《微型计算机技术及应用》课程授课教案（讲义）第1章 单片微型计算机基础知识

单片微型计算机原理与应用第一章单片微型计算机基础知识1.1、微型计算机概述1.2、数制与编码1.3、处理器与存储器组织1.4、外设与总线1.5、单片机内部结构1.6、单片机的应用和应用系统结构1.1.1计算机的发展、微型计算机的分类·第一台计算机，1946，美国宾夕法尼亚大学，ENIAC【"i:niaek]■计算机的发展：·电子管计算机·晶体管计算机·集成电路计算机·大规模集成电路计算机■超大规模集成电路计算机■计算机按其性能分类：·大型计算机·中型计算机·小型计算机

单片微型计算机原理与应用 第一章 单片微型计算机基础知识 1.1、微型计算机概述 1.2、数制与编码 1.3、处理器与存储器组织 1.4、外设与总线 1.5、单片机内部结构 1.6、单片机的应用和应用系统结构 1.1.1 计算机的发展、微型计算机的分类 ▪ 第一台计算机，1946，美国宾夕法尼亚大学，ENIAC ['i: niæk] ▪ 计算机的发展： ▪ 电子管计算机 ▪ 晶体管计算机 ▪ 集成电路计算机 ▪ 大规模集成电路计算机 ▪ 超大规模集成电路计算机 ▪ 计算机按其性能分类： ▪ 大型计算机 ▪ 中型计算机 ▪ 小型计算机

■微型计算机按规模分类·单片机■个人计算机■笔记本电脑·智能手机■平板电脑1.1.2计算机的基本结构和工作原理人脑的简单计算CPU内部包含如下三部分：■算术逻辑部件·累加器和寄存器组·控制器

▪ 微型计算机 按规模分类 ▪ 单片机 ▪ 个人计算机 ▪ 笔记本电脑 ▪ 智能手机 ▪ 平板电脑 1.1.2 计算机的基本结构和工作原理 人脑的简单计算 CPU内部包含如下三部分： ▪ 算术逻辑部件 ▪ 累加器和寄存器组 ▪ 控制器

作具体的计算SSS控制作用微型计算机构成：·CPU、存储器■输入/输出接口电路系统总线微型计算机构成

微型计算机构成： ▪ CPU、存储器 ▪ 输入/输出接口电路 系统总线 微型计算机构成 作具体的计算 控制作用

记录原始数据和算题保存中间结果作具体的计算控制作用回保存和输出最终结果微型计算机的概念结构输输入设备1/0C存L/C出接接接储P设器口口备AB: Address BusDB:Data BusCB: ControlBus1.1.2微处理器、微型计算机和微型计算机系统

微型计算机的概念结构 1.1.2 微处理器、微型计算机和微型计算机系统 记录原始数据和算题 保存中间结果 作具体的计算 控制作用 保存和输出最终结果 存 储 器 I/O 接 口 输 入 设 备 I/O 接 口 地址总线 A B 输 出 设 备 C P U 数据总线 D B 控制总线 C B I/O 接 口 AB: Address Bus DB: Data Bus CB: Control Bus

微微型微逻辑运算部件型计处累加器和寄存器组计算理控制器算机器内部总线机系统存储器（ROM、RAM）输入输出接口系统总线外围设备系统软件微型计算机系统的三个层次

微型计算机系统的三个层次 存储器（ROM、RAM） 输入输出接口 系统总线 外围设备 系统软件 逻辑运算部件 累加器和寄存器组 控制器 内部总线 微 处 理 器 微 型 计 算 机 微 型 计 算 机 系 统

[ALU微处理器寄存器存储器控制器微型型I/O接口计算机总线硬件系统键盘、鼠标微型显示器外设计算机软驱、硬盘、光驱系统打印机、扫描仪系统软件应用软件核心级-微处理器(1)微处理器简称CPU，是计算机的核心，主要包括：运算器ALU（算数逻辑单元）。控制器CU。寄存器组Registers。(2)CPU实现了运算功能和控制功能(3)计算机的控制中心，提供运算、判断能力(4)构成：ALU、CU、Registers例：Intel8088/8086、PII、P4、Celeron、酷睿、i5CPU的位数（字长）：4位、8位、16位、32位、64位是指一次能处理的数据的位数

核心级——微处理器 (1)微处理器简称CPU，是计算机的核心，主要包括： 运算器ALU（算数逻辑单元）。 控制器CU。 寄存器组Registers。 (2)CPU实现了运算功能和控制功能 (3)计算机的控制中心，提供运算、判断能力 (4)构成：ALU、CU、Registers 例：Intel 8088/8086、PIII、P4、Celeron、酷睿、i5CPU的位数（字长）：4 位、8位、16位、32位、64位是指一次能处理的数据的位数。 微处理器 存储器 I/O接口 总线 硬件系统 软件系统 微 型 计算机 系 统 微 型 计算机 (主机) 外 设 ALU 寄存器 控制器 键盘、鼠标 显示器 软驱、硬盘、光驱 打印机、扫描仪 系统软件 应用软件

硬件系统级一一微型计算机（1）以微处理器为核心，配上只读存储器(ROM)、读写存储器（RAM)、输入/输出(/O)接口电路及系统总线等部件，就构成了微型计算机。（2）将CPU、存储器、I/O接口、总线等集成在一片超大规模集成电路芯片上，称为单片微型计算机，简称单片机。硬件系统级--存储器（1）存放程序和数据的记忆装置（2）用途：存放程序和要操作的各类信息（数据、文字、图像、）(3）内存：ROM、RAM特点：随机存取，速度快，容量小（4）外存：磁盘、光盘、半导体盘..特点：顺序存取/块存取，速度慢，容量大。硬件系统级-输入/输出接口（1）简写为I/O接口，是CPU与外部设备间的桥梁1/0CP外设接口U

硬件系统级——微型计算机 （1）以微处理器为核心，配上只读存储器(ROM)、读写存储器(RAM)、输入/输出 (I/O)接口电路及系统总线等部件，就构成了微型计算机。 （2）将CPU、存储器、I/O接口、总线等集成在一片超大规模集成电路芯片上，称 为单片微型计算机，简称单片机。 硬件系统级-存储器 （1）存放程序和数据的记忆装置 （2）用途：存放程序和要操作的各类信息（数据、文字、图像、.） （3）内存：ROM、RAM 特点：随机存取，速度快，容量小 （4）外存：磁盘、光盘、半导体盘. 特点：顺序存取/块存取，速度慢，容量大。 硬件系统级-输入/输出接口 （1） 简写为I/O接口，是CPU与外部设备间的桥梁 CP U I/O 接口 外设

（2）提供驱动外设的电压或电流；（3）匹配计算机与外设之间的信号电平、速度、信号类型、数据格式等；（4）缓存发给外设的数据、控制命令和外设提供的运行状态信息；（5）DMA控制和中断控制。硬件系统级-总线BUS连接多个功能部件的一组公共信号线■地址总线AB：用来传送CPU输出的地址信号，确定被访问的存储单元、I/O端口。地址线的根数决定了CPU的寻址范围。CPU的寻址范围=2n，n-地址线根数■数据总线DB：在CPU与存储器、I/O接口之间数据传送的公共通路。数据总线的条数决定CPU一次最多可以传送的数据宽度，■控制总线CB：用来传送各种控制信号。系统级（1）以微型计算机为中心，配以相应的外围设备以及控制微型计算机工作的软件就构成了完整的微型计算机系统。（2）微型计算机如果不配有软件，通常称为裸机（3）软件分为系统软件和应用软件两大类。微型计算机的软件系统

（2）提供驱动外设的电压或电流； （3）匹配计算机与外设之间的信号电平、速度、信号类型、数据格式等； （4）缓存发给外设的数据、控制命令和外设提供的运行状态信息； （5）DMA控制和中断控制。 硬件系统级-总线BUS 连接多个功能部件的一组公共信号线 ▪ 地址总线AB：用来传送CPU输出的地址信号，确定被访问的存储单元、I/O端 口。地址线的根数决定了CPU的寻址范围。 CPU的寻址范围 = 2n， n-地址线根数 ▪ 数据总线DB：在CPU与存储器、I/O接口之间数据传送的公共通路。数据总线 的条数决定CPU一次最多可以传送的数据宽度。 ▪ 控制总线CB：用来传送各种控制信号。 系统级 （1）以微型计算机为中心，配以相应的外围设备以及控制微型计算机工作的软件， 就构成了完整的微型计算机系统。 （2）微型计算机如果不配有软件，通常称为裸机 （3）软件分为系统软件和应用软件两大类。 微型计算机的软件系统

（1）软件：为运行、管理和维护计算机系统或为实现某一功能而编写的各种程序的总和及其相关资料。操作系统编译系统系统软件网络系统软件工具软件应用软件1.1.3计算机的工作过程存储程序计算机?又称为冯·诺依曼型计算机（1）以运算器为核心、以存储程序原理为基础（2）将计算过程描述为由许多条指令按一定顺序组成的程序，即程序是由多条有逻辑关系的指令组成，指令的长度不等（一般为1～4字节）。（3）数据和程序均以二进制代码的形式不加区别地存放在存储器中，存放位置由地址指定，地址码也是二进制形式。（4）由控制器控制整个程序和数据的存取以及程序的执行存储程序计算机的工作原理控制器按预先存放在计算机存储器中的程序的流程自动地连续取出指令并执行之

（1）软件：为运行、管理和维护计算机系统或为实现某一功能而编写的各种程序 的总和及其相关资料。 1.1.3 计算机的工作过程 存储程序计算机¡ª又称为冯•诺依曼型计算机 （1）以运算器为核心、以存储程序原理为基础 （2）将计算过程描述为由许多条指令按一定顺序组成的程序，即程序是由多条有 逻辑关系的指令组成，指令的长度不等（一般为1～4字节）。 （3）数据和程序均以二进制代码的形式不加区别地存放在存储器中，存放位置由 地址指定，地址码也是二进制形式。 （4）由控制器控制整个程序和数据的存取以及程序的执行。 存储程序计算机的工作原理 控制器按预先存放在计算机存储器中的程序的流程自动地连续取出指令并执行之。 系统软件 应用软件 操作系统 编译系统 网络系统 软件 工具软件

控制器运算器输出设备输入设备指令流控制命令存储器数据流程序的执行过程程序操作码操作数执行手取指令指令2指今泽码指3指令周期取操作数执行指令..存结果指今n1.CPU如何知道从哪里取出程序的第一条指令？一一操作系统2.CPU如何按程序控制流执行指令？-一程序计数器3.CPU如何知道从哪里取操作数？一一地址、寻址方式例：计算5+8汇编语言程序对应的机器指令对应的操作MOV AL, 510110000将立即数1传送到累加寄存器AL中

程序的执行过程 1．CPU 如何知道从哪里取出程序的第一条指令？——操作系统 2．CPU 如何按程序控制流执行指令？——程序计数器 3．CPU 如何知道从哪里取操作数？——地址、寻址方式 例：计算5+8 汇编语言程序 对应的机器指令 对应的操作 - - - MOV AL, 5 10110000 将立即数1传送到累加寄存器AL中 运算器 输出设备 控制器 输入设备 存储器 指令流 控制命令 数据流 程序 指令1 指令2 指令3 指令4 指令n . 取指令 指令译码 取操作数 执行指令 存结果 指令周期 操作码 操作数 执行