微机原理及其应用

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1、第一章 微型计算机的系统结构与工作原理雷友诚 13055161017 jt_第一章 微型计算机的系统结构与工作原理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。

2、第一章 微型计算机的系统结构与工作原理本课程的考核方式： 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”第一章 微型计算机的系统结构与工作原理如何学好“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 微型计算机的系统结构与工作原理第一章 概论第一章 微型计算机的系统结构与工作原理1.微型计算机的应用和发展史2.微型计

3、算机的组成和特点3.微型计算机中数与字符的表示法 第一章 微型计算机的系统结构与工作原理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、反码与补码第一章 微型计算机的系统结构与工作原理1.1 微型计算机系统概述微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。第一章 微型计算机的系统结构与工作原理1.1.1 微型计算机的发展概况第二次世界大战中，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

4、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。第一章 微型计算机的系统结构与工作原理19461946年年2 2月月1414日，一个特别的日子日，一个特别的日子空气也散发着浪漫的气息空气也散发着浪漫的气息 年仅年仅2323岁的埃克特与多位科学家合作，经过岁的埃克特与多位科学家合作，经过 两年多努力，终于在两年多努力，终于在 19461946年年2 2月月1414日，制造

5、成功了日，制造成功了 世界第一台电子计算机，命名为世界第一台电子计算机，命名为 ENIACENIAC（ Electronic Numerical Integrator AndElectronic Numerical Integrator And CalculatorCalculator电子数值积分和计算机）。电子数值积分和计算机）。第一章 微型计算机的系统结构与工作原理第一章 微型计算机的系统结构与工作原理微型计算机诞生：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。19741974年，年，IntelIntel公司

6、的公司的80808080微处理器问世微处理器问世。19751975年世界上第一台微型计算机年世界上第一台微型计算机AltairAltair（牵（牵牛星）诞生了。牛星）诞生了。 第一章 微型计算机的系统结构与工作原理第一章 微型计算机的系统结构与工作原理第一代：电子管计算机（1946年） 第二代：晶体管计算机 （1957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 第一章 微型计算机的系统结构与工作原理分 代第一代年份字长芯片的集成度软件典型的芯片197119724/8位2000个管/片 以上机器语言、

7、简单汇 编语言Intel 4004 Intel 8008第二代197319778位汇编程序高级语言、 (FORTRAN PL/M等 BASIC 操作系统第三代1978198316位汇编语言 高级语言 操作系统第四代Pentium PII PIII PIV1981199232位第五代1993 199432位9000个管/片 以上29000个管/片 以上1550万个管/片 以上Intel 8080,8085 MC 6800 Z-80Intel 8086,8088 MC 68000 Z-8000Intel 80386,80486MC 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

8、330万个 管/片微处理器的概念与发展第六代19952001Pentium58664位550万个管/片操作系统 高级语言软件硬化第一章 微型计算机的系统结构与工作原理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.微型计算机特点第一章 微型计算机的系统结构与工作原理2. 微型计算机的应用领域科学计算过程控制信息处理人工智能网络通信计算机辅助技术第一章 微型计算机的系统结构与工作原理1.1.3

9、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：单片微型机、 单板微型机微型计算机第一章 微型计算机的系统结构与工作原理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)4. 按体积大小分：(1) 台式机(又称桌上型)(2) 便携式(又称可移动微机、笔记本型、 膝上型、口袋型、掌上型和钢笔型)第一章 微型计算机的系统结构与工作原理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

10、述。1. 运算速度2. 字长第一章 微型计算机的系统结构与工作原理存储器分为内存储器和外存储器两类。内 存储器也简称内存或主存，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。第一章 微型计算机的系统结构与工作原理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。1.2.1 计算机的基本结构和工作原理第一章 微型计算机的系统结构与工作原理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

11、”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。第一章 微型计算机的系统结构与工作原理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第一章 微型计算机的系统结构与工作原理1.2.2 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。一、微型计算机系统结构第一章 微型计算机的系统结构与工作原理硬件系统：硬件硬件微型

12、计算机微型计算机 ( (单片、单板单片、单板) )电源电源外围设备外围设备微处理器存储器I/O接口系统总线算术逻辑单元 控制器 寄存器ROMRAMROM EPROM E2PROM SRAM DRAM 并行接口 串行接口 辅助接口数据总线 地址总线 控制总线外部设备I/O接口模拟量I/O接口 开关量接口键盘、显示器、打印机外存储器软、硬磁盘 光盘 A/DD/A第一章 微型计算机的系统结构与工作原理操作系统 Dos, Windows, UNIX, LINUX 语言处理程序 Turbo C 数据库系统 FoxPro、Oracle软件分类软件分类系统软件系统软件应用软件应用软件文字处理软件 Wps、W

13、ord 表格处理软件 Excel 辅助设计软件 Auto CAD用户编制的实际程序软件系统：第一章 微型计算机的系统结构与工作原理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：运算器控制器寄存器RAMROMI/O端口I/O端口微型计算机系统微型计算机微处理器电源系统软件系统I/O设备I/O设备第一章 微型计算机的系统结构与工作原理简介：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)第一章 微型计算机的系统结构与工作原理1.2

14、.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/输 出接口构成，它们之间由系统总线连接。ROMCPURAMI/O接口外部设备电源时钟脉冲电路ABDBCB第一章 微型计算机的系统结构与工作原理1. 1. 微处理器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。第一章 微型计算机的系统结构与工作原理2. 2. 存储器存储器微机的存

15、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，容量大，可长期保存，但 速度慢)第一章 微型计算机的系统结构与工作原理3. 3. 输入设备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。第一章 微型计算机的系统结构与工作原理4. 4. 输出设备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。第一章 微型计算机的系统结构与工作原理注意：注意： 各种外设需要有一

16、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。第一章 微型计算机的系统结构与工作原理5. 5. 系统总线系统总线所谓“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)第一章 微型计算机的系统结构与工作原理地址总线(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