第1章微型計算機概述

會計學(xué)1第1章微型計算機概述第1頁/共34頁第2頁/共34頁ISA插槽PCI插槽AGP插槽北橋芯片組南橋芯片組內(nèi)存插槽IDE接口軟驅(qū)接口并口連接器串口連接器ROMBIOS鼠標鍵盤USB接口主板電源插座計算機的結(jié)構(gòu)如何？計算機中的指令是如何執(zhí)行的？第3頁/共34頁教材：《微機原理與接口技術(shù)》南京大學(xué)出版社課程性質(zhì)：專業(yè)基礎(chǔ)課學(xué)時：64學(xué)時理論課程+16學(xué)時實驗課程+1周課程設(shè)計課程特點：偏重硬件、軟硬結(jié)合先修課程：數(shù)字電路、模擬電路學(xué)習(xí)目標：從理論上和實踐上掌握微型計算機的基本組成、原理、接口技術(shù)，建立微型計算機應(yīng)用系統(tǒng)的概念，具有微型計算機應(yīng)用系統(tǒng)的初步開發(fā)能力。微機原理與應(yīng)用第4頁/共34頁參考教材：《微型計算機技術(shù)》田艾平、王力生、卜艷平編著清華大學(xué)出版社第5頁/共34頁參考習(xí)題集：《微機原理與接口技術(shù)習(xí)題與解析》溫陽東、鮑遠慧編著清華大學(xué)出版社第6頁/共34頁微機原理與接口技術(shù)課程內(nèi)容：第1章微型計算機概述第2章計算機內(nèi)部數(shù)據(jù)的表示方法第3章微型計算機總線系統(tǒng)第4章Intel80x86系列微處理器第5章8086/8088指令系統(tǒng)第6章匯編語言程序設(shè)計第7章微型計算機存儲器第8章微型計算機輸入/輸出接口技術(shù)第9章微型計算機中斷技術(shù)第10章微型計算機并行接口技術(shù)第11章可編程定時/計數(shù)器第12章微型計算機串行接口技術(shù)第13章模擬輸入輸出技術(shù)第7頁/共34頁第1章微型計算機概述1.1計算機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理1.2微型計算機系統(tǒng)1.3微型計算機的發(fā)展歷程與應(yīng)用1.4微型計算機的基本特點與主要性能指標第8頁/共34頁1.1計算機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理1.1.1計算機的基本結(jié)構(gòu)1.1.2計算機的基本工作原理第9頁/共34頁1.1.1計算機的基本結(jié)構(gòu)1945年6月，美籍匈牙利科學(xué)家馮?諾依曼提出了在數(shù)字計算機內(nèi)部的存儲器中存放程序的概念，這是所有現(xiàn)代電子計算機的范式，被稱為“馮?諾依曼結(jié)構(gòu)”。按這一結(jié)構(gòu)建造的電腦稱為存儲程序計算機，又稱為通用計算機。

馮?諾依曼結(jié)構(gòu)計算機的主要特點包括：計算機由運算器、存儲器、控制器和輸入/輸出五個部件組成。存儲器以二進制形式存儲指令和數(shù)據(jù)。存儲程序工作方式：存儲器一維線性編址，按址存取，指令從存儲器逐條取出，串行執(zhí)行。第10頁/共34頁馮·諾依曼計算機的基本結(jié)構(gòu)第11頁/共34頁1.1.2計算機的基本工作原理程序，是指完成某項任務(wù)的計算機指令序列。當要完成該項任務(wù)時，通過輸入設(shè)備將指令序列和原始數(shù)據(jù)輸入到計算機的內(nèi)存儲器中。計算機從內(nèi)存中取出第一條指令，控制器按照指令的要求，從內(nèi)存儲器中取出數(shù)據(jù)進行指定的操作，然后再按地址把結(jié)果送到內(nèi)存中去。接下來，再自動取出下一條指令，在控制器的指揮下完成規(guī)定操作。依此進行下去，直至全部指令執(zhí)行完畢。由此可見，計算機的工作方式取決于它的兩個基本能力：一是能存儲程序，二是能自動執(zhí)行程序。計算機是利用內(nèi)存儲器來存放所要執(zhí)行的程序的，而控制器則依次從內(nèi)存中取出程序的每條指令，加以分析和執(zhí)行，直到完成全部指令序列為止。這就是計算機的存儲程序控制方式的工作原理。這一原理最初是由美籍匈牙利數(shù)學(xué)家馮?諾依曼于1945年提出來的，故稱為馮?諾依曼原理。第12頁/共34頁1.2微型計算機系統(tǒng)

微型計算機系統(tǒng)與傳統(tǒng)的計算機系統(tǒng)一樣，由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成的。

硬件是組成計算機系統(tǒng)的各個物理部件的總稱，它是計算機系統(tǒng)快速、可靠、自動工作的物質(zhì)基礎(chǔ)。

軟件是計算機系統(tǒng)中各類程序、有關(guān)文件以及所需數(shù)據(jù)的總稱。軟件系統(tǒng)由系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大部分組成。

系統(tǒng)軟件是指管理、控制和維護計算機系統(tǒng)資源的程序集合，這些資源包括硬件資源和軟件資源，并為用戶提供一個友好的操作界面和工作平臺。

應(yīng)用軟件是指為了解決某些具體問題而編制的程序。它包括商品化的通用軟件和專用軟件，也包括用戶自己編制的各種應(yīng)用程序。第13頁/共34頁1.2.1微型計算機硬件系統(tǒng)的基本組成

微型計算機硬件系統(tǒng)包括微處理器、存儲器、輸入/輸出接口與輸入/輸出設(shè)備，各部件通過系統(tǒng)總線進行數(shù)據(jù)傳送。第14頁/共34頁一、微處理器

微處理器（MicroProcessorUnit，簡稱MPU），也稱為中央處理器（CentralProcessingUnit，簡稱CPU），由控制器、運算器和寄存器組三個主要部分組成，它是計算機的核心部件?？刂破鳎嚎刂破魇怯嬎銠C的指揮中心,它的作用是從存儲器中取出指令,然后分析指令,發(fā)出由該指令規(guī)定的一系列操作命令,完成該指令所要求的操作。運算器：運算器又稱算術(shù)邏輯單元(ArithmeticandLogicalUnit,ALU),是用二進制進行算術(shù)運算和邏輯運算的部件。寄存器組：寄存器組是CPU內(nèi)部的若干個存儲單元，用來存放參加運算的二進制數(shù)據(jù)以及保存運算結(jié)果。第15頁/共34頁Intel的某些微處理器采用296引腳的引腳柵格陣列（PGA）陶瓷封裝技術(shù)運算器：CPU的核心，算術(shù)邏輯運算部件控制器：指揮、協(xié)調(diào)各部件工作寄存器組：暫存數(shù)據(jù)微處理器第16頁/共34頁二、存儲器

計算機的存儲器由內(nèi)存儲器（簡稱內(nèi)存）和外存儲器（簡稱外存）兩部分組成。這里講的存儲器是指內(nèi)存儲器，它用來存放計算機的指令和數(shù)據(jù)。存儲器以存儲單元為單位線性編址,CPU按地址讀/寫存儲單元中的內(nèi)容,通常一個存儲單元可存放8位二進制數(shù)(即一個字節(jié))。CPU只能直接訪問內(nèi)存。

第17頁/共34頁常見存儲器：第18頁/共34頁三、輸入/輸出接口與輸入/輸出設(shè)備

輸入/輸出設(shè)備(簡稱I/O設(shè)備)是微機與外界聯(lián)系的設(shè)備，也為外設(shè)。計算機通過外設(shè)獲得各種外界信息,并且通過外設(shè)輸出運算處理結(jié)果。常用的輸入設(shè)備有鍵盤、鼠標、掃描儀、攝像機等，常用的輸出設(shè)備有顯示器、打印機、繪圖儀等。微機與I/O設(shè)備必須通過輸入/輸出接口(I/O接口)將二者連接起來，I/O接口實質(zhì)上是將外設(shè)連接到總線上的一組邏輯電路的總稱。

第19頁/共34頁常見輸入輸出設(shè)備：第20頁/共34頁四、系統(tǒng)總線

總線(bus)是一組信號線的集合,是在計算機系統(tǒng)各部件之間傳輸?shù)刂?、?shù)據(jù)和控制信息的公共通路。在CPU、存儲器、I/O接口之間傳輸信息的總線稱為“系統(tǒng)總線”。系統(tǒng)總線包括以下三部分。地址總線AB：它是單向總線,用于傳送CPU發(fā)出的地址信息，以指明與CPU交換信息的內(nèi)存單元或I/O設(shè)備。數(shù)據(jù)總線DB：它是雙向的,用于CPU與內(nèi)存或外設(shè)之間進行數(shù)據(jù)交換時傳輸數(shù)據(jù)信息?？刂瓶偩€CB：控制總線用于傳送控制信號、時序信號和狀態(tài)信號等。CPU向內(nèi)存或外設(shè)發(fā)出的控制信息、內(nèi)存或外設(shè)向CPU發(fā)出的狀態(tài)信息均可通過它來傳送。作為整體而言,CB是雙向的,而對CB中的每一根線來說,它是單向的。第21頁/共34頁微處理器、微型計算機、微型計算機系統(tǒng)系統(tǒng)軟件：DOS、Windows95/98/2000應(yīng)用軟件：WPS、Word、Photoshop微處理器CPU

存儲器(RAM,ROM)I/O接口總線硬件軟件微型計算機系統(tǒng)微型計算機(主機)外設(shè)ALU寄存器控制部件鍵盤、鼠標顯示器軟驅(qū)、硬盤、光驅(qū)打印機、掃描儀第22頁/共34頁1.2.2IBMPC/XT機硬件系統(tǒng)第23頁/共34頁1.3微型計算機的發(fā)展歷程與應(yīng)用1.3.1微型計算機的發(fā)展歷程1.3.2微型計算機的應(yīng)用第24頁/共34頁1.3.1微型計算機的發(fā)展歷程IBMPC第一臺電子計算機ENIAC第25頁/共34頁計算機發(fā)展簡史電子管計算機(1946—1956)晶體管計算機(1957—1964) 集成電路計算機(1965—1970)

超大規(guī)模集成電路計算機(1971—至今)

用機器語言、匯編語言編寫程用于軍事和國防尖端技術(shù) 開始使用高級語言開始用于工程技術(shù)、數(shù)據(jù)處理和其它科學(xué)領(lǐng)域采用微程序、流水線等技術(shù)，提高運行速度出現(xiàn)操作系統(tǒng)、診斷程序等軟件采用半導(dǎo)體存儲器采用圖形界面操作系統(tǒng)器件速度更快,軟件、外設(shè)更加豐富主要特點第26頁/共34頁微型計算機概述：微型計算機誕生：20世紀70年代微型計算機的核心是：微處理器(CPU+寄存器組)每出現(xiàn)一個新的微處理器，就會產(chǎn)生新一代的微型計算機。第一代：4位機發(fā)展和8位機萌芽階段時間：1971~1973年代表產(chǎn)品：Intel4004和MCS-4微型機字長：4位或8位特點：指令系統(tǒng)比較簡單，運算功能較差，價格低廉應(yīng)用：面向家電、計算機器和二次儀表微型計算機的發(fā)展分為五代：第二代：8位機的發(fā)展階段時間：1973~1977年代表產(chǎn)品：Intel8080/8085、MC6800、Z80、R6502處理器字長：8位特點：指令系統(tǒng)比較完善，運算速度提高一個數(shù)量級，尋址增強。應(yīng)用：面向家電、智能儀表、工業(yè)控制。第27頁/共34頁微型計算機概述：第三代：16位機發(fā)展階段時間：1978~1985年代表產(chǎn)品：Intel8086/8088、80186、80286、MC6800、Z8000字長：16位特點：指令系統(tǒng)豐富，采用多級中斷、多種尋址方式，段式存儲結(jié)構(gòu)，配有強大的系統(tǒng)軟件。應(yīng)用：工業(yè)控制第四代：32位機發(fā)展階段時間：1985~1992年代表產(chǎn)品：Intel80386、80486字長：32位特點：內(nèi)存容量達1MB以上，硬盤技術(shù)不斷提高，發(fā)展了32位的總線結(jié)構(gòu)，各種品牌機涌上市場，如COMPAQ、DELL等可執(zhí)行多任務(wù)、多用戶操作。應(yīng)用：辦公自動化、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境第28頁/共34頁微型計算機概述：第五代：64位機主生及發(fā)展階段時間：1992~至今代表產(chǎn)品：IntelPentium、Itanium字長：64位特點：外部數(shù)據(jù)線64位字長，32位以上地址總線，增加了虛擬現(xiàn)實等多媒體能力和通信上的應(yīng)用。應(yīng)用：辦公自動化、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。第29頁/共34頁1.3.2微型計算機的應(yīng)用

微型計算機的應(yīng)用已滲透到社會的各行各業(yè)，其主要應(yīng)用領(lǐng)域如下：科學(xué)計算(或數(shù)值計算)

數(shù)據(jù)處理(或信息處理)

輔助技術(shù)(或計算機輔助設(shè)計與制造)

計算機輔助設(shè)計CAD

計算機輔助制造CAM

計算機輔助教學(xué)CAI

過程控制(或?qū)崟r控制)

人工智能(或智能模擬)

網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用第30頁/共34頁1.4微型計算機的基本特點與主要性能指標1.4.1微型計算機的基本特點1.4.2微型計算機的主要性能指標第31頁/共34頁1.4.1微型計算機的基本特點體積小、重量輕、功耗低可靠性高、對使用環(huán)境要求低結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計靈活、適應(yīng)性強性能價格比高第32頁/共34頁1.4.2微型計算機的主要性能指標

字長:在同樣的運算速度下直接影響計算精度運算速度