单片机第1章_

1、2022-1-1812022-1-18第一章第一章 概述概述 2l微型计算机的发展l微处理器、微型计算机及微型计算机系统l微型计算机的工作过程l计算机中的数与编码第一章 概述2022-1-18第一章第一章 概述概述 3l微处理器、微型计算机及微型计算机系统l微型计算机的工作过程l计算机中的数与编码第一章 概述2022-1-18第一章第一章 概述概述 41.1 1.1 微型计算机的发展及应用微型计算机的发展及应用2022-1-18第一章第一章 概述概述 5ENIAC是电子管计算机，时钟频率仅有是电子管计算机，时钟频率仅有100KHz,但能在但能在1秒钟秒钟的时间内完成的时间内完成5000次次加法

2、运算。加法运算。与现代的计算机相比，有许多不足，但与现代的计算机相比，有许多不足，但，对人类的生产和，对人类的生产和生活方式产生了巨大的影响生活方式产生了巨大的影响 。2022-1-18第一章第一章 概述概述 6按照硬件组成及年代的不同，计算机可分：按照硬件组成及年代的不同，计算机可分：2022-1-18第一章第一章 概述概述 7计算机的发展方向：第五代：非冯诺依曼计算机第五代：非冯诺依曼计算机第六代：神经计算机第六代：神经计算机 生物计算机生物计算机 光计算机光计算机2022-1-18第一章第一章 概述概述 8按规模、性能及价格的不同，计算机分为：按规模、性能及价格的不同，计算机分为： 巨型

3、机巨型机 大型机大型机 中型机中型机 小型机小型机 2022-1-18第一章第一章 概述概述 9微型计算机的诞生微型计算机的诞生微型计算机诞生于微型计算机诞生于20世纪世纪70年代年代主要特点：体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、主要特点：体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、价格便宜、使用方便、软件丰富价格便宜、使用方便、软件丰富微型计算机的核心是微处理器微型计算机的核心是微处理器（CPU）。新的微处理器新的微处理器新一代微型计算机。新一代微型计算机。2022-1-18第一章第一章 概述概述 10以微处理器为标记，微型计算机以微处理器为标记，微型计算机的划分的划分 年代年代 CPU(微处理器微处理

4、器)19711973Intel 4004 / 800819731977Intel 808019781985Intel 8086 / 8088 / 8028619852002 Intel 80386 / 80486Pentium 586Pentium Pentium Pentium 2002-至今至今 Itanium2022-1-18第一章第一章 概述概述 11第一代：第一代：4位机发展和位机发展和8位机萌芽阶段位机萌芽阶段时时 间：间：1971-1973年年代表产品：代表产品：Intel 4004和和MCS-4微型机微型机 Intel 8008和和MCS-8微型机微型机字字 长：长：4位或位或

5、8位位特特 点：指令系统比较简单，运算功能较差，价点：指令系统比较简单，运算功能较差，价 格低廉格低廉应应 用：面向家电、计算器和二次仪表用：面向家电、计算器和二次仪表2022-1-18第一章第一章 概述概述 12第二代：第二代：8位机发展阶段位机发展阶段时时 间：间：1973-1977年年代表产品：代表产品：Intel 8080/8085、MC 6800、Z800等等 字字 长：长：8位位特特 点：指令系统比较完善，运算速度提高一个点：指令系统比较完善，运算速度提高一个 数量级。寻址能力有所增强数量级。寻址能力有所增强应应 用：面向家电、智能仪表、工业控制用：面向家电、智能仪表、工业控制20

6、22-1-18第一章第一章 概述概述 13MCS-51系列单片机MCS-51TypeRAMROMEPROM518031128B8051128B4K ROM8751128B4K EPROM528032256B8052256B8K ROM8752256B8K EPROM2022-1-18第一章第一章 概述概述 14第三代：第三代：16位机发展阶段位机发展阶段时时 间：间：1978-1985年年代表产品：代表产品：Intel 8086/8088、80186、80286 MC 68000、Z 8000字字 长：长：16位位特特 点：指令系统丰富，采用多级中断，多种寻点：指令系统丰富，采用多级中断，多种

7、寻 址方式、配有强大的系统软件址方式、配有强大的系统软件 应应 用：工业控制用：工业控制2022-1-18第一章第一章 概述概述 15第四代：第四代：32位机发展阶段位机发展阶段时时 间：间：1985-2002代表产品：代表产品：Intel 80386、80486、Pentium系列系列字字 长：长：32位位特特 点：内存容量已达点：内存容量已达1MB以上，硬盘技术不断以上，硬盘技术不断 提高，发展了提高，发展了32位位的总线结构，可执行的总线结构，可执行 多任务、多用户操作。多任务、多用户操作。应应 用：办公自动化、网络环境用：办公自动化、网络环境2022-1-18第一章第一章 概述概述 1

8、6第五代：第五代：64位机发展阶段位机发展阶段时时 间：间：2002-至今至今代表产品：代表产品：Intel Itanium（安腾）（安腾）字字 长：长：64位位特特 点：外部数据线点：外部数据线64位位，32位以上地址总线，位以上地址总线， 增加了虚拟现实等多媒体能力和通信增加了虚拟现实等多媒体能力和通信 上的应用。上的应用。应应 用：办公自动化、网络服务器用：办公自动化、网络服务器2022-1-18第一章第一章 概述概述 17l微型计算机的发展l微型计算机的工作过程l计算机中的数与编码第一章 概述2022-1-18第一章第一章 概述概述 18：微型化的中央处理器，是由一片或几：微型化的中央

9、处理器，是由一片或几片大规模集成电路芯片组成的中央处理部件，简片大规模集成电路芯片组成的中央处理部件，简称称CPU（Central Processing Unit ）。：算术逻辑部件；累加器和通用寄存器：算术逻辑部件；累加器和通用寄存器组；程序计数器、指令寄存器和指令译码器；时组；程序计数器、指令寄存器和指令译码器；时序和控制部件等。序和控制部件等。P ()MPU2.1 微处理器微处理器（Microprocessor）2022-1-18第一章第一章 概述概述 19CPUCPU结构图结构图算术逻辑单元算术逻辑单元ALU：(Arithmetic Logic Unit)(Arithmetic Log

10、ic Unit)执行算术和逻辑等运算。执行算术和逻辑等运算。程序计数器（程序计数器（PC）：）：用于指向下一条要执行用于指向下一条要执行的指令的地址。的指令的地址。 地址寄存器地址寄存器AR：(Address Register)(Address Register)是，是，由它把要寻址的单元的由它把要寻址的单元的地址通过地址总线，送地址通过地址总线，送至存储器。至存储器。 指令寄存器指令寄存器IR中的指令，中的指令，经过经过指令译码器指令译码器ID (Instruction Decoder)译码，产生相应的控制译码，产生相应的控制信号，控制系统协调工信号，控制系统协调工作。作。 累加器累加器AL

11、：(Accumulated)存放操作数及运算结果。存放操作数及运算结果。2022-1-18第一章第一章 概述概述 202.2 微型计算机（微型计算机（Microcomputer）定定 义：义： 微型计算机微型计算机是以微处理器为核心，配以存储器、是以微处理器为核心，配以存储器、输入输入/输出接口电路和系统总线组成的。输出接口电路和系统总线组成的。当当CPU、存储器、输入、存储器、输入/输出接口电路集成在单片输出接口电路集成在单片芯片，或组装在一块或多块电路板上，称芯片，或组装在一块或多块电路板上，称单片机或单片机或单板机或多板机单板机或多板机。C2022-1-18第一章第一章 概述概述 21微

12、型计算机的分类：微型计算机的分类：PC机嵌入式微型机单片机：CPU、存储器、I/O接口等集成在一块芯片上单板机：CPU、存储器、I/O接口等集成在一块电路板上多板机：CPU、存储器、I/O接口等集成在多块电路板多块电路板上2022-1-18第一章第一章 概述概述 22微处理器CPU内存I/O接口I/O设备数据总线控制总线地址总线 微型计算机的组成图如下：微型计算机的组成图如下：典型的微型计算机硬件结构图典型的微型计算机硬件结构图2022-1-18第一章第一章 概述概述 23 传送数据，双向，CPU的位数和外部数据总线的位数一致。 传送CPU发出的地址信息，单向，线数目决定了CPU的可寻址范围。

13、 例如：2根地址线，可寻址22=4个字节单元； 16根地址线，可寻址216=64K字节单元； 传送使微机协调工作的定时、控制信号，双向。2022-1-18第一章第一章 概述概述 242.3 微型计算机系统微型计算机系统 (Microcomputer System) u微型计算机系统的定义微型计算机系统的定义 以微型计算机为主体，配上系统软件和外部设以微型计算机为主体，配上系统软件和外部设备（如打印机、显示器、键盘，刻录机等）。备（如打印机、显示器、键盘，刻录机等）。CS2022-1-18第一章第一章 概述概述 25微处理器、微型计算机和微型计算机系统的关系（微处理器、微型计算机和微型计算机系统

14、的关系（P5）2022-1-18第一章第一章 概述概述 262.4 微型计算机系统的主要技术指标微型计算机系统的主要技术指标（1）字长（位、字节）字长（位、字节）P18字字:计算机内部进行数据传递的基本单位。计算机内部进行数据传递的基本单位。 字长字长:一个字包含的二进制位数，指一个字包含的二进制位数，指CPU一次传一次传送送二进制数据的位数。二进制数据的位数。通常通常CPU的数据总线的位数与计算机的字长是一的数据总线的位数与计算机的字长是一致的。致的。2022-1-18第一章第一章 概述概述 27（2）运算速度）运算速度运算速度运算速度是以每秒钟能执行多少条指令来表示的，是以每秒钟能执行多少

15、条指令来表示的，用来衡量计算机运算的快慢程度。用来衡量计算机运算的快慢程度。以以MIPSMIPS（Million Instruction Per SecondMillion Instruction Per Second，每每秒百万条指令）为单位。秒百万条指令）为单位。 2022-1-18第一章第一章 概述概述 28（3）主频）主频主频主频指计算机工作时指计算机工作时CPUCPU的时钟频率，单位为的时钟频率，单位为MHzMHz，是计算机工作的时间基准，用于协调整机的操作。是计算机工作的时间基准，用于协调整机的操作。主频的高低在很大程度上决定了计算机的运算速度。主频的高低在很大程度上决定了计算机的

16、运算速度。2022-1-18第一章第一章 概述概述 29（4）存储容量）存储容量 存储容量存储容量是衡量计算机系统中存储能力的一个指是衡量计算机系统中存储能力的一个指标，包括标，包括内存内存容量和容量和外存外存容量。容量。（5）指令系统（）指令系统（Instruction Sets)（6）外部设备的配置）外部设备的配置（7）软件的配置）软件的配置2022-1-18第一章第一章 概述概述 30l微型计算机的发展l微处理器、微型计算机及微型计算机系统l计算机中的数与编码第一章 概述2022-1-18第一章第一章 概述概述 31举例：举例： 计算计算5+2=？程序如下：程序如下： MOV A，#05

17、H ；把数；把数05H送入累加器送入累加器A中中 ADD A，#02H ；累加器中的数和；累加器中的数和02H相加相加 HALT ；暂停；暂停 二进制码：二进制码： 74H ；MOV A，#05H 的操作码的操作码 05H ；MOV A， #05H 的操作数的操作数 0C6H ； ADD A，#02H 的操作码的操作码 02H ； ADD A，#02H 的操作数的操作数 76H ；HALT的操作码的操作码2022-1-18第一章第一章 概述概述 32PCARALUABDRIRIDPLA00H00 74H01 05H02 C6H03 02H04 76H4读命令读命令（取第一条指令操作示意图）（取

18、第一条指令操作示意图）2AB574H67取指控制取指控制 执指控制执指控制74HDB00H1301H2022-1-18第一章第一章 概述概述 33PCARALUBADRIRIDPLA01H00 3EH01 05H02 C6H03 02H04 76H4读命令读命令（执行第一条指令操作示意图）（执行第一条指令操作示意图）2AB05H5DB01H1605H302H2022-1-18第一章第一章 概述概述 34l微型计算机的发展l微处理器、微型计算机及微型计算机系统l微型计算机的工作过程第一章 概述2022-1-18第一章第一章 概述概述 35与一位十六进制数对应的二进制数和十进制数十六进制数二进制数

19、十进制数000000100011200102300113401004501015601106701117810008910019A101010B101111C110012D110113E111014F111115进制后缀例子十进制数DecimalD或空56D18D11二进制数BinaryB01011101B10010111B十六进制数HexadecimalH80H0003H2022-1-18第一章第一章 概述概述 361、机器数与真值、机器数与真值（1）计算机中）计算机中数数是用二进制数来表示的。是用二进制数来表示的。（2）数的符号数的符号在计算机中也是用二进制数表示的。在计算机中也是用二进制

20、数表示的。 “”用用“0”表示，表示， “”用用“1”表示。表示。 例：有两个数：例：有两个数： 真值真值机器数机器数N1=1101001N2=1101001 在计算机中的表示形式：在计算机中的表示形式：N1：01101001N2：111010014.1 计算机中的数计算机中的数2022-1-18第一章第一章 概述概述 372、带符号数、无符号数、带符号数、无符号数（1）带符号数）带符号数表示方法表示方法：用：用0表示表示正数正数，用，用1表示表示负数负数，所表示的数称为，所表示的数称为带符号数。带符号数。例如：例如： 22 2210 0 1 0 1 1 00 00 1 0 1 1 0符符号号

21、位位数值部分数值部分符符号号位位数值部分数值部分2022-1-18第一章第一章 概述概述 38（2）无符号数）无符号数表示方法表示方法：把全部有效位都用来表示数的大小，即：把全部有效位都用来表示数的大小，即没有符没有符号位号位，这种方法表示的数，叫无符号数。，这种方法表示的数，叫无符号数。例如：例如： 22 15010 0 10 1 1 00 00 1 0 1 1 08位全部用来表示数值大小位全部用来表示数值大小8位全部用来表示数值大小位全部用来表示数值大小2022-1-18第一章第一章 概述概述 393、原码、反码及补码、原码、反码及补码计算机带符号数有三种表示方法：计算机带符号数有三种表示

22、方法：（1 1）原码）原码（2 2）反码）反码（3 3）补码）补码2022-1-18第一章第一章 概述概述 40（1）原码）原码定义：定义：一个数的原码就是该数的机器数。一个数的原码就是该数的机器数。正数正数 X=+X6X5X4X3X2X1X0 （Xi = 0 或或 1） 则：则：X原码原码= 0X6X5X4X3X2X1X0负数负数 X=X6X5X4X3X2X1X0 （Xi = 0 或或 1） 则：则：X原原= 1X6X5X4X3X2X1X02022-1-18第一章第一章 概述概述 41（2）反码）反码 定义：定义：正数的反码就等于原码；正数的反码就等于原码； 负数的反码就是原码除符号位外，各

23、位取反。负数的反码就是原码除符号位外，各位取反。 正数正数 X=+X6X5X4X3X2X1X0 （Xi = 0 或或 1） 反码反码 X反码反码= 0X6X5X4X3X2X1X0负数负数 X=X6X5X4X3X2X1X0 （Xi = 0 或或 1） 反码反码 X反码反码=0123456XXXXXXX1例：求例：求X1和和X2的反码：的反码：X1=100 1001，X2=100 10012022-1-18第一章第一章 概述概述 42（3）补码）补码定义：定义：正数的补码就等于它的原码；正数的补码就等于它的原码； 负数的补码就是它的反码加负数的补码就是它的反码加1。正数正数 X=+X6X5X4X3

24、X2X1X0 （Xi = 0 或或 1） 补码补码 X补补= 0X6X5X4X3X2X1X0负数负数 X=X6X5X4X3X2X1X0 （Xi = 0 或或 1） 补码补码 X补补= X反反+1 =10123456XXXXXXX12022-1-18第一章第一章 概述概述 43X1=100 1001、X2=100 1001X1原原 = 0100 1001 X1反反 = 0100 1001X1补补= 0100 1001 X2原原 = 1100 1001 X2反反 = 1011 0110 X2补补 = X反反+1 = 1011 0111例：求下列数的原码、反码、补码。例：求下列数的原码、反码、补码。

25、2022-1-18第一章第一章 概述概述 444、真值与补码之间的转换、真值与补码之间的转换例例1：已知：已知X=+010 1010，Y=010 1010 求它们的原码、反码和补码。求它们的原码、反码和补码。解：解： X原原= X反反=X补补=0010 1010 Y原原=1010 1010 Y反反=1101 0101 Y补补= Y反反+1 = 1101 0101+1 = 1101 01102022-1-18第一章第一章 概述概述 45例例2：X补补=1010 1101， 求真值求真值X。解：因为补码的首位是解：因为补码的首位是1，则其真值，则其真值X即为负数即为负数 X反反= X补补1 =10

26、10 1101 1 =1010 1100 X原原 =1101 0011 （除了符号位，按位取反）除了符号位，按位取反） 所以，所以， X= 101 00112022-1-18第一章第一章 概述概述 465、补码的运算补码的运算u 补码的运算就是计算机中数的运算。补码的运算就是计算机中数的运算。补码的加法规则补码的加法规则补码的减法规则补码的减法规则2022-1-18第一章第一章 概述概述 47（1）补码的加法规则）补码的加法规则规则：规则： X Y补补= X补补Y补补例如：例如：X=+011 0110 ，Y=111 1001，求求X+Y=？解解1： 首先按常规加法计算：首先按常规加法计算： X

27、= 011 0110 = 54D Y= 111 1001 = 121D 所以，所以，X+ Y= 67D2022-1-18第一章第一章 概述概述 48解解2：用补码的加法规则来求：用补码的加法规则来求X+Y=？ X原原= X反反=X补补=0011 0110 Y原原=1111 1001 Y反反=1000 0110 Y补补= Y反反1 = 1000 01101 = 1000 0111 X补补= 0011 0110 + Y补补= 1000 0111 X补补+ Y补补 = 1 011 11012022-1-18第一章第一章 概述概述 49根据规则：根据规则：X Y补补= X补补Y补补所以，所以， X+Y

28、 补补= 1011 1101 X+Y 反反= 1011 1101 1= 1011 1100 X+Y 原原= 1100 0011 则：则：X+Y= 100 0011 = 67D 显然，补码的加法规则是正确的。显然，补码的加法规则是正确的。（续上一页）（续上一页）2022-1-18第一章第一章 概述概述 50（2）补码的减法规则）补码的减法规则规则：规则： X Y补补= X +（Y）补补 =X补补Y补补例：例：X=+101 0101 ，Y= + 110 0001，求求X Y=？解：首先按常规减法计算：解：首先按常规减法计算： X= 101 0101 = 85D Y= 110 0001 = 97D所

29、以，所以，XY= 12D 2022-1-18第一章第一章 概述概述 51 按补码的减法规则来求按补码的减法规则来求X Y=？ X原原= X反反=X补补=0101 0101 Y= 110 0001 Y原原=1110 0001 Y反反=1001 1110 Y补补=1001 1111 X补补= 0101 0101 + Y补补= 1001 1111 X补补+ Y补补 = 1111 01002022-1-18第一章第一章 概述概述 52 X Y补补 =X补补Y补补由由 XY 补补= 1111 0100 XY 反反= 1111 0100 1=1111 0011 XY 原原 = 1000 1100所以所以

30、XY = 000 1100B = 12D补码的减法规则也是正确的，事实上就是加法规则补码的减法规则也是正确的，事实上就是加法规则（续上一页）（续上一页）2022-1-18第一章第一章 概述概述 534.2 计算机中的编码计算机中的编码 编码编码是指用二进制代码来表示计算机中所要是指用二进制代码来表示计算机中所要处理的数值、数字、字母和符号等，一般为若干处理的数值、数字、字母和符号等，一般为若干位二进制数码的组合。位二进制数码的组合。二进制编码的十进制数二进制编码的十进制数字母和字符的编码字母和字符的编码2022-1-18第一章第一章 概述概述 541、二进制编码的十进制数、二进制编码的十进制数

31、u二进制编码的十进制数二进制编码的十进制数 就是就是BCDBCD码。码。压缩压缩BCDBCD码码是用是用4 4位二进制数表示位二进制数表示1 1位十进制数。位十进制数。如：如：1001 01101001 0110B B 表示表示 96 96D D非压缩非压缩BCDBCD码码是用是用1 1个字节表示个字节表示1 1位十进制数。如：位十进制数。如： 0000 10010000 1001B B 表示表示 9 9D D 2022-1-18第一章第一章 概述概述 55二-十进制编码(BCD码)十进制数压缩BCD码非压缩BCD码000001000120010300114010050101601107011181