1、第第1章章 計算機技術基礎計算機技術基礎本章重點本章重點1、單片機的概念及組成2、進位計數制：計數原理3、進位計數制之間的轉換：二與十轉換；二與十六轉換；4、原碼、反碼、補碼的應用5、基本運算方法：算術運算與邏輯運算；6、常用編碼：BCD。 第第1章章 計算機技術基礎計算機技術基礎1.1 計算機的發展與分類計算機的發展與分類一、計算機的發展 自1946年2月15日，世界上第一臺通用數字電子計算機ENIAC在美國的賓夕法尼亞大學研制成功以來，計算機在當今世界有了極大的發展。根據計算機所采用的電子元器件的不同，人們把計算機的發展分為以下幾個階段：1. 第一代電子計算機（從第一代電子計算機（從ENI

2、AC問世至問世至50年代后期）年代后期） 主要電子元件主要電子元件是電子管 缺點：缺點：體積龐大，耗電量大，運算速度低，而且價格昂貴 應用范圍：應用范圍：僅用于軍事研究及科學運算。第第1章章 計算機技術基礎計算機技術基礎主要特點主要特點 ：1）采用電子管作為邏輯開關元件； 2）存儲器使用水銀延遲線、靜電存儲管、磁鼓等；3）外部設備采用紙帶、卡片、磁帶等；4）使用機器語言，50年代中期開始使用匯編語言，但還沒有操作系統。2. 第二代電子計算機（第二代電子計算機（50年代中期至年代中期至60年代中期）年代中期） 主要電子元件主要電子元件是晶體管 優點：優點：運算速度提高了，積變小了，同時成本也降低

3、了，并且耗電量大為降低，可靠性則大大提高第第1章章 計算機技術基礎計算機技術基礎主要特點主要特點 ：l）使用半導體晶體管作為邏輯開關元件；2）使用磁芯作為主存儲器，輔助存儲器采用磁盤和磁帶；3）輸入輸出方式有了很大改進；4）開始使用操作系統，有了各種計算機高級語言。3. 第三代電子計算機（第三代電子計算機（60年代中期至年代中期至70年代初期）年代初期）主要電子元件主要電子元件是半導體（中、小規模的集成電路）主要特點主要特點 ： 1）使用中、小規模集成電路作為邏輯開關元件；2）開始使用半導體存儲器。輔助存儲器仍以磁盤、磁帶為主；3）外部設備種類和品種增加；4）開始走向系列化、通用化和標準化；5

4、）操作系統進一步完善，高級語言數量增多。 第第1章章 計算機技術基礎計算機技術基礎4. 第四代電子計算機（第四代電子計算機（70年代初期至現在）年代初期至現在） 主要電子元件主要電子元件是半導體（大規模、超大規模的集成電路）主要特點主要特點 ： 1）使用大規模、超大規模集成電路作為邏輯開關元件；2）主存儲器采用半導體存儲器、輔助存儲器采用大容量的軟、硬磁盤，并開始引入光盤；3）外部設備有了很大發展，采用光字符閱讀器（OCR）、掃描儀、激光打印機和各種繪圖儀；4）操作系統不斷發展和完善，數據庫管理系統進一步發展，軟件行業已發展成為現代新型的工業部門。 第第1章章 計算機技術基礎計算機技術基礎二、

5、計算機的分類按規模分，計算機分為以下四類。1. 巨型計算機（巨型計算機（super computer） 運算速度運算速度：每秒1億次以上 應用范圍：應用范圍：主要用于天氣、氣象、地質及核反應堆、航天飛機、衛星軌道計算等尖端科學技術領域。2. 大型計算機（大型計算機（Mainframe computer） 運算速度運算速度：每秒數千萬次 應用范圍：應用范圍：常用于宇航事業、國防科技、以及氣象預報、油田計算或國際金融等方面。第第1章章 計算機技術基礎計算機技術基礎3. 中小型計算機（中小型計算機（mincomputer） 運算速度運算速度：每秒百萬次 應用范圍：應用范圍：常用于國家機關和科研機構的

6、信息處理系統、大型報業系統及企業的現代化管理等。 4. 微型計算機（微型計算機（microcomputer） 應用范圍：應用范圍：學校、企事業單位大多配置這種計算機。等。 第第1章章 計算機技術基礎計算機技術基礎1.2 單片機概況及應用單片機概況及應用一、概念計算機的主要組成：計算機的主要組成：中央處理器CPU、存儲器（ROM、RAM）、輸入/輸出接口（I/O口）。單片機單片機（single-chip computer）是把中央處理器CPU（Central Processing Unit）、隨機存取存儲器RAM、只讀存儲器ROM、定時器/計數器及I/O（Input/Output）接口電路等一些

7、計算機的主要功能部件集成在一塊集成電路芯片上的微型計算機。有時，也把它稱作為微處理器（Microcomputer Unit）。單片機的特點：單片機的特點：高性能、高速度、體積小、價格低廉、應用廣泛。 第第1章章 計算機技術基礎計算機技術基礎二、單片機的發展與應用自20世紀70午代，美國的Fairchild（仙童）公司首先推出了第一款單片機F8以來，單片機以其體積小、功能全和價格低等特點贏得了廣泛的關注，迄今為止，單片機技術已經成為計算機技術的一個獨特的分支。而單片機的發展也經歷了探索、完善、MCU化和百花齊放四個階段。1.單片機初級階段（芯片化探索階段）單片機初級階段（芯片化探索階段）2.缺點

8、：缺點：采用雙片，功能比較簡單3.這時期的單片機有這時期的單片機有：美國Fairchild 公司的F-8、Intel公司的MCS-48特點：特點：1） 嵌入式計算機系統的芯片集成設計；2） 少資源、無軟件，只保證基本控制功能。第第1章章 計算機技術基礎計算機技術基礎2. 結構體系的完善階段結構體系的完善階段 這時期的單片機有這時期的單片機有：Intel公司的MCS-51它在以下幾個方面奠定了典型的通用總線型單片機的體系結構。1)完善的總線結構： 并行總線：8位數據總線、16位地址總線及相應的控制總線，兩個獨立的地址空間； 串行總線：通信總線，擴展總線。2）完善的指令系統： 具有很強的位處理功能

9、和邏輯控制功能，以滿足工業控制等方面的需要； 功能單元的SFR（特殊功能寄存器）集中管理。3）完善的MCS-51成為單片機的經典體系結構。現在，許多電氣商在MCS-51的內核和體系結構的基礎上，生產出各具特色的單片機。第第1章章 計算機技術基礎計算機技術基礎3. 從從SCMC向向MCU（Micro Controller Unit）化過渡階段）化過渡階段這時期的單片機有這時期的單片機有：Intel公司的MCS-96其特點是：其特點是：1）滿足嵌入式應用要求的外圍擴展，如程序運行監視器WDT、脈寬調制器PWM、ADC、DAC、高速I/0口等。2）眾多計算機外圍功能集成，如： 提供串行擴展總線：SP

10、I、I2C、BUS、Microwire； 配置現場總線接口：CAN BUS。3）CMOS化，提供功耗管理功能。4）提供OTP供應狀態，利于大規模和批量生產。 第第1章章 計算機技術基礎計算機技術基礎4. MCU的百花齊放階段的百花齊放階段 其特點是：其特點是：1）電氣商、半導體商的普遍介入 2）大力發展專用單片機 3）提高綜合品質 根據控制單元設計的方式與采用的技術不同，目前市場上的這些單片機可區分為兩大類型：繁雜指令集結構（CISC架構）80C51、80C196、MC68K精簡指令集結構（RISC架構）PIC、EM78XXX、Z86HCXXX實時在線開發方式：ISP（In System Pr

11、ogramming）和IAP（In Application Programming） 4）C語言的廣泛支持選擇單片機原則：選擇單片機原則： 尋求最簡化的單片機應用系統； 盡可能選擇專用單片機； 綜合考慮下進行合理的選擇。 第第1章章 計算機技術基礎計算機技術基礎三、Intel MCS系統單片機簡介1MCS-51系列單片機 是Intel公司1980推出的高檔8位系列單片機，MCS-51系列的典型芯片是80C51（CHMOS型的8051）。這種機型性價比高、品種多，許多新的品種還在不斷出現。為此，眾多的廠商都介入了以80C51為代表的8位單片機的發展，如Philips、Siemens（Infine

12、on）、Dallas、ATMEL等公司，我們把這些公司生產的與80C51兼容的單片機統稱為MCS-51系列。Intel MCS-51單片機包括以下型號：1）基本型 包括8031/8031A/8051/8051AH/8751H/8751BH等。片內集成8位CPU、128B數據存儲器（RAM）、4KB程序存儲器（ROM）（8031片內沒有ROM、8751用EPROM代替ROM）、21個特殊功能寄存器（SFR），32條并行I/O線，2個定時/計數器，一個全雙工I/O串行口，5個中斷源（分兩個優先級），片內時鐘振蕩器和時鐘電路；片外可擴展64KB的RAM或ROM；它的指令大部分為單指令，運行速度快。第

13、第1章章 計算機技術基礎計算機技術基礎2）增強型 包括8052AH/8032AH/8752BH等。與其相應的基本型不同的是，內部ROM、RAM的容量均增大一倍，定時/計數器增加3個，串行口速度快6倍。3）低功耗型 包括80C51AH/80C31BH/87C51等。 這些機型都采用CHMOS工藝，功耗低，其中87C51還內置兩級程序存儲器保密系統，可禁止外部對片內ROM中的程序非法拷貝。4）超級型 包括8XC252系列。 這種機型采用高可靠的CHMOS-II工藝，具有高速輸入/輸出功能和脈寬調制輸出，增加了128K片內RAM，一個加減計數器，一個可編程序計數器陣列，還能對串行口的場錯誤進行監測，

14、自動地址識別。第第1章章 計算機技術基礎計算機技術基礎2MCS-96系列單片機MCS-96系列單片機是Intel公司1983年研制出的16位單片機，它是目前性能最好的單片機產品之一。它包括一個高性能的16位CPU、256B數據存儲器（其中24B專用寄存器、232B通用寄存器）、8KB程序存儲器（ROM）、功能豐富的I/O接口，10位A/D轉換器等。與MCS-51系列單片機相比，它具有以下特點：CPU不采用常規的累加器結構，改用寄存器寄存器結構，CPU直接面向256B寄存器，提高操作速度和數據吞吐速度；數據寄存器是MCS-51系列的兩倍；有一套效率和速度都更高的指令系統；增加了高速輸入/輸出；增

15、加了看門狗“Watchdog”功能。第第1章章 計算機技術基礎計算機技術基礎MCS-96系列單片機可分為以下幾大類：1） 8X9X系列 采用NHMOS工藝。該系列中的8098芯片與8096芯片是典型代表。8096具有16位CPU、高效的指令系統、10位A/D轉換器、脈寬調制輸出、全雙工串行口，高速輸入/輸出器、5個8位標準輸入/輸出口、8個中斷源、16位監視定時器、可動態配置總線、256B數據存儲器（其中24B專用寄存器、232B通用寄存器）、8KB/16KB內部程序存儲器（RAM）、2個16位定時/計數器、4個軟件定時器。2）以80C196KB為代表 它保留8X9X芯片的基本硬件結構，有兩種

16、節電工作方式。3）以80C196KC為代表 在8X9X基礎上增加了外設事務服務器（PTS），提高了中斷處理能力。4）以80C196KR為代表 在8X9X基礎上增加了同步串行口和適用于主從機通信的從口（SlavePort）功能并以事件處理陣列（EPA）代替原來的高速輸入/輸出器件（HSIO）。5）以80C196MC為代表 在8X9X基礎上增加了一個3相波形發生器，適用于電機控制。6）以80C196NT為代表 相于對8X9X其尋址空間由64KB增大到1MB。 第第1章章 計算機技術基礎計算機技術基礎四、單片機的應用目前單片機已廣泛應用于國民經濟的各個領域，對各個行業的技術改造和產品的更新換代起著重

17、要作用。單片機按其應用領域主要有以下幾個方面：1消費電子的應用2智能儀表中的應用3工業測控中的應用4網絡與通信中的應用5軍工領域的應用第第1章章 計算機技術基礎計算機技術基礎1.3 計算機的運算基礎計算機的運算基礎一、進位計數制二進制八進制十進制十六進制二、進制位之間的轉換三、帶符號位的表示原碼反碼補碼四、運算方法算術運算、邏輯運算第第1章章 計算機技術基礎計算機技術基礎1.4 常用編碼常用編碼在計算機處理運算、文件編輯和實時控制時，不僅要用到數字，還要用到各種字母、符號和控制信號等。由于計算機只能認別二進制數，因而計算機所用到的各種數字、字符、字母也只能用二進制數表示。為了便于用識別數字、字

18、符、字母等，可以按標準約定一組特定的二進制數來表示所規定的字母、字符和數字，這就是所謂的編碼。常用的標準編碼有BCD、ASCII碼，以下分別介紹。第第1章章 計算機技術基礎計算機技術基礎一、8421 BCD碼BCD碼是一種以二進制形式表示十進制數的編碼，以稱二十進制碼，它像是二進制，實際是十進制。在日常生活中人們習慣使用十進制，于是通常的輸入、輸出的數據通常也是用十進制實現人機交互。為了解決慣用的十進制與計算機能夠識別的二進制之間的差別，通常引入BCD編碼。BCD碼以4位為一組，選用0000B-1001B十種狀態，代表十進制中的0-9共10個數，并舍棄剩余的6種狀態。當BCD碼與十進制進行互換時，可以按4位一組，逐組進行互換。表1-2為 BC