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。
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。
ch01微型计算机系统概述资料
第1章微型计算机系统概述1.1微型计算机发展及应用■第一台数字式电子计算机诞生于1946年2月，简称ENIAC （电子数据和计算器）。
冯诺依曼型计算机结构及特点特点：（1） 计算机内部釆用二进制表示数据和指令。
（2） 工作原理的核心为：“存储程序”和“程 序控制”程序 数据输入设备存储器 |控制器_U指令二=＞输出设备E结果数据运算器 卜计算机发展史微型机发展过程Pentium 32・64位4004 (8008・・8位)4位第一台个人电脑8080(Z80,MC6800)8位」8086M 6809和Z800082年80286及803116位8038680486 . .—(M68020 )/1993 Pentium,隹"亠/64位32位/ 1995年11月/ Pentium Pro o1997年1月Pentium MMX 此后pn/m/41971 ・72 | 1973-74 一代70年代初1978 1985二代三代四代70任代70任代末~ 80任代初80年代1993 五代时间90任代■微型计算机体积小■价格低,耗电少和可靠性高, 主要有如下几个应用方向：□科学计算和信息处理□计算机辅助设计,辅助制造,辅助教育及计算机辅助测试多媒体应用及网络应用□过程控制□嵌入式应用方向■两个方向发展：□高性能,多功能的方向□价格低廉,功能专一的方向1.2微型计算机系统的组成■硬件系统,人设备中央MS CPU存岫RAMROMI ■出设备・出tt 口數制怠线堆址总城控制怠纹主机中央处理器■微机的核心,控制中心，中央处理器CPU ■大规模集成电路VLSI芯片，集成□控制器□运算器（整数运算器）□寄存器（高速存储单元）■高性能微处理器内部还有曰浮点处理单元甚至多媒体数据运算单元□存储管理单元、代码保护机制□ Cache□ ...。
微机原理、汇编语言及接口技术教程课后习题答案
!《16/32位微机原理、汇编语言及接口技术教程》部分习题参考解答第1章微型计算机系统概述〔习题〕什么是通用微处理器、单片机（微控制器）、DSP芯片、嵌入式系统〔解答〕通用微处理器：适合较广的应用领域的微处理器，例如装在PC机、笔记本电脑、工作站、服务器上的微处理器。
单片机：是指通常用于控制领域的微处理器芯片，其内部除CPU外还集成了计算机的其他一些主要部件，只需配上少量的外部电路和设备，就可以构成具体的应用系统。
~DSP芯片：称数字信号处理器，也是一种微控制器，其更适合处理高速的数字信号，内部集成有高速乘法器，能够进行快速乘法和加法运算。
嵌入式系统：利用微控制器、数字信号处理器或通用微处理器，结合具体应用构成的控制系统，其典型的特点是把计算机直接嵌入到应用系统之中。
〔习题〕说明微型计算机系统的硬件组成及各部分作用。
〔解答〕CPU：CPU也称处理器，是微机的核心。
它采用大规模集成电路芯片，芯片内集成了控制器、运算器和若干高速存储单元（即寄存器）。
处理器及其支持电路构成了微机系统的控制中心，对系统的各个部件进行统一的协调和控制。
存储器：存储器是存放程序和数据的部件。
（外部设备：外部设备是指可与微机进行交互的输入（Input）设备和输出（Output）设备，也称I/O设备。
I/O设备通过I/O接口与主机连接。
总线：互连各个部件的共用通道，主要含数据总线、地址总线和控制总线信号。
〔习题〕什么是总线微机总线通常有哪3组信号各组信号的作用是什么〔解答〕总线：传递信息的共用通道，物理上是一组公用导线。
3组信号线：数据总线、地址总线和控制总线。
（1）地址总线：传输将要访问的主存单元或I/O端口的地址信息。
#（2）数据总线：传输读写操作的数据信息。
（3）控制总线：协调系统中各部件的操作。
〔习题〕简答如下概念：（1）计算机字长（2）取指－译码－执行周期（3）ROM-BIOS（4）中断（（5）ISA总线〔解答〕（1）处理器每个单位时间可以处理的二进制数据位数称计算机字长。
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1章微机原理课件
2024年7月29日星期一
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第1章 微型计算机基础
在研制ENIAC计算机的同 时，冯·诺依曼(Von Neumann)与 莫尔小组合作研制了EDVAC计算机，该计算机采用了存储程序 方案，其后开发的计算机都采用这种方式，称为冯·诺依曼计算 机。冯·诺依曼计算机具有如下基本特点:
第1章 微型计算机基础
第1章 微型计算机基础
1.1 微型计算机概述 1.2 微型计算机系统 1.3 计算机中的数制及其转换 1.4 计算机中数与字符的编码 习题1
2024年7月29日星期一
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第1章 微型计算机基础
1.1 微型计算机概述
1.1.1 计算机的发展史
20世纪40年代, 无线电技术和无线电工业的发展为电子计 算机的研制准备了物质基础, 1943年～1946年, 美国宾夕法尼 亚大学研制的ENIAC(Electronic Numerical Integrator And Computer, 电子数字积分器和计算机)是世界上第一台电子计 算机。
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第1章 微型计算机基础
3.指令执行时间
指令执行时间是指计算机执行一条指令所需的平均时间, 其 长短反映了计算机执行一条指令运行速度的快慢。
它一方面决定于微处理器工作时钟频率, 另一方面又取决于 计算机指令系统的设计、CPU的体系结构等。
微处理器工作时钟频率指标可表示为多少兆赫兹, 即MHz； 微处理器指令执行速度指标则表示为每秒运行多少百万条指令 (MIPS, Millions of Instructions Per Second)。
ENIAC计算机共用18000多个电子管, 1500个继电器, 重达30吨, 占地170平方米, 耗电140 kW, 每秒钟能进行5000次加法计算, 领 导研制的是宾夕法尼亚大学的莫克利(J.W.Mauchly)和埃克特 (J.P.Eckert)。
计算机维修与维护试题及参考答案
计算机维修与维护试题及参考答案计算机维修与维护⽹试题第⼀章微型计算机系统概述⼀、名词解释1、扩展插槽：2、CMOS：3、ROM：4、主机板：⼆、填空1、⽬前微型机外形常见有如下⼏种式样：（）、( )和( )。
2、主存储器分为:（）和( ).3、RAM分为: ( )和( ).4、⽬前，CACHE有两种类型:（）与（）。
5、⽬前，微机中常⽤的总线(扩展插槽)有四种: ( )、( )、( )和( )。
6、常⽤的驱动器接⼝类型有如下三种: （）、（）、（）。
7、显⽰器⼤致可分为:（）、（）、（）、（）和（）等⼏种类型。
8、打印机的种类很多，从印字原理上讲可分为（）和（）。
其中击打式打印机主要以针式打印机为主，⽽（）、（）、（）、（）等打印机都是⾮击打式打印机。
9、扫描仪可分为（）、（）、（）和（）。
三、判断题1、软盘驱动器是驱动和读写软磁盘的设备。
（）2、⽬前常见的ROM只有PROM和EPROM。
（）3、lDE接⼝⼜称为AT BUS接⼝，该接⼝是当前硬盘驱动器特别采⽤的⼀种接⼝。
（）4、打印机的主要技术指标有打印速度、印字质量、打印噪声和打印机寿命等。
（）5、点阵式打印机虽然有许多种，但基本结构差不多是相同的，主要可分为两⼤部分：机械部分和电路部分。
（）6、激光打印机和喷墨打印机是⽬前市场上最主要的两种⾮击打式打印机。
（）四、简答题1、系统总线有哪⼏种标准？它们各⾃有哪些特点？2、软磁盘保护套的作⽤？3、硬盘驱动器的⼯作过程？4、扫描仪的主要技术指标？5、画出ISA总线标准的微机结构图？结合结构图来说明产⽣“瓶颈”的原因？第⼆章微型计算机系统硬件的配置与组装⼀、名词解释1、刷新速率：2、点距：3、显⽰器分辨率：⼆、填空1、对于微机的选购⼀般有两种⽅法: （）和( )。
2、就当前市场上的微机⽽⾔有两类:( )和( )。
3、主板按所配⽤的微处理器来分类，可分为:( )、( )、( )和( )主板等类型。
4、主板按尺⼨⼤⼩与机械结构来分，可分为两种:( )与( )。
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
微型计算机原理与接口技术第五版周荷琴课后答案
微型计算机原理与接口技术第五版周荷琴课后答案第一章：计算机系统概述1.1 计算机系统基本组成•核心包括 CPU、内存和 I/O 设备。
CPU 是计算机的中央处理器，负责执行指令，控制各部分设备的操作。
内存存储数据和程序指令。
I/O 设备是计算机与外部世界进行信息交换的重要途径。
1.2 计算机的基本层次结构•计算机系统的基本层次结构分为硬件体系结构和软件体系结构。
硬件体系结构定义了计算机中硬件组件的功能、特性、接口和互连方式。
软件体系结构定义了计算机的软件组件及其相互关系。
1.3 计算机的工作过程•计算机工作过程主要包括取指令、分析指令、获取操作数、执行指令、写回结果等几个阶段。
具体过程为：取指令：从内存中读取指令；分析指令：解码指令确定要执行的操作；获取操作数：从内存或寄存器中读取操作数；执行指令：进行具体的运算或操作；写回结果：将运算结果写入内存或寄存器。
1.4 计算机性能指标•计算机的性能指标包括运算速度、存储容量、传输速率、可靠性和可用性等方面。
运算速度衡量了计算机执行指令的快慢；存储容量表示计算机可以存储的数据量；传输速率表示从一个设备向另一个设备传输数据的速度；可靠性表示计算机的故障率；可用性表示计算机在给定时间内正常工作的比例。
第二章：计算机的数制与编码2.1 数制与编码的基本概念•数制是用于表示数值的方法，常见的有十进制、二进制、八进制和十六进制等。
编码是指将字符、符号等信息转换成计算机可以处理的二进制形式。
2.2 二进制与十进制的转换•将十进制数转换成二进制数时，可以采用除2取余的方法。
将二进制数转换成十进制数时，可以根据二进制位上的权值相加的原理进行计算。
2.3 BCD码与ASCII码•BCD码是Binary-Coded Decimal的缩写，用4位二进制码表示一个十进制数的一位。
ASCII码是一种字符编码，将每个字符映射成一个唯一的二进制数。
2.4 奇偶校验码•奇偶校验码是一种错误检测码，用于检测数据传输过程中出现的位错误。
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1973年8月，霍夫等人研制出8位微处理器Intel 8080
主频2MHz的8080芯片运算速度比8008快10倍，可存 取64KB存储器，使用了基于6微米技术的6000个晶体管， 处理速度为0.64MIPS。
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微型计算机的发展大致分为五代
第三代 16位机发展阶段 从1978年到1985年 代表产品：Intel 8086/8088、80186、80286、 MC 68000、 Z 8000 字长：16位
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计算机的应用领域
科学计算、数据处理和管理、计算机控制、 辅助技术、人工智能、网络技术
计算机技术与现代通信技术的结合构成了计算机网络。提供 各种软、硬件资源的共享 。
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微型计算机的诞生
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 微型计算机的核心：微处理器（CPU）
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计算机的应用领域
科学计算、数据处理和管理、计算机控制、 辅助技术、人工智能、网络技术
数据处理是指对各种数据进行收集、存储、整理、分类、 统计、加工、利用、传播等，占80％以上应用。
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计算机的应用领域
科学计算、数据处理和管理、计算机控制、 辅助技术、人工智能、网络技术
计算机控制是利用计算机及时采集检测数据，按最优值迅 速地对控制对象进行自动调节或自动控制。 领域：军事制导、机器人、工业生产线
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按性能、价格、体积的不同分类
计算机的分类： 巨型机、大型机、小型机、工作站和微型机
规模小、结构简单、设计试制周期短，软件开发成本 低，易于操作维护。广泛应用于工业自动控制、大型分 析仪器、测量设备、企业管理、大学和科研机构等，也 可以作为大型与巨型计算机系统的辅助计算机。小型机 主要采用的是基于RISC技术的CPU和类UNIX操作系统。
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1971：微处理器时代的开端
1971年1月，Intel公司的 霍夫研制成功世界上第一 块4位微处理器芯片 Intel4004，标志着第一 代微处理器问世，微处理 器和微机时代从此开始。 因发明微处理器，霍夫被 英国《经济学家》杂志列 为“二战以来最有影响力 的7位科学家”之一。
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第一代：电子管计算机时代 第二代：晶体管计算机时代 第三代：集成电路计算机时代 第四代：大规模集成电路计算机时代
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计算机已发展了四代
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第一代：电子管计算机时代 第二代：晶体管计算机时代 第三代：集成电路计算机时代 第四代：大规模集成电路计算机时代
20世纪60年代，诺伊斯和基尔比分别发明了集成电路。 1968年，诺伊斯和摩尔、格鲁夫成立了英特尔公司，开始了 IT业的一段传奇。 1964年，IBM360标志着第三代电脑正式登上了历史舞台。
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按性能、价格、体积的不同分类
计算机的分类： 巨型机、大型机、小型机、工作站和微型机
工作站是一种高档的微型计算机，是一种以个人计算机 和分布式网络计算为基础，主要面向专业应用领域，具 备强大的数据运算与图形、图像处理能力，为满足工程 设计、动画制作、软件开发、模拟仿真等专业领域。如 电影动画特技制作和制造业机械CAD就广泛使用了图形工 作站。
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8088：IBM PC的御用之选
1979年，Intel推出4.77MHz的准16位微处理器8088。 它在内部以16位运行，但支持8位数据总线，采用现有的 8位设备控制芯片，包含29000个3微米技术的晶体管， 可访问1MB内存地址，速度为0.33MIPS。
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第一台IBM PC
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按性能、价格、体积的不同分类
计算机的分类： 巨型机、大型机、小型机、工作站和微型机
微型机标志着一个国家的计算机普及程度。 伴随着超大规模集成电路的应用，小型计算机微型化。 微型机又分通用机（又称PC机或个人计算机）和专用机 微型机已经应用于办公自动化、数据库管理、网络应用、 多媒体技术、工业控制、家用电器等领域。 美国的IBM和苹果公司为PC机的普及起到了重要作用，现 在PC机开始成为普通家庭的一种常规电器。
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计算机的应用领域
科学计算、数据处理和管理、计算机控制、 辅助技术、人工智能、网络技术
计算机辅助技术包括CAD、CAM和CAI等。
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计算机的应用领域
科学计算、数据处理和管理、计算机控制、 辅助技术、人工智能、网络技术
人工智能是计算机模拟人类的智能活动，诸如感知、判断、 理解、学习、问题求解和图像识别等。
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Intel 80286
1983年，Intel推出6MHz的Intel 80286微处理 器，采用16位数据总线。它提供了保护模式操作功能， 最初的批发价为360美元。
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微型计算机的发展大致分为五代 第四代 32位机发展阶段 从1985年到1992年 代表产品：Intel 80386、80486 字长：32位 特点：内存容量已达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
早在1980年7月，一个 负责“跳棋计划”的13 人小组秘密来到佛罗里 达州波克罗顿镇的IBM 研究发展中心，开始开 发后来被称为IBM PC的 产品。一年后的8月12日， IBM公司在纽约宣布第 一台IBM PC诞生。
第一台IBM PC采用了主频为4.77MHz的Intel 8088，操 作系统是Microsoft提供的MS-DOS。IBM将其命名为“个人 电脑（Personal Computer）”，不久“个人电脑”的缩写“PC” 成为所有个人电脑的代名词。
我国的天河-1A 和星云，2012年进入世界前十。
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按性能、价格、体积的不同分类
计算机的分类： 巨型机、大型机、小型机、工作站和微型机
具有极强的综合处理能力，一般用于大型事务处理 系统，采用主机+终端的方式，可同时支持上万个用户 ，可支持几十个大型数据库。主要应用在政府、银行、 大公司、大企业等。
巨型机、大型机、小型机、工作站和微型机
巨型机是国家科技发展水平和综合国力的重要标志 。 通常有极高的速度、极大的容量。 核物理研究、核武器设计、航空航天器设计、国民经 济预测和决策、能源开发、中长期天气预报、卫星图像处 理等。
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国际TOP500组织2011年6月20日 在网站上公布了最新全球超级计 2010 年10月28日消息，中国高性能计算机 算机 500强排行榜，日本超级计 2008年，美国已研制出新一代全 TOP100 组织今天发布数据，“天河一号” 算机“京”以每秒 8162万亿次的 球最快计算机，最大运算速度每 超级计算机二期工程系统峰值性能达到每 实测运算速度跻身榜首，中国的 秒 1000 万亿次，比此前全球最快 秒 4700 万亿次，其运算速度与能效达到国 “天河一号”排名降至第二，但 计算机、ＩＢＭ研制的“蓝色基 际领先水平，此举将为我国科学研究和经 中国进入榜单的超级计算机总数 因／Ｌ”快1倍多。 ，“走鹃” 济发展注入强大动力。一个形象的比喻： 在全球仅次于美国。 一天的计算量相当于地球上 60亿 如果说用 4700万次的“天河一号”来计算 人每周7天、每天24小时不吃不 一天时间，这一天时间所产生的计算量， 喝用计算器算 46年。 2012年世界第一， IBM红杉超级计算机，美国加利福尼亚 用一个双核的台式 PC机来算的话，要算 州，160万颗CPU ，16.32千万亿次/秒 。 620年。
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80386进入了32位计算机的时代
1985年10月，Intel推出16MHz 80386DX微处理器
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Intel 80486（1988）
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微型计算机的发展大致分为五代
第五代 64位机产生及发展阶段 从1992年到现在 代表产品：Intel 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， 增加了虚拟现实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
ENIAC描述
18000多个电子管 1500个继电器 10000只电容和7000个电阻 重量30吨 占地面积170平方米 耗电150千瓦 运算速度每秒5万次 当时价值48万美元
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1946：ENIAC永载史册
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按性能、价格、体积的不同分类
计算机的分类：
1989年由IEEE巨型机委员会提出 的运算速度分类法
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微型计算机的发展大致分为五代
第二代 8位机发展阶段 从1973年到1977年 代表产品：Intel 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
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计算机已发展了四代
第一代：电子管计算机时代 第二代：晶体管计算机时代 第三代：集成电路计算机时代 第四代：大规模集成电路计算机时代
1972 年以后的计算机习惯上被称为第四代计算机。基 于大规模集成电路及后来的超大规模集成电路。这一 时期的计算机功能更强，体积更小。 1972年，Intel公司推出8008微处理器，八位机。 1978年，十六位机8086是现代个人电脑微处理器的最 初架构。
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计算机发展年代划分依据
计算机发展的年代划分依据其硬件特征和软件特征：
硬件特征指电子计算机采用的物理器件 软件特征指计算机使用的软件环境