微機(jī)原理教學(xué)

1微型計(jì)算機(jī)技術(shù)及其應(yīng)用

——第一章：概述2023/12/92第一章：概述微機(jī)原理課程的內(nèi)容、學(xué)習(xí)目的微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展概況微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成和各部件功能微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用概況2023/12/93第一章：概述微機(jī)原理課程的內(nèi)容、學(xué)習(xí)目的微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展概況微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成和各部件功能微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用概況2023/12/94第一章：概述——微機(jī)原理的課程內(nèi)容、學(xué)習(xí)目的研究微型計(jì)算機(jī)的基本工作原理以及微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)（如中斷控制接口、定時(shí)/計(jì)數(shù)控制接口、并行/串行通信接口等）的課程。馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)能把需要的程序和數(shù)據(jù)送至計(jì)算機(jī)中。（輸入）必須具有長期記憶程序、數(shù)據(jù)、中間結(jié)果及最終運(yùn)

算結(jié)果的能力。（存儲(chǔ)）能夠完成各種算術(shù)、邏輯運(yùn)算和數(shù)據(jù)傳送等數(shù)據(jù)加

工處理的能力。（運(yùn)算）能夠根據(jù)需要控制程序走向，并能根據(jù)指令控制機(jī)

器的各部件協(xié)調(diào)操作。（控制）能夠按照要求將處理結(jié)果輸出給用戶。（輸出）簡單地其工作過程是取指令(代碼)→分析指令(譯碼)

→執(zhí)行指令的不斷循環(huán)的過程。2023/12/95第一章：概述——微機(jī)原理的課程內(nèi)容、學(xué)習(xí)目的五大基本組成部件運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入/輸出設(shè)備（接口）微機(jī)原理課程學(xué)習(xí)目的掌握微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本知識(shí)及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)技能；具有一定的微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的分析能力，并且也為后繼課程的學(xué)習(xí)打下微型機(jī)系統(tǒng)硬件、軟件方面的基礎(chǔ)。2023/12/96第一章：概述微機(jī)原理課程的內(nèi)容、學(xué)習(xí)目的微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展概況微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成及功能微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用概況2023/12/97第一章：概述——微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展概況計(jì)算機(jī)的發(fā)展電子管計(jì)算機(jī)

晶體管計(jì)算機(jī)

集成電路計(jì)算機(jī)

大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)

人工智能計(jì)算機(jī)（尚在研制）

生物計(jì)算機(jī)（下一代，生物芯片）1946年第一代電子計(jì)算機(jī)（ENIAC）在美國研制成功。使用了18800個(gè)電子管，重30噸，占地150平方米，耗電150千瓦，每秒完成5000次加法運(yùn)算。2023/12/98第一章：概述——微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展概況計(jì)算機(jī)的發(fā)展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。(發(fā)明人：貝爾實(shí)驗(yàn)室的三位著名科學(xué)家：肖克萊、巴丁、布拉頓。)發(fā)光二極管、數(shù)字交換機(jī)、通信衛(wèi)星、電子數(shù)字計(jì)算機(jī)、蜂窩移動(dòng)通信設(shè)備、以及通信網(wǎng)絡(luò)2023/12/99第一章：概述——微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展概況計(jì)算機(jī)的發(fā)展1965年中小規(guī)模集成電路為主體的計(jì)算機(jī)問世，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。自1958年TI公式的基爾比等人研制發(fā)明了世界第一塊集成電路以來，電子工業(yè)進(jìn)入了集成電路（IC）的時(shí)代。小規(guī)模集成電路（SSI），中規(guī)模（MSI）、大規(guī)模（LSI）、超大規(guī)模（VLSI）、巨大規(guī)模（ULSI），目前的特大規(guī)模集成電路（GSI）和系統(tǒng)芯片（SOC，片上系統(tǒng)）。2023/12/910第一章：概述——微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展概況計(jì)算機(jī)的發(fā)展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年在美國硅谷Intel公司的霍夫研制成功世界上第一枚4位微處理器芯片Intel4004，標(biāo)志著第一代微處理器問世，從而開創(chuàng)了微型計(jì)算機(jī)的新時(shí)代。霍夫被英國《經(jīng)濟(jì)學(xué)家》雜志列為“二戰(zhàn)以來最有影響力的7位科學(xué)家”之一。4004當(dāng)時(shí)只有2300個(gè)晶體管，是個(gè)四位系統(tǒng)，時(shí)鐘頻率在108KHz，每秒執(zhí)行6萬條指令(0.06MIPs)。功能比較弱,且計(jì)算速度較慢,只能用在計(jì)算器上。

2023/12/911第一章：概述——微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展概況計(jì)算機(jī)的發(fā)展計(jì)算機(jī)發(fā)展的四個(gè)方向：巨、微、網(wǎng)、智2023/12/912第一章：概述——微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展概況微處理器的發(fā)展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。2023/12/9131993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。英特爾的首款雙核心處理器的代號(hào)為PentiumExtremeEdition840。

2023/12/914第一章：概述——微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展概況微處理器的發(fā)展Intel4004Intel8008Motorola6800Intel8086Intel80286Intel80386Intel80486IntelPentiumIntelPentium

IIIntelPentiumIIIIntelPentiumIVIntelPentiumIVPentiumExtremeEdition8402023/12/915第一章：概述——微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展概況

第一代1971年～1973年第二代1974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（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)器語言匯編語言匯編語言高級語言操作系統(tǒng)匯編語言高級語言操作系統(tǒng)匯編語言高級語言部分軟件硬化2023/12/916第一章：概述——微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展概況摩爾定律歌登.摩爾（GordonMoore）是Intel公司奠基者之一，他在1964年提出一個(gè)摩爾定律：每18個(gè)月半導(dǎo)體集成電路里面晶體管的個(gè)數(shù)會(huì)翻一倍，也就是集成度提升一倍，每隔18個(gè)月其性能會(huì)提升一倍。后來到1995年歌登·摩爾對摩爾定理稍微修改，將18個(gè)月改成兩年，也就是說每兩年芯片的集成度會(huì)提升一倍，特性提升一倍，但價(jià)格不變。對Intel而言，IA-64是其下—個(gè)10~15年的架構(gòu)。新的IA-64將使Intel擺脫x86架構(gòu)的限制，從而設(shè)計(jì)出超越所有現(xiàn)有RISCCPU和x86CPU的新型處理器。2023/12/917第一章：概述微機(jī)原理課程的內(nèi)容、學(xué)習(xí)目的微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展概況微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成和各部件功能微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用概況2023/12/918第一章：概述——微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成和各部件功能微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)成顯示器（輸出設(shè)備）主機(jī)箱鼠標(biāo)（輸入設(shè)備）鍵盤（輸入設(shè)備）2023/12/919第一章：概述——微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成和各部件功能微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)成——主機(jī)箱電源光驅(qū)硬盤內(nèi)存CPU主板擴(kuò)展卡2023/12/920第一章：概述——微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成和各部件功能微處理器及其組成微處理器（微處理機(jī)）：由一片或幾片大規(guī)模集成電路組成的中央處理器，一般也稱CPU（CenterProcessUnit）。其內(nèi)部通常包括算術(shù)邏輯部件，累加器和通用寄存器組，程序計(jì)數(shù)器，時(shí)序和控制邏輯部件，內(nèi)部總線等等。2023/12/921第一章：概述——微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成和各部件功能各種CPU2023/12/922第一章：概述——微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成和各部件功能微型計(jì)算機(jī)及其組成微型計(jì)算機(jī)：是指由CPU、存儲(chǔ)器、輸入輸出接口電路和系統(tǒng)總線構(gòu)成的裸機(jī)。按照讀寫方式的不同可分為ROM和RAM兩種類型；輸入/輸出接口電路是外圍設(shè)備與微型計(jì)算機(jī)之間的信息交換電路，起暫存、緩沖、類型變換及時(shí)序匹配的作用；總線是CPU與其它各功能部件之間進(jìn)行信息傳輸?shù)耐ǖ溃此鶄魉托畔⒌牟煌愋?，總線可以分為數(shù)據(jù)總線DB、地址總線AB和控制總線CB。2023/12/923第一章：概述——微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成和各部件功能各種存儲(chǔ)設(shè)備2023/12/924第一章：概述——微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成和各部件功能各種接口卡2023/12/925第一章：概述——微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成和各部件功能主板2023/12/926第一章：概述——微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成和各部件功能主板是機(jī)箱中最大的一塊集成電路板，在它上面集成有CPU插座、內(nèi)存插座、擴(kuò)展卡插座、輸入輸出系統(tǒng)、總線系統(tǒng)、電源接口等。地址總線(AB)：是用來傳送地址信息的信號(hào)線。地址總線的位數(shù)決定了CPU可以直接尋址的內(nèi)存空間的大小。地址總是從CPU發(fā)出的，所以地址總線是單向的三態(tài)總線。數(shù)據(jù)總線(DB)：數(shù)據(jù)總線是CPU用來傳送數(shù)據(jù)信息的信號(hào)線。數(shù)據(jù)總線是雙向三態(tài)總線?？刂瓶偩€(CB)：控制總線是用來傳送控制信號(hào)的一組總線?？刂瓶偩€有的為單向，有的為雙向或三態(tài)，有的為非三態(tài)，取決于具體的信號(hào)線。2023/12/927第一章：概述——微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成和各部件功能微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及其組成微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：是指以微型計(jì)算機(jī)為主體，再配以相應(yīng)的外圍設(shè)備、電源、輔助電路和所需要的軟件而構(gòu)成的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。常用的外圍設(shè)備有顯示器、打印機(jī)、鍵盤等；系統(tǒng)軟件一般包括操作系統(tǒng)、編譯、編輯、匯編軟件等。微處理器、微型計(jì)算機(jī)和微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)三者關(guān)系2023/12/928第一章：概述——微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成單片機(jī)：是指將CPU、內(nèi)存儲(chǔ)器、I/O接口電路等功能部件集成在一塊芯片上的計(jì)算機(jī)。單板機(jī)：是指將CPU、內(nèi)存儲(chǔ)器和I/O接口電路，加上相應(yīng)的外設(shè)以及監(jiān)控程序等安裝在一塊電路板上所構(gòu)成的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。[注意]微型計(jì)算機(jī)、微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、單片機(jī)和單板機(jī)都是以微處理器為基礎(chǔ)，加上相應(yīng)的硬件和軟件組裝而成的。要注意，單純的微處理器不是計(jì)算機(jī)，單純的微型計(jì)算機(jī)也不是完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它們都不能獨(dú)立地工作，只有微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)才是完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，才有實(shí)用意義。2023/12/929第一章：概述微機(jī)原理課程的內(nèi)容、學(xué)習(xí)目的微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展概況微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成和各部件功能微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用概況2023/12/930第一章：概述——微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用概況科學(xué)計(jì)算：科學(xué)研究和工程計(jì)術(shù)計(jì)算領(lǐng)域，是計(jì)算機(jī)應(yīng)用最早的領(lǐng)域，也是應(yīng)用得較廣泛的領(lǐng)域。實(shí)時(shí)控制：在工業(yè)測量和控制方面的應(yīng)用已十分成熟和廣泛；信息處理：信息處理又稱為數(shù)據(jù)處理，是指計(jì)算機(jī)用于處理生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)活動(dòng)、社會(huì)和科學(xué)研究中獲得的大量