【微机原理】第一章 微型计算机基础知识

乡J户圳大学…

“、…GuangzhouUn.versily,

单片机原理及应用

主编：李速忠

《西安电子科技大学出版社》

主讲：喻萍

09年2月

";广州大学…

Y…GuangzhouUn.vers-ly.

参考书

喻萍《单片机原理与接口技术》，化学

工业出版社，2006年

舒怀林、喻萍《单片机原理与接口技

术》，华中科技大学出版社，2001年

肖金球《单片机原理与接口技术》，清

华大学出版社，2005年1月

马淑华《单片机原理与接口技术》，北

京邮电大学出版社，2005年10月

陈建铎《单片机原理与应用》，科学出

版社，2005年2月

第一章：微型计算机基础知识

.§1.1计算机中的数和编码系统

一、数制及转换

,二、计算机中数的表示

<41三、信息的编码方法

，§1.2计算机基础

一、计算机的基本结构

，二、微型计算机的基本结构与系统组成

三、单片机的产生、特点、发展、主流系列

■应用

<、§1.1计算机中的数和编码系统

.、一、数制及数制转换

、1.计数制及十进制数

<<2.二进制数

33.十六进制数

44.数制书写约定

5.不同数制之间的转换

1、计数制及十进制数

♦十进制

人们日常使用最多的是十进制数，是根据“逢十进一”的

原则进行计数的。一个十进制数，它的数值是由数码0、

1、2..8、9来表示的。数码所处的位置不同，代

表数的大小也不同。从右起的第一位是个位，第二位

是十位，第三位是百位......

“权”：个、十、百、千、万……在数学上叫做“权”o

十进制数的权是以10为底的幕。

“基数”：所使用的数码的个数称为“基数”（如十进

制数中基数为10）。

“数值”：每一位上的数码与该位“权”的乘积表示了该

位数值的大小。

计数制eg要素

数码：如0、1、2、、、、、9

进位：如逢十进一

基数:如R=10

权:如1（r（I为序号）

.例题：5555.5

555

序号：321

103102101100-10-1

=5X103+5X102+5X1

5000+500+5。

按权展开相加5555.5

数码在数中的位置不同，其值也不同。数码

■与“权”的乘积就是该位数值大小。

•以2为基数的数制称为二进位计数制，它只包

括0和1两个数码，很容易用电子元件的两种不

同的状态来表示，例如，用高电平表示1,用

低电平表示0。所以，计算机中通常采用二进

制数。

•二进制数的计数特征：逢二进一，运算简单。

•在加、减、乘、除四则运算中，乘法实质上是

做移位加法，除法则是移位减法。

.四晏素

进位：逢二进一

•权：2（i为序号）

:.例题2:101010101

..101010101

.=1X28+1X26+1X24+1X22+1X2°

<7=256+64+16+4+1

3=3的

•特点：位数多，难识别，易错。

♦为了书写和阅读方便，经常采用十六进

制数作为二进制的缩写形式，这样书写

长度短。

♦在计数时，逢十六进一。

♦而十六进制数与二进制数转换方便。

.四要素

'数码：

。、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、

B、C、D、E、F

■进位：逢十六进一

•基数:R=16

权:16i（i为序号）

十进制二进制十六进制

000000

十100011

十200102

进

六00113

制

进43皿：4

数

制01015

、6IQIIJOL：6

数

二701117

对810008

进

照910019

制

表101010A

数111011B

121100C

131101D

141110E

151111F

•可行性（物理实现方便）

•简易性（运算简单）一4个加、乘公式，

十进相|55个

•可靠性一两个状态控制简单，传输可靠。

♦计算机用二进制

♦人用十进制六进制

4数制书写约定

S\>101是二、十、十六进制数？

<、♦在书写计算机程序时，一般不用基数作为下标

4来区分各种进制，而是用相应的英文字母作后

缀来表示各种进制。

例如：

</♦B(Binary)——二进制

卜♦D(Decimal)——十进制(D可省略，无后

缀为十进制)

、♦H(Hexadecimal)十六进制

原因:

由于我们习惯十进制计数，所以在研究问题

或讨论解题的过程时，总是用十进制来考虑和书

写的。当考虑成熟后，要把问题变成计算机能够

“认识”的形式，即把问题中的所有十进制数转

换成二进制代码，因此需要用到“十进制转换成

二进制数”的方法。计算机运算完毕得到二进制

结果后，又需要用到“二进制数转换为十进制数，，

的方法。才能把运算结果用十进制形式显示出来。

由于二进制数书写较烦、易错，又经常用十六进

制表示，这就需要二进制与十六进制数之间的转

换

(1)二进制、十六进制f十进制

基本方法：按权展开相加

利用十进制数的运算法则求和，即可得到

等值的十进制数。

.■例题：

Q101101.101B

<=1X25+1X23+1X22+1X20+1X24+1X23

，=32+8+4+1+0.5+0.125=45.625

、简单方法：

■101101.101

.32168421.0.50.250,125=45.625

］例题:

=15X163+15X162+15X161+15X16°

=65536

.(2)十进制

.•整数转换为整数

小数转换为小数

•混合数转换为混合数

：将47D转换为二进制

47

23f余数为1低位

5|11—一余数为］

215一余数为］

2|5f余数为1

211f余数为0

0f余数为1J高位

所以©7%《01116

2:将3910转换为十六进制数

163910

16|244f余数为6低位

1615—余数为4

o—余数为⑸4高位

所以3910二F46H

例2:求0.

X)16

393750

65625

10.50000----------整数10(A)一高位

0.5

)16

8.0整数8一低位

(3)二进制与十六进制之间转换

由于2』16,每4位二进制

数与一个十六进制数相对应o

使二进制与十六进制数之间

的转换较为简单

十六进制T二进制

方法：将每位十六进制数宜接转换

成相应的二进制数。

例：

3AF.B2H

=001110101111.10110010B

实现下列各数制的转换

・2.110111011011.11B=(

3.9C.7H=(

4.225.685=(

<b§1.1计算机中的数和编码系统

二、计算机中数的表示

■计算机中的数有正、负数及小数点，如何表

示正负符号及小数点？

.i.原码

Jp2.补码

3.反码

4,补码的运算

45.溢出和溢出判断

二、计算机中数的表示

•带符号数的表示：符号数值化

构成计算机电路最基本的器件只有两

个状态，分别表示二进制数码。和1,因

此数的正、负号也只能用。和1来表示。

——符号数值化。

•规定：数的最高位为符号位

0—正号（+）

1-----负号（一）

.二、计算机中数的表示

，•在8位微机中，一个数常用8位二进制表示

<、•例1：+1。。1101在机器中表示010。1101

、•例2：—1001101在机器中表示11001101

<rD7尸6尸5尸4尸3PD[Dp

.|o/l|1|o|o|l|l|o|l

^号数值位

4r机器数：一个数在计算机中所表示的二进制形式

.（把正、负符号分别用0、1表示了的数）

真值：这个数的木身称为该机器数的真值

■二、计算机中数的表示

<、11.一个数的数值和符号都用二进制数码表示，进

，行运算时，计算机如何处理符号呢？

<12.符号和数值位同时参加运算，还是分别处理呢?

为处理好此问题，就产生了把符号位、数值位

进行编码的各种方法：原码、补码、反码。

1、原码

<、整数X的原码是指：其符号位的0或1表示X

的正负，其数值部分就是X的绝对值。通常

<4用以］原表示x的原码。原码是机器数之一

<\列X=+105=+1101001B,［X］原=01101001B

4列X=-105=-1101001B,以］原=11101001B

列［+0］原=00000000B,［-0］原=10000000B

\1、原码

<71、简单、易懂、直观、求真值方便。

42、数值范围：8位二进制数用原码表示的数的范

<7围为一127〜+127（・2八人1~+2nl・1）

[+127]原=Oin1111B

◄P[―127]原=lin1111B

、3、数。的原码有两种不同的形式

<、4、加减运算复杂，符号和数值分别处理。类似

4笔算，要考虑同号、异号、力口、减。

2、补码

.♦由于原码表示运算复杂，从而使计算机

的运算器结构也很复杂，实际中采用另

,一种机器码表示：补码

<4♦补码表示的数，符号与数值一样参加运

算，减法可转换成加法，因而使计算机

V的结构大为简化。

2、补码

（1）模和补码的概念（以时钟为例说明）

［准确时间：3点

、现在时间：5点（快2小时）

调整方法：--------

「倒拨5-2=3

，）«5+10=3+12^3

因钟面12与。点重合，可把12看作0,

因此+10=—2

由5+10=3+12=3可知

♦12是时钝除混£12进制，逢12

进1失，只

MS),

顺时钟的+10与逆时钟

的一2对模12成补数关系

♦当X

例X=—2。一

—2+12=—2(mod12)

10=-2(mod12)

、结

Ki在模12的意义下，负数(一2)可以转换

<4为正数(+10),即一2的补码为+10。

q■表小为：

、[-2]补=10(mod12)

<下[-2]补=-2+12(mod12)

.、模12用K表示得到补码的公式：

[X]补=1140((modK)

即一个负数的补码=模加上该负数

,♦将此概念推广到计算机，若二进制位数

11=8,最大计数容量256,模K=28=0

♦计算机中负数也可用补码表示，减法变加

法。

[X]补=28+X(mod28)

[X]补=2n+X(mod2n)

但求补码需作减法，引入补码就无意义,

因此需改进求补码方法。

（2）求补码的方法

正数：【X】补=X=[X]原

负数：只有负数才需求补码。三种方法:

①根据定义求：【X】补=2"+X

②利用原码求：对其原码除符号位以外求反加1

③直接求补法：对其原码除符号位及最低位1以

后不变，其它求反。

①根据定义求：【X】补=2n，X

例：X=-1010111B,n=8

[X]补=28+(-1010111B)

=100000000B-1010111B

=10101001B

要做一次减法，不实用!

②利用原码求：对其原码除符号位以

外求反加1

例1：X=-1010111B

[X]11010111B

[X]补=10101000B+1

=10101001B

②利用原码求：对其原码除符号位以

外求反加1

X=-1100100B

[X]原=11100100B

[X]补=10011011B+1

=10011100B

反之对【X】补除符号位以外求反加1就得【X】原

例3：［X］#=10011100B

【［X］补］补=［X］原

=11100100B

③直接求补法：对其原码除符号位及

最低位1以后不变，其它求反。

例的X=-1101000B

[X]原=11101000B

[X]补=10011000B

♦验证：[X]#=10010111+1

=10011000B

③直接求补法：对其原码除符号位及

最低位1以后不变，其它求反。

例2:X=-1001011B

[X]原=11001011B

[X]#=10110101B

♦验证：rx]#=10110100+1

=10110101B

■(3)求真值

■正数：［X】补=*,0r十号

负数：对【X】补除符号位以外求反加1,

、并将符号1—号。

<4实质：x补—x原—x真

例的rxi#=01010111B

.X真=+1010111B

<7例2:［X］补=10110000B

■XM=-1010000B

Ri1、数值范围：8位二进制数用补码表示的数的范

围为一128〜+127(_2n-1〜+2n-1-l)

[+127]补=oniHUB

[—128]补=10000000B(用定义求)

<♦2、数0的补码表示唯」

[+0]补=[―0]补=。

<y3、运算简单，减法可变加法，符号位参加运算。

4因此计算机中采用补码表示。

＜、3、及码

•早期用，现只做为逻辑运算的需要。

正数：【X】补=【X】反=【X］原=*

负数：对其原码除符号位以外求反

例：x=—1001011B

[X]原=11001011B

[X]反=10110100B

[X]#=10110101B

原码、补码、反码（小结1）

1.对于正数，三种编码都是一样的，即［刈原=僮］

反=［X］补。对于负数，三种编码就不同了；所

以，原码、反码和补码的实质是用来解决负

数在机器中表示的三种不同的编码方法。

2.三种编码的最高位都是表示符号位，符号位

为0,表示真值为正数，其余位即为真值；符

号位为1,表示真值为负数，其余位除原码外,

不再是真值了；对于反码，需按位求反，才

是真值；而对于补码，则需按位求反加1,才

是真值。

原码、补码、反码（小结2）

3、8位二进制原码、反码和补码所能表示的数

值范围是不完全相同的：它们分别是一127〜

+127,—127〜+127和一128〜+127；其中

对于数0的表示也不相同，原码有两种表示法,

反码也有两种表示法，补码只有一种表示法。

4、采用补码以后，可分别将加法或减法运算转

化为相加或取补相加运算，从而允许电路做

得最简单，而且运算速度最快，这就是引进

补码的目的（原码和反码己被遗弃）。

<.4、补码的运算

jRl>采用补码以后，可使正、负数的加、减运算简

化为单纯的相加运算，这就是引入补码概念的

■目的所在。因此，在微型计算机中，凡是带

符号数一律用补码表示，补码存放，补码运算

4◄P结果也是补码。

♦经过证明，不管带符号两数为何种情况:

①力口：［x］补+［y］补=［x+y］补(mod2n)

②减：［x—y］补=［x］补+［—y］补(mod2n)

4、补码的运算（加法）

例1：X=-11,Y=-14,求［X］补+［y］补

X原=10001011BX补=11110101B

Y原=10001110BY补=1CCC（MMOB

A1100111B

模28=0丢失

［x］补♦［丫］补=1100111B

X+Y=-0011001B=-25

<.4、补码的运算（加法）

■例2：X=11,Y=-14,求［x］补+［y］补

◄T

，X原=00001011BX补=00001011B

<4Y原=10001110BY补=11110CM0B

11111101B

.M补+［y］补=11111101B

X+Y=-0000011B=-3

原码减11-14有借位，补码加无进位。

4、补码的运算（减法）

[x—y]补=[x+(-y)]#=[x]#+[-y]补

♦用加法运算代替减法运算，而结果一样，

但要求【一y】补

♦运算前，机器中存放的是［x］补，［y］补，

如何得到【一y】补？

♦已知一个数的［y］补，求【一y】补称为取补

方法：

对［y］补连同符号位求反加1得到【一y】补

4、补码的运算（减法）

例1：X=35,Y=26,求［x—y］补

X原=00100011BX#=00100011B

Y原=00011010B

Y补=00011010B补=11100110B

——10001001B

模28=0丢失

[x—y]补=0001001B

X-Y=+0001001B=+9

35—26原码够减无借位，补码加有进位

,4、补码的运算（减法）

例2：X=26,Y=-35,求［x—y］补

XM=00011010BX#=00011010B

Y原=10100011B

Y补=11011101B［，］补=0010(MH1B

00111101B

［x—y］补=00111101B

X-Y=+0111101B=+61

4、补码的运算（小结）

1.采用补码运算后，结果也是补码，欲得真值，还须转

换。

2.运算时，第一，符号位与其余数值位一起参加运算；

第二，符号位产生的进位丢掉不管；第三，要保证运

算不超过补码所能表示的最大范围。

3.在微型计算机中，凡是带符号的数一律是用补码表

示的，因此一定要记住运算的结果也是用补码表示的。

4.微计算机本身是无法区别有符号数与无符号数的，即

它不管是对有符号数还是无符号数，总是按照规定的

要求做加法或取补相加。

5、溢出及溢出判断

么是溢出？运算结果超出了机器允许表示的最大

范围时称溢出。溢出时数值会向符号位进位，从

而影响符号位的正确性，这和正常溢出（符号位

的进位）模2n的丢失性质不同。后者不影响结果

的正确性，前者结果错，要停机处理。

溢出可能性？

同号相加，异号相减

溢出的判断？

方法1:根据参加运算的两数

的符号与结果的符号来判断。

例1；X=+65,Y=+67,X+Y=?

X补=01000001

Y补=01000011CS：符号位进位

0100

CP：次高位进位

X+Y=65+67=132>127,溢出了！

例2：X=—120,Y=—18,X+Y=?

X补=10001000

Y补=11101110

X+Y=-120-18=-138<-128,

溢出了！

<•

、方法2：双高位法（微机中用）

■——符号位进位。有进位为1,否则0

、.Cp——次高位进位。有进位为1,否则0

㊉Cp=1,有溢出。相异：Cs*Cp

gCs㊉Cp=O,无溢出。相同：C$=Cp

如前两例题

、作业2

k1.用8位二进制数写出下列十进制数的原码、反

码与补码

.(1)X=+55(2)X=-65

42对下列二进制数，把它们看成是尢符号数付，

它们相应的十进制数是多少？把它们看成是有

V符号数的补码时，它们相应的十进制数是多少?

(1)01110110B(2)10110001B

■

＜、§1.1计算机中的数和编码系统

R三、信息的编码方法

计算机处理的不仅仅是二进制信息，还能

表示、处理其它字符、字母等非数字信息。

、但也只能用二进制形式表示。

1、二进制编码的十进制数

、2、字符的编码

13、奇偶校验码

4.汉字的编码

三、信息的编码方法

1、二进制编码的十进制数

引入：

•有时为了某种需要，要求计算机用十进制数输

入、运算，由于计算机只识别二进制，为了表

示和处理十进制数，必须用二进制数来编码，

因24=16,23=8,所以要4位二进制才能表示

一位十进制数码，称为二进制编码的十进制数,

简称为二一十进制数，或称为BCD(Binary

CodedDecimal)码。

1、二进制编码的十进制数

♦4位二进制有16种组合，但只选其中

10个组合表示0〜9,不同的选择就有不

同形式的BCD码，最常用的是8421

BCD码。它取了4位二进制数顺序编码

的前10个码表示十进制数的0-9,这4

位二进制码的值就是被编码的一位十进

制数的值。后6种舍去。

BCD编码

十进制8421BCD二进制

QQQoQQQ

XIoXIooo±1

Co1ooIo

J\00±X

0o±1±1oo11

xAo±1o1oo

oCoo

oc±j1±1±1±1

OC5C±1±1oTIo

475C±1±1±1o±1XI±1

0±1XIooo

±1±1±o1o±1

0oo1Io

±100±1±X

±11o±T0o000XI±o1±1

200oo0o0Co1o

±1±TO±1±

±1300oXIoo±1±1±o1±1

4oooo1Io

±100XI±T±±TX

±15o00±To±o1±1±1±XI1±1

00

1、二进制编码的十进制数

(1)BCD<-->十进制

用BCD码表示十进制数，只要把每位十进制

数用对应的4位二进制码代替即可。

例L834=(100000110100)BCDo

为了避免BCD格式的码与纯二进制码混淆，

必须在每4位之间留一空格。这种表示方

法也适用于十进制小数。

例2：0.764=(0.011101100100)BCD

1、二进制编码的十进制数

BCD码的优点是与十进制数转换方便，容

易阅读。

例3：(011110001000)BCD=788

1、二进制编码的十进制数

(2)BCD<-->二进制

BCD码虽然由二进制代码组成，但不是二进

制数。形式上的二进制数实质是十进制数

例：57=(01010111)BCD

=0111001B

•对BCD码，每一位十进制数之间仍保留

“逢十进一”的关系

•对二进制仍是“逢二进一”的关系

1、二进制编码的十进制数

(3)BCD的加减运算

用BCD码表示的十进制数的位数比纯二进

制表示的十进制数位数更长，使电路复

杂性增加，运算速度减慢些，而且运算

复杂，这是其缺点。

注意两点：

1.参加运算的数必须用BCD码表示

2.逢十进一

(3)BCD的加减运算

例1：

十进制BCD码正确

2100100001

+36+00110110

5701010111

(3)BCD的加减运算

例2：

十进制BCD码

5701010111

+69+0110.

12611000000*126

(3)BCD的加减运算

结果不对的原因;

要调整!

1-当结果在U〜，珥T物

2.当结果＞9,错！如例2,有两种情况:

①1111N结果＞1001,现象：非BCD码

②结果》1111,现象：有进位

(3)BCD的加减运算

•调整方法：当结果＞9或有进位

大例：上题结果11000000

♦+01100110

100100110

126正确

三、信息的编码方法

2、字符的编码

在计算机中除了数值之外，还有一类非常重要

的数据，那就是主控。如：

1.英文的大小写字母（A,B,C,

c,■■■）（共52个）

2.数字符号（0,1,2,9）（10个）

3.其他常用符号（如：？、=、％、♦、一、X、

；、/、等）（32个标点、34个控制）

三、信息的编码方法

2、字符的编码

♦在计算机中，这些符号都是用二进制编码的形

式表示，即每一个个惟一固定的

进制编码编码标准。

目前微机।码”，

即ASCII码」ode

forInfoi:ASCII

♦它使用七位号，该编

码方案中共有128个符号(27=128),从

(0000000)2~(1111111)2

2、字符的编码

•ASCII码在微处理机外部设备（CRT显示器、

键盘、终端等等）和通讯设备的数据表示中广

泛使用。

•下表为7位ASCII码字符表，在内存中每个字

符占一个字节。表中最高位未列出，一般表示

时都以。来代替，也可作奇偶校验位，以确定

数据传送是否正确。如数字。〜9的ASCH表

示为十六进制数30H〜39H,字母A〜Z的

ASCH码为41H〜5AH。

美国标准信息交换码ASCII（7位代码）

1列0③1234567

位765-

行000001010100101110111

14321on

00000NULDLESP0@P、p

I

0001SOHDC11AQaq

a

20010STXDC22BRbr

30011ETXDC3#3Ccs

40100EOTDC4$4DTdt

§0101ENQNAK%5EUeu

60110ACKSYN&6FVfV

70111BELETB7Gwgw

81000BSCAN(Hhx

91001HTEM)9IYy

101010LFSUB*JJz

1011VTESC+K1k[

121100FFFS<L\1

-1101CRGSM]m)

1110SORS>Nf①n

1111SIUS?|②0DEL

三、信息的编码方法

3、奇偶校验码

数码在传送过程中易出错，为便于检测

是否发生错误，常设置校验码。有许多

种校验码，奇偶校验码是最简单的一种。

奇校验：是指每个代码中所有1的个数（包括

奇校验位）是奇数。

偶校验：是指每个代码中所有1的个数（包括

偶校验位）是偶数。

3、奇偶校验码（奇校验）

例1：用奇校验传送ASCH代码中的A

•A的ASCII码：1000001

•两个1,为达到奇数个1,设奇校验位为1

・奇校验码应为11000001

奇校验位奇校验码

3、奇偶校验码（偶校验）

例2：用偶校验传送ASCH代码中的C

•C的ASCII码：1000011

•三个1,为达到偶数个1,设偶校验位为1

•偶校验码应为11000011

3、奇偶校验码

•ASCH码只有7位，存放在一个8位的单元

中，最高位是空的，所以常作奇偶校验位,

使该组信息中1的个数为奇（偶）数，在

信息处理过程中应将该位屏蔽掉。

•检测错误的原理：信息代码发出时为奇

（偶）数个1,接收到的信息仍为奇（偶）

数个1。否则，传送中发生了错误。

•不足：只能检查出奇数个错，不能检查出

偶数个错。

4.汉字的编码

•计算机要处理汉字信息，就必须首先解决汉字

的表示问题。同英文字符一样，汉字的表示也

只能采用二进制编码形式，目前使用比较普遍

的是我国制定的汉字编码标准GB2312・80,

该标准共包含一、二级汉字6763个，其他符

号682个，每个符号都是用14位（两个7位）

二进制数进行编码，通常叫做国标码。如“啊，，

的国标码为1110000,1100001c新的国标

汉字库已包括两万多个汉字和字符。

第一章：微型计算机基础知识

§1-1计算机中的数和编码系统

一、数制及转换

二、计算机中数的表示

三、信息的编码方法

§1.2计算机基础

、计算机的基本结构

、微型计算机的基本结构与系统组成

、单片机的产生、特点、现状、发展、应用及主流系列

四、嵌入式系统与单片机

§1.2计算机基础

▲、计算机的基本结构

1、冯・诺伊曼计算机基本结构

2、计算机基本工作过程

冯・诺伊曼计算机基本结构

♦计算机开始是作为计算工具出现的：

例：用算盘计算50X4+160+4=240的过程

.⑴笔、纸：①记录原始数据：50、4、160、4

②记录计算步骤：50义4、1604-4,珠算□决

八③记录中间结果：200、40

<・④记录最后结果：240

⑵算盘：运算工具

⑶脑、手：控制整个过程

、若用计算机完成上述过程，相应有：

K|⑴运算器-----算盘

⑵存储器一一笔、纸

⑶控制器--脑

<4⑷输入设备一一原始数据、计算步骤输入计算机

Q⑸输出设备--输出运算结果

以上5部分构成了计算机的基本结构，尽管计算机

有大、中、小、微等各种型号，在结构上差别

较大，但基本组成一样：5大部件

1、冯・诺伊曼计算机基本结构

一运算器-

数据信息控制信

（数据、程序）息

<7

=»输入设备

j＞存储器〉输出设备结果

控制器

1、冯・诺伊曼计算机基本结构

|•冯・诺伊曼计算机在物理结构上由5大部

件构成。

・•冯・诺伊曼计算机的基本工作原理可概括

人为：存储程序、程序控制。计算机能自

・动处理信息，是因为事先编制了程序，

并按顺序存放在存储器中，计算机工作

・b时按顺序取出执行，这就是存储程序原

、理。

1、冯・诺伊曼计算机基本结构

•存储程序原理设计思想是1946年由美籍匈牙利

数学家冯・诺依曼(VonNeumann)提出的，并

确立了存储程序计算机的5个组成部分和工作

方法、相互关系。

•半个世纪来，尽管计算机体系结构发生了重大

变化，性能不断改进，但本质上存储程序控制

和计算机基本结构思想仍是现代计算机的结构

基础，因此统称为冯・诺伊曼计算机。

•冯・诺伊曼计算机奠定了计算机的理论基础，

确立了计算机的基本模式。

2、计算机基本工作过程

计算机的工作过程是两组信息在计算机内部

的流动过程

•第一步：程序、原始数据（输入设备）一存储

器

•第二步：控制器根据存储器中的程序自动指挥

各部件工作。

•第三步：结果（输出设备）一输出。

§1.2计算机基础

--------微型计算机的基本结构与系统组成

1、微型计算机的产生和发展

2、微型计算机的结构

3、硬件和软件

4、特点及应用

5、常用名词术语

1、微型计算机的产生和发展

♦计算机的发展

1946年2月15日，世界上第一台计算机在美国宾夕法

尼亚大学研制成功。字长12位，主存17K,运算速度

每秒5000次，但它却是庞然大物。总共使用18800个

电子管，1500个继电器，占地面积为150m2,重303

耗电150kW,造价为100多万美元。今天看来，这台

计算机不如现在的一台微机。但它奠定了现代计算机

发展的科学基础，开创了计算机的新时代。如果把它

称为第一代电子计算机，至今已发展至第五代超大规

模集成电路计算机。

计算机的发展

第一代（1946年〜1958年）电子管数字计算机：计算机的

逻辑元件采用电子管，主存储器采用磁鼓、磁芯，外

存储器已开始采用磁带；软件主要用机器语言编制，

后期逐步发展了汇编语言。主要用于科学计算。

第二代（1958年〜1964年）晶体管数字计算机：计算机的

逻辑元件采用晶体管，主存储器采用磁芯，外存储器

已开始使用磁盘；软件已开始有很大的发展，出现了

各种高级语言及编译程序。此时，计算机速度明显提

高，耗电下降，寿命提高。计算机已发展至进行各种

事务处理，并开始用于工业控制。

1第三代（1964年〜1971年）集成电路计算机：计

算机的逻辑元件采用4、心1犬/Hr大木”七叩，

即所谓的SSI和MSL软件发展更快，已有分时

操作系统，应用范围日益扩大。

第四代（1971年以后）大规模集成电路计算机:

O所谓

电路（LSI）是指在单片硅片I-

可集成1000至20000个晶体管的集成电路。由于

LSI的体积小，耗能减少，可靠性高，因而促

使计算机以极快的速度发展。

第五代的计算机的发展方向是人工智能计算机、

网络计算筑。人们正进行多方面的探索。

♦计算机的结构

、控制器

计CPU：运算器

算主机

机存储器

结

构

输出设备

II/O设备：输入设备、

♦微型计算机的出现

//第四代后，计算机的发展出现两个分支

1型化：高速、高功能、高价格、大体积（中国“银河”、

“曙光”、“神威”三大系列，曙光5000万亿次）.

Xd散型化:价格低、体积小、功耗低、应用灵活、适应性强

微型计算机（Microcomputer,简称MC）是指把计算

机的心脏——中央处理器（CPU）集成在一小块硅片

±o为了区别于大、中、小型计算机的CPU,而称微

型计算机的CPU可片为微处理器MPU

（MicroprocessingUnit或Microprocessor）

微机在结构上与一般计算机无本质区别，但结构形式上

更为简单：微型计算机的总线结构。

.麻型计算机系统(总线式结构)

■(Microcomputersystem)

♦微型计算机的发展阶段

第一阶段(1971-1973)

•4位和低档8位

•典型的微型机以Intel4004和Intel4040、

8008为基础

•微处理器和存储器采用PMOS工艺

•工作速度很慢

•微处理器的指令系统不完整，没有操作系统,

只有汇编语言

•存储器的容量很小，只有几百字节

•主要用于工业仪表、过程控制或计算器中。

、第二阶段(1974—1977)

•中档8位

•Intel8080/8085>Zilog公司的Z80及

Motorola公司的6800

•微处理器采用高密度MOS(HMOS)工艺

•具有较完整的指令系统和较强的功能，配有简

单的操作系统(如CP/M)和高级语言。

•存储器容量达64KB,配有荧光屏显示器、键

盘、软盘驱动器等设备，构成了独立的台式计

算机。

、第三阶段(1978*1981)

■|■16位和准32位^^^^^^

•lntel8086>8088、Motorola的68000和

.Zilog的Z8000

^5•微处理器采用短沟道高性能NMOS工艺

，•在体系结构方面吸纳了传统小型机甚至大型机

的设计思想，如虚拟存储和存储保护

■•IBM・PC系列机占领世界市场

第四阶段（20世纪80年代）

•80年代初，IBM公司推出开放式的IBM

PC,这是微型机发展史上的一个重要里

程碑。IBMPC采用Intel80x86（当

时为8086/8088、80286、80386、

80486）微处理器和Microsoft公司的

MSDOS操作系统并公布了IBMPC的

总线设计。

♦第五阶段（20世纪90年代开始）

1■•64位（外部64,内部32位）

•586（Pentium）、PH、PIIRP4及兼

Q容机，如K3、K4、K5

<•RISC（ReducedInstructionSet

■Computing的缩写）（精简指令集计

/算机，计算机CPU的一种设计模式）技

，术的问世使微型机的体系结构发生了重

◄P大变革，使应用程序的设计简单、方便。

、微型计算机的结构

数据总线(DB)

中央

处理器

控制部线(CB)

CPU

地址总线(AB)

I/O设备I/O设备

♦总线结构

•通过三组总线将各组成部分联系在一起,

采用三总线作为数据通路的计算机称为

总线式计算机。所以总线也是计算机的

组成部分，且标准化。

•此结构为微机的生产和组成提供了方便,

为微机产品的标准化、系列化、通用性

方面奠定了基础。

♦各部件的功能

Q(1)存储器

A功能：存放程序和数据

。程序:指令的有序集合。

♦:♦指令:规定计算机执行某种操作的命令O

♦:♦指令系统：一台计算机的全部指令。

程序数据都以二进制形式存放

♦:♦为便