微型计算机基础知识

§1.1.1 微型计算机的发展
3. 单板微型计算机（单板机）
把微处理器、半导体存储器、I/O接口和中断电 路等芯片组装在一块印刷电路板上的微型计算机。
4. 单片微型计算机（单片机）
把微处理器、半导体存储器、I/O接口和中断系统集成 在一块硅片上的具有完整功能的微型计算机。
5. 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、 辅助电路和控制微型计算机工作的软件就构成了完整 的微型计算机系统。目的：完成一定的功能。
本章主要内容
§1.1 概述
§1.2 微机中的数制和数的表示
§1.3 微机中常见的编码 §1.4 二进制数的运算及其电路
1.1 概述
§1.1.1 微型计算机的发展
Байду номын сангаас1. 基本概念
（1）微处理器（MPU）
将中央处理单元（CPU）——控制器和运算器 集成在一片半导体芯片上。
（2）微型计算机
以微处理器MPU为核心，再配以相应的半导体 存储器（ROM、RAM等）、I/O接口和中断系 统等，并由系统总线连接起来组装在一块或数 块印刷电路版上构成的计算机。
1.1 概述
§1.1.2 微型计算机系统组成
运算器 CPU 主机 硬件 微型计算机系统 软件 外部设备 系统软件 应用软件 微型计算机系统的组成 存储器 输入/输出接口 控制器 寄存器
图1.1
1.1.2 微型计算机系统组成
DB AB
CB CPU RAM
片选信号
ROM
I/O 接口
地址信息
地址译码电路
1.1.2 微型计算机系统组成
②控制总线CB：传送各种控制信号和状态信号 对于每一根来说是单向传送的 ③ 地址总线AB： CPU执行指令时，用于单向传送地址信息
地 址 信 息 指令代码在存储器中的地址信息
操作数在存储器中的地址信息
1.1.2 微型计算机系统组成
AB的宽度决定了微机系统的最大寻址能力
字：微机一条指令所能处理的一个基本信息 单位
例如：一个数据（25、35.67、-0.0038……；）一
个字符（A、a、#、……）等均称为一个字 字长：一个基本信息单位所占用的最大二进 制位数
1.1.2 微型计算机系统组成 字长是微机的主要性能指标之一！ 字长越长的微机，其运算速度越快，数的表示 范围越宽，数据的运算精度越高，机器的整体功 能越强 51单片机字长为8位，称为8位机 8086/8088CPU字长为16位，称为16位机 80386 、80486、80586（pentium)为32位机， 2001年推出的Itanium为64位机
1.1.2 微型计算机系统组成
2．内存储器（主存）
用于“记忆”信息的存储元件，均采用集 成度高，容量大，体积小，功耗低的半导体存 储器芯片 字节（Byte) 基本单位，规定 8位二进制数 称为一个字节 例如: 01001101
1.1.2 微型计算机系统组成 一个字节数据空间称为一个存储单元，其中 每一位称为1Bit 微机的存储器是由许多存储单元集合而成， 每一个存储单元唯一的对应一个单元地址，也 称为存储器的物理地址，微机中的地址一般都 用十六进制数表示，如30H
CPU执行访问内存的指令时，按指定的单元 地址对相应存储单元进行“读、写”操作。
1.1.2 微型计算机系统组成 取数 存 储 单 元 存数 存储器容量（s）=存储单元数（p）×数据位数（i） 1024B=1KB 1024MB=1GB 1024KB=1MB 1024GB=1TB 读
写
1.1.2 微型计算机系统组成
1.1.2 微型计算机系统组成
5．接口
接口是主机与外设连接的必然通路，是必 经的“桥梁”。每个接口可包含若干个端口， 每个端口对应一个端口地址，可由指令按地址 访问端口
§1.1.1 微型计算机的发展
2. 微型计算机的发展
第一代 — 8位机 智能芯片Intel 4004 （航天）微处理器(MPU) 对4位二进制数进行运算 Intel 8008（8位）
§1.1.1 微型计算机的发展
打印机
键盘
MPU
CRT
存储器
微机
CPU
§1.1.1 微型计算机的发展 第二代 8086/8088—16位机 内部结构一样 8086数据线16位 8088数据线8位（准16位机） 第三代 80286—加强型16位机 里程碑 虚拟存储器 描述符 第四代 80386/80486—32位机 段页式管理，提高内存使用率
最大寻址空间=2N ，其中N为AB的宽度
例：
8086/8088CPU N=20 最大寻址空间 220=1MB 51单片机 N=16 最大寻址空间 = 216 = 65536 B = 64 KB
1.1.2 微型计算机系统组成
4. 地址译码电路
凡是“挂”在总线上部件都被系统分配一个 地址域，CPU访问某部件时，由指令提供被访 问部件的地址信息，该地址信息经地址译码电 路译码后唯一的产生一个选通信号（也称片选 信号），将被选中的部件“门”打开，使得数 据得以传输
§1.1.1 微型计算机的发展 第五代 80586—32位机 93年 Pentium“奔腾” 废弃了传统的三总线结构 采用南北桥芯片组，PCI总线 多媒体信息处理 Pro-P6—32位机 96年 加强型的“奔腾机” 750MHz PII PIII CY
双核技术，2006年Intel公司推出32位全新Core架 构的Core型微处理器。
I/O 设备
主机结构突出特点是模块化结构 总线结构，系统中各部件 “挂”在总线 上
1.1.2 微型计算机系统组成
1. CPU(中央处理单元）
MPU(微处理器) 嵌入系统中与其他电路 及芯片组合称为CPU
微机的核心部件，主要由运算器和控制器构成 • 运算器（ALU）主要负责算术运算和逻辑运算 •控制器由指令寄存器、指令译码器和控制电路组成 并按指令的要求对微机各部件发出相应的控制信息
1.1.2 微型计算机系统组成
3. 总线
传送信息的公共导线
根据传送信息的内容与作用不同，总线分为：
数据总线DB（Data Bus） 地址总线AB（Address Bus）
控制总线CB（Control Bus） ①数据总线DB：双向传输数据信息 其宽度（根数）与MPU提供的数据线的引脚数 有关，表示微机的字长