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1、微机原理及应用,主讲教师 陈 玮,教材,1、微型计算机原理及应用 许立梓等主编，机械工业出版社 2、80 x86 IBM PC及兼容计算机（卷I和卷II) 汇编语言，设计与接口技术 清华大学出版社（原版影印教材）,2020/10/21,2,第一章 微型计算机的基础知识,第一章 微型计算机的基础知识,主要介绍微型计算机的发展，基本组成原理以及运算基础。 一、微型计算机系统的概论 二、数制及转换 三、计算机中的数及编码 四、计算机中数的运算方法 作业,2020/10/21,3,第一章 微型计算机的基础知识,一、微型计算机系统的概论,1、微处理器 2、微型计算机 3、微型计算机系统 4、微型计算机系
2、统的主要技术指标 5、微型计算机的应用概况,2020/10/21,4,第一章 微型计算机的基础知识,一般指的是由一片或几片大规模集成电路芯片组成的中央处理部件。 （Central Processing Unit，俗称 CPU ） 基本组成：算术逻辑单元、控制器、寄存器组 发展简况,1、微处理器（Microprocessor）,2020/10/21,5,第一章 微型计算机的基础知识,微处理器发展简况,由上个世纪70年代发展至今，经历了五代，它的划分是以其数据总线的宽度为标志的。 1971年，4位微处理器，典型产品是Intel4004； 1972年，8位微处理器，典型产品是Intel8008； 时
3、钟频率0.50.8Mhz，其集成度是30000个晶体管/片。 1974年，8位微处理器，典型产品是Intel8080/8085、MC6800、Z80； 时钟频率28MHz，其集成度是9000晶体管/片。,2020/10/21,6,第一章 微型计算机的基础知识,微处理器发展简况 （接上页）,1978年，16位微处理器，典型产品是Intel8086/8088， MC68000，Z8000；1982年， Intel80286（13万） 。 时钟频率516Mhz，集成度为29000个晶体管/片。 1985， 32位微处理器，典型产品Intel80386, Intel80486（120万），Z80000
4、， MC68020； 时钟频率1633Mhz, 集成度为27.5万个晶体管/片。 1992年以来,，64位微处理器，Pentium Pro（高能奔腾）， Pentium ； 时钟频率达1501000Mhz, 其集成度为2100万个晶体管/片。,2020/10/21,7,第一章 微型计算机的基础知识,2、微型计算机（Microcomputer）,微型计算机是指以微处理器为基础，配以内存(内存储器）和输入/输出接口电路。（裸机）,微型计算机,内存储器,微处理器,输入/输出接口,2020/10/21,8,第一章 微型计算机的基础知识,2、微型计算机（Microcomputer）,典型的微机硬件系统，
5、CPU通过三组总线将内存储器、I/O接口连接起来。 微型计算机的组成图：,2020/10/21,9,第一章 微型计算机的基础知识,3、微型计算机系统(Microcomputer System) ,微型计算机系统 是指由微型计算机配以相应的外部设备（如打印机、显示器、键盘，硬盘、光盘等）、一些专用电路、电源和相关的软件。 （1）微处理器、微型计算机和微型计算机系统的关系 （2）微型计算机系统类型,2020/10/21,10,第一章 微型计算机的基础知识,微型计算机系统类型, 单片机又称“微控制器（Microcontroller）”和“嵌入式计算机”。它是把构成微型计算机的所有部件集成在一块芯片上
6、。其体积小，功耗低，在智能化仪表及控制领域应用极广； 单板机这是将构成微型计算机的一些功能部件安装在一块印刷电路板上。用于生产过程的实时控制和教学实验平台； 个人计算机这是一种通用的微型计算机系统，广泛用于办公室和家庭、个人使用。个人计算机在商业、家庭、科学、工业和教学领域都得到广泛的应用。,2020/10/21,11,第一章 微型计算机的基础知识,微处理器、微型计算机和微型计算机系统的关系,控制器 算术逻辑单元 寄存器组 内存储器 输入/输出接口 输入/输出设备和外存储器 系统软件 应用软件 电源,2020/10/21,12,第一章 微型计算机的基础知识,4、微型计算机系统的主要技术指标,（
7、1）字长 （2）运算速度 （3）存储容量 （4）主频 （5）指令系统 （6）外部设备的配置 （7）软件的配置,2020/10/21,13,第一章 微型计算机的基础知识,（1）字长,计算机的字长是指CPU与输入/输出设备或内存储器之间一次传送二进制数据的位数。 通常CPU的数据总线的位数与计算机的字长是一致的。,2020/10/21,14,第一章 微型计算机的基础知识,（2）运算速度,运算速度是以每秒钟能执行多少条指令来表示的，用来衡量计算机运算的快慢程度。 以MIPS（Million Instruction Per Second，每秒百万条指令）为单位。,2020/10/21,15,第一章 微
8、型计算机的基础知识,（3）存储容量,存储容量是衡量计算机系统中存储能力的一个指标，包括内存容量和外存容量。 内存容量以字节为单位，分装机容量和最大容量。 * 最大容量是由CPU的地址总线决定。 * 装机容量是由实际装机情况决定，或者由用户所要求的软件环境决定。 外存容量是指硬盘、光盘及软盘等容量。,2020/10/21,16,第一章 微型计算机的基础知识,内存的最大容量和装机容量,例1：8088是20条地址线，则最大内存容量为 220 = 10241024=1M； 例2：Pentium Pro是36条地址线，则最大内存容量为 236 = 64 1024 10241024=64G。 事实上，目前
9、PC机的实际装机容量一般为256M或512M。,2020/10/21,17,第一章 微型计算机的基础知识,（4）主频,主频指计算机工作时CPU的时钟频率(Clock Rate)，单位为MHz，是计算机工作的时间基准，用于协调整机的操作。 8086/8088的时钟频率为310MHz。 主频的高低在很大程度上决定了计算机的运算速度。,2020/10/21,18,第一章 微型计算机的基础知识,（5）指令系统（Instruction Sets),指令系统是指CPU所能执行的全部指令的集合。 （芯片制造商已完成） 指令系统功能是否齐全、寻址方式是否方便，直接影响计算机的工作能力。,2020/10/21,
10、19,第一章 微型计算机的基础知识,（6）外部设备的配置,外部设备的配置是衡量一个计算机系统的综合性能的重要指标。 1、允许配置的外设数量，一般所配的外设越多，系统功能越强； 2、外设接口的标准和类型，接口性能的好坏直接影响系统的功能。,2020/10/21,20,第一章 微型计算机的基础知识,（7）软件的配置,软件和硬件是计算机系统中两大资源。 软件配置直接影响计算机系统的使用和性能的发挥。必须配置的软件： 1、系统软件（操作系统、诊断程序、编辑程序等）； 2、程序设计语言（机器语言、汇编语言，高级语言）； 3、应用软件（软件包、数据库）。,2020/10/21,21,第一章 微型计算机的基
11、础知识,5、微型计算机的应用概况,（1）科学计算（数值计算） （2）信息处理 （3）过程控制 （4）计算机辅助技术 （5）人工智能 （6）计算机仿真,2020/10/21,22,第一章 微型计算机的基础知识,（1）科学计算（数值计算）,科学研究和工程技术领域中有大量复杂的数值运算问题，是计算机应用最早的领域。 如：人造卫星的轨迹计算； 建筑设计中房屋抗震强度的计算； 气象预报中描述大气运动规律的微分方程的求解等。 特点：计算过程复杂，精度要求高。,2020/10/21,23,第一章 微型计算机的基础知识,（2）信息处理,用计算机对信息及时地加以记录、整理和计算，并加工为人们所要求的形式。 如：
12、数据处理、事务处理、企业管理和情报检索等都属于信息处理的范畴。 特点：数据量很大，计算过程比较简单。,2020/10/21,24,第一章 微型计算机的基础知识,（3）过程控制,过程控制是指将计算机应用于自动控制系统。 所谓自动控制系统是一种不需要人工干预的过程（包括机械加工过程、热力学过程和化学过程等）和对象进行控制的系统。 特点：实时性要求及时采集检测数据，经过计算机计算后及时对被控对象进行自动控制和调节。,2020/10/21,25,第一章 微型计算机的基础知识,（4）计算机辅助技术,包括： 计算机辅助设计(CAD，Computer Aided Design)； 计算机辅助制造(CAM，C
13、omputer Aided Manufacturing); 计算机辅助教育(CAI， Computer Assisted Instruction); 等等。 特点：综合利用计算机的计算、逻辑判断、信息处理的功能，并具有很强的人机交互特性。,2020/10/21,26,第一章 微型计算机的基础知识,（5）人工智能,人工智能是研究如何制造出智能机器和智能系统来模拟人类的智能活动，以延伸人的智能的科学。 研究领域包括计算机学习、计算机证明、景物分析、模拟人的思维过程、自然语言理解、自动程序设计、及机器人学等。,2020/10/21,27,第一章 微型计算机的基础知识,（6）计算机仿真,计算机仿真是一
14、门建立仿真模型和进行仿真实验的技术。 科研人员根据实际系统建立模型系统，并通过对模型系统的研究实验，以达到研制和开发实际系统的目的。 应用范围包括航空、航天、核能及其他工业控制等领域。 目前已推广到社会、经济、生物等领域。 利用计算机仿真可以方便、有效地对系统进行分析、设计、操作、预测和统筹等控制。,2020/10/21,28,第一章 微型计算机的基础知识,二、 数制及转换,1、数制 2、各种数制的相互转换,2020/10/21,29,第一章 微型计算机的基础知识,1、数制,（1）十进制数 （2）二进制数 （3）十六进制数,2020/10/21,30,第一章 微型计算机的基础知识,（1）十进制
15、数（Decimal),具有10个数字符号0 ， 1 ， 2 ， ， 9； 由低位向高位进位是按“逢10进1”的规则进行的； 基数为10，第i位的权为10i。 其中 i=n，n-1， ，2，1，0，-1，-2， 规定整数最低位的位序号i=0。 例：(6543.21)10 =6543.21D =6103 + 5102 + 4101 + 3100 + 210-1 +110-2,2020/10/21,31,第一章 微型计算机的基础知识,（2）二进制数(Binary),具有2个数字符号0，1； 由低位向高位进位是按“逢2进1”的规则进行的； 基数为2，第i位的权为2i。 其中 i=n，n-1， ，2，1，0，-1，-2， 规定整数最低位的位序号i=0 例：(1010.101)2 =1010.101B =123+0 22 + 121 + 020 + 12-1 + 02-2 + 12-3,2020/10/21,32,第一章 微型计算机的基础知识,（3）十六进制数(Hexadecimal),1、具有16个数字符号0 ， 1 ， 2 ， ， 9 ，A ， B ， C ， D ， E ， F； 2、由低位向高位进位是按“逢16进1”的规则进行的； 3、基数为16，第i位的权为 16i。 其中 i=n，n-1， ，2，1，0，-1，-2， 规定整
