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1、第一章 微型计算机的基本概念,第一节 概 述 第二节 微处理器 第三节 存储器 第四节 输入/输出接口电路,第一节 概 述,电子计算机的卓越特性： (1) 高速度 电子计算机被广泛应用的最重要原因是它能以人所无法比拟的高速度进行信息处理。 (2) 高度自动化 电子计算机能在程序的控制下，无需人的介入，自动地处理信息。 (3) 具有记忆能力 电子计算机能保存大量的信息，一般电子计算机能在机内存储几万、几十万、几百万甚至几千万字符的信息。 (4) 具有逻辑判断能力 电子计算机可进行各处逻辑判断，并根据判断的结果自动决定下一步的工作。 (5) 高精度和高可靠性 用电子计算机处理得到的结果，数据的有效
2、位数可达十几位，甚至上百位。,电子计算机的应用： (1) 科学计算 利用计算机高速、高精度地进行大量的复杂的数学运算，如导弹飞行轨迹计算、天气数值预报等。 (2) 数据与信息处理 利用计算机对大批量数据进行排序、插入、修改、删除、检索等基本操作，如资料的统计分析、计划的编制、企业的成本核算、情报的检索等。 (3) 实时控制、计算机实时采集生产、交通等现场的信息并加以处理，然后输出命令控制现场。 (4) 计算机辅助设计 利用计算机部分代替人工进行机械、电路、房屋、服装等设计。 (5) 人工智能的应用 人工智能就是用计算机模拟人类的智能，使计算机具有听、看、说和“思维”的能力。,一、 微型计算机的
3、组成 二、 微型计算机软件 三、 计算机中的数,一、 微型计算机的组成,1. 计算机的基本结构 2. 字长 3. 微型计算机结构,1. 计算机的基本结构,图1-1 计算机结构,2. 字长,计算机内所有的信息都是以二进制代码的形式表示的。一台计算机所用的二进制代码的位数称为该计算机的字长。从需要来讲，计算机的字长越长，它能代表的数值就越大，能表示的数值的有效位数也越多，计算的精度就越高。但是，位数越多，用来表示二进制代码的逻辑电路也越多，使得计算机的结构变得庞大，电路变得复杂，造价也越昂贵。用户通常要根据不同的任务选择不同字长的计算机。 微型计算机的字长有1位、4位、8位、16位、32位等。目前
4、国内应用最多的是8位微机、16位微机和32位微机。,3. 微型计算机结构,微处理器 (2) 存储器 (3) 输入/输出接口电路 (4) 总线,图1-2 微型计算机结构,(1) 微处理器,1) 算术逻辑部件ALU(Arithmetic Logic Unit)。 2) 工作寄存器组。 3) 控制部件。,(2) 存储器,表 1-1,I/O接口是沟通CPU与外围设备的不可缺少的重要部件。外围设备种类繁多，其运行速度、数据形式、电平等各不相同，常常与CPU不一致，所以要用I/O接口作图1-4 8位总线桥梁，起到信息转换与协调的作用。例如打印机打印一行字符约需1s，而计算机输出一行字符仅需1ms左右，要使
5、打印机与计算机同步工作，必须采用相应的接口电路芯片来协调和衔接。,(3) 输入/输出接口电路,图1-4 8位总线,(4) 总线,图1-5 单向三态门,图1-6 双向三态门,二、 微型计算机软件,1. 指令 2. 程序 3. 机器语言、汇编语言和高级语言 4. 程序分类,1. 指令,控制计算机进行各种操作的命令称为指令。,例如： 将数29传送(Move)到寄存器A的指令称为传送指令，书写形式为 MOV A，#29；(A)29,将寄存器A的内容与数38相加的指令称为加法(Additive)指令，书写形式为 ADD A，#38；(A)(A)+38 该指令将运算结果送回A保存。,2. 程序,为了计算一
6、个数学式，或者要控制一个生产过程，需要事先制定计算机的计算步骤或操作步骤。计算步骤或操作步骤是由一条条指令来实现的。这种一系列指令的有序集合称为程序。编制程序的过程称为程序设计。,编制程序可使用汇编语言或高级语言。 用助记符(通常是指令功能的英文缩写)表示操作码、用字符(字母、数字、符号)表示操作数的指令称为汇编指令。用汇编指令编制的程序称为汇编语言程序。,3. 机器语言、汇编语言和高级语言,这种程序占用存储器单元较少，执行速度较快，能够准确掌握执行时间，可实现精细控制，因此特别适用于实时控制。,表 1-2,图1-8 存储器中的程序,4. 程序分类,用来解决用户各种实际问题的程序称为应用程序。
7、应用程序标准化、模块化后，形成解决各种典型问题的应用程序的组合，称为软件包。 语言翻译程序如汇编程序、编译程序、解释程序。,三、 计算机中的数,1. 进位计数制 2. 不同进位制数间的转换 3.带符号数的表示 4.定点数与浮点数 5.二进制编码的十进制数 6.ASC码,1. 进位计数制,(1) 二进制数 二进制数有两个主要特点：它只有两个数字符号：0和1。 逢二进一。 (2) 十六进制数 十六进制数的两个主要特点是：它有十六个数字符号，即0、1、2、9及A、B、C、D、E、F，其中A为10、B为11、C为12、F为15。逢十六进一。,(1) 二进制数与十六进制数的相互转换 4位二进制数具有十六
8、个状态(24=16)，而1位十六进制数也具有十六个状态(见表1-3)，所以1位十六进制数对应于4位二进制数，转换十分方便。 (2) 二进制数，十六进制数转换成十进制数 根据二进制数及十六进制数的定义，将一个二进制数或十六进制数按权展开，然后相加，就得到了十进制数。 (3) 十进制数转换成二进制数、十六进制数 十进制数转换成二进制数或十六进制数时，要把整数部分和小数部分分别换算，然后再将转换结果加在一起。,2. 不同进位制数间的转换,(1) 二进制数与十六进制数的相互转换,1) 十六进制数转换成二进制数 只要把每1位十六进制数用对应的4位二进制数代替，就转换成了二进制数。 2) 二进制数转换成十
9、六进制数 二进制数的整数部分由小数点向左，每4位一分，最后不足部分左面补零；小数部分由小数点向右，每4位一分，最后不足部分右面补零，然后每4位二进制数用1位十六进制数代替，就转换成了十六进制数。,表 1-3,例1-1 F8H=1111F 10008B 例1-2 2.A4H=0010.10100100B=10.101001B 例1-3 100111100101 0.01011B=0001001111001010.0101 1000B=13C A.58H,(2) 二进制数，十六进制数转换成十进制数,例1-4 1111 1111B=127+126+125+124+123+122+121+120=25
10、5 3AH=3161+10160=58 例1-5 101111B=2FH=2161+15=47,(3) 十进制数转换成二进制数、十六进制数,1) 整数部分的换算 2) 小数部分的转换,例1-6 将十进制数21转换成二进制数。,12F.TIF,例1-7 将十进制数11转换成二进制数。,例1-8 将十进制数116转换成十六进制数。,12E.TIF,例1-9 要求把十进制小数0.6875转换成二进制数。 例1-10 将十进制数0.8125转换成二进制数。 例1-11 将十进制数0.71875转换成十六进制数。 例1-12 将十进制数9 8.65626转换成二进制数与十六进制数，二进制数的小数取5位。
11、,3. 带符号数的表示,(1) 原码 凡是正数符号位用0表示，负数符号位用1表示，而数值位保持原样的机器数称为原码。 (2) 反码 正数的反码表示与正数的原码相同。 (3) 补码 正数的补码表示与正数的原码相同。,图1-10 8位微机中的带符号数,例1-13 求+4的原码。 例1-14 求-4的原码。 例1-15 求+4的反码。 例1-16 求-4的反码。 例1-17 求x=3的补码。 例1-18 求-3的补码。 例1-19 已知x补=1111 0011B，求x。,表 1-4,4. 定点数与浮点数,(1) 定点数 所谓定点数，是指小数点位置固定不变的数。 1) 小数点定于数值位之后，见图1-1
12、1a。 2) 小数点定于符号位与数值位之间，见图1-11b，这种定点数只能表示纯小数。 (2) 浮点数 定点数表示的数值范围有限。 例1-20 某计算机字长16位，其中阶码用五位二进制数表示，尾数用9位二进制数表示，阶符、尾符各占一阶符阶 码尾符尾 数 图1-12 浮点数的表示位数。试用浮点数形式表示十进制数-117.75及0.078125。,5.二进制编码的十进制数,(1) 二-十进制数 有些场合，计算机输入、输出数据时仍使用十进制数，以适应人们的习惯。 (2) 十进制调整 计算机的运算器总是按二进制运算。 例1-21 计算48+69。,表 1-5,6.ASCII码,在字长8位的微型计算机中
13、，用低7位表示ASCII码，最高位D7可用作奇偶校验位。例如字母“C”的ASCII码为1000011，假如采用偶校验，因原有3个“1”，则D7应置1，以形成偶数个1，即1100 0011。假如采用奇校验，则D7应清0，形成奇数个1，即0100 0011。在串行通信中，发送端与接收端事先协定校验方式。如果采用偶校验，则信息从发送端发送时已形成偶数个“1”。接收端接收信息时，经校验如发现“1”的个数为奇，说明信息在传送过程中发生了差错，计算机就可进行相应的出错处理。奇偶校验所用的硬件与软件都较简单，所以这种方法在计算机通信中得到广泛的应用。,第二节 微 处 理 器,一、运算器 二、控制器 三、工作
14、寄存器 四、程序计数器,图1-14 典型微处理器结构框图,一、运算器,1.算术逻辑单元和累加器 2.标志寄存器 3.二-十进制调整电路,二、控制器,1) 从存储器中取回该指令的机器码，送指令寄存器寄存，直至该指令执行完毕。 2) 由指令译码器译码，以识别该指令需要实施何种操作。 3) 由定时与控制电路产生一系列控制信号，送到计算机各部件以执行这一指令。,三、工作寄存器,微型计算机的CPU内部通常设置工作寄存器组。设置工作寄存器后，参加运算的操作数及运算的中间结果可以存放在寄存器中，而不必每次都送入存储器存放。这样可提高计算机的工作速度，还能简化指令的机器代码。工作寄存器还可以寄存存储器地址。,
15、四、程序计数器,(1) 复位功能 计算机通电时有上电复位，运行时有操作复位(按钮复位)。 (2) 计数功能 CPU读取一条指令时，总是将PC的内容作为指令地址，并经地址总线送到存储器，从而从该地址单元中取回指令的机器码，送到指令寄存器。 (3) 直接置位功能 PC也能直接接收内部总线送来的数据，并用该数据取代其原有的内容。,第三节 存 储 器,一、概述 二、读写存储器RAM,一、概述,1.存储器分类 2.存储器结构,1.存储器分类,(1) 掩模ROM 在半导体工厂生产时，已经用掩模技术将程序做入芯片，用户只能读出内容而不能改写。 (2) 可编程只读存储器PROM(Programmable RO
16、M) 用户可将程序写入PROM，但程序一经写入就不能改写。 (3) 可擦除可编程只读存储器EPROM(Erasable PROM) 用户可将程序写入EPROM芯片。 (4) 电擦除可编程只读存储器EEPROM(Electrically Erasable PROM) 这是近年发展起来的一种只读存储器。,图1-15 存储器分类,2.存储器结构,图1-16 存储器结构框图,二、读写存储器RAM,1.位存储器 2.地址译码器 3.输入/输出控制电路,1.1位存储电路,(1) 1位静态存储电路 图1-17是由6管组成的1位静态存储电路。 (2) 1位动态存储电路 1位动态存储电路有多种结构，图1-19是由4管构成的电路。,图1-17 6管静态1位存储电路,图1-18 存储矩阵,图1-19 1位动态存储电路,2.地址译码器,存储器芯片中通常包含行(X)、列(Y)两个地址译码器。译码器输入端接存储器地址，输出行选或列选信号，见图1-16、图1-18。,3.输入/输出控制电路,图1-20 输入/输出控制电路,图1-21 地址译码电路
