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微机原理,2018/10/28,第一章 概述,2,微型计算机的发展 微处理器、微型计算机及微型计算机系统 微型计算机的工作过程 计算机中的数与编码,第一章 概述,2018/10/28,第一章 概述,3,微型计算机的发展 微处理器、微型计算机及微型计算机系统 微型计算机的工作过程 计算机中的数与编码,第一章 概述,2018/10/28,第一章 概述,4,世界上第1台计算机?,名称:ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer) 诞生时间:1946年2月15日 诞生地:美国宾夕法尼亚大学 目的:用于第2次世界大战后期的弹道计算,1.1 微型计算机的发展及应用,2018/10/28,第一章 概述,5,ENIAC是电子管计算机,时钟频率仅有100KHz,但能在1秒钟的时间内完成5000次加法运算。 与现代的计算机相比,有许多不足,但它的问世开创了计算机科学技术的新纪元,对人类的生产和生活方式产生了巨大的影响 。,2018/10/28,第一章 概述,6,第二代(1955-1965)晶体管计算机,第三代(1965-1975)集成电路计算机,第四代 (1975年至今) 大规模集成电路计算机,第一代(1945-1955)电子管计算机,按照硬件组成及年代的不同,计算机可分:,2018/10/28,第一章 概述,7,计算机的发展方向:,第五代:非冯诺依曼计算机 第六代:神经计算机生物计算机光计算机,2018/10/28,第一章 概述,8,按规模、性能及价格的不同,计算机分为:巨型机大型机中型机小型机微型机,2018/10/28,第一章 概述,9,微型计算机的诞生,微型计算机诞生于20世纪70年代 主要特点: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 微型计算机的核心是微处理器(CPU)。 新的微处理器新一代微型计算机。,2018/10/28,第一章 概述,10,以微处理器为标记,微型计算机 的划分,年代 CPU(微处理器) 19711973 Intel 4004 / 8008 19731977 Intel 8080 19781985 Intel 8086 / 8088 / 80286 19852002 Intel 80386 / 80486Pentium 586Pentium Pentium Pentium 2002-至今 Itanium,1971年 第1台微型计算机诞生,老式电脑 IBM-PC (第一台个 人计算机),2018/10/28,第一章 概述,11,第一代:4位机发展和8位机萌芽阶段,时 间:1971-1973年 代表产品:Intel 4004和MCS-4微型机Intel 8008和MCS-8微型机 字 长:4位或8位 特 点:指令系统比较简单,运算功能较差,价 格低廉 应 用:面向家电、计算器和二次仪表,2018/10/28,第一章 概述,12,第二代:8位机发展阶段,时 间:1973-1977年 代表产品:Intel 8080/8085、MC 6800、Z800等 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,2018/10/28,第一章 概述,13,MCS-51系列单片机,2018/10/28,第一章 概述,14,第三代:16位机发展阶段,时 间:1978-1985年 代表产品:Intel 8086/8088、80186、80286MC 68000、Z 8000 字 长:16位 特 点:指令系统丰富,采用多级中断,多种寻 址方式、配有强大的系统软件 应 用:工业控制,2018/10/28,第一章 概述,15,第四代:32位机发展阶段,时 间:1985-2002 代表产品:Intel 80386、80486、Pentium系列 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,可执行多任务、多用户操作。 应 用:办公自动化、网络环境,2018/10/28,第一章 概述,16,第五代:64位机发展阶段,时 间:2002-至今 代表产品:Intel Itanium(安腾) 字 长:64位 特 点:外部数据线64位,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,2018/10/28,第一章 概述,17,微型计算机的发展 微处理器、微型计算机及微型计算机系统 微型计算机的工作过程 计算机中的数与编码,第一章 概述,2018/10/28,第一章 概述,18,定 义:微型化的中央处理器,是由一片或几片大规模集成电路芯片组成的中央处理部件,简称CPU(Central Processing Unit )。 基本组成:算术逻辑部件;累加器和通用寄存器组;程序计数器、指令寄存器和指令译码器;时序和控制部件等。,2.1 微处理器(Microprocessor),2018/10/28,第一章 概述,19,CPU结构图,2018/10/28,第一章 概述,20,2.2 微型计算机(Microcomputer),定 义:微型计算机是以微处理器为核心,配以存储器、输入/输出接口电路和系统总线组成的。 当CPU、存储器、输入/输出接口电路集成在单片芯片,或组装在一块或多块电路板上,称单片机或单板机或多板机。,2018/10/28,第一章 概述,21,微型计算机的分类:,PC机嵌入式微型机,单片机:CPU、存储器、I/O接口等集成在一块芯片上,单板机:CPU、存储器、I/O接口等集成在一块电路板上,多板机:CPU、存储器、I/O接口等集成在多块电路板上,2018/10/28,第一章 概述,22,微型计算机的组成图如下:,典型的微型计算机硬件结构图,2018/10/28,第一章 概述,23,数据总线(DB)传送数据,双向,CPU的位数和外部数据总线的位数一致。 地址总线(AB)传送CPU发出的地址信息,单向,线数目决定了CPU的可寻址范围。例如:2根地址线,可寻址22=4个字节单元;16根地址线,可寻址216=64K字节单元; 控制总线(CB)传送使微机协调工作的定时、控制信号,双向。,2018/10/28,第一章 概述,24,2.3 微型计算机系统 (Microcomputer System) ,微型计算机系统的定义以微型计算机为主体,配上系统软件和外部设备(如打印机、显示器、键盘,刻录机等)。,2018/10/28,第一章 概述,25,微处理器、微型计算机和微型计算机系统的关系(P5),2018/10/28,第一章 概述,26,2.4 微型计算机系统的主要技术指标,(1)字长(位、字节)P18,字:计算机内部进行数据传递的基本单位。 字长:一个字包含的二进制位数,指CPU一次传送二进制数据的位数。 通常CPU的数据总线的位数与计算机的字长是一致的。,2018/10/28,第一章 概述,27,(2)运算速度,运算速度是以每秒钟能执行多少条指令来表示的,用来衡量计算机运算的快慢程度。 以MIPS(Million Instruction Per Second,每秒百万条指令)为单位。,2018/10/28,第一章 概述,28,(3)主频,主频指计算机工作时CPU的时钟频率,单位为MHz,是计算机工作的时间基准,用于协调整机的操作。 主频的高低在很大程度上决定了计算机的运算速度。,2018/10/28,第一章 概述,29,(4)存储容量,存储容量是衡量计算机系统中存储能力的一个指标,包括内存容量和外存容量。,(5)指令系统(Instruction Sets),(6)外部设备的配置,(7)软件的配置,2018/10/28,第一章 概述,30,微型计算机的发展 微处理器、微型计算机及微型计算机系统 微型计算机的工作过程 计算机中的数与编码,第一章 概述,2018/10/28,第一章 概述,31,举例: 计算5+2=?,程序如下:MOV A,#05H ;把数05H送入累加器A中ADD A,#02H ;累加器中的数和02H相加HALT ;暂停二进制码:74H ;MOV A,#05H 的操作码05H ;MOV A, #05H 的操作数0C6H ; ADD A,#02H 的操作码02H ; ADD A,#02H 的操作数76H ;HALT的操作码,2018/10/28,第一章 概述,32,PC,AR,ALU,A,B,DR,IR,ID,PLA,00H,00 74H,01 05H,02 C6H,03 02H,04 76H,(取第一条指令操作示意图),AB,DB,01H,2018/10/28,第一章 概述,33,PC,AR,ALU,B,A,DR,IR,ID,PLA,01H,00 3EH,01 05H,02 C6H,03 02H,04 76H,(执行第一条指令操作示意图),AB,DB,02H,2018/10/28,第一章 概述,34,微型计算机的发展 微处理器、微型计算机及微型计算机系统 微型计算机的工作过程 计算机中的数与编码,第一章 概述,2018/10/28,第一章 概述,35,与一位十六进制数对应的二进制数和十进制数,2018/10/28,第一章 概述,36,1、机器数与真值,(1)计算机中数是用二进制数来表示的。 (2)数的符号在计算机中也是用二进制数表示的。“”用“0”表示, “”用“1”表示。例:有两个数:,真值,机器数,N1=1101001 N2=1101001,在计算机中的表示形式:,N1:01101001 N2:11101001,4.1 计算机中的数,2018/10/28,第一章 概述,37,2、带符号数、无符号数,(1)带符号数 表示方法:用0表示正数,用1表示负数,所表示的数称为带符号数。 例如: 22 22,符 号 位,数值部分,符 号 位,数值部分,2018/10/28,第一章 概述,38,(2)无符号数 表示方法:把全部有效位都用来表示数的大小,即没有符号位,这种方法表示的数,叫无符号数。 例如: 22 150,8位全部用来表示数值大小,8位全部用来表示数值大小,2018/10/28,第一章 概述,39,3、原码、反码及补码,计算机带符号数有三种表示方法: (1)原码 (2)反码 (3)补码,2018/10/28,第一章 概述,40,(1)原码,定义:一个数的原码就是该数的机器数。 正数 X=+X6X5X4X3X2X1X0 (Xi = 0 或 1)则:X原码= 0X6X5X4X3X2X1X0 负数 X=X6X5X4X3X2X1X0 (Xi = 0 或 1)则:X原= 1X6X5X4X3X2X1X0,2018/10/28,第一章 概述,41,(2)反码,定义:正数的反码就等于原码;负数的反码就是原码除符号位外,各位取反。正数 X=+X6X5X4X3X2X1X0 (Xi = 0 或 1)反码 X反码= 0X6X5X4X3X2X1X0,
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