課程先修課程：電子技術，計算機基礎，C語言后繼課程：單片機技術，可編程控制器PLC48學時平時：20%，考試：80%，閉卷考試答疑：每周：周一下午5-6節，地點：實訓樓230教研室QQ：925341256(925341256@)群：419940410（每天學點微機）第一章

計算機基本知識

緒論計算機的發展概況微型計算機中信息的表示及運算基礎幾個重要的數字邏輯電路微機基本結構1·1緒論計算機之父--馮·諾依曼

研究的專業是：1、數學 2、物理3、化學 4、經濟5、電子

1·1緒論

在經濟學方面，馮·諾依曼有突破性成就，被譽為“博弈論之父”。在物理領域，馮·諾依曼在30年代撰寫的《量子力學的數學基礎》已經被證明對原子物理學的發展有極其重要的價值。在化學方面也有相當的造詣，曾獲蘇黎世高等技術學院化學系大學學位。他無愧是上世紀最偉大的全才之一。

1·1緒論

1946年2月15日世界第一臺電子計算機問世

1946年世界上第一臺電子計算機由美國賓夕法尼亞大學研制成功。盡管它重達30噸，占地170平方米，耗電140千瓦，用了18800多個電子管，每秒鐘僅能做5000次加法.

運作了九年之久。吃電很兇，據傳ENIAC每次一開機，整個費城西區的電燈都為之黯然失色。另外，真空管的損耗率相當高，幾乎每15分鐘就可能燒掉一支真空管，操作人員須花15分鐘以上的時間才能找出壞掉的管子，使用上極不方便。曾有人調侃道：“只要那部機器可以連續運轉五天，而沒有一只真空管燒掉，發明人就要額手稱慶了”。1·1緒論

這臺計算機有五個基本部件：輸入器、輸出器、運算器、存儲器和控制器，奠定了當代電子數字計算機體系結構的基礎。

工作特點是程序控制、數據存儲、數字編碼

——電子計算機工作的基礎幾個概念CPU幾個概念計算機主機幾個概念CPU=控制器＋運算器計算機主機＝CPU＋存儲器計算機硬件系統計算機軟件系統計算機系統字長：CPU并行處理二進制的數據位數。8位機、16位機、32位機和64位機。1·2計算機的發展概況

微型化─便攜式、低功耗巨型化─尖端科技領域的信息處理，需要超大容量、高速度智能化─模擬人類大腦思維和交流方式，多種處理能力系列化、標準化─便于各種計算機硬、軟件兼容和升級網絡化─網絡計算機和信息高速公路多機系統─大型設備、生產流水線集中管理(獨立控制、 故障分散、資源共享)Flynn分類法1966年，Michael.J.Flynn提出根據指令流、數據流的多倍性（multiplicity）特征對計算機系統進行分類，定義如下·指令流：機器執行的指令序列·數據流：由指令流調用的數據序列，包括輸入數據和中間結果·多倍性：在系統性能瓶頸部件上同時處于同一執行階段的指令或數據的最大可能個數。Flynn根據不同的指令流-數據流組織方式把計算機系統分為4類。1·單指令流單數據流（SingleInstructionStreamSingleDataStream，SISD）SISD其實就是傳統的順序執行的單處理器計算機，其指令部件每次只對一條指令進行譯碼，并只對一個操作部件分配數據。2·單指令流多數據流（SingleInstructionStreamMultipleDataStream，SIMD）SIMD以并行處理機為代表，并行處理機包括多個重復的處理單元PU1～PUn，由單一指令部件控制，按照同一指令流的要求為它們分配各自所需的不同的數據。3·多指令流單數據流（MultipleInstructionStreamSingleDataStream，MISD）MISD的結構，它具有n個處理單元，按n條不同指令的要求對同一數據流及其中間結果進行不同的處理。一個處理單元的輸出又作為另一個處理單元的輸入。4·多指令流多數據流（MultipleInstructionStreamMultipleDataStream，MIMD）MIMD的結構，它是指能實現作業、任務、指令等各級全面并行的多機系統，多處理機就屬于MIMD。復雜指令集（英文：ComplexInstructionSetComputing；縮寫：CISC）是一種微處理器指令集架構，每個指令可執行若干低階操作，諸如從內存讀取、儲存、和計算操作，全部集于單一指令之中。與之相對的是精簡指令集。復雜指令集的特點是指令數目多而復雜，每條指令字長并不相等，并為此付出了性能的代價。在精簡指令集處理器發跡以前，許多電腦架構嘗試跨越“語義鴻溝”──設計出借由提供“高階”指令支援高階編程語言的指令集，諸如程序調用和返回，循環指令諸如“若非零則減量和分支”和復雜尋址模式以允許數據結構和陣列存取以結合至單一指令。與復雜指令集相比，精簡指令集實現更容易，指令并行執行程度更好，編譯器的效率更高。屬于復雜指令集的處理器有CDC6600、System/360、VAX、PDP-11、Motorola68000家族、x86等。精簡指令集（英語：reducedinstructionsetcomputing，縮寫：RISC），是計算機中央處理器的一種設計模式。這種設計思路對指令數目和尋址方式都做了精簡，使其實現更容易，指令并行執進程度更好，編譯器的效率更高。目前常見的精簡指令集微處理器包括DECAlpha、ARC、ARM、AVR、MIPS、PA-RISC、PowerArchitecture（包括PowerPC、PowerXCell）和SPARC等。1·2計算機的發展概況

一、計算機的發展概況

第一代：電子管計算機時代（1947~1957）第二代：晶體管計算機時代（1958~1964）第三代：集成電路計算機時代（1964～1972）第四代：超大規模集成電路（VLSI）計算機時代（1972年~）。第五代：智能計算機（1981年~）。二、微處理器及微型計算機的發展概況INTELCPU發展歷史Intel第一塊CPU4004,4位主理器,主頻108kHz,運算速度0.06MIPs(MillionInstructionsPerSecond,每秒百萬條指令),集成晶體管2,300個,10微米制造工藝,最大尋址內存640bytes,生產曰期1971年11月.

8085,8位主理器,主頻5M,運算速度0.37MIPs,集成晶體管6,500個,3微米制造工藝,最大尋址內存64KB,生產曰期1976年

8086,16位主理器,主頻4.77/8/10MHZ,運算速度0.75MIPs,集成晶體管29,000個,3微米制造工藝,最大尋址內存1MB,生產曰期1978年6月.

80486DX,DX2,DX4,32位主理器,主頻25/33/50/66/75/100MHZ,總線頻率33/50/66MHZ,運算速度20~60MIPs,集成晶體管1.2M個,1微米制造工藝,168針PGA,最大尋址內存4GB,緩存8/16/32/64KB,生產曰期1989年4月

Celeron一代,主頻266/300MHZ(266/300MHzw/oL2cache,Covington芯心(Klamathbased),300A/333/366/400/433/466/500/533MHzw/128kBL2cache,Mendocino核心(Deschutes-based),總線頻率66MHz,0.25微米制造工藝,生產曰期1998年4月)

Pentium4(478針),至今分為三種核心:Willamette核心(主頻1.5G起,FSB400MHZ,0.18微米制造工藝),Northwood核心(主頻1.6G~3.0G,FSB533MHZ,0.13微米制造工藝,二級緩存512K),Prescott核心(主頻2.8G起,FSB800MHZ,0.09微米制造工藝,1M二級緩存,13條全新指令集SSE3),生產曰期2001年7月.

多核CPU是指在一枚處理器中集成兩個或多個完整的計算引擎(內核)。通過劃分任務，線程應用能夠充分利用多個執行內核，并可在特定的時間內執行更多任務。2006年7月18日，英特爾雙核安騰2處理器發布，集成了17.2億個晶體管，同樣采用了90nm制程技術生產。

●45nm究竟有多小?

2千多顆45nm晶體管加起來才相當于人類一根毛發的寬度，連看不到的細菌，原來它的直徑也有2,000nm，因此，肉眼要看到45nm晶體管，必須需要非常先進的顯微鏡工具才能達成。2015年初的CES展會上Intel已經推出了Broadwell-U系列的14nm處理器，但這還只是一個開始，由于14nm初代處理器Broadwell的延期，2015年Intel要硬著頭皮上兩代14nm工藝的處理器——Broadwell和Skylake，二者使用不同的接口，需要不同的芯片組，支持的規格也不更大的緩存、更高的頻率、超級流水線、分支預測、亂序執行超線程技術多核技術低功耗微型計算機組成結構微型計算機系統硬件微型計算機（主機）微處理器

(CPU)軟件外圍設備運算器控制器存儲器

(內存)RAMROM外部設備輔助設備

輸入設備(鍵盤、掃描儀、語音識別儀…)

輸出設備(顯示器、打印機、繪圖儀、…)

輔助存儲器(磁帶、磁盤、光盤)輸入/輸出接口(PIO、SIO、CTC、ADC、DAC…)(I/O接口)

總線(AB、DB、CB)系統軟件(操作系統，編輯、編譯程序，故障診斷,監控程序…)應用軟件(科學計算，工業控制，數據處理…)程序設計語言(機器語言、匯編語言、高級語言)電源電路時鐘電路單片機簡介單片機即單片機微型計算機，是將計算機主機(CPU、 內存和I/O接口)集成在一小塊硅片上的微型機。單片機開發系統有單片單板機和仿真器。實現單片機應用系統的硬、軟件開發。單片機為工業測控而設計，又稱微控制器。具有三高優勢(集成度高、可靠性高、性價比高)。主要應用于工業檢測與控制、計算機外設、智能儀器儀表、通訊設備、家用電器等。特別適合于嵌入式微型機應用系統。三、計算機編程語言的發展概況

機器語言

機器語言就是0，1碼語言，是計算機唯一能理解并直接執行的語言。匯編語言

用一些助記符號代替用0，1碼描述的某種機器的指令系統，匯編語言就是在此基礎上完善起來的。高級語言

BASIC，PASCAL，C語言等等。用高級語言編寫的程序稱源程序，它們必須通過編譯或解釋，連接等步驟才能被計算機處理。面向對象語言

C++，Java等編程語言是面向對象的語言。1.3 微型計算機中信息的表示及運算基礎（一）十進制ND有十個數碼：0～9，逢十進一。 例1234.5=1×103+2×102+3×101+4×100+5×10-1加權展開式以10稱為基數，各位系數為0～9，10i為權。 一般表達式：ND=dn-1×10n-1+dn-2×10n-2+…+d0×100+d-1×10-1+…一、數的表示（二）二進制NB兩個數碼：0、1,逢二進一。 例1101.101=1×23+1×22+0×21+1×20+1×2-1+1×2-3

加權展開式以2為基數，各位系數為0、1，2i為權。 一般表達式：

NB=bn-1×2n-1+bn-2×2n-2+…+b0×20+b-1×2-1+…（三）十六進制NH十六個數碼0～9、A～F，逢十六進一。 例：DFC.8=13×162+15×161+12×160+8×16-1

展開式以十六為基數，各位系數為0～9，A～F，16i為權。 一般表達式：

NH=hn-1×16n-1+hn-2×16n-2+…+h0×160+h-1×16-1+…二、不同進位計數制之間的轉換（一）一個R進制的數轉換成十進制數的方法：

按權展開，先乘后加

舉例：

1011.1010B=1×23+1×21+1×20+1×2-1+1×2-3=11.625D

0DFC.8H=13×162+15×161+12×160+8×16-1=3580.5D

（二）二進制與十六進制數之間的轉換

24=16，四位二進制數對應一位十六進制數。舉例：3AF.2H

=0011

1010

1111.0010

＝1110101111.001B 1111101.11B

=0111

1101.1100=7D.CH

（三）十進制數轉換成二、十六進制數整數、小數分別轉換

1.整數轉換法“除基取余”：十進制整數不斷除以轉換進制基數，直至商為0。每除一次取一個余數，從低位排向高位。舉例：例：39轉換成二進制數

39=100111B 2 391（b0） 2 191（b1）291（b2） 240（b3） 220（b4） 211（b5） 0

例：208轉換成十六進制數

208=D0H16208余01613余13=DH 02. 小數轉換法“乘基取整”：用轉換進制的基數乘以小數部分，直至小數為0或達到轉換精度要求的位數。每乘一次取一次整數，從最高位排到最低位。舉例：

1.0.625轉換成二進制數0.625×2=1.2501(b-1)0.25×2=0.500(b-2)0.5×2=1.0 1(b-3)0.625=0.101B2.0.625轉換成十六進制數0.625×16=10.0 0.625=0.AH三、帶符號數的表示方法◆機器中，數的符號用“0”、“1”表示。

◆最高位作符號位，“0”表示“+”，“1”表示“-”。機器數：機器中數的表示形式。真值：機器數所代表的實際數值。舉例:一個8位機器數與它的真值對應關系如下：真值： X1=+84=+1010100BX2=-84=

-1010100B

機器數：[X1]機=01010100[X2]機=11010100（一）機器數與真值最高位為符號位，0表示“+”，1表示“－”。 數值位與真值數值位相同。

例8位原碼機器數：

真值：

x1=+1010100B

x2=-

1010100B

原碼：

[x1]原=01010100

[x2]原=11010100原碼表示簡單直觀,但0的表示不唯一，加減運算復雜。1、原碼(TrueForm)(二)原碼、反碼、補碼正數的反碼與原碼表示相同。 負數反碼符號位為1，數值位為原碼數值各位取反。

例8位反碼機器數：

x=+4：[x]原=00000100 [x]反=00000100

x=-4：[x]原=10000100[x]反=111110112、反碼（One’sComplement）3、補碼（Two’sComplement）正數的補碼表示與原碼相同。 負數補碼等于2n－abs（x）

例：求8位補碼機器數：

x=+4 [x]原=[x]反=[x]補=

00000100 x=-4 [x]原=10000100 [x]反=11111011 [x]補=100000000－00000100=11111100補碼＝反碼加1。補碼表示的優點：

0的表示唯一，加減運算方便。8位機器數表示的真值四、二進制編碼例：求十進制數876的BCD碼

876=100001110110BCD 876=36CH

=1101101100B1、BCD碼(BinaryCodedDecimal)二進制代碼表示的十進制數。 2、字符編碼

美國標準信息交換碼ASCII碼，用于計算 機與計算機、計算機與外設之間傳遞信息。3、漢字編碼

“國家標準信息交換用漢字編碼”（GB2312-80標準），簡稱國標碼。 用兩個七位二進制數編碼表示一個漢字 例如“巧”字的代碼是39H、41H漢字內碼例如“巧”字的代碼是0B9H、0C1H1·4運算基礎

一、二進制數的運算加法規則：“逢2進1”

減法規則：“借1當2”

乘法規則：“逢0出0，全1出1”1010x1011101010100000000+10100001101110｝中間數部分和 1010 y=001011 1010 y=y+1010=10100010110100 y=y+10100=1111000010 101000 y=11110000011010000 y=y+1010000=1101110中間數部分和二、二—十進制數的加、減運算

BCD數的運算規則循十進制數的運算規則“逢