第1章微型計(jì)算機(jī)概述

會(huì)計(jì)學(xué)1第1章微型計(jì)算機(jī)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(biāo)鍵盤USB接口主板電源插座計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)如何？計(jì)算機(jī)中的指令是如何執(zhí)行的？第3頁/共34頁教材：《微機(jī)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(shí)：64學(xué)時(shí)理論課程+16學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)課程+1周課程設(shè)計(jì)課程特點(diǎn)：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(biāo)：從理論上和實(shí)踐上掌握微型計(jì)算機(jī)的基本組成、原理、接口技術(shù)，建立微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的概念，具有微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的初步開發(fā)能力。微機(jī)原理與應(yīng)用第4頁/共34頁參考教材：《微型計(jì)算機(jī)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(jī)原理與接口技術(shù)習(xí)題與解析》溫陽東、鮑遠(yuǎn)慧編著清華大學(xué)出版社第6頁/共34頁微機(jī)原理與接口技術(shù)課程內(nèi)容：第1章微型計(jì)算機(jī)概述第2章計(jì)算機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)的表示方法第3章微型計(jì)算機(jī)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(jì)第7章微型計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器第8章微型計(jì)算機(jī)輸入/輸出接口技術(shù)第9章微型計(jì)算機(jī)中斷技術(shù)第10章微型計(jì)算機(jī)并行接口技術(shù)第11章可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器第12章微型計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)概述1.1計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理1.2微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.3微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程與應(yīng)用1.4微型計(jì)算機(jī)的基本特點(diǎn)與主要性能指標(biāo)第8頁/共34頁1.1計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理1.1.1計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)1.1.2計(jì)算機(jī)的基本工作原理第9頁/共34頁1.1.1計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)內(nèi)部的存儲(chǔ)器中存放程序的概念，這是所有現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)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(chǔ)程序計(jì)算機(jī)，又稱為通用計(jì)算機(jī)。

馮?諾依曼結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)的主要特點(diǎn)包括：計(jì)算機(jī)由運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、控制器和輸入/輸出五個(gè)部件組成。存儲(chǔ)器以二進(jìn)制形式存儲(chǔ)指令和數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)程序工作方式：存儲(chǔ)器一維線性編址，按址存取，指令從存儲(chǔ)器逐條取出，串行執(zhí)行。第10頁/共34頁馮·諾依曼計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)第11頁/共34頁1.1.2計(jì)算機(jī)的基本工作原理程序，是指完成某項(xiàng)任務(wù)的計(jì)算機(jī)指令序列。當(dāng)要完成該項(xiàng)任務(wù)時(shí)，通過輸入設(shè)備將指令序列和原始數(shù)據(jù)輸入到計(jì)算機(jī)的內(nèi)存儲(chǔ)器中。計(jì)算機(jī)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(chǔ)器中取出數(shù)據(jù)進(jìn)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(dòng)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(jìn)行下去，直至全部指令執(zhí)行完畢。由此可見，計(jì)算機(jī)的工作方式取決于它的兩個(gè)基本能力：一是能存儲(chǔ)程序，二是能自動(dòng)執(zhí)行程序。計(jì)算機(jī)是利用內(nèi)存儲(chǔ)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(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)

微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)的各個(gè)物理部件的總稱，它是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)快速、可靠、自動(dòng)工作的物質(zhì)基礎(chǔ)。

軟件是計(jì)算機(jī)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(hù)計(jì)算機(jī)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(gè)友好的操作界面和工作平臺(tái)。

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(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的基本組成

微型計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)包括微處理器、存儲(chǔ)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(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。第14頁/共34頁一、微處理器

微處理器（MicroProcessorUnit，簡(jiǎn)稱MPU），也稱為中央處理器（CentralProcessingUnit，簡(jiǎn)稱CPU），由控制器、運(yùn)算器和寄存器組三個(gè)主要部分組成，它是計(jì)算機(jī)的核心部件?？刂破鳎嚎刂破魇怯?jì)算機(jī)的指揮中心,它的作用是從存儲(chǔ)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(yùn)算器：運(yùn)算器又稱算術(shù)邏輯單元(ArithmeticandLogicalUnit,ALU),是用二進(jìn)制進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算的部件。寄存器組：寄存器組是CPU內(nèi)部的若干個(gè)存儲(chǔ)單元，用來存放參加運(yùn)算的二進(jìn)制數(shù)據(jù)以及保存運(yùn)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(yùn)算器：CPU的核心，算術(shù)邏輯運(yùn)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(chǔ)器

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

第17頁/共34頁常見存儲(chǔ)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(jiǎn)稱I/O設(shè)備)是微機(jī)與外界聯(lián)系的設(shè)備，也為外設(shè)。計(jì)算機(jī)通過外設(shè)獲得各種外界信息,并且通過外設(shè)輸出運(yùn)算處理結(jié)果。常用的輸入設(shè)備有鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀、攝像機(jī)等，常用的輸出設(shè)備有顯示器、打印機(jī)、繪圖儀等。微機(jī)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(shí)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(hào)線的集合,是在計(jì)算機(jī)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(chǔ)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(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)傳輸數(shù)據(jù)信息。控制總線CB：控制總線用于傳送控制信號(hào)、時(shí)序信號(hào)和狀態(tài)信號(hào)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(duì)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(jì)算機(jī)、微型計(jì)算機(jī)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(chǔ)器(RAM,ROM)I/O接口總線硬件軟件微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)(主機(jī))外設(shè)ALU寄存器控制部件鍵盤、鼠標(biāo)顯示器軟驅(qū)、硬盤、光驅(qū)打印機(jī)、掃描儀第22頁/共34頁1.2.2IBMPC/XT機(jī)硬件系統(tǒng)第23頁/共34頁1.3微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程與應(yīng)用1.3.1微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程1.3.2微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用第24頁/共34頁1.3.1微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程IBMPC第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)ENIAC第25頁/共34頁計(jì)算機(jī)發(fā)展簡(jiǎn)史電子管計(jì)算機(jī)(1946—1956)晶體管計(jì)算機(jī)(1957—1964) 集成電路計(jì)算機(jī)(1965—1970)

超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)(1971—至今)

用機(jī)器語言、匯編語言編寫程用于軍事和國(guó)防尖端技術(shù) 開始使用高級(jí)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(yùn)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(chǔ)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(diǎn)第26頁/共34頁微型計(jì)算機(jī)概述：微型計(jì)算機(jī)誕生：20世紀(jì)70年代微型計(jì)算機(jī)的核心是：微處理器(CPU+寄存器組)每出現(xiàn)一個(gè)新的微處理器，就會(huì)產(chǎn)生新一代的微型計(jì)算機(jī)。第一代：4位機(jī)發(fā)展和8位機(jī)萌芽階段時(shí)間：1971~1973年代表產(chǎn)品：Intel4004和MCS-4微型機(jī)字長(zhǎng)：4位或8位特點(diǎn)：指令系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，運(yùn)算功能較差，價(jià)格低廉應(yīng)用：面向家電、計(jì)算機(jī)器和二次儀表微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展分為五代：第二代：8位機(jī)的發(fā)展階段時(shí)間：1973~1977年代表產(chǎn)品：Intel8080/8085、MC6800、Z80、R6502處理器字長(zhǎng)：8位特點(diǎn)：指令系統(tǒng)比較完善，運(yùn)算速度提高一個(gè)數(shù)量級(jí)，尋址增強(qiáng)。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(jì)算機(jī)概述：第三代：16位機(jī)發(fā)展階段時(shí)間：1978~1985年代表產(chǎn)品：Intel8086/8088、80186、80286、MC6800、Z8000字長(zhǎng)：16位特點(diǎn)：指令系統(tǒng)豐富，采用多級(jí)中斷、多種尋址方式，段式存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，配有強(qiáng)大的系統(tǒng)軟件。應(yīng)用：工業(yè)控制第四代：32位機(jī)發(fā)展階段時(shí)間：1985~1992年代表產(chǎn)品：Intel80386、80486字長(zhǎng)：32位特點(diǎn)：內(nèi)存容量達(dá)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(jī)涌上市場(chǎng)，如COMPAQ、DELL等可執(zhí)行多任務(wù)、多用戶操作。應(yīng)用：辦公自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境第28頁/共34頁微型計(jì)算機(jī)概述：第五代：64位機(jī)主生及發(fā)展階段時(shí)間：1992~至今代表產(chǎn)品：IntelPentium、Itanium字長(zhǎng)：64位特點(diǎn)：外部數(shù)據(jù)線64位字長(zhǎng)，32位以上地址總線，增加了虛擬現(xiàn)實(shí)等多媒體能力和通信上的應(yīng)用。應(yīng)用：辦公自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。第29頁/共34頁1.3.2微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用

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

數(shù)據(jù)處理(或信息處理)

輔助技術(shù)(或計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造)

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD

計(jì)算機(jī)輔助制造CAM

計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)CAI

過程控制(或?qū)崟r(shí)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(jì)算機(jī)的基本特點(diǎn)與主要性能指標(biāo)1.4.1微型計(jì)算機(jī)的基本特點(diǎn)1.4.2微型計(jì)算機(jī)的主要性能指標(biāo)第31頁/共34頁1.4.1微型計(jì)算機(jī)的基本特點(diǎn)體積小、重量輕、功耗低可靠性高、對(duì)使用環(huán)境要求低結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)靈活、適應(yīng)性強(qiáng)性能價(jià)格比高第32頁/共34頁1.4.2微型計(jì)算機(jī)的主要性能指標(biāo)

字長(zhǎng):在同樣的運(yùn)算速度下直接影響計(jì)算精度運(yùn)算速度