第1章微型计算机系统概述
第1章 微型计算机系统概述
【学习目标】 了解微型计算机的发展。 了解微型计算机的特点。 认识微型计算机系统的组成。 了解微型计算机的主要性能指标。
1.1 微型计算机概况
世界上第一台电子计算机早在1946年就诞生了，然而微 型计算机在1971年才问世，它具有众多优点，其应用更 加广泛。微型计算机（见图1-1）具有体积小、重量轻、 耗电少、性价比最优、可靠性高、结构灵活等特点，其 应用深入到社会生活中的各个领域，并取得了飞速的发 展。计算机不仅能够完成数学运算，而且还可以进行逻 辑运算，同时还具有推理判断的能力。因此，人们又称 它为电脑。现在，科学家们正在研究具有思维能力的智 能计算机。随着科学技术的发展，人们对计算机的认识 也在不断地深入
操作系统方面
主流的操作系统有Linux、UNIX （System Ⅴ、UNIX BSD、SCO UNIX、 Solaris等）、Windows系列（现在主要有 Windows 98、Windows NT、Windows 2000、Windows XP、Windows 2003、 Windows CE等）等。
图1-1 现代微型计算机
1.1.1 微型计算机的发展
现将有关计算机中央处理器（CPU）的一些基本概念介绍 如下： 中央处理器（CPU）是指把运算和控制功能集成在一起的 那块芯片，这块芯片俗称主机。 微型计算机系统是由中央处理器（CPU）配上一定容量的 存储器（或内存）、接口电路以及必要的外部设备组成。 单板机是指把CPU、一定数量的存储器芯片和I/O接口芯 片装在一块印刷电路板上，并在该板上配以具有一定功能的 输入、输出设备。 单片机是指把CPU、一定容量的存储器和必要的I/O接口 电路集成在一个硅片上。有的单片机还包括模数（A/D）和 数模（D/A）转换器。
微型计算机技术及应用第四版_课后题答案
第一章微型计算机概述1.微处理器、微型计算机和微型计算机系统三者之间有什么不同？答：①微处理器是微型计算机的核心，是微型计算机的一部分。
它是集成在一块芯片上的CPU，由运算器和控制器组成。
②微型计算机包括微处理器、存储器、I/O接口和系统总线，是微型计算机系统的主体。
③微型计算机系统包括微型计算机、外设及系统软件三部分。
第二章 8086微处理器1.总线接口部件有哪些功能？请逐一进行说明。
答：1.总线接口部件的功能是负责与存储器、I/O端口传送数据。
2.具体讲：①总线接口部件要从内存取指令送到指令队列；② CPU执行指令时，总线接口部件要配合执行部件从指定的内存单元或者外设端口中取数据，将数据传送给执行部件，或者把执行部件的操作结果传送到指定的内存单元或外设端口中。
1.总线周期的含义是什么？8086/8088的基本总线周期由几个时钟组成？如一个CPU的时钟频率为24MHz，那么，它的一个时钟周期为多少？一个基本总线周期为多少？如主频为15MHz呢？答：1.总线周期的含义是总线接口部件完成一个取指令或传送数据的完整操作所需的最少时钟周期数。
2.8086/8088的基本总线周期由4个时钟周期组成。
3.当主频为24MHz时，Tφ=1/24MHz≈41.7ns，T总=4Tφ≈167ns。
4.当主频为15MHz时，Tφ=1/15MHz≈66.7ns，T总=4Tφ≈267ns。
1.CPU启动时，有哪些特征？如何寻找8086/8088系统的启动程序？答：1.CPU启动时，有以下特征：①内部寄存器等置为初值；②禁止中断(可屏蔽中断)；③从FFFF0H开始执行程序；④三态总线处于高阻状态。
2.8086/8088系统的启动程序从FFFF0H单元开始的无条件转移指令转入执行。
1.在中断响应过程中，8086往8259A发的两个信号分别起什么作用？答：第一个负脉冲通知外部设备的接口，它发出的中断请求已经得到允许；外设接口收到第二个负脉冲后，往数据总线上放中断类型码，从而CPU得到了有关此中断请求的详尽信息。
第1章 微型计算机系统概述
1.1.1 微型计算机硬件
通常在一些书中介绍，微型机的硬件由运算 器、控制器、存储器以及输入和输出设备五个部 分组成，这种划分的方法是从组成计算机的功能 模块的角度出发。对于微型机的硬件组成还可以 用另外的分解方法。图1.2给出的微型机系统硬件 组成框图更直观、更切合实际。
1.1.2 微型计算机软件
状态寄存器的6个状态标志位的含义如下： 进位标志位（Carry Flag，CF）：ALU结果的最高 位有进位或借位，CF=1；无进位或借位，CF=0。 奇偶标志位（Parity Flag，PF）：指令执行后， ALU的结果的低8位中1的个数为偶数，PF=1；若为奇数， PF=0。 辅助进位标志位（Auxiliary Carry Flag，AF）：加、 减算术指令执行后，最低4位D 3 D 0位有进位或借位， AF=1；无进位或借位，AF=0。该标志用于系统进行BCD 码的算术运算结果的调整。 零标志位（Zero Flag，ZF）：指令执行后，ALU的 结果为零，ZF=1；结果不为零，ZF=0。 符号标志位（Sign Flag，SF）：该位总是和ALU结 果的最高位相同。因为在带符号数运算时，最高位是符 号位，所以运算结果为负时，SF=1；否则SF=0。 溢出位（Overflow Flag，OF）：在带符号的加、 减算术指令执行后，ALU的结果超出数据的量程，则产生 溢出，OF=1；否则OF=0。一旦OF=1，则运算结果是错 误的。
BIU：负责从存储器或外部设备中读取指令和读/写数
据，即完成总线操作。 这两个单元处于并行工作状态，可以同时进行执行指 令和读/写操作。这样大大提高了CPU的指令执行速度， 从而提高计算机的工作速度。
由图1.3可知，Intel 8086的程序设计模型如图1.5所示。
第一章 微型计算机系统概述(戴梅萼)
1、3 微处理器、微型计算机微型计算机系统
算术逻辑部件 累加器、寄存器 控制部件 内部总线 存储器（ROM、RAM） 输入输出接口 系统总线 外围设备 系统软件 微 处 理 器
微 型 计 算 机
微 型 计 算 机 系 统
1、4 微型计算机的应用
1、科学计算和科学研究
计算机主要应用于解决科学研究和工程技术中所提出 的数学问题（数值计算）。 2、信息处理 （数据处理） 主要是利用计算机的速度快和精度高的特点来对数字 信息进行加工。 3、工业过程控制
用微型计算机实现工业生产控制。
4、计算机辅助系统 计算机辅助系统主要有计算机辅助教（CAI）、计算 机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算 机辅助测试（CAT）、计算机集成制造（CIMS）等系 统。 5、人工智能 人工智能主要就是研究解释和模拟人类智能、智能行 为及其规律的一门学科，包括智能机器人，模拟人的 思维过程，计算机学习等等。其主要任务是建立智能 信息处理理论，进而设计可以展现某些近似于人类智 能行为的计算系统。
1、3、3 微型计算机系统的组成 一个微型计算机系统包括硬件系统和软件系统。硬件和 软件的结合，才能使计算机正常工作运行。
计算机硬件系统是一个为执行程序建立物质基础的物理 装置，称为硬件或裸机。
计算机软件系统指为运行、管理、应用、维护计算机所 编制的所有程序及文档的总和。
依据功能的不同，软件分为系统软件和应用软件两大类。
1、3、1 微处理器
微处理器（CPU）由运算器和控制器组成。
• 必须具备功能： *可以进行算术和逻辑运算 *可保存少量的数据 *能对指令进行译码并执行 *能和存储器及外设交换数据 *能提供系统所需的定时和控制 *可以相应其它部件发来的中断请求
第一章微型计算机系统概述
计算机一次能处理的二进制数字的位数。取决于微处理 器的内部通用寄存器的位数和数据总线的宽度
3. 微处理器的集成度
微处理器芯片上集成的晶体管的密度。 Pentium 310万管/片
4. 内存容量
是CPU可以直接访问的存储器，内存大小反映了计 算机即时存储信息的能力；
以上只是一些主要性能指标，还须综合考虑其他因素。
一、 二，八，十，十六进制数
十进制数的两个主要特点：
1. 有十个不同的数字符号：0, 1, 2, … 9。 2. 遵循“逢十进一”原则。
一般地，任意一个十进制数N都可以表示为：
N=Kn-1×10n-1+Kn-2 ×10n-2+······+K1×101+K0×100
+
m
K-1×10-1+K-2×10-2+······+K-m×10-m = Ki 10 i
i n 1
*基数：数制所使用的数码的个数
*权：数制中每一位所具有的位值.
整数部分 小数部分
式中，10称为十进制数的基数，i表示数的某一位，10i 称该位 的权，Ki 表示第I位的数码。 Ki 的范围为0~9中的任意一个数
设基数用R表示，则对于二进制，R=2, Ki为0或1， 逢二进一。
m
N= Ki 2i i n1
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。
第1章微型计算机控制系统概述
PIO：并行I/O接口
接口电路
SIO：串行I/O接口 中断控制器
DMA
的
操作设备：由显示器、键盘、指示灯等组成
组
成
系统软件：OS、编译诊断程序、监控程序
软件 应用软件：针对过程编写的控制、管理程序
包括输入、控制、输出及显示打印程序
第一章 微型计算机控制系统概述
1.2 微型计算机控制系统的组成
4、检测元件及执行机构
在微机控制系统中，为了对生产过程进行控制，首先必须对各种数据，如 温度、压力、流量、液位、成分等进行采集。为此，必须通过检测元件，即 传感器，把非电量参数转换成电量。此外，为了控制生产过程，还必须有执 行机构。它们的作用就是控制各参数的流入量。
5、通用外部设备
主要为了扩大主机的功能而设置的，是实现微机和外界交换信息的功能的设备。 常规外部设备可分为输入设备，输出设备和存储设备，并根据控制系统的规 模和要求来配置。
第一章 微型计算机控制系统概述
1.1 微型计算机控制系统的结构原理
给定信号
微型计算机 微处理器
D\A转换器
执行机构
被控参数 被控对象
A\D转换器
1、控制过程 图1.3 计算机控制系统基本框图
从本质上看，微型计算机控制系统的控制过程可以归纳为以下四 点： （1）实时数据采集：对被控参数的瞬时值进行检测，并且将采样 结果输入计算机； （2）实时决策：对输入的实时给定值与被控量的数值进行处理后， 按照预先规定的控制规律进行运算，则称为实时决策，或简称决策；
（3）保护重要数据的后备存贮体
Watchdog和掉电保护功能均要有能保存重要数据的存贮体支持， 后备存贮体容量不大，在系统掉电时数据不会丢失，故常采用 NOVRAM，EEPROM或常有后备电池的SRAM，为了保证可靠、安 全，系统存贮器工作期间，后备存贮体应处于上锁状态。
第1章 微型计算机概述
进制计算 进制计算主要有加减乘除等算术运算和与或非等逻 辑运算。 辑运算。其他进制加减乘除等算术运算的运算方法与十 进制的运算方法类似， 要点是逢N进一 借一等于N。 进一、 进制的运算方法类似 ， 要点是逢 进一 、 借一等于 。 与或非等逻辑运算一般是指二进制的逻辑运算， 与或非等逻辑运算一般是指二进制的逻辑运算 ， 将 1当 当 成真， 当成假。 成真，将0当成假。 当成假
1.1 微型计算机发展简史与展望(续) .
4、 80年代以后 ， 微处理器进入第四代产品 ， 向系列 、 年代以后 微处理器进入第四代产品， 年代以后， 化方向发展， 公司相继推出了性能更高、 化方向发展，Intel公司相继推出了性能更高、功能更 公司相继推出了性能更高 强的80186和80286，它们与 向上兼容。 强的 和 ，它们与8086向上兼容。 向上兼容 5、1993年3月，Intel公司发布了最新微处理器产品 、 年 月 公司发布了最新微处理器产品 Pentium，它可以称为第五代微处理器产品，其使用亚微 ，它可以称为第五代微处理器产品， 米级的CMOS技术，使集成度高达 技术， 万个晶体管/片 米级的 技术 使集成度高达310万个晶体管 片。 万个晶体管
1.1 微型计算机发展简史与展望 (续) .
3、 1978—1980年出现了第三代微处理器 ， Intel的 、 年出现了第三代微处理器， 年出现了第三代微处理器 的 8086/8088， Motorola的 M68000 和 Zilog的 Z8000作 ， 的 的 作 为典型代表相继问世， 其集成度高达29000个晶体 为典型代表相继问世 ， 其集成度高达 个晶体 管/片，成为当时国内外市场上最流行的三种微处理 片 器。
微处理器、 1.3 微处理器、微型计算机和微型计算机系统 微处理器、 1.3.1 微处理器、微型计算机和微型计算机系统 微处理器 简称µP或 ），是指由一片 简称 或M P （Microprocessor），是指由一片 ）， 或几片大规模集成电路组成的具有运算器和控制器功能 的中央处理器部件，又称为微处理机。 的中央处理器部件，又称为微处理机。它本身并不等于 微型计算机，而只是其中央处理器。 微型计算机，而只是其中央处理器。
微型计算机概述
第一章微型计算机概述回顾计算机系统的基础知识，包括计算机系统的组成(包括硬件与软件)、结构、发展历程、分类及其功能实质。
本讲重点微处理器及微机系统的发展历程，微机系统与一般意义上的计算机系统的联系与差别，强调微型计算机系统是具有独特结构的计算机系统，由此决定了微机系统所具有的功能及其特点。
【讲授内容】1.1 微机发展概述计算机系统是能够自动地、快速地、准确地进行信息处理的电子工具，其工作过程的实质是电子器件状态的快速变化。
1946年，世界上出现了第一台由电子管构成的，能够按照人们事先的安排，快速完成所要求计算任务的ENIAC电子计算机，计算机及其相关技术经历了一个快速发展的过程。
一般来说，电子计算机发展历程的各个阶段，是以所采用的电子器件的不同来划分的，即电子管、晶体管、中小规模集成电路和大规模及超大规模集成电路计算机。
微型计算机属于第四代电子计算机产品，即大规模及超大规模集成电路计算机，是电路技术不断发展，芯片集成度不断提高的产物。
主机按体积、性能和价格分为巨型机、大型机、中型机、小型机和微型机五类，从其工作原理上来讲，微型机与其它几类计算机并没有本质上的差别。
所不同的是由于采用了集成度较高的器件，使得其在结构上具有独特的特点，即将组成计算机硬件系统的两大核心部分—运算器和控制器，集成在一片集成电路芯片上，显然该芯片是整个微机系统的核心，称为中央处理器CPU，或者微处理器MPU。
微处理器是微机系统的核心部分，自70年代初出现第一片微处理器芯片以来，微处理器的性能和集成度几乎每两年翻一番，其发展速度大大超过了前几代计算机。
微机系统及相关技术的发展，主要涉及到以下几个方面：CPU、主频、缓存、新技术。
一、微机的发展微机系统的核心部件为CPU，因此我们主要以CPU的发展、演变过程为线索，来介绍微机系统的发展过程，主要以Intel公司的CPU为主线。
第一代：4位及低档8位微处理器✧1971年，Intel公司推出第一片4位微处理器Intel4004，以其为核心组成了一台高级袖珍计算机。
微型计算机系统概述
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1.1 计算机的发展与应用 人类第一台数字电子计算机：1946 年，美国宾夕法尼亚大学研 制出。取名为：ENIAC（Electronic numerical integrator and calculator）。 由著名数学家：冯· 诺依曼，推出了新的计算机系统结构，提出采 用二进制、存储程序及在程序控制下执行的理念 。 第一代：1946年－1957年。 器件：电子管，磁芯和磁鼓存储器。
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系统软件中还有语言处理程序，计算机语言是使用者与计算 机之间进行交流的工具；人们将要计算机来完成的事件编写成程序输 入给计算机；计算机通过执行用户的程序来完成用户的工作。其中广 泛使用的语言有 C 语言、VB、VC、Java 等，机器只能运行机器语 言。 返回本章目录
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1．3 PC 机系列体系结构 1.3.1 基于 8088 PC 总线的微机结构 8088 微处理机，作为第一代机的 CPU，通过地址总线、数据总线和控制总线对整 个机器进行调试和控制，其体系结构,如图 1.3 。 1. 8088 处理器：采用 4.77M 的工作频率，该频率通过 8284 对14.31818MHz 的晶 体振荡 3 分频而得到的；每个时钟周期 210nm。 2. 8087 协处理器：8088 在最大模式下可配接 8087协处理器用来进行浮点运算，使 浮点运算速度提高 100 倍。 3. 存储器：64K 的 ROM 早期存放 32K 的 Basic 解释程序，另 32K 固化 BIOS，包 括上电自检程序、系统引导程序、日时钟管理程序和基本的 I/O 设备的驱动程序 4. RAM 内存：IBM PC/XT 的主板上可接插 640K 的内存。 5. 8253/8254 可编程定时计数器：该片提供 3 个通道。通道 0 每 55ms 向 CPU 发一个时钟中断信号，通过计数，用来计算时 钟的时间；通道1 用于 DRAM 的刷新；通道2 输出方波到扬声器。
汇编语言程序设计习题答案
第一章微型计算机系统概述1.3习题与综合练习1.解释和区别下列名词术语(1)微处理器（MP）:具有中央处理器功能的大规模集成电路器件微型计算机（MC）微型计算机系统（MCS）(2)硬件：硬件是计算机系统的躯体，由控制器，运算器，存储器，输入设备，输出设备5大部分组成。
软件：软件是计算机的头脑和灵魂，可分为系统软件和应用软件。
(3)字节：8位二进制是一个字节。
字：16位二进制构成一个字。
字长：计算机的运算部件能同时处理的二进制数据的位数。
(4)指令指针：存放BIU要取的下一条指令的偏移地址。
指令寄存器：指令译码器：状态寄存器：(5)存储单元：存储内容：存储地址：存储容量：(6)RAM:ROM:软件固化：2.冯·诺依曼计算机结构的特点是什么？(1)采用二进制数的形式表示数据和指令。
(2)将指令和数据存放在存储器中。
(3) 计算机硬件由控制器，运算器，存储器，输入设备和输出设备5大部分组成。
3.件数计算机系统中复杂指令集和精简指令集的特点和用途。
复杂指令集（CISC）：在微型计算机的体系结构组成结构上是以复杂指令为设计的计算机，在指令的运行过程中按指令的复杂程度来指挥计算机完成各条指令，由于各条指令复杂程度不同分配的时钟周期各不相同，执行指令所需时间就不相同。
CISC体系的指令集由微程序来实现，即每一个操作由若干微操作的程序组合来实现。
所以CISC可以使用微指令编程的方式实现多种和功能复杂的指令。
精简指令系统（RISC）：不管计算机的指令如何复杂，在一个计算机时钟周期内完成，计算速度快，指令集简单。
每一条指令直接有硬布线实现，即它的每条指令原则上有自己的一套逻辑时序电路直接实现，所以单条指令的实现所占用的硬件资源较多。
因为该体系没有能采用增加单条指令的功能或高位的指令语义，也没有增加指令的条数，而是集中于它的精简指令集上。
4.CPU是计算机系统中的重要部件，试说明CPU的结构和功能。
微处理器是计算机中最关键的部件，由控制器，运算器，寄存器组和辅助部件组成。
(完整版)微机原理答案1
第 1 章微型计算机系统概述习题参考答案1-1．微型计算机包括哪几个主要组成部分，各部分的基本功能是什么？答：微型计算机由CPU、存储器、输入/输出接口及系统总线组成。
CPU是微型计算机的核心部件，一般具有下列功能：进行算术和逻辑运算。
暂存少量数据。
对指令译码并执行指令所规定的操作。
与存储器和外设进行数据交换的能力。
提供整个系统所需要的定时和控制信号。
响应其他部件发出的中断请求；总线是计算机系统各功能模块间传递信息的公共通道，一般由总线控制器、总线发送器、总线接收器以及一组导线组成；存储器是用来存储数据、程序的部件；I/O接口是微型计算机的重要组成部件，在CPU和外设之间起适配作用。
1-2．CPU 执行指令的工作过程。
答：指令执行的基本过程：（1）开始执行程序时，程序计数器中保存第一条指令的地址，指明当前将要执行的指令存放在存储器的哪个单元。
（2）控制器：将程序计数器中的地址送至地址寄存器MAR，并发出读命令。
存储器根据此地址取出一条指令，经过数据总线进入指令寄存器IR。
（3）指令译码器译码，控制逻辑阵列发操作命令，执行指令操作码规定的操作。
（4）修改程序计数器的内容。
1-3．果微处理器的地址总线为20 位，它的最大寻址空间为多少？答：220=1048576=1MB1-4．处理器、微型计算机和微型计算机系统之间有什么关系？答：微处理器是微型计算机的核心部件。
微处理器配上存储器、输入/输出接口及相应的外设构成完整的微型计算机。
以微型计算机为主体，配上系统软件和外部设备以后，就构成了完整的微型计算机系统。
1-5．下面十进制数分别转换为二进制、八进制和十六进制数：128，65535，1024答：128，二进制：10000000B，八进制：200O，十六进制：80H65535，二进制：1111111111111111B，八进制：177777O，十六进制：FFFFH1024，二进制：10000000000B，八进制：2000O，十六进制：400H1-6．下面二进制数分别转换为十进制及十六进制数：1011.1010B，1111101.11 B答：1011.1010B，十进制：11.625，十六进制：B.AH111101.11B，十进制：125.75,十六进制：7D.CH1-7．(5487)10＝（0101010010000111）BCD＝1010101101111 B1-8．设字长为8 位，请写出下列数的原码、反码、补码和移码：15，－20，－27/32 答：[+15]原=00001111，[+15]反=00001111，[+15]补=00001111，[+15]移=10001111 [-20]原=10010100，[-20]反=11101011，[-20]补=11101100，[-20]移=01101100 [-27/32]原=1.1101100，[-27/32]反=1.0010011，[-27/32]补=1.0010100，[-27/32]移=0.0010100第 2 章微型计算机系统的微处理器习题参考答案2-1．086／8088 CPU 的功能结构由哪两部分组成？它们的主要功能是什么？答：8086/8088 CPU 的功能结构由以下两部分组成：总线接口单元BIU（Bus Interface Unit），执行部件EU （Execution Unit）。
微型计算机的基础知识
编辑ppt
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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。
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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
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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
微机原理与接口技术(田辉)第一章
1-3-1 微型计算机
2、微型计算机分类
从微型计算机的结构形式来分，为单片机、单板 机和多板机。
单片微型计算机（即单片机）。把微型计算机的主要部件CPU、一 定容量的存储器、I／O接口及时钟发生器集成在一块芯片上的单 芯片式微型计算机。具有体积小、指令系统简单、性价比高等优 点，广泛应用于工业控制、智能仪器仪表等领域。 单板微型计算机，即单板机。是将微处理器、一定容量的存储器、 输入／输出接口、简单的外部设备、辅助设备通过总线装配在一 块印刷电路板上的微型计算机。主要用于实验室以及简单的控制 场合。
变集中处理为分级处理，浮点运算、高级语言
第三代 中小规模集成电路时代(1965-1970) 存储容量大，运算速度快，几十至几百万次/秒
第四代 大规模、超大规模集成电路时代(1971至今)
向大型机和微型机两个方向发展 现代计算机发展方向 巨型化，微型化，网络化，智能化，多媒体化
微型计算机的发展
• 十进制数转换为R进制数：整数和小数部分分 别进行转换
1、整数部分 “除R取余”：十进制整数不断除以转换进制基数，直至商 为 0。每除一次取一个余数，从低位排向高位。
二. 进位计数制之间的转换
例：39转换成二进制数 39 =100111B 2 39 2 19 1 （ b0） 2 9 1 （ b1） 2 4 1 （ b2） 2 2 0 （ b3） 2 1 0 （ b4） 0 1 （ b5 ）
1-2 微处理器--- CISC与RISC
精简指令集计算机
提出背景：使用指令的80％，只占处理器指令集的20％ RISC的基本思想 简化指令功能，指令集中只包含使用频度高、功能简单、能够 在一个节拍内执行完成的指令 将较复杂的功能用一段子程序来实现 大量使用寄存器，优化 CPU的控制逻辑，提高程序执行的速度
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
第一章微型计算机控制系统概述
DSP 处理器的长处
向量运算、
指针线性寻址等
微机控制技术
1.2.4 嵌入式系统
4、嵌入式片上系统 ( System On Chip ) • 随着 EDI 的推广和 VLSI 设计的普及化，及半
导体工艺的迅速发展，在一个硅片上实现一个 更为复杂的系统的时代已来临，这就是
System On Chip ( SOC )。
• TI 公司亦将其 TMS320C2XXX 系列 DSP 作为 MCU 进行推广。
微机控制技术
1.2.4 嵌入式系统
3、嵌入式 DSP 处理器
( Embedded Digital Signal Processor, EDSP )
（１）ＤＳＰ处理器的特点 DSP 处理器对系统结构和指令进行了特殊设计: 使其适合于执行 DSP 算法，编译效率较高，指令执行速度也 较高。
• 具有软件代码少、高度自动化、响应速度快等特点， 特别适合于要求实时和多任务的体系。
微机控制技术
嵌入式系统的核心是嵌入式微处理器特点:
（1）对实时多任务有很强的支持能力。能完成多任务并且有较 短的中断响应时间，从而使内部的代码和实时内核的执行时间 减少到最低限度。
（2）具有很强的存储区保护功能。 由于嵌入式系统的软件结构已模块化，而为了避免在软件 模块之间出现错误的交叉作用，需要设计强大的存储区保 护功能，同时也有利于软件诊断。
理器。 如：Intel 的 MCS-296
Infineon ( Siemens ) 的 TriCore。
1.2.4 嵌入式系统
（３）推动嵌入式 DSP 处理器发展的因素：
嵌入式系统的智能化。
如：各种带有智能逻辑的消费类产品
生物信息识别终端
第1章 微型计算机概述
计算机按体积、性能可划分为巨型 机、大型机、中型机、小型机。 但就其计算机的硬件而言，它的发 展历经了电子管、晶体管、中小规模 集成电路、大规模和超大规模集成电 路时代。
ห้องสมุดไป่ตู้
2.微型计算机的发展过程
（1）4位微处理器
1971年，Intel公司推出了第一片4位微处 理器Intel4004，集成了2250个晶体管，工作 频率为108KHz，寻址空间640字节。
（2）将十进制数与十六进制数 之间的相互转换
例1-3 将十进制数 76.125转换成十六 进制数。
商 余数 76÷16 = 4 C 4÷16 = 0 4 乘积 整数部分 0.125×16 = 2.0 2 转换结果为: 76.125 = 4C.2H
（3）二进制数与十六进制数的 相互转换
依据: 二进制数与十六进制数对照表
二进制数 十六进制数 二进制数 十六进制数 0000 0 1000 8 0001 1 1001 9 0010 2 1010 A 0011 3 1011 B 0100 4 1100 C 0101 5 1101 D 0110 6 1110 E 0111 7 1111 F
例1-5 将二进制数101111010 . 0111001B转换成十六进制数。 101111010 . 0111001B =0001 0111 1010 . 0111 0010B = 17A.72H
(1)CPU
CPU是采用超大规模集成电 路芯片，芯片内集成了运算器 和控制器的功能。
（2）内存
微型计算机的工作就是执行 程序，不论指令还是指令处理 的数据都需要存放在内存储器 中。
（3）I/O接口
I/O（Input／Output）接口是外设与 微型计算机之间的连接电路。外设实现 信息的输入/输出。外设处理数据的速度 远低于计算机，且信息格式、信号电平 一般不满足计算机的要求，故外设需要 接口电路与计算机相连接。
第1章_微型计算机概述
0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1
十六进制 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F
对既有整数又有小数的二进制数，以小数点 为界，整数部分从右至左，以4位一组，不足 四位时，在左边添0补足四位；小数部分从左 至右，以4位一组，不足四位时，在右边添0 补足四位，然后把每组的4位数用相应的十六 进制表示，即得十六进制数。 例如：将 (11101.11011)2转换成十六进制数。
小数点的表示：在计算机中，小数点的位 置是隐含的，以节省存储空间。 如果隐含的小数点的位置是固定的，称为定 点数。
如果隐含的小数点的位置是可变的，则称为 浮点数。
正整数（无符号数） 整数（有符号数）
二进制数位
无符号整数的表示范 围
带符号整数的表示范 围
8 16 32 64
0 ~ 255（28-1） 0 ~ 65535（216-1） 0 ~ 232-1 0 ~ 264-1
软件工程，分布式处理等
4
计算机的发展
1946年研制成功第1台数字电子计算机
60年来发展速度之快大大超出人们的预料：
性能、体积、价格、·· · 应用领域和装机数量 软件技术和软件产品 使用的元器件
应用模式：
第1代：电子管＋磁鼓 第2代：晶体管＋磁芯 第3代：中、小规模集成电路 第4代：大、超大规模集成电路
第1章 微型计算机概述
第1台数字电子计算机
1946年ENIAC计算机公布
ENIAC（电子数字积分机与计算机）：
•
•
• •
研制单位：美国宾夕法尼亚大学 用 途： 军事计算 运算速度：5000次/秒 体积价格：170平方米，30吨，140千瓦，40万美元
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1978年 8086 /8088 2.9万 （3万） 1982年 80286 13.5万 1985年 80386 32万 1990年 80486 120万 1993年 Pentium 320万 1996年 Pentium Pro 550万 1997年2月 Pentium II 750万，300MHz 1999年 Pentium III 2000年(4季度) Pentium IV 4200万，1.4GHz(0.18um工艺) 其他新型技术，如激光计算机。 从计算机结构及信息理论方面，“非冯结构”（神经网络－－仿人脑 的思维和记忆模型），更便于处理某些智能型问题。 目前,CPU的主频已达到4G以上,线宽也突破了0.09um。64位双核 CPU也已商业化。
数据总线 DB
控制总线 CB
24
1.2.1芯片组的引出 把主板上众多的接口芯片和支持芯片按不同 功能分别集成到一片集成芯片之中。这种用 少量几片VISI芯片的组合称为：控制芯片组 “，简称”芯片组“。 采用芯片组后，可以简化主板的设计，降低 了系统的成本，提高了系统的可靠性，同时 对今后的测试、维护和维修都提供了极大的 方便。
1971 1974 1978 1984 1985 1989 1993
4004 8080 8086 80286 80386 80486 Pentium586
1995 1997
1999 2000
Pentium Pro 550万 PⅡ
PⅢ PⅣ
150~200 300~450
600~1000 1.4G
0.6 0.35
用于数值计算、数据处理及信息管理方向
将 CPU 以 及 其 他 主 要 部 件 （ 如 通用微机，例如：PC微机 ROM、RAM、I/O接口）都集成在 功能、速度、使用方便、人机对话手段 一个微处理器芯片中
用于过程控制及智能化仪器仪表方向
例如：常用的MCS-51、MCS-96
专用微机，例如：单片机、工控机 可靠性高、实时性强 程序相对简单、处理数据量小
系统总线
总线是指传递信息的一组公用导线 总线是传送信息的公共通道 微机系统采用总线结构连接系统功能部件 总线信号可分成三组 地址总线 AB：传送地址信息(单向) 数据总线 DB：传送数据信息(双向) 控制总线 CB：传送控制信息(每根单向/双向)
总线是计算机的部件与部件之间传输信息的公共通路，它 能分时地发送和接收各部件的信息。总线不仅仅是一组传输 线，它还包括与数据传输有关的控制逻辑。所以，在一个计 算机系统中，总线应被看成一个独立的部件。
0.25 0.18
64(32位处理器) 64(32位处理器)
64(32位处理器) 64(32位处理器)
32 32
32 32
750万
800万 1000万
一、按计算机应用划分的计算机发展阶段 （1）超、大、中、小型计算机阶段（1946年~1980 年） 采用计算机来代替人的脑力劳动，提高了工作 效率，能够解决较复杂的数学计算和数据处理。 （2）微型计算机阶段（1981年~1990年） 微型计算机大量普及，几乎应用于所有领域， 对世界科技和经济的发展起到了重要的推动作用。 （3）计算机网络阶段（1991年至今） 计算机网络为人类实现资源共享提供了有力的 帮助，从而促进了信息化社会的到来，实现了遍及 全球的信息资源共享。
信息化三大技术支柱
• • •
计算机技术
通信技术 网络技术
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微处理器、微型计算机和微型计算机系统的关系：
微处理器
微型计算机 硬件 微型计算机 软件 运算器 控制器 寄存器组
内存储器 输入/输出接口 输入/输出设备及外存储器 系统软件 应用软件
电源、面板和机架等
13
1.1.2 微型计算机的应用
19
1.2 微型计算机的系统组成
微型计算机
微处理寄存器组 内存储器 总线
输入输出 接口电路
外部设备
软件
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1.2.1 微型计算机的硬件组成
系统总线BUS 处 理 器 子 系 统 系 统 总 1. 线 2. 形 成 3.
4.
地址总线AB 数据总线DB
微处理器子系统 控制总线CB 存储器 存储器 I/O接口 I/O设备和I/O接口 系统总线
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18
按组装形式和系统规模划分,常见的微型计算机有 单片机、单板机和个人计算机等。 （1）单片机。即单片微型计算机，又称为“微控制 器”和“嵌入式计算机”。这是一种把构成一个微型 计算机的一些功能部件集成在一块芯片之中的计算机， 该功能包括微处理器、RAM、ROM、I/O接口电路、 定时器/计数器等，甚至还有将D/A和A/D集成在内 的 单 片 机 。 如 Intel 公 司 的 MCS-51 系 列 单 片 机 （8031、8051、8751）、MCS-96系列（8096、 8796、8098）、Motorola公司的MC6805等。 （2）单板机。将微处理器、RAM、ROM及一些I/O 接口电路，加上相应的外设以及监控程序固件等安装 在一块印刷电路板上所构成的计算机系统，如以Z80 为CPU的TP-801、及以Intel 8086为CPU的TP-86 等，广泛用于生产过程的实时控制及教学实验。 （3）个人计算机。略
5
1.1.1 微型计算机的发展（续）
第4代：32位微机
I80386 →80486→ Pentium →Pentium II →Pentium III → Pentium 4
第5代：64位微机
Itanium 、64位RISC微处理器芯片
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1.1.1 微型计算机的发展（续）
I/O设备
图1.1 微型计算机的系统组成
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微处理器（Microprocessor）
微处理器具有运算和控制功能，是整个微型计算机的核心，也称中央处理 器CPU（Central Processing Unit）。由一片或几片大规模集成电路组成， 具有控制器和运算器功能。 注意，微处理器并不是一台完整的计算机 微处理器的主要功能部件 （1）算术逻辑部件（ALU）：用来进行算术和逻辑运算。 例如，SUB AL，5； AND AL，FEH；ADD AL，10；OR AL，01H； （2）累加器：运算前存放操作数，运算后存放运算结果。输入/输出指令也 通过累加器来完成。 例如：IN AL，50H； OUT 51H，AL； （ 3 ） 程 序 计 数 器 （ Program Counter--PC ） ， 也 称 指 令 计 数 器 （Instruction Counter），由它指出下一条要执行指令所在存储单元的 地址，具有加1计数的功能。 （4）指令寄存器：用来存放从存储器中取出的指令码。 （5）指令译码器：对指令码进行译码，确定指令的操作（如加、减、移位 等）。 （6）时序和控制部件 22
4
1.1.1 微型计算机的发展
第1代：4位和低档8位微机
I4004→I4040→I8008
第2代：中高档8位微机
M6800、 I8080、Z80、I8085 Apple-II 微机、MCS-48、MCS-51系列
第3代：16位微机 M68000、Z8000
I8086/ 8088 →80286， IBM PC系列机
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2．新型计算机
神经网络计算机：建立在人工神经网络研究的基础上， 从内部基本结构来模拟人脑的神经系统。用简单的数据 处理单元模拟人脑的神经元，并利用神经元节点的分布 式存储和相互关联来模拟人脑的活动。 生物计算机：使用由生物工程技术产生的蛋白分子为材 料的“生物芯片”，不仅具有巨大的存储能力，而且能 以波的形式传播信息。由于它具备生物体的某些机能， 所以更易于模拟人脑的机制。
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1.1.3 计算机的特点、分类及应用
1．计算机的特点
运算速度快：PC机每秒种可以处理几百万条 指令，巨型机的运算速度可以达到几亿次以上。 计算精度高：普通微型计算机的计算精度已达 到32~64位二进制数。 具有“记忆”和逻辑判断功能：“记忆”功能 指的是计算机能够存储大量信息，供用户随时 检索和查询。逻辑判断功能指的是计算机不仅 能够进行算术运算，还能进行逻辑运算和实践 推理。记忆功能、算术运算和逻辑运算相结合， 使得计算机能够模仿人类的某些智能活动，成 为人类脑力延伸的主要工具，所以计算机又称 为“电脑”。
3 . 微型计算机的性能指标介绍
位：这是计算机中所表示的最基本、最小的数据单元。
字长：是计算机在交换、加工和存放信息时的最基本的长度。
字节（Byte）：是计算机中通用的基本单元，由8个二进制位组成。 字：是计算机内部进行数据处理的基本单位。 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。 访存空间：是该微处理器构成的系统所能访问的存储单元数。 指令数：构成微型计算机的操作命令数。 基本指令执行时间：计算机执行程序所花的时间。 可靠性：指计算机在规定时间和条件下正常工作不发生故障的概率。 兼容性：指计算机硬件设备和软件程序可用于其他多种系统的性能。 性能价格比：是衡量计算机产品优劣的综合性指标。
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总线信号
地址总线 AB
输出将要访问的内存单元或I/O端口的地址 地址线的多少决定了系统直接寻址存储器的范围 CPU读操作时，外部数据通过数据总线送往CPU CPU写操作时，CPU数据通过数据总线送往外部 数据线的多少决定了一次能够传送数据的位数
协调系统中各部件的操作，包括以下信号： 控制信息（输出）、请求（输入）、状态联络（输入/出） 控制总线决定了系统总线的特点，例如功能、适应性等