微机原理与接口课件

微处理器及微型计算机的发展概况
  第一代微处理器是以Intel公司1971年推出的4004，4040为代表的四位微处理机。
     第二代微处理机（1973年~1977年），典型代表有：Intel 公司的8080、8085；Motorola公司的M6800以及Zlog公司的Z80。
    第三代微处理机 第三代微机是以16位机为代表，基本上是在第二代微机的基础上发展起来的。其中Intel公司的8088。8086是在8085的基础发展起来的；M68000是Motorola公司在M6800 的基础发展起来的；
    第四代微处理机 以Intel公司1984年10月推出的80386CPU和1989年4月推出的80486CPU为代表，
    第五代微处理机的发展更加迅猛，1993年3月被命名为PENTIUM的微处理机面世，98年PENTIUM 2又被推向市场。

INTEL CPU 发展历史
Intel第一块CPU 4004,4位主理器,主频108kHz,运算速度0.06MIPs(Million Instructions Per Second, 每秒百万条指令),集成晶体管2,300个,10微米制造工艺,最大寻址内存640 bytes,生产曰期1971年11月.

8085,8位主理器,主频5M,运算速度0.37MIPs,集成晶体管6,500个,3微米制造工艺,最大寻址内存64KB,生产曰期1976年

8086,16位主理器,主频4.77/8/10MHZ,运算速度0.75MIPs,集成晶体管29,000个,3微米制造工艺,最大寻址内存1MB,生产曰期1978年6月.

80486DX,DX2,DX4,32位主理器,主频25/33/50/66/75/100MHZ,总线频率33/50/66MHZ,运算速度20~60MIPs,集成晶体管1.2M个,1微米制造工艺,168针PGA,最大寻址内存4GB,缓存8/16/32/64KB,生产曰期1989年4月

Celeron一代, 主频266/300MHZ(266/300MHz w/o L2 cache, Covington芯心 (Klamath based),300A/333/366/400/433/466/500/533MHz w/128kB L2 cache, Mendocino核心 (Deschutes-based), 总线频率66MHz,0.25微米制造工艺,生产曰期1998年4月)

Pentium 4 (478针),至今分为三种核心:Willamette核心(主频1.5G起,FSB400MHZ,0.18微米制造工艺),Northwood核心(主频1.6G~3.0G,FSB533MHZ,0.13微米制造工艺, 二级缓存512K),Prescott核心(主频2.8G起,FSB800MHZ,0.09微米制造工艺,1M二级缓存,13条全新指令集SSE3),生产曰期2001年7月.

更大的缓存、更高的频率、
超级流水线、分支预测、乱序执行
超线程技术

微型计算机组成结构
单片机简介
单片机即单片机微型计算机，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。

三、计算机编程语言的发展概况
机器语言  机器语言就是0，1码语言，是计算机唯一能理解并直接执行的语言。
汇编语言  用一些助记符号代替用0，1码描述的某种机器的指令系统，汇编语言就是在此基础上完善起来的。
高级语言  BASIC，PASCAL，C语言等等。用高级语言编写的程序称源程序，它们必须通过编译或解释，连接等步骤才能被计算机处理。
面向对象语言  C++，Java等编程语言是面向对象的语言。

1.3 微型计算机中信息的表示及运算基础
（一） 十进制ND
有十个数码：0～9，逢十进一。
 例 1234.5=1×103 +2×102 +3×101 +4×100 +5×10-1
加权展开式以10称为基数，各位系数为0～9，10i为权。
 一般表达式：
ND= dn-1×10n-1+dn-2×10n-2 +…+d0×100 +d-1×10-1+…

（二） 二进制NB
两个数码：0、1, 逢二进一。
 例 1101.101=1×23+1×22+0×21+1×20+1×2-1+1×2-3
加权展开式以2为基数，各位系数为0、1， 2i为权。
 一般表达式：
  NB = bn-1×2n-1 + bn-2×2n-2 +…+b0×20 +b-1×2-1+…

（三）十六进制NH
十六个数码0～9、A～F，逢十六进一。
 例：DFC.8=13×162 +15×161 +12×160 +8×16-1
展开式以十六为基数，各位系数为0～9，A～F，16i为权。
 一般表达式：
 NH= hn-1×16n-1+ hn-2×16n-2+…+ h0×160+ h-1×16-1+…

二、不同进位计数制之间的转换

（二）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：
（三）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。举例：

2. 小数转换法
“乘基取整”：用转换进制的基数乘以小数部分，直至小数为0或达到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。举例： 

三、带符号数的表示方法

机器数：机器中数的表示形式。
真值： 机器数所代表的实际数值。
举例:一个8位机器数与它的真值对应关系如下：
  真值： X1=+84=+1010100B     X2=-84= -1010100B
  机器数：[X1]机= 01010100    [X2]机= 11010100
(二)原码、反码、补码
最高位为符号位，0表示 “+”，1表示“－”。
 数值位与真值数值位相同。
 例  8位原码机器数：
  真值：   x1  = +1010100B     x2    =－ 1010100B  
   机器数： [x1]原  = 01010100  [x2]原 = 11010100
原码表示简单直观,但0的表示不唯一，加减运算复杂。

正数的反码与原码表示相同。    
  负数反码符号位为 1，数值位为原码数值各位取反。
 例 8位反码机器数：     
     x= +4： [x]原= 00000100 [x]反= 00000100
     x= -4： [x]原= 10000100  [x]反= 11111011
3、补码（Two’s Complement）
正数的补码表示与原码相同。    
  负数补码等于2n－abs（x）
8位机器数表示的真值
四、 二进制编码
例：求十进制数876的BCD码
 876= 1000 0111 0110 BCD
 876= 36CH = 1101101100B
 2、字符编码   美国标准信息交换码ASCII码，用于计算      机与计算机、计算机与外设之间传递信息。

3、汉字编码
“国家标准信息交换用汉字编码”（GB2312-80标准），简称国标码。
 用两个七位二进制数编码表示一个汉字
 例如“巧”字的代码是39H、41H
汉字内码
例如“巧”字的代码是0B9H、0C1H
1·4  运算基础
一、二进制数的运算
加法规则：“逢2进1”
       减法规则：“借1当2”
       乘法规则：“逢0出0，全1出1”
二、二—十进制数的加、减运算
        BCD数的运算规则 循十进制数的运算规则“逢10进1”。但计算机在进行这种运算时会出现潜在的错误。为了解决BCD数的运算问题，采取调整运算结果的措施：即“加六修正”和“减六修正”
例：10001000(BCD)+01101001(BCD)
        =000101010111(BCD)          
  
   1 0 0 0 1 0 0 0
       ＋  0 1 1 0 1 0 0 1
           1 1 1 1 0 0 0 1
       ＋  0 1 1 0 0 1 1 0     ……调整
          1 0 1 0 1 0 1 1 1
                                        进位

 例：
  10001000(BCD)－ 01101001(BCD)= 00011001(BCD)  

                1 0 0 0 1 0 0 0  
         －   0 1 1 0 1 0 0 1
             0 0 0 1 1 1 1 1
         －                    0 1 1 0   ……调整
             0 0 0 1 1 0 0 1 
三、 带符号二进制数的运算

1.5 几个重要的数字逻辑电路
编码器
译码器
计数器
微机自动工作的条件
程序指令顺序存放
自动跟踪指令执行
1.6 微机基本结构
微机结构
各部分组成
连接方式
1、以CPU为中心的双总线结构；2、以内存为中心的双总线结构；3、单总线结构
CPU结构
管脚特点  1、多功能；2、分时复用
内部结构  1、控制; 2、运算; 3、寄存器; 4、地址
程序计数器
堆栈定义 1、定义；2、管理；3、堆栈形式