第01章 微處理機(jī)概論

《微機(jī)原理與接口技術(shù)》任課教師聯(lián)系方法葉煒辦公室：工程中心大樓510（控制系新樓510）電話子郵件：wye@課程簡(jiǎn)介課程簡(jiǎn)介：講授微處理機(jī)原理；講授微處理機(jī)機(jī)系統(tǒng)接口技術(shù)；培養(yǎng)學(xué)生針對(duì)實(shí)際應(yīng)用，設(shè)計(jì)現(xiàn)代微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的能力；增強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐能力，解決實(shí)際問(wèn)題。課程目標(biāo)：掌握基礎(chǔ)知識(shí)、增強(qiáng)實(shí)踐能力！課程簡(jiǎn)介教材：微處理機(jī)原理與接口技術(shù)（主編：王汀，浙大出版社）參考書單片機(jī)原理及接口技術(shù)，清華大學(xué)出版社張迎新等，單片機(jī)初級(jí)教程－單片機(jī)基礎(chǔ)，北京航空航天大學(xué)出版社。上課時(shí)間：每周二上午上課地點(diǎn)：玉泉校區(qū)教7實(shí)驗(yàn)課時(shí)間地點(diǎn)：另行通知教學(xué)日歷第1周緒論第2周單片機(jī)的體系結(jié)構(gòu)（1）第3周單片機(jī)的體系結(jié)構(gòu)（2）第4周單片機(jī)的指令系統(tǒng)（1）第5周單片機(jī)的指令系統(tǒng)（2）第6周匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)（1）第7周匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)（2）第8周MCS-51中斷系統(tǒng)期中考試（不考）教學(xué)日歷第9周MCS-51定時(shí)器與計(jì)數(shù)器第10周MCS-51存儲(chǔ)器及擴(kuò)展第11周MCS-51并行接口及擴(kuò)展第12周D/A轉(zhuǎn)換接口第13周A/D轉(zhuǎn)換接口第14周MCS-51串行接口第15周人機(jī)I/O接口第16周綜合設(shè)計(jì)；復(fù)習(xí)期末考試實(shí)驗(yàn)和作業(yè)實(shí)驗(yàn)時(shí)間：16學(xué)時(shí)，分4～5次；實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1、軟件實(shí)驗(yàn)：4～6個(gè)，在自己的電腦上完成。2、硬件實(shí)驗(yàn)：4個(gè)。作業(yè)：1、微機(jī)原理部分：主要是軟件編程2、接口技術(shù)部分：包括硬件設(shè)計(jì)和軟件編程實(shí)驗(yàn)也是作業(yè)的重要組成部分特點(diǎn)：本課程具有很強(qiáng)的實(shí)踐性，因此實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)十分重要要求：獨(dú)立完成?？荚嚭统煽?jī)沒有期中考試作業(yè)、實(shí)驗(yàn)、到課情況、聽課情況這幾項(xiàng)作為平時(shí)學(xué)習(xí)成績(jī)，占總成績(jī)的10％；要求：聽好每一堂課實(shí)驗(yàn)課成績(jī)占總成績(jī)的30％；期末考試成績(jī)占總成績(jī)的60％。

第一章

微處理機(jī)概論§1-1課程學(xué)習(xí)概論：§1-2基本概念：§1-3基礎(chǔ)知識(shí)：§1-1課程學(xué)習(xí)概論：一、什么是微處理機(jī)二、為什么要學(xué)習(xí)微處理機(jī)原理課程三、如何學(xué)習(xí)微處理機(jī)原理課程一、什么是微處理機(jī)眼睛，耳朵，鼻子等構(gòu)成大腦的輸入傳感器通過(guò)手，胳膊，腿等構(gòu)成運(yùn)動(dòng)控制各種物理傳感器輸入構(gòu)成輸入設(shè)備電機(jī)，閥門等輸出設(shè)備二、為什么要學(xué)習(xí)微處理機(jī)原理課程

（1）1、微處理機(jī)的作用：構(gòu)成巨型計(jì)算機(jī)構(gòu)成微型計(jì)算機(jī)臺(tái)式計(jì)算機(jī)筆記本計(jì)算機(jī)掌上計(jì)算機(jī)構(gòu)成專用控制器二、為什么要學(xué)習(xí)微處理機(jī)原理課程

（2）

構(gòu)成專用控制器：家電控制：空調(diào)器、電冰箱、電視機(jī)、洗衣機(jī)等交通設(shè)施：汽車、交通控制等二、為什么要學(xué)習(xí)微處理機(jī)原理課程

（3）通訊設(shè)施：手機(jī)、傳呼機(jī)、電話機(jī)、交換機(jī)等工業(yè)控制：溫度控制、順序控制、過(guò)程控制等各種自動(dòng)控制設(shè)施儀器儀表：測(cè)試儀器、計(jì)算機(jī)外設(shè)、各種附加儀表等醫(yī)療設(shè)施：保健設(shè)備、檢查設(shè)備、治療設(shè)備等娛樂(lè)設(shè)施：音響設(shè)備、聲像設(shè)備、游戲設(shè)備等二、為什么要學(xué)習(xí)微處理機(jī)原理課程

（4）2、微處理機(jī)在攝影專業(yè)中的應(yīng)用：⑴普通攝影：攝影器材：電子快門、自動(dòng)調(diào)焦、自動(dòng)閃光燈、自動(dòng)測(cè)距等沖印器材：自動(dòng)沖卷、自動(dòng)擴(kuò)印、自動(dòng)補(bǔ)償、自動(dòng)送紙、自動(dòng)裁切等⑵數(shù)碼攝影：攝影器材：傳統(tǒng)器材功能之外還要數(shù)碼傳輸、數(shù)碼壓縮、數(shù)碼存儲(chǔ)等沖印器材：數(shù)碼還原、數(shù)碼輸出微處理機(jī)已經(jīng)遍布國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域三、如何學(xué)習(xí)微處理機(jī)原理課程1、發(fā)揮主體的主觀能動(dòng)性：注重課堂聽課，發(fā)揮主體主觀能動(dòng)性。2、重視實(shí)踐環(huán)節(jié)：作業(yè)、編程、實(shí)驗(yàn)3、教材與參考書：脫開書本的索縛，學(xué)會(huì)自主學(xué)習(xí)?！?-2基本概念：一、計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生與發(fā)展二、單片機(jī)的發(fā)展三、微處理器的分類與特點(diǎn)四、馮·諾依曼計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)五、相關(guān)概念一、計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生與發(fā)展（1）1、數(shù)字式電子計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生：1946年產(chǎn)生第一臺(tái)數(shù)字式電子計(jì)算機(jī)圖片一、計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生與發(fā)展（2）隨著電子技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)集成化程度越來(lái)越高電子管→晶體管→集成電路→大規(guī)模集成電路→超大規(guī)模集成電路第一代→→第二代→→→第三代→→→第四代→→（46-57）（58-64）（65-71）（72-今）一、計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生與發(fā)展（3）2、微處理器的產(chǎn)生：1968年3個(gè)從美國(guó)仙童公司跳槽的學(xué)者成立Intel公司1969年日本一公司要求Intel公司為其設(shè)計(jì)一組用于高性能可編程計(jì)算器的芯片，日本客戶的原始設(shè)計(jì)方案至少需要12塊專用芯片，Intel公司的Hoff工程師拒絕了這種笨拙的設(shè)計(jì)方案，代之以四塊芯片構(gòu)成：4001

RAM、4002ROM、4003寄存器、40044位CPU該四塊芯片的組合即可達(dá)簡(jiǎn)單通用計(jì)算機(jī)的功能。圖片微處理器之父TedHoff一、計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生與發(fā)展（4）3、Intel架構(gòu)PC機(jī)的產(chǎn)生：1975年美國(guó)MITS公司用8080CPU芯片結(jié)合存儲(chǔ)器芯片制造了世界上第一臺(tái)PC機(jī)Altair8800，銷售量6萬(wàn)多臺(tái)，1975年1月，蓋茨和艾倫為Altair8800開發(fā)出Basic語(yǔ)言一、計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生與發(fā)展（5）蘋果電腦公司，AppleIIc于1976年由SteveJobs和SteveWozniak和RonWayn創(chuàng)立。在當(dāng)年開發(fā)并銷售AppleI電腦。1977年發(fā)售最早的個(gè)人電腦AppleII。AppleMacintosh在1984年投放市場(chǎng)，首次結(jié)合了16位CPU，鼠標(biāo)，硬盤，以及支持圖形用戶界面和多任務(wù)的操作系統(tǒng)。1981年美國(guó)IBM公司用8088CPU芯片制造了世界上第一臺(tái)Intel架構(gòu)PC機(jī)。其操作系統(tǒng)MS-DOS成就了微軟公司。一、計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生與發(fā)展（5）4、微處理器的發(fā)展向著高速度和高集成度方向發(fā)展！年份型號(hào)位數(shù)集成度運(yùn)算速度1946ENIAC18000個(gè)電子管、70000個(gè)電阻0.005MIPS1000個(gè)電容、1500個(gè)繼電器）197040044位2000個(gè)晶體管0.06MIPS45條指令197140404位2250個(gè)晶體管197280088位3300個(gè)晶體管0.03MIPS197480808位4500個(gè)晶體管0.2MIPS19768085A8位6200個(gè)晶體管0.3MIPS1978808616位25000個(gè)晶體管1MIPS19798088準(zhǔn)16位29000個(gè)晶體管1MIPS80186以8086為核的單片機(jī)80188以8088為核的單片機(jī)一、計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生與發(fā)展（6）19828028616位13.4萬(wàn)個(gè)晶體管1.5MIPS19858038632位27.5萬(wàn)個(gè)晶體管≥5MIPS19898048632位160萬(wàn)個(gè)晶體管≥7MIPS19938058664位330萬(wàn)個(gè)晶體管≥90MIPS1995P-Ⅱ64位550萬(wàn)個(gè)晶體管≥300MIPS1998P-Ⅲ64位？萬(wàn)個(gè)晶體管≥800MIPS2001P-Ⅳ64位4200萬(wàn)個(gè)晶體管≥2000MIPS注：MIPS即為：百萬(wàn)條指令/秒圖片一、計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生與發(fā)展（7）5、計(jì)算機(jī)的發(fā)展方向：⑴微型化：目標(biāo)是：縮小體積、降低功耗、減少成本；⑵巨型化：目標(biāo)是：提高速度、增強(qiáng)功能、追求效率；⑶網(wǎng)絡(luò)化：目標(biāo)是：資源共享、使用方便、減小空間；⑷智能化：目標(biāo)是：知識(shí)總結(jié)、工作輔助、思維方式。⑸多媒體技術(shù)：二、單片機(jī)的發(fā)展（1）單片機(jī)誕生于20世紀(jì)70年代末，經(jīng)歷了SCM、MCU、SoC三大階段。SCM：即單片微型計(jì)算機(jī)（SingleChipMicrocomputer）階段，在開創(chuàng)嵌入式系統(tǒng)獨(dú)立發(fā)展道路上，Intel公司功不可沒。MCU：即微控制器（MicroControllerUnit）階段，主要的技術(shù)發(fā)展方向是：不斷擴(kuò)展?jié)M足嵌入式應(yīng)用時(shí)，對(duì)象系統(tǒng)要求的各種外圍電路與接口電路，突顯其對(duì)象的智能化控制能力。在發(fā)展MCU方面，Philips公司其中皎皎者。SoC：片上系統(tǒng)（SystemonChip），尋求應(yīng)用系統(tǒng)在芯片上的最大化解決；因此，專用單片機(jī)的發(fā)展自然形成了SoC化趨勢(shì)。隨著微電子技術(shù)、IC設(shè)計(jì)、EDA工具的發(fā)展，對(duì)單片機(jī)的理解可以從單片微型計(jì)算機(jī)、單片微控制器延伸到單片應(yīng)用系統(tǒng)。二、單片機(jī)的發(fā)展（2）（1）第一階段（1976-1978）：初始階段。以Intel公司的MCS–48為代表。其他公司還有Motorola、Zilog等，都取得了滿意的效果。這就是SCM的誕生年代，“單機(jī)片”一詞即由此而來(lái)。（2）第二階段（1978-1982）：完善階段。Intel公司在MCS–48基礎(chǔ)上推出了完善的、典型的單片機(jī)系列MCS–51。它在以下幾個(gè)方面奠定了典型的通用總線型單片機(jī)體系結(jié)構(gòu)。①完善的外部總線。MCS-51設(shè)置了經(jīng)典的8位單片機(jī)的總線結(jié)構(gòu)，包括8位數(shù)據(jù)總線、16位地址總線、控制總線及具有很多機(jī)通信功能的串行通信接口。②CPU外圍功能單元的集中管理模式。③位地址空間及位操作方式。④指令系統(tǒng)趨于豐富和完善，并且增加了許多突出控制功能的指令。二、單片機(jī)的發(fā)展（3）（3）第三階段（1982-1990）：8位單片機(jī)的鞏固發(fā)展及16位單片機(jī)的推出階段，也是單片機(jī)向微控制器發(fā)展的階段。Intel公司推出的MCS–96系列單片機(jī)，將一些用于測(cè)控系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、程序運(yùn)行監(jiān)視器、脈寬調(diào)制器等納入片中，體現(xiàn)了單片機(jī)的微控制器特征。隨著MCS–51系列的推廣應(yīng)用，許多電氣廠商競(jìng)相使用80C51為內(nèi)核，將許多測(cè)控系統(tǒng)中使用的電路技術(shù)、接口技術(shù)、多通道A/D轉(zhuǎn)換部件、可靠性技術(shù)等應(yīng)用到單片機(jī)中，增強(qiáng)了外圍電路功能，強(qiáng)化了智能控制的特征。（4）第四階段（1990—）：微控制器的全面發(fā)展階段。隨著單片機(jī)在各個(gè)領(lǐng)域全面深入地發(fā)展和應(yīng)用，出現(xiàn)了高速、大尋址范圍、強(qiáng)運(yùn)算能力的8位/16位/32位通用型單片機(jī)，以及小型廉價(jià)的專用型單片機(jī)。二、單片機(jī)的發(fā)展（4）單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)

CMOS化：CMOS芯片除了低功耗特性之外，還具有功耗的可控性，使單片機(jī)可以工作在功耗精細(xì)管理狀態(tài)。這也是今后以80C51取代8051為標(biāo)準(zhǔn)MCU芯片的原因。低功耗化：?jiǎn)纹瑱C(jī)的功耗已從mA級(jí)，甚至到uA級(jí)以下；使用電壓在3~6V之間，完全適應(yīng)電池工作。低功耗化的效應(yīng)不僅是功耗低，而且?guī)?lái)了產(chǎn)品的高可靠性、高抗干擾能力以及產(chǎn)品的便攜化。低電壓化：幾乎所有的單片機(jī)都有WAIT、STOP等省電運(yùn)行方式。允許使用的電壓范圍越來(lái)越寬，一般在3~6V范圍內(nèi)工作。低電壓供電的單片機(jī)電源下限已可達(dá)1~2V。目前0.8V供電的單片機(jī)已經(jīng)問(wèn)世。二、單片機(jī)的發(fā)展（5）低噪聲與高可靠性：提高單片機(jī)的抗電磁干擾能力，使產(chǎn)品能適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境，滿足電磁兼容性方面更高標(biāo)準(zhǔn)的要求。大容量化：以往單片機(jī)內(nèi)的ROM為1KB~4KB，RAM為64~128B。目前，單片機(jī)內(nèi)ROM最大可達(dá)64KB，RAM為4KB高性能化：進(jìn)一步改進(jìn)CPU的性能，加快指令運(yùn)算的速度和提高系統(tǒng)控制的可靠性。采用精簡(jiǎn)指令集（RISC）結(jié)構(gòu)和流水線技術(shù)，可以大幅度提高運(yùn)行速度。現(xiàn)指令速度最高者已達(dá)100MIPS（MillionInstructionPerSeconds，即兆指令每秒）。二、單片機(jī)的發(fā)展（6）小容量、低價(jià)格化：以4位、8位機(jī)為中心的小容量、低價(jià)格化也是發(fā)展動(dòng)向之一，主要用途是把以往用數(shù)字邏輯集成電路組成的控制電路單片化，可廣泛用于家電產(chǎn)品，具有高性價(jià)比。高集成化：隨著集成度的不斷提高，把各種外圍功能器件集成在片內(nèi)。除了CPU、ROM、RAM、定時(shí)器等基本配置，片內(nèi)集成模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、DMA控制器、聲音發(fā)生器、監(jiān)視定時(shí)器、液晶顯示驅(qū)動(dòng)器、彩色電視機(jī)和錄像機(jī)用的鎖相電路等。串行擴(kuò)展技術(shù)：I2C、SPI等串行總線的引入，可以使單片機(jī)的引腳設(shè)計(jì)得更少，單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)化及規(guī)范化。二、單片機(jī)的發(fā)展（7）在單片機(jī)家族中，80C51系列是其中的佼佼者。Intel公司將其MCS–51系列中的80C51內(nèi)核使用權(quán)以專利互換或出售形式轉(zhuǎn)讓給全世界許多著名IC制造廠商，如Philips、NEC、Atmel、AMD、華邦等，這些公司都在保持與80C51單片機(jī)兼容的基礎(chǔ)上改善了80C51的許多特性。最終，80C51就變成有眾多制造廠商支持的、發(fā)展出上百品種的大家族，現(xiàn)統(tǒng)稱為80C51系列。80C51單片機(jī)已成為單片機(jī)發(fā)展的主流。三、微處理器的分類與特點(diǎn)

（1）1、按微處理器的字長(zhǎng)特征分類：⑴位片式（1位）⑵4位⑶8位⑷16位⑸32位⑹64位圖三、微處理器的分類與特點(diǎn)

（2）2、按微處理器的結(jié)構(gòu)特征分類：⑴復(fù)雜指令集CISC結(jié)構(gòu)（Intel8086、MC6800及MCS-51系列等）⑵精簡(jiǎn)指令集RISC結(jié)構(gòu)（PIC16系列、AVR單片機(jī)等）⑶CISC、RISC兩種結(jié)構(gòu)相兼容（由8086系列發(fā)展過(guò)來(lái)的如PⅢ、PⅣ等）三、微處理器的分類與特點(diǎn)

（3）3、按微處理器的應(yīng)用特征分類：⑴通用微處理器目前主流的奔騰Ⅳ型微處理器⑵專用微處理器32位的ARM系列、8位的MCS-51等⑶特殊微處理器數(shù)字信息處理器DSP、模糊邏輯微控制器FMC四、馮·諾依曼計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)

（1）約翰·馮·諾依曼（JohnvonNeumann，1903－1957），美籍匈牙利人。22歲獲得數(shù)學(xué)博士學(xué)位，30歲獲得美國(guó)普林斯頓大學(xué)的終身教授。馮·諾依曼對(duì)人類的最大貢獻(xiàn)是對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)、數(shù)值分析和經(jīng)濟(jì)學(xué)中的博弈論的開拓性工作。1944-1945年，馮·諾依曼加入ENIAC計(jì)算機(jī)研制小組。1945年，發(fā)表了“存儲(chǔ)程序通用電子計(jì)算機(jī)方案”--EDVAC（ElectronicDiscreteVariableAutomaticComputer的縮寫）。在此過(guò)程中，馮·諾依曼顯示出他雄厚的數(shù)理基礎(chǔ)知識(shí)，所起草的關(guān)于EDVAC的研制報(bào)告，廣泛而具體地介紹了制造電子計(jì)算機(jī)和程序設(shè)計(jì)的新思想。這份報(bào)告是計(jì)算機(jī)發(fā)展史上一個(gè)劃時(shí)代的文獻(xiàn)，它向世界宣告：電子計(jì)算機(jī)的時(shí)代開始了。迄今為止所有進(jìn)入實(shí)用的電子計(jì)算機(jī)都是按其1946年提出的結(jié)構(gòu)體系和工作原理設(shè)計(jì)制造四、馮·諾依曼計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)

（2）

1、EDVAC方案明確奠定了新機(jī)器由五個(gè)部分組成馮·諾依曼計(jì)算機(jī)的五大部件：

運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備運(yùn)算器存儲(chǔ)器控制器輸入設(shè)備輸出設(shè)備數(shù)據(jù)指令數(shù)據(jù)指令采樣文字圖表控制四、馮·諾依曼計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)

（3）EDVAC方案描述了這五部分的職能和相互關(guān)系，同時(shí)對(duì)EDVAC中的兩大設(shè)計(jì)思想作了進(jìn)一步的論證，為計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)樹立了一座里程碑。1、二進(jìn)制：報(bào)告分析了二進(jìn)制的優(yōu)點(diǎn)，并預(yù)言二進(jìn)制的采用將大大簡(jiǎn)化機(jī)器的邏輯線路2、程序內(nèi)存：通過(guò)對(duì)ENIAC的考察，諾伊曼敏銳地抓住了它的最大弱點(diǎn)--沒有真正存儲(chǔ)器。ENIAC只有20個(gè)暫存器，它的程序是外插型的，指令存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)的其他電路中，工作時(shí)需通過(guò)手工把相應(yīng)的電路聯(lián)通。這種準(zhǔn)備工作要花幾小時(shí)甚至幾天時(shí)間，而計(jì)算本身只需幾分鐘。計(jì)算的高速與程序的手工存在著很大的矛盾。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，諾伊曼提出了程序內(nèi)存的思想：把運(yùn)算程序存在機(jī)器的存儲(chǔ)器中，程序設(shè)計(jì)員只需要在存儲(chǔ)器中尋找運(yùn)算指令，機(jī)器就會(huì)自行計(jì)算，。四、馮·諾依曼計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)

（4）1、馮·諾依曼計(jì)算機(jī)的六大特點(diǎn)：⑴存儲(chǔ)器是按地址訪問(wèn)的按順序線性編址的一維結(jié)構(gòu)，每個(gè)單元的位數(shù)固定；⑵指令由操作碼和地址碼構(gòu)成，前者指定指令操作類型，后者指明操作數(shù)存放地址；⑶指令在存儲(chǔ)器中按順序存儲(chǔ)，由指令計(jì)數(shù)器指明取指地址，每取完一字節(jié)指令，指令計(jì)數(shù)器一般按順序自動(dòng)加1；⑷在存儲(chǔ)器中，指令與數(shù)據(jù)同等對(duì)待，本身不能區(qū)別；四、馮·諾依曼計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)

（5）⑸機(jī)器以運(yùn)算器為中心，輸入、輸出設(shè)備與存儲(chǔ)器間數(shù)據(jù)傳送都必須途經(jīng)運(yùn)算器，這四者操作及聯(lián)系都由控制器集中控制；⑹數(shù)據(jù)以二進(jìn)制編碼表示，采用二進(jìn)制運(yùn)算。2、馮·諾依曼計(jì)算機(jī)的一個(gè)根本：即存儲(chǔ)程序控制形式四、馮·諾依曼計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)

（6）3、馮·諾依曼計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程：獲取指令譯碼指令執(zhí)行指令控制器從存儲(chǔ)器在寄存器運(yùn)算器五、相關(guān)概念（1）1、微處理機(jī)：μP、MPU數(shù)字式電子計(jì)算機(jī)中的運(yùn)算器+控制器是其核心，合稱為中央處理單元或中央處理器CPU。將中央處理單元CPU集成在一塊硅芯片上。也稱微處理單元MPU或微處理器μP。2、主機(jī)：通常將中央處理單元CPU+存儲(chǔ)器一起稱作計(jì)算機(jī)的主機(jī)。3、微型計(jì)算機(jī)：μC、MC以微處理器為核心配上半導(dǎo)體存儲(chǔ)器、輸入輸出設(shè)備所構(gòu)成的計(jì)算機(jī)硬件。五、相關(guān)概念（2）4、微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：微型計(jì)算機(jī)配上電源等輔助硬件及合適的軟件就構(gòu)成了能夠獨(dú)立工作的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。5、單片機(jī)：SCMC、MCU將計(jì)算機(jī)主機(jī)及部分I/O部件和I/O接口集成在一塊硅芯片中。其英文縮寫為SCMC即單片微型計(jì)算機(jī)。由于單片機(jī)常常被用作為控制器，國(guó)際上稱之為用于控制目的的微型計(jì)算機(jī)或稱微控制器MCU。五、相關(guān)概念（3）6、數(shù)字信息處理器：DSP（DigitalSignalProcessing）一種特殊微處理器7、模糊邏輯微控制器FMC（FuzzyMicroController）一種特殊微處理器8、片上系統(tǒng)SOC（SystemOnChip）多種微處理器集成在一塊硅片上§1-3基礎(chǔ)知識(shí)一、軟件基礎(chǔ)：二、硬件基礎(chǔ)：三、指令與程序：一、軟件基礎(chǔ)：（1）1、數(shù)制：⑴二進(jìn)制數(shù)：二個(gè)數(shù)符：0、1B3B2B1B0=B3×23＋B2×22＋B1×21＋B0×20⑵十進(jìn)制數(shù)：十個(gè)數(shù)符：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9D3D2D1D0=D3×103＋D2×102＋D1×101＋D0×100⑶十六進(jìn)制數(shù)：十六個(gè)數(shù)符：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、FH3H2H1H0=H3×163＋H2×162＋H1×161＋H0×160注意：由于有不同數(shù)制數(shù)的存在,若不標(biāo)出標(biāo)記將會(huì)形成混淆而無(wú)法分清數(shù)據(jù)的值，例如：書寫11，若不指明數(shù)制，就要引起混淆若為十進(jìn)制，表示的是十進(jìn)制數(shù)11若為二進(jìn)制，表示的是十進(jìn)制數(shù)3若為十六進(jìn)制，表示的是十進(jìn)制數(shù)17因此，書寫時(shí)必須給出數(shù)制的標(biāo)識(shí)！常見的標(biāo)識(shí)方法有兩種一是用括號(hào)后加下標(biāo)，如：

(11)2(11)10(11)16這種標(biāo)識(shí)機(jī)器難以識(shí)別,一般用于書寫.二是用英文字母加在被標(biāo)記數(shù)的后面，如：11B11D11H這種標(biāo)識(shí)有利于機(jī)器識(shí)別,常用.通常對(duì)于十進(jìn)制表示,省略后綴D一、軟件基礎(chǔ)：（2）2、數(shù)制間轉(zhuǎn)換：⑴二進(jìn)制數(shù)→十進(jìn)制數(shù)：按權(quán)展開⑵十進(jìn)制數(shù)→二進(jìn)制數(shù)：整數(shù)除2取余，直至商為零，注意先得到的為最低位，最后得到的是最高位；小數(shù)乘2取整，直至積為零，注意先得到的為最高位，最后得到的是最低位，小數(shù)表達(dá)不盡時(shí)根據(jù)精度要求取足夠位；⑶十六進(jìn)制數(shù)→十進(jìn)制數(shù)：按權(quán)展開一、軟件基礎(chǔ)：（3）⑷十進(jìn)制數(shù)→十六進(jìn)制數(shù)：整數(shù)除16取余，直至商為零，注意先得到的為最低位，最后得到的是最高位；小數(shù)乘16取整，直至積為零，注意先得到的為最高位，最后得到的是最低位，小數(shù)表達(dá)不盡時(shí)根據(jù)精度要求取足夠位；⑸二進(jìn)制數(shù)→十六進(jìn)制數(shù)：小數(shù)點(diǎn)為界，整數(shù)自右向左、小數(shù)自左向右四位為單位轉(zhuǎn)換⑹十六進(jìn)制數(shù)→二進(jìn)制數(shù)：一位直接展開成四位二/十/十六進(jìn)制互換十進(jìn)制數(shù)十六進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)十進(jìn)制數(shù)十六進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)000H0000B110BH1011B101H0001B120CH1100B202H0010B130DH1101B303H0011B140EH1110B404H0100B150FH1111B505H0101B1610H00010000B606H0110B1711H00010001B707H0111B1812H00010010B808H1000B1913H00010011B909H1001B2014H00010100B100AH1010B2115H00010101B二/十/十六進(jìn)制互換【例】十進(jìn)制1234.56=1×103+2×102+3×101+4×100+5×10-1+6×10-2=1000+200+30+4+0.5+0.06【例】二進(jìn)制111.11B=1×22+1×21+1×20+1×2-1+1×2-2=7.75【例】十六進(jìn)制A3.4H=10×161+3×160+4×16-1=160+3+0.25=163.25一、軟件基礎(chǔ)：（4）3、帶符號(hào)定點(diǎn)數(shù)表示方法：8位二進(jìn)制數(shù)稱為1個(gè)字節(jié)，其B7B6B5B4B3B2B1B0位在計(jì)算機(jī)中約定分別以D7到D0表示，D7稱最高有效位MSB，D0稱最低有效位LSB；一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)能夠表達(dá)的無(wú)符號(hào)數(shù)范圍為0至255。有符號(hào)數(shù)的正、負(fù)號(hào)在計(jì)算機(jī)中也必須用0、1表示，計(jì)算機(jī)中約定以最高有效位MSB表示符號(hào)，且以0表示正號(hào)、1表示負(fù)號(hào)。習(xí)慣上把計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)稱作機(jī)器數(shù)，帶符號(hào)數(shù)機(jī)器數(shù)可以分別用原碼、反碼或補(bǔ)碼表示，一個(gè)字節(jié)機(jī)器數(shù)能夠表達(dá)的帶符號(hào)數(shù)范圍按表示方法不同而異：圖一個(gè)字節(jié)的表示方法無(wú)符號(hào)數(shù)的表示方法：有符號(hào)數(shù)的表示方法：D7D6D5D4D3D2D1D0MSBLSBD7D6D5D4D3D2D1D0符號(hào)位數(shù)據(jù)位返回一、軟件基礎(chǔ)：（5）⑴原碼表示方法：正數(shù)符號(hào)位用0表示，負(fù)數(shù)符號(hào)位用1表示，數(shù)值以其自然權(quán)值表達(dá)的機(jī)器數(shù)稱為原碼。原碼表示的一個(gè)字節(jié)帶符號(hào)數(shù)表達(dá)范圍為-127至+127。原碼表示帶符號(hào)數(shù)時(shí)，零有兩種表達(dá)方式，即-0和+0。⑵反碼表示方法：正數(shù)的反碼表示與正數(shù)的原碼相同；負(fù)數(shù)的反碼由其自然權(quán)表達(dá)值按位取反后得到。反碼表示的一個(gè)字節(jié)帶符號(hào)數(shù)表達(dá)范圍也為-127至+127。反碼表示帶符號(hào)數(shù)時(shí)，零同樣有兩種表達(dá)方式，即-0和+0。一、軟件基礎(chǔ)：（6）⑶補(bǔ)碼表示方法：

正數(shù)的補(bǔ)碼表示與正數(shù)的原碼相同；負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼由其自然權(quán)表達(dá)值按位取反加1后得到。補(bǔ)碼表示的一個(gè)字節(jié)帶符號(hào)數(shù)表達(dá)范圍也為-128至+127。補(bǔ)碼表示帶符號(hào)數(shù)時(shí)，零只有一種表達(dá)方式，即-0=+0=00000000B。原/反/補(bǔ)碼表示方法無(wú)符號(hào)二進(jìn)制數(shù)無(wú)符號(hào)十進(jìn)制數(shù)原碼反碼補(bǔ)碼000000000+0+00000000011+1+1+1000000102+2+2+2……………01111101125+125+125+12501111110126+126+126+12601111111127+127+127+12710000000128-0-127-12810000001129-1-126-12710000010130-2-125-126……………11111101253-125-2-311111110254-126-1-211111111255-127-0-1注意：對(duì)于“0”的表示A)原碼有兩種不同的表示，稱之為+0，-0分別為：00000000B、10000000BB)反碼有兩種不同的表示，稱之為+0，-0分別為：00000000B、11111111BC)補(bǔ)碼的±0只有一種表示，即：00000000B一、軟件基礎(chǔ)：（7）4、數(shù)碼：⑴操作碼：指令中表達(dá)計(jì)算機(jī)操作內(nèi)容的數(shù)碼。⑵地址碼：表達(dá)計(jì)算機(jī)操作數(shù)據(jù)所在地址的數(shù)碼。

一、軟件基礎(chǔ)：（8）⑶BCD碼：用二進(jìn)制表達(dá)十進(jìn)制數(shù)的數(shù)碼稱BCD碼。BCD碼的方式有很多種，最常用的是自然權(quán)BCD碼。一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)中低半字節(jié)為1個(gè)BCD碼，高半字節(jié)為0時(shí)稱非壓縮BCD碼；一個(gè)字節(jié)的高、低半字節(jié)均為BCD碼，且高半字節(jié)為高位、低半字節(jié)為低位時(shí)稱壓縮BCD碼。一、軟件基礎(chǔ)：（9）⑷ASCII碼：美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)信息交換代碼，用七位二進(jìn)制數(shù)來(lái)表示數(shù)字、字母和符號(hào)共128種。用一個(gè)字節(jié)機(jī)器碼表示ASCII碼時(shí)，其最高一位常用作奇偶校驗(yàn)位。⑸七段顯示碼：與硬件結(jié)構(gòu)有關(guān)，在相關(guān)章節(jié)中講解。一、軟件基礎(chǔ)：（10）5、浮點(diǎn)數(shù)：一個(gè)X進(jìn)制的任何數(shù)據(jù)N均可以表達(dá)成：N=XP×S式中：S稱為N的尾數(shù)，P稱為N的階碼，X稱為階碼的底。若:階碼的底為2，階碼P、尾數(shù)S都用二進(jìn)制數(shù)表示，則可以構(gòu)成浮點(diǎn)數(shù)機(jī)器碼。尾數(shù)S是帶符號(hào)補(bǔ)碼表示的純小數(shù)，其所取位數(shù)決定了浮點(diǎn)數(shù)機(jī)器碼的有效精度；階碼P是補(bǔ)碼表示的帶符號(hào)數(shù)，其所取位數(shù)決定了浮點(diǎn)數(shù)機(jī)器碼的表達(dá)范圍。二、硬件基礎(chǔ)：（1）1、邏輯代數(shù)：⑴普通代數(shù)與邏輯代數(shù)：普通代數(shù)有加、減、乘、除、乘方、開方、三角函數(shù)等多種運(yùn)算；邏輯代數(shù)只有加、乘、非三種運(yùn)算，且含義不同，以加為例：十進(jìn)制：1+1=2；二進(jìn)制：1+1=10；邏輯代數(shù)：1+1=1⑵邏輯代數(shù)的基本運(yùn)算：邏輯加：L=A+B其規(guī)則為：0+0=0；0+1=1；1+0=1；1+1=1邏輯乘：L=A×BL=A·B或L=AB其規(guī)則為：0×0=0；0×1=0；1×0=0；1×1=1邏輯非：其規(guī)則為：0=11=0二、硬件基礎(chǔ)：（2）⑶邏輯代數(shù)基本公式：0×A=0；1×A=A；0+A=A；1+A=1；A+A=A；A×A=A；A+A=1；A×A=0；A=A；二、硬件基礎(chǔ)：（3）⑷化簡(jiǎn)邏輯代數(shù)的基本公式：交換律：A+B=B+A；A×B=B×A；結(jié)合律：（A+B）+C=A+（B+C）；A×（BC）=（AB）×C；分配律：AB+AC=A（B+C）以上三規(guī)律在普通代數(shù)中也成立，以下為邏輯代數(shù)所特有：反演律：A+B=A×B；A×B=A+B；吸收律：A+AB=A；A+AB=A+B；A（A+B）=A；A（A+B）=AB分配律：A+BC=（A+B）（A+C）二、硬件基礎(chǔ)：（4）⑸邏輯真值表：邏輯代數(shù)式的輸入變量與輸出變量之間的組合狀態(tài)排成表格就叫真值表。二、硬件基礎(chǔ)：（5）2、邏輯電路：⑴與門：實(shí)現(xiàn)邏輯“與”操作的電路叫與門。（邏輯乘關(guān)系）Y=A×B⑵或門：實(shí)現(xiàn)邏輯“或”操作的電路叫或門。（邏輯加關(guān)系）Y=A+B⑶非門：實(shí)現(xiàn)輸出狀態(tài)與輸入狀態(tài)相反的邏輯電路叫非門。（邏輯非關(guān)系）Y=A⑷與非門：與門之后接一個(gè)非門即可構(gòu)成與非門。Y=A×B⑸或非門：或門之后接一個(gè)非門即可構(gòu)成或非門。Y=A+B二、硬件基礎(chǔ)：（6）⑹異或門：實(shí)現(xiàn)邏輯異或的電路，則稱之為異或門。其邏輯關(guān)系為：Y=AB+AB或表示為：Y=A㈩B3、運(yùn)算電路：⑴一位二進(jìn)制加法（半加器）：考慮進(jìn)位后，一位二進(jìn)制數(shù)A+B等于由進(jìn)位位C和該位的和S組成。由邏輯關(guān)系可以推出C、S與A、B的邏輯關(guān)系為：S=A㈩B；C=A×B；因此，一位二進(jìn)制加法（半加器）可由一只異或門和一只與門構(gòu)成。電路符號(hào)二、硬件基礎(chǔ)：（7）⑵多位二進(jìn)制加法（全加器）：全加器的邏輯關(guān)系為：Si=Ai㈩Bi㈩Ci-1；Ci=AiBi+BiCi-1+CiAi-1；因此，全加器可由與門、或門和異門構(gòu)成。⑶二進(jìn)制減法：被減數(shù)以補(bǔ)碼表示后即可方便地用全加器來(lái)實(shí)現(xiàn)。⑷乘法器：（略）⑸除法器：（略）二、硬件基礎(chǔ)：（8）4、觸發(fā)器：⑴組合邏輯電路：門電路、復(fù)合門電路、運(yùn)算電路等組合邏輯電路的三特點(diǎn)：A、電路輸入信號(hào)每一組組合狀態(tài)必定對(duì)應(yīng)有一個(gè)輸出信號(hào)；B、某一組輸入信號(hào)一旦消失，輸出信號(hào)立即發(fā)生變化，即電路無(wú)記憶功能；C、任一時(shí)刻的輸出信號(hào)狀態(tài)僅與當(dāng)時(shí)輸入信號(hào)狀態(tài)有關(guān)，而與電路以往歷史無(wú)關(guān)。運(yùn)算器、譯碼器、編碼器、奇偶校驗(yàn)電路等都是組合邏輯電路范圍。二、硬件基礎(chǔ)：（9）⑵時(shí)序邏輯電路：各種數(shù)制的計(jì)數(shù)器、寄存器、鎖存器等時(shí)序邏輯電路有以下兩個(gè)特點(diǎn)：A、有記憶功能，即當(dāng)輸入信號(hào)消失后電路的輸出狀態(tài)仍能保留下來(lái)；B、有嚴(yán)格的時(shí)間次序概念，即輸出狀態(tài)不僅取決于電路當(dāng)時(shí)輸入狀態(tài)且往往與此前曾經(jīng)輸入的狀態(tài)有關(guān)。時(shí)序邏輯電路的基本電路單元是觸發(fā)器。時(shí)序電路有兩種類型：輸入狀態(tài)起作用要借助于時(shí)鐘脈沖，各觸發(fā)器同步進(jìn)行，這叫同步時(shí)序電路；輸入信號(hào)無(wú)須時(shí)鐘脈沖控制，隨到隨起作用，各觸發(fā)器異步工作，這就叫異步時(shí)序電路。二、硬件基礎(chǔ)：（10）⑶觸發(fā)器功能：每到來(lái)一個(gè)時(shí)鐘，觸發(fā)器不外乎以下四種可能：A、翻轉(zhuǎn)：原來(lái)為0狀態(tài)翻為1狀態(tài)，原來(lái)為1狀態(tài)翻為0狀態(tài)；B、不變：原來(lái)為0狀態(tài)仍為0狀態(tài)，原來(lái)為1狀態(tài)仍為1狀態(tài)；C、清“0”：不管原來(lái)是0還是1，電路總歸成為0狀態(tài)；D、

置“1”：不管原來(lái)是0還是1，電路總歸成為1狀態(tài)；具有A、B兩種功能的電路稱為T觸發(fā)器；只有A一種功能的電路稱為T’觸發(fā)器；具有C、D兩種功能的電路稱為D觸發(fā)器；具有B、C、D三種功能的電路稱為R-S觸發(fā)器；具有A、B、C、D全部四種功能的電路稱為J-K觸發(fā)器?；綬-S觸發(fā)器是構(gòu)成其他形式觸發(fā)器的基礎(chǔ)，D觸發(fā)器在微處理機(jī)中常用作狀態(tài)鎖存器，故須了解。國(guó)際常用門電路符號(hào)國(guó)際流行符號(hào)國(guó)際流行符號(hào)國(guó)際流行符號(hào)國(guó)際流行符號(hào)與門或門非門異或門返回三、指令與程序：（1）1、計(jì)算機(jī)工作過(guò)程：要讓一臺(tái)計(jì)算機(jī)為人類解決某一個(gè)實(shí)際問(wèn)題，必須經(jīng)過(guò)以下幾個(gè)方面：⑴建立數(shù)學(xué)模型：以數(shù)學(xué)方法來(lái)描述某個(gè)需要解決的實(shí)際問(wèn)題；⑵設(shè)計(jì)計(jì)算方法：針對(duì)數(shù)學(xué)模型，考慮計(jì)算機(jī)本身的特點(diǎn)，提出實(shí)現(xiàn)解決某個(gè)實(shí)際問(wèn)題的具體方法；⑶編制應(yīng)用程序：用計(jì)算機(jī)的指令把算法表達(dá)成計(jì)算機(jī)能夠操作的控制過(guò)程，指令通常以助記形式語(yǔ)句表示；三、指令與程序：（2）⑷翻譯機(jī)器代碼：將助記形式表達(dá)的計(jì)算機(jī)程序翻譯成計(jì)算機(jī)所能接受的機(jī)器代碼，該過(guò)程可以人工完成，也可以借助計(jì)算機(jī)完成。對(duì)高級(jí)語(yǔ)言翻譯過(guò)程稱為編譯，對(duì)匯編語(yǔ)言翻譯過(guò)程稱為匯編；⑸裝入機(jī)器代碼：把機(jī)器代碼按一定順序裝入計(jì)算機(jī)能夠訪問(wèn)的內(nèi)部存儲(chǔ)器中，以便下一步的計(jì)算機(jī)執(zhí)行。裝入機(jī)器代碼的過(guò)程可以有多種形式：EPROM的固化、由鍵盤輸入到RAM中、由監(jiān)控程序?qū)⑼獯嬷械某绦蜃x入到內(nèi)存中、用通訊方式從另一臺(tái)計(jì)算機(jī)中獲取機(jī)器代碼等；三、指令與程序：（3）⑹計(jì)算機(jī)的運(yùn)行：計(jì)算機(jī)的運(yùn)行過(guò)程，實(shí)際上是CPU周而復(fù)始的從內(nèi)存中逐條取出指令、解釋指令、執(zhí)行指令而實(shí)現(xiàn)的。程序中，一般情況下指令是按順序執(zhí)行的，但根據(jù)算法也穿插一些判斷、轉(zhuǎn)移指令，使得程序的執(zhí)行順序千變?nèi)f化，從而實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜、內(nèi)容豐富的控制功能。三、指令與程序：（4）2、計(jì)算機(jī)中的指令：程序由若干條有序的指令構(gòu)成。⑴指令的本質(zhì)：控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行各種操作的命令稱為指令，也可理解為：計(jì)算機(jī)硬件能夠執(zhí)行的基本操作的命令；三、指令與程序