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1、微处理器、微计算机系统,电子实验中心 赵 建 课件密码：stud Email:zhaojian,2011年全国大学生电子竞赛B题,成于大气 信达天下,Chengdu University of Information Technology,甲车车头紧靠起点标志线,乙车车尾紧靠边界,甲、乙两辆小车同时起动，先后通过起点标志线，在行车道同向而行，实现两车交替超车领跑功能。跑道如图所示。,该课程共80学时，5学分。其中理论教学56学时，实验教学24学时。 课程考核形式为闭卷考试。考试成绩占70%，平时成绩占30%。 课程主要以MCS-51单片机来介绍微处理器的工作原理。,成于大气 信达天下,Chen
2、gdu University of Information Technology,课 程 概 述,课程的学习方法： 课堂教学以讲授为主，课后主要靠自己不断地练习。记住所有的程序员都是练出来的，不是看出来的。,成于大气 信达天下,Chengdu University of Information Technology,课 程 概 述,DO IT YOURSELF,第一章 微型计算机基础知识,本章对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、计算机中数据的表示方法等各类知识作了相应的概述。 本章要求掌握： 1、了解微型计算机的结构和系统组成； 2、熟练掌握各种数制之间的转换。,成
3、于大气 信达天下,Chengdu University of Information Technology,成于大气 信达天下,Chengdu University of Information Technology,计 算 机 的 发 展,1958-1965年 内部使用晶体管开始使用计算机算法语言 开始应用与工业控制,1946-1958年 体积大、运算速度低、存储容量小 主要用于科研部门,1965-1970年 以中小规模集成电路为主，出现了操作系统 用于自动控制、管理等很多领域,第一代,第二代,第三代,成于大气 信达天下,Chengdu University of Information T
4、echnology,把信息采集、存储、处理、通信和人工智能结合在一起,1970年以后 采用大规模集成电路为主要器件 可以处理音频、视频等多媒体信息,有待各位致力于计算机发展的人去进一步探索和推动,第四代,第五代,第代,计 算 机 的 发 展,成于大气 信达天下,Chengdu University of Information Technology,1973-1978年 采用中档的8位微处理器,1971-1973年 采用4位或者低档的8位微处理器,1978-1981年 采用16位微处理器,第一代,第二代,第三代,微 型 计 算 机 的 发 展,成于大气 信达天下,Chengdu Univers
5、ity of Information Technology,1993年以后 采用64位微处理器,1981-1992年 采用32位微处理器,2005年双核微处理器诞生 2006年四核微处理器诞生,第四代,第五代,第代,微 型 计 算 机 的 发 展,成于大气 信达天下,Chengdu University of Information Technology,微型计算机的性能指标,主要由以下几部分来表示,成于大气 信达天下,Chengdu University of Information Technology,微型计算机的性能指标,1、字长 计算机在同一时间内处理的一组二进制数称为一个计算机的“
6、字”，而这组二进制数的位数就是“字长”。在其他指标相同时，字长越大计算机处理数据的速度就越快。,成于大气 信达天下,Chengdu University of Information Technology,微型计算机的性能指标,2、运算速度 运算速度是衡量计算机性能的一项重要指标。一般有两种表示方法。 A. MIPS（Millions of Instruction Per Second） 百万条指令/秒 B. 使用CPU主频来描述运算速度 一般来说，主频越高，运算速度就越快。比如：Pentium 4 1.5G 的主频就为1.5GHz。,成于大气 信达天下,Chengdu University
7、of Information Technology,微型计算机的性能指标,3、存储容量 存储容量是衡量微型计算机中存储能力的一个指标，它包括内存容量和外存容量，微型计算机中通常以字节为单位表示存储容量。 内存储器是CPU可以直接访问的存储器，需要执行的程序与需要处理的数据就是存放在主存中的。内存储器容量的大小反映了计算机即时存储信息的能力。 外存储器容量通常是指硬盘容量。,成于大气 信达天下,Chengdu University of Information Technology,微型计算机的性能指标,4、软件配置 软件配置情况直接影响微型计算机系统的使用和性能的发挥，软件的配置应该包括功能强
8、、操作简单、又能满足应用要求的操作系统和丰富的应用软件。,成于大气 信达天下,Chengdu University of Information Technology,微型计算机的性能指标,5、外设扩展能力 外部设备的配置及扩展能力主要指计算机系统连接各种外部设备的可能性、灵活性和适应性。,成于大气 信达天下,Chengdu University of Information Technology,微型计算机系统模型,成于大气 信达天下,Chengdu University of Information Technology,微型计算机硬件系统,成于大气 信达天下,Chengdu Univer
9、sity of Information Technology,微型计算机系统硬件结构,微型计算机硬件组成及其结构图一,成于大气 信达天下,Chengdu University of Information Technology,微型计算机系统硬件结构,微型计算机硬件组成及其结构图二,成于大气 信达天下,Chengdu University of Information Technology,微机系统硬件主要组成部分微处理器,微处理器是微型计算机的核心，又称为CPU（Central Processing Unit）。包括运算逻辑部件、寄存器部件和控制部件。这三个部件相互协调，对命令和数据进行分析
10、、判断、运算并控制计算机各部分协调工作。,微处理器基本结构,成于大气 信达天下,Chengdu University of Information Technology,微处理器内部结构解析,1、算术逻辑部件ALU ALU（Arithmetic Logic Unit）是运算器的核心部件。它在控制器的控制下能对两个二进制数进行算术运算和逻辑运算。 2、累加器A（Accumulator） 简单地说，A用来保存被加数及两个数的和。加数存放在另外一个数据寄存器中。,成于大气 信达天下,Chengdu University of Information Technology,微处理器内部结构解析,3、标
11、志寄存器FR（Flag Register） 标志寄存器是用来存放ALU运算结果的状态信息。通常是根据有关指令的运行结果由CPU自动设置的。,成于大气 信达天下,Chengdu University of Information Technology,微处理器内部结构解析,4、寄存器组RS（Registers） 寄存器是CPU内部重要的数据存储资源，是汇编程序员能直接使用的硬件资源之一。,用来存储数据，用途广泛，可由用户自己定义,有专门的用途，不可以随意更改其值,成于大气 信达天下,Chengdu University of Information Technology,微处理器内部结构解析,5
12、、控制器CU（Control Unit） 控制器是整个CPU的指挥控制中心。是计算机系统发布操作命令的部件，是计算机的指挥中心。所有的操作都是在控制器的控制下实现的。 主要由以下三个部分组成： 1、程序计数器PC（Program Counter） 2、指令寄存器IR（Instruction Register） 3、指令译码器ID（Instruction Decoder）,成于大气 信达天下,Chengdu University of Information Technology,微处理器内部结构解析,程序计数器PC（Program Counter） 又叫程序指针，用来存放下一条要执行的指令的地
13、址。为了保证程序（在操作系统中理解为进程）能够连续地执行下去，CPU必须具有某些手段来确定下一条指令的地址。而程序计数器正是起到这种作用，所以通常又称为指令计数器。执行转移指令时，就是修改PC的值，使程序跳转到其他的程序空间里运行。其值一般不可以随意更改，如果其值出现异常，那么程序就会“跑飞”。,成于大气 信达天下,Chengdu University of Information Technology,微处理器内部结构解析,指令寄存器IR（Instruction Register） 它接收从存贮器取来的指令操作码，并保存当前正在执行的一条指令。指令操作码就是用来指明这条指令完成何种操作。 指
14、令译码器IR（Instruction Decoder） 它对指令的操作码进行译码，以便确定所要求的操作。比如在MCS-51单片机中，操作码0x04，经过指令译码器译码后，单片机执行对A寄存器加1的操作，即INC A。,成于大气 信达天下,Chengdu University of Information Technology,存 储 器 解 析,存储器（Memory）是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据。计算机中的全部信息，包括输入的原始数据、计算机程序、中间运行结果和最终运行结果都保存在存储器中。它根据控制器指定的位置存入和取出信息。不管是指令码还是地址，或者是数据，在存储器中都是按
15、照二进制的形式表示。,成于大气 信达天下,Chengdu University of Information Technology,存 储 器 解 析,存储器的最小单位为位（bit）。8个位（bit）组成一个字节（byte）。由于他们的简写都是b，所以要特别注意区分。,1个字节,高位,低位,比如：二进制数01010110是一个字节，对于字节通常用16进制数来表示，因此对于二进制数01010110用字节表示为0x56（C语言），或者56H（汇编语言）,成于大气 信达天下,Chengdu University of Information Technology,存 储 器 解 析,存储器的容量通常
16、是以字节为单位，常用的单位有KB、MB、GB等，具体的单位换算如下表。,成于大气 信达天下,Chengdu University of Information Technology,输 入 输 出 设 备 解 析,输入输出设备，又称I/O设备，是计算机外部设备之一。 输入设备（Input Device）是向计算机输入数据和信息的设备，是计算机与用户或其他设备通信的桥梁。 输出设备（Output Device）是人与计算机交互的一种部件，用于数据的输出。它把各种计算结果或信息以数字、字符、图像、声音等形式表示出来。,成于大气 信达天下,Chengdu University of Information Technology,总 线 系 统 解 析,总线（Bus）是计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信干线，它是由导线组成的传输线束。总线是一种内部结构，它是cpu、内存、输入/输出设备传递信息的公用通道，主机的各个部
