單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,課程名稱：微型計算機原理與應用,Principle&Application of Microcomputer,教材：微型計算機原理及應用,鄭學堅 周斌編著 清華大學出版社,授課教師：曲英杰,青島科技大學信息科學技術(shù)學院,緒論,1、電子計算機開展簡史,11946-1958第一代:電子管計算機。磁鼓存儲器，機器語言、匯編語言編程。世界上第一臺電子數(shù)字計算機ENIACElectronic Numerical Integrator And calculator，1946年由美國賓夕法尼亞大學研制，字長12位，運算速度5000次/秒，使用18800個電子管、1500個繼電器，功耗150kw/h，占地170m2，重達30噸，造價100萬美元。見下頁圖。,21958-1964第二代:晶體管計算機。磁芯作主存儲器,磁盤作外存儲器，開始使用高級語言編程。,31964-1971第三代：集成電路計算機。使用半導體存儲器，出現(xiàn)多終端計算機和計算機網(wǎng)絡。,41971-第四代：大規(guī)模集成電路計算機。出現(xiàn)微型計算機、單片微型計算機，外部設備多樣化。,51981-第五代：人工智能計算機。模擬人的智能和交流方式。,2、計算機開展趨勢,微型化 便攜式、低功耗,高性能 尖端科技領域的信息處理，需要超大容量、高速度,智能化 模擬人類大腦思維和交流方式，多種處理能力,系列化、標準化 便于各種計算機硬、軟件兼容和升級,網(wǎng)絡化 網(wǎng)絡計算機和信息高速公路,多機系統(tǒng) 大型設備、生產(chǎn)流水線集中管理(獨立控制、故障分散、資源共享),緒論,微型計算機系統(tǒng),硬件,微型計算機,（,主機,）,微處理器,(CPU),軟件,外圍設備,運算器,控制器,存儲器,(內(nèi)存),RAM,ROM,外部設備,輔助設備,輸入設備,(鍵盤、掃描儀、語音識別儀),輸出設備,(顯示器、打印機、繪圖儀、),輔助存儲器,(磁帶、磁盤、光盤),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、編譯程序，故障診斷,監(jiān)控程序),應用軟件,(科學計算，工業(yè)控制，數(shù)據(jù)處理),程序設計語言,(機器語言、匯編語言、高級語言),電源電路,時鐘電路,緒論,3、微型計算機系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu),運算器,控制器,寄存器組,內(nèi)存儲器 總線,輸入輸出,接口電路,外部設備 軟件,微處理器,微型計算機,微型計算機系統(tǒng),微處理器、微型計算機、微型計算機系統(tǒng)之間的聯(lián)系與區(qū)別：,單片機簡介：,單片機即單片微型計算機，是將計算機主機(CPU、內(nèi)存和I/O接口)集成在一小塊硅片上的微型機。,單片機為工業(yè)測控而設計，又稱微控制器。具有三高優(yōu)勢(集成度高、可靠性高、性價比高)。,主要應用于工業(yè)檢測與控制、計算機外設、智能儀器儀表、通訊設備、家用電器等。特別適合于嵌入式微型機應用系統(tǒng)。,單片機開發(fā)系統(tǒng)有單片單板機和仿真器。實現(xiàn)單片機應用系統(tǒng)的硬、軟件開發(fā)。,緒論,4、計算機主要技術(shù)指標,字長：CPU并行處理二進制的數(shù)據(jù)位數(shù),如：8位機、16位機、32位機和64位機。,內(nèi)存容量：內(nèi)存中能夠存儲的二進制信息的數(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。,運算速度：CPU處理速度,相關參數(shù)：時鐘頻率、主頻、每秒運算次數(shù),如：100MHz、3.2GHz。,內(nèi)存存取周期：內(nèi)存讀寫速度,如：50nS、70nS、200nS。,緒論,5、計算機主要應用領域,計算機應用通常分成如下各個領域,科學計算，數(shù)據(jù)處理，實時控制，計算機輔助設計，人工智能，,由于微型計算機具有如下特點,體積小、價格低，工作可靠、使用方便、通用性強,所以，微型計算機可以分為兩個主要應用方向：,用于數(shù)值計算、數(shù)據(jù)處理及信息管理方向,通用微機，例如：PC微機,功能越強越好、使用越方便越好,用于過程控制及智能化儀器儀表方向,專用微機，例如：單片機、工控機,可靠性高、實時性強,程序相對簡單、處理數(shù)據(jù)量小,6、本門課程的研究內(nèi)容及其地位與作用,研究內(nèi)容：微機系統(tǒng)的根本組成與結(jié)構(gòu)、工作原理及應用方法與技術(shù)。,本門課程在計算機知識結(jié)構(gòu)中的地位與作用：,緒論,7、學習方法建議,復習并掌握先修課的有關內(nèi)容,課堂：聽講與理解、適當筆記。,課后：認真閱讀教材和參考書、獨立完成作業(yè)。,實驗：充分準備、勤于動手實踐。,總成績考試成績實驗成績平時成績,8、學習資源,錢曉捷之微服網(wǎng),微機原理遠程教學,錢曉捷 陳濤，微型計算機原理及接口技術(shù)，,北京：機械工業(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：機械工業(yè)出版社，1998.1,緒論,第1章 計算機根底知識,1.1 數(shù)制,1.1.1數(shù)制的根本概念,數(shù)制是人們利用符號來記數(shù)的科學方法，計算機科學中經(jīng)常使用的數(shù)制有十進制、二進制、八進制和十六進制。,1十進制(decimal system):有十個數(shù)碼09、逢十進一。,十進制是人們最熟悉的計數(shù)體制。,2二進制(binary system):兩個數(shù)碼:0、1,逢二進一。,二進制為計算機中的數(shù)據(jù)表示形式。,3八進制(octave system)有八個數(shù)碼07、逢八進一。,4十六進制(hexadecimal system)十六個數(shù)碼:09,AF,逢十六進一。,八進制和十六進制能夠簡化二進制數(shù)的表示。,不同進位制數(shù)以下標或后綴區(qū)別,十進制數(shù)可不帶下標。,如:101、101D、101B、101O、101H,十進制數(shù)據(jù)表達式,例 1234.5=110,3,+210,2,+310,1,+410,0,+510,-1,加權(quán)展開式以10為基數(shù)，各位系數(shù)為09。,一般表達式：,N,D,=d,n-1,10,n-1,+d,n-2,10,n-2,+d,0,10,0,+d,-1,10,-1,+,二進制,數(shù)據(jù)表達式,例 1101.101=12,3,+12,2,+02,1,+12,0,+12,-1,+12,-3,加權(quán)展開式以2為基數(shù)，各位系數(shù)為0、1。,一般表達式：,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 計算機根底知識,十六進制,數(shù)據(jù)表達式,例：DFC.8=1316,2,+1516,1,+1216,0,+816,-1,展開式以16為基數(shù)，各位系數(shù)為09，AF。,一般表達式：,N,H,=h,n-1,16,n-1,+h,n-2,16,n-2,+h,0,16,0,+h,-1,16,-1,+,進位計數(shù)制的一般表達式：,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稱為數(shù)制的基,，,r,n-1,、r,n-2,、r,1,、r,0,、r,-1,、r,-m,稱為各位的權(quán),，,a,n-1,、a,n-2,、a,1,、a,0,、a,-1,、a,-m,稱為各位的系數(shù),。,第1章 計算機根底知識,第1章 計算機根底知識,1.1.2數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換,1二、十六進制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進制數(shù),各位的系數(shù)乘以各位的權(quán)，然后全部加起來。,舉例：,1011.1010B=123+121+120+12-1+12-3=11.625,DFC.8H=13162+15161+12160+816-1=3580.5,2二進制與十六進制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換,24=16，四位二進制數(shù)對應一位十六進制數(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 計算機根底知識,1.1.2數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換,3十進制數(shù)轉(zhuǎn)換成二、十六進制數(shù),整數(shù)、小數(shù)分別轉(zhuǎn)換,1.整數(shù)轉(zhuǎn)換法,“除基取余：十進制整數(shù)不斷除以轉(zhuǎn)換進制基數(shù)，直至商為0。每除一次取一個余數(shù)，從低位排向高位。,例題1：39轉(zhuǎn)換成二進制數(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)換進制的基數(shù)乘以小數(shù)局部，直至小數(shù)為0或到達轉(zhuǎn)換精度要求的位數(shù)。每乘一次取一次整數(shù)，從最高位排到最低位。,例1：0.625轉(zhuǎn)換成二進制數(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 計算機根底知識,第1章 計算機根底知識,例2：0.625轉(zhuǎn)換成十六進制數(shù),0.625 16=10.0,0.625=0.AH,例3：208.625 轉(zhuǎn)換成十六進制數(shù),208.625=D0.AH,第1章 計算機根底知識,1.2 邏輯電路,邏輯電路是實現(xiàn)輸入信號與輸出信號之間邏輯關系的電路，計算機對于信息數(shù)據(jù)的處理都是由邏輯電路實現(xiàn)的，因此邏輯電路是計算機的硬件根底。,常用的根本邏輯門電路有：與門、或門、非門、與非門、或非門、異或門、同或門、緩沖器等，這些根本門電路是構(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雜的邏輯電路。各個根本邏輯門電路符號及表達式見課本P4-5，下面給出的是另外一種表示方法。,非門 與門 與非門,X=A,B,X=A,B,X,X,A,A,A,B,B,X,或門 或非門,A,X,B,X=A,+,B,X=A,+,B,X,B,A,X=A,第1章 計算機根底知識,1.3 布爾代數(shù),布爾代數(shù)又稱為開關代數(shù)或邏輯代數(shù)，是在1847年由英國數(shù)學家喬治.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系和變化規(guī)律，它是分析和設計數(shù)字邏輯電路的理論根底和根本工具。,布爾代數(shù)的特點：,(1)變量只有兩種可能的取值：0或1。,(2)只有3種根本的邏輯運算：“與、“或、“非。,1.3.1 根本邏輯運算,最根本的邏輯操作：“與邏輯乘，符號AB或AB或AB、“或邏輯加，符號A+B、“非邏輯非或邏輯反，符號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A=1那么A=0，假設A=0那么A=1,類似地可以定義多個變量的與操作和或操作。,多位二進制數(shù)的邏輯運算定義為各對應位分別進行相應的邏輯運算。,見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 計算機根底知識,1.3.2 根本運算規(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 計算機根底知識,1.3.3 邏輯函數(shù)的表示方法,第1章 計算機根底知識,1.3.4 真值表與邏輯表達式之間的相互轉(zhuǎn)換,與門,與非門,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,寫出真值表中每