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第1章 微型计算机的基础知识1

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第一章微型计算机基础

第一章微型计算机基础


（2）反码表示法
数的最高位表示数的符号，数值部分对于正数 同真值，对于负数是真值各位取反，这种表示法 就叫反码表示法。
1．对于正数： 符号位用0表示，数字位同真值 2．对于负数： 符号位用1表示，数字位为真值 按位取反。
例 x＝+91＝+10l1011B [x]反=01011011B 例 y＝-91＝-1011011B [y]反=10100100B “0”的表示：[+0]反=00000000B [-0]反 =11111111B 对于8位机，反码可表示的数的范围：-127～ +127。
0⊕1＝1 读作0“异或”1等于1
1⊕0＝1 读作1“异或”0等于1
1⊕1＝0 读作1“异或”1等于0
例：
10101111
⊕11000010
01101101
1.2.2计算机中带符号数的表示方法
几个概念: 无符号数 机器数
带符号数 真值
机器数的三种表示方法: 原码表示法 反码表示法 补码表示法
（1）原码表示法
将传统计算机的运算器和控制器集成在一块大 规模集成电路芯片上作为中央处理部件，简称为微 处理器(CPU),微型计算机是以微处理器为核心，再 配上存储器、接口电路等芯片构成的。
微处理器按照其功能可以分为两大部分：总线接口单元 （BIU）和执行单元（EU）。 按照计算机CPU、字长和功能划分，经历了5代的演变: ➢ 第一代（1971年～1973年）：4位和8位低档微处理器 ➢ 第二代（1974年～1978年）：8位中高档微处理器 ➢ 第三代（1978年～1980年）：16位微处理器 ➢ 第四代（1981年～1992年）：32位微处理器 ➢ 第五代（1993年以后）：全新高性能奔腾系列微处理
微型计算机原理及应用技术

微型计算机原理及应用技术


0000
0
9
0001
1
10
0010
2
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3
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0100
4
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0101
5
14
0110
6
15
0111
7
16
1000
8
17
二进制
1001 1010 1011
1100 1101 1110 1111 10000 10001
16进制
9 A B
C D E F 10 11
4. 各种数制之间的转换 【例1-1】 十进制数22.625转换为二进制数
②小数部分转换，每次把乘积的整数取走作为转换结果的一位，对 剩下的小数继续进行乘法运算。对某些数可以乘到积的小数为0（如 上述两例），这种转换结果是精确的；对某些数（如0.3）永远不能 乘到积的小数为0，这时要根据精度要求，取适当的结果位数即可， 这种转换结果是不精确的。
例如 ：十六进制数
1
A
E
4
虽然BCD码是用二进制编码方式表示的，但它与二进制之间不 能直接转换，要用十进制作为中间桥梁，即先将BCD码转换为 十进制数，然后再转换为二进制数；反之亦然。
十进制 0 1 2 3 4 5
表1-2 BCD编码表
8421BCD码
十进制
0000
6
0001
7
0010
8
0011Leabharlann 9010010
0101
11
8421BCD码 0110 0111 1000 1001
1.3.1 计算机的硬件系统 1.3.2 计算机的软件系统 1.3.3 计算机的主要技术指标
1.1 引言 1.1.1 计算机发展概况
第1章 微型计算机简介

第1章 微型计算机简介


1.2.3 微型计算机的结构形式

1．台式个人微机 最初的个人微机都是台式的，至今这仍是它的主 要形式。如图1-18所示。


2．便携式个人微机 便携式个人微机又称笔记本电脑，如图1-19 所示。

2002年11月，微软在全球推出Tablet PC（平 板计算机）后，其他厂商也纷纷推出自己 的Tablet PC。图1-20所示是几款Tablet PC。




4．比尔· 盖茨与微软公司 1955年10月28日，比尔· 盖茨（Bill Gates）出 生于美国华盛顿州的西雅图。 1975年，比尔· 盖茨只是一个不到19岁的大 学生，他主动与罗伯茨联系，与保罗· 艾伦 一起用了几周的时间，设计出了用于“牛 郎星”的BASIC解释程序。 1975年7月成立了微软（Microsoft）公司， 简称MS，专门从事微机软件的开发。
1.3 微型计算机系统的组成

微机系统的组成，通常是先分成硬件和软 件两大部分，然后再根据每一部分功能进 一步划分，如图1-21所示。
1.3.1 微型计算机的硬件系统

构仍然是按照冯· 诺依曼（John Von Neumann）提出的“存储程序方式”原理设计的， 故称为冯· 诺依曼计算机。其基本思想是，计算机 至少应具备以下5种部件才能完成用户所需的基本 功能。 输入设备。 存储器。 运算器。 输出设备。 控制器。

1987年，推出MacⅡ机，其CPU采用摩托罗拉的32 位MC68020，CPU速度为16MHz，运算速度达到 2MIPS（百万条指令每秒）。它的新型总线结构 使其总线速度可与工作站相媲美，而10倍于当时 的PC/AT机（16位的286微机）。Mac II机如图1-3 所示。
单片机原理及应用课后习题参考答案1~6章

单片机原理及应用课后习题参考答案1~6章

第一章计算机基础知识1-1 微型计算机主要由哪几部分组成？各部分有何功能？答：一台微型计算机由中央处理单元（CPU）、存储器、I/O接口及I/O设备等组成，相互之间通过三组总线（Bus）：即地址总线AB、数据总线DB和控制总线CB来连接。

CPU由运算器和控制器组成，运算器能够完成各种算术运算和逻辑运算操作，控制器用于控制计算机进行各种操作。

存储器是计算机系统中的“记忆”装置，其功能是存放程序和数据。

按其功能可分为RAM和ROM。

输入/输出（I/O）接口是CPU与外部设备进行信息交换的部件。

总线是将CPU、存储器和I/O接口等相对独立的功能部件连接起来，并传送信息的公共通道。

1-3 什么叫单片机？其主要由哪几部分组成？答：单片机（Single Chip Microcomputer）是指把CPU、RAM、ROM、定时器/计数器以及I/O接口电路等主要部件集成在一块半导体芯片上的微型计算机。

1-4 在各种系列的单片机中，片内ROM的配置有几种形式？用户应根据什么原则来选用？答：单片机片内ROM的配置状态可分四种：（1）片内掩膜（Mask）ROM型单片机（如8051），适合于定型大批量应用产品的生产；（2）片内EPROM型单片机（如8751），适合于研制产品样机；（3）片内无ROM型单片机（如8031），需外接EPROM，单片机扩展灵活，适用于研制新产品；（4）EEPROM（或Flash ROM）型单片机（如89C51），内部程序存储器电可擦除，使用更方便。

1-6 写出下列各数的BCD参与：59：01011001，1996：000，：：第二章 MCS-51单片机的硬件结构2-1 8052单片机片内包含哪些主要逻辑功能部件？答：8052单片机片内包括：①8位中央处理器CPU一个②片内振荡器及时钟电路③256B数据存储器RAM。

④8KB片内程序存储空间ROM⑤21个特殊功能寄存器SFR⑥4个8位并行I/O端口（32条线）⑦1个可编程全双工串行口⑧可寻址64KB的外部程序存储空间和外部数据存储空间⑨3个16位的定时器/计数器⑩6个中断源、2个优先级嵌套中断结构2-2 8052的存储器分哪几个空间？如何区别不同空间的寻址？答：⑴8052的存储器分为6个编址空间：①片内ROM的容量为8KB，其地址为0000H~1FFFH；②可扩展片外ROM的容量为64KB，其地址为0000H~FFFFH；片内RAM的容量为256B，其地址为00H~FFH分为二块：③地址00H~7FH共128B为片内RAM低区，④另128B为片内RAM高区，其地址空间为80H`FFH，其地址空间与SFR功能寄存器地址重叠；⑤可扩展片外RAM的容量为64KB，其地址为0000H~1FFFH；⑥特殊功能寄存器SFR的空间为128B，其地址为80H~FFH，但实际只定义了26B单元，这26B单元分散在80H`F0H。

第一章 微型计算机基础知识

第一章 微型计算机基础知识

第一章微型计算机基础知识第一章微型计算机基础知识第一章微机基础知识1.1计算机中的数和编码1.1.1计算机中的数制计算机最初是作为一种计算工具出现的，所以它最基本的功能是处理和处理对数。

数字由机器中设备的物理状态表示。

具有两种不同稳定状态和相互转换的设备可用于表示1位二进制数。

二进制数具有操作简单、物理实现方便、节省设备等优点。

因此，目前，几乎所有的二进制数都用计算机来表示。

然而，二进制数太长，无法写入，不容易阅读和记忆；此外，目前大多数微机是8位、16位或32位，是4的整数倍，4位二进制数是1位十六进制数；因此，在微型计算机中，二进制数被缩写为十六进制数。

十六进制数使用16个数字，例如0~9和a~F来表示十进制数0~15。

8位二进制数由2位十六进制数表示，16位二进制数由4位十六进制数表示。

这便于书写、阅读和记忆。

然而，十进制数是最常见和最常用的。

因此，我们应该熟练掌握十进制数、二进制数和十六进制数之间的转换。

表1-1列出了它们之间的关系。

表1-1十进制数、二进制数及十六进制数对照表十进制二进制十六进制012345678910111213141500000001001000110100010101100111100010011010101111001101 111011110123456789abcdef为了区别十进制数、二进制数及十六进制数3种数制，可在数的右下角注明数制，或者在数的后面加一字母。

如b(binary)表示二进制数制；d(decimal)或不带字母表示十进制数制；h(hexadecimal)表示十六进制数制。

1.二进制数和十六进制数之间的转换根据表1-1所示的对应关系即可实现它们之间的转换。

二进制整数被转换成十六进制数。

方法是将二进制数从右（最低位）到左分组：每4位为一组。

如果最后一组少于4位，则在其左侧加0以形成一个4位组。

每组由一位十六进制数表示。

例如：1111111000111b→1111111000111b→0001111111000111b=1fc7h要将十六进制数转换为二进制数，只需使用4位二进制数而不是1位十六进制数。

微型计算机基础知识

微型计算机基础知识

1.软件系统的层次结构：
系统软件： 为解决用户使用计算机而编写的程序。
软件
例如： 操作系统、编译程序、汇编程序、 监控程序、诊断程序。
应用软件： 为解决特定问题而编制的程序 例如： 程序包、数据库、窗口软件。
2.三类编程语言：
机器语言
汇编语言
高级语言Βιβλιοθήκη 最贴近机器硬件的二 进制代码
使用助记符代替二进 制代码
将按权展开式按照十进制规律相加，即得对应十进制数。
(1011.11)2 = 1×23 + 0×22 + 1×21 + 1×20 + 1×2-1 + 1×2-2 = 8 + 0 + 2 + 1 + 0.5 + 0.25 = 11.75
(1011.11)2 = (11.75)10
微型计算机系统知识
3. 八进制数
发展 阶段
小型机阶段 微型机阶段
对大型机的第一次“缩小化”。
代表机型： 苹果公司的APPLE-2,IBM公司
对大型机的第二次的“的I缩BM小-P化C。”
客户机/服务器阶段 互联网阶段
处应理用于能航力空强，的铁计路算联机机订提票供系磁统盘。服 务和文件服务，处理能力强的扮演服 务器，处理能力弱的充当客户机。
人们使用最多的编程语言，较为流 行的有各类C、BASIC等。
微型计算机系统知识
1.2 微型计算机数制及其转换
1.2.1 微型计算机常用数制的特点
1. 十进制数
（1）它的数码K共有十个，为0、1、2、3、4、5、6、7、8、9。数码的 个数称为基数，十进制数的基数是10。
（2）在一个数中，每一位有各自的权 （3）遵从“逢十进一”的原则。 任何一个十进制都可以写成以10为底的幂之和的形式。
《微型计算机系统原理及应用》课后答案_(第3版)清华大学出版社__杨素行

《微型计算机系统原理及应用》课后答案_(第3版)清华大学出版社__杨素行

第一章 微型计算机基础题1-1 计算机发展至今，经历了哪几代？答：电子管计算机、晶体管计算机、集成电路计算机、超大规模集成电路计算机、非冯诺伊曼计算机和神经计算机。

题1-2 微机系统由哪几部分组成？微处理器、微机、微机系统的关系是什么？ 答：1、微机系统分硬件和软件，硬件包括CPU、存储器、输入输出设备和输入输出接口，软件包括系统软件和应用软件。

2、微处理器是指微机的核心芯片CPU；微处理器、存储器和输入输出设备组成微机；微机、外部设备和计算机软件组成微机系统。

题1-3 微机的分类方法包括哪几种？各用在什么应用领域中？答：按微处理器的位数，可分为1位、4位、8位、32位和64位机等。

按功能和机构可分为单片机和多片机。

按组装方式可分为单板机和多板机。

单片机在工业过程控制、智能化仪器仪表和家用电器中得到了广泛的应用。

单板机可用于过程控制、各种仪器仪表、机器的单机控制、数据处理等。

题1-4 微处理器有哪几部分组成？各部分的功能是什么？答：微处理器包括运算器、控制器和寄存器三个主要部分。

运算器的功能是完成数据的算术和逻辑运算；控制器的功能是根据指令的要求，对微型计算机各部分发出相应的控制信息，使它们协调工作，从而完成对整个系统的控制；寄存器用来存放经常使用的数据。

题1-5 微处理器的发展经历了哪几代？Pentium系列微处理器采用了哪些先进的技术？答：第一代4位或低档8位微处理器、第二代中高档8位微处理器、第三代16位微处理器、第四代32位微处理器、第五代64位微处理器、第六代64位高档微处理器。

Pentium系列微处理器采用了多项先进的技术，如：RISC技术、超级流水线技术、超标量结构技术、MMX技术、动态分支预测技术、超顺序执行技术、双独立总线DIB技术、一级高速缓冲存储器采用双cache结构、二级高速缓冲存储器达256KB或512KB、支持多微处理器等。

题1-6 何为微处理器的系统总线？有几种？功能是什么？答: 系统总线是传送信息的公共导线，微型计算机各部分之间是用系统总线连接的。

(完整版)《微型计算机原理与接口技术》清华大学出版社冯博琴吴宁主编课后答案

(完整版)《微型计算机原理与接口技术》清华大学出版社冯博琴吴宁主编课后答案

《微型计算机原理与接口技术》清华大学出版社冯博琴吴宁主编课后答案第1章基础知识1。

1 计算机中常用的计数制有哪些？解:二进制、八进制、十进制(BCD）、十六进制。

1。

2 什么是机器码？什么是真值？解：把符号数值化的数码称为机器数或机器码，原来的数值叫做机器数的真值。

1.3 完成下列数制的转换。

微型计算机的基本工作原理汇编语言程序设计微型计算机接口技术建立微型计算机系统的整体概念，形成微机系统软硬件开发的初步能力。

解：(1）166，A6H （2)0。

75（3)11111101.01B, FD。

4H(4 ）5B.AH, （10010001.011000100101）BCD1.4 8位和16位二进制数的原码、补码和反码可表示的数的范围分别是多少？解：原码（—127～+127）、（-32767~+32767）补码（—128~+127）、（-32768~+32767）反码(—127~+127）、(—32767~+32767）1。

5 写出下列真值对应的原码和补码的形式。

（1)X= -1110011B （2)X= -71D（3)X= +1001001B 解：（1)原码：11110011 补码：10001101 （2)原码：11000111 补码：10111001 （3）原码：01001001 补码:01001001 1。

6 写出符号数10110101B的反码和补码。

解：11001010，110010111.7 已知X和Y的真值,求[X+Y］的补码。

（1）X=—1110111B Y=+1011010B （2）X=56D Y= —21D 解：（1）11100011 (2）001000111。

8 已知X= —1101001B，Y= -1010110B，用补码求X-Y的值。

解：111011011.9 请写出下列字符的ASCII码。

4A3- ！解：34H，41H,33H，3DH,21H1.10 若给字符4和9的ASCII码加奇校验，应是多少？解：34H，B9H1。

第1章 微型计算机基础PPT课件

第1章 微型计算机基础PPT课件

➢ 学时：64/16
课程特点
➢ 软(件)硬(件)兼施：是指微型计算机的 应用，要求统筹软件和硬件，构成完 整的系统。
➢ 强(电)弱(电)结合：是指不仅要对计算 机本身，还必须对检测控制对象及其 输入、输出信号的特点、转换、调理 和传输方式有深入的理解，以求达到 理想的效果。
教材与参考书目
➢ 李云.微型计算机原理及应用.清华大学出 版社.2010
的小数点分界，分别进行分组处理，不足的 位用0补足，整数部分在高位补0，小数部分 在低位补0。
例1.2
例1. 2
将二进制数10000111.1101转换为十六进制数。 10000111.1101B=1000 0111.1101B=87.DH
1.2.2 数的表示与运算
0 基本概念 1 原码、反码和补码表示 2 补码的加减运算 3 定点数与浮点数表示
字长
➢ 指计算机内部一次可以处理的二进制数的位数。 ➢ 字长越长，计算机所能表示的数据精度越高，
在完成同样精度的运算时数据的处理速度越快。 ➢ 字长一般是字节的整数倍。
微处理器的构成
➢算术逻辑部件(ALU)：主要实现算术运算(加、减、 乘、除等操作)和逻辑运算(与、或、非、异或等操 作)，是运算器的核心； ➢通用寄存器：存放参加运算的数据、中间结果等； ➢程序计数器(PC)：指向将要执行的下一条指令的位 置，具有自动增1功能，以决定程序的执行顺序； ➢时序与控制逻辑部件：主要负责对整机的控制，包 括对指令的取出、译码、分析，确定指令的操作， 使CPU内部和外部各部件协调工作。
➢ 需要对数的整数部分和小数部分分别进行处 理，再合并得到转换结果。
例1.1
例1.1
将十进制数135.8125转换为二进制数。
微型计算机基础知识

微型计算机基础知识


一、微型计算机功能部件
微型计算机旳构造和工作原理
1、中央处理器 CPU
微型计算机旳关键部件，由运算器、控制器构成
运算器 运算器进行数据分析、计算和处理
控制器 处理程序指令，并协调各逻辑部件按一定时
序工作。
运算器
（1）算术逻辑单元ALU 运算器旳关键部件，执行算术运算、逻辑运
算、移位、比较等多种数据处理旳有关操作
（三）中文旳编码
国家根据中文旳常用程序定出了一级和二级中文
字符集，并要求了编码，这就是中华人民共和国国标
信息互换用中文编码
二进制数旳运算
（一）二进制加法
二进制加法旳规则为：
①0+0=0
②0+1=1+0=1
③1+1=0进位1
④l＋1＋l=l进位1
（二）二进制减法
二进制减法旳运算规则为：
①0一0＝0
能以便读出和改写信息，但失电后信息将不 复存在。RAM常用作数据存储器，暂存多种现 场数据、运算成果和正在调试旳程序。
注意
所谓旳只读和随机存取都是指在正常工作 情况下而言，也就是在使用这块存储器旳时候， 而不是指制造这块芯片旳时候。
程序存储器：
存储程序指令代码，每个指令周期CPU自 动对程序存储器读操作。
二、微型计算机构造特点
微型计算机由大规模集成电路构成，其应用 系统一般也采用特定功能旳大规模集成电路器件 和组件。
1、微型机旳总线构造
总线(Bus) 微型计算机各功能部件旳连接线，各功能部件之
间旳公共信息通道。 总线宽度：总线上能并行传送旳二进制位数。
内部总线 CPU或单片机芯片内部各逻辑部件之间旳信息传
地址
1KB存储器 地址 存储内容
微型计算机的基础知识

微型计算机的基础知识

分。 2.存储容量 是指存储器所能记忆信息的总量。 常用字节（Byte)表示。
编辑ppt
7
1.1 微型计算机系统概述
（1）位（bit） 二进制数的一位，简写b
（2）字节（Byte） 8位二进制数组成一个字节，简写B
（3)还有千字节（KB)，兆字节（MB），千兆字节（GB）等。
换算关系如下：
1B=8b 1GB=1024MB
例如：X86指令集、MMX（多媒体扩展指令集）、SSE(数 据流单指令扩展指令集）、SSE2、SSE3、SEE4(SSE4.1和 SSE4.2)等。
3、程序：
设计者为解决某一问题而设计的一系列指令集合。
计算机程序可分为：
机器语言程序、汇编语言编程辑p序pt 和高级语言程序。
21
1.3 微型计算机基本工作原理
1.2 计算机硬件基本结构
3、存储器：
存储器分为内存储器(主存）和外存储器（辅存）。内存储器简称内 存或主存，它的存储容量一般较小，与CPU直接相连，存取速度快，主要 用于暂时存放当前执行的程序和相关数据；外存储器称为外存或辅存， 作为内存的辅助存储器，它的存储容量大，但存取速度远比内存慢，主 要用于存放需长期保存的程序和数据。
取指令——分析指令——执行指令
编辑ppt
23
1.3 微型计算机基本工作原理
6、计算机系统
主机 硬件
中央处理器 内存储器 外存储器
运算器 控制器
外设
输入设备
微型计算机系统
系统软件
输出设备
操作系统 服务软件 编译或解释系统
软件
信息管理软件
辅助设计软件
应用软件
文字处理软件
图形软件
各种程序包
如图：一个编完辑整pp的t 计算机系统

微型计算机原理及应用知识点总结

微型计算机原理及应⽤知识点总结第⼀章计算机基础知识⼀、微机系统的基本组成1.微型计算机系统由硬件和软件两个部分组成。

(1)硬件:①冯●诺依曼计算机体系结构的五个组成部分：运算器，控制器，存储器，输⼊设备，输⼊设备。

其特点是以运算器为中⼼。

②现代主流的微机是由冯●诺依曼型改进的，以存储器为中⼼。

③冯●诺依曼计算机基本特点：核⼼思想：存储程序；基本部件：五⼤部件；信息存储⽅式：⼆进制；命令⽅式：操作码（功能）+地址码（地址），统称机器指令；⼯作⽅式：按地址顺序⾃动执⾏指令。

(2)软件:系统软件：操作系统、数据库、编译软件应⽤软件：⽂字处理、信息管理（MIS）、控制软件⼆、微型计算机的系统结构⼤部分微机系统总线可分为3类：数据总线DB(Data Bus)，地址总线AB(Address Bus)，控制总线CB(Control Bus)。

总线特点：连接或扩展⾮常灵活，有更⼤的灵活性和更好的可扩展性。

三、⼯作过程微机的⼯作过程就是程序的执⾏过程,即不断地从存储器中取出指令,然后执⾏指令的过程。

★例：让计算机实现以下任务：计算计算7+10=？程序：mov al,7Add al,10hlt指令的机器码：10110000（OP）0000011100000100（OP）0000101011110100（OP）基本概念：1.微处理器、微型计算机、微型计算机系统2.常⽤的名词术语和⼆进制编码（1）位、字节、字及字长（2）数字编码（3）字符编码（4）汉字编码3.指令、程序和指令系统习题：1.1，1.2，1.3，1.4，1.5第⼆章8086／8088微处理器⼀、8086／8088微处理器8086微处理器的内部结构：从功能上讲，由两个独⽴逻辑单元组成，即执⾏单元EU和总线接⼝单元BIU。

执⾏单元EU包括：4个通⽤寄存器（AX，BX，CX，DX，每个都是16位，⼜可拆位，拆成2个8位）、4个16位指针与变址寄存器（BP，SP，SI，DI）、16位标志寄存器FLAG（6个状态标志和3个控制标志）、16位算术逻辑单元(ALU)、数据暂存寄存器；EU功能：从BIU取指令并执⾏指令；计算偏移量。

微机原理第1章 微型计算机简介


1.1.2 微机系统的主要性能指标
微型计算机的主要性能指标有以下一些内容: 字长 字长以二进制位为单位，是CPU能够同时处理的二进制数据的位数， 它直接关系到计算机的计算精度、功能和运算能力。微机字长一般都 是以2的幂次为单位，如4位、8位、16位、32位和64位等。 运算速度 计算机的运算速度（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。因为微机执行不同类型指令 所需时间是不同的，通常用各类指令的平均执行时间和相应指令的运 行比例综合计算，作为衡量微机运行速度的标准。目前微机的运行速 度已达数万MIPS。 时钟频率（主频） 时钟频率是指CPU在单位时间（秒）内发出的脉冲数。通常，时钟频 率以兆赫（MHz）或吉赫（GHz）为单位。一般的时钟频率越高，其 运算速度就越快。
2、微型计算机的外部设备 微型计算机的外部设备包括外存储器、输入设备和输出设备等，如图 1.3所示。
外存储器 硬盘 软盘 光盘 键盘 鼠标 扫描仪、数码相机等 显示器 打印机
外部 设备
输入设备
输出设备
图 1.3 微型计算机的外部设备 图 1.4 微型计算机的外部设备
1.1.1 微型计算机的体系结构和系统构成
1.1.1 微型计算机的体系结构和系统构成
输入设备 输入设备是计算机外部设备之一，是向计算机输送数据的设备。其功 能是将计算机程序、文本、图形、图像、声音以及现场采集的各种数 据转换为计算机能处理的数据形式并输送到计算机。常见的输入设备 有键盘和鼠标等。 输出设备 输出设备是将计算机中的数据信息传送到外部媒介，并转化成某种人 们所认识的表示形式。在微型计算机中，最常用的输出设备有显示器 和打印机。
地址总线 数据总线 控制总线

微机基础


1.3.1 数制的概念
计算机处理的信息都以数据的形式表示， 在计算机内部，各种信息都必须经过数字化编 码后才能被传送、存储和处理。由于二进制的 运算规则和电路简单，因此数据在计算机中均 以二进制表示，并用它们的组合表示不同类型 的信息。
1.3.1 数制的概念
数制（Number System）
数的表示系统，是指用统一的符号 规则来表示数值的方法。常见的数制有 二进制、八进制、十进制、十六进制。
1.2
计算机的特点和应用
1.2.1 计算机的特点 1.2.2 计算机的应用
1.2.1 计算机的工作特点
运算速度快 计算精度高 具有记忆和逻辑判断能力 高度自动化
1.2.2 计算机的应用
科学计算 数据处理 过程控制 计算机辅助设计系统 人工智能
1.3
计算机的分类和主要性能指标
1.3.1 计算机的分类 1.2.2 计算机的主要性能指标
1.4.1 概述
中央处理器
中央处理器(Central Processing Unit ，简称CPU),又称 微处理器，它是计算机的核心部件 ，由运算器和控制器组成，如 图所示。
奔腾CPU
电源（5V)接口
风扇
1.4.1 概述
中央处理器的主要功能
按照指令的要求控制数据的加工处理并使计算机各 部件自动协调地工作。 计算机工作时，由CPU控制，将数据由输入设备传送 到存储器存储，再将要参与运算的数据从存储器中 取出送往CPU处理，最后将计算机处理的信息由输出 设备输出。
1.1.2 计算机的发展过程
按构成计算机的主要电子逻辑器件来划分，现代 计算机一般划分为四个阶段。
第一代计算机，以电子管为基本逻辑器件 第二代计算机，以晶体管为主要逻辑器件 。 第三代计算机采用中、小规模集成电路（IC） 作为逻辑器件。 第四代计算机，以大规模集成电路（LSIC） 和超大规模集成电路（VLSIC）为主要逻辑器 件

微机原理-第1章 计算机基础知识

代表字母：D
二进制(binary system):
进位基数为为“2”，即其使用的数码为0，1，共
两个。 二进制各位的权是以2为底的幂，
代表字母：B
八进制(octave system): 进位基数为“8”，即其数码共有8个：0，1，2，3，
4，5，6，7。 代表字母：O 十六进制(hexadecimal system): 进位基数为“16”，即其数码共有16个：0，1，2，3，
作用：利用摩根定理，可以解决与门、或门互换的 问题。
二变量的摩根定理为：
A+B=A·B A·B=A+B 推广到多变量：
A+B+C+…=A·B·C…
A·B·C…=A+B+C+… 至于多变量的摩根定理，用相同的方法同样可以得
到证明。 这个定理可以用一句话来记忆：头上切一刀，下面
变个号。 【例1.10】
1.1.3 为什么要用十六进制？
用十六进制既可简化书写，又便于记忆。如下列 一些等值的数：1000(2)=8(16)(即8(10))
1111(2)=F(16)(即15(10)) 11 0000(2)=30(16)(即48(10))
1.1.4 数制的转换方法
1. 十进制数转换成二进制数的方法 整数部分：采用基数连除的方法； 小数部分：采用基数连乘的方法；
在计算机的设计与使用上常用的数制则为十进制、 二进制、八进制和十六进制。
1.1.1 数制的基与权 概念：
1、数制的基（进位基数）：每一数位所能使用的数
码的个 数称为数制的基；
2、数制的权：数制每一数位取值为1时所具有的值 的大小，称为权。
十进制(decimal system)：进位基数为“10”，即它所 使用的数码为0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，共 有10个。

第一章 微型计算机基础知识


3、控制器（Control unit ）
它是计算机的控制中心，根据程序中的命令发出各 种控制信号，协调计算机内部以及主机与外设工作的各 种关系。 有两个主要功能： 一个是控制程序的运行； 另一个是对不同的外部事件做出相应响应的能力。 （这些外部事件是指：复位、停机、中断请求、总线请 求、总线周期延长等）
A0 A1 A2 A6 A7 RD 控制 WR D0 D1 D6 D7 存储器
1.1.2 中央处理器、微处理器和微控制器 在计算机中，通常把运算器和控制器以及数量不等 的寄存器作成一个独立部件，用一片VLSI实现，称为中 央处理器，缩写为CPU ( Central Processing Unit )，如 图1.2所示。
1.1.3 微型计算机系统的组成 微型计算机系统由硬件和软件两部分组成。 1．硬件部分 硬件部分包括主机和外部设备。 (1)主机包括CPU、内存储器、I／O接口、总线和 电源。 (2)外部设备包括输入设备和输出设备。 2．软件部分 软件部分包括系统软件和应用软件。 (1)系统软件 系统软件包括操作系统、程序设计语言的编译程 序和其他程序 (2)应用软件（或称用户软件）
5、总线（BUS）
现代的计算机系统广泛采用总线(Bus)结构。总线 是计算机各部件间传送信息的公共通路。 各部件分时复用总线，以保证数据、地址、指令和 控制信息在各部件之间 的传送。 有了总线结构以后， CPU 系统中各功能部件之间 的相互关系变为各个部 件面向总线的单一关系。 一个部件只要满 足总线标准，就可以连接到采用这种总线标准的系统 中去。
指令部件的构成如图1.4所示。
1.2.2 CPU内的寄存器 各种CPU内都包含数量不等的寄存器，它们可用于 暂存数据，做存储器I／O地址指针、计数器以及存放程 序运行的各种状态，如程序状态字寄存器(PSW： Program Status Word)或简称状态寄存器(SR)或标志 寄存器(FR)等。 由于CPU内部的寄存器的存取速度远比存储器快， 所以，寄存器用于暂时存储程序重复使用的数据、变量 和中间结果，可以大大提高程序的运行速度。 而寄存器数量的多少也是衡量CPU功能强弱的重要 指标之一。

第一章微型计算机基础知识

第一章微型计算机基础知识第一章微型计算机基础知识§1-11-1.1微型计算机微型计算机的组成微型计算机是大规模集成电路发展的产物，自1971年微型计算机问世以来，经过近30年的发展，它的应用范围之广，已达到了惊人的地步。

计算机除在科学计算领域中大显身手外，还在大到航天技术、人造地球卫星，小到家用电器等控制领域中大显神威，可以讲，计算机在现代社会中已是无孔不入。

而在不同领域和不同场合使用的计算机，其组成的形式和外观差异是很大的，如人们通常所见的微型计算机，由主机箱、键盘和显示器等组成，有的还配有打印机等。

也有一些计算机系统的组成与上述组成差别较大，如微电脑控制的家用洗衣机上的计算机，与洗衣机组成一体，没有通常所见的主机箱、键盘和显示器等，但在洗衣机上有塑料薄膜按键用于操作和选择工作状态，用发光二极管的亮灭来指示洗衣机的工作状态，这也是一种形式的计算机系统。

但是，不管计算机系统的形式和外观如何变化，计算机的基本组成结构还是有一定的模式，可以分为五大部分，如图1-1所示，其中最关键的一大部分就是运算器和控制器，它们组成中央处理单元CPU，从广义的角度来讲，只要具有中央处理单元CPU，其他部分不论如何组合，都可认为这就构成了计算机。

1．运算器运算器是计算机对各种代码信息进行处理的主要部件，这好比是人的大脑。

运算器对各种二进制数据进行运算、逻辑判别最后得出结果。

运算器由算术逻辑单元、寄存器、加法器以及一些控制电路等组成。

1-1 总线BUS 输入设备输出设备运算器存储器输入指令输出指令操作指令存取指令控制器图1-1 微型计算机的组成第一章微型计算机基础知识2．控制器控制器是计算机的总指挥部，由控制器发出控制指令，实现计算机各部分之间的有机联系，使计算机各部分能协调一致地工作。

控制器如同马路上的交通警察，控制器由时序电路和一些逻辑电路构成。

3．存储器计算机的存储器分为内存储器和外存储器二部分。

存储器是用于存放计算机程序、计算机参数设置、原始数据、中间结果或最终结果的部件。

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1、科学计算
2、过程控制
3、信息处理和事务管理
4、仪器、仪表控制
5、计算机辅助设计
6、人工智能
7、文化、教育、娱乐和家电
微型计算机系统的三个层次
1. 微处理器 微处理器( Microprocessor )也叫微处理机， 它本身不是计算机，但它是微型计算机的核心部 件。微处理器包括算术逻辑部件ALU、控制部件和 寄存器组三个基本部分，通常由一片或几片 LSI、 VLSI 器件组成。 2. 微型计算机
第五代（1983-1993年）：32位微处理器时期
• 1993年3月，Intel公司的奔腾（Pentium） • 时钟频率：60/66MHz • 运行速度：100MIPS • 集成度：310万管/片 • 1995年2月， Intel公司的Pentium Pro • 时钟频率：166MHz以上 • 集成度：550万管/片 • 1996年 Intel公司的Pentium MMX （多能奔腾）
序号 型号 推出时间 数据位数 地址位数 第一代 4004 1971 4 12 8008 1972 4 12 第二代 8080 1976 8 16 8080A 1976 8 16 8085A 1977 8 16 第三代 8086 1978 16 20 8088 1978 8 20 80186 1982 16 20 80188 1982 8 20 80286 1982 16 24 第四代 80386DX 1985 32 32 80486DX 1989 32 32 80486DX2 1992 32 32 80486DX4 1994 32 32 第五代 Pentium(P5) 1993 64 36 Pentium(P54C) 1994 64 36 Pentium(P55C) 1995 64 36 Pentium Pro 1995 64 36 Pentium II 1997 64 36 Pentium III 1999 64 36 第六代 64位CPU时代 2001 64 64
第一代（1971-1973年）：4位和低档8位 微处理器时代
• • • • •
Intel 4004(1971年、4位)和Intel 8008（1972 年、8位）。 特点: 1.字长： 4位或8位 2.时钟频率：1MHz 3.平均执行指令时间： 15~20μs 4.集成度：2000管/片
第二代（1973－1978年）：中高档8位 微处理器时代Intel 8080,Motorola公司 的M6800，Zilog公司的Z80，Intel公司 的8085，Rockwell与MOS Technology的 6502等。
第六代：64位CPU时代
• 2001年5月，Intel公司正式推 出了第一种64位微处理器 Itanium。Itanium由英特尔和 惠普联合开发，主要用于工作 站和服务器机型，内置2～4MB 的3级缓存、工作频率为 800MHz及722MHz的产品，价格 为1177美元至4427美元。
• AMD公司的AMD-K8
微型计算机(Micro Computer)是以微处理器为 核心，加上由大规模集成电路制作的存储器 ( ROM 和RAM )、输入/输出( I / O )接口和系统总线 组成的。
3. 微型计算机系统 微型计算机系统(Micro Computer System)是以微型计算机为核心，再配以 相应的外围设备、电源、辅助电路和控制 微型计算机工作的软件而构成的完整的计 算机系统。
主频( H Z ) 740K 800K 2M 2 ~ 3M 3 ~ 6M 4. 77 ~ 10M 4. 77 ~ 10M 8 ~ 16 M 8 ~ 16 M 6 ~ 12 . 5M 16 ~ 33 M 25 ~ 50 M 50 ~ 66 M 75 ~ 100M 60 ~ 133M 75 ~ 150M 75 ~ 200M 133 ~ 150M 233 ~ 450M 300 ~ 700M 722 ~ 800M
第三代（1978-1980年）：16位微处理器时代
• Intel公司的8086/8088、Motorola公司的M68000和 Zilog 公司的Z8000 • 特点: • 1.字长： 16位 • 2.时钟频率： 5～40MHz • 3.平均执行指令时间： 0.5 μs • 4.集成度：20000 ～ 60000管/片
第四代（1983-1993年）：32位微处理器时期
• 1985年， Intel公司推出能进行多任务处理的32位微处理器 80386 • 1989年， Intel公司推出80486，同期有Motorola公司的M68040 • 特点: • 1.字长： 32位 • 2.时钟频率： 10～120MHz • 3.平均执行指令时间： 0.2μs • 4.集成度：几十万～上百万管/片
微机原理与接口技术
课程内容
第一章 微型计算机的基础知识
1.1 微型计算机概述 1.2 微型计算机的基本组成 1.3 微型计算机的工作原理 1.4 计算机运算基础
Hale Waihona Puke .1 微型计算机概述自从1946年美国宾夕法尼亚大学研制出世界上 第一台数字电子计算机ENIAC ( Electronic Numerical Integrator And Calculator)以来，计算 机的发展突飞猛进，日新月异。短短几十年中，已 经历了电子管计算机、晶体管计算机、集成电路计 算机和大规模/超大规模集成电路计算机等四代的 发展历程，并自80年代中期起，开始了以模拟人的 大脑神经网络功能为基础的第五代计算机的研究。
1.1 微型计算机概述
作为第四代计算机的一个重要分支，微型计算 机于70年代初诞生了。微型计算机 (Microcomputer)与其它大、中、小型计算机的区 别，在于其中央处理器( CPU，Centra1 Processing Unit)采用了大规模、超大规模集成电 路技术，其它类型计算机的CPU则是由相当多的 分离元件电路或集成电路所组成。为了将这两种 CPU相区别, 把微型计算机的CPU芯片称为微处理 器MPU(Micro Processing Unit 或Microprocessor )。