计算机概述与数据表示和运算

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1、山东师范大学信息科学与工程学院微机原理Principlesofcomputer卢洪武教授前言为什么以单片机为例学习微机原理？随着微电子技术的日益进步，微型计算机向高性能的64位微机和适用于测控的单片微机两个方向迅速发展。单片微机是指在一块芯片上集成有CPU、ROM、RAM、并行和串行I／O接口，以及定时器／计数器等多种功能部件的微型计算机，这种微型计算机也可称之为微控制器。它具有集成度高，可靠性高，性能价格比高，适应温度范围宽，抗干扰能力强，小巧、灵活，易于实现机电一体化等优点，现已广泛应用于检测、控制、智能化仪器仪表，以及

2、生产设备自动化、家用电器等领域。计算机的产生加快了人类改造世界的步伐，但是它毕竟体积大。单片机在这种情况下诞生了，它为我们改变了什么？纵观我们现在生活的各个领域，从导弹的导航装置，到飞机上各种仪表的控制，从计算机的网络通讯与数据传输，到工业自动化过程的实时控制和数据处理，以及我们生活中广泛使用的各种智能IC卡、家用电器、电子宠物等，这些都离不开单片机。以前没有单片机时，这些东西只能使用复杂的模拟电路来做，然而这样做出来的产品不仅体积大，而且成本高，并且由于使用时间的延长元器件不断老化，控制的精度自然也会达不到标准。在单片机产

3、生后，我们控制这些东西就实现智能化了,我们只需要在单片机外围接一些简单的接口电路，需要的功能由人写入程序来完成。这样产品的体积变小了，成本也降低了，长期使用也不会担心精度达不到了。所以，它的魔力不仅是在现在，在将来将会有更多的人来接受它、使用它。据统计，我国的单片机年容量已达5～6亿片，且每年以大约20%的速度增长，但相对于世界市场我国的占有率还不到3%。单片机的应用程度标志一个国家的工业化水平。所以，学习单片机在我国有着广阔的前景。为了促进大学生创新能力的培养，教育部大力倡导的大学生电子设计大赛、嵌入式系统设计大赛、“飞思

4、卡尔”智能车设计大赛、全国电子专业人才设计与技能大赛、TI杯大学生电子设计大赛等都要求有较高的单片机应用水平。☆怎样才能学好微机原理呢？之所以我们选择以单片机为例学习《微机原理》除上述原因外，单片机还具有价格低廉，性能优越，功能齐全的特点。由于现代单片机中都集成了ISP（在系统可编程）功能，且开发工具、开发板极易得到。有一台计算机，化几十块钱，买一块开发板，或者自己用万用板焊一个单片机最小系统花不到20块钱就可以作实验了。大家都知道计算机是实践性很强的一门技术，有人说“计算机是玩出来的”，单片机亦一样，只有多练习、多实际操作

5、，才能真正掌握。Practiceisabestwaytolearning.第一章概述及计算机数据基础一、计算机发展与组成二、单片机简介1946年由美国宾夕法尼亚大学研制ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorAndcalculator），运算速度5000次/秒，功耗150kw/h，占地170m2,造价100万美元。一、计算机发展与组成1946-1958第一代电子管计算机。磁鼓存储器，机器语言、汇编语言编程。1.1发展概况1958-1964第二代晶体管计算机。磁芯作主存储器,磁盘作外存储器，开始使

6、用高级语言编程。1964-1971第三代集成电路计算机。使用半导体存储器，出现多终端计算机和计算机网络。1971-第四代大规模集成电路计算机。出现微型计算机、单片微型计算机，外部设备多样化。1981-第五代人工智能计算机。模拟人的智能和交流方式。世界上第一台计算机1946年2月15日，第一台计算机ENIAC问世，这标志着计算机时代的到来。ENIAC是电子管计算机，时钟频率仅有100KHz，但能在1秒钟的时间内完成5000次加法运算。与现代的计算机相比，有许多不足，但它的问世开创了计算机科学技术的新纪元，对人类的生产和生活方式

7、产生了巨大的影响。ENIAC的出现满足了人们计算的需要，但它的体积实在太大了！1.2计算机发展趋势微型化─便携式、低功耗巨型化─尖端科技领域的信息处理，需要超大容量、高速度智能化─模拟人类大脑思维和交流方式，多种处理能力系列化、标准化─便于各种计算机硬、软件兼容和升级网络化─网络计算机和信息高速公路多机系统─大型设备、生产流水线集中管理(独立控制、故障分散、资源共享)1.3微型计算机组成结构微型计算机系统硬件微型计算机（主机）微处理器(CPU)软件外围设备运算器控制器存储器(内存)RAMROM外部设备辅助设备输入设备(键盘、

8、扫描仪、语音识别仪…)输出设备(显示器、打印机、绘图仪、…)辅助存储器(磁带、磁盘、光盘)输入/输出接口(PIO、SIO、CTC、ADC、DAC…)(I/O接口)总线(AB、DB、CB)系统软件(操作系统，编辑、编译程序，故障诊断,监控程序…)应用软件(科学计算，工业控制，数据处理…)程序