1-1緒論-微機(jī)發(fā)展史

1、微機(jī)原理與接口技術(shù)授 課：吳海時 間：2009年秋課前的話計算機(jī)系列課程之間的聯(lián)系 電路分析(電工學(xué)中) 模擬電路/數(shù)字電路 計算機(jī)組成原理（所有計算機(jī)的共性） 微機(jī)原理及應(yīng)用（特定機(jī)型介紹，單片機(jī)或8086 PC機(jī)，怎樣應(yīng)用計算機(jī)） 控制之路 數(shù)據(jù)處理之路 匯編語言程序設(shè)計 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 單片機(jī)技術(shù)/微機(jī)接口 操作系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫理論 軟件技術(shù)基礎(chǔ) 專業(yè)知識 軟件工程 應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 2課程目標(biāo)微機(jī)原理與接口技術(shù)是學(xué)習(xí)和掌握微機(jī)硬件知識和匯編語言程序設(shè)計的入門課程：微型計算機(jī)（Intel 8086 16位機(jī)）的基本原理(部件及之間的關(guān)系、工作原理與邏輯實現(xiàn))匯編語言程序設(shè)計微型計算機(jī)接口技

2、術(shù)建立微型計算機(jī)系統(tǒng)的整體概念，形成微機(jī)系統(tǒng)軟硬件開發(fā)的初步能力，提高利用微機(jī)解決實際問題的能力。 3教材及參考資料教材: 周荷琴、吳秀清。微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)（第4版）。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2008 周明德 微型計算機(jī)原理與接口技術(shù) 第三版 清華大學(xué)出版社白中英等。計算機(jī)組成原理。第二版 科學(xué)出版社沈美明、溫冬嬋。IBM-PC宏匯編語言程序設(shè)計，第二版。清華大學(xué)出版社，1996 4課程要求及說明閉卷考試考試重點（知識點）在課堂和作業(yè)中體現(xiàn) （聽課記筆記、作業(yè)要認(rèn)真）課件可在下載，密碼：1234567 5第1章 緒論本章主要內(nèi)容1.1 微型計算機(jī)的發(fā)展概況1.2 微型計算機(jī)系統(tǒng)1.3

3、計算機(jī)數(shù)據(jù)格式71.1 微型計算機(jī)的發(fā)展概況1. 計算機(jī)的發(fā)展簡史2. 微型計算機(jī)的發(fā)展概況81. 計算機(jī)的發(fā)展簡史最古老的計算工具 算籌最古老的計算器算盤1500年達(dá)芬奇手稿 機(jī)械式計算機(jī)PASCAL(1623)加法機(jī)1673年G.Leibnitz乘法機(jī)器1821年Babbage差分機(jī)1888年赫爾曼霍勒斯制表機(jī)1938年朱斯的Z系列計算機(jī)1943年英國“巨人”計算機(jī)1944年艾肯的MARKI91. 計算機(jī)的發(fā)展簡史類型時期主要器件重 要 特 征第一代1946-1958 電子管水銀延遲線；速度低，體積大，價格昂貴，可靠性差；機(jī)器語言，匯編語言，用于科學(xué)計算(定點運(yùn)算)第二代1958-1964

4、 晶體管磁芯；速度提高，體積縮小，可靠性提高；算法語言，操作系統(tǒng)，從科學(xué)計算擴(kuò)大到數(shù)據(jù)處理(浮點運(yùn)算)，F(xiàn)ORTRAN、ALGOL-60、COBOL 第三代1964-1971中、小規(guī)模集成電路半導(dǎo)體；體積小，可靠性大大提高，速度達(dá)幾MIPS，機(jī)種多樣化，“小型計算機(jī)” 出現(xiàn)，軟件技術(shù)和外設(shè)發(fā)展迅速，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大第四代1971-中、大及超大規(guī)模集成電路速度提高至GIPS乃至TIPS水平，多機(jī)并行處理和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)迅速發(fā)展。 “微型計算機(jī)” 出現(xiàn)10 各時代代表機(jī)型時代機(jī)型產(chǎn)地第一代ENIAC 1946 十進(jìn)制EDVAC 1949 二進(jìn)制和“存儲程序”103（M-3） 195759美.賓州大學(xué)英

5、.劍橋大學(xué)中科院計算所第二代TRADIC 1954IBM 7090 1958DJS-21,108,X-2,441B 美國貝爾實驗室IBM中國第三代IBM360/370系列CDC6000/7600,STAR-100,CRAY-1NOVA,PDP-11DJS-130/200IBMCDC美中國第四代微型機(jī) APPLE, IBM-PCVAX系列長城0520, .APPLE ， IBMDEC中國11世界上第一臺電子數(shù)字計算機(jī)電子數(shù)字積分計算機(jī)ENIAC(Electronic Numerical Integrator And Computer)，由美國賓夕法尼亞大學(xué)于1946年研制成功并投入使用。1218

6、000多個電子管1500個繼電器10000支電容和7000個電阻重30噸占地170平方米耗電150千瓦運(yùn)算速度5萬次/秒當(dāng)時價值48萬美元1314ENIAC存在的問題：十進(jìn)制計算機(jī) 每一位數(shù)由一圈共10個真空管表示通過開關(guān)和插拔電纜進(jìn)行手動編程 輸入程序和數(shù)據(jù)可能需要半天時間 能否將程序和數(shù)據(jù)存在存儲器中？EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer)出現(xiàn)15現(xiàn)代電子計算機(jī)之父19441945年間，美籍匈牙利科學(xué)家馮諾伊曼在ENIAC尚未問世時注意到其弱點，并提出一個新機(jī)型EDVAC的設(shè)計方案，其中提到了兩個設(shè)想：采用二進(jìn)制和“存

7、儲程序”。這兩個設(shè)想對于現(xiàn)代計算機(jī)至關(guān)重要，也使馮諾伊曼成為“現(xiàn)代電子計算機(jī)之父”，馮諾伊曼機(jī)體系延續(xù)至今。16第二代電子計算機(jī)IBM 7090美國IBM公司于1959年生產(chǎn)的IBM 7090型采用晶體管的第二代電子計算機(jī)。它的體積減小了，運(yùn)算速度卻更快。 17第三代電子計算機(jī) IBM S/360S/360極強(qiáng)的通用性適用于各方面的用戶，它具有“360度”全方位的特點，并因此得名。開發(fā)S/360被稱為“世紀(jì)豪賭”，IBM為此投入了50億美元的研發(fā)費(fèi)用，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過制造原子彈的“曼哈頓計劃”的20億美元。18第四代計算機(jī)從1970年至今的計算機(jī)基本上都屬于第四代計算機(jī)，它們都采用大規(guī)模和超大規(guī)模集成

8、電路。隨著技術(shù)的進(jìn)展，計算機(jī)開始分化成通用大型機(jī)、巨型機(jī)、中型機(jī)、小型機(jī)和微型機(jī)、單片機(jī)。微型計算機(jī)特征：體積小、重量輕、功耗小、可靠性強(qiáng)、價格便宜、使用方便、軟件豐富微型計算機(jī)的核心是：微處理器（CPU）191.2 微型計算機(jī)的發(fā)展概況第一代（1971-1973年）：4位和低檔8位微處理器時代第二代（1973-1978年）：中高檔8位微處理器時代第三代（1978-1980年）：16位微處理器時代第四代（1983-1993年）：32位微處理器時期第五代（1993-1996年）：Pentium微處理器的時代第六代（1997至今）：加強(qiáng)型Pentium時代 第七代：64位CPU時代20第一代（19

9、71-1973年）：4位和低檔8位微處理器時代典型產(chǎn)品有Intel 4004(1971年、4位)和Intel 8008（1972年、8位）。特點: 1.字長： 4位或8位 2.時鐘頻率：1MHz 3.平均執(zhí)行指令時間：1520s 4.集成度：2000管/片21 Intel 4004、8008 第一代微處理器1971年1月，Intel公司的霍夫研制成功世界上第一塊4位芯片Intel 4004，標(biāo)志著第一代微處理器問世，微處理器和微機(jī)時代從此開始。1971年11月，Intel推出MCS-4微型計算機(jī)系統(tǒng)（包括4001 ROM芯片、4002 RAM芯片、4003移位寄存器芯片和4004微處理器）特點

10、：指令系統(tǒng)較簡單、運(yùn)算功能較差，價格低廉應(yīng)用：面向計算器、二次儀表和家電224004 4004包含2300個晶體管，尺寸規(guī)格為3mm4mm，計算性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過當(dāng)年的ENIAC，最初售價為200美元。 2380081972年4月，霍夫等人開發(fā)出第一個8位微處理器Intel 8008。由于8008采用的是P溝道MOS微處理器，因此仍屬第一代微處理器。 24第二代（19731978年）：中高檔8位微處理器時代Intel 8080,Motorola公司的M6800，Zilog公司的Z80，Intel公司的8085，Rockwell與MOS Technology的6502等。特點: 1.字長： 8位 2.

11、時鐘頻率： 24MHz 3.平均執(zhí)行指令時間： 12 s 4.集成度：5000 10000管/片25 Intel 8080 1973年8月，霍夫等人研制出8位微處理器Intel 8080，以N溝道MOS電路取代了P溝道，第二代微處理器就此誕生。 主頻2MHz的8080芯片運(yùn)算速度比8008快10倍，可存取64KB存儲器，使用了基于6微米技術(shù)的6000個晶體管，處理速度為0.64MIPS。 特點：指令系統(tǒng)較完善、運(yùn)算速度提高一個數(shù)量級，尋址能力增強(qiáng)應(yīng)用：面向智能儀表、家電、工業(yè)控制26第三代（1978-1980年）：16位微處理器時代Intel公司的8086/8088、Motorola公司的M6

12、8000和Zilog 公司的Z8000特點: 1.字長： 16位 2.時鐘頻率： 540MHz 3.平均執(zhí)行指令時間： 0.5 s 4.集成度：20000 60000管/片27Intel 80861978年6月，Intel推出4.77MHz的8086微處理器，標(biāo)志著第三代微處理器問世。它采用16位寄存器、16位數(shù)據(jù)總線和29000個3微米技術(shù)的晶體管，售價360美元。特點：指令系統(tǒng)豐富，采用多級中斷，多種尋址方式，段式存儲，系統(tǒng)軟件應(yīng)用：工業(yè)控制 28Z80微處理器 Zilog公司于1976年開發(fā)的Z80微處理器，廣泛用于微型計算機(jī)和工業(yè)自動控制設(shè)備。當(dāng)時，Zilog、Motorola和Int

13、el在微處理器領(lǐng)域三足鼎立。29第四代（1983-1993年）：32位微處理器時期1983年Zilog公司推出Z8000微處理器1984年Motorola公司推出MC68020微處理器1985年， Intel公司推出能進(jìn)行多任務(wù)處理的32位微處理器803861989年， Intel公司推出80486，同期有Motorola公司的M68040特點: 1.字長： 32位 2.時鐘頻率： 10120MHz 3.平均執(zhí)行指令時間： 0.2s 4.集成度：幾十萬上百萬管/片30第五代（19931996）：Pentium微處理器的時代1993年3月，Intel公司的奔騰（Pentium） 時鐘頻率：60/

14、66MHz 運(yùn)行速度：100MIPS 集成度：310萬管/片 1995年2月， Intel公司的Pentium Pro 時鐘頻率：166MHz以上 集成度：550萬管/片 1996年 Intel公司的Pentium MMX (多能奔騰)31 第六代（1997至今）：加強(qiáng)型Pentium時代1997年到1999年，Intel公司的Pentium 、Pentium 、AMD公司的AMD-K7，這些芯片的集成度高達(dá)750萬管/片，時鐘頻率達(dá)到750MHz。2001年底， Pentium 主頻高達(dá)2GHz，具有4200萬只晶體管，主流高端32位CPU市場的佼佼者。AMD公司的Athlon CPU，1.

15、33GHz主頻及2GHz主頻。32第七代：64位CPU時代2001年5月，Intel公司正式推出了第一種64位微處理器Itanium。Itanium由英特爾和惠普聯(lián)合開發(fā)，主要用于工作站和服務(wù)器機(jī)型，內(nèi)置24MB的3級緩存、工作頻率為800MHz及722MHz的產(chǎn)品，價格為1177美元至4427美元。AMD公司的AMD-K8 33第一臺微型計算機(jī)：Altair 8800 1975年4月，MITS發(fā)布第一個通用型Altair 8800，售價375美元，帶有1KB存儲器。這是世界上第一臺微型計算機(jī)Altair定位在青年電腦迷市場 Paul Allen和Bill Gates在三周內(nèi)為Altair開發(fā)

16、出BASIC語言，MITS成為兩個未來富翁的第一個客戶 34Apple1976年3月，Steve Wozniak和Steve Jobs開發(fā)出微型計算機(jī)Apple I，4月1日愚人節(jié)這天，兩個Steve成立了Apple計算機(jī)公司。 Apple II是第一個帶有彩色圖形的個人計算機(jī)，售價為1300美元。Apple II及其系列改進(jìn)機(jī)型風(fēng)靡一時，這使Apple成為微型機(jī)時代最成功的計算機(jī)公司。 351981-PC元年早在1980年7月，一個負(fù)責(zé)“跳棋計劃”的13人小組秘密來到佛羅里達(dá)州波克羅頓鎮(zhèn)的IBM研究發(fā)展中心，開始開發(fā)后來被稱為IBM PC的產(chǎn)品。一年后的8月12日，IBM公司在紐約宣布第一臺

17、IBM PC誕生，這個開創(chuàng)計算機(jī)歷史新篇章的時刻。第一臺IBM PC采用了主頻為4.77MHz的Intel 8088操作系統(tǒng)是Microsoft提供的MS-DOSIBM將其命名為“個人電腦（Personal Computer）36計算機(jī)的發(fā)展日新月異 從計算機(jī)的規(guī)模，運(yùn)算速度上看:巨型機(jī)、大型機(jī)、中型機(jī)、小型機(jī)、微型機(jī)、單片機(jī)從CPU的發(fā)展來看:40048008-8086-8088-80186-80286-80386-80486-586-pentium-PII-PIII-P4-3738我國計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展1953年開始研究，1958年研究出第一臺計算機(jī)，103型通用計算機(jī)50年來相繼研究出了第

18、二代，第三代計算機(jī)。80年代研究出了每秒億次的巨型機(jī)，銀河I,II,其他如曙光天演(清華BBS,學(xué)校高性能計算中心)。1985年6月，中國第一臺自行研制的微機(jī)長城0520研制成功，其廣告詞是：“一臺我們自己制造的能夠處理中文的電腦”。 在高性能計算，并行計算上已緊跟國際先進(jìn)水平，但計算機(jī)的核心部件CPU技術(shù)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后。中科院研究開發(fā)的龍芯GODSON39龍芯40計算機(jī)發(fā)展的理論基礎(chǔ)和規(guī)律1、邏輯代數(shù)：邏輯代數(shù)系統(tǒng)采用二進(jìn)制，是現(xiàn)代電子計算機(jī)的數(shù)學(xué)和邏輯基礎(chǔ)。 2、圖靈機(jī)：英國數(shù)學(xué)家圖靈證明理想的通用數(shù)字計算機(jī)是可以制造出來的?，F(xiàn)代通用數(shù)字計算機(jī)的數(shù)學(xué)模型3、馮.諾依曼計算機(jī)原理：二進(jìn)制存儲程序

19、并按地址順序執(zhí)行(程序控制）4、Moore定律：微處理器內(nèi)晶體管數(shù)每18個月翻一番5、Bell定律：如果保持計算能力不變，微處理器價格每18個月減少一半6、Gilder定律：未來25年（1996年預(yù)言）里，主干網(wǎng)的帶寬將每6個月增加一倍7、Metcalfe定律： 網(wǎng)絡(luò)價值同網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)的平方成正比8、半導(dǎo)體存儲器發(fā)展規(guī)律：DRAM密度每年增加60%，每三年翻四倍9、硬盤存儲技術(shù)發(fā)展規(guī)律： 硬盤的密度每年增加約一倍41計算機(jī)發(fā)展的趨勢總趨勢：速度越來越快，體積越來越小， 成本越來越低，功耗越來越低微型計算機(jī)已邁入64位的新時代精減指令計算機(jī)（RISC）正在逐步取代復(fù)雜指令計算機(jī)（CISC）多媒體計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)正在推廣使用大規(guī)模并行處理系統(tǒng)（MPP）的處理速度已達(dá)到TFLOPS（每秒1012條浮點指令,萬億）級超立方體計算機(jī)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算機(jī)等高性能計算機(jī)正在加緊研究、試制之中。隨著電子器件速度極限的逼近人們又開始了全新時代計算機(jī)的研究 42二十一世紀(jì)的計算機(jī)光計算機(jī)： 光能夠像電一樣傳送信息，其抗干擾能力強(qiáng)，傳輸速度快，并且光學(xué)器件的能耗非常低。尤為