電子計(jì)算機(jī)概述課件

1微型計(jì)算機(jī)原理及其應(yīng)用

——第一章：基礎(chǔ)知識(shí)2第一章：基礎(chǔ)知識(shí)課程介紹：

計(jì)算機(jī)硬件課程，從計(jì)算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)出發(fā)，介紹微型計(jì)算機(jī)的工作原理。先修課程：

計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)（ForWindows），軟件技術(shù)基礎(chǔ)課程（Basic或C語(yǔ)言編程）。

后續(xù)課程：

單片機(jī)原理與應(yīng)用、DSP原理與應(yīng)用等。微機(jī)計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用3教學(xué)內(nèi)容：

本課程以微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用為主題，以Intel8086CPU為主線，系統(tǒng)介紹計(jì)算機(jī)的硬件技術(shù)基礎(chǔ)，包括：微機(jī)原理、匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、微機(jī)接口三部分。微機(jī)計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用原理部分主要介紹微型計(jì)算機(jī)及其基本組成部分（中央處理器、存儲(chǔ)器、I/O接口和總線）的硬件結(jié)構(gòu)和工作原理。

匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)介紹8086指令系統(tǒng)和匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)方法、技巧等內(nèi)容。

接口部分介紹幾種常見(jiàn)的I/O設(shè)備的接口原理與技術(shù)，以及PC機(jī)常用的I/O接口芯片。5第一章：基礎(chǔ)知識(shí)——電子計(jì)算機(jī)概述一、計(jì)算機(jī)的發(fā)展簡(jiǎn)況第二代：晶體管計(jì)算機(jī)（1957-1963年）

基本物理器件是晶體管，同時(shí)采用磁芯存儲(chǔ)器作為主存儲(chǔ)器，磁帶和磁盤為輔助存儲(chǔ)器；匯編語(yǔ)言，進(jìn)而發(fā)展到Basic語(yǔ)言，有了相應(yīng)編譯程序和編譯系統(tǒng)。1958年第二代晶體管計(jì)算機(jī)推出，用晶體管代替了電子管，大大降低了計(jì)算機(jī)的成本和體積，運(yùn)算速度成百倍提高。6第一章：基礎(chǔ)知識(shí)——電子計(jì)算機(jī)概述一、計(jì)算機(jī)的發(fā)展簡(jiǎn)況第三代：集成電路計(jì)算機(jī)時(shí)代（1964-1971年）

以中、小規(guī)模集成電路為主要器件，采用半導(dǎo)體存儲(chǔ)器取代磁芯存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)器采用64K以上的動(dòng)態(tài)MOSRAM存儲(chǔ)器；出現(xiàn)了操作系統(tǒng)，分時(shí)操作系統(tǒng)，多用戶操作終端，高級(jí)語(yǔ)言陸續(xù)出現(xiàn)，從而使程序設(shè)計(jì)變得很方便。1965年中小規(guī)模集成電路為主體的計(jì)算機(jī)問(wèn)世，使計(jì)算機(jī)的體積進(jìn)一步縮小，配上各類操作系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)性能極大提高。7第一章：基礎(chǔ)知識(shí)——電子計(jì)算機(jī)概述一、計(jì)算機(jī)的發(fā)展簡(jiǎn)況第四代：大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)時(shí)代(1971年以后)

大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路，集成度越來(lái)越高；軟件上采用數(shù)據(jù)庫(kù)和軟件工程，把軟件設(shè)計(jì)提高到工程設(shè)計(jì)高度提出了規(guī)范化設(shè)計(jì)方法。1970年大規(guī)模集成電路（LSI）研制成功，計(jì)算機(jī)發(fā)展到第四代，微型計(jì)算機(jī)是第四代計(jì)算機(jī)的典型代表。1971年在美國(guó)硅谷第一塊通用微處理器Intel4004誕生，從而開(kāi)創(chuàng)了微型計(jì)算機(jī)的新時(shí)代。910第一章：基礎(chǔ)知識(shí)——電子計(jì)算機(jī)概述一、計(jì)算機(jī)的發(fā)展簡(jiǎn)況計(jì)算機(jī)發(fā)展的四個(gè)方向：巨、微、網(wǎng)、智11第一章：基礎(chǔ)知識(shí)——電子計(jì)算機(jī)概述二、電子計(jì)算機(jī)硬件的主要組成部分輸入設(shè)備(接口)、存儲(chǔ)器、運(yùn)算器、控制器、輸出設(shè)備（接口）計(jì)算機(jī)硬件的主要部分13第一章：基礎(chǔ)知識(shí)——電子計(jì)算機(jī)概述（二）存儲(chǔ)器——存放數(shù)據(jù)和程序，功能：存數(shù)(寫入)和取數(shù)(讀出)功能：

臨時(shí)或長(zhǎng)期存放各種數(shù)據(jù)、程序及運(yùn)算結(jié)果。。內(nèi)存儲(chǔ)器（主存儲(chǔ)器）：速度快，容量小，直接與CPU進(jìn)行信息交換，存放運(yùn)算器傳送來(lái)的數(shù)據(jù)。外存儲(chǔ)器（輔助存儲(chǔ)器）：速度慢，容量大，不能直接與CPU進(jìn)行信息交換，須將外存內(nèi)容調(diào)入內(nèi)存；存放暫不用數(shù)據(jù)、程序。注意：一切程序和數(shù)據(jù)必須進(jìn)入內(nèi)存才能被計(jì)算機(jī)執(zhí)行和使用

內(nèi)存按字節(jié)分成許多存儲(chǔ)單元。每個(gè)存儲(chǔ)單元都有一個(gè)編號(hào)，稱為地址。14第一章：基礎(chǔ)知識(shí)——電子計(jì)算機(jī)概述存儲(chǔ)器的組成存儲(chǔ)器內(nèi)存(主存)隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM)只讀存儲(chǔ)器(ROM)外存（軟盤、硬盤、光盤、U盤等）（輔助存儲(chǔ)器）高速緩存(Cache)二級(jí)一級(jí)-----按存儲(chǔ)器在計(jì)算機(jī)中的作用15第一章：基礎(chǔ)知識(shí)——電子計(jì)算機(jī)概述內(nèi)存儲(chǔ)器硬盤軟盤光盤RAM（內(nèi)存）外存儲(chǔ)器17第一章：基礎(chǔ)知識(shí)——電子計(jì)算機(jī)概述常見(jiàn)的幾種內(nèi)存條18第一章：基礎(chǔ)知識(shí)——電子計(jì)算機(jī)概述筆記本機(jī)用256M內(nèi)存普通內(nèi)存條安裝在主板上的內(nèi)存條內(nèi)存大小對(duì)電腦運(yùn)行影響很大。目前家用電腦內(nèi)存的標(biāo)準(zhǔn)配置為：

256MBDDR型內(nèi)存19第一章：基礎(chǔ)知識(shí)——電子計(jì)算機(jī)概述(1)、隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）特點(diǎn)：新進(jìn)舊出，存取速度快，斷電數(shù)據(jù)全部丟失

RAM是一種讀寫存儲(chǔ)器，它存放的信息可讀可寫，主要用于存取系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的程序和數(shù)據(jù)。分類：RAM分為雙極性（TTL）和單極性（MOS），目前廣泛使用的是MOS半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，而MOS又分為靜態(tài)存儲(chǔ)器(SRAM)和動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器（DRAM）。21第一章：基礎(chǔ)知識(shí)——電子計(jì)算機(jī)概述只讀存儲(chǔ)器ROM隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM內(nèi)容不可更改、永久保存內(nèi)存儲(chǔ)器里面的內(nèi)容可隨時(shí)更改，但斷電后內(nèi)容會(huì)消失。一般所說(shuō)的內(nèi)存多少就是指RAM容量的大小。小結(jié)22第一章：基礎(chǔ)知識(shí)——電子計(jì)算機(jī)概述高速緩存位于CPU與內(nèi)存之間，就像是內(nèi)存與CPU之間的“轉(zhuǎn)接站”。其作用是加快CPU與RAM之間的數(shù)據(jù)交換速率。Cache中保存著當(dāng)前急需執(zhí)行及使用頻繁的程序段和要處理的數(shù)據(jù)。CPU讀寫時(shí)，首先訪問(wèn)Cache，因此就大大提高了CPU訪問(wèn)的速度。

Cache分為兩級(jí)：一級(jí)Cache被集成到CPU芯片內(nèi)部，其容量較小；而把二級(jí)Cache放在主板上，其容量比一級(jí)Cache大一個(gè)數(shù)量級(jí)以上。從Pentium檔次的微機(jī)開(kāi)始，一級(jí)和二級(jí)Cache都被集成在CPU芯片中。(3)、高速緩存（Cache）

CPU內(nèi)存外存Cache23第一章：基礎(chǔ)知識(shí)——電子計(jì)算機(jī)概述

外存儲(chǔ)器也稱輔存，外存儲(chǔ)器不能直接與CPU交換信息，它需要經(jīng)過(guò)內(nèi)存與CPU及輸入、輸出設(shè)備交換信息，即必須先調(diào)入內(nèi)存，才能進(jìn)行處理。

外存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量大、存儲(chǔ)成本低、存取速度慢。

目前常用的外部存儲(chǔ)器有軟盤存儲(chǔ)器、硬盤存儲(chǔ)器、光盤存儲(chǔ)器、USB閃存存儲(chǔ)器等幾大類。它們和內(nèi)存一樣，也是以字節(jié)為單位存儲(chǔ)信息的。

外存可以長(zhǎng)久保存大量的程序和數(shù)據(jù)，因此既可以作為輸入設(shè)備也可以作為輸出設(shè)備。

(二)、輔助存儲(chǔ)器

外存儲(chǔ)器可以長(zhǎng)期保存信息軟盤U盤硬盤光盤磁盤存儲(chǔ)器25第一章：基礎(chǔ)知識(shí)——電子計(jì)算機(jī)概述(三)運(yùn)算器——進(jìn)行算術(shù)和邏輯運(yùn)算的裝置

加法器(Adder)是運(yùn)算器的核心部分

算術(shù)運(yùn)算有：加、減、乘、除等；邏輯運(yùn)算有：邏輯與、邏輯或等。操作：各種算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、數(shù)據(jù)的傳送和位移的統(tǒng)稱。指令：指揮計(jì)算機(jī)進(jìn)行操作的命令。指令系統(tǒng)：一臺(tái)機(jī)器所具有的指令的集合。26第一章：基礎(chǔ)知識(shí)——電子計(jì)算機(jī)概述(四)控制器——控制各個(gè)部件自動(dòng)協(xié)調(diào)工作，是計(jì)算機(jī)的指揮中心功能

負(fù)責(zé)從內(nèi)存中取出指令、分析指令和執(zhí)行指令;

負(fù)責(zé)向各部件發(fā)出控制信號(hào)；

保證各部件協(xié)調(diào)一致地工作，一步一步地完成各種操作。29第一章：基礎(chǔ)知識(shí)——電子計(jì)算機(jī)概述微處理器、微計(jì)算機(jī)、微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間的關(guān)系30第一章：基礎(chǔ)知識(shí)——電子計(jì)算機(jī)概述2、位、字節(jié)、字和雙字位—bit計(jì)算機(jī)所能表示的最小最基本的數(shù)據(jù)單位

,取值只能為0或1的一個(gè)二進(jìn)制數(shù)值。在計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)中，一個(gè)二進(jìn)制數(shù)據(jù)位稱為一個(gè)位，單位：b。字節(jié)

—Byte8個(gè)二進(jìn)制位組成一個(gè)字節(jié)，通常用以計(jì)算計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)容量，單位：B。1B=8b

。字（Word）—CPU中運(yùn)算器處理信息的基本單位，2個(gè)字節(jié)組成一個(gè)字。雙字（DoubleWord）—4個(gè)字節(jié)組成一個(gè)雙字。31第一章：基礎(chǔ)知識(shí)——電子計(jì)算機(jī)概述第一代：4位機(jī)發(fā)展和8位機(jī)萌芽階段（1971-1973）代表產(chǎn)品：1971.10，Intel4004和以該處理器為核心的MCS-4微型機(jī)

1972.3，Intel8008和以該處理器為核心的MCS-8微型機(jī)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)算器和二次儀表（很少，尤其是家電）。第二代：8位機(jī)發(fā)展階段（1973-1977）代表產(chǎn)品：Intel8080/8085、MC6800、Z80、R6502特點(diǎn)：指令系統(tǒng)比較完善，運(yùn)算速度提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)，尋址能力有所增強(qiáng)。應(yīng)用：從辦公自動(dòng)化領(lǐng)域撤退，面向家電和智能儀表（較多），工業(yè)控制。代表：APPLEII采用6502CPU，是微型計(jì)算機(jī)發(fā)展史上的第一個(gè)里程碑。（二）微處理器的發(fā)展概況32第一章：基礎(chǔ)知識(shí)——電子計(jì)算機(jī)概述第三代：16位機(jī)發(fā)展階段（1978-1981）代表產(chǎn)品：Intel8086/8088、80186、MC68000、特點(diǎn)：指令系統(tǒng)更加豐富（存儲(chǔ)法命令，數(shù)據(jù)塊操作），硬件上采用多級(jí)中斷，多種尋址方式，段式存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，配有功能強(qiáng)大的系統(tǒng)軟件協(xié)助用戶管理整個(gè)系統(tǒng)。應(yīng)用：工業(yè)控制（醫(yī)療中還是以8位機(jī)為主）代表：采用8088CPU的IBMPC機(jī)，是計(jì)算機(jī)發(fā)展的第二個(gè)里程碑，進(jìn)一步推動(dòng)了微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展和普及，帶動(dòng)了全社會(huì)的微型計(jì)算機(jī)熱。33第一章：基礎(chǔ)知識(shí)——電子計(jì)算機(jī)概述第四代：32位機(jī)發(fā)展階段（1981-1993）代表產(chǎn)品：Z8000、Intel80286，80386、80486特點(diǎn)：內(nèi)存容量達(dá)到1M以上，硬盤技術(shù)不斷提高，發(fā)展了32架構(gòu)和32位的總線結(jié)構(gòu)，各種品牌機(jī)涌向市場(chǎng)，如COMPAQ、DELL等以及國(guó)內(nèi)的一些名牌產(chǎn)品。應(yīng)用：辦公自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。第五代：64位機(jī)的誕生和發(fā)展階段（1993-）代表產(chǎn)品：IntelPentium（外部數(shù)據(jù)線是32位，但內(nèi)部具有64位的結(jié)構(gòu)）、Itanium特點(diǎn)：外部數(shù)據(jù)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。34第一章：基礎(chǔ)知識(shí)——電子計(jì)算機(jī)概述（二）微處理器的發(fā)展概況1971.11，Intel公司第一枚微處理器芯片4004，4位機(jī)，它總共集成了2200個(gè)晶體管。1972年4月，Intel公司宣布另一種型號(hào)的微處理器8008研制成功。8位機(jī)。1975年1月，Motorola公司宣布推出它的8位微處理器6800。1979年，Intel公司推出了Intel8086/8088微處理器。1983年，Intel公司推出了Intel80286微處理器，它是完全16位微處理器。1985年，Intel公司推出了Intel80386微處理器。1989年，Intel公司推出了Intel80486微處理器。1993年3月，Intel公司推出了名為Pentium（經(jīng)典奔騰）的微處理。1995年11月Intel公司又推出了PentiumPro（高能奔騰）。1997年1月，Intel公司又推出了PentiumMMX（多能奔騰）。1997年5月，Intel公司推出了PentiumⅡ（奔騰二代）1999年2月，Intel公司推出了PentiumⅢ（奔騰三代）2000年11月，Intel公司推出了Pentium4（奔騰四代）。2001年5月，Intel公司推出了64位微處理器Itanium。35第一章：概述——微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展概況（二）微處理器的發(fā)展Intel4004Intel8008Motorola6800Intel8086Intel80286Intel80386Intel80486IntelPentiumIntelPentium

IIIntelPentiumIIIIntelPentiumIV36第一章：概述——微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展概況

第一代1971年～1972年第二代1973年～1977年第三代1978年～1980年第四代1980年以后典型的微處理器芯片Intel4004Intel4040Intel8008Intel8080M6800Z-80Intel8086/8088M68000Intel80X86M68020Z-80000字長(zhǎng)（位）4/881616/32集成度（晶體管數(shù)/芯片）1000～20005000～900020000～70000>100000時(shí)鐘頻率（MHZ）0.5～0.81～45～10>10數(shù)據(jù)總線寬度（位）4/881616/32地址總線寬度（位）4～8820～2424～32存儲(chǔ)容量≤16KB實(shí)存≤64KB實(shí)存≤1MB實(shí)存≤4GB實(shí)存和64GB虛存指令執(zhí)行時(shí)間（s）10～151～2<1<0.125軟件水平機(jī)器語(yǔ)言匯編語(yǔ)言匯編語(yǔ)言高級(jí)語(yǔ)言操作系統(tǒng)匯編語(yǔ)言高級(jí)語(yǔ)言操作系統(tǒng)匯編語(yǔ)言高級(jí)語(yǔ)言部分軟件硬化37第一章：概述——微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展概況（三）單片機(jī)、單板機(jī)、個(gè)人計(jì)算機(jī)和工程工作站1、單片機(jī)

又稱為“微控制器”（Microcontroller）和“嵌入式計(jì)算機(jī)”（Embeddedcomputer）。這是一種把構(gòu)成一個(gè)微型計(jì)算機(jī)的一些功能部件集成在一塊芯片之中的計(jì)算機(jī)，這些功能部件包括微處理器、RAM、ROM（有的單片機(jī)中不含ROM）、I/O接口電路、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等，在智能化儀器儀表以及控制領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用極廣。38第一章：概述——微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展概況單片機(jī)已具有計(jì)算機(jī)的基本屬性，所以稱為單片微型計(jì)算機(jī)主要用于控制系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)各種參數(shù)的測(cè)量和控制，表示其控制屬性，稱為微控制器使用中，常常是處于被控系統(tǒng)的中心地位，即以嵌入到計(jì)算機(jī)內(nèi)部的方式進(jìn)行使用，為表示其嵌入屬性，稱之為嵌入式計(jì)算機(jī)特點(diǎn)體積小價(jià)格低耗能低使用范圍：體積小、功能全，應(yīng)用廣泛智能儀表：數(shù)據(jù)采集與處理。家電：冰箱，空調(diào)，洗衣機(jī)，熱水器計(jì)算機(jī)外設(shè)：鍵盤、軟驅(qū)、打印機(jī)工業(yè)：工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集與處理，數(shù)控車床，工業(yè)機(jī)器人等等39第一章：概述——微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展概況2、單板機(jī)

將微處理器、RAM、ROM以及一些I/O接口電路，加上相應(yīng)的外設(shè)（鍵盤、發(fā)光二極管顯示器）以及監(jiān)控程序固件等安裝在一塊印刷電路板上所構(gòu)成的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。如TP－801，TP－86等，可廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)控制及教學(xué)實(shí)驗(yàn)。3、個(gè)人計(jì)算機(jī)（PersonalComputer）面向個(gè)人使用的計(jì)算機(jī)。鍵盤、鼠標(biāo)、主機(jī)、顯示器為最基本的組部分。

1983IBM-PC/XT1984 IBM-PC/AT1987.4IBM-PS/21975 Altair80801977 AppleII1981.8IBMPC40第一章：概述——微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展概況4、工程工作站EWS

是一種微型化的功能很強(qiáng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它是由高性能主機(jī)、高分辯率顯示器、高速的I/O設(shè)備以及其它必要的儀器設(shè)備組合而成。特點(diǎn)：

速度快、內(nèi)存大、具有圖象處理能力，適合于進(jìn)行較復(fù)雜的科學(xué)和工程計(jì)算，置于終端臺(tái)上，并可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)。它本身可作為一臺(tái)計(jì)算機(jī)使用，能完成工程業(yè)務(wù)、技術(shù)業(yè)務(wù)和管理業(yè)務(wù)，并能作為一個(gè)工作站加入網(wǎng)絡(luò)中。適用范圍：

特別適用于工程上的設(shè)計(jì)、計(jì)算、模擬、分析，數(shù)據(jù)處理，文件的形成，機(jī)器的檢測(cè)，A/D和D/A轉(zhuǎn)換以及CAD/CAM/CAE（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/計(jì)算機(jī)輔助制造/計(jì)算機(jī)輔助工程）等方面的應(yīng)用，所以被稱為“工程工作站”。41第一章：概述——微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展概況（一）字長(zhǎng)