课程名称微型计算机原理与应用PrincipleApplicationof

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,课程名称：微型计算机原理与应用,Principle&Application of Microcomputer,教材：微型计算机原理及应用,郑学坚 周斌编著 清华大学出版社,授课教师：曲英杰,青岛科技大学信息科学技术学院,绪论,1、电子计算机开展简史,11946-1958第一代:电子管计算机。磁鼓存储器，机器语言、汇编语言编程。世界上第一台电子数字计算机ENIACElectronic Numerical Integrator And calculator，1946年由美国宾夕法尼亚大学研制，字长12位，运算速度5000次/秒，使用18800个电子管、1500个继电器，功耗150kw/h，占地170m2，重达30吨，造价100万美元。见下页图。,21958-1964第二代:晶体管计算机。磁芯作主存储器,磁盘作外存储器，开始使用高级语言编程。,31964-1971第三代：集成电路计算机。使用半导体存储器，出现多终端计算机和计算机网络。,41971-第四代：大规模集成电路计算机。出现微型计算机、单片微型计算机，外部设备多样化。,51981-第五代：人工智能计算机。模拟人的智能和交流方式。,2、计算机开展趋势,微型化 便携式、低功耗,高性能 尖端科技领域的信息处理，需要超大容量、高速度,智能化 模拟人类大脑思维和交流方式，多种处理能力,系列化、标准化 便于各种计算机硬、软件兼容和升级,网络化 网络计算机和信息高速公路,多机系统 大型设备、生产流水线集中管理(独立控制、故障分散、资源共享),绪论,微型计算机系统,硬件,微型计算机,（,主机,）,微处理器,(CPU),软件,外围设备,运算器,控制器,存储器,(内存),RAM,ROM,外部设备,辅助设备,输入设备,(键盘、扫描仪、语音识别仪),输出设备,(显示器、打印机、绘图仪、),辅助存储器,(磁带、磁盘、光盘),输入/输出接口,(PIO、SIO、CTC、ADC、DAC),(,I/O接口,),总线,(AB、DB、CB),系统软件,(操作系统，编辑、编译程序，故障诊断,监控程序),应用软件,(科学计算，工业控制，数据处理),程序设计语言,(机器语言、汇编语言、高级语言),电源电路,时钟电路,绪论,3、微型计算机系统的组成与结构,运算器,控制器,寄存器组,内存储器 总线,输入输出,接口电路,外部设备 软件,微处理器,微型计算机,微型计算机系统,微处理器、微型计算机、微型计算机系统之间的联系与区别：,单片机简介：,单片机即单片微型计算机，是将计算机主机(CPU、内存和I/O接口)集成在一小块硅片上的微型机。,单片机为工业测控而设计，又称微控制器。具有三高优势(集成度高、可靠性高、性价比高)。,主要应用于工业检测与控制、计算机外设、智能仪器仪表、通讯设备、家用电器等。特别适合于嵌入式微型机应用系统。,单片机开发系统有单片单板机和仿真器。实现单片机应用系统的硬、软件开发。,绪论,4、计算机主要技术指标,字长：CPU并行处理二进制的数据位数,如：8位机、16位机、32位机和64位机。,内存容量：内存中能够存储的二进制信息的数量，位/字节/字。,容量单位：1K=2,10,=1024，1M=2,20,=1KK,1G=2,30,=1KM，1T=2,40,=1KG。,运算速度：CPU处理速度,相关参数：时钟频率、主频、每秒运算次数,如：100MHz、3.2GHz。,内存存取周期：内存读写速度,如：50nS、70nS、200nS。,绪论,5、计算机主要应用领域,计算机应用通常分成如下各个领域,科学计算，数据处理，实时控制，计算机辅助设计，人工智能，,由于微型计算机具有如下特点,体积小、价格低，工作可靠、使用方便、通用性强,所以，微型计算机可以分为两个主要应用方向：,用于数值计算、数据处理及信息管理方向,通用微机，例如：PC微机,功能越强越好、使用越方便越好,用于过程控制及智能化仪器仪表方向,专用微机，例如：单片机、工控机,可靠性高、实时性强,程序相对简单、处理数据量小,6、本门课程的研究内容及其地位与作用,研究内容：微机系统的根本组成与结构、工作原理及应用方法与技术。,本门课程在计算机知识结构中的地位与作用：,绪论,7、学习方法建议,复习并掌握先修课的有关内容,课堂：听讲与理解、适当笔记。,课后：认真阅读教材和参考书、独立完成作业。,实验：充分准备、勤于动手实践。,总成绩考试成绩实验成绩平时成绩,8、学习资源,钱晓捷之微服网,微机原理远程教学,钱晓捷 陈涛，微型计算机原理及接口技术，,北京：机械工业出版社，1999.1,Barry B.Brey著 陈谊等译，,Intel系列微处理器结构、编程和接口技术大全,80X86、Pentium和Pentium Pro，,北京：机械工业出版社，1998.1,绪论,第1章 计算机根底知识,1.1 数制,1.1.1数制的根本概念,数制是人们利用符号来记数的科学方法，计算机科学中经常使用的数制有十进制、二进制、八进制和十六进制。,1十进制(decimal system):有十个数码09、逢十进一。,十进制是人们最熟悉的计数体制。,2二进制(binary system):两个数码:0、1,逢二进一。,二进制为计算机中的数据表示形式。,3八进制(octave system)有八个数码07、逢八进一。,4十六进制(hexadecimal system)十六个数码:09,AF,逢十六进一。,八进制和十六进制能够简化二进制数的表示。,不同进位制数以下标或后缀区别,十进制数可不带下标。,如:101、101D、101B、101O、101H,十进制数据表达式,例 1234.5=110,3,+210,2,+310,1,+410,0,+510,-1,加权展开式以10为基数，各位系数为09。,一般表达式：,N,D,=d,n-1,10,n-1,+d,n-2,10,n-2,+d,0,10,0,+d,-1,10,-1,+,二进制,数据表达式,例 1101.101=12,3,+12,2,+02,1,+12,0,+12,-1,+12,-3,加权展开式以2为基数，各位系数为0、1。,一般表达式：,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 计算机根底知识,十六进制,数据表达式,例：DFC.8=1316,2,+1516,1,+1216,0,+816,-1,展开式以16为基数，各位系数为09，AF。,一般表达式：,N,H,=h,n-1,16,n-1,+h,n-2,16,n-2,+h,0,16,0,+h,-1,16,-1,+,进位计数制的一般表达式：,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称为数制的基,，,r,n-1,、r,n-2,、r,1,、r,0,、r,-1,、r,-m,称为各位的权,，,a,n-1,、a,n-2,、a,1,、a,0,、a,-1,、a,-m,称为各位的系数,。,第1章 计算机根底知识,第1章 计算机根底知识,1.1.2数制之间的转换,1二、十六进制数转换成十进制数,各位的系数乘以各位的权，然后全部加起来。,举例：,1011.1010B=123+121+120+12-1+12-3=11.625,DFC.8H=13162+15161+12160+816-1=3580.5,2二进制与十六进制数之间的转换,24=16，四位二进制数对应一位十六进制数。,举例：,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 计算机根底知识,1.1.2数制之间的转换,3十进制数转换成二、十六进制数,整数、小数分别转换,1.整数转换法,“除基取余：十进制整数不断除以转换进制基数，直至商为0。每除一次取一个余数，从低位排向高位。,例题1：39转换成二进制数,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,例题2：208转换成十六进制数,208=D0H,16 208 余 0,16 13 余 13=D,H,0,2.小数转换法,“乘基取整：用转换进制的基数乘以小数局部，直至小数为0或到达转换精度要求的位数。每乘一次取一次整数，从最高位排到最低位。,例1：0.625转换成二进制数,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 计算机根底知识,第1章 计算机根底知识,例2：0.625转换成十六进制数,0.625 16=10.0,0.625=0.AH,例3：208.625 转换成十六进制数,208.625=D0.AH,第1章 计算机根底知识,1.2 逻辑电路,逻辑电路是实现输入信号与输出信号之间逻辑关系的电路，计算机对于信息数据的处理都是由逻辑电路实现的，因此逻辑电路是计算机的硬件根底。,常用的根本逻辑门电路有：与门、或门、非门、与非门、或非门、异或门、同或门、缓冲器等，这些根本门电路是构成逻辑电路的根本成分，利用它们可以搭建多种多样的复杂的逻辑电路。各个根本逻辑门电路符号及表达式见课本P4-5，下面给出的是另外一种表示方法。,非门 与门 与非门,X=A,B,X=A,B,X,X,A,A,A,B,B,X,或门 或非门,A,X,B,X=A,+,B,X=A,+,B,X,B,A,X=A,第1章 计算机根底知识,1.3 布尔代数,布尔代数又称为开关代数或逻辑代数，是在1847年由英国数学家乔治.布尔(George Boole)首先创立的，布尔代数研究逻辑变量之间的相互关系和变化规律，它是分析和设计数字逻辑电路的理论根底和根本工具。,布尔代数的特点：,(1)变量只有两种可能的取值：0或1。,(2)只有3种根本的逻辑运算：“与、“或、“非。,1.3.1 根本逻辑运算,最根本的逻辑操作：“与逻辑乘，符号AB或AB或AB、“或逻辑加，符号A+B、“非逻辑非或逻辑反，符号A，或A。,与操作的定义：A=1且B=1 AB=1,或操作的定义：A=1或B=1 A+B=1,非操作的定义：假设A=1那么A=0，假设A=0那么A=1,类似地可以定义多个变量的与操作和或操作。,多位二进制数的逻辑运算定义为各对应位分别进行相应的逻辑运算。,见P6-7例1.5-例1.7,其它常用的逻辑操作：与非、或非、与或非、异或、同或等。,第1章 计算机根底知识,1.3.2 根本运算规律,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,逻辑函数可以选用,布尔代数式,表示，,真值表,表示，或卡诺图表示。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,布尔代数式,第1章 计算机根底知识,1.3.3 逻辑函数的表示方法,第1章 计算机根底知识,1.3.4 真值表与逻辑表达式之间的相互转换,与门,与非门,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,与逻辑,写出真值表中每