型微处理器。《新编微机原理与应用》—中国电力出版社2014/06应用软件系统软件操作系统系统应用程序软件系统微型计算机系统主机外存储器（磁带、磁盘和光盘等）输出设备（显示器、打印机等）输入设备（键盘、鼠标等）外围设备系统总线输入/输出接口电路内存储器微处理器（CPU）运算器（算术逻辑部件ALU）控制器（控制部件CU）寄存器阵列（RA）硬件系统1.2微型计算机系统《新编微机原理与应用》—中国电力出版社2014/06微型计算机系统的组成可分为微处理器、微型计算机、微型计算机系统三个层次。运算器控制器寄存器组内存储器总线输入/输出接口外部设备软件微处理器微型计算机微型计算机系统§1.2.1微型计算机主机组成《新编微机原理与应用》—中国电力出版社2014/06存储器I/O接口输入设备I/O接口地址总线AB输出设备CPU数据总线DB控制总线CBI/O接口微型计算机的概念结构《新编微机原理与应用》—中国电力出版社2014/06总线结构，系统中各部件“挂”在总线上。主机结构突出特点是模块化结构。CPU地址译码电路I/O设备RAMROM地址信息片选信号I/O接口DBABCB《新编微机原理与应用》—中国电力出版社2014/061.微处理器MPU(微处理器)微机的核心部件，主要由运算器、控制器和寄存器组构成。•运算器（ALU）—主要负责算术运算和逻辑运算。•控制器（CU）—指令寄存器、指令译码器和控制电路组成。并按指令的要求对微机各部件发出相应的控制信息。嵌入系统中与其他电路及芯片组合称为CPUMPU(微处理器)•工作寄存器组—暂存寻址和计算过程的信息.地址寄存器——地址寄存器用于操作数的寻址。数据寄存器——数据寄存器用来暂存操作数和中间运算结果。《新编微机原理与应用》—中国电力出版社2014/062．内存储器（主存）例如:01001101B用于“记忆”信息的存储元件，均采用集成度高，容量大，体积小，功耗低的半导体存储器芯片。1）存储单元：字节（Byte)基本单位，8位二进制数称为一个字节。2）存储地址一个字节数据空间称为一个存储单元，其中每一位称为1Bit。微机的存储器是由许多存储单元集合而成，每一个存储单元唯一的对应一个单元地址，也称为存储器的物理地址，微机中的地址一般都用十六进制表示，如30H。《新编微机原理与应用》—中国电力出版社2014/06存储器：用于存放程序代码及有关数据AB地址译码器地址内容0001020304FF00单元01单元02单元03单元FF单元11010011101000100010011010011101::11100001控制CBDB《新编微机原理与应用》—中国电力出版社2014/06CPU执行访问内存的指令时，按指定的单元地址对相应存储单元进行“读、写”操作。存储单元读写取数存数存储器容量（s）=存储单元数（p）×数据位数（i）1024B=1KB1024KB=1MB1024MB=1GB1024GB=1TB《新编微机原理与应用》—中国电力出版社2014/063.总线根据传送信息的内容与作用不同，总线分为：传送信息的公共导线①数据总线DB：双向传输数据信息其宽度（根数）与MPU提供的数据线的引脚数有关，表示微机的字长。②控制总线CB：传送各种控制信号和状态信号，单向传送。③地址总线AB：CPU执行指令时，用于单向传送地址信息。地址信息操作数在存储器中的地址信息指令代码在存储器中的地址信息《新编微机原理与应用》—中国电力出版社2014/06AB的宽度决定了微机系统的最大寻址能力最大寻址空间=2N，其中N为AB的宽度51单片机N=16最大寻址空间=216=65536B=64KB8086/8088CPUN=20最大寻址空间220=1MB例：《新编微机原理与应用》—中国电力出版社2014/064.地址译码电路凡是“挂”在总线上部件都被系统分配一个地址域，CPU访问时，由指令提供被访问部件的地址信息，该地址信息经地址译码电路译码后唯一的产生一个选通信号（称片选信号），将被选中的部件“门”打开，使得数据得以传输。5．接口接口是主机与外设连接的必然通路，是必经的“桥梁”。每个接口可包含若干个端口，每个端口对应一个端口地址，可由指令按地址访问端口。《新编微机原理与应用》—中国电力出版社2014/061.字长8086/8088CPU内部寄存器为16位，所以字长为16位，称为16位机；80386、80486、80586（pentium）字长均为32位，故均称为32位机。§1.2.2微型计算机的主要性能指标字长越长的微机，其运算速度越快，数的表示范围越宽，数据的运算精度越高，机器的整体功能越强。2.存储器容量存储二进制信息的基本单位是位（b）。一般把8个二进制位组成的基本单元为字节（B）。微机中通常以字节为单位表示存储容量。1024B=1KB1024KB=1MB（兆字节）1024MB=1GB（吉字节）1024GB=1TB（太字节）《新编微机原理与应用》—中国电力出版社2014/063.运算速度微机的运算速度一般用每秒钟所能执行的指令条数来表。4.系统总线系统总线的性能主要表现为它所支持的数据传送位数和总线工作时钟的频率。数据传送位数越多，总线工作时钟频率越高，则系统总线的信息吞吐率就越高，微机系统的性能就越强。5.外设扩展能力外设扩展能力是指微机系统配接各外部设备的可能性、灵活性和适应性。6.软件配置情况《新编微机原理与应用》—中国电力出版社2014/06数值所使用数码的个数称为基；每一位所具有的值称为权。1.3微型计算机中数制和数的表示§1.3.1数制十进制的基为“10”，即它使用的数码为0，1，2，3，4，5，6，7，8，9共有10个。十进制各位的权是以10为底的幂，用“D”表示。二进制的基为“2”，即其使用的数码为0、1共两个，用“B”表示。《新编微机原理与应用》—中国电力出版社2014/06十六进制的基为“16”，即其数码共有16个：0，1，2，3，4，5，6，7，9，A，B，C，D，E，F。权为以16为底的幂，后缀“H”。《新编微机原理与应用》—中国电力出版社2014/06§1.3.2数制的转换方法1、十进制数转换成二进制数整数部分与小数部分分别转换例1-1：57D=111001B=71Q=39H5728…12222214…07…03…11…10…185787…10…71657163…90…3高低2除基数取余数《新编微机原理与应用》—中国电力出版社2014/06例1-2：十进制数转换成二进制数（小数部分）0.625D=0.101B=0.5Q=0.AH0.625*2=1.25…10.25*2=0.5…00.5*2=1…10.625*8=5…50.625*16=10…A乘基数取整数57.625D=111001.101B=39.AH高低十进制小数要转换成二进制小数，则要采取“乘2取整法”（乘以基数正序取整）。《新编微机原理与应用》—中国电力出版社2014/062、二进制数转换成十进制数按权展开求和《新编微机原理与应用》—中国电力出版社2014/063、十六进制数与二进制数之间的转换二进制数→十六进制数（四位一组）分组时,如位数不够，整数部分在最左边补零，小数部分在最右边补零十六进制数→二进制数（一位对应换成二进制数四位）例：把1101111100011.10010100B转换为十六进制数1101111100011.100101000001BE394《新编微机原理与应用》—中国电力出版社2014/061、机器数和真值例：01001100B为机器数。真值为+76§1.3.3计算机中数的表示机器数—一个数在计算机中的表示形式。真值—即为该机器数的实际算术值。2、机器数的二进制表示机器数可分为无符号数和有符号数。无符号数只能表示0和正数，有符号数能表示正数、负数和0。《新编微机原理与应用》—中国电力出版社2014/061）无符号数的表示法一个二进制数N可以表示为如下形式：其中，n为二进制数N整数部分的位数；m为二进制数N小数部分的位数；Bi为二进制数字符号0或1。12nmiiiBBN2）带符号数的表示法例如，当n=8时，[+1]原=00000001B，[+127]原=01111111B[-1]原=10000001B，[-127]原=11111111B例如：1101.1B=1×23+1×22+0×20+1×2-1。《新编微机原理与应用》—中国电力出版社2014/063、有符号二进制数的定点和浮点表示定点机：用定点表示的微机（51单片机)定点法表示整数，浮点法表示实数。浮点机：用浮点表示的微机（PC机)1）定点表示纯整数形式纯小数形式定点机中通常采用纯整数形式，以8位机为例，用8位二进制数表示一个纯整数，格式如下：符号Pf为符号位：0—正数，1—负数《新编微机原理与应用》—中国电力出版社2014/06在微机中，对于带正、负号的数，其符号被数码化了，这种表示数据的形式称为机器数。《新编微机原理与应用》—中国电力出版社2014/062）浮点表示（必须带小数点）对于任意一个二进制数N总可以表示为：N=S×2P其中S是数N的尾数，P是数N的阶码。格式如下：Pf阶码PSf尾数