微機(jī)原理及接口技術(shù)(1))

1、微機(jī)原理與接口技術(shù)微機(jī)原理與接口技術(shù)主講人主講人 楊鋼楊鋼國(guó)家教委提出計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)分三個(gè)層次如圖所示：國(guó)家教委提出計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)分三個(gè)層次如圖所示：計(jì)算機(jī)應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ) 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)三層次結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)三層次結(jié)構(gòu)課程背景課程背景其中：其中：第一層次：計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)第一層次：計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)基本知識(shí)，及基本技能。學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)基本知識(shí)，及基本技能。第二層次：計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)第二層次：計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ) 學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)硬件、軟件的工作原理學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)硬件、軟件的工作原理與相關(guān)知識(shí)。與相關(guān)知識(shí)。第三層次：計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)第三層次：計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)信息管理基礎(chǔ)和多媒體。學(xué)習(xí)計(jì)算

2、機(jī)信息管理基礎(chǔ)和多媒體。本課程屬于第二層次中本課程屬于第二層次中“計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)”課程課程課程背景課程背景本課程地位本課程地位( (作用作用) )和任務(wù)和任務(wù) 本課程是一門實(shí)踐性非常強(qiáng)的計(jì)算機(jī)及相關(guān)專業(yè)本課程是一門實(shí)踐性非常強(qiáng)的計(jì)算機(jī)及相關(guān)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，是掌握微機(jī)硬件技術(shù)的入門課程之的專業(yè)基礎(chǔ)課程，是掌握微機(jī)硬件技術(shù)的入門課程之一。本課程的開設(shè)，旨在培養(yǎng)學(xué)生有關(guān)微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)一。本課程的開設(shè)，旨在培養(yǎng)學(xué)生有關(guān)微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思維能力、實(shí)際動(dòng)手能力，以及獨(dú)立分析問題設(shè)計(jì)的思維能力、實(shí)際動(dòng)手能力，以及獨(dú)立分析問題和解決問題的能力等。和解決問題的能力等。 通過該課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)

3、生認(rèn)識(shí)微機(jī)系統(tǒng)的基通過該課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生認(rèn)識(shí)微機(jī)系統(tǒng)的基本工作原理和組成，掌握常用接口電路設(shè)計(jì)技術(shù)及基本工作原理和組成，掌握常用接口電路設(shè)計(jì)技術(shù)及基本應(yīng)用程序設(shè)計(jì)方法，認(rèn)識(shí)微機(jī)接口技術(shù)在工程中的本應(yīng)用程序設(shè)計(jì)方法，認(rèn)識(shí)微機(jī)接口技術(shù)在工程中的實(shí)際應(yīng)用，了解微機(jī)及其接口技術(shù)的最新發(fā)展，從而實(shí)際應(yīng)用，了解微機(jī)及其接口技術(shù)的最新發(fā)展，從而達(dá)到能獨(dú)立從事微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的最終目的。達(dá)到能獨(dú)立從事微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的最終目的。講課內(nèi)容講課內(nèi)容: : 微處理器芯片、指令系統(tǒng)、接口微處理器芯片、指令系統(tǒng)、接口技術(shù)技術(shù)課程學(xué)時(shí)課程學(xué)時(shí): : 共共5656學(xué)時(shí)學(xué)時(shí), ,其中其中: : 講課講課3636學(xué)時(shí)，學(xué)時(shí)

4、，實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)2020學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)(10(10次）次） 考核辦法考核辦法采取平時(shí)、實(shí)驗(yàn)和期末考試綜合評(píng)定成績(jī)采取平時(shí)、實(shí)驗(yàn)和期末考試綜合評(píng)定成績(jī)平時(shí)成績(jī)不低于總成績(jī)的平時(shí)成績(jī)不低于總成績(jī)的10%實(shí)驗(yàn)成績(jī)不低于總成績(jī)的實(shí)驗(yàn)成績(jī)不低于總成績(jī)的20%復(fù)習(xí)并掌握先修課的有關(guān)內(nèi)容課堂：聽講與理解、適當(dāng)筆記課后：認(rèn)真讀書、完成作業(yè)實(shí)驗(yàn)：充分準(zhǔn)備、勇于實(shí)踐學(xué)習(xí)方法很重要學(xué)習(xí)方法很重要教材：教材： 微機(jī)計(jì)算機(jī)技術(shù)及應(yīng)用微機(jī)計(jì)算機(jī)技術(shù)及應(yīng)用 （第三版）（第三版）20032003 戴梅萼戴梅萼 史嘉權(quán)史嘉權(quán) 編著編著 清華大學(xué)出版社出版清華大學(xué)出版社出版參考書：參考書： 微型計(jì)算機(jī)技術(shù)微型計(jì)算機(jī)技術(shù) 孫德文編著孫德文編著

5、 高等教育出版社出版高等教育出版社出版 微機(jī)原理與接口技術(shù)微機(jī)原理與接口技術(shù) 邵鴻余邵鴻余 北京航空航天大學(xué)出版社北京航空航天大學(xué)出版社 實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書: : 微機(jī)原理及接口技術(shù)實(shí)驗(yàn)教程微機(jī)原理及接口技術(shù)實(shí)驗(yàn)教程 陳春華陳春華 夏利主編夏利主編 東北大學(xué)出版社東北大學(xué)出版社 教材、參考書教材、參考書第一章第一章 微型計(jì)算機(jī)概述微型計(jì)算機(jī)概述1-1關(guān)于微型計(jì)算機(jī)的簡(jiǎn)單介紹1-2微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成1-1-1 1-1-1 什么是微機(jī)？什么是微機(jī)？微機(jī)就是微機(jī)就是PCPC機(jī)嗎？機(jī)嗎？ PCPC機(jī)只是微機(jī)中的一種，是我們最熟機(jī)只是微機(jī)中的一種，是我們最熟悉、最典悉、最典型的微機(jī)產(chǎn)品型的微機(jī)產(chǎn)品 微

6、機(jī)的覆蓋范圍微機(jī)的覆蓋范圍 任何電子產(chǎn)品，只要包含了任何電子產(chǎn)品，只要包含了CPUCPU、存儲(chǔ)器及、存儲(chǔ)器及I/OI/O，且價(jià)格不高，都可以看作是微機(jī)且價(jià)格不高，都可以看作是微機(jī) 典型例子典型例子 電子詞典、電視機(jī)、洗衣機(jī)、手機(jī)、電子詞典、電視機(jī)、洗衣機(jī)、手機(jī)、mp3mp3 關(guān)于微型計(jì)算機(jī)的簡(jiǎn)單介紹關(guān)于微型計(jì)算機(jī)的簡(jiǎn)單介紹1-1-2 1-1-2 微型計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)微型計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)體積小、重量輕價(jià)格低廉可靠性高、結(jié)構(gòu)靈活應(yīng)用面廣 科學(xué)計(jì)算，數(shù)據(jù)處理，事務(wù)管理，教學(xué)培訓(xùn)科學(xué)計(jì)算，數(shù)據(jù)處理，事務(wù)管理，教學(xué)培訓(xùn)計(jì)算輔助設(shè)計(jì)和制造，家庭娛樂，網(wǎng)絡(luò)通信計(jì)算輔助設(shè)計(jì)和制造，家庭娛樂，網(wǎng)絡(luò)通信關(guān)于微型計(jì)算機(jī)的簡(jiǎn)

7、單介紹關(guān)于微型計(jì)算機(jī)的簡(jiǎn)單介紹 微處理器、微機(jī)和微機(jī)系統(tǒng)微處理器、微機(jī)和微機(jī)系統(tǒng) u微處理器：微處理器：一般亦指一般亦指CPU CPU 嚴(yán)格地講，微處理器嚴(yán)格地講，微處理器 CPU CPU CPUCPU：ALU+ALU+控制部件控制部件 微處理器：微處理器：CPU+CPU+寄存器組寄存器組 u微機(jī)：微機(jī)：微處理器微處理器+ +存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器+ +輸入輸入/ /輸出接口輸出接口+ +總線總線u微機(jī)系統(tǒng)：微機(jī)系統(tǒng)：微機(jī)微機(jī)+ +外圍設(shè)備外圍設(shè)備+ +軟件軟件1-1-3 1-1-3 微計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次微計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次關(guān)于微型計(jì)算機(jī)的簡(jiǎn)單介紹關(guān)于微型計(jì)算機(jī)的簡(jiǎn)單介紹關(guān)于微型計(jì)算機(jī)的簡(jiǎn)單介紹關(guān)于微型計(jì)算

8、機(jī)的簡(jiǎn)單介紹1-1-4 1-1-4 微機(jī)簡(jiǎn)史微機(jī)簡(jiǎn)史微機(jī)簡(jiǎn)史微機(jī)簡(jiǎn)史(1)前傳前傳巴貝奇分析機(jī)巴貝奇分析機(jī) 采用了三個(gè)具有現(xiàn)代意義的裝置：采用了三個(gè)具有現(xiàn)代意義的裝置： 保存數(shù)據(jù)的寄存器（齒輪式裝置）；保存數(shù)據(jù)的寄存器（齒輪式裝置）； 從寄存器取出數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算的裝置，并且機(jī)器的從寄存器取出數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算的裝置，并且機(jī)器的乘法以累次加法來實(shí)現(xiàn)；乘法以累次加法來實(shí)現(xiàn)； 控制操作順序、選擇所需處理的數(shù)據(jù)以及輸出結(jié)控制操作順序、選擇所需處理的數(shù)據(jù)以及輸出結(jié)果的裝置。果的裝置。 1939年，阿塔納索夫提出年，阿塔納索夫提出計(jì)算機(jī)三原則：計(jì)算機(jī)三原則： 采用二進(jìn)制進(jìn)行運(yùn)算；采用二進(jìn)制進(jìn)行運(yùn)算； 采用電子技術(shù)

9、來實(shí)現(xiàn)控制和運(yùn)算；采用電子技術(shù)來實(shí)現(xiàn)控制和運(yùn)算； 采用把計(jì)算功能和存儲(chǔ)功能相分離的結(jié)構(gòu)。采用把計(jì)算功能和存儲(chǔ)功能相分離的結(jié)構(gòu)。1939年，阿塔納索夫還設(shè)計(jì)并試制數(shù)字電子計(jì)算機(jī)的樣機(jī)年，阿塔納索夫還設(shè)計(jì)并試制數(shù)字電子計(jì)算機(jī)的樣機(jī)“ABC機(jī)機(jī)”，但未能完工。，但未能完工。微機(jī)簡(jiǎn)史微機(jī)簡(jiǎn)史微機(jī)簡(jiǎn)史微機(jī)簡(jiǎn)史1940年，美國(guó)科學(xué)家維納闡述了自己對(duì)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的五點(diǎn)設(shè)計(jì)原則數(shù)字式而不是模擬式；以電子元件構(gòu)成并盡量減少機(jī)械裝置；采用二進(jìn)制而不是十進(jìn)制；內(nèi)部存放計(jì)算表；內(nèi)部存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。微機(jī)簡(jiǎn)史微機(jī)簡(jiǎn)史馮馮諾依曼諾依曼 計(jì)算機(jī)體系計(jì)算機(jī)體系1. 電子計(jì)算機(jī)應(yīng)該以二進(jìn)制為運(yùn)算基礎(chǔ)，電子計(jì)算機(jī)應(yīng)該以二進(jìn)制為運(yùn)算基礎(chǔ)，2

10、. 是電子計(jì)算機(jī)應(yīng)采用是電子計(jì)算機(jī)應(yīng)采用“存儲(chǔ)程序存儲(chǔ)程序”方式工作，方式工作，3. 整個(gè)計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)應(yīng)由五個(gè)部分組成：運(yùn)算器、控整個(gè)計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)應(yīng)由五個(gè)部分組成：運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入裝置和輸出裝置。制器、存儲(chǔ)器、輸入裝置和輸出裝置。 輸入設(shè)備輸入設(shè)備輸出設(shè)備輸出設(shè)備控制器控制器運(yùn)算器運(yùn)算器存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器微機(jī)簡(jiǎn)史微機(jī)簡(jiǎn)史?？颂貫榘？颂貫镋NIAC換電子管換電子管 ENIAC1946：ENIAC永載史冊(cè)永載史冊(cè)(2)第一代計(jì)算機(jī)第一代計(jì)算機(jī)微機(jī)簡(jiǎn)史微機(jī)簡(jiǎn)史 長(zhǎng)30.48米，寬1米，占地面積170平方米，30個(gè)操作臺(tái)，約相當(dāng)于10件普通房間的大小，重達(dá)30噸，它使用18000個(gè)電子管，700

11、00個(gè)電阻，10000個(gè)電容，1500個(gè)繼電器，6000多個(gè)開關(guān)，耗電量150千瓦，。 每秒執(zhí)行5000次加法或400次乘法，是繼電器計(jì)算機(jī)的1000倍、手工計(jì)算的20萬倍。 (而人最快的運(yùn)算速度每秒僅5次加法運(yùn)算)，還能進(jìn)行平方和立方運(yùn)算，計(jì)算正弦和余弦等三角函數(shù)的值及其它一些更復(fù)雜的運(yùn)算。這樣的速度在當(dāng)時(shí)已經(jīng)是人類智慧的最高水平。 1959-1964：晶體管造就第二代計(jì)算機(jī)：晶體管造就第二代計(jì)算機(jī)肖克萊（左）、巴?。ㄖ校┬た巳R（左）、巴?。ㄖ校⒉祭D（右）于、布拉頓（右）于1956年共年共同獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。同獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。微機(jī)簡(jiǎn)史微機(jī)簡(jiǎn)史第二代計(jì)算機(jī)第二代計(jì)算機(jī)TRADIC 1

12、. 美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室于美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室于1954年研制成功第一臺(tái)使用晶體管的第二代計(jì)算機(jī)年研制成功第一臺(tái)使用晶體管的第二代計(jì)算機(jī)TRADIC。2. 裝有裝有800只晶體管，僅只晶體管，僅100瓦功率，占地也只有瓦功率，占地也只有3立方英尺。立方英尺。3. 相比采用定點(diǎn)運(yùn)算的第一代計(jì)算機(jī)，第二代計(jì)算機(jī)普遍增加了浮點(diǎn)運(yùn)算，相比采用定點(diǎn)運(yùn)算的第一代計(jì)算機(jī)，第二代計(jì)算機(jī)普遍增加了浮點(diǎn)運(yùn)算，計(jì)算能力實(shí)現(xiàn)了一次飛躍。計(jì)算能力實(shí)現(xiàn)了一次飛躍。 微機(jī)簡(jiǎn)史微機(jī)簡(jiǎn)史微機(jī)簡(jiǎn)史微機(jī)簡(jiǎn)史IBM 7090 晶體管電腦 第二代電子計(jì)算機(jī)的典型代表第二代電子計(jì)算機(jī)的典型代表 1964-1970：集成電路使第三代計(jì)算機(jī)脫胎換骨：集

13、成電路使第三代計(jì)算機(jī)脫胎換骨 1958年，美國(guó)物理學(xué)家基年，美國(guó)物理學(xué)家基爾比和諾伊斯同時(shí)發(fā)明集爾比和諾伊斯同時(shí)發(fā)明集成電路。成電路。 1969年，法庭判決基爾比年，法庭判決基爾比(左左)和諾伊斯（右）為集成電路的和諾伊斯（右）為集成電路的共同發(fā)明人共同發(fā)明人 ，他們都因此成為，他們都因此成為微電子學(xué)創(chuàng)始人并獲得巴倫坦微電子學(xué)創(chuàng)始人并獲得巴倫坦獎(jiǎng)?wù)?。?jiǎng)?wù)隆?微機(jī)簡(jiǎn)史微機(jī)簡(jiǎn)史微機(jī)簡(jiǎn)史微機(jī)簡(jiǎn)史IBM S/360 S/360極強(qiáng)的通用性適用于各方面的用戶，它具有極強(qiáng)的通用性適用于各方面的用戶，它具有“360度度”全方位的特點(diǎn)，并因此得名。開發(fā)全方位的特點(diǎn)，并因此得名。開發(fā)S/360被稱為被稱為“世紀(jì)

14、豪世紀(jì)豪賭賭”，IBM為此投入了為此投入了50億美元的研發(fā)費(fèi)用，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過制億美元的研發(fā)費(fèi)用，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過制造原子彈的造原子彈的“曼哈頓計(jì)劃曼哈頓計(jì)劃”的的20億美元。億美元。微機(jī)簡(jiǎn)史微機(jī)簡(jiǎn)史1970：第四代計(jì)算機(jī)：第四代計(jì)算機(jī) 從1970年至今的計(jì)算機(jī)基本上都屬于第四代計(jì)算機(jī)，它們都采用大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路。隨著技術(shù)的進(jìn)展，計(jì)算機(jī)開始分化成通用大型機(jī)、巨型機(jī)、小型機(jī)和微型機(jī)。 格魯夫、諾依斯和摩爾格魯夫、諾依斯和摩爾Intel公司成立于公司成立于1968年，年， Intel這個(gè)字是這個(gè)字是由由“集成集成/電子電子(Integrated Electronics)兩個(gè)英文單詞組合成的，象征新公司將

15、兩個(gè)英文單詞組合成的，象征新公司將在集成電路市場(chǎng)上飛黃騰達(dá)在集成電路市場(chǎng)上飛黃騰達(dá) 1971：微處理器時(shí)代的開端：微處理器時(shí)代的開端1971年年1月，月，Intel公司的霍公司的霍夫研制成功世界上第一塊夫研制成功世界上第一塊4位微處理器芯片位微處理器芯片Intel 4004，標(biāo)志著第一代微處理器，標(biāo)志著第一代微處理器問世，微處理器和微機(jī)時(shí)問世，微處理器和微機(jī)時(shí)代從此開始。因發(fā)明微處代從此開始。因發(fā)明微處理器，霍夫被英國(guó)理器，霍夫被英國(guó)經(jīng)濟(jì)經(jīng)濟(jì)學(xué)家學(xué)家雜志列為雜志列為“二戰(zhàn)以二戰(zhàn)以來最有影響力的來最有影響力的7位科學(xué)家位科學(xué)家”之一。之一。 微機(jī)簡(jiǎn)史微機(jī)簡(jiǎn)史4004的樣子很像小蟲子4004的集成

16、度只有的集成度只有2300個(gè)晶體管，功能其實(shí)比較弱，且計(jì)算個(gè)晶體管，功能其實(shí)比較弱，且計(jì)算速度較慢，以致只能用在速度較慢，以致只能用在Busicom計(jì)算器上，更不用說進(jìn)行計(jì)算器上，更不用說進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算了。不過比起第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算了。不過比起第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)ENIAC來說來說，它已經(jīng)輕巧太多太多了。而且最大的歷史意義是，它是第，它已經(jīng)輕巧太多太多了。而且最大的歷史意義是，它是第一個(gè)通用型處理器一個(gè)通用型處理器 微機(jī)簡(jiǎn)史微機(jī)簡(jiǎn)史1972年4月，霍夫等人開發(fā)出第一個(gè)8位微處理器Intel 8008。 微機(jī)簡(jiǎn)史微機(jī)簡(jiǎn)史1973年8月，霍夫等人研制出8位微處理器Intel 8080

17、主頻主頻2MHz的的8080芯片運(yùn)算速度比芯片運(yùn)算速度比8008快快10倍，可存取倍，可存取64KB存存儲(chǔ)器，使用了基于儲(chǔ)器，使用了基于6微米技術(shù)的微米技術(shù)的6000個(gè)晶體管，處理速度為個(gè)晶體管，處理速度為0.64MIPS。 微機(jī)簡(jiǎn)史微機(jī)簡(jiǎn)史80861978年年6月，月，Intel推出推出4.77MHz的的8086微處理器，標(biāo)志著第三微處理器，標(biāo)志著第三代微處理器問世。它采用代微處理器問世。它采用16位寄存器、位寄存器、16位數(shù)據(jù)總線和位數(shù)據(jù)總線和29000個(gè)個(gè)3微米技術(shù)的晶體管，售價(jià)微米技術(shù)的晶體管，售價(jià)360美元。美元。 微機(jī)簡(jiǎn)史微機(jī)簡(jiǎn)史8088：IBM PC的御用之選 1979年，年，I

18、ntel推出推出4.77MHz的準(zhǔn)的準(zhǔn)16位微處理器位微處理器8088。它在內(nèi)部以。它在內(nèi)部以16位運(yùn)行，但支持位運(yùn)行，但支持8位數(shù)據(jù)總線，采用現(xiàn)有的位數(shù)據(jù)總線，采用現(xiàn)有的8位設(shè)備控制芯片，位設(shè)備控制芯片，包含包含29000個(gè)個(gè)3微米技術(shù)的晶體管，可訪問微米技術(shù)的晶體管，可訪問1MB內(nèi)存地址，速度為內(nèi)存地址，速度為0.33MIPS。 微機(jī)簡(jiǎn)史微機(jī)簡(jiǎn)史第一臺(tái)IBM PC 早在早在1980年年7月，一個(gè)負(fù)責(zé)月，一個(gè)負(fù)責(zé)“跳跳棋計(jì)劃棋計(jì)劃”的的13人小組秘密來到人小組秘密來到佛羅里達(dá)州波克羅頓鎮(zhèn)的佛羅里達(dá)州波克羅頓鎮(zhèn)的IBM研究發(fā)展中心，開始開發(fā)后來研究發(fā)展中心，開始開發(fā)后來被稱為被稱為IBM PC

19、的產(chǎn)品。一年后的產(chǎn)品。一年后的的8月月12日，日，IBM公司在紐約宣公司在紐約宣布第一臺(tái)布第一臺(tái)IBM PC誕生誕生 第一臺(tái)第一臺(tái)IBM PC采用了主頻為采用了主頻為4.77MHz的的Intel 8088，操作系統(tǒng)，操作系統(tǒng)是是Microsoft提供的提供的MS-DOS。IBM將其命名為將其命名為“個(gè)人電腦（個(gè)人電腦（Personal Computer）”，不久，不久“個(gè)人電腦個(gè)人電腦”的縮寫的縮寫“PC”成成為所有個(gè)人電腦的代名詞。為所有個(gè)人電腦的代名詞。 微機(jī)簡(jiǎn)史微機(jī)簡(jiǎn)史PC之父之父 IBM微電腦技術(shù)總設(shè)計(jì)師微電腦技術(shù)總設(shè)計(jì)師埃斯特利奇（埃斯特利奇（Don Estridge）負(fù)責(zé)整個(gè)跳棋）

20、負(fù)責(zé)整個(gè)跳棋計(jì)劃的執(zhí)行，他的天才和計(jì)劃的執(zhí)行，他的天才和辛勤工作直接導(dǎo)致了辛勤工作直接導(dǎo)致了IBM PC的成功，并被后人尊的成功，并被后人尊稱為稱為“PC之父之父”。不幸。不幸的是，的是，4年后年后“PC之父之父”因乘坐的班機(jī)遭臺(tái)風(fēng)襲擊因乘坐的班機(jī)遭臺(tái)風(fēng)襲擊而英年早逝，沒能夠親眼而英年早逝，沒能夠親眼目睹他所開創(chuàng)的巨大輝煌目睹他所開創(chuàng)的巨大輝煌。 微機(jī)簡(jiǎn)史微機(jī)簡(jiǎn)史Intel 80286 1983年年,Intel推出推出6MHz的的Intel 80286微處理器，微處理器，采用采用16位數(shù)據(jù)總線。它提供了位數(shù)據(jù)總線。它提供了保護(hù)模式保護(hù)模式操作功能操作功能，最初的批發(fā)價(jià)為，最初的批發(fā)價(jià)為360美

21、元。美元。 微機(jī)簡(jiǎn)史微機(jī)簡(jiǎn)史80386進(jìn)入了32位機(jī)的時(shí)代 1985年年10月，月，Intel推出推出16MHz 80386DX微處理器微處理器 微機(jī)簡(jiǎn)史微機(jī)簡(jiǎn)史Intel 486（1989） 微機(jī)簡(jiǎn)史微機(jī)簡(jiǎn)史Pentium（586）Intel于于1993年年3月推出奔騰（月推出奔騰（Pentium）處理器）處理器 微機(jī)簡(jiǎn)史微機(jī)簡(jiǎn)史Pentium Pro，面向工作站的處，面向工作站的處理器理器 （1995） 1995年年11月月1日，日，Intel推出推出Pentium Pro微處理器，采用了微處理器，采用了一種新的總線接口一種新的總線接口Socket 8。新的處理器對(duì)多媒體功能提供。新的處理

22、器對(duì)多媒體功能提供了很好的支持。了很好的支持。 微機(jī)簡(jiǎn)史微機(jī)簡(jiǎn)史Pentium MMX，支持多媒體技術(shù)的奔騰（1996）Pentium MMX是英特爾在是英特爾在Pentium內(nèi)核基礎(chǔ)上改進(jìn)，最大的內(nèi)核基礎(chǔ)上改進(jìn)，最大的特點(diǎn)是增加了特點(diǎn)是增加了57條條MMX指令。這些指令專門用來處理音視頻指令。這些指令專門用來處理音視頻相關(guān)的計(jì)算，目的是提高相關(guān)的計(jì)算，目的是提高CPU處理多媒體數(shù)據(jù)的效率。處理多媒體數(shù)據(jù)的效率。 微機(jī)簡(jiǎn)史微機(jī)簡(jiǎn)史Pentium II，芯片封裝有著巨大的改變（1997） Pentium II首次引入了首次引入了S.E.C封裝封裝(Single Edge Contact)技術(shù)，將

23、高速緩存與處理器整合在一塊技術(shù)，將高速緩存與處理器整合在一塊PCB板上。板上。微機(jī)簡(jiǎn)史微機(jī)簡(jiǎn)史 1999年年1月，月，Intel推出奔騰推出奔騰III處理器處理器，其身份代碼可通過，其身份代碼可通過Internet讀取。讀取。 Pentium III ，增加SSE指令（1999）微機(jī)簡(jiǎn)史微機(jī)簡(jiǎn)史 2000年英特爾發(fā)布了年英特爾發(fā)布了Pentium 4處理器。用戶使用基于處理器。用戶使用基于Pentium 4處理器的個(gè)人電腦，可以創(chuàng)建專業(yè)品質(zhì)的影片，透處理器的個(gè)人電腦，可以創(chuàng)建專業(yè)品質(zhì)的影片，透過因特網(wǎng)傳遞電視品質(zhì)的影像，實(shí)時(shí)進(jìn)行語音、影像通訊，過因特網(wǎng)傳遞電視品質(zhì)的影像，實(shí)時(shí)進(jìn)行語音、影像通訊

24、，實(shí)時(shí)實(shí)時(shí)3D渲染，快速進(jìn)行渲染，快速進(jìn)行MP3編碼解碼運(yùn)算，在連接因特網(wǎng)時(shí)編碼解碼運(yùn)算，在連接因特網(wǎng)時(shí)運(yùn)行多個(gè)多媒體軟件。這是目前空前強(qiáng)大的個(gè)人電腦處理器運(yùn)行多個(gè)多媒體軟件。這是目前空前強(qiáng)大的個(gè)人電腦處理器產(chǎn)品，仍然在繼續(xù)銷售中。產(chǎn)品，仍然在繼續(xù)銷售中。微機(jī)簡(jiǎn)史微機(jī)簡(jiǎn)史 6464位機(jī)位機(jī)u20002000年底推出年底推出P7P7（IantiumIantium）：安騰）：安騰 u20012001年底推出年底推出MckinleyMckinley：安騰：安騰2 2 u主要應(yīng)用：面向工作站和服務(wù)器主要應(yīng)用：面向工作站和服務(wù)器微機(jī)簡(jiǎn)史微機(jī)簡(jiǎn)史 發(fā)展趨勢(shì)：更寬、更快、更強(qiáng)發(fā)展趨勢(shì)：更寬、更快、更強(qiáng) u更

25、寬更寬：字長(zhǎng)字長(zhǎng) u更快更快：時(shí)鐘時(shí)鐘 40044004：100KHz 100KHz 80808080：2 MHz 2 MHz 80868086：4.77 MHz 4.77 MHz 8028680286：20 MHz 20 MHz 8038680386：50 MHz 50 MHz 8048680486：100 MHz 100 MHz PentiumPentium：200 MHz 200 MHz Pentium 2Pentium 2：500 MHz 500 MHz Pentium 3Pentium 3：1.5 GHz 1.5 GHz Pentium 4Pentium 4：5 GHz 5 GHz

26、預(yù)計(jì)預(yù)計(jì)1010年內(nèi)，達(dá)到年內(nèi)，達(dá)到30 GHz30 GHz微機(jī)簡(jiǎn)史微機(jī)簡(jiǎn)史u更強(qiáng)：更強(qiáng)：集成度，集成度，ICIC芯片內(nèi)晶體管的數(shù)量芯片內(nèi)晶體管的數(shù)量 40044004：2500 2500 80808080：90009000 80868086：2.92.9萬萬 8028680286：2727萬萬 8038680386：120120萬萬 8048680486：330330萬萬 PentiumPentium：450450萬萬 P2P2：750750萬萬 P3P3：28002800萬萬 P4P4：1.251.25億億 預(yù)計(jì)預(yù)計(jì)1010年內(nèi)，達(dá)到年內(nèi)，達(dá)到2020億億微機(jī)簡(jiǎn)史微機(jī)簡(jiǎn)史1-1-5 微型計(jì)

27、算機(jī)的分類微型計(jì)算機(jī)的分類1) 按構(gòu)成分類按構(gòu)成分類2) 按按CPU的字長(zhǎng)分類的字長(zhǎng)分類3) 按主機(jī)裝置分類按主機(jī)裝置分類關(guān)于微型計(jì)算機(jī)的簡(jiǎn)單介紹關(guān)于微型計(jì)算機(jī)的簡(jiǎn)單介紹1) 按構(gòu)成分類按構(gòu)成分類單片機(jī)、單板機(jī)、多板機(jī)單片機(jī)、單板機(jī)、多板機(jī) 單片機(jī)單片機(jī)關(guān)于微型計(jì)算機(jī)的簡(jiǎn)單介紹關(guān)于微型計(jì)算機(jī)的簡(jiǎn)單介紹l 將將CPU、內(nèi)存、內(nèi)存、I/O接口電路全部集成一塊芯片上，接口電路全部集成一塊芯片上， 構(gòu)成具備基本功能的計(jì)算機(jī)，稱單片機(jī)。構(gòu)成具備基本功能的計(jì)算機(jī)，稱單片機(jī)。l 特點(diǎn)：超小型、高可靠性、價(jià)廉特點(diǎn)：超小型、高可靠性、價(jià)廉l 應(yīng)用：智能儀表、工業(yè)實(shí)時(shí)控制、家用電器等應(yīng)用：智能儀表、工業(yè)實(shí)時(shí)控制、

28、家用電器等l 產(chǎn)品：產(chǎn)品：Intel 的的8051、8096/8098系列系列 Motorola 的的6801、6805系列系列 Hitachi (日立日立) 的的 H8S、SH系列系列 計(jì)算機(jī)應(yīng)用通常分成如下各個(gè)領(lǐng)域 科學(xué)計(jì)算，數(shù)據(jù)處理，實(shí)時(shí)控制 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，人工智能， 由于微型計(jì)算機(jī)具有如下特點(diǎn) 體積小、價(jià)格低 工作可靠、使用方便、通用性強(qiáng) 所以，可以分為兩個(gè)主要應(yīng)用方向 用于數(shù)值計(jì)算、數(shù)據(jù)處理及信息管理方向 通用微機(jī)，例如：PC微機(jī) 功能越強(qiáng)越好、使用越方便越好 用于過程控制及智能化儀器儀表方向 專用微機(jī)，例如：?jiǎn)纹瑱C(jī)、工控機(jī) 可靠性高、實(shí)時(shí)性強(qiáng) 程序相對(duì)簡(jiǎn)單、處理數(shù)據(jù)量小 單板機(jī)單

29、板機(jī)l將將CPU、內(nèi)存、內(nèi)存、I/O接口及其它輔接口及其它輔 助電路助電路 全部裝在一塊印刷電路板上，組成單板機(jī)。全部裝在一塊印刷電路板上，組成單板機(jī)。l 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)廉特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)廉l 應(yīng)用：過程控制、數(shù)據(jù)處理應(yīng)用：過程控制、數(shù)據(jù)處理l 產(chǎn)品：產(chǎn)品：TP-801 以以Z80CPU為核心的單板機(jī)為核心的單板機(jī) 80年代各院校年代各院校“微機(jī)原理微機(jī)原理”的實(shí)驗(yàn)機(jī)的實(shí)驗(yàn)機(jī)關(guān)于微型計(jì)算機(jī)的簡(jiǎn)單介紹關(guān)于微型計(jì)算機(jī)的簡(jiǎn)單介紹 多板機(jī)多板機(jī)l 把把CPU、內(nèi)存、內(nèi)存、I/O接口芯片裝在多塊電路板上，接口芯片裝在多塊電路板上， 各印刷板插在主機(jī)板的總線插槽上，各印刷板插在主機(jī)板的總線插槽上，

30、通過系統(tǒng)總線連接起來，構(gòu)成多板機(jī)。通過系統(tǒng)總線連接起來，構(gòu)成多板機(jī)。l 特點(diǎn)：見前面微型計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)特點(diǎn)：見前面微型計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)l 產(chǎn)品：產(chǎn)品：IBM PC/XT/AT、486機(jī)、機(jī)、Pentium機(jī)等機(jī)等 90年代以來各院校年代以來各院?！拔C(jī)原理微機(jī)原理”和計(jì)算機(jī)硬和計(jì)算機(jī)硬件件 的實(shí)驗(yàn)機(jī)的實(shí)驗(yàn)機(jī)關(guān)于微型計(jì)算機(jī)的簡(jiǎn)單介紹關(guān)于微型計(jì)算機(jī)的簡(jiǎn)單介紹2) 按按CPU的字長(zhǎng)分類的字長(zhǎng)分類CPU的性能可以用兩個(gè)主要參數(shù)來描述：的性能可以用兩個(gè)主要參數(shù)來描述：速度：速度：用用CPU的工作頻率表示，單位的工作頻率表示，單位MHzCPU內(nèi)部寄存器寬度：寄存器的位數(shù)內(nèi)部寄存器寬度：寄存器的位數(shù)寬度：寬度：

31、外部數(shù)據(jù)總線寬度：數(shù)據(jù)線的根數(shù)外部數(shù)據(jù)總線寬度：數(shù)據(jù)線的根數(shù) 地址總線寬度：地址線的根數(shù)地址總線寬度：地址線的根數(shù)l 按按CPU 的字長(zhǎng)，微機(jī)可分為：的字長(zhǎng)，微機(jī)可分為： 4位機(jī)位機(jī)、8位機(jī)位機(jī)、16位機(jī)位機(jī)、32位機(jī)、位機(jī)、64位機(jī)位機(jī)CPU內(nèi)部的寄存器寬度可用內(nèi)部的寄存器寬度可用字長(zhǎng)字長(zhǎng)描述描述關(guān)于微型計(jì)算機(jī)的簡(jiǎn)單介紹關(guān)于微型計(jì)算機(jī)的簡(jiǎn)單介紹3) 3) 按主機(jī)裝置分類按主機(jī)裝置分類桌上型：臺(tái)式電腦桌上型：臺(tái)式電腦便攜型：筆記本、掌上電腦等便攜型：筆記本、掌上電腦等關(guān)于微型計(jì)算機(jī)的簡(jiǎn)單介紹關(guān)于微型計(jì)算機(jī)的簡(jiǎn)單介紹1-2 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成存存儲(chǔ)儲(chǔ)器器I/O接接口口輸輸入入設(shè)

32、設(shè)備備I/O接接口口數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線 DB控制總線控制總線 CB地址總線地址總線 AB輸輸出出設(shè)設(shè)備備CPU輸入設(shè)備運(yùn)算器控制器輸入信息輸出設(shè)備輸出信息讀出讀出外存儲(chǔ)器寫入內(nèi)存儲(chǔ)器寫入取出指令取出指令數(shù)據(jù)信息控制信息微型計(jì)算機(jī)微型計(jì)算機(jī)CPU+內(nèi)存內(nèi)存+I/O接口接口外圍設(shè)備外圍設(shè)備中央處理器中央處理器 CPU微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成1-2-1 硬件部分硬件部分 微處理器：微處理器：CPU CPU u功能：功能：取指令、分析指令、執(zhí)行指令取指令、分析指令、執(zhí)行指令 u組成：組成： ALUALU：算術(shù)邏輯運(yùn)算單元：算術(shù)邏輯運(yùn)算單元 控制部件控制部件：控制核心：控制核心 寄存器組寄存器

33、組：一種特殊的存儲(chǔ)器件，其存儲(chǔ)二：一種特殊的存儲(chǔ)器件，其存儲(chǔ)二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)通常與字長(zhǎng)一致進(jìn)制數(shù)的位數(shù)通常與字長(zhǎng)一致 內(nèi)部數(shù)據(jù)通路內(nèi)部數(shù)據(jù)通路：其寬度通常與字長(zhǎng)一致：其寬度通常與字長(zhǎng)一致 u主要參數(shù)：主要參數(shù)：字長(zhǎng)、速度字長(zhǎng)、速度微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成外頻外頻是是CPU的的基準(zhǔn)頻率基準(zhǔn)頻率，單位也是，單位也是MHz。CPU的外頻決定的外頻決定著整塊主板的運(yùn)行速度。著整塊主板的運(yùn)行速度。前端總線前端總線(FSB)頻率頻率實(shí)質(zhì)上表示了實(shí)質(zhì)上表示了CPU和外界數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣?。和外界?shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣?。?shù)據(jù)交換速度（數(shù)據(jù)交換速度（FSB數(shù)據(jù)帶寬）數(shù)據(jù)帶寬）/8。微處理器的幾個(gè)重要概念微處理器的

34、幾個(gè)重要概念主頻主頻也叫也叫時(shí)鐘頻率時(shí)鐘頻率，單位是，單位是MHz，用來表示，用來表示CPU內(nèi)數(shù)字脈沖內(nèi)數(shù)字脈沖信號(hào)震蕩的速度。信號(hào)震蕩的速度。CPU的主頻外頻的主頻外頻倍頻系數(shù)。倍頻系數(shù)。CPU的主的主頻與頻與CPU實(shí)際的運(yùn)算能力是沒有直接關(guān)系的實(shí)際的運(yùn)算能力是沒有直接關(guān)系的 外頻與前端總線外頻與前端總線(FSB)頻率的區(qū)別：頻率的區(qū)別：前端總線的速度指的是數(shù)前端總線的速度指的是數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣龋忸l是據(jù)傳輸?shù)乃俣?，外頻是CPU與主板之間同步運(yùn)行的速度。也與主板之間同步運(yùn)行的速度。也就是說，就是說，100MHz外頻特指數(shù)字脈沖信號(hào)在每秒鐘震蕩一千萬外頻特指數(shù)字脈沖信號(hào)在每秒鐘震蕩一千萬次；而次

35、；而100MHz前端總線指的是每秒鐘前端總線指的是每秒鐘CPU可接受的數(shù)據(jù)傳輸可接受的數(shù)據(jù)傳輸量是量是100MHz64bit8Byte/bit=800MB/s。微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成IORQRESET數(shù)據(jù)總線緩沖器/鎖存器D15D0雙向數(shù)據(jù)總線標(biāo)志寄存器指令寄存器寄存器選擇鎖存器算術(shù)邏輯單元ALU十進(jìn)制調(diào)整多路轉(zhuǎn)換開關(guān)通用寄存器陣列堆棧指針SP(16)指令指針I(yè)P(16)加1/減1地址鎖存器地址緩沖器A19A0地址總線累加器（16位）暫寄存器（16位） 指令譯碼器定時(shí)與控制中斷請(qǐng)求寫讀I/O請(qǐng)求存儲(chǔ)器請(qǐng)求等待時(shí)鐘INTWRRDMREQWAIT內(nèi)部數(shù)據(jù)總線微處理器典型微處理器典型結(jié)

36、構(gòu)結(jié)構(gòu) 存儲(chǔ)器：存儲(chǔ)器： u功能：存放程序與數(shù)據(jù)功能：存放程序與數(shù)據(jù) u分類：分類： 三級(jí)存儲(chǔ)體系：三級(jí)存儲(chǔ)體系：內(nèi)存、外存、緩存內(nèi)存、外存、緩存CacheCache RAMRAM與與ROMROM：分別存放數(shù)據(jù)和程序分別存放數(shù)據(jù)和程序 虛擬存儲(chǔ)器：虛擬存儲(chǔ)器：通常由硬盤構(gòu)成通常由硬盤構(gòu)成 u組織形式：組織形式： 存儲(chǔ)單元：存儲(chǔ)單元：以字節(jié)為單位以字節(jié)為單位 單元地址：?jiǎn)卧刂罚阂唤M二進(jìn)制數(shù)一組二進(jìn)制數(shù) 地址寬度與單元數(shù)量的關(guān)系：地址寬度與單元數(shù)量的關(guān)系：2 2n nu 主要參數(shù)主要參數(shù) 容量容量 速度速度微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成各種存儲(chǔ)設(shè)備各種存

37、儲(chǔ)設(shè)備 I/OI/O： u幾個(gè)容易混淆的概念：幾個(gè)容易混淆的概念： I/OI/O設(shè)備：設(shè)備：具體實(shí)現(xiàn)功能的外設(shè)，如顯示器具體實(shí)現(xiàn)功能的外設(shè)，如顯示器 I/OI/O接口：接口：CPUCPU與外設(shè)之間的緩沖電路，如顯卡與外設(shè)之間的緩沖電路，如顯卡 I/OI/O端口：端口：接口電路中的一些寄存器接口電路中的一些寄存器 u為什么要使用為什么要使用I/OI/O接口？接口？ 因?yàn)橥庠O(shè)與因?yàn)橥庠O(shè)與CPUCPU存在速度、信息種類、格式以及存在速度、信息種類、格式以及信號(hào)電平高低上的差異信號(hào)電平高低上的差異 u端口地址：端口地址：與存儲(chǔ)單元地址本質(zhì)相同與存儲(chǔ)單元地址本質(zhì)相同 u端口種類：由端口種類：由CPUCP

38、U與外設(shè)之間傳送信息的類型決定與外設(shè)之間傳送信息的類型決定 三類端口：三類端口：數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)端口、端口、控制控制端口、端口、狀態(tài)狀態(tài)端口端口 u端口寬度：由外設(shè)傳輸數(shù)據(jù)的能力決定端口寬度：由外設(shè)傳輸數(shù)據(jù)的能力決定微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成各種接口卡l 按信號(hào)的作用，總線分為三類：按信號(hào)的作用，總線分為三類： 地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線 存存儲(chǔ)儲(chǔ)器器I/O接接口口輸輸入入設(shè)設(shè)備備I/O接接口口數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線 DB控制總線控制總線 CB地址總線地址總線 AB輸輸出出設(shè)設(shè)備備CPU總線：總線：BUSBUS，就是計(jì)算機(jī)各部件之間傳送信息的，就是計(jì)算機(jī)各部件之間傳送

39、信息的公共通道公共通道微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成地址總線地址總線 AB ( Address Bus) ：?jiǎn)蜗騿蜗蛴脕韨魉陀脕韨魉虲PU輸出的地址信號(hào)，輸出的地址信號(hào)，確定被訪問的存儲(chǔ)單元、確定被訪問的存儲(chǔ)單元、I/O端口。端口。存存儲(chǔ)儲(chǔ)器器I/O接接口口輸輸入入設(shè)設(shè)備備I/O接接口口數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線 DB控制總線控制總線 CB地址總線地址總線 AB輸輸出出設(shè)設(shè)備備CPU微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成地址總線的條數(shù)地址總線的條數(shù) 決定決定CPU的尋址能力的尋址能力。10根根 210 1024 1K 20根根 220 1024K 1M32根根 232 22 230 4G36根根 236 26 230 64G微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線 DB ( Data Bus )：雙向雙向 用來在用來在CPU與存儲(chǔ)器、與存儲(chǔ)器、I/O接口之間進(jìn)行數(shù)接口之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。據(jù)傳送。存存儲(chǔ)儲(chǔ)器器I/O接接口口輸輸入入設(shè)設(shè)備備I/O接接口口數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線 DB控制總線控制總線 CB地址總線地址總線 AB輸輸出出設(shè)設(shè)備備C