微型計(jì)算機(jī)概述課件

微型計(jì)算機(jī)概述1.1微型計(jì)算機(jī)1.2微機(jī)的軟件基礎(chǔ)1.3微機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)1.1微型計(jì)算機(jī)

——微型化的電子計(jì)算機(jī)1.1.1微處理器、微型計(jì)算機(jī)和微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.1.2微型計(jì)算機(jī)性能指標(biāo)1.1.3微型計(jì)算機(jī)組成1.1.4微機(jī)的分類及其應(yīng)用1.1.1微處理器、微型計(jì)算機(jī)和

微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)◆微處理器（MP，Microprocessor），也可以稱為CPU或MPU。微處理器是由算術(shù)邏輯部件（ALU）、控制部件（CU）、寄存器（R）組、片內(nèi)總線等部分組成的大規(guī)模集成電路芯片?！粑⑿陀?jì)算機(jī)（MC，Microcomputer）是以微處理器為核心，配上大規(guī)模集成電路的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器、輸入和輸出接口電路，以及相應(yīng)的輔助電路，簡稱微機(jī)或電腦。◆微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（MCS，MicrocomputerSystem）是以微型計(jì)算機(jī)為主體，配上一定規(guī)模的系統(tǒng)軟件和外設(shè)而構(gòu)成的。1.1.2微型計(jì)算機(jī)性能指標(biāo)◆字長：微處理器并行處理的最大位數(shù)，通常與微處理器的寄存器、運(yùn)算器、數(shù)據(jù)傳輸線的位數(shù)一致。字長是微機(jī)的重要性能指標(biāo)，也是微機(jī)分類的主要依據(jù)之一?！舸鎯?chǔ)容量：微機(jī)系統(tǒng)能夠直接訪問的存儲(chǔ)單元數(shù)目，即主/內(nèi)存儲(chǔ)器能夠存放的最大字節(jié)數(shù)。存儲(chǔ)單元/字節(jié)數(shù)目是由傳送存儲(chǔ)器地址的傳輸線條數(shù)決定的，以KB，或MB，或GB為單位?！暨\(yùn)算速度：不斷提高運(yùn)算速度，是微機(jī)多年發(fā)展所努力追求的目標(biāo)之一。以每秒執(zhí)行基本指令的條數(shù)，百萬條/秒（MIP/s）為單位，或以計(jì)算機(jī)的主頻，MHz（106Hz）為單位?！粝到y(tǒng)配置：提供必要的人機(jī)聯(lián)系手段。微機(jī)的外設(shè)配置越高檔，軟件配置越豐富，則使用越便利，工作效率也就越高?！粜阅?價(jià)格比：選購微機(jī)時(shí)，要權(quán)衡與比較，取性能/價(jià)格高比值的微機(jī)系統(tǒng)。1.1.3微型計(jì)算機(jī)組成硬件微型計(jì)算機(jī)微處理器ALU，CU，R，....內(nèi)存儲(chǔ)器ROM，RAMI/O接口并行I/O，串行I/O系統(tǒng)總線AB，DB，CB外圍設(shè)備外部設(shè)備鍵盤，CRT，存儲(chǔ)器，....過程通道A/D，D/A，開關(guān)量I/O電源軟件系統(tǒng)軟件監(jiān)控程序，操作系統(tǒng)，編譯程序，....程序語言機(jī)器語言，匯編語言，高級(jí)語言應(yīng)用軟件軟件包，數(shù)據(jù)庫，....1.1.4微機(jī)的分類及其應(yīng)用1．微機(jī)的分類

微機(jī)通常是以微處理器字長作為微機(jī)的分類標(biāo)準(zhǔn)。微機(jī)一般分為4位、8位、16位、32位微機(jī)等。2．微機(jī)的應(yīng)用特點(diǎn)

◆形小、體輕、功耗低

◆性能可靠

◆價(jià)格便宜

◆結(jié)構(gòu)靈活，適應(yīng)性強(qiáng)

◆應(yīng)用面廣1.2微機(jī)的軟件基礎(chǔ)1.2.1微機(jī)中的數(shù)和運(yùn)算1.2.2微機(jī)的指令系統(tǒng)1.2.3匯編語言程序設(shè)計(jì)1.2.1微機(jī)中的數(shù)和運(yùn)算

1.

數(shù)制十進(jìn)制二進(jìn)制十六進(jìn)制數(shù)碼0~90，10~9，A~F基(或模)10216進(jìn)位原則逢十進(jìn)一逢二進(jìn)一逢十六進(jìn)一位權(quán)值10i2i16i位值規(guī)則通項(xiàng)公式N=∑Di×10i，

i=n-1~-mN=∑Bi×2i，

i=n-1~-mN=∑Hi×16i，

i=n-1~-m數(shù)制后綴符號(hào)D或者省略BH1.2.1微機(jī)中的數(shù)和運(yùn)算

2.信息編碼◆

BCD碼（BinaryCodedDecimal，二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制數(shù)碼）是十進(jìn)制數(shù)的編碼表示。1位十進(jìn)數(shù)用4位二進(jìn)制編碼表示，0～9的BCD碼分別對(duì)應(yīng)0000～1001編碼?！?/p>

ASCII碼（AmericanStandardCodeforInformationInterchange，美國信息交換標(biāo)準(zhǔn)碼）是計(jì)算機(jī)中最普遍使用的字符編碼。它是7位編碼，27=128，可表示128個(gè)字符（數(shù)字、大/小寫英文字母等可打印字符和回車、換行、響鈴等控制字符）。計(jì)算機(jī)中用一個(gè)字節(jié)存放一個(gè)ASCII碼，D7位恒為0?！魸h字編碼由于漢字?jǐn)?shù)目多，編碼位數(shù)也相應(yīng)要多。中國根據(jù)漢字的使用程度，定出了一級(jí)（3755個(gè)）和二級(jí)（3008個(gè)）漢字字符和圖形符號(hào)集（總共7445個(gè)），并制定了國家標(biāo)準(zhǔn)《GB2312-1980信息交換漢字編碼》，簡稱國標(biāo)碼。國標(biāo)碼用兩個(gè)7位編碼表示一個(gè)漢字符號(hào)，占2字節(jié)。現(xiàn)在的漢字輸入方式層出不窮，有拼音、五筆字型、自然碼……。微機(jī)系統(tǒng)可以使用不同的漢字輸入法，但得到的內(nèi)碼是統(tǒng)一的，通過內(nèi)碼在漢字庫中檢索所需要的漢字符號(hào)。1.2.1微機(jī)中的數(shù)和運(yùn)算

3.

數(shù)的表示◆無符號(hào)數(shù)是正數(shù)，無需符號(hào)表示，所有數(shù)位都是數(shù)值數(shù)位。n位無符號(hào)數(shù)N的數(shù)值范圍是0≤N≤2n-1?！粲蟹?hào)數(shù)的正、負(fù)號(hào)用一位二進(jìn)制數(shù)碼表示，正數(shù)用0，負(fù)數(shù)用1表示。 原碼（符號(hào)-絕對(duì)值）表示法：用其最高有效位作為數(shù)的符號(hào)位（Sf），其余位為數(shù)值位。n位原碼的數(shù)值范圍是-2n-1+1≤N≤2n-1-1。反碼表示法：正數(shù)的反碼與原碼表示相同，負(fù)數(shù)的反碼是將它對(duì)應(yīng)的正數(shù)，連同符號(hào)位一起按位取反所得。n位反碼的數(shù)值范圍是-2n-1+1≤N≤2n-1-1。 補(bǔ)碼表示法：正數(shù)的補(bǔ)碼與原碼表示相同，負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼是將它對(duì)應(yīng)的正數(shù)，連同符號(hào)位一起按位取反，再在最末數(shù)位上加1。n位補(bǔ)碼表示的數(shù)N的數(shù)值范圍是-2n-1≤N≤2n-1-1?！粜?shù)表示是通過人-機(jī)約定小數(shù)點(diǎn)位置，有定點(diǎn)和浮點(diǎn)兩種表示法。定點(diǎn)表示法：若小數(shù)點(diǎn)固定在符號(hào)位Sf

后，數(shù)的絕對(duì)值必小于1，稱作定點(diǎn)小數(shù)表示；若小數(shù)點(diǎn)固定在數(shù)值位后，只能表示整數(shù)，稱作定點(diǎn)整數(shù)表示。 浮點(diǎn)表示法：為了擴(kuò)大數(shù)值范圍，提高運(yùn)算精度，計(jì)算機(jī)大多 采用表達(dá)式為N=2P×S的浮點(diǎn)表示法。1.2.1微機(jī)中的數(shù)和運(yùn)算

4.

基本運(yùn)算◆計(jì)算機(jī)的基本運(yùn)算有算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算，由算術(shù)/邏輯運(yùn)算部件ALU完成?！粲?jì)算機(jī)中的邏輯運(yùn)算有：反（非）運(yùn)算、與（∧）運(yùn)算、或（∨）運(yùn)算、異或（⊕）運(yùn)算。對(duì)于多位二進(jìn)制變量的邏輯運(yùn)算是“按位”運(yùn)算的，即各對(duì)應(yīng)位分別進(jìn)行邏輯運(yùn)算。◆計(jì)算機(jī)中的四則算術(shù)運(yùn)算最終簡化成加/減法運(yùn)算。ALU的核心電路是加法器，實(shí)現(xiàn)的是補(bǔ)碼的加/減法運(yùn)算（不需要判斷正/負(fù)號(hào)，符號(hào)位和數(shù)值位一起參加運(yùn)算，能自動(dòng)得到正確的補(bǔ)碼結(jié)果，除非出現(xiàn)數(shù)值溢出錯(cuò)誤）。［X±Y］補(bǔ)碼=［X］補(bǔ)碼+［±Y］補(bǔ)碼

1.2.2微機(jī)的指令系統(tǒng)

◆8086/8088微機(jī)的指令系統(tǒng)有133條指令，可分為六大功能類。8086/8088符號(hào)指令的語句格式：

[〈標(biāo)號(hào)〉

：]〈操作碼助記符〉[〈操作數(shù)〉][；〈注釋〉]

◆8086/8088指令的操作數(shù)作為參與指令具體操作的對(duì)象，可以是操作的數(shù)據(jù)，也可以是轉(zhuǎn)移的地址；操作對(duì)象所存放的“地址”可以是立即數(shù)、寄存器、存儲(chǔ)器、I/O接口等多種形式。尋找操作數(shù)所在地址的方法，稱為尋址方式。◆8086/8088尋址方式分為數(shù)據(jù)尋址方式（七種）和轉(zhuǎn)移地址尋址方式（四種）兩大類。1.2.3匯編語言程序設(shè)計(jì)

1.匯編程序和匯編過程◆匯編語言（源）程序，必須翻譯成機(jī)器語言的目標(biāo)程序才能被執(zhí)行。計(jì)算機(jī)用一個(gè)系統(tǒng)軟件——匯編程序承擔(dān)這個(gè)“翻譯”功能，其“翻譯”過程就是匯編過程。◆匯編程序以源程序（.ASM）作為輸入文件，匯編產(chǎn)生目標(biāo)程序（.OBJ）和源列表（.LST）兩個(gè)輸出文件。

目標(biāo)程序是源程序匯編成的機(jī)器代碼程序，經(jīng)連接定位后成為可執(zhí)行程序（.EXE），可以在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行。列表文件給出了源程序和機(jī)器語言代碼程序清單，以及符號(hào)表，可以提供查閱、調(diào)試之用?！魠R編程序不僅能“翻譯”符號(hào)指令（執(zhí)行指令），而且還能識(shí)別匯編程序自身提供的，對(duì)匯編過程起控制作用的輔助匯編命令（偽指令）。例如，分配數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，給標(biāo)號(hào)賦值，控制匯編過程結(jié)束等?！暨€有一種宏匯編程序，除了執(zhí)行指令、偽指令，還能識(shí)別宏（Macro）指令。宏指令是按一定語法規(guī)則定義的一個(gè)執(zhí)行指令和偽指令的 指令集合。因此，（宏）匯編語言程序由三種基本指令語句： 執(zhí)行指令、偽指令和宏指令構(gòu)成的有序組合。1.2.3匯編語言程序設(shè)計(jì)

2.匯編語言程序上機(jī)過程結(jié)束運(yùn)行可執(zhí)行程序YesNo邏輯錯(cuò)誤?開始語法錯(cuò)誤?調(diào)用編輯程序，建立/修改源程序No調(diào)用匯編程序，匯編源程序Yes調(diào)用連接程序，裝配目標(biāo)程序調(diào)用調(diào)試程序，調(diào)試/試運(yùn)行目標(biāo)程序1.2.3匯編語言程序設(shè)計(jì)

3.匯編程序設(shè)計(jì)技術(shù)

◆匯編語言程序模塊化：模塊化程序設(shè)計(jì)是編制一個(gè)較大規(guī)模程序的總體設(shè)計(jì)方法。它的設(shè)計(jì)思路是：把整個(gè)程序系統(tǒng)劃分成多個(gè)程序模塊，以模塊為單位獨(dú)立進(jìn)行匯編、調(diào)試，然后把所有模塊連接在一起，形成一個(gè)完整的程序系統(tǒng)。模塊化程序設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是模塊的合理劃分。

◆結(jié)構(gòu)化匯編語言程序設(shè)計(jì)：結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)是為了使編制的程序結(jié)構(gòu)清晰、易于理解、易于調(diào)試和修改，充分顯示出程序模塊化的優(yōu)點(diǎn)?！魠R編程序的基本結(jié)構(gòu)：順序結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)（分支結(jié)構(gòu)）和循環(huán)結(jié)構(gòu)是匯編程序的三種基本結(jié)構(gòu)，每種結(jié)構(gòu)只有一個(gè)入口和一個(gè)出口。這三種結(jié)構(gòu)的任意組合和嵌套就構(gòu)成了結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì)。

◆子程序設(shè)計(jì)：子程序設(shè)計(jì)方法是程序設(shè)計(jì)的重要技術(shù)之一。甚至，子程序還可以設(shè)計(jì)成子程序再調(diào)用其它子程序——子程序嵌套， 子程序再調(diào)用自身——子程序遞歸調(diào)用，子程序被中斷并能再 次被中斷程序調(diào)用——子程序可重入等各種結(jié)構(gòu)形式。1.3微機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)

1.3.1總線結(jié)構(gòu)1.3.2引腳的功能復(fù)用1.3.3流水線技術(shù)1.3.4微機(jī)中常用的數(shù)字部件1.3.1總線結(jié)構(gòu) 微機(jī)的核心部件是微處理器，微機(jī)的總線是指微機(jī)主板或單板機(jī)上以微處理器芯片為核心的、芯片與芯片之間的連接總線，稱為系統(tǒng)總線。系統(tǒng)總線好似整個(gè)微機(jī)系統(tǒng)的“中樞神經(jīng)”，把微處理器、存儲(chǔ)器和I/O接口電路（外部設(shè)備與微型計(jì)算機(jī)相連的協(xié)調(diào)電路）有機(jī)地連接起來，所有的地址、數(shù)據(jù)和控制信號(hào)都經(jīng)過總線傳輸。

I/O接口微處理器存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB地址總線AB外部設(shè)備存儲(chǔ)器I/O接口1.3.2管腳的功能復(fù)用

由于工藝技術(shù)和生產(chǎn)成本的考慮，大規(guī)模集成電路芯片的封裝尺寸和管腳數(shù)目受到限制。為了彌補(bǔ)一個(gè)集成芯片上管腳數(shù)目的不足，微機(jī)中采用了管腳功能復(fù)用技術(shù)，即把一個(gè)管腳設(shè)計(jì)成由多個(gè)功能“共用”的管腳，以此達(dá)到擴(kuò)充管腳數(shù)目。所謂多功能“共用”管腳，實(shí)際是讓各個(gè)功能分開時(shí)間（簡稱分時(shí)）來使用該管腳，所以，管腳功能復(fù)用也稱為管腳分時(shí)復(fù)用。為了能區(qū)分功能，達(dá)到節(jié)約管腳的目的，這需要有相應(yīng)的輔助電路，實(shí)現(xiàn)分時(shí)控制邏輯。所以，采用管腳功能復(fù)用技術(shù)是以延長信息傳輸時(shí)間，增加系統(tǒng)的復(fù)雜性為代價(jià)的。隨著微機(jī)字長和尋址能力的增加，微處理器的管腳功能復(fù)用技術(shù)越來越普遍。例如，8位微處理器有40管腳（其中，地址線16根，數(shù)據(jù)線8根，其他是電源和控制線），而16位微處理器（例如，Intel8086）仍然只有40管腳，由于可尋址1MB，需要地址線20根，再加上數(shù)據(jù)線需要16根，如果不采取措施，很顯然40管腳不夠用。采用管腳功能復(fù)用辦法就是將地址總線、數(shù)據(jù)總線分時(shí)使用微處理器的同一組管腳，即微處理器8086的20條管腳具有兩個(gè)功能，在某時(shí)刻傳送20位地址，在另一時(shí)刻用其中的16條管腳傳送16位數(shù)據(jù)。1.3.3流水線技術(shù)

為了提高執(zhí)行速度，除了采用更高速的半導(dǎo)體器件和提高系統(tǒng)主頻以外，再一個(gè)解決方法就是使系統(tǒng)采用同時(shí)進(jìn)行若干操作的并行處理方式。流水線技術(shù)就是一種同時(shí)（或稱為同步）進(jìn)行若干操作的處理方式。這種方式的操作過程類似于工廠的流水線作業(yè)裝配線，故形象地稱之為流水線技術(shù)。流水線技術(shù)的實(shí)現(xiàn)除了必須增加硬部件外，要保證流水線有良好性能，必須要有一系列有效的技術(shù)支持，例如，流水線協(xié)調(diào)管理技術(shù)和避免阻塞技術(shù)等。流水線技術(shù)已廣泛應(yīng)用于16位以上的微機(jī)系統(tǒng)，有指令流水線技術(shù)、運(yùn)算操作流水線技術(shù)、尋址流水線技術(shù)等一系列應(yīng)用。它主要目的是加快取指令和訪問存儲(chǔ)器等操作（這些操作量是很大的），在某些情況下，可以使運(yùn)行的速度達(dá)到數(shù)量級(jí)增長。1.3.4微機(jī)中常用的數(shù)字部件

1.三態(tài)門電路掛接在微機(jī)系統(tǒng)總線上的功能部件既要“共享”總線通道，又要避免總線沖突和信息串?dāng)_。微機(jī)總線結(jié)構(gòu)中廣泛采用三態(tài)門電路把部件與總線相連。三態(tài)門具有較高的輸入阻抗和較低的輸出阻抗，可以改善傳輸特性，故對(duì)傳輸數(shù)據(jù)起到緩沖作用，同時(shí)能對(duì)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行功率放大，具有一定的增強(qiáng)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)能力。

EABE2E1AB

E=1B=AE1=1B=AE=0B高阻態(tài)E2=1A=B（斷開）E1=E2=0A、B斷開

單向三態(tài)門雙向三態(tài)門1.3.4微機(jī)中常用的數(shù)字部件

2.數(shù)據(jù)緩沖/驅(qū)動(dòng)器

Intel8286（74LS245）是由8位雙向三態(tài)門構(gòu)成的雙向數(shù)據(jù)緩沖/驅(qū)動(dòng)器（數(shù)據(jù)收/發(fā)器）。A0~A7，B0~B7：雙向數(shù)據(jù)端口。OE：輸出允許信號(hào)，低電平有效。T：傳送方向控制信號(hào)。當(dāng)T=1，數(shù)據(jù)A→B傳送，當(dāng)T=0，數(shù)據(jù)B→A傳送。A1A2A3A4A5A6A7A0B1B