第一章(单片微型计算机概述)课件

17/14/2024第一章第一章单片微型计算机概述单片微型计算机概述微机原理与接口技术、单片机原理与接口技术：微机原理与接口技术、单片机原理与接口技术：讲解讲解计算机的内部结构、内部工作原理、内部语言、工作过程。计算机的内部结构、内部工作原理、内部语言、工作过程。微机原理与接口技术：微机原理与接口技术：以以PC机体系机体系结构为基础，介绍微结构为基础，介绍微型机的结构、指令、程序设计和接口技术等内容。主讲芯片型机的结构、指令、程序设计和接口技术等内容。主讲芯片一般为一般为8086/8088CPU。单片机原理与接口技术：单片机原理与接口技术：以以单片机体系单片机体系结构为基础，介绍结构为基础，介绍单片机的结构、指令、程序设计和接口技术等内容。单片机的结构、指令、程序设计和接口技术等内容。两者特点：两者特点：前者实用性不如后者。前者实用性不如后者。两者联系与区别：两者联系与区别：单片机是微机的一个分支，单片机是微机的一个分支，其特点是将其特点是将CPU、存储器、存储器、I/O口、中断系统等集成到一块芯片上口、中断系统等集成到一块芯片上。两者的寻址方式、指令系统、接口与应用等知识点是相似的。两者的寻址方式、指令系统、接口与应用等知识点是相似的。7/14/2024127/14/20241.1概概述述 世界上第一台现代意义世界上第一台现代意义的电子计算机是的电子计算机是19461946年年美美国国宾夕法尼亚大学宾夕法尼亚大学设计制设计制造的造的“ENIAC”“ENIAC”占地上百平方米占地上百平方米重量几千吨重量几千吨功耗几十千瓦功耗几十千瓦 7/14/2024237/14/2024一一.计算机的发展及分类计算机的发展及分类电子计算机按其性能分类：电子计算机按其性能分类：大型计算机大型计算机/巨型计算机（巨型计算机（MainframeComputer）中型计算机（中型计算机（MiddleComputer）小型计算机（小型计算机（Minicomputer）微型计算机（微型计算机（Microcomputer）电子管计算机（电子管计算机（1946-1956）晶体管计算机（晶体管计算机（1957-1964）中小规模集成电路计算机（中小规模集成电路计算机（1965-1970）超大规模集成电路计算机（超大规模集成电路计算机（1971-今今）7/14/2024347/14/2024电子管计算机（电子管计算机（1946-1956）晶体管计算机（晶体管计算机（1957-1964）中小规模集成电路计算机（中小规模集成电路计算机（1965-1970）超大规模集成电路计算机（超大规模集成电路计算机（1971-今今）微型计算机微型计算机系统机系统机(PC机机)：数据运算，信息处理。：数据运算，信息处理。单片微机：单片微机：用于对控制功能要求并用于对控制功能要求并不复杂，但是对体积、功耗、成本不复杂，但是对体积、功耗、成本等的要求比较苛刻的场合。等的要求比较苛刻的场合。一一.计算机的发展及分类计算机的发展及分类7/14/2024457/14/2024二二.单片机的概念与类型单片机的概念与类型 单片机单片机2020世纪世纪7070年代问世。年代问世。已广泛应用在：已广泛应用在：工业自动化控制、自动检测、智能仪器仪表、家工业自动化控制、自动检测、智能仪器仪表、家用电器、电力电子、机电一体化设备等方面。用电器、电力电子、机电一体化设备等方面。7/14/2024567/14/2024在一块半导体芯片上，集成了：在一块半导体芯片上，集成了：中央处理单元中央处理单元CPU(CentralProcessingUnit)只读存储器只读存储器ROM(ReadOnlyMemory)随机存取存储器随机存取存储器RAM(RandomAccessMemory)I/O(InputandOutput)接口接口定时器定时器/计数器计数器(Timer/Counter)中断系统中断系统(Interrupt)等功能部件，构成一台完整的数字电子计算机。等功能部件，构成一台完整的数字电子计算机。1 1 单片机概念单片机概念7/14/2024677/14/2024单片机实物图单片机实物图(1)单片机芯片单片机芯片AT89C51AT89S51AT89S52AT89C2051双列直插式DIP40(Dual In-line Package)封装 7/14/2024787/14/2024单片机实物图单片机实物图(2)单片机芯片单片机芯片STC89C52塑料扁平式PQFP/TQFP(Plastic Quad Flat Package)封装 带引线的塑料芯片封装PLCC44(Plastic Leaded Chip Carrier)7/14/2024897/14/2024单片机也称为：单片机也称为：我国，习惯使用我国，习惯使用“单片机单片机”这一名称。这一名称。嵌入式控制器嵌入式控制器EMCU（EmbeddedmicroControllerUnit）。）。微控制器微控制器MCU(MicroControllerUnit)1 1 单片机概念单片机概念7/14/20249107/14/2024（2）专用型）专用型专门针对某些产品的专门针对某些产品的特定用途特定用途而制作的单片机，针对性强而制作的单片机，针对性强且数量巨大。且数量巨大。对对系统结构的最简化、可靠性和成本的最佳化系统结构的最简化、可靠性和成本的最佳化等方面等方面都作了全面的考虑都作了全面的考虑。“专用专用”单片机具有十分单片机具有十分明显的综合优势。明显的综合优势。可开发的内部资源：可开发的内部资源：RAM、ROM、I/O等功能部件，全部等功能部件，全部提供给用户提供给用户。用户根据需要，设计一个以通用单片机芯片为。用户根据需要，设计一个以通用单片机芯片为核心的测控系统。核心的测控系统。按用途可分为按用途可分为通用型通用型和和专用型专用型两大类：两大类：（1）通用型）通用型2单片机类型单片机类型7/14/202410117/14/2024三三 单片机的历史及发展概况单片机的历史及发展概况四个阶段：四个阶段：第一阶段第一阶段(1971年年1976年年)：单片机：单片机初级初级阶段。发展了各种阶段。发展了各种4位位单片机，多用于家用电器、计算器、高级玩具。单片机，多用于家用电器、计算器、高级玩具。第二阶段（第二阶段（1976年年1980年）年）：低性能低性能8位位单片机阶段。以单片机阶段。以Intel公司制造的公司制造的MCS-48单片机为代表。单片机为代表。第三阶段第三阶段(1980年年1983年年)：高性能高性能8位位单片机阶段。单片机阶段。Intel公公司的司的MCS-51系列、系列、Mortorola公司的公司的6801系列等。系列等。第四阶段第四阶段(1983年现在年现在)：8位单片机巩固发展及位单片机巩固发展及16位单片位单片机、机、32位单片机推出阶段。位单片机推出阶段。7/14/202411127/14/2024四四8位单片机的主要生产厂家和机型位单片机的主要生产厂家和机型（1）美国）美国Intel公司公司MCS-51系列及其增强型、扩展型系列及其增强型、扩展型系列。系列。（2）美国）美国ATMEL公司公司89C51、89C52、89C55、89S51等。等。（3）荷兰）荷兰PHILIPS（菲力浦）公司（菲力浦）公司8xC552系列系列。MCS-51系列单片机在我国得到了广泛的应用，系列单片机在我国得到了广泛的应用，主流系列主流系列，软、，软、硬件设计硬件设计资料丰富齐全。资料丰富齐全。7/14/202412137/14/2024五五单片机的发展趋势单片机的发展趋势1.CPU的改进的改进（1）采用双）采用双CPU结构，提高处理能力结构，提高处理能力（2）增加数据总线宽度，内部采用）增加数据总线宽度，内部采用16位数据总线。位数据总线。（3）串行总线结构，菲利浦公司的）串行总线结构，菲利浦公司的I2C总线总线（InterIctus）。）。用两根信号线代替现行的用两根信号线代替现行的8位数据总线。位数据总线。2存储器的发展存储器的发展（1）加大存储容量。）加大存储容量。（2）片内）片内EPROM采用采用E2PROM或或闪烁（闪烁（Flash）存储器）存储器（3）程序保密化。）程序保密化。7/14/202413147/14/20243片内片内I/O的改进的改进（1）增加并行口的驱动能力，能直接输出）增加并行口的驱动能力，能直接输出大电流和高电压。大电流和高电压。（2）增加）增加I/O口的逻辑控制功能。口的逻辑控制功能。（3）设置了一些）设置了一些特殊的串行接口功能特殊的串行接口功能，构成，构成分布式、网络化分布式、网络化系统系统。4外围电路内装化外围电路内装化器件集成度的不断提高，把众多的外围功能部件集成在片内器件集成度的不断提高，把众多的外围功能部件集成在片内系统的单片化系统的单片化。5低功耗化低功耗化CMOS化、化、CHMOS工艺。工艺。总之，向总之，向高性能、高速、低压、低功耗、低价格、高性能、高速、低压、低功耗、低价格、外围电路外围电路内装化内装化方向发展。方向发展。7/14/202414157/14/2024六六 单片机的应用单片机的应用单片机因卓越的性能，得到了广泛的应用，已深入到各个领单片机因卓越的性能，得到了广泛的应用，已深入到各个领域。域。使用温度：使用温度：民品：民品：0C+70C工业品：工业品：-40C+85C军品：军品：-65C+125C。在下述的各个领域广泛的应用：在下述的各个领域广泛的应用：1.工业自动化工业自动化2.智能仪器仪表智能仪器仪表3.消费类电子产品消费类电子产品4.通讯通讯5武器装备武器装备6终端及外部设备控制终端及外部设备控制7多机分布式系统多机分布式系统7/14/202415167/14/2024七七MCS-51系列单片机系列单片机20世纪世纪80年代后期：年代后期：Intel公司以专利的形式把公司以专利的形式把8051内核技术转让给厂家内核技术转让给厂家。这些厂家生产的这些厂家生产的兼容单片机兼容单片机，与，与8051的系统结构（主要是指令的系统结构（主要是指令系统）相同，采用系统）相同，采用CMOS工艺。工艺。如：如：AT(Atmel)、Philips(飞利浦飞利浦)、Winbond(华邦华邦)、Siemens(西西门子门子)、STC公司。公司。不应直接称为不应直接称为MCS-51系列单片机，系列单片机，MCS只是只是Intel公司专用的公司专用的单片机系列符号。单片机系列符号。8051系列：系列：所有具有所有具有8051指令系统的单片机指令系统的单片机7/14/202416177/14/2024（1）基本型）基本型典型产品：典型产品：8031/8051/8751内部内部RAM增到增到256字节，字节，8052、8752的内部程序存储器扩展的内部程序存储器扩展到到8KB，16位定时器位定时器/计数器增至计数器增至3个。个。（3）低功耗型）低功耗型典型产品：典型产品：80C31/87C51/80C51。采用。采用CMOS工艺，适于电工艺，适于电池供电或其它要求低功耗的场合。池供电或其它要求低功耗的场合。（4）专用型）专用型8044/8744，用于总线分布式多机测控系统。，用于总线分布式多机测控系统。（2）增强型）增强型典型产品：典型产品：8032/8052/8752MCS-51系列单片机及其兼容产品通常分成以下几类系列单片机及其兼容产品通常分成以下几类：7/14/202417187/14/2024（5）超）超8位型位型典型产品典型产品：PHILIPS公司公司80C552/87C552/83C552系列系列单片机。单片机。将将MCS-96系列（系列（16位单片机）位单片机）I/O部件部件如：高速输入如：高速输入/输出输出（HSI/HSO）、）、A/D转换器、脉冲宽度调制（转换器、脉冲宽度调制（PWM）、看门狗）、看门狗定时器（定时器（WDT）等移植进来构成新一代）等移植进来构成新一代MCS-51产品。产品。功能介于功能介于MCS-51和和MCS-96之间之间。目前已得到了较广泛的使。目前已得到了较广泛的使用。用。（6）片内闪烁存储器型）片内闪烁存储器型美国美国ATMEL公司的公司的AT89C51单片机，受到应用设计者的欢迎。单片机，受到应用设计者的欢迎。7/14/202418197/14/202489S51相对于相对于89C51增加的新功能包括：增加的新功能包括：-新增加很多功能，性能有了较大提升，价格却基本不变，甚至比新增加很多功能，性能有了较大提升，价格却基本不变，甚至比89C51更低！更低！-ISP在线编程功能在线编程功能，这个功能的优势在于改写单片机存储器内的程序不，这个功能的优势在于改写单片机存储器内的程序不需要把芯片从工作环境中剥离。是一个强大易用的功能。需要把芯片从工作环境中剥离。是一个强大易用的功能。-工作频率为工作频率为33MHz，大家都知道，大家都知道89C51的极限工作频率只有的极限工作频率只有24M，就是，就是说说S51具有更高工作频率，从而具有了更快的计算速度。具有更高工作频率，从而具有了更快的计算速度。-具有双工具有双工UART串行通道串行通道。-内部集成看门狗计时器内部集成看门狗计时器，不再需要像，不再需要像89C51那样外接看门狗计时器单元那样外接看门狗计时器单元电路。电路。-全新的加密算法全新的加密算法，这使得对于，这使得对于89S51的解密变为不可能，程序的保密性的解密变为不可能，程序的保密性大大加强，这样就可以有效的保护知识产权不被侵犯。大大加强，这样就可以有效的保护知识产权不被侵犯。-兼容性方面兼容性方面：向下完全兼容：向下完全兼容51全部子系列产品。比如全部子系列产品。比如8051、89C51等早等早期期MCS-51兼容产品。也就是说所有教科书、网络教程上的程序（不论教兼容产品。也就是说所有教科书、网络教程上的程序（不论教科书上采用的单片机是科书上采用的单片机是8051还是还是89C51还是还是MCS-51等等），在等等），在89S51上一上一样可以照常运行，这就是所谓的向下兼容。样可以照常运行，这就是所谓的向下兼容。ATMEL公司当前主流的公司当前主流的AT89S51单片机简介单片机简介7/14/202419207/14/2024相关网站相关网站盐城工学院单片机原理与应用精品课程网站盐城工学院单片机原理与应用精品课程网站天祥电子天祥电子 Proteus仿真软件教程网址仿真软件教程网址 http：/51单片机学习网单片机学习网http：/单片机的单片机的C语言语言http：/广州周立功单片机广州周立功单片机http：/Philips公司公司http：/Intel公司公司http：/Motorola公司公司http：/凌阳大学计划凌阳大学计划http：/北京单片机开发网北京单片机开发网http：/中原单片机中原单片机 7/14/202420217/14/2024八、单片机原理与接口课程的学习八、单片机原理与接口课程的学习1学习本课程应学习本课程应硬件、软件兼顾并重硬件、软件兼顾并重，既要注意单片机，既要注意单片机的结构、原理，也要注意其汇编语言指令和程序，做的结构、原理，也要注意其汇编语言指令和程序，做到两者融会贯通，能够将两者相互渗透。到两者融会贯通，能够将两者相互渗透。2会组成单片机应用系统。学习时对单片机扩展用到的芯会组成单片机应用系统。学习时对单片机扩展用到的芯片、接口、以及各种应用实例片、接口、以及各种应用实例(环节环节)须给予足够的重视。须给予足够的重视。3学习本课程时，宜结合习题、学习本课程时，宜结合习题、实验、课程设计实验、课程设计，以提高，以提高学习质量，巩固和扩大学习收获。学习质量，巩固和扩大学习收获。4学习顺序：基本概念、硬件结构学习顺序：基本概念、硬件结构(CPU)、指令系统、指令系统和程序设计、硬件结构和程序设计、硬件结构(定时器定时器/计数器、并口、串口、中计数器、并口、串口、中断）、单片机扩展、接口应用。断）、单片机扩展、接口应用。5总学时总学时64+S16周学时周学时6（4-14周）周）7/14/202421227/14/2024单片机技术课程在同类课程中的特殊地位：单片机技术课程在同类课程中的特殊地位：1、单单片片机机技技术术是是现现代代DSP技技术术（数数字字信信号号处处理理器器）、嵌嵌入入式式计计算算机机、片片上上可可编编程程系系统统的的基基础础，是是一一门门非非常常实实用用的的技技术，其就业前景良好。术，其就业前景良好。2、学学习习、掌掌握握、应应用用该该技技术术所所需需的的成成本本越越来来越越低低，将将成成为为一一种种普普及及性性技技术术，使使得得越越来来越越多多的的学学生生有有条条件件、有有机机会会仅仅靠靠自自己己的的力力量量、按按照照自自己己的的想想法法设设计计制制作作作作品品（产产品品）。这这对对于于在在校校的的、爱爱好好电电子子产产品品设设计计、制制作作的的学学生生是是一一个个较较好好的的选择。选择。3、计计算算机机技技术术、通通讯讯技技术术、微微电电子子技技术术、网网络络技技术术是是现现代社会文明的标志，而单片机技术是这些技术的微缩。代社会文明的标志，而单片机技术是这些技术的微缩。7/14/202422237/14/2024考核方法和成绩评定说明考核方法和成绩评定说明考试采用统一命题，闭卷考试，考试时间为考试采用统一命题，闭卷考试，考试时间为120分钟。分钟。成成绩绩评评定定：闭闭卷卷笔笔试试（70）实实验验（20）平平时时成成绩绩（10）其中：平时成绩含作业及课堂学习情况。其中：平时成绩含作业及课堂学习情况。7/14/202423247/14/2024九、参考文献九、参考文献1.新概念新概念51单片机单片机C语言教程语言教程入门、提高、开发拓展全攻略入门、提高、开发拓展全攻略郭天祥编著郭天祥编著电子工业出版社电子工业出版社2010.32.单片机原理及应用单片机原理及应用张毅刚主编张毅刚主编高等教育出版社高等教育出版社2008.53.单片机单片机C语言程序设计实训语言程序设计实训100例例基于基于8051+Proteus仿真仿真彭彭伟编著伟编著电子工业出版社电子工业出版社2010.64.张大明张大明.单片机控制实训指导及综合应用实例单片机控制实训指导及综合应用实例M.北京：清北京：清华大学出版社，华大学出版社，20045.张齐，朱宁西张齐，朱宁西.单片机应用系统设计技术单片机应用系统设计技术基于基于C51的的Proteus仿真仿真M.北京：化学工业出版社，北京：化学工业出版社，2004.7/14/202424257/14/2024十、辅导与答疑联系方式十、辅导与答疑联系方式电话：电话：Email：课程网站课程网站7/14/202425267/14/20241.2 1.2 微型计算机基础微型计算机基础计算机的基本结构计算机的基本结构微型计算机系统组成微型计算机系统组成微型计算机硬件微型计算机硬件微型计算机软件微型计算机软件7/14/202426277/14/20241.2 1.2 微型计算机基础微型计算机基础1计算机的基本结构计算机的基本结构计算机结构图计算机结构图运算器：运算器：是计算机处理信息的主要部件。是计算机处理信息的主要部件。控制器：控制器：产生一系列控制命令，控制计产生一系列控制命令，控制计 算机各部件自动地、协调一致地工作。算机各部件自动地、协调一致地工作。存储器：存储器：是存放程序与数据的部件。是存放程序与数据的部件。输入设备：输入设备：用来输入用来输入程序与数据程序与数据，常用的，常用的输入设备有键盘、鼠标、光电输入机等。输入设备有键盘、鼠标、光电输入机等。输出设备：输出设备：将计算机的处理结果用数字、将计算机的处理结果用数字、图形等形式表示出来。常用的输出设备图形等形式表示出来。常用的输出设备有显示终端、数码管、打印机、绘图仪有显示终端、数码管、打印机、绘图仪等。等。一一.微型计算机的组成微型计算机的组成7/14/202427287/14/20241计算机的基本结构计算机的基本结构计算机结构图计算机结构图中中央央处处理理单单元元CPU：运运算算器器、控控制制 器器 合合 称称 为为 中中 央央 处处 理理 单单 元元CPU(CentralProcessingUnit)。主机：主机：通常把运算器、控制器、存通常把运算器、控制器、存储器这三部分称为计算机主机。储器这三部分称为计算机主机。外设：外设：输入、输出设备称为计算机输入、输出设备称为计算机的外围设备的外围设备(简称简称“外没外没”)”)。一一.微型计算机的组成微型计算机的组成1.2 1.2 微型计算机基础微型计算机基础7/14/202428297/14/20242字长字长定义：一台计算机一次所能处理的定义：一台计算机一次所能处理的二进制信二进制信息息的位数称为该计算机的字长。的位数称为该计算机的字长。说明：说明：(1)微型计算机的字长有微型计算机的字长有1位、位、4位、位、8位、位、16位、位、32位等。位等。(2)用户通常要根据不同的任务选择不同字长的计算用户通常要根据不同的任务选择不同字长的计算机。机。7/14/202429307/14/20243.3.微型计算机系统组成微型计算机系统组成(1)微型计算机系统的三个层次微型计算机系统的三个层次微处理器微处理器(Microprocessor)微型计算机微型计算机(Microcomputer)微型计算机系统微型计算机系统(MicrocomputerSystem)7/14/202430317/14/2024(1).(1).微型计算机系统的三个层次微型计算机系统的三个层次硬件系统硬件系统软件系统软件系统微微型型计算机计算机系系统统微处理器微处理器存储器存储器I/O接口接口总线总线微微型型计算机计算机(主主机机)外外设设ALU工作寄存器组工作寄存器组控制器控制器键盘、鼠标键盘、鼠标显示器显示器软驱、硬盘、光驱软驱、硬盘、光驱打印机、扫描仪打印机、扫描仪系统软件系统软件应用软件应用软件7/14/202431327/14/2024核心级核心级微处理器微处理器微处理器简称微处理器简称CPU，是微型计算机的核心，是微型计算机的核心，主要包括：主要包括：算术逻辑单元算术逻辑单元ALU(ArithmaticLogicUnit)控制部件控制部件CU(ControlUnit)工作寄存器组工作寄存器组RegistersCPU实现运算功能和控制功能实现运算功能和控制功能7/14/202432337/14/2024硬件系统级硬件系统级微型计算机微型计算机以微处理器为核心，配上只读存储器以微处理器为核心，配上只读存储器(ROM)、读写存储器、读写存储器(RAM)、输入、输入/输出输出(I/O)接口电路及系统总线等部件，就构接口电路及系统总线等部件，就构成了微型计算机。成了微型计算机。将将CPU、存储器、存储器、I/O接口、总线等集成接口、总线等集成在一片超大规模集成电路芯片上，称为在一片超大规模集成电路芯片上，称为单片微型计算机，简称单片机。单片微型计算机，简称单片机。7/14/202433347/14/2024系统级系统级以以微型计算机微型计算机为中心，配以相应的为中心，配以相应的外围外围设备设备以及控制微型计算机工作的以及控制微型计算机工作的软件软件，就构成了完整的微型计算机系统。就构成了完整的微型计算机系统。微型计算机如果不配有软件，通常称为微型计算机如果不配有软件，通常称为裸机裸机软件分为软件分为系统软件系统软件和和应用软件应用软件两大类。两大类。7/14/202434357/14/2024(2)微型计算机结构微型计算机结构微处理器（微处理器（CPU）存储器存储器输入输入/输出接口输出接口总线总线7/14/202435367/14/2024微型计算机结构框图微型计算机结构框图存存储储器器I/O接接口口输输入入/输输出出设设备备地址总线地址总线ABCPU数据总线数据总线DB控制总线控制总线CBAB：AddressBusDB：DataBusCB：ControlBusI/O接接口口I/O接接口口输输入入/输输出出设设备备7/14/202436377/14/2024微型计算机结构框图微型计算机结构框图存储器I/O接口I/O接口地址总线地址总线ABCPU数据总线数据总线DB控制总线控制总线CBI/O接口AB：AddressBusDB：DataBusCB：ControlBus输输入入/输输出出设设备备输输入入/输输出出设设备备7/14/202437387/14/2024 CPU计算机的控制中心，提供运算、判断能力计算机的控制中心，提供运算、判断能力构成：构成：运算器运算器(ALU)、控制器、控制器(CU)、寄存器、寄存器组（组（Registers）7/14/202438397/14/2024 CPU微处理器典型结构微处理器典型结构运算器运算器(ALU)(ALU)控制器控制器寄存器组寄存器组7/14/202439407/14/2024微型计算机结构框图微型计算机结构框图存储器I/O接口I/O接口地址总线地址总线 AB ABCPU数据总线数据总线 DB DB控制总线控制总线 CB CBI/O接口AB：AddressBusDB：DataBusCB：ControlBus输输入入/输输出出设设备备输输入入/输输出出设设备备7/14/202440417/14/2024 存存 储储 器器存放存放程序程序和和数据数据的记忆装置的记忆装置用途：存放程序和要操作的各类信息用途：存放程序和要操作的各类信息（数据、文字、图像、（数据、文字、图像、）内存：内存：ROM、RAM特点：速度快，容量小特点：速度快，容量小外存：磁盘、光盘、半导体盘、外存：磁盘、光盘、半导体盘、特点：顺序存取特点：顺序存取/块存取，速度慢，容块存取，速度慢，容量大量大7/14/202441427/14/2024 有关内存储器的几个概念有关内存储器的几个概念A.内存单元的地址和内容内存单元的地址和内容B.内存容量内存容量C.内存的操作内存的操作D.内存的分类内存的分类7/14/202442437/14/2024A.内存单元的地址和内容内存单元的地址和内容内存包含有很多存储单元内存包含有很多存储单元(每个内存单元包含每个内存单元包含8bit)，为区分不同的内存单元，对计算机中的每，为区分不同的内存单元，对计算机中的每个内存单元进行编号，个内存单元进行编号，内存单元的编号就称为内内存单元的编号就称为内存单元的地址存单元的地址。内存单元中存放的二进制信息称内存单元中存放的二进制信息称为内存单元的内容。为内存单元的内容。101101108F04H内存单内存单元地址元地址内存单内存单元内容元内容.Bit 7 6 5 4 3 2 1 001011000*内存单元有时内存单元有时又称为又称为地址单元地址单元0000H7/14/202443447/14/2024B.内存容量内存容量即内存单元的个数即内存单元的个数，以字节为单位。，以字节为单位。注意：注意：内存空间内存空间与与内存容量内存容量的区别的区别内存容量：内存容量：实际配置的内存大小。例：某微机配置实际配置的内存大小。例：某微机配置2条条128MB的的RAM内存条，其内存容量为内存条，其内存容量为256MB内存空间：内存空间：又称为存储空间、寻址范围，是指微机又称为存储空间、寻址范围，是指微机的寻址能力，与的寻址能力，与CPU的地址总线宽度有关。的地址总线宽度有关。7/14/202444457/14/2024C.内存操作内存操作读：读：将内存单元的内容取入将内存单元的内容取入CPU，原单元内容不改，原单元内容不改变；变；写：写：CPU将信息放入内存单元，单元中原内容被覆将信息放入内存单元，单元中原内容被覆盖；盖；内存的读写的步骤为：内存的读写的步骤为：CPU把要读写的内存单元的地址放到把要读写的内存单元的地址放到AB上上若是写操作，若是写操作，CPU紧接着把要写入的数据放到紧接着把要写入的数据放到DB上上CPU发出读写命令发出读写命令数据被写入指定的单元或从指定的单元读出到数据被写入指定的单元或从指定的单元读出到DB若是读若是读操作，操作，CPU紧接着从紧接着从DB上取回数据上取回数据7/14/202445467/14/2024C.内存操作内存操作内存读操作过程：内存读操作过程：7/14/202446477/14/2024C.内存操作内存操作内存写操作过程：内存写操作过程：7/14/202447487/14/2024D.内存储器的分类内存储器的分类读写存储器读写存储器RAM(RandomAccessMemory)可读可写可读可写易失性，临时存放程序和数据易失性，临时存放程序和数据只读存储器只读存储器ROM（ReadOnlyMemory）工作时只能读工作时只能读非易失性，永久或半永久性存放信息非易失性，永久或半永久性存放信息7/14/202448497/14/2024微型计算机结构框图微型计算机结构框图存储器I/O接口I/O接口地址总线地址总线 AB ABCPU数据总线数据总线 DB DB控制总线控制总线 CB CBI/O接口AB：AddressBusDB：DataBusCB：ControlBus输输入入/输输出出设设备备输输入入/输输出出设设备备7/14/202449507/14/2024 输入输入/输出接口输出接口简写为简写为I/O接口，是接口，是CPU与外部设备与外部设备间的桥梁间的桥梁CPUI/O接口接口外设外设7/14/202450517/14/2024接口的功能接口的功能提供驱动外设的电压或电流；提供驱动外设的电压或电流；匹配计算机与外设之间的信号电平、匹配计算机与外设之间的信号电平、速度、信号类型、数据格式等；速度、信号类型、数据格式等；缓存发给外设的数据、控制命令和外缓存发给外设的数据、控制命令和外设提供的运行状态信息；设提供的运行状态信息；DMA控制和中断控制。控制和中断控制。7/14/202451527/14/2024微型计算机结构框图微型计算机结构框图存储器I/O接口输入设备I/O接口地址总线地址总线 AB AB输出设备CPU数据总线数据总线 DB DB控制总线控制总线 CB CBI/O接口AB：AddressBusDB：DataBusCB：ControlBus7/14/202452537/14/2024总线总线BUS连接多个功能部件的一组公共信号线连接多个功能部件的一组公共信号线地址总线地址总线AB：用来传送：用来传送CPU输出的地址信号，输出的地址信号，确定被访问的存储单元、确定被访问的存储单元、I/O端口。端口。地址线地址线的根数的根数决定了决定了CPU的寻址范围。的寻址范围。CPU的寻址范围的寻址范围=2n，n：地址线根数：地址线根数数据总线数据总线DB：在在CPU与存储器、与存储器、I/O接口之接口之间数据传送的公共通路。间数据传送的公共通路。数据总线的条数数据总线的条数决决定定CPU一次最多可以传送的数据宽度。一次最多可以传送的数据宽度。控制总线控制总线CB：用来传送各种控制信号：用来传送各种控制信号7/14/202453547/14/2024二、微型计算机的软件二、微型计算机的软件1.软件定义软件定义硬件：硬件：是在执行任务过程中相对固定的一种物质体现。是在执行任务过程中相对固定的一种物质体现。软软件件：则则是是在在执执行行任任务务过过程程中中比比较较灵灵活活的的信信息息的的体体现现，即指使用和管理计算机的各种程序即指使用和管理计算机的各种程序(Program)。2.指令指令指令：指令：控制计算机进行各种操作的命令称为指令。控制计算机进行各种操作的命令称为指令。操作码：表示该指令执行何种操作。操作码：表示该指令执行何种操作。操作数：表示参加运算的数据或操作数：表示参加运算的数据或数据所在的地址数据所在的地址7/14/202454557/14/20243.程序程序 程序：程序：一系列指令的有序集合称为程序。一系列指令的有序集合称为程序。程序设计：程序设计：编制程序的过程称为程序设计。编制程序的过程称为程序设计。7/14/202455567/14/20244.机器语言、汇编语言和高级语言机器语言、汇编语言和高级语言(1)汇汇编编语语言言：用用助助记记符符(通通常常是是指指令令功功能能的的英英文文缩缩写写)表表示示操操作作码码、用用字字符符(字字母母、数数字字、符符号号)表表示示操操作作数数的的指指令令称称为为汇汇编编指指令令。用用汇汇编编指指令令编编制制的的程程序序称称为为汇汇编编语语言言程序。程序。特特点点：这这种种程程序序占占用用存存储储器器单单元元少少，执执行行速速度度较较快快，能能够够准准确确掌掌握握执执行行时时间间，可可实实现现精精细细控控制制，因因此此特特别别适适用用于于实时控制。实时控制。然而汇编语言是然而汇编语言是面向机器面向机器的语言，各种计算机的的语言，各种计算机的汇编语言是不同的，必须对所用机器的结构、原理和指令汇编语言是不同的，必须对所用机器的结构、原理和指令系统比较清楚，才能编写出它的各种汇编语言程序，而且系统比较清楚，才能编写出它的各种汇编语言程序，而且不能通用于其他机器，这是汇编语言的不足之处。不能通用于其他机器，这是汇编语言的不足之处。7/14/202456577/14/2024(2)高高级级语语言言：为为使使用用户户编编程程容容易易，程程序序中中所所用用的的语语句句与与实实际际更更接接近近，而而且且使使用用户户不不必必了了解解具具体体的的机机器器，就就能能编编程程，使使编出的程序通用性更强，于是产生了高级语言。编出的程序通用性更强，于是产生了高级语言。常用的高级语言有常用的高级语言有BASIC、FORTRAN、C等。等。特特点点：高高级级语语言言是是面面向向过过程程的的语语言言，用用高高级级语语言言编编写写程程序序时时主主要要着着眼眼于于算算法法，而而不不必必了了解解计计算算机机的的硬硬件件结结构构和和指指令令系系统统，因因此此易易学学易易用用。高高级级语语言言是是独独立立于于机机器器的的，一一般般地地说说，同同一一个程序可在任何种类的机器中使用。个程序可在任何种类的机器中使用。应用：应用：高级语言适用于科学计算、数据处理等方面高级语言适用于科学计算、数据处理等方面。7/14/202457587/14/2024(3)机机器器语语言言：二二进进制制代代码码形形式式的的程程序序就就是是机机器器语语言言程程序序。二二进进制制代代码码形形式式的的指指令令又又称称机机器器指指令令或或机机器器码码。汇汇编编指指令令与与机器指令具有一一对应的关系，机器指令具有一一对应的关系，特点：特点：计算机最终执行的都是机器语言程序。计算机最终执行的都是机器语言程序。机机器器语语言言只只有有0和和1两两个个符符号号，用用它它来来直直接接编编写写程程序序十十分分困困难难。因因此此，往往往往先先用用汇汇编编语语言言或或高高级级语语言言编编写写程程序序，然然后后再再转换成目标程序。转换成目标程序。7/14/202458597/14/2024(4)几个概念：几个概念：源程序：源程序：汇编语言程序与高级语言程序统称为源程序汇编语言程序与高级语言程序统称为源程序目标程序：目标程序：机器语言程序又称为目标程序。机器语言程序又称为目标程序。汇编：汇编：将汇编语言程序翻译成目标程序的过程称为汇编。将汇编语言程序翻译成目标程序的过程称为汇编。手手工工汇汇编编：由由编编程程人人员员对对照照指指令令表表，一一条条一一条条查查找找、翻翻译译的的方法称为手工汇编。方法称为手工汇编。机机器器汇汇编编：由由计计算算机机自自动动完完成成汇汇编编语语言言转转换换为为机机器器语语言言的的称称为机器汇编。为机器汇编。汇编程序：汇编程序：机器汇编时用到的软件称为汇编程序。机器汇编时用到的软件称为汇编程序。编编译译程程序序：高高级级语语言言转转换换成成机机器器语语言言的的工工作作只只能能由由计计算算机机完完成，转换时所用的软件为编译程序。成，转换时所用的软件为编译程序。7/14/202459607/14/20245、程序分类、程序分类计算机软件示意图计算机软件示意图7/14/202460617/14/2024三三.计算机中的数计算机中的数1进位计数制进位计数制 十十进进制制数数、十十二二进进制制数数（1年年=12个个月月），十十六六进进制制，六十进制、六十进制、二进制数。二进制数。数制表示方法：数制表示方法：(1)在在数数的的后后面面放放一一个个英英文文字字母母作作为为标标识识符符。二二进进制制数数用用B(Binary)，十十六六进进制制数数用用H(Hexdecimal)，十十进进制制数数用用D(Decimal)。D可可以以省省略略不不用用，即即不不带带标标识识符符的的数是十进制数。数是十进制数。(2)在数的右下方加一个小数字说明在数的右下方加一个小数字说明例：例：(1011011)2，(896)10，(896)167/14/202461627/14/2024数制的基：数制的基：计数制中所具有的数码的个数。计数制中所具有的数码的个数。数制的权：数制的权：计数制中每一位所具有的值。计数制中每一位所具有的值。7/14/202462637/14/2024（1）十进制数十进制数特点：特点：有十个不同的数字符号：有十个不同的数字符号：0、1、2、39。逢十进位，即各位的权是以十为底的幂。逢十进位，即各位的权是以十为底的幂。一般表达式：一般表达式：7/14/202463647/14/2024（2）二进制数二进制数特点：特点：有两个不同的数字符号：有两个不同的数字符号：0、1。逢二进位，即各位的权是以二为底的幂。逢二进位，即各位的权是以二为底的幂。一般表达式：一般表达式：7/14/202464657/14/2024（3）十六进制数十六进制数特特点点：有有十十六六个个不不同同的的数数字字符符号号：0、1、2、39、A、B、C、D、E、F。逢十六进位，即各位的权是以十六为底的幂。逢十六进位，即各位的权是以十六为底的幂。一般表达式：一般表达式：7/14/202465667/14/20242.不同计数制间的转换不同计数制间的转换(1)二进制数与十六进制数的相互转换二进制数与十六进制数的相互转换 7/14/202466677/14/2024十十六六进进制制数数转转换换成成二二进进制制数数 只只要要把把每每一一位位十十六六进进制数用对应的制数用对应的4位二进制数代替就转换成了二进制数。位二进制数代替就转换成了二进制数。例例2.A4H0010.10100100B10.101001B 二二进进制制数数转转换换成成十十六六进进制制数数 二二进进制制数数的的整整数数部部分分由由小小数数点点向向左左，每每4位位一一分分，最最后后不不足足部部分分左左面面补补零零，小小数数部部分分由由小小数数点点向向右右，每每4位位一一分分，最最后后不不足足部部分分右右面面补补零零，然然后后每每位位二二进进制制数数用用1位位十十六六进进制制数数代代替替，就转换成了十六进制数。就转换成了十六进制数。例例：100l11l00101001011B000100111100101001011000B13CA58H7/14/202467687/14/2024(2)二进制数、十六进制数转换成十进制数二进制数、十六进制数转换成十进制数根根据据二二进进制制数数及及十十六六进进制制数数的的定定义义，将将一一个个二二进进制制数数或或十十六六进进制制数数按按权权展展开开，然然后后相相加加，就就得得到了十进制数。到了十进制数。例：例：101111B2FH2161十十15477/14/202468697/14/2024(3)十进制数转换成二进制数、十六进制数十进制数转换成二进制数、十六进制数整数部分的换算：除整数部分的换算：除2（或（或16）取余法）取余法十进制数的整数部分连续被十进制数的整数部分连续被2（或（或16）所除，依次记下余数）所除，依次记下余数直到商为直到商为0为止。为止。第一个余数是转换后的最低位，最后一第一个余数是转换后的最低位，最后一个余数是最高位。个余数是最高位。小数部分的转换。小数部分的转换。乘乘2（或或16）取取整整法法：十十进进制制小小数数连连续续乘乘以以2(或或16)，依依次次记记下下积积的的整整数数部部分分直直到到积积为为0或或达达到到一一定定的的精精度度为为止止。第第一一个个整整数数是是二二(或或十十六六)进进制制小小数数的的最最高高位位，最最后后一一个个整整数数是是最低位。最低位。例：例：23.625=(?)2=(?)167/14/202469707/14/20243无符号二进制数的算术运算与逻辑运算无符号二进制数的算术运算与逻辑运算(1)算术运算算术运算包括：包括：加法运算加法运算减法运算减法运算乘法运算乘法运算除法运算除法运算7/14/202470717/14/2024加法运算加法运算0+0=00+1=1+0=11+1=0(进位1)11111100B+10100110B110100010B7/14/202471727/14/2024减法运算减法运算0-0=01-0=10-1=1(有借位1)1-1=0 11111000B-10110110B01000010B7/14/202472737/14/2024.乘法运算乘法运算0 0=01 0=10 1=01 1=11100 100111001100000000007/14/202473747/14/2024除法运算除法运算110110B110B=？00001011B0100B=？7/14/202474757/14/2024(2)无符号数的表示范围无符号数的表示范围一个一个n位的无符号二进制数位的无符号二进制数X，其表示范围为，其表示范围为0X2n-1若运算结果超出这个范围，则产生溢出。若运算结果超出这个范围，则产生溢出。溢出判别方法：溢出判别方法：运算时，运算时，当最高位向更高位有进位（或借位）则产当最高位向更高位有进位（或借位）则产生溢出生溢出。7/14/202475767/14/2024例：例：+00000001 1 00000000结果超出位（最高位有进位），发生溢结果超出位（最高位有进位），发生溢出。（结果为出。（结果为256，超出位二进制数所能，超出位二进制数所能表示的范围表示的范围255）7/14/202476777/14/2024(3)逻辑运算逻辑运算与与()、或、或()、非、非()、异或、异或()特点：特点：按位运算，无进、借位按位运算，无进、借位7/14/202477787/14/2024与运算与运算 l1l11 1 1010O O 0l0l0 0 00000 0 例：计算例：计算10110111B 10110111B 01001101B 01001101B(?)B(?)B 7/14/202478797/14/2024 或运算或运算 l 1l 11 1 1 01 01 1 0 l0 l1 1 0 00 00 0 例：计算例：计算10110111B 10110111B 01001101B 01001101B(?)B(?)B 7/14/202479807/14/2024非运算非运算 l l0 0 0 01 1 例：计算例：计算10110111B10110111B的非的非 7/14/202480817/14/2024异或运算异或运算 l l 1 10 0 1 1 0 01 1 0 0 l l1 1 0 0 0 00 0 例：计算例：计算10110111B 10110111B 01001101B01001101B(?)B(?)B 7/14/202481827/14/20244 4 带符号二进制数的表示及运算带符号二进制数的表示及运算计算机中带符号数的表示计算机中带符号数的表示把二进制数的把二进制数的最高位最高位定义为符号位定义为符号位符号位为符号位为0表示表示正数正数，符号位为符号位为1表示表示负数负数连同符号位一起数值化了的数，称为连同符号位一起数值化了的数，称为机器数机器数。机器数所表示的真实的数值，称为机器数所表示的真实的数值，称为真值真值。（在以下讲述中，均以位二进制数为例）（在以下讲述中，均以位二进制数为例）7/14/202482837/14/2024带符号数的表示带符号数的表示8位微机中的带符号数位微机中的带符号数符号位符号位数值位数值位7/14/202483847/14/2024例：例：+52=+0110100B=00110100B符号位符号位数值位数值位-52=-0110100B=1B真值真值机器数机器数7/14/202484857/14/2024(1)(1)带符号数的带符号数的机器数机器数表示表示对于符号数，机器数常用的表示方法有对于符号数，机器数常用的表示方法有原码原码、反码反码和和补码补码三种。数三种。数X的原码记作的原码记作X原原，反码记作，反码记作X反反，补，补码记作码记作X补补。注意：对正数，三种表示法均相同。注意：对正数，三种表示法均相同。它们的差别在于对负数的表示。它们的差别在于对负数的表示。7/14/202485867/14/2024原码原码凡是正数符号位用凡是正数符号位用0表示，负数符号位用表示，负数符号位用1表示，表示，而数值位保持原样的机器数称为原码。而数值位保持原样的机器数称为原码。正数：正数：原码符号位用原码符号位用0表示，数值位保持原样。表示，数值位保持原样。负数：负数：原码符号位要置原码符号位要置1，数值位保持原样。，数值位保持原样。0：+0原原00000000B-0原原10000000B特点：特点：(1)8位二进制原码表示的数的范围为：位二进制原码表示的数的范围为：-127127。(2)0的原码表示不唯一。的原码表示不唯一。7/14/202486877/14/2024反码反码正数：正数：反码表示与原码相同，即反码表示与原码相同，即x反反x原原(x0)负数：负数：反码符号位置反码符号位置1，其余各位按位取反。，其余各位按位取反。0：+0反反00000000B-0反反11111111B特点：特点：(1)8位二进制反码表示的数的范围为：位二进制反码表示的数的范围为：-127127。(2)0的反码表示不唯一。的反码表示不唯一。7/14/202487887/14/2024补码补码正数：正数：补码表示与原码相同，即补码表示与原码相同，即x补补x原原(x0)负数：负数：符号位置符号位置1，其余各位按位取反，然后在最低位加，其余各位按位取反，然后在最低位加1，即反码加即反码加1。负数补码的简便求法：负数补码的简便求法：对负数的原码，从最低位向左数，在遇对负数的原码，从最低位向左数，在遇到第一个到第一个1以前，包括第一个以前，包括第一个1，重写每一位，其余各位取反，重写每一位，其余各位取反，符号位置符号位置1。0：+0补补00000000B-0补补11111111B+1B=100000000B=00000000B对于对于8位字长的计算机，第九位进位自然丢失。所以位字长的计算机，第九位进位自然丢失。所以0的补的补码表示唯一。码表示唯一。特点：特点：(1)8位二进制补码表示的数的范围为：位二进制补码表示的数的范围为：-128127。(2)0的补码表示是唯一的。的补码表示是唯一的。7/14/202488897/14/2024(2)真值与补码之间的转换真值与补码之间的转换已知一个数的补码，求其原码时，应将其补码再已知一个数的补码，求其原码时，应将其补码再求补。即求补。即x补补补补=x原原7/14/202489907/14/2024例：例：将一个用补码表示的二进制数转换为十进制数。将一个用补码表示的二进制数转换为十进制数。1)X补补=00101110B真值为：真值为：+0101110B正数正数所以：所以：X=+462)X补补=11010010B负数负数X=X补补补补=11010010补补=-B所以：所以：X=-467/14/202490917/14/2024(3)(3)补码运算补码运算 运算法则：运算法则：x、y无论是正数还