第1章微机的基础知识

《微机原理及应用》主讲教师陈玮广东工业大学自动化学院自动控制系陈玮2019/12/23第一章微型计算机的基础知识2教材1、《微型计算机原理及应用》——许立梓等主编，机械工业出版社2、80x86IBMPC及兼容计算机（卷I和卷II)汇编语言，设计与接口技术——清华大学出版社（原版影印教材）广东工业大学自动化学院自动控制系陈玮2019/12/23第一章微型计算机的基础知识3第一章微型计算机的基础知识主要介绍微型计算机的发展，基本组成原理以及运算基础。一、微型计算机系统的概论二、数制及转换三、计算机中的数及编码四、计算机中数的运算方法作业广东工业大学自动化学院自动控制系陈玮2019/12/23第一章微型计算机的基础知识4一、微型计算机系统的概论1、微处理器2、微型计算机3、微型计算机系统4、微型计算机系统的主要技术指标5、微型计算机的应用概况广东工业大学自动化学院自动控制系陈玮2019/12/23第一章微型计算机的基础知识5一般指的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。（CentralProcessingUnit，俗称CPU）①基本组成：算术逻辑单元、控制器、寄存器组②发展简况(MPC)P1、微处理器（Microprocessor）—广东工业大学自动化学院自动控制系陈玮2019/12/23第一章微型计算机的基础知识6微处理器发展简况由上个世纪70年代发展至今，经历了五代，它的划分是以其数据总线的宽度为标志的。①1971年，4位微处理器，典型产品是Intel4004；1972年，8位微处理器，典型产品是Intel8008；时钟频率0.5～0.8Mhz，其集成度是30000个晶体管/片。②1974年，8位微处理器，典型产品是Intel8080/8085、MC6800、Z80；时钟频率2～8MHz，其集成度是9000晶体管/片。广东工业大学自动化学院自动控制系陈玮2019/12/23第一章微型计算机的基础知识7微处理器发展简况（接上页）③1978年，16位微处理器，典型产品是Intel8086/8088，MC68000，Z8000；1982年，Intel80286（13万）。时钟频率5～16Mhz，集成度为29000个晶体管/片。④1985，32位微处理器，典型产品Intel80386,Intel80486（120万），Z80000，MC68020；时钟频率16～33Mhz,集成度为27.5万个晶体管/片。⑤1992年以来,，64位微处理器，PentiumPro（高能奔腾），PentiumⅣ；时钟频率达150~1000Mhz,其集成度为2100万个晶体管/片。广东工业大学自动化学院自动控制系陈玮2019/12/23第一章微型计算机的基础知识82、微型计算机（Microcomputer）—微型计算机是指以微处理器为基础，配以内存(内存储器）和输入/输出接口电路。（裸机）CCP微型计算机内存储器微处理器输入/输出接口广东工业大学自动化学院自动控制系陈玮2019/12/23第一章微型计算机的基础知识92、微型计算机（Microcomputer）—典型的微机硬件系统，CPU通过三组总线将内存储器、I/O接口连接起来。微型计算机的组成图：C微处理器CPU内存I/O接口I/O设备数据总线控制总线地址总线广东工业大学自动化学院自动控制系陈玮2019/12/23第一章微型计算机的基础知识103、微型计算机系统(MicrocomputerSystem)—微型计算机系统是指由微型计算机配以相应的外部设备（如打印机、显示器、键盘，硬盘、光盘等）、一些专用电路、电源和相关的软件。（1）微处理器、微型计算机和微型计算机系统的关系（2）微型计算机系统类型CS广东工业大学自动化学院自动控制系陈玮2019/12/23第一章微型计算机的基础知识11微型计算机系统类型①单片机——又称“微控制器（Microcontroller）”和“嵌入式计算机”。它是把构成微型计算机的所有部件集成在一块芯片上。其体积小，功耗低，在智能化仪表及控制领域应用极广；②单板机——这是将构成微型计算机的一些功能部件安装在一块印刷电路板上。用于生产过程的实时控制和教学实验平台；③个人计算机——这是一种通用的微型计算机系统，广泛用于办公室和家庭、个人使用。个人计算机在商业、家庭、科学、工业和教学领域都得到广泛的应用。广东工业大学自动化学院自动控制系陈玮2019/12/23第一章微型计算机的基础知识12微处理器、微型计算机和微型计算机系统的关系控制器算术逻辑单元寄存器组内存储器输入/输出接口输入/输出设备和外存储器系统软件应用软件电源PCCS广东工业大学自动化学院自动控制系陈玮2019/12/23第一章微型计算机的基础知识134、微型计算机系统的主要技术指标（1）字长（2）运算速度（3）存储容量（4）主频（5）指令系统（6）外部设备的配置（7）软件的配置广东工业大学自动化学院自动控制系陈玮2019/12/23第一章微型计算机的基础知识14（1）字长计算机的字长是指CPU与输入/输出设备或内存储器之间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。广东工业大学自动化学院自动控制系陈玮2019/12/23第一章微型计算机的基础知识15（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（MillionInstructionPerSecond，每秒百万条指令）为单位。广东工业大学自动化学院自动控制系陈玮2019/12/23第一章微型计算机的基础知识16（3）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。①内存容量以字节为单位，分装机容量和最大容量。*最大容量是由CPU的地址总线决定。*装机容量是由实际装机情况决定，或者由用户所要求的软件环境决定。②外存容量是指硬盘、光盘及软盘等容量。广东工业大学自动化学院自动控制系陈玮2019/12/23第一章微型计算机的基础知识17内存的最大容量和装机容量例1：8088是20条地址线，则最大内存容量为220=1024×1024=1M；例2：PentiumPro是36条地址线，则最大内存容量为236=64×1024×1024×1024=64G。事实上，目前PC机的实际装机容量一般为256M或512M。广东工业大学自动化学院自动控制系陈玮2019/12/23第一章微型计算机的基础知识18（4）主频主频指计算机工作时CPU的时钟频率(ClockRate)，单位为MHz，是计算机工作的时间基准，用于协调整机的操作。8086/8088的时钟频率为3～10MHz。主频的高低在很大程度上决定了计算机的运算速度。广东工业大学自动化学院自动控制系陈玮2019/12/23第一章微型计算机的基础知识19（5）指令系统（InstructionSets)指令系统是指CPU所能执行的全部指令的集合。（芯片制造商已完成）指令系统功能是否齐全、寻址方式是否方便，直接影响计算机的工作能力。广东工业大学自动化学院自动控制系陈玮2019/12/23第一章微型计算机的基础知识20（6）外部设备的配置外部设备的配置是衡量一个计算机系统的综合性能的重要指标。1、允许配置的外设数量，一般所配的外设越多，系统功能越强；2、外设接口的标准和类型，接口性能的好坏直接影响系统的功能。广东工业大学自动化学院自动控制系陈玮2019/12/23第一章微型计算机的基础知识21（7）软件的配置软件和硬件是计算机系统中两大资源。软件配置直接影响计算机系统的使用和性能的发挥。必须配置的软件：1、系统软件（操作系统、诊断程序、编辑程序等）；2、程序设计语言（机器语言、汇编语言，高级语言）；3、应用软件（软件包、数据库）。广东工业大学自动化学院自动控制系陈玮2019/12/23第一章微型计算机的基础知识225、微型计算机的应用概况（1）科学计算（数值计算）（2）信息处理（3）过程控制（4）计算机辅助技术（5）人工智能（6）计算机仿真广东工业大学自动化学院自动控制系陈玮2019/12/23第一章微型计算机的基础知识23（1）科学计算（数值计算）科学研究和工程技术领域中有大量复杂的数值运算问题，是计算机应用最早的领域。如：①人造卫星的轨迹计算；②建筑设计中房屋抗震强度的计算；③气象预报中描述大气运动规律的微分方程的求解等。特点：计算过程复杂，精度要求高。广东工业大学自动化学院自动控制系陈玮2019/12/23第一章微型计算机的基础知识24（2）信息处理用计算机对信息及时地加以记录、整理和计算，并加工为人们所要求的形式。如：数据处理、事务处理、企业管理和情报检索等都属于信息处理的范畴。特点：数据量很大，计算过程比较简单。广东工业大学自动化学院自动控制系陈玮2019/12/23第一章微型计算机的基础知识25（3）过程控制过程控制是指将计算机应用于自动控制系统。所谓自动控制系统是一种不需要人工干预的过程（包括机械加工过程、热力学过程和化学过程等）和对象进行控制的系统。特点：实时性——要求及时采集检测数据，经过计算机计算后及时对被控对象进行自动控制和调节。广东工业大学自动化学院自动控制系陈玮2019/12/23第一章微型计算机的基础知识26（4）计算机辅助技术包括：计算机辅助设计(CAD，ComputerAidedDesign)；计算机辅助制造(CAM，ComputerAidedManufacturing);计算机辅助教育(CAI，ComputerAssistedInstruction);等等。特点：综合利用计算机的计算、逻辑判断、信息处理的功能，并具有很强的人机交互特性。广东工业大学自动化学院自动控制系陈玮2019/12/23第一章微型计算机的基础知识27（5）人工智能人工智能是研究如何制造出智能机器和智能系统来模拟人类的智能活动，以延伸人的智能的科学。研究领域包括计算机学习、计算机证明、景物分析、模拟人的思维过程、自然语言理解、自动程序设计、及机器人学等。广东工业大学自动化学院自动控制系陈玮2019/12/23第一章微型计算机的基础知识28（6）计算机仿真计算机仿真是一门建立仿真模型和进行仿真实验的技术。科研人员根据实际系统建立模型系统，并通过对模型系统的研究实验，以达到研制和开发实际系统的目的。应用范围包括航空、航天、核能及其他工业控制等领域。目前已推广到社会、经济、生物等领域。利用计算机仿真可以方便、有效地对系统进行分析、设计、操作、预测和统筹等控制。广东工业大学自动化学院自动控制系陈玮2019/12/23第一章微型计算机的基础知识29二、数制及转换1、数制2、各种数制的相互转换广东工业大学自动化学院自动控制系陈玮2019/12/23第一章微型计算机的基础知识301、数制（1）十进制数（2）二进制数（3）十六进制数广东工业大学自动化学院自动控制系陈玮2019/12/23第一章微型计算机的基础知识31（1）十进制数（Decimal)①具有10个数字符号0，1，2，···，9；②由低位向高位进位是按“逢10进1”的规则进行的；③基数为10，第i位的权为10i。其中i=n，n-1，···，2，1，0，-1，-2，···规定整数最低位的位序号i=0。例：(6543.21)10=6543.21D=6×103+5×102+4×101+3×100+2×10-1+1×10-2广东工业大学自动化学院自动控制系陈玮2019/12/23第一章微型计算机的基础知识32（2）二进制数(Binary)①具有2个数字符号0，1；②由低位向高位进位是按“逢2进1”的规则进行的；③基数为2，第i位的权为2i。其中i=n，n-1，···，2，1，0，-1，-2，···规定整数最低位的位序号i=0例：(1010.101)2=1010.101B=1×23+0×22+1×21+0×20+1×2-1+0×2-2+1×2-3广东工业大学自动化学院自动控制系陈玮2019/12/23第一章微型计算机的基础知识33（3）十六进制数(Hexadeci