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1、雷友诚 13055161017 jt_,微机原理与接口技术是一门重要的技术基础课 （单片机原理及其应用、嵌入式系统及其应用、计算机控制技术、过程控制与仪表、软件技术基础 、集散控制系统 、可编程逻辑控制(PLC) 、现场总线技术及应用 、检测与转换技术 、机器人控制基础 、数控技术、计算机网络技术、数字信号处理（Digital Signal Processing，DSP）技术及其应用、Net技术及网站开发、柔性制造系统 等）,采用教材： 微型计算机原理及其应用 彭楚武等编，湖南大学出版社，2009.8 本教材用于两门课程。,本课程的考核方式：开卷考试评分标准： 期末考试成绩占70 %、 实验成
2、绩占10 %、 课堂考核及作业占20% 。全院各专业统一命题、流水作业阅卷、统一评分,课堂授课计划 见“微机原理与接口技术教学日历-201209”,如何学好“微机原理与接口技术”？关键在于：勤学多练、熟能生巧；几个要点： a.课前预习 b.课堂认真听课 c.尽可能独立完成课外作业 d.重视实践教学环节（实验、课程设计、课余科技活动等）,第一章 概论,1.微型计算机的应用和发展史,2.微型计算机的组成和特点,3.微型计算机中数与字符的表示法,1.了解微型计算机的产生和发展过程,2. 掌握微型计算机的概念和基本结构,3.掌握进位制数间的转换,4.掌握原码、反码与补码,1.1 微型计算机系统概述,微
3、型计算机是指以大规模、超大规模集成电路为主要部件的微处理器为核心，配以存储器、输入/输出接口电路及系统总线所制造出的计算机系统。,1.1.1 微型计算机的发展概况,计算机的诞生,第二次世界大战中，美国作为同盟国，参加了战争。美国陆军要求宾夕法尼亚大学莫尔学院电工系和阿伯丁弹道研究实验室，每天共同提供六张火力表。每张表都要计算出几百条弹道，这项工作既繁重又紧迫。用台式计算器计算一道飞行时间为60秒的弹道，最快也得20个小时，若用大型微积分分析仪计算也要15分钟。阿伯丁实验室当时聘用了200多名计算能手，即使这样，一张火力表也往往要算两三个月，根本无法满足作战要求。,1946年2月14日，一个特别
4、的日子空气也散发着浪漫的气息,年仅23岁的埃克特与多位科学家合作，经过两年多努力，终于在1946年2月14日，制造成功了世界第一台电子计算机，命名为ENIAC（Electronic Numerical Integrator AndCalculator电子数值积分和计算机）。,微型计算机诞生：1946年第一台计算机在美国问世以后，人们接触最多的是微型计算机，它诞生于20世纪70年代，其发展以微处理器的发展为主要标志。,1974年，Intel公司的8080微处理器问世。1975年世界上第一台微型计算机Altair（牵牛星）诞生了。,第一代：电子管计算机（1946年）,第二代：晶体管计算机 （195
5、7年）,第三代：集成电路计算机 （1962年）,第四代：大规模集成电路计算机 （1971年）,第五代：智能计算机（1981年）,第六代：生物计算机,分 代,第一代,年份,字长,芯片的集成度,软件,典型的芯片,19711972,4/8位,2000个管/片以上,机器语言、简单汇编语言,Intel 4004Intel 8008,第二代,19731977,8位,汇编程序高级语言、(FORTRAN PL/M等BASIC操作系统,第三代,19781983,16位,汇编语言高级语言操作系统,第四代,PentiumPII PIII PIV,19811992,32位,第五代,1993 1994,32位,9000
6、个管/片以上,29000个管/片以上,1550万个管/片以上,Intel 8080,8085MC 6800Z-80,Intel 8086,8088MC 68000Z-8000,Intel 80386,80486 MC 68020,操作系统高级语言软件硬化,操作系统高级语言软件硬化,高达330万个管/片,微处理器的概念与发展,第六代,19952001,Pentium586,64位,550万个管/片,操作系统高级语言软件硬化,1.1.2 微型计算机的特点和应用,微型计算机除具有一般电子数字计算机的快速、精确和通用等许多优点外，还具有独自的特点：,(1) 体积小、重量轻、功耗低,(2) 可靠性高、对
7、使用环境要求低,(3) 结构简单、设计灵活、适应性强,(4) 性能价格比高,1.微型计算机特点,2. 微型计算机的应用领域,1.1.3 微型计算机的分类,1. 按处理器同时处理数据的位数或字长分：,4位机、8位机、16位机、32位机、64位机,2. 按结构类型分：,3. 按用途分：,(1) 个人计算机(PC机),(2) 工作站服务器,(3) 网络计算机(简称NC),1.1.4 微型计算机的主要性能指标,通常所说的计算机运算速度(平均运算速度)，是指每秒钟所能执行的指令条数，一般用“百万条指令秒”(MIPS)来描述。,1. 运算速度,2. 字长,存储器分为内存储器和外存储器两类。内存储器也简称内
8、存或主存，是CPU可以直接访问的存储器，内存大小反映了计算机即时存储信息的能力；外存储器通常是指硬盘(包括内置硬盘和移动硬盘)。,3. 存储器的容量,以上只是一些主要性能指标，还须综合考虑其他因素。,1.2 微型计算机系统结构,现代计算机结构仍然是在冯诺依曼提出的计算机逻辑结构和存储程序概念基础上建立起来的。,1.一系列基本操作命令程序,计算机的工作原理,2. “机器指令”概念,3. 计算机的存储程序控制方式的工作原理：一是能存储程序，二是能自动执行程序。,这一原理决定了人们使用计算机的主要方式编写程序和执行程序。,输入设备,运算器,输出设备,存储器,控制器,冯诺依曼计算机的基本结构,1.2.
9、2 微型计算机的组成与系统的层次结构,微型计算机系统包括硬件系统和软件系统。,硬件系统：构成计算机的实体。包括：微处理器、存储器、I/O接口、系统总线、外部设备和电源。,软件系统：在计算机上运行的各种程序。包括：系统软件和应用软件。,硬件系统：,软件系统：,微型计算机系统由小到大可分为微处理器、微型计算机、微型计算机系统三个层次结构，如下图所示：,简介：,1. 微处理器(也称微处理机，Microprocessor)2. 微型计算机(Microcomputer)3. 微型计算机系统(Microcomputer System),1.2.3 微型计算机的硬件结构,微型计算机由微处理器、存储器、输入/
10、输出接口构成，它们之间由系统总线连接。,1. 微处理器,整个微机的核心是微处理器( p, MPU )，也称CPU。它包含算术逻辑部件ALU、寄存器组及控制部件。,ALU ： 算术、逻辑运算单元,寄存器： 存放操作数、中间结果、地址、标志等信息,控制部件：整个机器控制中心，包括程序计数器IP（PC）、指令寄存器IR、指令译码器ID、控制信息产生电路。,2. 存储器,微机的存储器分为：主存和辅存,主存(内存)：用于存放当前正在运行的程序和正待处理数据。(CPU内部cache，主板上的内存, 造价高，速度快，存储容量小),辅存(外存)：存放暂不运行的程序和输入处理的数据，(主机箱内或主机箱外，造价低
11、，容量大，可长期保存，但速度慢),3. 输入设备,微型计算机常用的输入设备有键盘、鼠标、数字化仪、图像扫描仪、数码相机等。,4. 输出设备,微型计算机常用的输出设备有CRT显示器、打印机和绘图仪等。,注意：各种外设需要有一个接口电路充当它们和CPU间的桥梁，通过该电路完成信号的变换、数据的缓冲、与CPU联络等工作。较复杂的I/O接口电路一般都做在电路板上，这种电路板又称为“卡(Card)”，由卡的一侧 引出连接外界的插座，另一侧 做成插入端，只要将它们插入总线槽(I/O通道)就连到了系统总线。,5. 系统总线,所谓“总线”，是指传递信息的一组公用导线。系统总线(System Bus)是指从处理
12、器子系统引出的若干信号线，CPU通过它们与存储器和I/O设备进行信息交换。系统总线一般分为三组：,数据总线：DB(Data Bus),地址总线：AB(Address Bus),控制总线：CB(Control Bus),地址总线(Address Bus)：,传送地址信息、CPU在AB总线上输出将要访问的内存单元或I/O端口地址、该总线为单向，地址总线的位数决定了CPU可以直接寻址的内存单元范围。,举例,数据总线(Data Bus)：,传送数据信息的总线。在CPU进行读操作时，内存或外设的数据通过DB总线送往CPU；在CPU进行写操作时，CPU数据通过DB总线送往内存或外设，所以该总线为双向总线。
13、,控制总线(Control Bus)：,传送控制信息的总线。其中，有些信号线将CPU的控制信号和状态信号送往外设，外设请求或联络信号送往CPU，个别信号线兼有以上两种情况。所以在讨论控制总线的传送方向时要具体到某一个信号，它们可能是输出、输入或者双向的。,系统总线使用特点：,(1) 在某一时刻，只能由一个总线主控设备控制系统总线，其他总线主控设备必须放弃对总线的控制。,(2) 在连接系统的各个设备中，某一时刻只能有一个发送者向总线发送信号，但可以有多个设备从总线同时获得信号。,附：微型计算机的基本数据类型,内存单元的地址和内容简介：,内存由许多存储单元组成，每个内存单元可存放8位二进制数，即一
14、个内存单元存放一个字节的内容，为了区分各个不同的内存单元，就给每个存储单元编上不同的号码，即内存地址。CPU要访问某个单元时，先要通过地址总线送出该单元的地址号。,尽管大多数存储器是按字节编址的，但实际操作中，一个操作数可以是字节、字、双字节、四字节等各种形式。1. 字节：计算机的基本处理单位，一个字节由8位二进制位组成2. 字：通常微机的字长有8位、16位、32位、64位，故其字数据的存放所占内存单元的个数也不一样3. 双字：即2个字4. 四字：即4个字的长度,地址,存放内容（二进制表示）,十六进制表示,00000H,11000010,00011000,00001H,C2H,18H,0001
15、0010,00008H,12H,00110100,00001H,34H,01110000,FFFFFH,70H,内存单元的地址和内容示意图,1.3 微型计算机中数与字符的表示法,一个数值，可以用不同进制的数表示。通常用数字后面跟一个英文字母来表示该数的数制。,十进制数： D Decimal D可以省略不用.二进制数： B Binary八进制数： Q Octal十六进制数：H Hexadecimal.,例：1001B = 09H=9D,一般地，任意一个十进制数N都可以表示为：N=Kn-110n-1+Kn-2 10n-2+K1101+K0100 + K-110-1+K-210-2+K-m10-m =,1.3.1 进位计数制,*基数：数制所使用的数码的个数*权：数制中每一位所具有的值.,式中，10称为十进制数的基数，i表示数的某一位，10i 称该位的权，Ki 表示第I位的数码。 Ki 的范围为09中的任意一个数,设基数用R表示，则对于二进制，R=2, Ki为0或1，逢二进一。 N= 对于八进制，R=8, Ki为07中的任意一个，逢八进一。 N= 对于十六进制，R=16, Ki为09、A、B、C、D、E、F共16个数码中的任意一个，逢十六进一。 N=,
