典型微型计算机组成结构图微处理器课件

课程名称 微型计算机原理（微机原理与接口 技术）学 时 52/12（48/15）选用教材 吴秀清主编.微型计算机原理与接口 技术 M（第三版）.合肥：中国科技大学出版社.主讲教师 叶爱芹授课对象 电子信息工程、机械自动化授课方式 多媒体与板书相结合前修课程：电路原理、模拟电子电路、数字电子技术等 课程名称 微型计算机原理（微机原理与接口 技术）1课程在专业学科中的地位与作用课程在专业学科中的地位与作用 本本 课程是我校电气信息类非计算机专业必修的主课程是我校电气信息类非计算机专业必修的主干专业基础课程之一，针对人才培养目标，课程体系干专业基础课程之一，针对人才培养目标，课程体系和教学内容紧紧围绕和教学内容紧紧围绕“厚基础，重能力厚基础，重能力”的培养目标，的培养目标，强调理论与实践并重，注重培养学生知识应用能力和强调理论与实践并重，注重培养学生知识应用能力和适应课程特点的学习方法。通过课程学习，不仅使学适应课程特点的学习方法。通过课程学习，不仅使学生掌握微机的基本组成结构和工作原理，更重要的是生掌握微机的基本组成结构和工作原理，更重要的是通过实践环节的训练，加深对理论知识理解，着重掌通过实践环节的训练，加深对理论知识理解，着重掌握计算机接口软硬件设计能力，为学生后续专业课程握计算机接口软硬件设计能力，为学生后续专业课程的学习奠定厚实的理论基础，培养学生分析问题、解的学习奠定厚实的理论基础，培养学生分析问题、解决问题的能力。为嵌入式系统开发打下良好的基础。决问题的能力。为嵌入式系统开发打下良好的基础。课程在专业学科中的地位与作用 2 课程内容与学时分配课程内容与学时分配章 节内 容学 时第一章绪论4第二章8086系统结构6第三章8086的寻址方式和指令系统12第四章汇编语言程序设计10第五章存储器6第六章输入/输出接口2第七章微型计算机中断系统6第八章可编程计数器/定时器8253及其应用4第九章可编程外围接口芯片8255A及其应用4第十一章模数和数模转换自学 课程内容与学时分配章 节内 容学 时第一章绪论3第一章第一章 微型计算机概述微型计算机概述 1.1 1.1 微型计算机的发展概况微型计算机的发展概况 1.2 1.2 微型计算机的基本结构微型计算机的基本结构 1.3 1.3 微型计算机系统微型计算机系统 1.4 1.4 微型计算机的应用微型计算机的应用 第一章 微型计算机概述4微型计算机的发展历史微型计算机的发展历史微型计算机的发展历史微型计算机的发展历史 计算机是计算机是2020世纪发展最为迅速，普及程度最高、应世纪发展最为迅速，普及程度最高、应用最为广泛的科学技术之一。自用最为广泛的科学技术之一。自19461946年世界第一台计算年世界第一台计算机在美国诞生至今，经过半个多世纪的发展，计算机已机在美国诞生至今，经过半个多世纪的发展，计算机已经渗透到国民经济和社会生活的各个领域，极大地改变经渗透到国民经济和社会生活的各个领域，极大地改变着人们的工作方式和生活方式，转化为推动社会前进的着人们的工作方式和生活方式，转化为推动社会前进的巨大的生产力。巨大的生产力。1.1 1.1 微型计算机的发展概况微型计算机的发展概况微型计算机的发展历史 计算机是20世纪发展最为5计算机按其性能、价格和体积等的不同，可分为巨计算机按其性能、价格和体积等的不同，可分为巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机型机、大型机、中型机、小型机、微型机巨型机：巨型机：功能最强、精度最高、速度最快、价格最贵功能最强、精度最高、速度最快、价格最贵 高科技难题、每秒十几万亿次浮点运算（太拉级）高科技难题、每秒十几万亿次浮点运算（太拉级）131万亿次万亿次 日本日本 模拟气候实现精确的气象预报模拟气候实现精确的气象预报 模拟与设计可控核聚变模拟与设计可控核聚变 模拟核武器行为及破译密码模拟核武器行为及破译密码 应用纳米技术模拟与设计新的电子器件应用纳米技术模拟与设计新的电子器件计算机按其性能、价格和体积等的不同，可分为巨型机、大型机、中6大型机：大型机：指令多、速度快、存储容量大、可连接数以百指令多、速度快、存储容量大、可连接数以百 计终端机，快速处理巨量的资料计终端机，快速处理巨量的资料中型机、小型机：中型机、小型机：规模小、结构简单、便于推广规模小、结构简单、便于推广微型机：微型机：体积小、重量轻、价格低廉体积小、重量轻、价格低廉；采用大规模和超大规模集成电路；采用大规模和超大规模集成电路；可靠性好、结构灵活；内部元件少、连线少；可靠性好、结构灵活；内部元件少、连线少；应用面广，用于过程控制、测量仪器、仪表、应用面广，用于过程控制、测量仪器、仪表、教学、医疗、家电教学、医疗、家电大型机：指令多、速度快、存储容量大、可连接数以百7 在在5050多年的发展历史中，计算机经历了采用电多年的发展历史中，计算机经历了采用电子管、晶体管、集成电路、大规模集成电路以及超子管、晶体管、集成电路、大规模集成电路以及超大规模集成电路的发展历程。未来将为人工智能计大规模集成电路的发展历程。未来将为人工智能计算机，模拟人脑的思维。算机，模拟人脑的思维。但是计算机真正的辉煌时期是从但是计算机真正的辉煌时期是从19711971年第一片年第一片微处理器（微处理器（MicroprocessorMicroprocessor）诞生之日起，计算机诞生之日起，计算机便以惊人的速度发展，在此后的便以惊人的速度发展，在此后的3030多年时间里，微多年时间里，微处理器发展：从美国处理器发展：从美国IntelIntel公司的公司的40044004、80088008、80808080、80858085、80868086、8018680186、8028680286、8038680386、8048680486发展到发展到PentiumPentium、Pentium Pro Pentium Pro、PentiumPentium、Pentium Pentium、Pentium Pentium、ItaniumItanium 等。等。在50多年的发展历史中，计算机经历了采用电子管、8第一代（第一代（第一代（第一代（1971-19731971-19731971-19731971-1973年）：年）：年）：年）：4 4 4 4位和低档位和低档位和低档位和低档8 8 8 8位微处理器时代位微处理器时代位微处理器时代位微处理器时代典型产品有典型产品有Intel 4004(1971Intel 4004(1971年、年、4 4位位)和和Intel 8008Intel 8008（19721972年、年、8 8位）。位）。通常人们把通常人们把Intel 4004(4Intel 4004(4位位)和和Intel 8008Intel 8008（8 8位）称为第一位）称为第一代微处理器。代微处理器。特点特点字长：字长：4 4位或位或8 8位位时钟频率：时钟频率：1 1MHzMHz平均执行指令时间：平均执行指令时间：2020ss集成度：集成度：20002000管管/片片价格低廉、使用方便，主要应用于简单计算与控制。价格低廉、使用方便，主要应用于简单计算与控制。第一代（1971-1973年）：4位和低档8位微处理器时代典9第二代（第二代（第二代（第二代（19731973197319731978197819781978年）：中高档年）：中高档年）：中高档年）：中高档8 8 8 8位微处理器时代位微处理器时代位微处理器时代位微处理器时代19731973年，年，IntelIntel公司推出了性能更好的公司推出了性能更好的8 8位微处理器位微处理器80808080。MotorolaMotorola公司的公司的M6800M6800，ZilogZilog公司的公司的Z80Z80，IntelIntel公司的公司的80858085，RockwellRockwell与与MOS TechnologyMOS Technology的的65026502等。等。通常人们把这一时期的微处理器称为第二代微处理器。通常人们把这一时期的微处理器称为第二代微处理器。特点特点字长：字长：8 8位位时钟频率：时钟频率：2 24 4MHzMHz平均执行指令时间：平均执行指令时间：1 12 2 ss集成度：集成度：5000 5000 10000 10000管管/片片这一时期推出的微型计算机，在系统设计上考虑了机器间的兼容性，接口的这一时期推出的微型计算机，在系统设计上考虑了机器间的兼容性，接口的标准化和通用性，外围配套电路种类齐全、功能完善。在系统软件方面，除标准化和通用性，外围配套电路种类齐全、功能完善。在系统软件方面，除可使用汇编语言外，还配用高级语言和操作系统。已经广泛用于数据处理、可使用汇编语言外，还配用高级语言和操作系统。已经广泛用于数据处理、工业控制、汽车、电子、智能仪器仪表和家电等领域。工业控制、汽车、电子、智能仪器仪表和家电等领域。第二代（19731978年）：中高档8位微处理器时代19710第三代（第三代（第三代（第三代（1978-19801978-19801978-19801978-1980年）：年）：年）：年）：16161616位微处理器时代位微处理器时代位微处理器时代位微处理器时代 IntelIntel公司的公司的8086/80888086/8088、MotorolaMotorola公司的公司的M68000M68000和和Zilog Zilog 公司的公司的Z8000 Z8000 特点特点字长：字长：16 16位位时钟频率：时钟频率：4 44040MHzMHz平均执行指令时间：平均执行指令时间：0.5 0.5 ss集成度：集成度：20000 20000 60000 60000管管/片片 第三代（1978-1980年）：16位微处理器时代11第四代第四代第四代第四代（1983-19931983-1993年）年）：3232位微处理器时期位微处理器时期 IntelIntel公司推出公司推出8018680186、8028680286 1985 1985年，年，IntelIntel公司推出能进行多任务处理的公司推出能进行多任务处理的3232位微处位微处理器理器8038680386，同时有，同时有MotorolaMotorola公司的公司的M68020M68020 1989 1989年，年，IntelIntel公司推出公司推出8048680486，同期有，同期有MotorolaMotorola公司的公司的M68040M68040特点特点字长：字长：32 32位位时钟频率：时钟频率：10 10120120MHzMHz平均执行指令时间：平均执行指令时间：0.2 0.2ss集成度：几十万上百万管集成度：几十万上百万管/片片第四代（1983-1993年）：32位微处理器时期12第五代（第五代（第五代（第五代（19931993199319931996199619961996）：）：）：）：PentiumPentiumPentiumPentium微处理器的时代微处理器的时代微处理器的时代微处理器的时代 19931993年年3 3月，月，IntelIntel公司的奔腾（公司的奔腾（PentiumPentium）时钟频率：时钟频率：60/6660/66MHzMHz 运行速度：运行速度：112112MIPSMIPS 集成度：集成度：310310万管万管/片片 1995 1995年年2 2月，月，IntelIntel公司的公司的Pentium ProPentium Pro 时钟频率：时钟频率：166166MHzMHz以上以上 集成度：集成度：550550万管万管/片片 1996 1996年年 IntelIntel公司的公司的Pentium MMX Pentium MMX （多能奔腾）多能奔腾）第五代（19931996）：Pentium微处理器的时代 13第六代（第六代（第六代（第六代（1997199719971997至今）：加强型至今）：加强型至今）：加强型至今）：加强型PentiumPentiumPentiumPentium时代时代时代时代 19971997年到年到19991999年，年，IntelIntel公司的公司的Pentium Pentium 、Pentium Pentium AMD AMD公司的公司的AMD-K7AMD-K7，这些芯片的集成度高达这些芯片的集成度高达750750万管万管/片，片，时钟频率达到时钟频率达到750750MHzMHz。2000 2000年，年，IntelIntel公司的公司的Pentium Pentium 2001 2001年底，年底，Pentium Pentium 主频高达主频高达2 2GHzGHz，具有具有42004200万只晶万只晶体管，主流高端体管，主流高端3232位位CPUCPU市场的佼佼者。市场的佼佼者。AMDAMD公司的公司的Athlon CPUAthlon CPU，1.33GHz1.33GHz主频及主频及2 2GHzGHz主频。主频。20062006年，年，CoreCore系列。支持系列。支持6464位计算。位计算。第六代（1997至今）：加强型Pentium时代 14Intel的CPU的发展史intel 4004，intel 的发展史就是从这块的发展史就是从这块cpu起步的起步的Intel的CPU的发展史intel 4004，intel 15800880858008808516808680861780286，intel最后一块最后一块16位位cpu80286，intel最后一块16位cpu1880386，intel第一代第一代32位位cpu486486，这是，这是intelintel最后一代以最后一代以数字编号的数字编号的cpucpu80386，intel第一代32位cpu486，这是inte19pentium，586pentium propentium mmxpentium，586pentium propentium 20pentiumceleron，引发超频热潮引发超频热潮pentiumceleron，引发超频热潮21pentium_katmaipentiumIntel pentium tualatin/copperminepentium_katmaipentiumIntel p22intel pentium_423intel pentium_478intel pentium_423intel pentiu23 微型计算机的发展现状微型计算机的发展现状超级流水线技术将流水线深度增加了一倍超级流水线技术将流水线深度增加了一倍数据流单指令多数据扩展数据流单指令多数据扩展2(SSE2)2(SSE2)指令集扩展指令集扩展MMXMMX和和SSESSE技术技术,更好的支持更好的支持DVDDVD播放，音频和播放，音频和3 3D D图形数据处理，网络流数据处理等图形数据处理，网络流数据处理等采用了全新的一级（采用了全新的一级（L1L1）指令高速缓存技术）指令高速缓存技术采用先进的采用先进的400MHz400MHz系统总线系统总线 具有双通道具有双通道RDRAMRDRAM，可实现更高性能，可实现更高性能 微型化、网络化、智能化微型化、网络化、智能化 微型计算机的发展现状微型化、网络化、智能化241.2 1.2 微型计算机的基本结构微型计算机的基本结构1.2.1 1.2.1 微型计算机的结构特点微型计算机的结构特点微型计算机结构框图微型计算机结构框图冯冯诺依曼结诺依曼结构构简介简介1.2 微型计算机的基本结构1.2.1 微型计算机的结构特25由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成备五大部分组成数据和程序以二进制代码形式不加区别地存放在数据和程序以二进制代码形式不加区别地存放在存储器中，存放位置由地址指定，地址码也为二存储器中，存放位置由地址指定，地址码也为二进制进制控制器是根据存放在存储器中的指令序列即程序控制器是根据存放在存储器中的指令序列即程序来工作的，并由一个程序计数器（即指令地址计来工作的，并由一个程序计数器（即指令地址计数器）控制指令的执行数器）控制指令的执行 返回返回由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成返回26CPUCPUCPUCPU一般都具备下列功能：一般都具备下列功能：一般都具备下列功能：一般都具备下列功能：v 可以进行算术和逻辑运算可以进行算术和逻辑运算v 能对指令进行译码并执行规定的动作能对指令进行译码并执行规定的动作v 可暂存少量数据可暂存少量数据v 提供整个系统所需要的定时和控制提供整个系统所需要的定时和控制v 能和存储器、外设交换数据能和存储器、外设交换数据v 可以响应其他部件发来的中断请求可以响应其他部件发来的中断请求 CPU一般都具备下列功能：27 微处理器微处理器微处理器也称作中央处理单元，简称微处理器也称作中央处理单元，简称CPUCPU（Central Processing UnitCentral Processing Unit）本身具有运算和控制功能本身具有运算和控制功能 控制器：负责全机的控制工作控制器：负责全机的控制工作 运算器：执行所有的算术和逻辑运算运算器：执行所有的算术和逻辑运算 微处理器是微型计算机的核心微处理器是微型计算机的核心 多数多数CPUCPU是单片的，有时也会见多片型的，是单片的，有时也会见多片型的，即几个片合起来完成一个即几个片合起来完成一个CPUCPU的功能的功能 微处理器微处理器也称作中央处理单元，简称CPU（Centr28CPUCPUCPUCPU在内部结构上都包含下面这些部分：在内部结构上都包含下面这些部分：在内部结构上都包含下面这些部分：在内部结构上都包含下面这些部分：算术逻辑部件（算术逻辑部件（ALUALU）：）：专门用来处理各种数据信息的，专门用来处理各种数据信息的，它可以进行加、减、乘、除算术和与、或、非、异或等逻辑它可以进行加、减、乘、除算术和与、或、非、异或等逻辑运算运算 累加器和通用寄存器组：累加器和通用寄存器组：用来保存参加运算的数据以及用来保存参加运算的数据以及运算的中间结果，也用来存放地址运算的中间结果，也用来存放地址 程序计数器（指令指针）：程序计数器（指令指针）：指向下一条要取出的指令指向下一条要取出的指令 指令寄存器：指令寄存器：存放从存储器中取出的指令码存放从存储器中取出的指令码 译码器：译码器：对指令码进行译码和分析，从而确定指令的操对指令码进行译码和分析，从而确定指令的操作，并确定操作数的地址，再得到操作数，以完成指定的操作，并确定操作数的地址，再得到操作数，以完成指定的操作。作。时序和控制部件：时序和控制部件：指令译码器对指令进行译码时，产生指令译码器对指令进行译码时，产生相应的控制信号送到时序和控制逻辑电路，组合成外部电路相应的控制信号送到时序和控制逻辑电路，组合成外部电路所需要的时序和控制信号。这些信号送到微型计算机的相应所需要的时序和控制信号。这些信号送到微型计算机的相应部件，以控制这些部件协调工作。部件，以控制这些部件协调工作。CPU在内部结构上都包含下面这些部分：29 由由CPUCPU内部产生相应的控制信号：送到存储器、内部产生相应的控制信号：送到存储器、输入输入/输出接口电路和其他部件输出接口电路和其他部件 微型计算机系统的其它部件也会在它们需要的时微型计算机系统的其它部件也会在它们需要的时 候向候向CPUCPU发出各种请求信号：如中断请求、总线发出各种请求信号：如中断请求、总线 请求等。请求等。由CPU内部产生相应的控制信号：送到存储器、CPU的控制30 内存储器（内存储器（MemoryMemory）内存储器又叫内存或主存，内存储器又叫内存或主存，计算机的记忆部件计算机的记忆部件 存放编写的程序，程序中所用的数据、信息、中间结果存放编写的程序，程序中所用的数据、信息、中间结果存储单元的地址和内容存储单元的地址和内容 内存中存放的数据和程序，从形式上看都是二进制数内存中存放的数据和程序，从形式上看都是二进制数微机通过给各个内存单元规定不同地址来管理内存微机通过给各个内存单元规定不同地址来管理内存 位位计算机存储信息的基本单位计算机存储信息的基本单位 每每8 8位组成一个字节位组成一个字节 7 6 5 4 3 2 1 0 7 6 5 4 3 2 1 0 内存储器（Memory）存储单元的地址和内容 内存31 若字长为若字长为1616位，由位，由2 2个字节组成个字节组成 每一个字节单元有一每一个字节单元有一个存储器地址，地址个存储器地址，地址用二进制数表示，为用二进制数表示，为无符号整数，书写格无符号整数，书写格式为式为1616进制进制 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 015 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 高位字节高位字节 低位字节低位字节 字字 若字长为16位，由2个字节组成 每一个字节单元有一个32内存操作内存操作lCPUCPU对内存的操作有读、写两种对内存的操作有读、写两种 l读操作是读操作是CPUCPU将内存单元的内容取入将内存单元的内容取入CPUCPU内部内部l写操作是写操作是CPUCPU将其内部信息传送到内存单元保存起来将其内部信息传送到内存单元保存起来内存分类内存分类l按工作方式不同，内存可分为两大类：按工作方式不同，内存可分为两大类：随机存取存储器随机存取存储器RAM(Random Access Memory)RAM(Random Access Memory)只读存储器只读存储器ROM(Read Only Memory)ROM(Read Only Memory)lRAMRAM可以被可以被CPUCPU随机地读和写，所以又称为读写存储器随机地读和写，所以又称为读写存储器 lROMROM中的信息只能被中的信息只能被CPUCPU随机读取，而不能由随机读取，而不能由CPUCPU任意写任意写入入 内存操作33输入输出设备和输入输出接口输入输出设备和输入输出接口 输入输出设备是指微型计算机上配备的输入输出设备是指微型计算机上配备的I/OI/O设备设备 也称为外部设备或外围设备（简称外设），其功能也称为外部设备或外围设备（简称外设），其功能是为微型计算机提供具体的输入是为微型计算机提供具体的输入/输出手段输出手段 微型计算机上配置的标准输入设备和标准输出设备微型计算机上配置的标准输入设备和标准输出设备一般是指键盘和显示器，二者又合称为控制台一般是指键盘和显示器，二者又合称为控制台 为了解决微型计算机与种类繁多的外设之间的信息为了解决微型计算机与种类繁多的外设之间的信息交换，各种外设都通过相应的接口交换，各种外设都通过相应的接口(Interface)Interface)电路电路与主机系统相连与主机系统相连。输入输出设备和输入输出接口34 总线总线数据总线（数据总线（data bus,DBdata bus,DB）l数据总线用来传输数据信息，是双向总线数据总线用来传输数据信息，是双向总线 地址总线（地址总线（address bus,ABaddress bus,AB）l地址总线用于传送地址总线用于传送CPUCPU发出的地址信息，是单向总发出的地址信息，是单向总线线 控制总线（控制总线（control bus,CBcontrol bus,CB）l控制总线用来传送控制信号、时序信号和状态信息控制总线用来传送控制信号、时序信号和状态信息等。等。l其中有的是其中有的是CPUCPU向内存和外设发出的信息，有的则向内存和外设发出的信息，有的则是内存或外设向是内存或外设向CPUCPU发出的信息发出的信息l可见，可见，CBCB中每一根线的方向是一定的、单向的，但中每一根线的方向是一定的、单向的，但CBCB作为一个整体是双向的作为一个整体是双向的 总线351.3 1.3 微型计算机系统微型计算机系统1.3.1 1.3.1 微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成 l一台完整的计算机必须由硬件和软件这两大部分一台完整的计算机必须由硬件和软件这两大部分组成，其中硬件是基础，软件是灵魂，二者缺一组成，其中硬件是基础，软件是灵魂，二者缺一不可不可l微型计算机硬件系统是机器的实体部分，主要包微型计算机硬件系统是机器的实体部分，主要包括主机和外围设备。括主机和外围设备。l微型计算机软件系统主要包括系统软件、各种程微型计算机软件系统主要包括系统软件、各种程序设计语言、应用程序和数据库等序设计语言、应用程序和数据库等 1.3 微型计算机系统1.3.1 微型计算机系统的组成 36微型计算机系统的基本组成微型计算机系统的基本组成微型计算机系统的基本组成371.3.2 1.3.2 微型计算机的主要性能指标微型计算机的主要性能指标基本字长基本字长l基本字长是指参与运算数的基本位数，它是由加基本字长是指参与运算数的基本位数，它是由加法器、寄存器、数据总线的位数决定的法器、寄存器、数据总线的位数决定的 主存容量主存容量l一个主存储器所能存储的最大信息容量称为主存一个主存储器所能存储的最大信息容量称为主存容量容量运算速度运算速度l人们用计算机的主频人们用计算机的主频时钟频率来表示运算速时钟频率来表示运算速度，以度，以MHzMHz或或GHzGHz为单位为单位 系统配置系统配置l外部设备、软件外部设备、软件性能价格比性能价格比1.3.2 微型计算机的主要性能指标381.3.3 1.3.3 典型微型计算机的组成结构典型微型计算机的组成结构Pentium系列系列处理器处理器主处理器总线（主处理器总线（3.3V或或2.5VI/O,6066MHz）第二级第二级Cache Cache（PBSRAM）标签标签CntlTag CntlTIO7:082439TX(MTXC)DRAM接口接口(3.5V或或5V)主存储器主存储器(DRAM)PCI总线（总线（3.3V或或5V,30/33MHz）ISA插槽插槽PCI扩充连扩充连接器接器PCI插槽插槽PCI插槽插槽PCI总线总线（5V）82380FB(MPCI2)82380AB(MISA)ISA总线总线（5V）CD-ROM硬盘硬盘 IDE UDMA/33通用串行总线通用串行总线(USB)ISA/EIO总线总线(兼容兼容3.3V,5V)USB1USB2GPI,O(30+)SMB(I2C)音频音频PC87317VULBIOS串行口红外口串行口红外口并行口并行口鼠标口鼠标口键盘口键盘口软盘口软盘口82371AB(PIIX4)硬盘硬盘只适应可撤卸的扩充站只适应可撤卸的扩充站 典型微型计算机组成结构图典型微型计算机组成结构图 微处理器，高速缓存，微处理器，高速缓存，存储器，逻辑芯片组，存储器，逻辑芯片组，I/O控制器，图形、视控制器，图形、视频、音频系统控制器频、音频系统控制器1.3.3 典型微型计算机的组成结构Pentium系列主处理39并行端口、并行端口、COM0、视频口、键盘、鼠标、游戏口、视频口、键盘、鼠标、游戏口ISA插槽插槽音频编码音频编码视频视频扩展卡扩展卡插槽插槽COM1Socket7CPUDIMM SocketsDIMM Sockets512KBCacheFLASH视频视频输入输入视频存储器视频存储器扬声器扬声器板面状态接口板面状态接口配置跳线接口配置跳线接口图形图形控制器控制器视频抓取视频抓取处理器处理器PCI插槽插槽TV输出输出多媒体多媒体通道通道连接器连接器GPIO82430TXMTXC82430TXPIIX4电源连接器电源连接器软盘连接器软盘连接器PC87307VULIDE连接器连接器IDE连接器连接器电池电池稳压器稳压器 典型微型计算机主板结构图典型微型计算机主板结构图并行端口、COM0、视频口、键盘、鼠标、游戏口ISA插槽音频401.4 1.4 微型计算机的应用微型计算机的应用1.4.1 1.4.1 科学计算和信息处理科学计算和信息处理科学计算一直是计算机的重要应用领域。发明科学计算一直是计算机的重要应用领域。发明计算机的原始目的就是为了科学计算计算机的原始目的就是为了科学计算 信息处理是微型计算机应用得最广泛的领域信息处理是微型计算机应用得最广泛的领域信息处理就是用微型计算机对生产、经济活动、信息处理就是用微型计算机对生产、经济活动、社会和科学研究中获得的大量信息进行存储、社会和科学研究中获得的大量信息进行存储、分类、变换、计算和传输，以符合人们要求分类、变换、计算和传输，以符合人们要求和习惯的形式输出、显示或再控制和习惯的形式输出、显示或再控制 1.4 微型计算机的应用1.4.1 科学计算和信息处理411.4.2 1.4.2 辅助设计和辅助制造辅助设计和辅助制造计算机辅助设计和辅助制造（计算机辅助设计和辅助制造（CAD/CAMCAD/CAM）是）是微型计算机应用中的另一个重要领域微型计算机应用中的另一个重要领域CADCAD是指人们利用计算机帮助设计者进行各是指人们利用计算机帮助设计者进行各种工程设计、模拟和测试种工程设计、模拟和测试 CAMCAM是指利用计算机控制机械加工和制造是指利用计算机控制机械加工和制造1.4.3 1.4.3 测控领域测控领域微型计算机在测控领域中的应用是最广泛、最微型计算机在测控领域中的应用是最广泛、最普遍、最有效的应用普遍、最有效的应用 1.4.2 辅助设计和辅助制造42微机测控的典型应用如下：微机测控的典型应用如下：l军事方面：用于导弹、核武器、宇宙飞船、潜水艇、雷军事方面：用于导弹、核武器、宇宙飞船、潜水艇、雷达、电子对抗等。达、电子对抗等。l工业方面：用于化工过程控制、机床自动控制、冶炼过工业方面：用于化工过程控制、机床自动控制、冶炼过程控制、发电厂控制、装配机械控制、生产自动化控制、程控制、发电厂控制、装配机械控制、生产自动化控制、机器人等。机器人等。l测试与仪器方面：智能仪器、自动测试系统、数据采集测试与仪器方面：智能仪器、自动测试系统、数据采集系统、虚拟仪器、遥控遥测等。系统、虚拟仪器、遥控遥测等。l通信及交通方面：程控交换机、传真电报、移动通信电通信及交通方面：程控交换机、传真电报、移动通信电台及手记、汽车电子设备、自动点火系统、交通信号控台及手记、汽车电子设备、自动点火系统、交通信号控制、自动售票、车辆调度、导航及空中管制、航空自动制、自动售票、车辆调度、导航及空中管制、航空自动驾驶。驾驶。l文体卫生方面：计算机、文体卫生方面：计算机、CTCT扫描仪、超声诊断仪、脑电扫描仪、超声诊断仪、脑电图仪、图仪、X X射线机。射线机。l家电产品：以嵌入式微处理器为主，如电视机、空调器、家电产品：以嵌入式微处理器为主，如电视机、空调器、电冰箱、洗衣机、电饭锅、智能玩具等。电冰箱、洗衣机、电饭锅、智能玩具等。微机测控的典型应用如下：431.4.4 1.4.4 网络通信网络通信网络通信是计算机技术和通信技术密切结合的产物网络通信是计算机技术和通信技术密切结合的产物 微型计算机在网络通信领域中的典型应用有：微型计算机在网络通信领域中的典型应用有：l金融服务金融服务 l电子商务电子商务 l电子消息传递电子消息传递 l电子数据交换电子数据交换 l电视会议电视会议 l移动通信移动通信 1.4.4 网络通信441.51.5基础知识基础知识 进位计数制与不同基数的数之间的转换进位计数制与不同基数的数之间的转换 二进制数和十六进制数运算二进制数和十六进制数运算 计算机中数和字符的表示计算机中数和字符的表示 几种基本的逻辑运算几种基本的逻辑运算 1.5基础知识45 二进制数二进制数 进位计数制进位计数制（基数、位权）（基数、位权）N位二进制数位二进制数 进位计数制进位计数制 标志标志 基数基数 数码数码十六进制十六进制十进制十进制八进制八进制 二进制二进制 H HD DQ QB B 161610108 82 20 0，1 1，2 2，3 3，4 4，5 5，6 6，7 7，8 8，9 9，A A，B B，C C，D D，E E，F F0 0，1 1，2 2，3 3，4 4，5 5，6 6，7 7，8 8，9 90 0，1 1，2 2，3 3，4 4，5 5，6 6，7 70 0，1 1 二进制数进位计数制 标志 基数 数码十六进制H160，146 二进制数和十进制数之间的转换二进制数和十进制数之间的转换十进制十进制位权展开式位权展开式二进制二进制十进制十进制二进制二进制整数：降幂法、除基取余法整数：降幂法、除基取余法小数：降幂法、乘基取整法小数：降幂法、乘基取整法 二进制数和十进制数之间的转换十进制位权展开式二进制十进制47 十六进制数及其与二进制、十进制数之间的转换十六进制数及其与二进制、十进制数之间的转换 十六进制十六进制二进制二进制0011 0101 1011 11110011 0101 1011 1111 3 5 3 5 B FB F A 1 9 CA 1 9 C1010 0001 1001 11001010 0001 1001 1100十进制十进制十六进制十六进制位权展开位权展开整数：降幂法、除基取余法整数：降幂法、除基取余法小数：降幂法、乘基取整法小数：降幂法、乘基取整法 十六进制数及其与二进制、十进制数之间的转换 48 二进制数的运算二进制数的运算 0+0=0 00=0 0+1=1 01=0 1+0=1 10=0 1+1=0（进位（进位1）11=1 十六进制数的运算十六进制数的运算 逢十六进一逢十六进一 二进制数的运算49 数的表示数的表示 机器数：把一个数连同其符号在内在机器中的表机器数：把一个数连同其符号在内在机器中的表示加以数值化示加以数值化 原码、反码、补码原码、反码、补码多数机器的整数采用补码表示法多数机器的整数采用补码表示法补码表示：补码表示：正数：用符号正数：用符号-绝对值表示绝对值表示 负数：写出相应的正数补码，按位取反，最末位负数：写出相应的正数补码，按位取反，最末位加加1 数的表示50例：例：机器字长机器字长16位，写出位，写出N=-117D的补码表示。的补码表示。+117D 0000 0000 0111 0101 按位求反后为按位求反后为 1111 1111 1000 1010 末位加末位加1后为后为 1111 1111 1000 1011 十六进制表示十六进制表示 F F 8 B 即即-117D补补=FF8BH求求-53-53的补码的补码原码：原码：10110101 10110101 反码：反码：11001010 11001010 补码：补码：11001011 11001011 例：机器字长16位，写出N=-117D的补码表示。求-53的51符号扩展：指一个数从位数较少扩展到位数较多。对符号扩展：指一个数从位数较少扩展到位数较多。对于用补码表示的数，正数的符号扩展应在前面补于用补码表示的数，正数的符号扩展应在前面补0 0，负，负数的符号扩展应在前面补数的符号扩展应在前面补1 1。例：例：+46+46补码补码 00101110 00101110 000000000000000000101110=00200101110=002EHEH -46 -46补码补码 11010010 11010010 111111111111111111010010=11010010=FFD2HFFD2H N N位补码表示数的范围：位补码表示数的范围：符号扩展：指一个数从位数较少扩展到位数较多。对于用补码表示的52在机器里，为了扩大表数范围，可用两个机器字在机器里，为了扩大表数范围，可用两个机器字来表示一个机器数，称双字长数或双精度数来表示一个机器数，称双字长数或双精度数低位低位高位高位15 0 15 0符号符号 补码值补码值在机器里，为了扩大表数范围，可用两个机器字来表示一个机器数，53 补码的加法和减法补码的加法和减法 X+Y补补=X补补+Y补补 X-Y补补=X补补+-Y补补 无符号数无符号数 常用于表示地址常用于表示地址 字符表示法（字符表示法（ASCII）0 30H a 61H 补码的加法和减法54机器数注意事项l1.正数的原码、反码与补码相同l2.机器数要以一定字长写l3.不同字长的机器数相运算要进行符号扩展l4.要防止机器数的范围溢出l5.负数的机器数首位定为1机器数注意事项1.正数的原码、反码与补码相同55本章小结1.微处理器的发展2.微处理器,微型计算机,微型计算机系统的组成 3.微型计算机的性能指标4.数制的转换5.机器数的表示 本章小结1.微处理器的发展56