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1、1,微型计算机原理及其应用第一章：基础知识,主讲人：付少华,1微型计算机原理及其应用第一章：基础知识主讲人：付少华,2,第一章：基础知识,课程介绍：计算机硬件课程，从计算机的硬件结构出发，介绍微型计算机的工作原理。,先修课程：计算机应用基础（For Windows），软件技术基础课程（Basic或C语言编程）。,后续课程：单片机原理与应用、DSP原理与应用等。,微机计算机原理与应用,2第一章：基础知识课程介绍：先修课程：后续课程：微机计算机,3,教学内容：本课程以微型计算机原理与应用为主题，以Intel8086CPU为主线，系统介绍计算机的硬件技术基础，包括：微机原理、汇编语言程序设计、微机接
2、口三部分。,微机计算机原理与应用,原理部分主要介绍微型计算机及其基本组成部分（中央处理器、存储器、I/O接口和总线）的硬件结构和工作原理。汇编语言程序设计介绍8086指令系统和汇编语言程序设计方法、技巧等内容。接口部分介绍几种常见的I/O设备的接口原理与技术，以及PC机常用的I/O接口芯片。,3教学内容：微机计算机原理与应用 原理部分主要,4,第一章：基础知识电子计算机概述,一、计算机的发展简况电子管计算机晶体管计算机集成电路计算机大规模集成电路计算机人工智能计算机（尚在研制）第一代：电子管计算机（1946-1956年）基本物理器件是电子管；程序设计语言是机器语言。1946年第一代电子计算机（
3、ENIAC）在美国研制成功。使用了18800个电子管，重30吨，占地170平方米，耗电150千瓦，每秒完成5000次加法运算。,4第一章：基础知识电子计算机概述一、计算机的发展简况,5,第一章：基础知识电子计算机概述,一、计算机的发展简况第二代：晶体管计算机（1957-1963年）基本物理器件是晶体管，同时采用磁芯存储器作为主存储器，磁带和磁盘为辅助存储器；汇编语言，进而发展到Basic语言，有了相应编译程序和编译系统。1958年第二代晶体管计算机推出，用晶体管代替了电子管，大大降低了计算机的成本和体积，运算速度成百倍提高。,5第一章：基础知识电子计算机概述一、计算机的发展简况,6,第一章：基
4、础知识电子计算机概述,一、计算机的发展简况第三代：集成电路计算机时代（1964-1971年）以中、小规模集成电路为主要器件，采用半导体存储器取代磁芯存储器，存储器采用64K以上的动态MOS RAM存储器；出现了操作系统，分时操作系统，多用户操作终端，高级语言陆续出现，从而使程序设计变得很方便。1965年中小规模集成电路为主体的计算机问世，使计算机的体积进一步缩小，配上各类操作系统，计算机性能极大提高。,6第一章：基础知识电子计算机概述一、计算机的发展简况,7,第一章：基础知识电子计算机概述,一、计算机的发展简况第四代：大规模和超大规模集成电路计算机时代(1971年以后)大规模和超大规模集成电路
5、，集成度越来越高；软件上采用数据库和软件工程，把软件设计提高到工程设计高度提出了规范化设计方法。1970年大规模集成电路（LSI）研制成功，计算机发展到第四代，微型计算机是第四代计算机的典型代表。1971年在美国硅谷第一块通用微处理器Intel4004诞生，从而开创了微型计算机的新时代。,7第一章：基础知识电子计算机概述一、计算机的发展简况,8,第五代：“非冯诺伊曼”计算机时代。冯诺伊曼结构具有程序存储和程序的顺序执行的特点。,第六代：神经网络计算机时代，光计算机时代，生物计算机时代。,8第五代：“非冯诺伊曼”计算机时代。第六代：神经网络计算机,9,9,10,第一章：基础知识电子计算机概述,一
6、、计算机的发展简况计算机发展的四个方向：巨、微、网、智,10第一章：基础知识电子计算机概述一、计算机的发展简况,11,第一章：基础知识电子计算机概述,二、电子计算机硬件的主要组成部分输入设备(接口)、存储器、运算器、控制器、输出设备（接口）,计算机硬件的主要部分,11第一章：基础知识电子计算机概述二、电子计算机硬件的主,12,第一章：基础知识电子计算机概述,（一）输入设备是向计算机系统输入程序和数据的电子设备,键盘,扫描仪,鼠标,手写笔,数码相机,摄像头,12第一章：基础知识电子计算机概述（一）输入设备是向,13,第一章：基础知识电子计算机概述,（二）存储器存放数据和程序，功能：存数(写入)和
7、取数(读出),功能：临时或长期存放各种数据、程序及运算结果。,内存储器（主存储器）：速度快，容量小，直接与CPU进行信息交换，存放运算器传送来的数据。外存储器（辅助存储器）：速度慢，容量大，不能直接与CPU进行信息交换，须将外存内容调入内存；存放暂不用数据、程序。注意：一切程序和数据必须进入内存才能被计算机执行和使用,内存按字节分成许多存储单元。每个存储单元都有一个编号，称为地址。,13第一章：基础知识电子计算机概述（二）存储器存放数,14,第一章：基础知识电子计算机概述,存储器的组成,存储器,内存(主存),随机存储器(RAM),只读存储器(ROM),外存（软盘、硬盘、光盘、U盘等）（辅助存储
8、器）,高速缓存(Cache),二级,一级,-按存储器在计算机中的作用,14第一章：基础知识电子计算机概述存储器的组成存储器内存,15,第一章：基础知识电子计算机概述,内存储器,硬盘,软盘,光盘,RAM（内存）,外存储器,15第一章：基础知识电子计算机概述内存储器硬盘软盘光盘R,16,第一章：基础知识电子计算机概述,内存也称主存，是CPU直接访问的存储器。主要存放当前运行的程序、数据和结果；内存的存储容量反映了内存存储空间的大小。,CPU从内存中取出数据，叫“读”操作；把数据存入存储器叫“写”操作。统称为“存取”或“访问”。,内存按使用的功能可分为只读存储器（ROM）、随机存储器（RAM）和高速
9、缓存(Cache)两种。,RAM也称为主存，一般说的内存就是指RAM。,1、内存储器,16第一章：基础知识电子计算机概述 内存也,17,第一章：基础知识电子计算机概述,常见的几种内存条,17第一章：基础知识电子计算机概述常见的几种内存条,18,第一章：基础知识电子计算机概述,笔记本机用256M内存,普通内存条,安装在主板上的内存条,内存大小对电脑运行影响很大。目前家用电脑内存的标准配置为：256MB DDR型内存,18第一章：基础知识电子计算机概述笔记本机用256M内存,19,第一章：基础知识电子计算机概述,(1)、随机存储器（RAM）,特点：新进旧出，存取速度快，断电数据全部丢失,RAM是一
10、种读写存储器，它存放的信息可读可写，主要用于存取系统运行时的程序和数据。,分类：RAM分为双极性（TTL）和单极性（MOS），目前广泛使用的是MOS半导体存储器，而MOS又分为静态存储器(SRAM)和动态存储器（DRAM）。,19第一章：基础知识电子计算机概述(1)、随机存储器（R,20,第一章：基础知识电子计算机概述,特点：存放固定不变的程序、数据和系统软件；所存数据 只能读出（调用），不能用一般的方法修改；断电 数据不会丢失。用途：一般用于存放系统信息。,(2)、只读存储器（ROM）,分类：常用的除了ROM外，还有可擦除可编程的只读存 储器EPROM(Erasable Programmab
11、le ROM)和用 电可擦除的只读存储器EEROM(Electrically Erasable Read Only Memory)。,20第一章：基础知识电子计算机概述特点：存放固定不变的程,21,第一章：基础知识电子计算机概述,只读存储器ROM,随机存储器RAM,内容不可更改、永久保存,内存储器,里面的内容可随时更改，但断电后内容会消失。一般所说的内存多少就是指RAM容量的大小。,小 结,21第一章：基础知识电子计算机概述只读存储器ROM随机存,22,第一章：基础知识电子计算机概述,高速缓存位于CPU与内存之间，就像是内存与CPU之间的“转接站”。其作用是加快CPU与RAM之间的数据交换速率
12、。Cache中保存着当前急需执行及使用频繁的程序段和要处理的数据。CPU读写时，首先访问Cache，因此就大大提高了CPU访问的速度。Cache分为两级：一级Cache被集成到CPU芯片内部，其容量较小；而把二级Cache放在主板上，其容量比一级Cache大一个数量级以上。从Pentium 档次的微机开始，一级和二级Cache都被集成在CPU芯片中。,(3)、高速缓存（Cache）,CPU,内存,外存,22第一章：基础知识电子计算机概述 高速缓存位于,23,第一章：基础知识电子计算机概述,外存储器也称辅存，外存储器不能直接与CPU交换信息，它需要经过内存与CPU及输入、输出设备交换信息，即必须
13、先调入内存，才能进行处理。,外存储器的存储容量大、存储成本低、存取速度慢。,目前常用的外部存储器有软盘存储器、硬盘存储器、光盘存储器、USB闪存存储器等几大类。它们和内存一样，也是以字节为单位存储信息的。,外存可以长久保存大量的程序和数据，因此既可以作为输入设备也可以作为输出设备。,(二)、辅助存储器 外存储器可以长期保存信息,软盘,U盘,硬盘,光盘,磁盘存储器,23第一章：基础知识电子计算机概述,24,第一章：基础知识电子计算机概述,24,这些外部存储器一般都由:驱动器、控制器和盘片组成,24第一章：基础知识电子计算机概述24这些外部存储器一般,25,第一章：基础知识电子计算机概述,(三)运
14、算器进行算术和逻辑运算的装置 加法器(Adder)是运算器的核心部分,算术运算有：加、减、乘、除等；逻辑运算有：逻辑与、逻辑或等。,操作：各种算术运算、逻辑运算、数据的传送和位移的统称。指令：指挥计算机进行操作的命令。指令系统：一台机器所具有的指令的集合。,25第一章：基础知识电子计算机概述(三)运算器进行算,26,第一章：基础知识电子计算机概述,(四)控制器控制各个部件自动协调工作，是计算机的指挥中心功能 负责从内存中取出指令、分析指令和执行指令;负责向各部件发出控制信号；保证各部件协调一致地工作，一步一步地完成各种操作。,26第一章：基础知识电子计算机概述(四)控制器控制各,27,第一章：
15、基础知识电子计算机概述,（五）输出设备是将计算机中信息传输到外部的设备作用：是将计算机的处理结果传达给用户。常用的输出设备是显示器、打印机、绘图仪等。,27第一章：基础知识电子计算机概述（五）输出设备是将,28,第一章：基础知识电子计算机概述,三、微型计算的概述（一）微处理器、微型计算机和微型计算机系统1、定义微处理器（Micro Processor）：利用微电子技术将包括运算器、控制器的中央处理器的复杂电路集成在一片大规模集成电路（LSI）芯片上，我们把这种微缩的CPU称为p。微计算机（MicroComputer C）：以微处理器为核心，配上LSI的RAM、ROM、I/O接口的微型化的计算机
16、 装置。微型计算机系统（MicroComputer System CS)：在微计算机的配置上加上外围I/O设备和软件所构成的系统。2、微型计算机的系统结构特点：1、软件硬件化。2、采用总线结构,28第一章：基础知识电子计算机概述三、微型计算的概述,29,第一章：基础知识电子计算机概述,微处理器、微计算机、微型计算机系统之间的关系,29第一章：基础知识电子计算机概述微处理器、微计算机、微,30,第一章：基础知识电子计算机概述,2、位、字节、字和双字位 bit 计算机所能表示的最小最基本的数据单位,取值只能为0或1的一个二进制数值。在计算机的数据中，一个二进制数据位称为一个位，单位：b。字节 By
17、te 8个二进制位组成一个字节，通常用以计算计算机的存储容量，单位：B。1B=8b。字（Word）CPU中运算器处理信息的基本单位，2个字节组成一个字。双字（Double Word）4个字节组成一个双字。,30第一章：基础知识电子计算机概述2、位、字节、字和双字,31,第一章：基础知识电子计算机概述,第一代：4位机发展和8位机萌芽阶段（1971-1973）代表产品：1971.10，Intel 4004和以该处理器为核心的MCS-4微型机 1972.3，Intel 8008和以该处理器为核心的MCS-8微型机特点：指令系统比较简单，运算功能较差，价格低廉。应用：面向家电、计算器和二次仪表（很少，
18、尤其是家电）。,第二代：8位机发展阶段（1973-1977）代表产品：Intel 8080/8085、MC 6800、Z 80、R6502特点：指令系统比较完善，运算速度提高了一个数量级，寻址能力有所增强。应用：从办公自动化领域撤退，面向家电和智能仪表（较多），工业控制。,代表：APPLE II 采用6502CPU，是微型计算机发展史上的第一个里程碑。,（二）微处理器的发展概况,31第一章：基础知识电子计算机概述第一代：4位机发展和8,32,第一章：基础知识电子计算机概述,第三代：16位机发展阶段（1978-1981）代表产品：Intel 8086/8088、80186、MC 68000、特点
19、：指令系统更加丰富（存储法命令，数据块操作），硬件上采用多级中断，多种寻址方式，段式存储结构，配有功能强大的系统软件协助用户管理整个系统。应用：工业控制（医疗中还是以8位机为主）,代表：采用8088CPU的IBM PC机，是计算机发展的第二个里程碑，进一步推动了微型计算机的发展和普及，带动了全社会的微型计算机热。,32第一章：基础知识电子计算机概述第三代：16位机发展阶,33,第一章：基础知识电子计算机概述,第四代：32位机发展阶段（1981-1993）代表产品：Z 8000、Intel 80286，80386、80486特点：内存容量达到1M以上，硬盘技术不断提高，发展了32架构和32位的总
20、线结构，各种品牌机涌向市场，如COMPAQ、DELL等以及国内的一些名牌产品。应用：办公自动化、网络环境。,第五代：64位机的诞生和发展阶段（1993-）代表产品：Intel Pentium（外部数据线是32位，但内部具有64位的结构）、Itanium特点：外部数据64位字长，32位以上地址总线，增加了虚拟现实等多媒体能力和通信上的应用。应用：办公自动化，网络服务器。,33第一章：基础知识电子计算机概述第四代：32位机发展阶,34,第一章：基础知识电子计算机概述,（二）微处理器的发展概况1971.11，Intel公司第一枚微处理器芯片4004，4位机，它总共集成了2200个晶体管。1972年4
21、月，Intel公司宣布另一种型号的微处理器8008研制成功。8位机。1975年1月，Motorola公司宣布推出它的8位微处理器6800。1979年，Intel公司推出了Intel 8086/8088微处理器。1983年，Intel公司推出了Intel 80286微处理器，它是完全16位微处理器。1985年，Intel公司推出了Intel 80386微处理器。1989年，Intel公司推出了Intel 80486微处理器。1993年3月，Intel公司推出了名为Pentium（经典奔腾）的微处理。2019年11月Intel公司又推出了Pentium Pro（高能奔腾）。2019年1月，Inte
22、l公司又推出了Pentium MMX（多能奔腾）。2019年5月，Intel公司推出了Pentium（奔腾二代）2019年2月，Intel公司推出了Pentium（奔腾三代）2000年11月，Intel公司推出了Pentium4（奔腾四代）。2019年5月，Intel公司推出了64位微处理器Itanium。,34第一章：基础知识电子计算机概述（二）微处理器的发展概,35,第一章：概述微型计算机的发展概况,（二）微处理器的发展,Intel 4004,Intel 8008,Motorola 6800,Intel 8086,Intel 80286,Intel 80386,Intel 80486,In
23、tel Pentium,Intel Pentium II,Intel Pentium III,Intel Pentium IV,35第一章：概述微型计算机的发展概况（二）微处理器的发展,36,第一章：概述微型计算机的发展概况,36第一章：概述微型计算机的发展概况第一代第二代第三代,37,第一章：概述微型计算机的发展概况,（三）单片机、单板机、个人计算机和工程工作站1、单片机又称为“微控制器”（Microcontroller）和“嵌入式计算机”（Embedded computer）。这是一种把构成一个微型计算机的一些功能部件集成在一块芯片之中的计算机，这些功能部件包括微处理器、RAM、ROM（有
24、的单片机中不含ROM）、I/O接口电路、定时器/计数器等，在智能化仪器仪表以及控制领域内应用极广。,37第一章：概述微型计算机的发展概况（三）单片机、单板机,38,第一章：概述微型计算机的发展概况,单片机已具有计算机的基本属性，所以称为单片微型计算机主要用于控制系统，用于实现各种参数的测量和控制，表示其控制属性，称为微控制器使用中，常常是处于被控系统的中心地位，即以嵌入到计算机内部的方式进行使用，为表示其嵌入属性，称之为嵌入式计算机特点体积小价格低耗能低,使用范围：体积小、功能全，应用广泛智能仪表：数据采集与处理。家电：冰箱，空调，洗衣机，热水器计算机外设：键盘、软驱、打印机工业：工业现场的数
25、据采集与处理，数控车床，工业机器人等等,38第一章：概述微型计算机的发展概况单片机使用范围：体积,39,第一章：概述微型计算机的发展概况,2、单板机将微处理器、RAM、ROM以及一些I/O接口电路，加上相应的外设（键盘、发光二极管显示器）以及监控程序固件等安装在一块印刷电路板上所构成的计算机系统。如TP801，TP86等，可广泛应用于生产过程的实时控制及教学实验。,3、个人计算机（Personal Computer）面向个人使用的计算机。键盘、鼠标、主机、显示器为最基本的组部分。,1983 IBM-PC/XT1984IBM-PC/AT1987.4 IBM-PS/2,1975Altair 808
26、01977Apple II1981.8 IBM PC,39第一章：概述微型计算机的发展概况2、单板机3、个人计,40,第一章：概述微型计算机的发展概况,4、工程工作站EWS 是一种微型化的功能很强的计算机系统。它是由高性能主机、高分辩率显示器、高速的I/O设备以及其它必要的仪器设备组合而成。特点：速度快、内存大、具有图象处理能力，适合于进行较复杂的科学和工程计算，置于终端台上，并可通过网络连接起来。它本身可作为一台计算机使用，能完成工程业务、技术业务和管理业务，并能作为一个工作站加入网络中。适用范围：特别适用于工程上的设计、计算、模拟、分析，数据处理，文件的形成，机器的检测，A/D和D/A转换
27、以及CAD/CAM/CAE（计算机辅助设计/计算机辅助制造/计算机辅助工程）等方面的应用，所以被称为“工程工作站”。,40第一章：概述微型计算机的发展概况4、工程工作站EWS,41,第一章：概述微型计算机的发展概况,（一）字长 微处理器的位数由字长决定 字长：一次能处理二进制信息的位数。处理器的处理能力 同字长有关 计算精度（二）运算速度 运算速度：是指计算机每秒钟能执行的指令数，一般以每秒所能执行的百万条指令数来衡量，单位为每秒百万条指令。影响计算机运算速度的主要因素是中央处理器的主频和存储器的存取周期。（三）主频 主频:CPU 的时钟频率 KHz、MHz、GHz、THz(百万)(十亿)（万亿),二、计算机系统的主要系能指标,41第一章：概述微型计算机的发展概况（一）字长 二、计算,42,（四）运算速度内存容量：内存容量越大，计算机处理时与外存交换数据的次数 就越少，因此处理速度越快。,（五）外部设备的配置外部设备的配置：衡量计算及综合性能的主要指标；包括两方面：一是允许配制的外设数量，而是外设接口的标 准和类型。,（六）软件的配置软件的配置：软件配置影响计算机系统的使用和性能的发挥，必须 配制的软件主要有：操作系统、汇编程序、编译程序 和各种服务程序。,42（四）运算速度（五）外部设备的配置（六）软件的配置,43,谢 谢！,43谢 谢！,
