微機原理與接口chapter1

1、1234工程類課程重視練習經驗很重要不要鉆牛角尖授課內容有側重考查方式閉卷考試卷面成績70，平時成績30（作業(yè)和實驗）作業(yè)和實驗的重要性，平時成績對最終成績的影響5第一章 計算機基本知識 緒論計算機的發(fā)展概況微型計算機中信息的表示及運算基礎幾個重要的數(shù)字邏輯電路微機基本結構611 緒 論 1946年2月15日 世界第一臺電子計算機問世 1946年世界上第一臺電子計算機由美國賓夕法尼亞大學研制成功。盡管它重達30噸，占地170平方米，耗電140千瓦，用了18800多個電子管，每秒鐘僅能做5000次加法. 這臺計算機有五個基本部件：輸入器、輸出器、運算器、存儲器和控制器，奠定了當代電子數(shù)字計算機體

2、系結構的基礎。 789 運作了九年之久。吃電很兇， 據(jù)傳ENIAC每次一開機，整個費城西區(qū)的電燈都為之黯然失色。 另外，真空管的損耗率相當高，幾乎每15分鐘就可能燒掉一支真空管，操作人員須花15分鐘以上的時間才能找出壞掉的管子，使用上極不方便。曾有人調侃道：“只要那部機器可以連續(xù)運轉五天，而沒有一只真空管燒掉，發(fā)明人就要額手稱慶了”。 。 10工作特點是程序控制、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)字編碼 電子計算機工作的基礎11幾個概念控制器、CPU計算機主機計算機硬件系統(tǒng)計算機軟件系統(tǒng)計算機系統(tǒng)字長：CPU并行處理二進制的數(shù)據(jù)位數(shù)。8位 機、16位機、32位機和64位機。1212 計算機的發(fā)展概況 微型化 便攜式

3、、低功耗巨型化 尖端科技領域的信息處理，需要超大容量、高速度智能化 模擬人類大腦思維和交流方式，多種處理能力系列化、標準化 便于各種計算機硬、軟件兼容和升級網(wǎng)絡化 網(wǎng)絡計算機和信息高速公路多機系統(tǒng) 大型設備、生產流水線集中管理(獨立控制、 故障分散、資源共享)13CNET中國.ZOL 06年8月18日報道：今天下午，從英特爾酷睿2 Merom技術說明會上獲悉，英特爾酷睿2 Merom處理器將于本月29日正式發(fā)布。 據(jù)英特爾公司技術工程師介紹：酷睿2 Merom為筆記本提供更優(yōu)的性能功耗比，其中雙核u2500的最低功耗僅為9.5瓦，筆記本電腦可以更輕薄更省電。 日本NEC公司的“地球模擬機”(E

4、arthSimulator)計算機在兩年前曾是世界最快超級計算機，其計算能力達35.86Tflops?，F(xiàn)在美國的IBM藍色基因/L已經重奪這項桂冠，它的計算能力是280.6Tflops(新浪科技注：這臺IBM超級計算機服務于美國國家核安全局，主要用于模擬核試驗。)。 1412 計算機的發(fā)展概況 一、計算機的發(fā)展概況 第一代：電子管計算機時代（19471957）第二代：晶體管計算機時代（19581964）第三代：集成電路計算機時代（19641972）第四代：超大規(guī)模集成電路（VLSI）計算機時代 （1972年 ）。第五代：智能計算機（1981年 ）。15二、微處理器及微型計算機的發(fā)展概況 第一代

5、微處理器是以Intel公司1971年推出的4004，4040為代表的四位微處理機。 第二代微處理機（1973年1977年），典型代表有：Intel 公司的8080、8085；Motorola公司的M6800以及Zlog公司的Z80。 第三代微處理機 第三代微機是以16位機為代表，基本上是在第二代微機的基礎上發(fā)展起來的。其中Intel公司的8088。8086是在8085的基礎發(fā)展起來的；M68000是Motorola公司在M6800 的基礎發(fā)展起來的； 第四代微處理機 以Intel公司1984年10月推出的80386CPU和1989年4月推出的80486CPU為代表， 第五代微處理機的發(fā)展更加迅

6、猛，1993年3月被命名為PENTIUM的微處理機面世，98年PENTIUM 2又被推向市場。16INTEL CPU 發(fā)展歷史Intel第一塊CPU 4004,4位主理器,主頻108kHz,運算速度0.06MIPs(Million Instructions Per Second, 每秒百萬條指令),集成晶體管2,300個,10微米制造工藝,最大尋址內存640 bytes,生產曰期1971年11月.17188085,8位主理器,主頻5M,運算速度0.37MIPs,集成晶體管6,500個,3微米制造工藝,最大尋址內存64KB,生產曰期1976年19208086,16位主理器,主頻4.77/8/10

7、MHZ,運算速度0.75MIPs,集成晶體管29,000個,3微米制造工藝,最大尋址內存1MB,生產曰期1978年6月.212280486DX,DX2,DX4,32位主理器,主頻25/33/50/66/75/100MHZ,總線頻率33/50/66MHZ,運算速度2060MIPs,集成晶體管1.2M個,1微米制造工藝,168針PGA,最大尋址內存4GB,緩存8/16/32/64KB,生產曰期1989年4月2324Celeron一代, 主頻266/300MHZ(266/300MHz w/o L2 cache, Covington芯心 (Klamath based),300A/333/366/400

8、/433/466/500/533MHz w/128kB L2 cache, Mendocino核心 (Deschutes-based), 總線頻率66MHz,0.25微米制造工藝,生產曰期1998年4月)2526Pentium 4 (478針),至今分為三種核心:Willamette核心(主頻1.5G起,FSB400MHZ,0.18微米制造工藝),Northwood核心(主頻1.6G3.0G,FSB533MHZ,0.13微米制造工藝, 二級緩存512K),Prescott核心(主頻2.8G起,FSB800MHZ,0.09微米制造工藝,1M二級緩存,13條全新指令集SSE3),生產曰期2001年

9、7月.2728更大的緩存、更高的頻率、 超級流水線、分支預測、亂序執(zhí)行超線程技術 29微型計算機組成結構微型計算機系統(tǒng)硬件微型計算機（主機）微處理器 (CPU)軟件外圍設備運算器控制器存儲器 (內存)RAMROM外部設備輔助設備 輸入設備(鍵盤、掃描儀、語音識別儀) 輸出設備(顯示器、打印機、繪圖儀、) 輔助存儲器(磁帶、磁盤、光盤)輸入/輸出接口(PIO、SIO、CTC、ADC、DAC) (I/O接口) 總線 (AB、DB、CB)系統(tǒng)軟件(操作系統(tǒng)，編輯、編譯程序，故障診斷,監(jiān)控程序)應用軟件(科學計算，工業(yè)控制，數(shù)據(jù)處理)程序設計語言(機器語言、匯編語言、高級語言)電源電路時鐘電路30單片

10、機簡介單片機即單片機微型計算機，是將計算機主機(CPU、 內存和I/O接口)集成在一小塊硅片上的微型機。單片機開發(fā)系統(tǒng)有單片單板機和仿真器。實現(xiàn)單片機應用系統(tǒng)的硬、軟件開發(fā)。單片機為工業(yè)測控而設計，又稱微控制器。具有三高優(yōu)勢(集成度高、可靠性高、性價比高)。主要應用于工業(yè)檢測與控制、計算機外設、智能儀器儀表、通訊設備、家用電器等。 特別適合于嵌入式微型機應用系統(tǒng)。31三、計算機編程語言的發(fā)展概況 機器語言 機器語言就是0，1碼語言，是計算機唯一能理解并直接執(zhí)行的語言。匯編語言 用一些助記符號代替用0，1碼描述的某種機器的指令系統(tǒng)，匯編語言就是在此基礎上完善起來的。高級語言 BASIC，PASC

11、AL，C語言等等。用高級語言編寫的程序稱源程序，它們必須通過編譯或解釋，連接等步驟才能被計算機處理。 面向對象語言 C+，Java等編程語言是面向對象的語言。321.3微型計算機中信息的表示及運算基礎（一） 十進制ND有十個數(shù)碼：09，逢十進一。例 1234.5=1103 +2102 +3101 +4100 +510-1加權展開式以10稱為基數(shù)，各位系數(shù)為09，10i為權。一般表達式：ND= dn-110n-1+dn-210n-2 +d0100 +d-110-1+一、數(shù)的表示33（二） 二進制NB兩個數(shù)碼：0、1, 逢二進一。例 1101.101=123+122+021+120+12-1+12

12、-3 加權展開式以2為基數(shù)，各位系數(shù)為0、1， 2i為權。一般表達式： NB = bn-12n-1 + bn-22n-2 +b020 +b-12-1+34（三）十六進制NH十六個數(shù)碼09、AF，逢十六進一。例：DFC.8=13162 +15161 +12160 +816-1 展開式以十六為基數(shù)，各位系數(shù)為09，AF，16i為權。一般表達式：NH= hn-116n-1+ hn-216n-2+ h0160+ h-116-1+3536二、不同進位計數(shù)制之間的轉換（一）一個R進制的數(shù)轉換成十進制數(shù)的方法：按權展開，先乘后加舉例：1011.1010B=123+121+120+12-1+12-3=11.6

13、25D0DFC.8H=13162+15161+12160+816-1 = 3580.5D37（二）二進制與十六進制數(shù)之間的轉換24=16 ，四位二進制數(shù)對應一位十六進制數(shù)。舉例：3AF.2H = 0011 1010 1111.0010 1110101111.001B 1111101.11B = 0111 1101.1100 = 7D.CH 38（三）十進制數(shù)轉換成二、十六進制數(shù)整數(shù)、小數(shù)分別轉換 1.整數(shù)轉換法“除基取余”：十進制整數(shù)不斷除以轉換進制基數(shù)，直至商為0。每除一次取一個余數(shù)，從低位排向高位。舉例：39例：39轉換成二進制數(shù)39 =100111B2 39 1 （ b0） 2 19 1

14、 （ b1） 2 9 1 （ b2） 2 4 0 （ b3） 2 2 0 （ b4） 2 1 1 （ b5） 0 例：208轉換成十六進制數(shù) 208 = D0H16 208 余 016 13 余 13 = DH 0402.小數(shù)轉換法“乘基取整”：用轉換進制的基數(shù)乘以小數(shù)部分，直至小數(shù)為0或達到轉換精度要求的位數(shù)。每乘一次取一次整數(shù)，從最高位排到最低位。舉例：411. 0.625轉換成二進制數(shù)0.625 2 = 1.250 1 (b-1)0.25 2 = 0.5 0 0 (b-2)0.5 2= 1.01 (b-3)0.625 = 0.101B2. 0.625轉換成十六進制數(shù) 0.625 16 =

15、 10.0 0.625 = 0.AH3. 208.625 轉換成十六進制數(shù)208.625 = D0.AH42三、帶符號數(shù)的表示方法 機器中，數(shù)的符號用“0”、“1” 表示。 最高位作符號位，“0”表示“+”，“1”表示“-”。43機器數(shù)：機器中數(shù)的表示形式。真值： 機器數(shù)所代表的實際數(shù)值。舉例:一個8位機器數(shù)與它的真值對應關系如下： 真值：X1=+84=+1010100B X2=-84= -1010100B 機器數(shù)：X1機= 01010100 X2機= 11010100（一）機器數(shù)與真值44最高位為符號位，0表示 “+”，1表示“”。數(shù)值位與真值數(shù)值位相同。例 8位原碼機器數(shù)： 真值： x1

16、= +B x2 = B 機器數(shù)：x1原 = x2原 = 原碼表示簡單直觀,但0的表示不唯一，加減運算復雜。1、原碼(True Form)(二)原碼、反碼、補碼45正數(shù)的反碼與原碼表示相同。 負數(shù)反碼符號位為 1，數(shù)值位為原碼數(shù)值各位取反。例 8位反碼機器數(shù)： x= +4： x原= 00000100 x反= 00000100 x= -4： x原= 1 x反= 12、反碼（Ones Complement）463、補碼（Twos Complement）正數(shù)的補碼表示與原碼相同。 負數(shù)補碼等于2nabs（x）例：求 8位補碼機器數(shù)：x=+4 x原=x反=x補= 00000100 x=-4 x原 = 1

17、0000100 x反 = 11111011 x補 = 10000000000000100 = 11111100補碼反碼加1。補碼表示的優(yōu)點：0的表示唯一，加減運算方便。478位機器數(shù)表示的真值48四、 二進制編碼例：求十進制數(shù)876的BCD碼876= 1000 0111 0110 BCD 876= 36CH = 1101101100B1、BCD碼(Binary Coded Decimal) 二進制代碼表示的十進制數(shù)。492、字符編碼 美國標準信息交換碼ASCII碼，用于計算 機與計算機、計算機與外設之間傳遞信息。50513、漢字編碼 “國家標準信息交換用漢字編碼”（GB2312-80標準），簡

18、稱國標碼。用兩個七位二進制數(shù)編碼表示一個漢字例如“巧”字的代碼是39H、41H漢字內碼例如“巧”字的代碼是0B9H、0C1H5214 運算基礎 一、二進制數(shù)的運算加法規(guī)則：“逢2進1” 減法規(guī)則：“借1當2” 乘法規(guī)則：“逢0出0，全1出1”53 1010 x 1011 1010 1010 0000+ 1010 110111054 1010 y=0010111010y=y+1010=101000101 10100y=y+10100=1111000010 101000 y=1111000001 1010000 y=y+1010000=110111055二、二十進制數(shù)的加、減運算 BCD數(shù)的運算規(guī)則 循十進制數(shù)的運算規(guī)則“逢10進1”。但計算機在進行這種運算時會出現(xiàn)潛在的錯誤。為了解決BCD數(shù)的運算問題，采取調整運算結果的措施：即“加六修正”和“減六修正”56例：10001000(BCD)+01101001(BCD) =1(BCD) 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 調整 1 0 1 0 1 0 1 1 1 進位57例： 10001000(BCD) 01101001(BCD)= 00011001(BCD) 1 0 0 0 1 0 0