自動化與交通設(shè)備2009微機(jī)教案緒論.ppt

1、同學(xué)們，上午好,單片機(jī)原理及應(yīng)用 徐春輝主講,緒論,一、本課程的性質(zhì)和學(xué)習(xí)意義 已經(jīng)學(xué)習(xí)了很多關(guān)于微機(jī)的課程了（列舉？） 為什么還要學(xué)習(xí) 單片機(jī)原理及應(yīng)用 這門課 ,一個(gè)應(yīng)用實(shí)例,J3,J2,J1,壓力報(bào)警,高水位限位,低水位限位,度溫度,度溫度,INT,P1.0,P1.1,P1.2,P1.3,P1.4,P1.5,P1.6,P1.7,5V,AT89C51 單片機(jī),電加熱鍋爐單片機(jī)控制系統(tǒng),列車防追尾系統(tǒng),是一門非常重要的學(xué)科基礎(chǔ)課,二、與主要先修課程和后續(xù)課程的關(guān)系 主要先修課程：數(shù)字電子技術(shù)、程序設(shè)計(jì)； 主要后續(xù)課程：微機(jī)控制、可編程序控制器原理及應(yīng)用、DSP原理及應(yīng)用等多門專業(yè)及專業(yè)基礎(chǔ)課

2、 尤其是畢業(yè)設(shè)計(jì)中將會較多的用到,三、本門課程的主要內(nèi)容 （學(xué)習(xí)本門課程要達(dá)到的目的） 1、了解微型計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理,2、重點(diǎn)掌握MCS-51系列單片機(jī)的原理及應(yīng)用 (1)、 MCS-51系列單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)與工作原理（包括內(nèi)部結(jié)構(gòu)與外部引腳） (2)、 MCS-51系列單片機(jī)的指令系統(tǒng) (3)、 MCS-51系列單片機(jī)的程序設(shè)計(jì) (4)、 MCS-51系列單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展與接口設(shè) 計(jì) (5)、單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與調(diào)試（課程設(shè)計(jì),四、本課程的特點(diǎn)及學(xué)習(xí)方法 內(nèi)容較多，既牽扯到硬件又牽扯到軟件。許多數(shù)據(jù)、信號等只在單片機(jī)內(nèi)部傳輸，比較抽象，而且有些知識前面介紹了要到后面才會 具體用到。因

3、此要求 （1）預(yù)習(xí) （2）認(rèn)真聽講勤于思考 （3）課后要復(fù)習(xí)，學(xué)習(xí)要反復(fù) （4）多看參考書 （5）多實(shí)踐,五、教材與教學(xué)參考書及網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源 教材：單片微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用 姜志海、劉連鑫、王蕾編著 參考書：MCS-51單片機(jī)原理及應(yīng)用秦實(shí)宏徐春輝主編 單片機(jī)原理及其接口技術(shù)(第二版) 胡漢才編著 微型計(jì)算機(jī)（MCS-51系列）原理、接口及應(yīng)用張慰兮主編 微型計(jì)算機(jī)原理應(yīng)用鄭學(xué)堅(jiān)等編 網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源：華東交大網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺 校精品課程：微機(jī)應(yīng)用原理與接口技術(shù),六、考核問題 考試課（閉卷考試） 成績構(gòu)成：考試成績占70%，平時(shí)成績占30% 平時(shí)成績包括： 課堂提問與答疑 實(shí)驗(yàn) 作業(yè) 考勤 （不曠課、

4、有事先請假，盡量不請事假，病假以醫(yī)院假條為準(zhǔn)。曠課三次，此項(xiàng)目為零，（按校規(guī)，曠課超過三次（總學(xué)時(shí)的10分之一）或事假，病假合計(jì)超過次（總學(xué)時(shí)的三分之一）取消考試資格，,七、課時(shí)安排 總共計(jì)劃學(xué)時(shí)，其中上機(jī)實(shí)驗(yàn)6學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)4學(xué)時(shí)。 另外，還有二周時(shí)間的課程設(shè)計(jì)（第7、18周,答疑與輔導(dǎo)： 時(shí)間：星期四7、8節(jié)課 地點(diǎn)：1056,我的三個(gè)目標(biāo)： 第一、和大家交朋友（一種緣份） 第二、幫助大家實(shí)現(xiàn)各自的目標(biāo) 第三、成為大家都喜愛的好老師. Email: 電話：2991779 溝通渠道全方位開放，提倡有話當(dāng)面直說，有問題直接解決,盡早解決,第一章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ),1.1 微型計(jì)算機(jī)概述 1.2

5、計(jì)算機(jī)中的數(shù)和編碼 1.3 微型計(jì)算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ) 1.4 數(shù)字電路基礎(chǔ) 1.5 微型計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)及其工作原理 1.6 單片微型計(jì)算機(jī)概述,返回目錄頁,第一節(jié)微型計(jì)算機(jī)概述,電子計(jì)算機(jī)的問世及其經(jīng)典結(jié)構(gòu),1946年2月15日，在美國的賓夕法尼亞大學(xué)，第一臺電子數(shù)字計(jì)算機(jī)ENIAC問世，這標(biāo)志著計(jì)算機(jī)時(shí)代的到來。 （CALCULATOR,ENIAC是電子管計(jì)算機(jī)，時(shí)鐘頻率僅有100 KHz，但能在1秒鐘的時(shí)間內(nèi)完成5000次加法運(yùn)算。(現(xiàn)在是 數(shù)百萬億次/秒浮點(diǎn)運(yùn)算） 與現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)相比，有許多不足，但它的問世開創(chuàng)了計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的新紀(jì)元，對人類的生產(chǎn)和生活方式產(chǎn)生了巨大的影響,20,匈牙利籍?dāng)?shù)學(xué)

6、家馮諾依曼在方案的設(shè)計(jì)上做出了重要的貢獻(xiàn)。1946年6月，他又提出了“程序存儲”和“二進(jìn)制運(yùn)算”的思想，進(jìn)一步構(gòu)建了計(jì)算機(jī)由運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備組成這一計(jì)算機(jī)的經(jīng)典結(jié)構(gòu),電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，相繼經(jīng)歷了五個(gè)時(shí)代： 電子管計(jì)算機(jī)； 晶體管計(jì)算機(jī)； 集成電路計(jì)算機(jī)； 大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)； 超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)。 計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)仍然沒有突破馮諾依曼提出的計(jì)算機(jī)的經(jīng)典結(jié)構(gòu)框架,返回本章首頁,一、計(jì)算機(jī)的基本概念,現(xiàn)在廣泛使用的計(jì)算機(jī)，其全稱是數(shù)字電子式計(jì)算機(jī)，俗稱電腦。 簡單地講，計(jì)算機(jī)是一種能夠存儲程序，并能自動連續(xù)地執(zhí)行程序，對各種數(shù)字化信息進(jìn)行運(yùn)算的現(xiàn)代化電子設(shè)備。 從3

7、個(gè)方面進(jìn)行理解,1）是能夠進(jìn)行各種運(yùn)算的設(shè)備。 （2）用數(shù)字代碼（即二進(jìn)制數(shù)）來表示各種信息，因此稱為數(shù)字計(jì)算機(jī)。 （3）采用的是一種存儲程序的工作方式，即先編寫程序，再由計(jì)算機(jī)將這些程序存儲起來，然后自動連續(xù)地、快速地執(zhí)行程序，從而實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)算處理,為了存儲程序與數(shù)據(jù)，需要存儲器； 為了進(jìn)行運(yùn)算，需要運(yùn)算器； 為了輸入程序和數(shù)據(jù)及輸出運(yùn)算結(jié)果，需要有輸入設(shè)備和輸出設(shè)備； 此外還需要控制器對計(jì)算機(jī)各個(gè)部件的工作進(jìn)行控制和管理,馮諾依曼體制,馮諾依曼在1945年提出了數(shù)字計(jì)算機(jī)的若干思想，后被稱為馮諾依曼體制: 采用二進(jìn)制代碼表示數(shù)據(jù)和指令。 采用存儲程序的工作方式，即先編寫程序，然后存儲程序，

8、最后自動連續(xù)地執(zhí)行程序。 由運(yùn)算器、存儲器、控制器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備組成計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng),1存儲程序的工作方式,1）編寫程序 （2）存儲程序 （3）自動、連續(xù)地執(zhí)行程序 “數(shù)字”則表示計(jì)算機(jī)中的信息（控制信息和數(shù)據(jù)信息）均采用數(shù)字化表示方法。例如，二進(jìn)制11001表示9，01000001表示字符A等,2信息的數(shù)字化表示,二、計(jì)算機(jī)的工作過程,計(jì)算機(jī)的工作過程實(shí)際上是執(zhí)行程序的過程，而程序是由一系列指令組成的，因此執(zhí)行程序的過程就是按順序執(zhí)行指令的過程。 通常，計(jì)算機(jī)要運(yùn)行某個(gè)程序時(shí)，該程序預(yù)先要調(diào)入內(nèi)存的一系列單元中，在程序執(zhí)行過程中完全由計(jì)算機(jī)自動執(zhí)行而不需要人工干預(yù)，具體包括下列幾步,1）

9、取出指令 （2）分析指令 （3）執(zhí)行指令 （4）形成下一條 指令地址,三、MC的發(fā)展、分類、特點(diǎn)及應(yīng)用 微型計(jì)算機(jī)（Micro Computer-MC,1、MC的發(fā)展：（六個(gè)時(shí)期） 第1時(shí)期（19711973年）：4位或8位低檔微處理器和微機(jī)； 第2時(shí)期（19731977年）：8位中高檔微處理器和微機(jī)； 第3時(shí)期（19781984年）：16位微處理器和微機(jī),第4時(shí)期（19851992年）：32位微處理器和微機(jī)； 第5時(shí)期（19931999年）：超級32位Pentium微處理器和微機(jī) 第6時(shí)期（2000年以后）：新一代64位微處理器Merecd和微機(jī),2、MC的分類： 4種分類方法,1）按微處理

10、器的位數(shù)（字長）分：4位機(jī)、8位機(jī)、16位機(jī)、32位機(jī)、64位機(jī) （2）按MC的用途分：通用機(jī)和專用機(jī)兩類 （3）按MC的檔次分：低檔機(jī)、中檔機(jī)和高檔機(jī) （4）按MC的組裝形式和系統(tǒng)規(guī)模分：單片機(jī)、單板機(jī)、個(gè)人計(jì)算機(jī),3、MC特點(diǎn),1）體積小、重量輕、功耗低 （2）可靠性高、使用環(huán)境條件要求低 （3）結(jié)構(gòu)簡單靈活、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方便、適應(yīng)性強(qiáng) （4）性能價(jià)格比高,4、MC應(yīng)用,1）科學(xué)計(jì)算 （2）數(shù)據(jù)處理和與信息管理 （3）CAD、CAM、CAA和CAI的應(yīng)用 （4）過程控制和儀器儀表智能化 （5）軍事領(lǐng)域的應(yīng)用 （6）多媒體系統(tǒng)和信息高速公路 （7）家用電器和家庭自動化 （8）人工智能的應(yīng)用,四、

11、MC發(fā)展趨勢,多級流水線結(jié)構(gòu) 芯片上存儲器管理技術(shù) 虛擬存儲技術(shù) 并行處理的哈佛結(jié)構(gòu) RISC結(jié)構(gòu) 整片集成技術(shù),五、MC基本結(jié)構(gòu),MC機(jī)是由硬件和軟件兩大部分組成。 硬件是指為組成計(jì)算機(jī)而有機(jī)聯(lián)系的電子、電磁、機(jī)械、光學(xué)的元件、部件或裝置的總和，它是有型的物理實(shí)體。 軟件是相對于硬件而言的，從狹義的角度看，軟件包括計(jì)算機(jī)運(yùn)行所需要的各種程序；而從廣義角度講，軟件還包括手冊、說明書和有關(guān)資料,1、硬件基本結(jié)構(gòu),MC由運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備及輸出設(shè)備五大部分組成,運(yùn)算器+控制器+存儲器=主機(jī)； 輸入+輸出設(shè)備則稱為計(jì)算機(jī)的外圍設(shè)備（簡稱“外設(shè)”）； 運(yùn)算器+控制器=中央處理單元CPU（

12、Central Process Unit,2微型計(jì)算機(jī)的軟件,計(jì)算機(jī)能夠脫離人的直接控制而自動地操作與運(yùn)算，還必須要有軟件。 軟件是指使用和管理計(jì)算機(jī)的各種程序（Program），而程序是由一條條指令（Instruction）組成的。 程序的集合構(gòu)成了計(jì)算機(jī)中的軟件系統(tǒng),1）指令,控制計(jì)算機(jī)完成各種操作的命令稱為指令。 例如： ADDA，#38 指令分成操作碼和操作數(shù)兩大部分。 操作碼表示該指令執(zhí)行何種操作，操作數(shù)表示參加運(yùn)算的數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)所在的地址,2）程序,為了計(jì)算一個(gè)數(shù)學(xué)式，或者要控制一個(gè)生產(chǎn)過程，需要事先制定計(jì)算機(jī)的計(jì)算步驟或操作步驟。計(jì)算步驟是由一條條指令來實(shí)現(xiàn)的。這種一系列指令的有序

13、集合稱為程序。編制程序的過程稱為程序設(shè)計(jì)：例如，計(jì)算63+56+36+14=？ 編制的程序如下： MOVA，#63 ADDA，#56 ADDA，#36 ADDA，#14,3）匯編語言、高級語言和機(jī)器語言,匯編語言與機(jī)器語言的對照： MOV A，#63 0111 0100 0011 1111 ADD A，#56 0010 0100 0011 1000 ADD A，#36 0010 0100 0010 0100 ADD A，#14 0010 0100 0000 1110,4）匯編、編譯與解釋程序,3硬件和軟件的關(guān)系,微機(jī)系統(tǒng)是硬件和軟件有機(jī)結(jié)合的整體。計(jì)算機(jī)的硬件和軟件是密可不分但又相互獨(dú)立的。

14、硬件是基礎(chǔ) 軟件是靈魂,六、微處理器、MC、MC系統(tǒng),1、微處理器CPU 微處理器是利用微電子技術(shù)將計(jì)算機(jī)的核心部件（運(yùn)算器和控制器）集中做在一塊集成電路上的一個(gè)獨(dú)立芯片。它具有解釋指令、執(zhí)行指令和與外界交換數(shù)據(jù)的能力。 無論那種CPU，其內(nèi)部基本組成總是大同小異，其內(nèi)部包括三部分：運(yùn)算器、控制器、內(nèi)部寄存器陣列（工作寄存器組,典型微處理器結(jié)構(gòu)圖,1）運(yùn)算器,算術(shù)邏輯運(yùn)算單元和累加器、標(biāo)志寄存器、二十進(jìn)制調(diào)整電路 （2）控制器： 控制器包括指令寄存器IR、指令譯碼器ID和定時(shí)與控制電路三部分。 （3）內(nèi)部寄存器陣列 （4）程序計(jì)數(shù)器,功能,可以進(jìn)行算術(shù)和邏輯運(yùn)算； 可保存小量數(shù)據(jù)； 能對指令進(jìn)

15、行譯碼并執(zhí)行規(guī)定的動作； 能和存儲器、外設(shè)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換； 提供整個(gè)系統(tǒng)所需要的定時(shí)和控制； 可以響應(yīng)其他部件發(fā)來的中斷請求,關(guān)鍵使用,內(nèi)部的寄存器-名字（符號）、 大小、 特殊性 （關(guān)鍵是使用,2、微型計(jì)算機(jī),由：CPU、存儲器、輸入/輸出（I/O）口電路構(gòu)成，各部分之間通過總線（Bus）連接,1）CPU,CPU是微型計(jì)算機(jī)的核心，它的性能決定了整個(gè)微型計(jì)算的各項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)。 微處理器本身不能構(gòu)成獨(dú)立工作的系統(tǒng)，也不能獨(dú)立執(zhí)行程序，必須配上存儲器、外部輸入/輸出接口構(gòu)成一臺微型計(jì)算機(jī)方能工作,2）存儲器,存儲器是微型計(jì)算機(jī)的重要組成部分，是用來存放程序和數(shù)據(jù)的，計(jì)算機(jī)有了存儲器才具備記憶的能力。

16、 存儲器是由存儲器單元組成的由地址確定。 從應(yīng)用的角度講，計(jì)算機(jī)工作時(shí)，CPU對存儲器的操作只有“讀”和“寫”操作,3）輸入/輸出接口電路,輸入/輸出接口作橋梁，起到信息轉(zhuǎn)換與協(xié)調(diào)的作用。 從應(yīng)用的角度講，計(jì)算機(jī)工作時(shí)，CPU對I/O口的操作只有“讀”和“寫” 。 操作時(shí)對端口號的操作,4）總線,總線就是在微型計(jì)算機(jī)各芯片之間或芯片內(nèi)部各部件之間傳輸信息的一組公共通信線 。 MC總線的種類非常多，可分為內(nèi)部總線、元件級總線、系統(tǒng)總線、外部總線四大類。 在MC中使用比較多的是元件級總線。 元件級總線包括地址總線AB（Address Bus）、數(shù)據(jù)總線DB（Data Bus）、控制總線CB（Con

17、trol Bus）三種,地址線總線： 三態(tài)單向 A15A0 1K=1024 數(shù)據(jù)線： 三態(tài)雙向 D7D0 控制線： /RD、/WR、 三態(tài)門,3、微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(MC系統(tǒng),以MC為主體，配上外部輸入/輸出設(shè)備、外圍設(shè)備、電源、系統(tǒng)軟件一起構(gòu)成應(yīng)用系統(tǒng)，稱為MC系統(tǒng),七、常用的術(shù)語,二進(jìn)制、十進(jìn)制、十六進(jìn)制 位、字節(jié)、半字節(jié)、字 字長 CPU、存儲器、I/O口 總線：AB、DB、CB 地址空間、I/O口口地址,第二節(jié)計(jì)算機(jī)中的數(shù)和編碼,1.2.1 計(jì)數(shù)制 1.2.2 二進(jìn)制數(shù)（用B表示） 1.2.3 十六進(jìn)制數(shù)（用H表示） 1.2.4 不同進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換 1.2.5 數(shù)制書寫約定 1.2.6

18、計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示 1.2.7 計(jì)算機(jī)常用編碼,返回本章首頁,1.2.1 計(jì)數(shù)制,日常生活中廣泛使用的數(shù)為十進(jìn)制數(shù)，這是一種逢十進(jìn)一的計(jì)數(shù)方法。用的數(shù)制還有二進(jìn)制、八進(jìn)制和十六進(jìn)制等。 基數(shù)小于10的計(jì)數(shù)制，可用十進(jìn)制相應(yīng)的數(shù)碼作為它的數(shù)字符號，一個(gè)數(shù)一般由多個(gè)數(shù)碼組成。數(shù)碼在數(shù)中的位置不同，其值也不同,返回本節(jié),1. 2.2 二進(jìn)制數(shù)（用B表示,以2為基數(shù)的數(shù)制稱為二進(jìn)位計(jì)數(shù)制，它只包括0和1兩個(gè)數(shù)碼，很容易用電子元件的兩種不同的狀態(tài)來表示，例如，用高電平表示1，用低電平表示0。所以，計(jì)算機(jī)中通常采用二進(jìn)制數(shù)。 二進(jìn)制數(shù)的計(jì)數(shù)特征：逢二進(jìn)一，運(yùn)算簡單。 在加、減、乘、除四則運(yùn)算中，乘法實(shí)質(zhì)上是

19、做移位加法，除法則是移位減法,返回本節(jié),1. 2.3 十六進(jìn)制數(shù)（用H表示,為了書寫和閱讀方便，經(jīng)常采用十六進(jìn)制數(shù)作為二進(jìn)制的縮寫形式。十進(jìn)制數(shù)、二進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)的對照表如表1-1所示。 在計(jì)數(shù)時(shí)，逢十六進(jìn)一，這樣書寫長度短，且可方便將十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)或?qū)⒍M(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù),表1-1 十進(jìn)制數(shù)、二進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)對照表,返回本節(jié),1. 2.4 不同進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換,1二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制 基本方法：將二進(jìn)制數(shù)按權(quán)展開式，利用十進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算法則求和，即可得到等值的十進(jìn)制數(shù),2十進(jìn)制到二進(jìn)制的轉(zhuǎn)換 l 十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制整數(shù) l 十進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制小數(shù) l 帶小數(shù)的十進(jìn)制

20、數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù),3二進(jìn)制、十六進(jìn)制之間的相互轉(zhuǎn)換 將二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)，從低位開始，每四位一組，然后將其轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的十六進(jìn)制數(shù)。如最后一組不足四位，需在左邊補(bǔ)0。 用同樣方法可將二進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換十六進(jìn)制小數(shù)。只是分組應(yīng)從小數(shù)點(diǎn)右邊開始分成四位一組。 十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)，將每位十六進(jìn)制數(shù)直接轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的二進(jìn)制數(shù),返回本節(jié),1. 2.5 數(shù)制書寫約定,在書寫計(jì)算機(jī)程序時(shí)，一般不用基數(shù)作為下標(biāo)來區(qū)分各種進(jìn)制，而是用相應(yīng)的英文字母作后綴來表示各種進(jìn)制的數(shù)。 例如：B（Binary）表示二進(jìn)制數(shù)。 D（Decimal）表示十進(jìn)制數(shù)，一般D可省略，即無后綴的數(shù)字為十進(jìn)制數(shù)。 H（Hexadec

21、imal）表示十六進(jìn)制數(shù),返回本節(jié),1. 2.6 計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示,1原碼、反碼和補(bǔ)碼 l原碼：在符號位中用0表示正、用1表示負(fù)的二進(jìn)制數(shù)，稱為原碼。例如， x1=1110111B， x1原=01110111B x2=1110111B， x2原=11110111B 數(shù)0可是0或0。因此，0在原碼中形式： 0原=0000 0000B， 0原=1000 0000B,l 反碼：正數(shù)的反碼=原碼；負(fù)數(shù)的反碼=原碼的符號位不變而數(shù)值按位取反。所謂按位取反，即將各位的1變成0，0變成1。 例如，x1=13， x1反=13原=0 0001101B 。 又如，x2=13， x2原=13原=1 0001101B

22、， x2反=13反=1 1110010B,l補(bǔ)碼：正數(shù)的補(bǔ)碼=原碼；負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼=反碼1。 例如，x1=1101101B， x1補(bǔ)=13原=0 1101101B 。 又如， x2=1101101B， x2反=10010010B， x2補(bǔ)=10010011B。 在補(bǔ)碼表示中，“0”是唯一的。即0補(bǔ)=00000000B,2數(shù)的小數(shù)點(diǎn)表示方法 l定點(diǎn)表示法：表示小數(shù)點(diǎn)的位置是固定不變的。分為純整數(shù)和純小數(shù)兩類,純整數(shù)表示方法,純小數(shù)表示方法,其格式如下所示,0 110 0100 = +110 0100,0 110 0100 = +0.110 0100,l 浮點(diǎn)表示法 浮點(diǎn)表示法中小數(shù)點(diǎn)的位置是不固定的

23、。 如D= 125 = 0.125103 = 1. 25102 同樣，任意二進(jìn)制數(shù)N一般可表示為：N=2PS 如：1101B = 2100B0.1101B 一個(gè)浮點(diǎn)數(shù)分為階碼和尾數(shù)兩部分，二者各有表示正負(fù)的階符和數(shù)符，常用存儲格式,在微計(jì)算機(jī)中常用的浮點(diǎn)數(shù)表示有： （1）四字節(jié)浮點(diǎn)數(shù)格式（如圖1-2所示），它由一個(gè)字節(jié)指數(shù)（EXP）、三個(gè)字節(jié)尾數(shù)構(gòu)成，共用四個(gè)存儲單元。 （2）三字節(jié)浮點(diǎn)數(shù)格式（如圖1-3所示,圖1-2 四字節(jié)浮點(diǎn)數(shù)格式,圖1-3 三字節(jié)浮點(diǎn)數(shù)格式,D7 D6 D5D0,返回本節(jié),1. 2.7 計(jì)算機(jī)常用編碼,常見的編碼有BCD碼、ASCII碼等。 1二 十進(jìn)制編碼 是一種用二

24、進(jìn)制編碼的十進(jìn)制數(shù)，稱BCD碼。BCD碼用標(biāo)準(zhǔn)的8421的純二進(jìn)制碼的十六個(gè)狀態(tài)中的十個(gè)（如表1-2所示）。 用BCD碼表示十進(jìn)制數(shù)，只要將每位十進(jìn)制數(shù)用適當(dāng)?shù)乃奈欢M(jìn)制碼代替即可,表1-2 BCD編碼,2字母和符號的編碼 微機(jī)普遍采用的是ASCII碼（如表1-3所示）。ASCII碼是一種八位代碼，最高位一般用于奇偶校驗(yàn)，其余七位二進(jìn)制碼對128個(gè)字符進(jìn)行編碼,表1-3 ASCII(美國標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼)表,返回本節(jié),第三節(jié) 微型計(jì)算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ) 一、二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算 微型計(jì)算機(jī)中的運(yùn)算分為兩類; 一類是算術(shù)運(yùn)算，包括加、減、乘、除 另一類是邏輯運(yùn)算，包括邏輯乘、邏輯加、邏輯非和邏輯異或等,一)算術(shù)

25、運(yùn)算 1二進(jìn)制加法 二進(jìn)制數(shù)的加法運(yùn)算規(guī)則如下： 0000+11 1十01 1十10(進(jìn)位1) 2二進(jìn)制減法 二進(jìn)制數(shù)的減法運(yùn)算規(guī)則如下： 000101110011(有借位) 3二進(jìn)制乘法 二進(jìn)制數(shù)的乘法規(guī)則如下,3二進(jìn)制乘法 二進(jìn)制數(shù)的乘法規(guī)則如下,例110 設(shè)有兩個(gè)4位二進(jìn)制數(shù) x1101B，y=101lB， 試求,解 二進(jìn)制數(shù)的乘法與十進(jìn)制數(shù)的類似- 被乘數(shù)左移和部分積相加的算法（傳統(tǒng)）： 被乘數(shù) 1101 X) 乘數(shù) 1011 1101 第一次部分積 1101 第二次部分積 0000 第三次部分積 1101 第四次部分積 100011l 1 B 這種算法很簡單，但實(shí)現(xiàn)這種算法的重復(fù)性差

26、，所需的硬件開銷大，不便于在機(jī)器中實(shí)現(xiàn)。在計(jì)算機(jī)中是采用硬件開銷不大的算法求積,下面介紹一種常用的“部分積右移”的乘法算法,設(shè)被乘數(shù)，乘數(shù)，“部分積右移”的算法如下： (1)開始部分積為0。 (2)檢查乘數(shù)最低位的狀態(tài)。如為1，則將部分積加被乘數(shù)得新部分積如為0，則新部分積即為原部分積 (3)新部分積及乘數(shù)各右移1位(它們的最低位從右邊移出，不再參加運(yùn)算)。 (4)重復(fù)2及3的步驟，直到乘數(shù)最高位運(yùn)算完畢。 “部分積右移”的乘法算法的流程如圖1-2所示,4. 二進(jìn)制除法 除法是乘法的逆運(yùn)算，二進(jìn)制除法也可轉(zhuǎn)化為移位與減法來實(shí)現(xiàn),二)邏輯運(yùn)算 1邏輯乘運(yùn)算 邏輯乘又稱邏輯與，常用“”算符表示。邏

27、輯乘運(yùn)算法則為： 00=0 10= 0 01= 0 11=1 2邏輯或運(yùn)算 邏輯或運(yùn)算又稱邏輯加，常用算符“V”表示。邏輯或的運(yùn)算規(guī)則為： 0V 0=0 lV0=l 0V1=1 1Vl=1 3邏輯非運(yùn)算 邏輯非運(yùn)算又稱邏輯取反，常采用“”運(yùn)算符表示。運(yùn)算規(guī)則為,4邏輯異或 邏輯異或又稱為半加，是不考慮進(jìn)位的加法，常采用算符表示。邏輯異或的運(yùn)算規(guī)則為,二、帶符號數(shù)的表示法 (一)機(jī)器數(shù)與真值 (二)原碼 (三)反碼 (四)補(bǔ)碼 1補(bǔ)碼的引進(jìn) 模(mod)，即一個(gè)系統(tǒng)的量程或此系統(tǒng)所能表示的最大數(shù)。 2補(bǔ)碼的定義 在字長為n的計(jì)算機(jī)中，數(shù) 和0的表示形式一樣。若機(jī)器中的數(shù)以補(bǔ)碼表示，則數(shù)的補(bǔ)碼以

28、為模。即 (1.4) 由式(14)可知，若X為正數(shù)，則X補(bǔ)X；若X為負(fù)數(shù)，則 即負(fù)數(shù)X的補(bǔ)碼等于模 加上其真值或減其真值的絕對值,3求補(bǔ)碼的方法 (1)根據(jù)定義求補(bǔ)碼 鐘表往回?fù)芤桓衽c往前撥十一格是否一樣？ (2)根據(jù)原碼求補(bǔ)碼,值得指出，二進(jìn)制數(shù)既然可用十六進(jìn)制數(shù)表示，那么二進(jìn)制數(shù)的補(bǔ)碼也可通過十六進(jìn)制原碼計(jì)算得到。若X原為8位，則,特別要指出，在計(jì)算機(jī)中凡是帶符號的數(shù)一律用補(bǔ)碼表示且符號參加運(yùn)算，其運(yùn)算結(jié)果也是用補(bǔ)碼表示。若結(jié)果的符號位為“o”，則表示結(jié)果為正數(shù)，此時(shí)可以認(rèn)為它是以原碼形式表示的(正數(shù)的補(bǔ)碼即為原碼)；若結(jié)果的符號位為“1”，則表示結(jié)果為負(fù)數(shù)，它是以補(bǔ)碼形式表示的。若要用原

29、碼來表示該結(jié)果，還需要對結(jié)果求補(bǔ)(即除符號位以外各位“取反末位加 1”)即,三、補(bǔ)碼運(yùn)算 (一)補(bǔ)碼的加法 設(shè)x和Y是兩個(gè)帶符號的補(bǔ)碼數(shù)，則有： 即兩個(gè)數(shù)和的補(bǔ)碼等于兩個(gè)數(shù)補(bǔ)碼的和,二)補(bǔ)碼的減法 兩個(gè)帶符號數(shù)相減，有如下基本公式； XYX十(一Y) 即兩數(shù)差的補(bǔ)碼等于被減數(shù)的補(bǔ)碼及減數(shù)相反數(shù)的補(bǔ)碼之和。也說明了在補(bǔ)碼運(yùn)算中，減法運(yùn)算可以用加法來代替。 這里關(guān)鍵在于求 。如果已知 ，那么對于 的每一位(包括符號位)都按位求反，然后再加l，結(jié)果即為 。 稱 為對 “變補(bǔ)”，即 它有別于 。 已知 ，求 的過程叫求補(bǔ)，已知 ，求 的過程叫變樸。這一概念要清楚,值得注意的是： 在微型計(jì)算機(jī)中，帶符號

30、數(shù)都是以補(bǔ)碼形式存放的根據(jù)指令，這些數(shù)可以進(jìn)行加法運(yùn)算，也可以進(jìn)行減法運(yùn)算，但在實(shí)際機(jī)器中只有加法器，減法運(yùn)算也是通過加法運(yùn)算來完成的，且運(yùn)算結(jié)果也是用補(bǔ)碼表示的。由于計(jì)算機(jī)的字長有一定范圍，所以一個(gè)帶符號數(shù)也是有一定范圍的,由表可以看出，8位二進(jìn)制數(shù)的原碼和反碼形式所表示的數(shù)的范圍都是一127一十127，而補(bǔ)碼表示的數(shù)的范圍是一128一+127。 當(dāng)兩個(gè)帶符號位的一進(jìn)制數(shù)進(jìn)行補(bǔ)碼運(yùn)算時(shí)，若運(yùn)算結(jié)果的絕對值超過了這個(gè)范圍，數(shù)值部分便會占據(jù)符號位的位置，從而造成運(yùn)算錯(cuò)誤，這就是溢出,返回本章首頁,第四節(jié) 數(shù)字電路基礎(chǔ),計(jì)算機(jī)由大量的數(shù)字電路組成，它所處理的是二進(jìn)制數(shù)字信號，即只有0和1兩種狀態(tài)信

31、號。 所有的數(shù)據(jù)、程序和各種邏輯控制部分都是由大量能記錄這兩種狀態(tài)的電子器件和能實(shí)現(xiàn)0、1基本邏輯控制的單元組成的。 這種基本的邏輯控制電路包括邏輯門電路、組合邏輯電路（編碼器、譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器等）和時(shí)序電路（觸發(fā)器、寄存器、計(jì)數(shù)器等,包括,一、基本的門電路 二、三態(tài)門與緩沖器 三、觸發(fā)器與鎖存器,一、基本的門電路,在數(shù)字電路中，所謂“門”就是實(shí)現(xiàn)一些基本邏輯關(guān)系的電路。 最基本的邏輯關(guān)系可歸納為與、或、非三種，所以最基本的邏輯門為與門、或門和非門,1“與”邏輯關(guān)系及與門電路 2“或“邏輯關(guān)系及或門電路 3“非”邏輯關(guān)系及非門（反相器,二、三態(tài)門與緩沖器,三態(tài)門有三種輸出狀態(tài)，即高電平（1）

32、，低電平（0）和高阻態(tài)，其中高阻態(tài)也稱為浮空狀態(tài),典型的TTL三態(tài)門集成電路,常用的三態(tài)門芯片有： 74LS240、241、242、244、245、366、367等。 如：74LS244、74LS245,三、觸發(fā)器與鎖存器,觸發(fā)器是一種具有記憶功能的器件，有兩種穩(wěn)定狀態(tài)，分別表示1和0。 在數(shù)字電路中，常用來構(gòu)成寄存器、計(jì)數(shù)器等部件。 觸發(fā)器有多種形式，常用的有R-S觸發(fā)器、D觸發(fā)器、J-K觸發(fā)器及T觸發(fā)器等。以計(jì)算機(jī)中常用的D觸發(fā)器為例說明觸發(fā)器的工作原理,D觸發(fā)器工作波形,回憶一下數(shù)字電路中的半加器和全加器的結(jié)構(gòu)和原理是不是以全加器為基礎(chǔ)就可以實(shí)現(xiàn)這些運(yùn)算了？ 復(fù)雜運(yùn)算都可由四則運(yùn)算實(shí)現(xiàn)（

33、數(shù)值計(jì)算課程解決）由此有了運(yùn)算器的基礎(chǔ) 更高級計(jì)算機(jī)算法由硬件實(shí)現(xiàn),第五節(jié) 微型計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 及其工作原理 自從1945年由馮諾依曼(John Von Neumann)提出“存儲程序”工作原理以來，迄今為止，不論是巨型機(jī)、大型機(jī)、中型機(jī)、小型機(jī)還是微型機(jī)都遵循這個(gè)原理，存儲程序計(jì)算機(jī)的工作原理可以歸納為三點(diǎn)： （1）計(jì)算機(jī)是通過執(zhí)行程序來完成指定的任務(wù)； （2）程序在執(zhí)行之前存放在計(jì)算機(jī)的存儲部件中； （3）程序不需要人工干預(yù)而自動執(zhí)行,馮諾依曼型計(jì)算機(jī)的基本組成如下圖所示,一、微型計(jì)算機(jī)基本構(gòu)成,一)存儲器 這里的存儲器是指內(nèi)存儲器。微機(jī)的內(nèi)存儲器通常采用半導(dǎo)體存儲器。 1隨機(jī)存取存儲器

34、與只讀存儲器 存儲器除了前面所介紹的按存儲器的空間位置不同可分為內(nèi)存和外存外，還可根據(jù)其性能分為隨機(jī)存儲器RAM(Random Access Memory)和只讀存儲器ROM(Read Only Memory)兩大類,2隨機(jī)存取存儲器RAM的組成 3.隨機(jī)存取存儲器的基本操作 RAM的基本操作是讀操作和寫操作。 注意：存儲單元地址與其內(nèi)容是兩類不同的 數(shù)據(jù)，不能相混淆,二)微處理器 微處理器亦稱做處理機(jī)，它是微機(jī)的中央處理部件。 CPU包括運(yùn)算器和控制器兩部分，其作用是從存儲器中取出指令并對其進(jìn)行分析，產(chǎn)生相應(yīng)的微操作(最基本而又簡單的邏輯功能動作)序列，向存儲器或IO設(shè)備寫入數(shù)據(jù)或從存儲器或

35、I0設(shè)備讀出數(shù)據(jù)、執(zhí)行算術(shù)和邏輯操作、處理數(shù)據(jù)、識別外設(shè)的中斷請求信號井作出適當(dāng)?shù)捻憫?yīng),1運(yùn)算器 運(yùn)算器用于對二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行算術(shù)和邏輯運(yùn)算，其操作過程是在控制器控制下進(jìn)行的。運(yùn)算器由算術(shù)邏輯單元ALU，累加器A、通用寄存器R、皙存器TMF和狀態(tài)寄存器FSW等五部分組成。 累加器A(Accumulator)是一個(gè)具有輸人輸出能力的八位移位寄存器，由八個(gè)觸發(fā)器組成。累加器A在加法前用于存放一個(gè)操作數(shù)，加法操作后用于存放兩數(shù)之和，以便再次累加，因此得名 TMP(Temporary Register)為暫存器，也是一個(gè)八位寄存器，用于暫存另一操作數(shù),ALU(Arithmctic And Logical

36、Unit)為算術(shù)邏輯單元，主要由加法器，移位電路和判斷電路等 組成，用于對累加器A和暫存器TMP中兩個(gè)操作數(shù)進(jìn)行四則運(yùn)算和邏輯操作。操作過程中形成的狀態(tài)，例如：累加器A中的運(yùn)算結(jié)果是否為零、最高位是否有進(jìn)位或借位、低四位向高四 位是否有進(jìn)位或借位等等，都可以記錄到狀態(tài)寄存器PSW(Program Status Word)中去。 R0為通用寄存器 GR(General Purpose Register)，用于存放操作數(shù)或運(yùn)算結(jié)果,2控制器 計(jì)算機(jī)是根據(jù)事先存儲的程序?qū)θ珯C(jī)實(shí)行控制的，而程序是指能實(shí)現(xiàn)某一功能的指令序列?？刂破骶褪歉鶕?jù)指令來對各種邏輯電路發(fā)布命令的機(jī)構(gòu)，它是計(jì)算機(jī)的指揮中心?？刂破?/p>

37、由指令部件、時(shí)序部件和微操作控制部件等三部分組成。 (1)指令部件 指令部件是一種能對指令進(jìn)行分析、處理和產(chǎn)生控制信號的邏輯部件，也是控制器的核心。通常，指令部件由程序計(jì)數(shù)器 PC(Program Counter)、指令寄存器IR(1nstruction Register)和指令譯碼器ID(1nstructionDecodcr)等三部分組成,指令是一 種能供機(jī)器執(zhí)行的二進(jìn)制控制代碼，有操作碼和地址碼兩部分。指令不同，相應(yīng)的代碼長度也不一樣。因此，指令可分為單字節(jié)指令、雙字節(jié)指令和三字節(jié)指令等等。指令和數(shù)據(jù)都是以二進(jìn)制代碼的形式存放在存儲單元內(nèi)的，從存儲單元的內(nèi)容區(qū)分不出指令與數(shù)據(jù)，為此在控制器

38、中設(shè)置一個(gè)專門寄存器用來存放當(dāng)前要執(zhí)行的指令在存儲器中的位置信息 (即存儲器地址)，以便根據(jù)此地址去讀取指令，這個(gè)寄存器就是程序計(jì)數(shù)器PC。由于程序在存儲器中是按順序進(jìn)行存放當(dāng)順序執(zhí)行指令時(shí)，每執(zhí)行一條指令，微操作控制電路輸出“加 l”信號，PC就自動加1，為順序地取下一條指令作好準(zhǔn)備，這就使計(jì)算機(jī)能自動、連續(xù)地工作當(dāng)執(zhí)行轉(zhuǎn)移類指令時(shí)，微操作控制電路不輸出“加1”信號，而輸出相應(yīng)的控制信號，將轉(zhuǎn)移地址送人PC中，從而實(shí)現(xiàn)程序的轉(zhuǎn)移。在八位微處理器MPU中，程序計(jì)數(shù)器PC通常為十六位,指令寄存器IR用來暫時(shí)存放從存儲器中取出的當(dāng)前要執(zhí)行指令的指令碼。該指令碼在IR中得到寄存和緩沖，被送到指令譯碼

39、器ID中譯碼后就知道該指令進(jìn)行哪種操作，并在時(shí)序部件幫助下去推動微操作控制部件完成指令的執(zhí)行。 指令譯碼器ID的作用是對指令操作碼進(jìn)行分析，在其輸出端產(chǎn)生各種控制電平，以形成相應(yīng)的微操作，用以實(shí)現(xiàn)指令執(zhí)行過程中所需要的功能控制,2)時(shí)序部件 由時(shí)鐘系統(tǒng)和脈沖分配器組成，用于產(chǎn)生微操作控制部件所需的定時(shí)脈沖信號。其中，時(shí)鐘系統(tǒng)(ClockSystem)產(chǎn)生機(jī)器的時(shí)鐘脈沖序列，脈沖分配器(PluseDistributor)又稱節(jié)拍發(fā)生器，用于產(chǎn)生節(jié)拍電位和節(jié)拍脈沖,3)微操作控制部件 可以為ID輸出信號配上節(jié)拍電位和節(jié)拍脈沖，也可和外部進(jìn)來的控制信號組合，共同形成相應(yīng)的徽操作控制序列，按照嚴(yán)格的先

40、后順序執(zhí)行指令譯碼器給出的各種徽操作，以完成規(guī)定的操作,三)輸人輸出設(shè)備及其接口電路 微機(jī)的輸入輸山設(shè)備亦稱外部設(shè)備，簡稱I0設(shè)備。如鍵盤、盒式磁帶機(jī)、軟盤驅(qū)動器、硬盤驅(qū)動器、打印機(jī)、紙帶閱讀機(jī)等。為了使這些IO設(shè)備能與CPU交換信息，并對它們進(jìn)行輸入輸出控制，必須要有輸入輸出接口電路，簡稱IO接口電路。微機(jī)的IO接口電路都已作成獨(dú)立的大規(guī)模集成電路芯片，常用的IO接口電路芯片有如下4種,1并行輸入輸出接口電路 (Parallel Input Output Controller)： 通常做成可編程的8位通用的接口電路，只要編制不同的程序就可適用于不同的場合。例如它既可以作為鍵盤輸入接口又可作為

41、打印機(jī)的輸出接口電路,2串行輸入輸出接口電路 (Serial InputOutput Controller)： 有很多外部設(shè)備，由于動作速度較慢，或者離主機(jī)較遠(yuǎn)，往往采用串行數(shù)據(jù)傳送方式，它只需要一對通信線就可傳送各種信號。串行接口電路能把計(jì)算機(jī)的并行信息轉(zhuǎn)變?yōu)榇行畔l(fā)送出去，也能把從通信線上收到的串行信息轉(zhuǎn)變?yōu)椴⑿行畔⑻峁┙o計(jì)算機(jī),3計(jì)數(shù)定時(shí)電路(Counter TimerCircuit)；通常也做成可編程序的接口電路，可用程序設(shè)定的方法實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)及定時(shí)功能。 4直接存儲器存取接口電路(DirectMemoryAccess）：它提供存儲器和I / O設(shè)備間不經(jīng)CPU控制而直接傳送數(shù)據(jù)的功能,

42、四)地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線 微型機(jī)在結(jié)構(gòu)形式上采用了總線結(jié)構(gòu)所有的部件都通過一組公共的、具有邏輯控制功能的信號線聯(lián)系起來，各部件之間的數(shù)據(jù)和信號都通過此信號線傳送。通常將多個(gè)裝置或部件連接起來并傳送信息的公共通道稱為總線(Bus)?？偩€實(shí)際上是印刷電路板上的組傳輸信號的短路線，這組線的數(shù)目則取決于微處理器本身的結(jié)構(gòu),總線結(jié)構(gòu)的信息傳輸,總線結(jié)構(gòu)符號圖,總線通常有三種類型： 1數(shù)據(jù)總線(Data Bus，簡稱DB) 用來在微處理器和存儲器以及輸入輸出接口之間傳送數(shù)據(jù)，例如；從存儲器中取數(shù)據(jù)到CPU，把運(yùn)算結(jié)果從CPU送到外部輸出設(shè)備等通常微處理器的位數(shù)和外部數(shù)據(jù)總線的位數(shù)一致。數(shù)據(jù)總線是雙

43、向的，即數(shù)據(jù)可從CPU傳出，也可以從外部送入CPU,2.地址總線(AddressBus，簡稱AB) AB也叫地址母線，因其上僅傳送MPU的地址碼而得名。當(dāng)微處理器MPU和存儲器或 外部設(shè)備交換信息時(shí)，必須指明要和哪個(gè)存儲單元或哪個(gè)外部設(shè)備交換因此，地址總線AB必須和所有存儲器的地址線對應(yīng)相連，也必須和所有I0接口設(shè)備碼線相連。這樣，當(dāng)微處理器MPU對存儲器或外設(shè)讀寫數(shù)據(jù)時(shí)，只要把存儲單元地址碼或外設(shè)的設(shè)備碼送到地址總線上便可選中工作。地址總線由所選CPU型號決定，地址總線的數(shù)目決定了CPU可以直接訪問的內(nèi)存儲器的單元數(shù)目。地址總線是單向的，即數(shù)據(jù)從CPU傳出到存儲器或外設(shè)，在八位機(jī)中，它通常為

44、16根，CPU可直接訪問的內(nèi)存儲器的單元數(shù)目為64KB(字節(jié),3控制總線(Control Bus，或CB) 控制總線可以傳送CPU送出的控制信號，也可以傳送其他部件輸入到微處理器的信號。對于每一條具體的控制線，信號的傳送方向則是固定的，不是輸入到CPU就是從CPU輸出?？刂瓶偩€的數(shù)目與微處理器的位數(shù)沒有直接關(guān)系，一般受引腳的限制，控制總線的數(shù)目不會太多。 微型計(jì)算機(jī)采用總線結(jié)構(gòu)，使之在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上簡單、規(guī)則，易于擴(kuò)展，其他的功能部件只要符合總線的規(guī)范，就可以接人系統(tǒng)，從而擴(kuò)展系統(tǒng)的功能。但采用總線結(jié)構(gòu)后，在每一時(shí)刻，一種總線上只能有一組信號，這對提高計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度不利。 微型計(jì)算機(jī)的外部結(jié)構(gòu)特

45、點(diǎn)是三總線結(jié)構(gòu)，所有部件都通過三組總線分別傳送各類信息。 而CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是單總線結(jié)構(gòu)，即CPU內(nèi)部的所有部件都通過一組總線來傳送各種信息,二、指令執(zhí)行過程 (一)指令和指令格式 程序就是一系列按一定順序排列的指令 指令就是指揮機(jī)器工作的指示和命令，計(jì)算機(jī)中的控制器靠指令指揮機(jī)器工作，人則用指令表達(dá)自己的意圖。 指令系統(tǒng)：一臺計(jì)算機(jī)所能執(zhí)行的各種不同指令的集合叫做計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)。每一臺計(jì)算機(jī)均有白己特定的指令系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)反映廠計(jì)算機(jī)的基本功能，是在設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)時(shí)規(guī)定下來的,一條指令通常包括兩方面的內(nèi)容：一是指出機(jī)器執(zhí)行什么樣的操作，二是指出操作數(shù)在存儲器或通用寄存器組的地址，即給出操作

46、數(shù)地址。在計(jì)算機(jī)中，操作數(shù)和操作數(shù)地址都是用二 進(jìn)制數(shù)碼表示的，分別稱為擇作碼和地址碼即一條指令的基本格式如下： 整條指令以二進(jìn)制編碼的形式存放在存儲器中，此條指令的二進(jìn)制編碼稱為指令的機(jī)器代碼或簡稱指令碼,二)指令執(zhí)行過程 為弄清微型計(jì)算機(jī)指令的執(zhí)行過程，現(xiàn)以如下的 x2+3求和程序來說明。 7402H MOV A，#02H；A 2 2403H ADD A，#03H；A 3+2,1第一條指令的執(zhí)行討程,三、微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成,返回本章首頁,第六節(jié) 單片微型計(jì)算機(jī)概述 在微型計(jì)算機(jī)發(fā)展的同時(shí)，1974年出現(xiàn)了位片式(BitSlice)微處理器和單片微型計(jì)算機(jī)，即單片機(jī)。它是一種將CPU單元、

47、部分存儲器單元、部分IO接口單元及內(nèi)部系統(tǒng)總線集成在同一片大規(guī)模集成電路芯片內(nèi)的計(jì)算機(jī)，由于它的結(jié)構(gòu)和指令功能都是按照工業(yè)控制要求設(shè)計(jì)的，故又叫微控制器(Microcontroller)。它的出現(xiàn)為智能化儀器儀表開辟了廣闊道路。對于運(yùn)算不太復(fù)雜，數(shù)據(jù)量不大的應(yīng)用，往往用一片單片機(jī)再加適當(dāng)?shù)能浖屯獠吭O(shè)備就能滿足控制或測量的要求，從而使硬件電路更為簡化，造價(jià)更為低廉。因此，它也是一種應(yīng)用廣泛、生命力強(qiáng)大的機(jī)種,一、單片機(jī)的發(fā)展歷史 單片機(jī)的發(fā)展與微機(jī)的發(fā)展大體上同步，主要經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段： 第一階段(1974年1976年)為單片機(jī)的初級階段，因受工藝和集成度的限制，單片機(jī)采用雙片形式。 第二階

48、段(1976年一1978年)為低性能的8位單片機(jī)階段。 以Intel公司于1976年生產(chǎn)的MCS 48為代表 第三階段(1978年一1983年)為高性能8位單片機(jī)階段。 以Intel公司的MCS51系列為代表 第四階段(1983年)為8位單片機(jī)鞏固發(fā)展及16位單片機(jī)推出階段。此階段的主要特征是 一方面發(fā)展16位單片機(jī)(如Intel公司的MCS96)及專用單片機(jī)；另一方面不斷完善高檔8位片機(jī)，改善其結(jié)構(gòu)，以滿足不同的用戶需求,二、單片機(jī)的發(fā)展趨勢 近幾年來，單片機(jī)的發(fā)展速度很快，縱觀各個(gè)系列的單片機(jī)產(chǎn)品的特性，可以看出單片機(jī)正朝著高性能、多品種的方向發(fā)展。 1CPU功能增強(qiáng) 2內(nèi)部資源增多 所謂

49、單片機(jī)內(nèi)部資源是指它內(nèi)部的存儲器容量和常用IO電路的種類和數(shù)量。目前，單片機(jī)內(nèi)部的ROM容量已達(dá)32KB，RAM已達(dá)1KB，還有掉電后信息能保護(hù)的E2PROM存儲器，同時(shí)還將一些常用的IO接口電路集成到單片機(jī)內(nèi)部，如并行和串行口、AD和DA轉(zhuǎn)換器、DMA通道等。這樣便大大減少了單片機(jī)的外接電路，使大多數(shù)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)體積小可靠,3使用多功能引腳 隨著單片機(jī)內(nèi)部資源的增多，所需的引腳也相應(yīng)增加。為了減少引腳數(shù)量，提高應(yīng)用的靈活性，單片機(jī)中普遍使用多功能引腳，即一個(gè)引腳有多種功能供用戶選擇。 4尋址范圍大 許多高性能的單片機(jī)不但內(nèi)部存儲器容量增大了，而且擴(kuò)大了CPU的尋址范圍，存儲空間達(dá)64KB一

50、16MB，從而提高了系統(tǒng)的擴(kuò)展能力。 5低功耗和低電壓 普遍采用CHMOS制造工藝，同時(shí)增加空閑等待方式和掉電(停機(jī))方式，極大地降低了 單片機(jī)的功耗,三、單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 單片機(jī)內(nèi)部包括計(jì)算機(jī)的基本功能部件，典型的單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖110所示,四、典型單片機(jī)產(chǎn)品 目前，單片機(jī)的制造商很多，主要有美國的Intel、Motorola和荷蘭Philip公司等。現(xiàn)對Intel公司和Motorola公司的典型產(chǎn)品作一介紹。 (一)Intel單片機(jī) ， Intel公司的單片機(jī)產(chǎn)品主要有MCS48、MCS51和MCS96系列,二)Motorola公司單片機(jī) Motorola公司生產(chǎn)8位和16位單片機(jī)，該公

51、司的單片機(jī)自成體系，產(chǎn)品的種類很多。其中，高檔八位單片機(jī)系列(MC68HC05系列)是最常用的，它采用HCMOS工藝制成，指令系統(tǒng)的功能很強(qiáng)，內(nèi)部資源也很豐富。表17列出了一些主要產(chǎn)品,20世紀(jì)80年代中期以后，Intel公司已把精力集中在CPU芯片的開發(fā)、研制上，并逐漸放棄了單片機(jī)芯片的生產(chǎn)。 但是以MCS-51為技術(shù)核心和主導(dǎo)的單片機(jī)已經(jīng)成為許多廠家、電氣公司競相選用的對象，以此為基核。以專利或技術(shù)交換的形式把8051內(nèi)核技術(shù)轉(zhuǎn)讓給各廠家。如：AMTEL、PHILIPS、ANALOG DEVICES、DALLAS公司。 這些廠家的兼容單片機(jī)，與8051的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（主要是指令系統(tǒng)）相同，采用

52、CMOS工藝- 80C51系列。 80C51系列：所有具有8051指令系統(tǒng)的單片機(jī)，不應(yīng)直接稱為MCS-51系列單片機(jī)，MCS只是Intel公司專用的單片機(jī)系列符號,三）關(guān)于AT89C5x系列單片機(jī),習(xí)慣把兼容機(jī)等衍生產(chǎn)品統(tǒng)稱為51系列單片機(jī)或51單片機(jī)。 在8051的基礎(chǔ)上又進(jìn)行了一些擴(kuò)充,稱為增強(qiáng)型、擴(kuò)展型，如52子系列單片機(jī)，功能和市場競爭力更強(qiáng)。 世界單片機(jī)芯片生產(chǎn)廠商推出的與8051（80C51）兼容的主要產(chǎn)品如下表,眾多的MCS-51單片機(jī)及其各種增強(qiáng)型、擴(kuò)展型衍生品種，ATMEL公司推出的AT89C5x系列，尤其是該系列中的AT89C51單片機(jī)在8位單片機(jī)應(yīng)用中占有相當(dāng)大的市場份

53、額。 ATMEL公司以E2PROM技術(shù)與Intel公司的80C51內(nèi)核的使用權(quán)進(jìn)行交換。該公司技術(shù)優(yōu)勢是其閃爍（Flash）存儲器技術(shù)，將Flash存儲器與80C51內(nèi)核相結(jié)合，形成了AT89C5x系列。 與MCS-51系列單片機(jī)在功能、引腳及指令系統(tǒng)方面完全兼容。又增加了一些新的功能，如看門狗定時(shí)器WDT、ISP及SPI串行接口等,是取代MCS-51系列單片機(jī)的主流芯片之一 。 表1-3為ATMEL公司生產(chǎn)的AT89系列單片機(jī)的主要產(chǎn)品的片內(nèi)硬件資源,盡管AT89C5x系列單片機(jī)有多種機(jī)型，但是掌握好基本型AT89C51是十分重要的，是具有8051內(nèi)核的各種型號單片機(jī)的基礎(chǔ)，具有典型性、代表性，也是各種增強(qiáng)型、擴(kuò)展型等衍生品種的基礎(chǔ)。 因此，以AT89C