第一篇微机基础知识
第一章微型计算机基础知识
第⼀章微型计算机基础知识
前⾔
全国⾼等教育⾃学考试课程运输管理是物流管理专业的基础课程。根据全国⾼等教育⾃学考试指导委员会的⽂件精神和《》课程⾃学考试⼤纲以及机电⼀体化专业专科段考试计划的要求，并结合运输管理实践性很强的特点⽽编写的⾃学考试教材；在此基础上，我们综合考虑考试特点和学⽣学习的难点，编写了《微型计算机原理及接⼝技术同步练习》⼀书，供⼴⼤考⽣和辅导教师参考。
本书作为全国⾼等教育⾃学考试物流管理专业和中国物流职业经理资格证书考试专⽤教材之⼀《微型计算机原理及接⼝技术》的应试辅导书，既为应试考⽣总结梳理了教材中考核的知识点，⼜提供了模拟题和案例分析供读者⾃我测试。
⾃学考试是⼀种标准参照考试。重点考核应试者对基本知识、基本理论和基本技能的掌握程度，以及分析、解决问题的能⼒。因此应试者在学习时要特别注意以下⼏点：1．以⼤纲为准绳
考试⼤纲是命题的依据，考题不会随意扩⼤或缩⼩考试⼤纲的要求，当教材与⼤纲表述不⼀致时，以⼤纲为准，所以考⽣⼀定要明确⼤纲的要求，尤其要特别注意⼤纲对每个知识点的层次要求。
2.抓住知识点与知识点之间的联系与区别，按⼤纲要求细读教材。
3.通过习题，加深对知识点的理解，检查存在的问题。
练习对于巩固各知识点的掌握是⼀种⾏之有效的⽅法，也是检查⾃⼰对知识点掌握程度的⼀种重要尺度。适量的练习是必要的，但不可陷⼊题海，甚⾄盲⽬猜题。
全书分为五个部分：
本章内容概要
介绍课程学习重点、学习难点、和考试要求。从整体上讲述本章的基本脉络，使考⽣快速、全⾯地把握本章基本内容。
典型例题解析
微机基础知识(一)
银行电子化/栏目主持人 曹 阳
初识微机 微机即微型计算机,或称个人计算机(Pe rsonal Compute r简称PC)、电脑等。微机问世于70年代, 1981年由IBM公司投放市场,故称为IBM PC。最早的IBM PC采用Intel公司的i8088微处理器芯片为中央处理单元(Centra l Processing Unit简称CPU),内部支持16位运算,外部为8位数据总线,称为准16位;1983年IBM公司仍以Intel公司的i8088为CPU,配备硬盘存储器推出了功能更强的IBM PC/ X T;1985年IBM公司采用Intel公司i80286为CPU,配置高密度软盘驱动器推出了标准16位的IBM PC/AT,即286微机。
由于IBM公司生产的PC采用“开放式体系结构”,并公布了其技术资料,因而其他厂商纷纷开发可在其上运行的各种软硬件产品,同时还竞相推出与IBM系列PC相兼容的各种微机。90年代以来,Intel公司相继推出了i80386、i80486等性能更好的32位CP U,与此兼容的IBM系列PC也随之问世。这些PC,按选用CPU的不同,可分为386、486(称为x86)等不同档次。当i80586问世时,由于阿拉伯数字不能作为商标注册,Intel公司将其改称为Pentium,取中文名为“奔腾”,并在使用汉字的国家或地区注册。目前所说的586微机,实际上就是Pentium微机。
微机又有原装机、兼容机、品牌机和组装机之分。由于IBM 公司是第一个推出x86系列PC的公司,因此一般把IBM公司生产的微机称为原装机,其他各微机厂商生产的微机称为兼容机;所谓品牌机,是指由微机专业生产厂家生产、使用正式注册商标的微机,如IBM、COM PAQ、AST、DEC、HP、LEO、ACER、OC TEK和长城、联想等,而由一些微机经销厂商或个人用各种组件拼装而成的微机,统称为组装机。
微型计算机原理与接口技术第1章微型计算机基础知识
列0
1
2
3
4
5
6
7
行
低位 高位 000
001
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5
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22
1.3.4 数值型数据在计算机中的表示方法
1. 无符号数的算术运算 包括：加法运算、减法运算、乘法运算、除法运算。
（1）加法运算 无符号数的加法运算遵循以下法则： 0＋0＝0 0＋1＝1 1＋0＝1 1＋1＝0（有进位） 【例1-13】计算01101010B＋10110101B＝( ? )B。
第1章 微型计算机的基础知识
5.第五代微型计算机（1993年～1995年）
1993年3月，Intel公司推出了第五代微处理 器Pentium（译名为“奔腾”）586，简称P5，外 部数据总线32位，内部仍然为32位寄存器，但具 有64位的数据处理能力。1995年2月，Intel公司 推出了Pentium Pro（译名为“高能奔腾”）， 简称P6，1997年Intel公司推出了Pentium MMX （译名为“多能奔腾”），它在原Pentium微处 理器内部增加了处理多媒体数据的MMX指令集。 1998年～1999年推出了Pentium Pro的改进型， Pentium Ⅱ和Pentium Ⅲ（译名为“奔腾2代” 和“奔腾3代”或PⅡ、PⅢ），2000Hale Waihona Puke BaiduIntel公司 推出的代号为Northwood的Pentium 4（奔腾4 代）。
(2)补码减法运算
由于X-Y=X+(-Y)，所以补码减法运算仍可用加 法运算电路来完成，即[X]补+[-Y]补=[X-Y]补，同样 通过 [[X-Y]补]补=X-Y，可以还原出真值。条件是X、 -X、X-Y必须在定义域内。 例【1-6】X=01000000 Y=00001111，求X-Y 解：[X]补=01000000 [-Y]补=11110001 01000000 + 11110001 1 00110001=[X-Y]补=X-Y，结果正确。
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。
微型计算机基础知识
计算机在进行算术运算时，需要指出小数点的位置。针对小数点的 处理，计算机有两种表示数的方法，定点表示法和浮点表示法。 （1）定点表示法
定点表示约定所有数据小数点的位置固定不变，通常把小数点固定 在有效数字的前面或末尾，这就形成了两类定点数。 定点整数：小数点固定在最低有效数字之后，该数为整数。
可以将非十进制写为按权展开式,得出其相加的结果, 就是对应的十进制数
例1 (111.01)2=1×22+1×21+1×20+0×2-1+1×2-2
=22+21+20+2-2=(7.25)10
例2 (11010)2=1×24+1×23+0×22+1×21+0×20
=24+23+21=(26)10
例3 (174)16 = 1×162+7×161+4×160
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
第1章 微机基础知识
第1章 微机基础知识
1.1 基本知识点
1.1.1 计算机中的运算基础
1. 数制及其转换
1) 任意进制数的共同特点(n 进制) n=2、8、10、16 ① n 进制数最多是由n 个数码组成 ● 十进制数的组成数码为：0～9。 ● 二进制数的组成数码为：0、1。 ● 八进制数的组成数码为：0～7。
● 十六进制数的组成数码为：0～9、A ～F 。
● 十六进制数和十进制数的对应关系是：0～9相同，A -10，B -11，C -12，D -13，
E -14，
F -15。
② n 进制数的基数或底数为n ，作算术运算时，有如下特点： ● 低位向相邻高位的进位是逢n 进1(加法)。 ● 低位向相邻高位的借位是以1当本位n(减法)。
③ 各位数码在n 进制数中所处位置不同，所对应的权也不同，以小数点为分界点： ● 向左(整数部分)：各位数码所对应的权依次是n 0、n 1、n 2，… ● 向右(小数部分)：各位数码所对应的权依次是n -1、n -2、n -3，… 例1.1
十进制数： 3 3 3 ．
3 3
↓
↓
↓
↓
↓
各位对应的权为： 2
10
1
10
10
1
10
- 2
10- 二进制数： 1 0 1 ． 1
1B
↓
↓
↓
↓
↓
各位对应的权为：
2
2
1
2
2
1
2-
22-
十六进制数： F 9 4
↓
↓
↓
各位对应的权为：
216 116 016
2) 数制的转换
①非十进制数→十进制数
转换方法：按位权展开求和。
例1.2
101.11B = 1*22+1*20+1*2-1+1*2-2
= 4+1+0.5+0.25
= 5.75
F94H = 15*162+9*161+4*160
第1章 微型计算机基础知识 题库和答案
微型计算机基础知识2010-01-18 14:18
第1章微型计算机基础知识
________________________________________
一、选择题
1．80486CPU进行算术和逻辑运算时，可处理的信息的长度为( )。
A、32位
B、16位
C、8位
D、都可以
2．在下面关于微处理器的叙述中，错误的是( ) 。
A、微处理器是用超大规模集成电路制成的具有运算和控制功能的芯片
B、一台计算机的CPU含有1个或多个微处理器
C、寄存器由具有特殊用途的部分内存单元组成，是内存的一部分
D、不同型号的CPU可能具有不同的机器指令
3．若用MB作为PC机主存容量的计量单位，1MB等于( )字节。
A、210个字节
B、220个字节
C、230个字节
D、240个字节
4．运算器在执行两个用补码表示的整数加法时，判断其是否溢出的规则为( )。
A、两个整数相加，若最高位（符号位）有进位，则一定发生溢出
B、两个整数相加，若结果的符号位为0，则一定发生溢出
C、两个整数相加，若结果的符号位为1，则一定发生溢出
D、两个同号的整数相加，若结果的符号位与加数的符号位相反，则一定发生溢出5．运算器的主要功能是( )。
A、算术运算
B、逻辑运算
C、算术运算与逻辑运算
D、函数运算
6．运算器由很多部件组成，其核心部分是( )。
A、数据总线
B、算术逻辑单元
C、累加器
D、多路开关
7．在一般的微处理器中，( )包含在CPU中。
A、内存
B、输入/输出单元
C、磁盘驱动器
D、算术逻辑单元
8．80486CPU的标志寄存器中，OF标志表示运算结果的( )情况。
第一讲 微型计算机基础知识
解释程序（Interpreter ） 编译程序（Compiler） 诊断程序（Diagnoster）
机器语言（Machine Language）
软件
程序设计语言
汇编语言（Assembly Language ） 高级语言
应用软件： 各种应用软件程序包、数据库
计算机系统层次结构
各种应用程序
各种实用程序、软件包 各种语言处理程序 操作系统 裸机
计算机层次结构示意图
1.1.3 微型计算机的典型结构及工作原理 1、微机硬件系统的连接 存储器 存储器 数据总线DB
总线
CPU 内总线 接口电路 外总线 时钟 外围设备 外围设备 接口电路 并行口 串行口
地址总线AB
控制总线CB
地址总线的宽度反映了CPU的寻址空间的范围。 数据总线的宽度反映了CPU处理数据的能力。 控制总线产生数据传送控制信号。如：读/写信号,访问请求信号。
例：X =+67=+1000011B [X ] =01000011B 1 1 原 X1= - 67=-100001lB [X1]原=11000011B 性质： 0的表示不唯一。 (-0)原=10000000B= (+0)原=00000000B 。 与真值转换方便。 运算时符号位要单独处理。 数值范围： +（2n –1-1）≤[X]原≤-（2n-1-1） 。 如n = 8，原码范围01111111～11111111，数值范围为+127～-127 2.反码： 正数的反码就是它的原码，负数的反码就是它的原码 除符号位外各位取反。 [X］反= 或： [X］反= 0 Xn-2Xn-3Xn-4…X1 X0 (X≥0) 1 Xn-2Xn-3Xn-4…X1 X0 (X≤0)
《微机原理及应用》第1章 微型计算机运算基础知识
1.5.2 无符号数的逻辑运算
1、逻辑与运算
逻辑与运算又称为逻辑乘运算，逻辑与运算产生两个逻辑 变量的逻辑积，两个N位二进制数实现逻辑与运算的规则 是两个N位二进制数中位权值相等的位相“与”，产生N位 二进制数的逻辑积。
【例1-11】 已知A = 10101101，B = 00001111，求Y = A·B
1.3.2 定点数的原码、反码与补码
1、机器数与真值
➢ 计算机只能识别1和0两个状态，那么如何确定与识别是正 二进制数还是负二进制数呢？
➢ 解决的办法是将二进制数的最高位作为符号位。例如，1 表示负数，0表示正数。
➢ 若字长取8位，则10001111B表示-15，00001111B表示+15， 这便构成了计算机所能识别的数。
3、浮点数的规格化 为了提高浮点数的精度，在调整浮点数时，对浮点数的尾
数进行规格化，即尾数域的最左边总有一位整数1不予存取， 在计算过程中，默认有一个整数1存在。对单精度浮点数而言 ，实际将尾数扩充到了24位，称其为规格化的IEEE 754标准的 浮点数。
根据规格化32位浮点数的表示形式，可以反过来求数N的 真值，采用如下公式：
1971年至今——大规模、超大规模集成电路 一块半导体芯片上集成几千个甚至数十亿个晶体管，性能不 断提高，价格不断下降，推动了计算机的飞速发展。
1.1.2 微处理器及微机的发展
第一章微型计算机基础知识
…
1023 10100111
（2）存储器的读写操作 存储器读： 将信息从存储器中读入CPU 存储器写：将信息从CPU写到存储器中
存储器的读写操作
A、CPU先送出一个确定的单元地址给存储器 B、发出读写控制时序信号，对选定单元进行读或写 1KB存储器
地址
地址 存储内容 0 1 10011010 01101011
二进制数的运算
（一）二进制加法 二进制加法的规则为： 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 二进制减法的运算规则为： ①0一0＝0 ②1一1＝0 ③1一0＝1 ④0一1=1有借位
CPU
内容
读写控制
…
1023 10100111
（3）存储器的分类 ROM：只读存储器。 工作时从ROM中读出信息，不能随意改写。 断电后信息不会丢失。ROM常用作程序存储器， 存放已调试好的固定程序和常数。 RAM：随机读写存储器。 能方便读出和改写信息，但失电后信息将不 复存在。 RAM 常用作数据存储器，暂存各种现 场数据、运算结果和正在调试的程序。
1KB存储器
地址 地址 存储内容 0 10011010
CPU
内容
微型计算机的基础知识
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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
➢按中断源进行分类：发出中断请求的设备称为中断源。按中断源的不 同，中断可分为：
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3
1.1 微型计算机系统概述
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4
1.1 微型计算机系统概述
2、计算机发展阶段
第一代 第二代 第三代
第四代
主要逻辑元件 电子管 晶体管 集成电路
大规模和超大规模集成电路
大致年代 1946~1955 1956~1963 1964~1972 1972以后
电子管
晶体编管辑ppt
集成电路
微型计算机安装调试与维修
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1
第一章 微型计算机基础知识
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2
1.1 微型计算机系统概述
1.1.1 微型计算机的发展概况 1. 第一台计算机 1946年2月，在美国宾夕法尼亚大学，人类历史上第一台 数字电子计算机上ENIAC诞生。它标志着人类社会计算机 时代的开始。
• 由18000多个电子管和70000多个电阻组成 • 占地170平方米、重30吨 • 每秒可以执行5000次运算
第一章微型计算机基础知识 - 燕山大学教务在线
3、计算机发展简史
1）机械计算机的诞生 1614 年:苏格兰人John Napier发明了一种可以进 行四则运算和方根运算的精巧装置。 …… 1890年:Herman Hollerith 设计了用于美国人口普 查的机器。结果仅用6周就得出了准确的人口统计 数据(如果用人工方法，大概要花10年时间)。 2）电子计算机时代 1906 年: 美国人Lee De Forest 发明电子管，为 电子计算机的发展奠定了基础。 …… 1946 年: 第一台真正意义上的数字电子计算机 （ENIAC）由美国宾夕法尼亚大学研制成功。
备五部分组成，各自行使不同功能；
• 指令与数据存放在存储器中，顺序执行； • 采用二进制形式表示信息。 该体系结构是冯.诺依曼(Von Neumann)于1946年提 出，奠定了计算机实现框架； 1949年诞生冯.诺依曼结构计算机，至今计算机结构 没有根本突破。
• Moore定律： “晶体管的大小将以指数速率变小，而集成 到芯片上的晶体管数目将18－24个月翻一番。” －－Gordon Moore，1965（ Intel公司的创始 人，著名半导体科学家） 年代 1978年 1982年 1985年 1990年 1993年 1996年 1997年 1999年 2000年 型号 晶体管数量 8086 2.9万 80286 13.5万 80386 32万 80486 120万 Pentium 320万 Pentium Pro 550万 Pentium II 750万，300MHz Pentium III Pentium IV 4200万，1.4GHz(0.18um工艺)
1微型计算机基础知识
§1.2 计算机的一些基本概念
⑥ 微型计算机(Microcomputer)：
(1) 组成：微处理器+存储器+接口电路； (2) 单板机：上述功能集中在一块印刷板上； (3) 单片机：上述功能集中在一块芯片上；
§1.4 数制及码制
(3)十六进制转换为十进制 将十六进制按权展开相加 例：将十六进制数ACE.8H转换为十进制
数
§1.4 数制及码制
(4)十进制数转换为十六进制数 整数部分采用“除十六取余法” 小数部分采用“乘十六取整法” 例：将3269.854转换为十六进制数（小数
点后取四位）
§1.1 计算机发展简史
电子计算机的分类: 按处理对象分：电子模拟计算机；电子
数字计算机；混合计算机 按性能规模分：巨型机；大型机；中型
机；小型机；微型机；工作站 按功能用途分： 通用计算机；专用计算
机
§1.1 计算机发展简史
微型计算机的分类： 按微型计算机字长分：4位机；8位机；
16位机；32位机；64位机 按结构形式分：单片机；单板机；多板
87C196KB 87C196KC
§1.2 单片机发展概况
3、单片机的特点
① 体积小、功能全面； ② 可靠性高：总线在片内抗干扰；体积小易于进行电
微机原理-第1章 计算机基础知识
A+B+C=A·B·C
1.3.3 布尔代数的几种表示方法： 1、真值表 2、逻辑式 3、逻辑图 4、卡若图
1.4 二进制数的加法电路
众所周知，算术的基本运算共有4种：加、减、乘 和除。在微型计算机中常常只有加法电路，这是 为了使硬件结构简单而成本较低。不过，只要有 了加法电路，也能完成算术的4种基本运算。 1.4.1二进制数的相加（略过）
第10章 A/D及D/A转换器 第11章 32位微处理器 第12章 PC总线及整机结构 第13章 MCS-51单片计算机 第14章 微型计算机在自动控制系统中的应用
第1章 计算机基础知识
1.1 数制 1.2 逻辑电路 1.3 布尔代数 1.4 二进制数的运算及其加法电路 习题
1.1 数制
数制:是人们利用符号来记数的科学方法。通俗 地说就是数的构成方法。
大家好
1
微型计算机原理及应用 (第四版)
总目录
第1章 第2章 第3章 第4章 第5章 第6章 第7章 第8章 第9章
计算机基础知识
微型计算机的基本组成电路 微型计算机的基本工作原理 16位微处理器 86系列微型计算机的指令系统 微型计算机的程序设计 微型计算机汇编语言及汇编程序 输入/输出接口 中断控制器、计数/定时控制器及DMA控制器
图1.2
1.3 布尔代数
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§1-1
1-1.1
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
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增加一些功能部件构成的。
51单片机的更新换代主要是通过不断地推出新的增强型 系列单片机完成的。
1.4.6 单片机的应用
1、单片机的应用特性
⑴ 体积小 ⑵ 可靠性高 ⑶ 控制功能强 ⑷ 使用方便 ⑸ 性能价格比高 (6)开发应用快捷
1.4.6 单片机的应用
⑴ 智能仪表 ⑵ 在机电一体化中的应用 例：微机控制的铣床、车床、自动点（验）钞机。 ⑶ 在实时控制中的应用 例：测控系统对过程控制参数进行测量、控制。 ⑷ 在分布式多机系统中的应用 ⑸ 家用电器 例：全自动洗衣机、热水器、电子游戏机。
1.4.6 单片机的应用
工业控制
用单片机可以构成形式多样的控 制系统、数据采集系统。例如工厂流 水线的智能化管理，电梯智能化控制、 各种报警系统，与计算机联网构成二 级控制系统等。
数控线切割机床
数控车床
1.4.6 单片机的应用
智能仪器仪表
交直流电压电流表
数字式测角仪
位移传感器
单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩
3851
1K ROM 1个T/C 2个I/O
存放程序
1.4.1 单片机的发展史
第二阶段（1976～1979）：
低性能单片机阶段
例如： 特点：
MCS – 48 系列 小而全
结构：
MCS – 48 单片机
8位CPU RAM ROM I/O
T/C
1.4.1 单片机的发展史
第三阶段（1979~1982）：
字节（Byte）；字（Word）；双字（Double Word） ➢ 存储容量：容量越大，存储的信息量越多。 ➢ 指令系统：指令越多，计算机功能越强。 ➢ 指令执行时间：取决于系统的主时钟频率、指令系统的
设计、及CPU的体系结构等。是评价系统速度的技术指 标。 ➢ 外设扩展能力及配置：影响系统的适应能力及通用性。 ➢ 软件配置：影响计算机的使用性能。
或FLASH
并行接口：用于外接输入输出设备
串行接口：可实现异步串行通信
1.4.4 单片机应用系统
1、基本系统 （最小系统）
复位
电路
单
片
机
电源
辅助电路
控制对象
输入/输出 设备
时钟 电路
单片机的基本系统结构图
1.4.4 单片机应用系统
2、扩展系统 对用户的特殊要求的适应性就更强。
通过总线来扩展一些部件，以弥补单片机内部资 源的不足，这样可满足一些应用系统的特殊需要。
数据存储器： I/O口：
RAM达几KB 并口 串口 串行扩展口
定时/计数器 （T/C）：
定时输出 捕捉输入 监视器Watchdog
A/D转换器：8位、12位、16位、24位，多通道输入。
脉宽调制输出PWM ，可代替D/A输出。
⑶ 寻址范围的增加
1.4.2 单片机的发展趋势
2、超小型、低功耗、价廉 如: ATMEL公司的 89C1051/2051 20引脚，工作电压（2~6V），电流仅几个mA。
现代的单片机普遍具备 通信接口，可以很方便地 与计算机进行数据通信， 为在计算机网络和通信设 备间的应用提供了极好的 物质条件，现在的通信设 备基本上都实现了单片机 智能控制。
1.4.6 单片机的应用
医用设备
医用呼吸机
各种分析仪 监护仪
医用呼吸机
超声诊断设备
电池分析仪
病床呼叫系统等等
麻醉信息管理系 统
8751 8位 4KB EPROM 128B
2 32
8052 8位 8KB ROM
256B 3 32
8752 8位 8KB EPROM 256B 3 32
特点：
与MCS-48系列相比MCS-51系列在速度、内部资源、功能 等方面增强，且软件丰富，开发装置齐全。
1.4.5 单片机典型产品
⑶ Philips 51系列单片机
展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于 仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸 如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、 厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量 的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、 智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电 路更加强大。例如精密的测量设备（功率计，示 波器，各种分析仪）。
➢ 第四代（1983~1993）：32位微机， 典型代表：80386/80486/pentium微处理器
➢ 第五代（1993年以后）：64位微机
计算机中的数据单元
1.2 微型机模型的组成
（CPU）
运算器
控制器
微机硬件模型框图
模型机的工作过程 ——以直接寻址的指令为例
指令执行的两个阶段：取指阶段与执指阶段 一个指令周期
1.4.6 单片机的应用
1.4.6 单片机的应用
家用电器
1、智能冰箱 2、智能饭煲 3、智能食品配料机
可以这样说，现在的家
用电器基本上都采用了单片 机控制，从电饭褒、洗衣机、 电冰箱、空调机、彩电、其 他音响视频器材、再到电子 秤设备，都能见到单片机的 身影。
1.4.6 单片机的应用
Байду номын сангаас
计算机网络和通信领域
•手机 •电话机 •程控交换机 •楼宇自动通信呼叫系统 •列车无线通信 •日常工作中随处可见的移动电话 •集群移动通信 •无线电对讲机等
1.4.6 单片机的应用
军事 通常在这些电子系统的集中显示系统、动力监
测控制系统、自动驾驭系统、通讯系统以及运行 监视器（黑匣子）都会用到单片机技术。
1.4.6 单片机的应用
人工智能 工业机器人的控制系统由中央控制器、感觉系
统、行走系统、擒拿系统等节点构成的单机或多 机网络系统。而其中的每一个小系统（如数据采 集、远程监控系统）都是由单片机进行控制的。
无
128B 1 15
8748 8位 1KB EPROM 64B 1 27
8749 8位 2KB EPROM 128B 1 27
1.4.5 单片机典型产品
⑵ MCS-51系列 内部资源的配置不同
型号
内 8031 核
8051
CPU 8位 8位
ROM 无
4KB ROM
RAM T/C I/O 128B 2 32 128B 2 32
单片机 = CPU + M + I/O
器、运算器和若
控制总线CB 地 址 总 线
AB
CPU 微处理器
M 存储器
I/O 接口电路
干个寄存器组成。
数 ➢ 接口适配器（即
据 总
I／O接口）： I
线 ／O设备与微处
DB 理器的连接端口；
➢ 存储器：是指微
机内部的存储器
外部设备
（RAM,ROM,EP
ROM等）
1.4 单片微型计算机
单片机 = CPU + M + I/O
控制总线CB
CPU 微处理器
数
地
据
址
M
总
存储器
总 线
线
I/O
DB
AB
接口电路
外部设备
微型计算机组成
单片机分类-根据CPU 字长来划分
1位机 4位机 8 位机 16位机 32位机
用于玩具、家用电器、计算器等。
工业控制器、智能仪表、计算机外设通用测控单元、通讯 和医疗设备等。
微型计算机组成
单板机与单片机
➢ 单板机（Single Chip Microcomputer) 将CPU、存储器、I/O接口及多片附加逻辑电路和简单的键 盘/显示器组装在一块印制板上。
➢ 单片机（single－Chip Microcomputer） 将微处理器、一定容量的 RAM和 ROM以及I／O接口、定 时器等电路集成在一块芯片上
之后又推出： 8XC196增强型
1.4.1 单片机的发展史
MCS-51系列单片机已被国内用户广泛采用 例如： ATMEL公司的AT89系列
Philips公司的80C51系列 ADI公司的ADuC系列 ADuC812:多通道12位A/D转换器 ADuC816:多通道16位A/D转换器 ADuC824:多通道24位A/D转换器
微机的分类及发展
➢ 第一代（1971~1973）：4位和8位低档微机， 典型代表：4004微处理器
➢ 第二代（1974~1978）：8位中高档微机， 典型代表：8008/8080/8085微处理器
➢ 第三代（1979~1982）：16位微机， 典型代表：8086/8088/80186/80286微处理器
目录
1. 微型机基础知识
6. 单片机系统扩展设计
2. MCS-51单片机硬件 7. 数模及模数转换器接
结构
口
3. MCS-51指令系统 4. 汇编语言程序设计
8. 与MCS-51兼容的新 型单片机
5. MCS-51定时/计数器、
串行口及中断系统
9. 单片机应用系统研制
方法
电子科技大学机械电子工程学院
复位 电路
时钟 电路
电源
EPROM 程序存储器
串行 接口
A/D
单
片 机
外部扩展总线
RAM 数据存储器
并行 接口
D/A
单片机扩展系统结构图
1.4.5 单片机典型产品 8位单片机
⑴ MCS-48系列 内部资源的配置不同
型号 CPU 8035 8位
ROM 无
RAM T/C I/O 64B 1 15
8039 8位
如：Microchip 公司的PIC16/17系列 18引脚、20引脚、28引脚，有的仅5个引脚。 工作电压（2~6V），电流仅2个mA。 如：台湾凌阳单片机有8位、16位具有高速、低价、可靠、 实用、体积小、功耗低、简单易学等特点。
3、微巨机单片化
1.4.3 单片机内部结构
时钟
Vcc
电路
ROM RAM CPU
1.1 微处理器、微机和单片机的概念
➢ 微处理器（microprocessor简称up”）：微处理器（芯片） 本身不是计算机，但它是小型汁算机或微型计算机的 控制和处理部分。
➢ 微型计算机（microcomputer,简称微机，uC）： 微机是 具有完整运算及控制功能的计算机。
微机的组成
➢ 微处理器：控制
高性能图形工作站、高级机器人等。
如：i80860 1.2亿次/秒
32位定点 64位浮点
三维图形 处理器
1.4 单片微型计算机
1.4 .1 单片机的发展史
第一阶段（1974~1976）：
单片机的初级阶段
例如： 8位单片机F8 特点： 采用双片组成
结构： F8
CPU 64B RAM
2个I/O
存放数据
完整的单片机
RAM
CBUS ：控制总线 DBUS：数据总线，双向三态
ABUS ：地址总线，单向三态
外设
I/O
CBUS DBUS ABUS
软件系统
➢ 程序设计语言 • 机器语言 • 汇编语言 • 高级语言
➢ 系统软件 ➢ 应用软件
微机的主要性能指标
➢ 字长：一次可处理二进制数的位数。 字长越长，计算精度越高，速度越快，成本越高。单位：
下一个指令周
一个CPU周期 一个CPU周期 一个CPU周期
开始
取指令
PC + 1
地址 译码
取操 作数
取下条 指令PC+ 1
操作 译码
a) 取指阶段
取操作数
执行
地址
操作
PC+1
b) 执指阶段
┇
上一条指令
PC
操作码
PC
操作数地址
PC
下一条指令
PC
┇
1.3 微机系统
硬件系统
辅助电路
CPU
微处理器
ROM
1.4.1 单片机的发展史
第四阶段（1982~ ）： 16位、32位单片机阶段 特点： 增加了内部资源、实时处理能力更强
例如： MCS – 96 系列
除了具有16位CPU和存储器外又增加了部分 内部资源，如：
10位A/D转换器
MCS – 96 16位CPU
脉宽调制输出装置PWM 高速输入输出HSIO
高性能单片机阶段
例如： MCS – 51 系列
特点： 系列化、功能强
8位CPU RAM
结构： MCS – 51
ROM I/O
T/C UART
INT
UART —— Universal Asynchronous Receiver/Transmitter 通用异步收/发器——串行口
INT —— Interrupt System
串行 I/O
并行 定时/ I/O 计数器
中断 系统
内部总线
单片机的内部结构
GND
1.4.3 单片机内部结构
1、中央处理器CPU 2、存储器
⑴ 数据存储器RAM 容量： 64~256B 构成：静态随机存储器RAM
⑵ 程序存储器ROM
容量： 1~64KB 构成：ROM、EPROM、E2ROM
3、I/O接口
特点：片内具有I2C总线、A/D等丰富的功能部件。
⑷ ATMEL 51系列单片机
特点：用E2PROM和FLASH代替ROM，价格低，编程方便。
⑸ ADuC系列单片机
特点：用FLASH代替ROM；用ADC进行数据采集；12位
DAC两通道电压型输出进行控制，灵活 、快捷、方便、且
价廉。
51基本型
以上所述51增强型单片机，都是以8051/8031为内核，
转换周期 仅5S
1.4.2 单片机的发展趋势
1、高档单片机性能不断提高
⑴ CPU功能增强 速度： 是原来单片机的5~15倍 精度： CPU字长增加，16位、32位单片机问世 指令系统丰富、效率高
⑵ 内部资源增加
程序存储器：
ROM、EPROM、E2PROM或FLASH 达几十KB
闪速存储器
1.4.2 单片机的发展趋势