第1章微型计算机基础优秀PPT.ppt
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1、第第1章微型计算机基础章微型计算机基础现在学习的是第1页,共68页第第1章章 微型计算机基础微型计算机基础 微型计算机发展微型计算机发展1.1微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成1.2微型计算机中常用数制和编码微型计算机中常用数制和编码1.3微型计算机系统的性能指标微型计算机系统的性能指标1.4现在学习的是第2页,共68页1.1 微型计算机发展微型计算机发展1946年2月,世界上第一台数字式电子计算机ENIAC(Electronic Numerical Integrator And Calculator)问世。计算机的发展经历了:电子管计算机、晶体管计算机、集成电路计算机、大规模集成电路计
2、算机。微处理器和微型计算机的发展微处理器和微型计算机的发展1.1.1微型计算机的分类及其应用微型计算机的分类及其应用1.1.2现在学习的是第3页,共68页1.1.1 微处理器和微型计算机的发展微处理器和微型计算机的发展 中央处理器中央处理器(CPU):由运算器和控制器构成。微处理器微处理器(Microprocessor):运算器和控制器集成于一个芯片中。1971年首先由Intel公司研制出Intel 4004。微型计算机微型计算机(Microcomputer):是以微处理器为基础,配以内存储器以及输入/输出接口电路和相应的辅助电路构成的计算机。现在学习的是第4页,共68页微处理器的发展微处理器
3、的发展第一代:第一代:1971年开始,典型产品:Intel 4004/8008,字长:4位或8位。第二代:第二代:1973年开始,典型产品:Intel 8080、Intel 8085、Motorola MC6800、Zilog Z80,字长:8位。第三代:第三代:1978年开始,典型产品:Intel 8086、Intel 80286、Motorola MC68000、Zilog Z8000,字长:16位。第四代:第四代:1983年开始,典型产品:Intel 80386、Intel 80486、Motorola MC68020、Zilog Z80000,字长:32位。第五代第五代:1993年开始
4、,典型产品:Intel的 Pentium 586、Pentium pro、Pentium MMX、Pentium、Pentium、Pentium 等,高档的32位微处理器。Intel公司2000年11月推出了第一代的64位微处理器位微处理器Itanium,标志着Intel微处理器进入64位时代。现在学习的是第5页,共68页1.1.2 微型计算机的分类及其应用微型计算机的分类及其应用 微型计算机的分类微型计算机的分类1微型计算机的应用微型计算机的应用2现在学习的是第6页,共68页1.微型计算机的分类微型计算机的分类按微处理器的位数划分:按微处理器的位数划分:4位机、8位机、16位机、32位机和6
5、4位机。按组装形式和系统规模划分:按组装形式和系统规模划分:单片机单片机单板机单板机个人计算机个人计算机现在学习的是第7页,共68页单片机单片机单片微型计算机(简称单片机):将微处理器、RAM、ROM及I/O接口电路等集成在一块芯片一块芯片上的计算机上的计算机。由于单片机体积小、功耗低、可靠性高,在智能仪器仪表和控制领域得到广泛应用。典型的有Intel 8051、Intel 8096等产品。现在学习的是第8页,共68页单板机单板机单板微型计算机(简称单板机):将微处理器、RAM、ROM、I/O接口电路及少量的输入/输出设备装配在一块印刷线路板上的计算机一块印刷线路板上的计算机。单板机结构简单、
6、价格低廉、具有独立的微型机操作功能,但输入/输出设备简单,一般为小键盘、数码显示器等,通常用在简单的控制系统和教学实验。典型的有以Z80为CPU的TP-801等。现在学习的是第9页,共68页个人计算机个人计算机个人计算机(Personal Computer)(简称PC 机):由微处理器组装而成,供单个用户使用。通常说的微型计算机或家用电脑就属于个人计算机。典型的有IBM公司推出的IBM-PC系列计算机。现在,个人计算机在商用、家用、科学研究、教育等领域都得到了广泛的应用。现在学习的是第10页,共68页2.微型计算机的应用微型计算机的应用科学计算科学计算信息处理信息处理计算机控制计算机控制智能仪
7、器智能仪器计算机通信计算机通信现在学习的是第11页,共68页科学计算科学计算现在微型计算机的性能已超过原来的小型机,具有很强的运算能力。由多个微处理器或多个微型计算机组成多处理器或多计算机系统,已成为搭建大型计算机系统的主流。现在学习的是第12页,共68页信息处理信息处理微型计算机配上适当的管理软件,实现诸如办公自动化、银行管理、航空管理、企业资源管理等。采用多媒体技术已可以方便处理图、文、声、像等各种信息。现在学习的是第13页,共68页计算机控制计算机控制生产过程采用实时计算机控制及自动化生产线,可以大大提高产品的数量和质量,节约能源,降低劳动强度。现在学习的是第14页,共68页智能仪器智能
8、仪器配备微处理器的仪器仪表,可以极大提高仪器的精度和水平。工业过程中的检测仪器、大型医疗器械等都广泛使用了微处理器。现在学习的是第15页,共68页计算机通信计算机通信计算机技术和通信技术的结合使得通信事业得到了迅速的发展。微机控制的通讯设备广泛部署,通信工具越来越先进和智能化,特别是以计算机技术和通信技术为基础的网络技术的发展已彻底改变了人们的生活。现在学习的是第16页,共68页1.2 微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成 微型计算机硬件微型计算机硬件1.2.1微型计算机软件微型计算机软件1.2.2微型计算机的工作过程微型计算机的工作过程1.2.3现在学习的是第17页,共68页1.2.1
9、微型计算机硬件微型计算机硬件微型计算机硬件系统由微处理器、存储器、输入/输出接口电路和一些必不可少的外部设备组成,并通过系统总线连接成有机整体。现在学习的是第18页,共68页微处理器微处理器 算术逻辑部件(ALU):主要实现算术运算(加、减、乘、除等操作)和逻辑运算(与、或、非、异或等操作),是运算器的核心;通用寄存器:用来存放参加运算的数据、中间结果等;程序计数器(PC):指向将要执行的下一条指令的位置,具有自动增1功能,以决定程序的执行顺序;时序与控制逻辑部件:主要负责对整机的控制,包括对指令的取出、译码、分析,确定指令的操作,使CPU内部和外部各部件协调工作。现在学习的是第19页,共68
10、页存储器存储器主要用来存放程序和数据,这里指的是内存储器或主存储器,分为:随机存储器(RAM)只读存储器(ROM)存储器由许多存储单元组成,每个单元的位数可以是1位、4位、8位、16位等,其中8位为一个字节(Byte)。存储器的容量是指存储器所能存储的二进制位数,通常通常用能存储的字节数来衡量用能存储的字节数来衡量,单位有KB、MB、GB等。现在学习的是第20页,共68页存储器存储器(续续)存储器中每个存储单元都有一个编号,称为存储地址,简称地址。微处理器就是按照存储单元的地址来访问内存的。对存储器的访问操作有读操作和写操作,用于实现从存储器中读出信息和把信息写入存储器。现在学习的是第21页,
11、共68页存储器存储器(续续)每当需访问存储器时:(1)由微处理器给出地址;由微处理器给出地址;(2)通过地址译码器选择相应的通过地址译码器选择相应的存储单元;存储单元;(3)微处理器发出读或写控制信微处理器发出读或写控制信号,从而从指定地址的单元号,从而从指定地址的单元读出数据或把数据写入指定读出数据或把数据写入指定地址的存储单元。地址的存储单元。内存储器的结构内存储器的结构现在学习的是第22页,共68页输入输入/输出接口电路输出接口电路输入/输出接口电路也称I/O接口接口,用来连接输入/输出设备(外部设备)。输入/输出设备用来实现信息的输入/输出,包括外部存储器、键盘、显示器等。现在学习的是
12、第23页,共68页系统总线系统总线总线是CPU向存储器和输入/输出接口传送地址、数据和控制信息的公共通路公共通路。包括:地址总线(AB)数据总线(DB)控制总线(CB)现在学习的是第24页,共68页1.2.2 微型计算机软件微型计算机软件软件(software)是指在硬件上运行的程序和相关的数据及文档,包括:计算机本身运行所需的系统软件用户完成特定任务所需的应用软件 现在学习的是第25页,共68页1.2.3 微型计算机的工作过程微型计算机的工作过程微型计算机的工作过程就是执行存放在存储器中程序的过程,就是逐条执行指令序列的过程,就是不断地取指令取指令和执行指令执行指令的过程。工作过程详解模型计
13、算机CPU的组成结构举例现在学习的是第26页,共68页工作过程详解工作过程详解假定程序已由输入设备存放到内存中。那么,微型计算机的工作过程包括的基本步骤有:(1)将第一条指令由内存中取出(即取指令取指令);(2)将取出的指令送指令译码器译码译码,以确定要进行的操作;(3)读取操作数读取操作数(或操作对象);(4)对操作数进行指令规定的操作,并存放结果(即执行指令执行指令);(5)一条指令执行完后,转入下一条指令的取指令阶段。如此周而复始地循环,直到程序中的指令执行完。现在学习的是第27页,共68页图图1.2 模型计算机模型计算机CPU的组成结构的组成结构现在学习的是第28页,共68页模型计算机
14、模型计算机CPU的组成结构的组成结构要执行指令的地址由程序计数器PC提供,地址寄存器AR将要寻址的单元的地址通过地址总线AB送至存储器;从存储器中取出指令后,由数据寄存器DR送至指令寄存器IR,再通过指令译码器ID译码,并通过可编程逻辑阵列PLA控制电路发出执行一条指令所需要的各种控制信息。在控制信号的控制下,准备好参加运算的操作数,并由ALU完成对操作数的运算处理,同时把运算过程中的状态标志信息存放在标志寄存器F。图1.2现在学习的是第29页,共68页以简单的加法运算为例以简单的加法运算为例假定要运算的数已存放在存储器中,加法运算程序至少包括两条指令:(1)把第一个数从它所在的存储单元取出送
15、至运算器中的累加器,如:MOV AL,addrx。(2)把累加器的内容和存放在指定存储单元的第二个数相加,并将结果存放累加器,如:ADD AL,addry。现在学习的是第30页,共68页以简单的加法运算为例以简单的加法运算为例(续续)在模型计算机下,该加法运算程序的执行过程(假定程序计数器PC中已存放第一条指令在存储器中的地址)包括:(1)取第一条指令取第一条指令,即程序计数器PC送到地址寄存器AR,并送至内存储器,经地址译码器译码,选中相应的单元;读存储器,把第一条指令取出来,经数据寄存器DR,送指令寄存器IR。同时PC自动加1,指向下一条指令的位置(地址);(2)通过指令译码分析译码分析,
16、确定该指令是完成从内存addrx单元中取数的功能,即把第一个数的地址addrx部分送地址寄存器AR,并送至内存储器,通过读存储器,取取出第一个数出第一个数,经数据寄存器DR送累加器AL。(3)取第二条指令取第二条指令,其读取过程与第一条指令是完全一样的;(4)通过指令译码分析译码分析,确定该指令是完成把AL和存放在addry单元的第二个数相加的功能,即把第二个数的地址addry部分送地址寄存器AR,并送至内存储器,通过读存储器,取第二个数取第二个数,经数据寄存器DR送ALU,同时暂存在AL中的第一个数也送ALU,然后ALU进行加运算加运算,并把结果输出到AL。图1.2现在学习的是第31页,共6
17、8页1.3 微型计算机中常用数制和编码微型计算机中常用数制和编码 常用数制及转换常用数制及转换1.3.1数的表示与运算数的表示与运算1.3.2常用编码常用编码1.3.3现在学习的是第32页,共68页1.3.1 常用数制及转换常用数制及转换 数制是数的表示方法。可以用各种进位计数制来表示数。常用数制常用数制1数制转换数制转换2现在学习的是第33页,共68页1.常用数制常用数制基数:基数:数制中所使用的数码的个数。位权:位权:数制每一位所具有的权值,每一位的值等于该位数字和该位位权的乘积。常用数制十进制:人们最熟悉、最常用二进制:计算机中数的表示十六进制:为方便书写计算机中的二进制数常用进制数之间
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