第1章 微型计算机概论new
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第一章微型计算机概论
第一章微型计算机概论第一章微型计算机概论绪论一、计算机的应用举一些实际应用的例子二、学习方法微机原理是一门技术基础课。
对于每一位学生来说都是全新的课，它与其它的课不同，许多东西都是前人规定好的，不是推导出来的，所以要求学生1．必须认真听课，积极思考，主动学习。
2．认真理解和记忆每一个概念及其一些芯片的工作原理。
3．认真做作业，通过做作业巩固和加深对基本概念的理解，培养自己的分析问题和解决问题的能力。
4．多看一些参考书，培养自己的自学能力。
三、参考书1．戴梅萼：微型计算机技术应用，清华大学出版2．吴秀清：微型计算机原理与接口技术，中国科技大学3．扬素行：微型计算机原理及应用，清华大学出版4．姚燕南：微型计算机技术原理，西安电子科技大学出版四、课时、作业、成绩1．课时：64学时：（理论课52学时，实验12学时）2．作业：每章交一次3．成绩：作业、考勤、实验30%；其末考试70%第一章微型计算机概论本章的难点和重点掌握好带符号数与不带符号数的补码运算．1.1微型计算机的发展概况1.1.1微型计算机的发展及应用概述到今天为止，电子计算机的发展已经历了由第一代电子管计算机、第二代晶体管计算机、第三代集成电路计算机到第四代大规模集成电路、超大规模集成电路计算机的四代发展过程。
未来的计算机将是半导体技术、光学技术和电子仿生技术相结合的产物。
由于超导器件、集成光学器件、电子仿生器件和纳米技术的迅速发展，将出现超导计算机、光学计算机、纳米计算机、神经计算机和人工智能计算机等。
新一代计算机将着眼于机器的智能化，使之具有逻辑推理、分析、判断和决策的功能。
目前，已经有了第五代“非冯·诺伊曼”计算机和第六代“神经”计算机的研制计划。
计算机按其性能、价格和体积可分为巨型机、大型机、中型机、小型机和微型机。
微型计算机的特点是：1．集成度高，体积小，重量轻，价格低廉；2．部件标准化，易于组装及维修；3．高可靠性及适应性。
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第 二 代
50年代末至60年 代末
晶体管
几万～几十万
体积减小，耗电较少，运算速度较 高，价格下降。不仅用于科学计算， 还用于数据处理和事务管理，并逐 渐用于工业控制。
第 三 代
60年代中期开始
中、小规模 集成电路
几十万～几百万
体积、功耗进一步减少，可靠性及 速度进一步提高。应用领域进一步 拓展到文字处理、企业管理、自动 控制、城市交通管理等方面。 性能大幅度提高，价格大幅度下降， 广泛应用于社会生活的各个领域， 进入办公室和家庭。在办公自动化、 电子编辑排版、数据库管理、图像 识别、语音识别、专家系统等领域 中大显身手。
1.
应用领域
（1）科学计算 （2）过程检测与控制 （3）信息管理
（4）计算机辅助系统
2. 特点 （1）高性能、低价格
（2）体积小、功耗低
（3）可靠性高 （4）应用面广泛
E-mail：ahjdfjc@
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1.1 微型计算机发展
1.1.4微型机的分类
1．按制造工艺 2．按机器组成 3．按机器字长
E-mail：ahjdfjc@
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1.1 微型计算机发展
3．第三代，16位微处理器，1978～1982年。
1977年，超大规模集成电路工艺取得突破性进展，一块芯片上已经可以容纳 10000个以上的晶体管。于是从1978年起，各大公司便推出了可与过去中档小型 机比拟的16位微处理器，如Intel公司的8086，Motorola公司的MC6800等。 1982年，Intel公司又推出了增强型16位微处理器芯片，即80286。它集成了13万 多个晶体管，主频达到了20MHz，在8086结构基础上增加了存储器保护和管理功 能以及对虚拟存储器寻址达1G字节的功能，使得80286成为多用户，多任务处理 的微处理器，而这些操作曾是小型机和大型机所独占的范畴。 微处理器的发展，并不仅仅是集成度的提高和字长的增大，新一代的微处理器 有着更多的寄存器，更强的存储器寻址能力，更多的寻址方式，更高的速度，更 新的体系结构，更大的指令系统和存储器管理功能。因此，新一代的微处理器功 能越来越强，并且拥有了越来越广阔的应用范围。
第一章微型计算机概论
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1.2.2 微机的分类
1. 按微机的组成分类 2.按处理器字长分类
位片机 单片机 单板机 多板机
4位机 8位机 16位机 32位机 64位机
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1.2.3 主要技术性能指标
字长 存储器容量 运算速度 系统配置 性价比
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总线
计算机传送信息的一组信号线
单向总线：只能向一个方向传送信息的总线 地址总线(AB: Address Bus)
双向总线：能向两个方向传送信息的总线 数据总线(DB: Data bus) 控制总线(CB: Control bus)
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26微型计算机结构图ຫໍສະໝຸດ 3微型计算机的发展历程
第一阶段（1971━1973年)主要是4位和低档8位微型机。
（4004、8008）
第二阶段(1973-1977年)主要是中高档8位微型机（8080）
第三阶段(1978-1983年)主要为16位微型机（8086、8088）
第四阶段(1983-1992年)主要为32位高档微型机。
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1.2 微机的特点和分类
1.2.1 微机的特点
体积小，功耗低 更新快，生命力强 品种多、产量多 价格逐渐下降 用途广 结构灵活，性能可靠
微机原理第一章-微型计算机概述
第二代微型计算机
总结词
集成电路计算机
详细描述
第二代微型计算机出现在20世纪60年代末期，采用集成电路作为逻辑元件，体积 减小，功耗降低，可靠性提高。
第三代微型计算机
总结词
大规模集成电路计算机
详细描述
第三代微型计算机出现在20世纪70年代末期，采用大规模集成电路作为逻辑元件，体积进一步减小，性能和可靠 性得到显著提升。
总线分为数据总线、地址总线和控制总 总线的性能指标包括带宽、速度和可靠
线三类，数据总线用于传输数据，地址 性等，带宽越大，传输的数据量越大；
总线用于传输地址信息，控制总线用于 速度越快，传输效率越高；可靠性越高，
传输控制信号。
数据传输越稳定可靠。
03
微型计算机的应用领域
科学计算
科学计算
微型计算机在科学计算领域的应 用非常广泛，如天气预报、地震 数据处理、航天器轨道计算等。
智能化
微型计算机正朝着具有更多智 能功能的方向发展，例如机器 学习、语音识别和图像处理等 。
便携化与移动化
随着移动设备的普及，微型计 算机正变得越来越便携，满足
人们在移动中使用的需求。
微型计算机的未来展望
量子计算
神经网络计算机
随着量子计算技术的发展，未来的微型计 算机可能会采用量子处理器，实现更强大 的计算能力。
结合神经网络技术和计算机技术，未来的 微型计算机可能会具备更高级的智能处理 能力。
生物计算机
可穿戴设备和嵌入式系统
利用生物技术的优势，未来的微型计算机 可能会采用生物材料构建，具有更低的能 耗和更高的运算效率。
随着可穿戴设备和嵌入式系统的普及，未 来的微型计算机将会更加深入到人们的日 常生活中，成为不可或缺的一部分。
第1章 微型计算机概述
1.5 习题
• 1．上网和查阅有关资料，了解微机的发展历史。 • 2．根据你了解的知识，列出微机的硬件和软件组 成。 • 3．分别打开不同档次、配置的微机机箱，查看整 体结构。掌握各种配件的名称、接口及插座的名 称。 • 4．了解品牌机和组装机的区别。 • 5．识别台式机主机背后的接口，如图1-24所示。 掌握台式机外部连线的连接方法（包括显示器与 主机的连接、键盘和鼠标与主机的连接）。
• 4．机箱和电源 • 主机箱由金属箱体和塑料面板组成，分立式和卧 式两种（见图1-12）。
• 电源是安装在一个金属壳体内的独立部件（见图 1-13），它的作用是为系统装置的各种部件提供 工作所需的电源。
• 5．显示器 • 显示器是微机中最重要的输出设备，是用 户与主机沟通的主要桥梁。目前市场上的 显示器产品主要有两类：一是CRT显示器； 二是液晶显示器（LCD）。其外观如图114和图1-15所示。
• 1.1.2 微型计算机的档次 • 从第1代微机问世到今天，CPU芯片已经发展到 第7代产品，对应地产生了7个档次的微机系列。 • 1．第1代微机 • 第1代PC以IBM公司的IBM PC/XT机为代表， CPU是8088，诞生于1981年。 • 2．第2代微机 • IBM公司于1985年推出的IBM PC/AT机标志着第2 代PC的诞生。它采用80286芯片作为CPU。 • 3．第3代微机 • 1987年，Intel公司推出了80386微处理器。386又 进一步分为SX和DX两档，档次由低到高依次为 386SX、386DX。用各档CPU组装的计算机，称 为该档次的微机，如386DX微机。
• 2．主机与外部设备 • （1）主机 从功能上讲，主机主要包括CPU和内存储器。 • CPU：CPU是微机的“大脑”，由运算器和控制器组 成。 • 内存储器：存储器在计算机中起着存储各种信息的作 用，分为内存储器和外存储器两个部分。 • 从实际的结构来说，一般称机箱及其内部所装的板卡、硬 盘等部件的全部称为主机。 • （2）外部设备 微机中除了主机以外的所有设备都属于外 部设备。外部设备的作用是辅助主机的工作，为主机提供 足够大的外部存储空间，提供与主机进行信息交换的各种 手段。微机系统最常见的外部设备如下： • 外置存储器。 • 键盘。 • 显示器。 • 打印机。
微机原理及应用讲稿
1. 微型计算机的特点 主要特点如下: ⑴体积小、重量轻、功耗低 ⑵可靠性高、使用环境要求低 ⑶结构简单，系统设计灵活、使用方便 ⑷价格低廉 ⑸维护方便
2.微型计算机的分类
从不同角度可对微型机做不同的分类，这里 给出几种分类方法： （1）按微型机的组成，可分为位片机、单片机、 单板机及多板机等 （2）按处理器的字长，可分为4位、8位、16位、 32位及64位等 （3）按应用领域不同，可分为工控微机、商用 微机、家用微机等
第二节 8086/8088的内部寄存器
1.内部寄存器 在8086/8088微处理器中具有14个16位 可供编程人员访问的寄存器。 这14个16位寄存器按用途可分为数据寄 存器、段寄存器、指针寄存器、变址寄存 器、控制寄存器。
AH BH CH DH SP BP SI DI IP PSWH CS DS SS ES
VCC A15 A16/S3 A17/S4 A18/S5 A19/S6 SSO(HIGH) MN/MX RD HLDA(RQ/GT0) HLDA(RQ/GT1) WR(LOCK) IO/M(S2) DT/R(S1) DEN(S0) ALE(QS0) INTA(QS1) TEST READY REST
1983年，Intel推出了80286，内外数据总线 16位，地址线24位，可寻址16MB内存，主 频可达20MHz。 1985年， Intel推出了80386，内外数据总线 32位，地址线32位，可寻址4GB内存，带 Cache。 1989年， Intel推出了80486，内外数据总线 32位，集成了浮点运算器，主频可达 50MHz。
第二节 Intel 80X86系列微处理器
1978年，Intel推出了16位微处理器8086 8086的数据总线16位，地址总线20位， 主频可达8MHz。 一年后，Intel推出了准16位微处理器8088 8088与8086基本相同，只是8088的外部数据总 线为8位。主要是为兼容8位的外围接口芯片。 由8088构成的IBM PC曾风靡全球。
2.微型计算机的分类
从不同角度可对微型机做不同的分类，这里 给出几种分类方法： （1）按微型机的组成，可分为位片机、单片机、 单板机及多板机等 （2）按处理器的字长，可分为4位、8位、16位、 32位及64位等 （3）按应用领域不同，可分为工控微机、商用 微机、家用微机等
第二节 8086/8088的内部寄存器
1.内部寄存器 在8086/8088微处理器中具有14个16位 可供编程人员访问的寄存器。 这14个16位寄存器按用途可分为数据寄 存器、段寄存器、指针寄存器、变址寄存 器、控制寄存器。
AH BH CH DH SP BP SI DI IP PSWH CS DS SS ES
VCC A15 A16/S3 A17/S4 A18/S5 A19/S6 SSO(HIGH) MN/MX RD HLDA(RQ/GT0) HLDA(RQ/GT1) WR(LOCK) IO/M(S2) DT/R(S1) DEN(S0) ALE(QS0) INTA(QS1) TEST READY REST
1983年，Intel推出了80286，内外数据总线 16位，地址线24位，可寻址16MB内存，主 频可达20MHz。 1985年， Intel推出了80386，内外数据总线 32位，地址线32位，可寻址4GB内存，带 Cache。 1989年， Intel推出了80486，内外数据总线 32位，集成了浮点运算器，主频可达 50MHz。
第二节 Intel 80X86系列微处理器
1978年，Intel推出了16位微处理器8086 8086的数据总线16位，地址总线20位， 主频可达8MHz。 一年后，Intel推出了准16位微处理器8088 8088与8086基本相同，只是8088的外部数据总 线为8位。主要是为兼容8位的外围接口芯片。 由8088构成的IBM PC曾风靡全球。
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第1章 微型计算机概述
1.1 微型计算机系统
微型计算机系统的组成: 微型计算机系统的组成:
微型计算机简称微机，也称为个人计算机。一个完整的微 型计算机系统是由软件系统和一台计算机的各种物理装置，它们由各种实在的器 件所组成。直观地看，计算机硬件是一大堆设备，它们是计算 机进行工作的物质基础。
计算机软件
指在硬件设备上运行的各种程序、数据以及有关的资料。 程序实际上是用于指挥计算机执行各种动作以便完成指定任务 的指令集合。
计算机系统的组成
中央处理器 主机 内部存储器 外部存储器 硬件 软盘、光盘 硬盘、USB闪存 外部设备 设备 、 盘
微 机 系 统
器、 设备 系统软件 软件 应用软件
机
微型计算机概述
累加器是一个特殊的寄存器，它的字长和微处理器的字长相同，累加器具 有输入／输出和移位功能，微处理器采用累加器结构可以简化某些逻辑运算。由 于所有运算的数据都要通过累加器，故累加器在微处理器中占有很重要的位置。 (2) 寄存器阵列 ①通用寄存器组：可由用户灵活支配，用来寄存参与运算的数据或地址信息。 ②地址寄存器：专门用来存放地址信息的积存器。 ③指令指针 IP：它的作用是指明下一条指令在存储器中的地址。每取一个指令 字节，IP 自动加 1，如果程序需要转移或分支，只要把转移地址放入 IP 即可。 ④变址寄存器 SI，DI：变址寄存器的作用是用来存放要修改的地址，也可以用 来暂存数据。 ⑤堆栈指示器 SP：用来指示 RAM 中堆栈栈顶的地址。SP 寄存器的内容随着堆 栈操作的进行，自动发生变化。 (3) 指令寄存器，指令译码器和定时及各种控制信号的产生电路 ①指令寄存器(Instruction Register，IR)用来存放当前正在执行的指令代码； ②指令译码器 ID(Instruction Delocler)用来对指令代码进行分析、译码，根据指令 译码的结果，输出相应的控制信号； ③时序逻辑产生出各种操作电位、不同节拍的信号、时序脉冲等执行此条命令所 需的全部控制信号。 (4) 内部总线和总线缓冲器
二、 微型计算机的特点
微型计算机本质上与其它计算机并无太多的区别，所不同的是由于广泛采用了集成度相当高 的器件和部件，特别是把组成计算机系统的两大核心部件—运算器和控制器集成在一起，形 成了微型计算机系统的中央处理器 CPU，因此带来微型计算机系统的下列一系列特点： 体积小，重量轻 价格低 可靠性高，结构灵活
2．微机系统的组成 微型计算机再加上外设、电源、软件等构成微机系统。微机系统常用的外
围设备有显示器、打印机、键盘等；系统软件一般包括操作系统、编译、编辑、 汇编软件等。
二、 微型计算机的特点
微型计算机本质上与其它计算机并无太多的区别，所不同的是由于广泛采用了集成度相当高 的器件和部件，特别是把组成计算机系统的两大核心部件—运算器和控制器集成在一起，形 成了微型计算机系统的中央处理器 CPU，因此带来微型计算机系统的下列一系列特点： 体积小，重量轻 价格低 可靠性高，结构灵活
2．微机系统的组成 微型计算机再加上外设、电源、软件等构成微机系统。微机系统常用的外
围设备有显示器、打印机、键盘等；系统软件一般包括操作系统、编译、编辑、 汇编软件等。
第1章 微型计算机概述
般有原码、反码和补码三种表示法。 带符号数在机器中一般有原码、反码和补码三种表示法。 （1）原码。最高位表示符号：0为正，1为负，数值的尾数部分不变。 原码。最高位表示符号： 为正， 为负，数值的尾数部分不变。 这就是原码的表示法。前面所提到的有符号数都是用原码表示的。 这就是原码的表示法。前面所提到的有符号数都是用原码表示的。 用+、-表示符号正负的二进制数称为真值。 表示符号正负的二进制数称为真值。 （2）反码。正数的反码与原码相同，符号位为0，尾数不变；负数 反码。正数的反码与原码相同，符号位为0 尾数不变； 的反码符号位为1 数值的尾数逐位变反。 的反码符号位为1，数值的尾数逐位变反。 （3）补码。一个绝对值小于模的数，若为正，其补码就是该数本身； 补码。一个绝对值小于模的数，若为正，其补码就是该数本身； 若为负，其补码就是该数与模的和。 若为负，其补码就是该数与模的和。 若真值X=-010100B 若真值X=-010100B求X的补码： 的补码： 10010100B 11101011B 11101100B X为负数，[X] 原=10010100B，[X]反=11101011B，[X]补=11101100B 为负数，
2. 常用进位计数制间的转换 ⑴ 任意进制到十进制的转换 基本方法：按权值展开相加。 基本方法：按权值展开相加。 ⑵十进制转换为任意进制 整数部分：除以基数取余数；小数部分：乘以基数取整数。 整数部分：除以基数取余数；小数部分：乘以基数取整数。 ⑶ 二进制与八进制、十六进制间的转换 二进制与八进制、 1位八进制数相当3位二进制数，1位十六进制数相当4位二进制数。 位八进制数相当3位二进制数， 位十六进制数相当4位二进制数。 故二→八或二→十六的方法为：以小数点为基准， 故二→八或二→十六的方法为：以小数点为基准，整数部分向 左3位或4位二进制数化为1位八进制或十六进制数，不足3或4位 位或4位二进制数化为1位八进制或十六进制数，不足3 添前0 小数部分向右3位或4位二进制数化为1 添前0；小数部分向右3位或4位二进制数化为1位八进制或十六进 制数，不足3 位补后0 制数，不足3或4位补后0；
2. 常用进位计数制间的转换 ⑴ 任意进制到十进制的转换 基本方法：按权值展开相加。 基本方法：按权值展开相加。 ⑵十进制转换为任意进制 整数部分：除以基数取余数；小数部分：乘以基数取整数。 整数部分：除以基数取余数；小数部分：乘以基数取整数。 ⑶ 二进制与八进制、十六进制间的转换 二进制与八进制、 1位八进制数相当3位二进制数，1位十六进制数相当4位二进制数。 位八进制数相当3位二进制数， 位十六进制数相当4位二进制数。 故二→八或二→十六的方法为：以小数点为基准， 故二→八或二→十六的方法为：以小数点为基准，整数部分向 左3位或4位二进制数化为1位八进制或十六进制数，不足3或4位 位或4位二进制数化为1位八进制或十六进制数，不足3 添前0 小数部分向右3位或4位二进制数化为1 添前0；小数部分向右3位或4位二进制数化为1位八进制或十六进 制数，不足3 位补后0 制数，不足3或4位补后0；
第01章 微型计算机概论
• 例1.1 将十进制数47转化为二进制形式。 • 即 (47)10=(101111)2
• 例 1.2 将十进制数 0.625 转化为二进制 形式。 • 即：(0.625)10= (0.101)2
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二进制数的运算
• • • • 1. 算术运算 加、减、乘、除 2. 逻辑运算 与、或、非、异或
黄文生
常州工学院电子电子信息与电气工程系
第一章 计算机概论
1.1 微称微处理机,是微型计算机的 核心部件。包括算术逻辑部件ALU、控制部件CU和 寄存器组R3个基本部分和内部总线 2、微型计算机：以微处理器为核心，由大规模集成 电路制作的存储器M、I/O接口和系统总线 3、微型计算机系统：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 4、接口：是微处理器与I/O的连接电路，是CPU与外 界进行信息交换的中转站
• 按字长分类：
– – – – – – 1位机 4位机 8位机 16位机 32位机 64位机
1.2.2 微型计算机的分类
• 还可分为：
– 单片机 – 单板机 – 个人计算机 – 多用户系统 – 微型机网络
1.3 微型计算机的系统组成
• 计算机系统是一个复杂的工作系统，它由 硬件系统和软件系统组成。所谓计算机的硬 件系统，通俗地说就是构成计算机的看得见 摸得着的部件，即构成计算机的硬设备。例 如：计算机的主机、显示器、键盘、磁盘驱 动器等。
1.3.2 微机硬件系统结构基础
• 微型计算机的硬件组成部分主要有微处理 器（CPU）、存储器、I/O设备和系统总线。 见图1-2所示。系统总线包括地址总线AB、 数据总线DB和控制总线CB组成。在微机中， 各功能部件之间通过系统总线相连，这使得 各个部件的之间的相互关系变为面向系统总 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。
第一章 微型计算机系统概论
第一章微型计算机系统概论第一节1．1 1计算机的产生与发展什么是电子计算机？计算机是一种可以接受输入信息、处理数据、存储数据和产生输出的装置。
由于计算机在计算、数据和信息管理等方面比人类做得更快、更精确，使得它已经迅速地进入到人们的工作和生活之中。
第一台电子计算机（ENIAC）1946年在美国宾夕法尼亚大学研制成功。
计算机发展的几个阶段：第一代（1946~1957）电子管5千~4万（次/秒）第二代（1958~1964）晶体管几十万~百万（次/秒）第三代（1965~1971）中小规模集成电路百万~几百万（次/秒）第四代（1972~至今）(超)大规模集成电路几百万~几亿（次/秒）1．1．2 计算机的特点及应用冯．诺依曼的通用计算机方案：计算机由五个基本部分组成：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备；用二进制表示计算机的指令和数据；存储程序和程序控制：将程序和数据放在存储器中，并让计算机自动地执行程序。
第二节 1．2．1数制与数制间的转换数制是以表示数值所用的数字符号的个数来命名的，并按一定进位规则进行计数的方法。
1．常用数制日常生活中人们采用十进制表示数值，计算机是一台电子设备，因此它并不会将它操作的数据写出来，它使用电脉冲信号来表示数据。
在数字计算机中，每个数字和字符都是由一系列的电脉冲信号表示的。
数字计算机使用0 和1 的二进制编码来表示数字、字母和符号。
为书写方便常采用八进制和十六进制表示。
二进制：由0，1组成，用B表示；八进制：由0，1，2，3，4，5，6，7 组成，用O表示。
ϖ十进制：0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，用D表示ϖ十六进制：0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，A，B，C，D，E，F ，用H表示ϖ(1) 十进制（Decimal）：十进制的基数为“10”，有十个数字符号：0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，各位权是以10为底的幂，进（借）位规则为：逢十进一，借一为十。
01.微机原理_第一章
第一章微型计算机基础概论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。
一、微型计算机的发展概况①微型计算机诞生：在1946年2月14日世界上第一台电子计算机“埃尼阿克”由美国宾夕法尼亚大学研制成功。
重达30吨，占地170平方米，耗电140千瓦，用了18800多个电子管，每秒钟仅能做5000次加法.ENIAC :Electronic Numerical Integrator and Calculator分代第一代年份字长芯片的集成度软件典型的芯片1971~19724/8位12000个管/片以上机器语言、简单汇编语言Intel 4004Intel 8008第二代1973~19778位汇编程序高级语言、(FORTRAN PL/M 等BASIC 操作系统第三代1978~198316位汇编语言高级语言操作系统第四代PentiumPII PIII PIV1981~199232位第五代199332位9000个管/片以上29000个管/片以上15~50万个管/片以上Intel 8080,8085MC 6800Z-80Intel 8086,8088MC 68000Z-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330万个管/片②微处理器的发展第六代1995~2001Pentium58664位550万个管/片操作系统高级语言软件硬化二、微型计算机的特点和应用1.微型计算机特点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三、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)四、微型计算机的主要性能指标1. 运算速度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。
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(77.25)10 = ( 1001101. 01 )2
2 77 2 2 38 19 2 9 2 4 余数 (1 0.25 × 2 0.50 × 2 1.00
(0
(1 (1 (0
2 2 (0 2 1 (1 0
(77.25)10 = ( 115. 2 )8 余数 8 77 (5 8 9 (1 8 1 (1 0
十六进制：16n……163 162 161 160 . 16-1 16-2 ……16-m
(1101.1)2 = 1×23+1×22+0×21+1×20+1×2-1
= (13.5)10 (371.2)8 = 3 ×82+7 ×81+1 ×80+2 ×8-1 = 192+56+1+0.25=(249.25)10
+ 64 + 65 + 129>+127，
两个正数相加，结果为负数形式，这 是由于+129>+127的原因，从上式可看出 D6=1，D7=0，OF=D6⊕D7=1⊕0=1，溢出标 志OF=1，表示有溢出。
+
例 计算-128-1 D 7D 6 [-128]补 = 1 0 0 0 0 0 0 0 [-1]补 = 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1
1.3 数据表示方法
计数制：一种计数的方法，用不同的 代码来表示任意数
计算机使用二进制数（B)
为方便二进制的记忆，使用十六进制 数（H） 为与人良好沟通，使用十进制数（D)
十进制数的特点
1.代码个数：具有十个不同的代码，分别 是0，1，2，3，4，5，6，7，8，9
2.进位规则：逢10进1
两个负数相加，结果为正数形式，这 是由于-128-1=-129<-128的原因，从上式 可看出D6=0，D7=1，OF=D6⊕D7=0⊕1=1，表 示有溢出
例 计算64-1
D 7D 6 [+64]补=0 1 0 0 0 0 0 0 + [-1]补=1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1
ENIAC描述
重量30吨，占地170平方米，每小 时耗电150千瓦，价值约40万美元。 采用18000只电子管，70000个电阻， 10000支电容，研制时间近三年， 运算速度为每秒5000次加减法运算。
按性能、价格、体积不同
计算机分为六大类 巨型机 大型机 中型机 小型机 微型机 单片机
计算机发展年代划分依据
(1)补码加法运算
规则：[X]补+[Y]补 = [X+Y]补
条件：X、Y以及X+Y在定义域内
特点：符号位参与运算；以2n+1为模进行加法，最
高位相加产生的进位自然丢掉
根据运算后结果的符号位，对结果求补，即[[X+ Y]
补]补=X+Y，便可还原出真值
(2)溢出的判断
若参与操作的两数在定义域内，但运算结果超出 了字长范围内补码所能允许表示的值，所计算出 的结果产生了错误，称之为溢出 例如字长8位，补码表示数的范围是：
• 0的反码表示(两种方法) [+0]反=00000000 [-0]反=11111111
补 码
• 表示方法 X>0时，[X]补= [X]原
X<0时，[X]补= [X]反+1
• 0的补码表示(一种方法) [+0]补=00000000
[-0]补=11111111+1=00000000
补码的加减法运算及溢出的判断
第五代：64位机产生及发展阶段 从1992年到现在
代表产品：Inter Pentium、Itanium
字长：64位 特点：外部数据线64位字长，32位以上地址总线， 增加了虚拟实现等多媒体能力和通信上的应用 应用：办公自动化、网络服务器
微型计算机的主要性能指标
主频：也称时钟频率，是指计算机中时钟脉冲发生器所产生的频率， 主频决定计算机的运行速度。 字长：计算机能够直接处理的二进制数的位数，字长越长，运算精 度越高，功能越强。 位(bit)：这是计算机中所表示的最基本、最小的数据单元。 字节（Byte）：是计算机中通用的基本单元，由8个二进制位组成。 存取周期：主存储器完成一次读写所需时间，存取时间越短，存取 速度越快，整机的运算速度越高。 存储器容量：内存和外存，通常以字节为单位。 内存：微处理器的寻址空间和实际配置的存储器容量(内存条容 量)。 外存：硬盘容量。 运算速度 常用平均运算速度MIPS(Millions of Instruction Per Second)表示。
-128≤x≤+127，若字长n位，补码所能表示数的范 围是-2n-1≤x≤2n-1-1，当运算结果超出这个范围 时，便产生溢出，两个正数相加可能产生正的溢 出，两个负数相加可能会产生负的溢出，正负两 数相加不会产生溢出
例 D7 D6 0 1 0 0 0 0 0 0 + 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 结果错误，产生了溢出
1.2 微型计算机的基本结构
微型计算机系统组成
微型计算机组成
微处理器
存储器
存储器用来存储程序、原始数据、中间结果及运 算结果 在计算机内部，程序中的指令和数据都是以二进 制代码形式出现的 两种基本的操作：读操作、写操作
存储器中若干个二进制位组成一个存储单元。计 算机系统对内存储器中的每一个存储单元进行编 号，这个编号称为该存储单元的地址。
(4E.8)16 =
4 ×161+14 ×160+8 ×16-1
= 64+14+0.5=(78.5)10
(2). 十进制 → 二、八、十六进制 整数部分: 除 2 (8,16) 取余
小数部分: 乘 2 (8,16) 取整
例 (77.25)10 = (1001101 . 01)2 = (115 . 2)8 = (4D . 4)16
八进制
(4). 十六进制
→ 二进制
1位拆分为3位
1位拆分为4位
例: (1 1 5 . 2 )8 = ( 1 001 101.010 )2 (4 D . 4 )16 = ( 100 1101.0100 )2
1.3 数据表示在计算机中的应用 1. 机器码： 数值在计算机中的表示形式 (二进制)。 例： 1001 1100
第六代：神经网络计算机时代
光计算机时代 生物计算机时代
微型计算机诞生
微型计算机诞生于20世纪70年代
微型计算机的特点：体积小、重量轻、 功耗低、可靠性高、价格便宜、使用 方便、软件丰富 微机计算机的核心是微处理器 （CPU） 每出现一个新的微处理器，就会产生 新一代的微型计算机
微型计算机发展大致分为五代
0.25 × 8 2.00
(77.25)10 =( 4D. 4 )16 余数 16 7 7 ( 13 16 4 ( 4 0
0.25 × 16 4.00
八进制: (3). 二进制→
3位合并成1位
十六进制: 4位合并成1位
例: (1 0 0 1 1 0 1 . 0 1 )2 = ( 115.2 )8 2 5 1 1 (1 0 0 1 1 0 1 . 0 1 )2 = ( 4D.4 )16 4 4 D
微型计算机原理 及接口技术
胡 波
贵州师范大学
《微型计算机原理及接口技术》 课程简介及要求 课程性质及教学目的
《微型计算机原理与接口技术》是工科一门重 要的专业技术基础课程。
本课程帮助学生掌握微型计算机的硬件组成 及使用；学会运用汇编语言进行程序设计；树立 起计算机体系结构的基本概念；掌握微机的基本 组成、工作原理、接口电路及硬件的连接，建立 微机系统的整机概念，具备初步开发微机系统软、 硬件的能力。
《微型计算机原理及接口技术》 课程简介及要求
课程特点: 理论与实际联系非常紧密的课程, 课程内容 更新极快。 内容多，学时少，进度快，难度大，应用广 。
第一章 1.1概述
微型计算机基础知识
计算机诞生背景：第二次世界大战 计算机诞生时间： 1946年2月 第一台计算机名字：ENIAC Electronic Numerical Integrator and Calculator，电子数字积分计算 机
M 68000、Z 8000 字长：16位 特点：指令系统丰富，采用多级中断，多种寻址 方式，段式存储结构，配有功能强大的系统软件 应用：工业控制
第四代：32位机发展阶段 从1985年到1992年
代表产品：Inter 80386、80486
字长：32位 特点：内存容量已达到1MB以上，硬盘技术不断 提高，发展了32位的总线结构，各种品牌机涌向 市场，如COMPAQ、DELL等，这些微型机在性能上 已经赶上传统的超级小型机，可执行多任务、多 用户操作 应用：办公自动化、网络环境
第一代：4位机发展和8位机萌芽阶段 从1971年到1973年
代表产品：Inter 4004和MCS-4微型机
Inter 8008和MCS-8微型机 字长：4位或8位 特点：指令系统比较简单，运算功能较差，价格 低廉 应用：面向家电、计数器和二次仪表
第二代：8位机发展阶段 从1973年到1977年
代表产品：Inter 8080/8085、MC 6800
Z 80、R 6502 字长：8位 特点：指令系统比较完善，运算速度提高一个数 量级，寻址能力有所增强 应用：面向家电、智能仪表、工业控制
第三代：16位机发展阶段 从1978年到1985年
代表产品：Inter 8086/8088、80186、80286、
机器数的特点：