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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,課程名稱(chēng)：微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用,Principle&Application of Microcomputer,教材：微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用,鄭學(xué)堅(jiān) 周斌編著 清華大學(xué)出版社,授課教師：曲英杰,青島科技大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院,緒論,1、電子計(jì)算機(jī)開(kāi)展簡(jiǎn)史,11946-1958第一代:電子管計(jì)算機(jī)。磁鼓存儲(chǔ)器，機(jī)器語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言編程。世界上第一臺(tái)電子數(shù)字計(jì)算機(jī)ENIACElectronic Numerical Integrator And calculator，1946年由美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)研制，字長(zhǎng)12位，運(yùn)算速

2、度5000次/秒，使用18800個(gè)電子管、1500個(gè)繼電器，功耗150kw/h，占地170m2，重達(dá)30噸，造價(jià)100萬(wàn)美元。見(jiàn)下頁(yè)圖。,21958-1964第二代:晶體管計(jì)算機(jī)。磁芯作主存儲(chǔ)器,磁盤(pán)作外存儲(chǔ)器，開(kāi)始使用高級(jí)語(yǔ)言編程。,31964-1971第三代：集成電路計(jì)算機(jī)。使用半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，出現(xiàn)多終端計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。,41971-第四代：大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)。出現(xiàn)微型計(jì)算機(jī)、單片微型計(jì)算機(jī)，外部設(shè)備多樣化。,51981-第五代：人工智能計(jì)算機(jī)。模擬人的智能和交流方式。,2、計(jì)算機(jī)開(kāi)展趨勢(shì),微型化 便攜式、低功耗,高性能 尖端科技領(lǐng)域的信息處理，需要超大容量、高速度,智能化 模擬人類(lèi)大

3、腦思維和交流方式，多種處理能力,系列化、標(biāo)準(zhǔn)化 便于各種計(jì)算機(jī)硬、軟件兼容和升級(jí),網(wǎng)絡(luò)化 網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)和信息高速公路,多機(jī)系統(tǒng) 大型設(shè)備、生產(chǎn)流水線集中管理(獨(dú)立控制、故障分散、資源共享),緒論,微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng),硬件,微型計(jì)算機(jī),（,主機(jī),）,微處理器,(CPU),軟件,外圍設(shè)備,運(yùn)算器,控制器,存儲(chǔ)器,(內(nèi)存),RAM,ROM,外部設(shè)備,輔助設(shè)備,輸入設(shè)備,(鍵盤(pán)、掃描儀、語(yǔ)音識(shí)別儀),輸出設(shè)備,(顯示器、打印機(jī)、繪圖儀、),輔助存儲(chǔ)器,(磁帶、磁盤(pán)、光盤(pán)),輸入/輸出接口,(PIO、SIO、CTC、ADC、DAC),(,I/O接口,),總線,(AB、DB、CB),系統(tǒng)軟件,(操作系統(tǒng)，編輯、

4、編譯程序，故障診斷,監(jiān)控程序),應(yīng)用軟件,(科學(xué)計(jì)算，工業(yè)控制，數(shù)據(jù)處理),程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言,(機(jī)器語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言、高級(jí)語(yǔ)言),電源電路,時(shí)鐘電路,緒論,3、微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu),運(yùn)算器,控制器,寄存器組,內(nèi)存儲(chǔ)器 總線,輸入輸出,接口電路,外部設(shè)備 軟件,微處理器,微型計(jì)算機(jī),微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng),微處理器、微型計(jì)算機(jī)、微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間的聯(lián)系與區(qū)別：,單片機(jī)簡(jiǎn)介：,單片機(jī)即單片微型計(jì)算機(jī)，是將計(jì)算機(jī)主機(jī)(CPU、內(nèi)存和I/O接口)集成在一小塊硅片上的微型機(jī)。,單片機(jī)為工業(yè)測(cè)控而設(shè)計(jì)，又稱(chēng)微控制器。具有三高優(yōu)勢(shì)(集成度高、可靠性高、性價(jià)比高)。,主要應(yīng)用于工業(yè)檢測(cè)與控制、計(jì)算機(jī)外設(shè)、智能儀器儀表

5、、通訊設(shè)備、家用電器等。特別適合于嵌入式微型機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。,單片機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)有單片單板機(jī)和仿真器。實(shí)現(xiàn)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬、軟件開(kāi)發(fā)。,緒論,4、計(jì)算機(jī)主要技術(shù)指標(biāo),字長(zhǎng)：CPU并行處理二進(jìn)制的數(shù)據(jù)位數(shù),如：8位機(jī)、16位機(jī)、32位機(jī)和64位機(jī)。,內(nèi)存容量：內(nèi)存中能夠存儲(chǔ)的二進(jìn)制信息的數(shù)量，位/字節(jié)/字。,容量單位：1K=2,10,=1024，1M=2,20,=1KK,1G=2,30,=1KM，1T=2,40,=1KG。,運(yùn)算速度：CPU處理速度,相關(guān)參數(shù)：時(shí)鐘頻率、主頻、每秒運(yùn)算次數(shù),如：100MHz、3.2GHz。,內(nèi)存存取周期：內(nèi)存讀寫(xiě)速度,如：50nS、70nS、200nS。,緒論,5、計(jì)算

6、機(jī)主要應(yīng)用領(lǐng)域,計(jì)算機(jī)應(yīng)用通常分成如下各個(gè)領(lǐng)域,科學(xué)計(jì)算，數(shù)據(jù)處理，實(shí)時(shí)控制，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，人工智能，,由于微型計(jì)算機(jī)具有如下特點(diǎn),體積小、價(jià)格低，工作可靠、使用方便、通用性強(qiáng),所以，微型計(jì)算機(jī)可以分為兩個(gè)主要應(yīng)用方向：,用于數(shù)值計(jì)算、數(shù)據(jù)處理及信息管理方向,通用微機(jī)，例如：PC微機(jī),功能越強(qiáng)越好、使用越方便越好,用于過(guò)程控制及智能化儀器儀表方向,專(zhuān)用微機(jī)，例如：?jiǎn)纹瑱C(jī)、工控機(jī),可靠性高、實(shí)時(shí)性強(qiáng),程序相對(duì)簡(jiǎn)單、處理數(shù)據(jù)量小,6、本門(mén)課程的研究?jī)?nèi)容及其地位與作用,研究?jī)?nèi)容：微機(jī)系統(tǒng)的根本組成與結(jié)構(gòu)、工作原理及應(yīng)用方法與技術(shù)。,本門(mén)課程在計(jì)算機(jī)知識(shí)結(jié)構(gòu)中的地位與作用：,緒論,7、學(xué)習(xí)方法建議,

7、復(fù)習(xí)并掌握先修課的有關(guān)內(nèi)容,課堂：聽(tīng)講與理解、適當(dāng)筆記。,課后：認(rèn)真閱讀教材和參考書(shū)、獨(dú)立完成作業(yè)。,實(shí)驗(yàn)：充分準(zhǔn)備、勤于動(dòng)手實(shí)踐。,總成績(jī)考試成績(jī)實(shí)驗(yàn)成績(jī)平時(shí)成績(jī),8、學(xué)習(xí)資源,錢(qián)曉捷之微服網(wǎng),微機(jī)原理遠(yuǎn)程教學(xué),錢(qián)曉捷 陳濤，微型計(jì)算機(jī)原理及接口技術(shù)，,北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999.1,Barry B.Brey著 陳誼等譯，,Intel系列微處理器結(jié)構(gòu)、編程和接口技術(shù)大全,80X86、Pentium和Pentium Pro，,北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998.1,緒論,第1章 計(jì)算機(jī)根底知識(shí),1.1 數(shù)制,1.1.1數(shù)制的根本概念,數(shù)制是人們利用符號(hào)來(lái)記數(shù)的科學(xué)方法，計(jì)算機(jī)科學(xué)中經(jīng)常使用的數(shù)

8、制有十進(jìn)制、二進(jìn)制、八進(jìn)制和十六進(jìn)制。,1十進(jìn)制(decimal system):有十個(gè)數(shù)碼09、逢十進(jìn)一。,十進(jìn)制是人們最熟悉的計(jì)數(shù)體制。,2二進(jìn)制(binary system):兩個(gè)數(shù)碼:0、1,逢二進(jìn)一。,二進(jìn)制為計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)表示形式。,3八進(jìn)制(octave system)有八個(gè)數(shù)碼07、逢八進(jìn)一。,4十六進(jìn)制(hexadecimal system)十六個(gè)數(shù)碼:09,AF,逢十六進(jìn)一。,八進(jìn)制和十六進(jìn)制能夠簡(jiǎn)化二進(jìn)制數(shù)的表示。,不同進(jìn)位制數(shù)以下標(biāo)或后綴區(qū)別,十進(jìn)制數(shù)可不帶下標(biāo)。,如:101、101D、101B、101O、101H,十進(jìn)制數(shù)據(jù)表達(dá)式,例 1234.5=110,3,+21

9、0,2,+310,1,+410,0,+510,-1,加權(quán)展開(kāi)式以10為基數(shù)，各位系數(shù)為09。,一般表達(dá)式：,N,D,=d,n-1,10,n-1,+d,n-2,10,n-2,+d,0,10,0,+d,-1,10,-1,+,二進(jìn)制,數(shù)據(jù)表達(dá)式,例 1101.101=12,3,+12,2,+02,1,+12,0,+12,-1,+12,-3,加權(quán)展開(kāi)式以2為基數(shù)，各位系數(shù)為0、1。,一般表達(dá)式：,N,B,=b,n-1,2,n-1,+b,n-2,2,n-2,+b,0,2,0,+b,-1,2,-1,+,第1章 計(jì)算機(jī)根底知識(shí),十六進(jìn)制,數(shù)據(jù)表達(dá)式,例：DFC.8=1316,2,+1516,1,+1216,

10、0,+816,-1,展開(kāi)式以16為基數(shù)，各位系數(shù)為09，AF。,一般表達(dá)式：,N,H,=h,n-1,16,n-1,+h,n-2,16,n-2,+h,0,16,0,+h,-1,16,-1,+,進(jìn)位計(jì)數(shù)制的一般表達(dá)式：,a,n-1,a,n-2,a,1,a,0,a,-1,a,-m,=,a,n-1,r,n-1,+a,n-2,r,n-2,+a,1,r,1,a,0,r,0,a,-1,r,-1,a,-m,r,-m,其中,r稱(chēng)為數(shù)制的基,，,r,n-1,、r,n-2,、r,1,、r,0,、r,-1,、r,-m,稱(chēng)為各位的權(quán),，,a,n-1,、a,n-2,、a,1,、a,0,、a,-1,、a,-m,稱(chēng)為各位的系

11、數(shù),。,第1章 計(jì)算機(jī)根底知識(shí),第1章 計(jì)算機(jī)根底知識(shí),1.1.2數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換,1二、十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù),各位的系數(shù)乘以各位的權(quán)，然后全部加起來(lái)。,舉例：,1011.1010B=123+121+120+12-1+12-3=11.625,DFC.8H=13162+15161+12160+816-1=3580.5,2二進(jìn)制與十六進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換,24=16，四位二進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)一位十六進(jìn)制數(shù)。,舉例：,3AF.2H=0011 1010 1111.0010=1110101111.001B,3 A F 2,1111101.11B=0111 1101.1100 =7D.CH,7 D C,第1章 計(jì)算

12、機(jī)根底知識(shí),1.1.2數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換,3十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二、十六進(jìn)制數(shù),整數(shù)、小數(shù)分別轉(zhuǎn)換,1.整數(shù)轉(zhuǎn)換法,“除基取余：十進(jìn)制整數(shù)不斷除以轉(zhuǎn)換進(jìn)制基數(shù)，直至商為0。每除一次取一個(gè)余數(shù)，從低位排向高位。,例題1：39轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù),39=100111B,2 39 1 b0 2 19 1 b1 2 9 1 b2 2 4 0 b3 2 2 0 b4 2 1 1 b5 0,例題2：208轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù),208=D0H,16 208 余 0,16 13 余 13=D,H,0,2.小數(shù)轉(zhuǎn)換法,“乘基取整：用轉(zhuǎn)換進(jìn)制的基數(shù)乘以小數(shù)局部，直至小數(shù)為0或到達(dá)轉(zhuǎn)換精度要求的位數(shù)。每乘一次取一次整數(shù)，從最高位排到最

13、低位。,例1：0.625轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù),0.625,2,1.25 1 (b-1),0.25,2,0.50 0 (b-2),0.50,2,1.00 1 (b-3)所以0.625=0.101B,第1章 計(jì)算機(jī)根底知識(shí),第1章 計(jì)算機(jī)根底知識(shí),例2：0.625轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù),0.625 16=10.0,0.625=0.AH,例3：208.625 轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù),208.625=D0.AH,第1章 計(jì)算機(jī)根底知識(shí),1.2 邏輯電路,邏輯電路是實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)與輸出信號(hào)之間邏輯關(guān)系的電路，計(jì)算機(jī)對(duì)于信息數(shù)據(jù)的處理都是由邏輯電路實(shí)現(xiàn)的，因此邏輯電路是計(jì)算機(jī)的硬件根底。,常用的根本邏輯門(mén)電路有：與門(mén)、或門(mén)、

14、非門(mén)、與非門(mén)、或非門(mén)、異或門(mén)、同或門(mén)、緩沖器等，這些根本門(mén)電路是構(gòu)成邏輯電路的根本成分，利用它們可以搭建多種多樣的復(fù)雜的邏輯電路。各個(gè)根本邏輯門(mén)電路符號(hào)及表達(dá)式見(jiàn)課本P4-5，下面給出的是另外一種表示方法。,非門(mén) 與門(mén) 與非門(mén),X=A,B,X=A,B,X,X,A,A,A,B,B,X,或門(mén) 或非門(mén),A,X,B,X=A,+,B,X=A,+,B,X,B,A,X=A,第1章 計(jì)算機(jī)根底知識(shí),1.3 布爾代數(shù),布爾代數(shù)又稱(chēng)為開(kāi)關(guān)代數(shù)或邏輯代數(shù)，是在1847年由英國(guó)數(shù)學(xué)家喬治.布爾(George Boole)首先創(chuàng)立的，布爾代數(shù)研究邏輯變量之間的相互關(guān)系和變化規(guī)律，它是分析和設(shè)計(jì)數(shù)字邏輯電路的理論根底和根

15、本工具。,布爾代數(shù)的特點(diǎn)：,(1)變量只有兩種可能的取值：0或1。,(2)只有3種根本的邏輯運(yùn)算：“與、“或、“非。,1.3.1 根本邏輯運(yùn)算,最根本的邏輯操作：“與邏輯乘，符號(hào)AB或AB或AB、“或邏輯加，符號(hào)A+B、“非邏輯非或邏輯反，符號(hào)A，或A。,與操作的定義：A=1且B=1 AB=1,或操作的定義：A=1或B=1 A+B=1,非操作的定義：假設(shè)A=1那么A=0，假設(shè)A=0那么A=1,類(lèi)似地可以定義多個(gè)變量的與操作和或操作。,多位二進(jìn)制數(shù)的邏輯運(yùn)算定義為各對(duì)應(yīng)位分別進(jìn)行相應(yīng)的邏輯運(yùn)算。,見(jiàn)P6-7例1.5-例1.7,其它常用的邏輯操作：與非、或非、與或非、異或、同或等。,第1章 計(jì)算機(jī)

16、根底知識(shí),1.3.2 根本運(yùn)算規(guī)律,A+0=A A,0=0 A+A=1 A,A=0,A+1=1 A,1=A A+A=A A,A=A,A+B=B+A A,B=B,A A=A,(A+B)+C=A+(B+C)(A,B),C,=A,(,B,C),A,(B+C)=A,B,+A,C A+,B,C=(A+B),(,A+C),A+A,B=A A,(,A+,B)=,A,A+A,B=A+B,A,(,A+,B)=AB,A,B =A+B A+B=A,B,邏輯函數(shù)可以選用,布爾代數(shù)式,表示，,真值表,表示，或卡諾圖表示。例：,A B X,0 0 0,0 1 0,1 0 0,1 1 1,A B X,0 0 1,0 1 1,1 0 1,1 1 0,X=A,B,X=A,B,真值表,布爾代數(shù)式,第1章 計(jì)算機(jī)根底知識(shí),1.3.3 邏輯函數(shù)的表示方法,第1章 計(jì)算機(jī)根底知識(shí),1.3.4 真值表與邏輯表達(dá)式之間的相互轉(zhuǎn)換,與門(mén),與非門(mén),A,B,A B X,0 0 0,0 1 0,1 0 0,1 1 1,A B X,0 0 1,0 1 1,1 0 1,1 1 0,X=A,B,X=A,B,A,B,X,用,與邏輯,寫(xiě)出真值表中每