1、第一章 概论,1.微型计算机的应用,2.微型计算机的发展史,3.微型计算机的组成,4.微型计算机的特点,1.掌握微型计算机的概念和基本结构,2.了解微型计算机的产生和发展过程,3.把握微型计算机的发展方向,1.1 微型计算机系统概述,微型计算机是指以大规模、超大规模集成电路为主要部件的微处理器为核心，配以存储器、输入/输出接口电路及系统总线所制造出的计算机系统。,一、微型计算机的发展概况,微型计算机诞生：1946年第一台计算机在美国问世以后，人们接触最多的是微型计算机，它诞生于20世纪70年代，其发展以微处理器的发展为主要标志。,分 代,第一代,年份,字长,芯片的集成度,软件,典型的芯片,19
2、711972,4/8位,12000个管/片以上,机器语言、简单汇编语言,Intel 4004 Intel 8008,第二代,19731977,8位,汇编程序高级语言、 (FORTRAN PL/M等 BASIC 操作系统,第三代,19781983,16位,汇编语言 高级语言 操作系统,第四代,Pentium PII PIII PIV,19811992,32位,第五代,1993,32位,9000个管/片以上,29000个管/片以上,1550万个管/片以上,Intel 8080,8085 MC 6800 Z-80,Intel 8086,8088 MC 68000 Z-8000,Intel 80386
3、,80486 MC 68020,操作系统 高级语言软件硬化,操作系统 高级语言软件硬化,高达330万个管/片,微处理器的概念与发展,第五代,19952001,Pentium586,64位,550万个管/片,操作系统 高级语言软件硬化,二、微型计算机的特点和应用,微型计算机除具有一般电子数字计算机的快速、精确和通用等许多优点外，还具有独自的特点：,(1) 体积小、重量轻、功耗低,(2) 可靠性高、对使用环境要求低,(3) 结构简单、设计灵活、适应性强,(4) 性能价格比高,1.微型计算机特点,2. 微型计算机的应用领域,三、微型计算机的分类,1. 按处理器同时处理数据的位数或字长分：,4位机、8
4、位机、16位机、32位机、64位机,2. 按结构类型分：,四、微型计算机的主要性能指标,通常所说的计算机运算速度(平均运算速度)，是指每秒钟所能执行的指令条数，一般用“百万条指令秒”(MIPS)来描述。,1. 运算速度,2. 字长,存储器分为内存储器和外存储器两类。内存储器也简称内存或主存，是CPU可以赶接访问的存储器，内存大小反映了计算机即时存储信息的能力；外存储器通常是指硬盘(包括内置硬盘和移动硬盘)。,3. 存储器的容量,以上只是一些主要性能指标，还须综合考虑其他因素。,1.2 计算机的基础结构和工作原理,现代计算机结构仍然是在冯诺依曼提出的计算机逻辑结构和存储程序概念基础上建立起来的。
5、,输入设备,运算器,输出设备,存储器,控制器,冯诺依曼计算机的基本结构,1.一系列基本操作命令程序,二、计算机的工作原理,2. “机器指令“的概念,3. 计算机的存储程序控制方式的工作原理：一是能存储程序，二是能自动执行程序。,这一原理决定了人们使用计算机的主要方式编写程序和执行程序。,1.3 微型计算机系统结构,微型计算机系统包括硬件系统和软件系统。,硬件系统：构成计算机的实体。它包括微处理器、存储器、I/O接口、系统总线、外部设备和电源。,软件系统：在计算机上运行的各种程序。它包括系统软件和应用软件。,硬件系统：,软件系统：,微型计算机系统组小到大可分为微处理器、微型计算机、微型计算机系统
6、三个层次结构，如图所示,简介：,1. 微处理器(也称微处理机，Microprocessor) 2. 微型计算机(Microcomputer) 3. 微型计算机系统(Microcomputer System),二、微型计算机的硬件结构,微型计算机由微处理器、存储器、输入/输出接口构成，它们之间由系统总线连接。,1. 微处理器,整个微机的核心是微处理器(up, MPU)，也称CPU。它包含算术逻辑部件ALU、寄存器组及控制部件。,ALU ： 算术运算、逻辑运算,寄 存 器：存放操作数、中间结果、地址、标志等信息,控制部件：整个机器控制中心，包括程序计数器IP、指令寄存器IR、指令译码器ID、控制信
7、息产生电路。,2. 存储器,微机的存储器分为：主存和辅存,主存(内存)：用于存放当前正在运行的程序和正待处理数据。(CPU内部cache，主板上的内存, 造价高，速度快，存储容量小),辅存(外存)：存放暂不运行的程序和输入处理的数据，(主机箱内或主机箱外，造价低，容量大，可长期保存，但速度慢),3. 输入设备,微型计算机常用的输入设备有键盘、鼠标、数字化仪、图像扫描仪、数码相机等。,4. 输出设备,微型计算机常用的输出设备有CRT显示器、打印机和绘图仪等。,注意：由于各种外设的工作速度、驱动方式差别很大，无法与CPU直接匹配，所以不可能把它们简单地连到系统总线，需要有一个接口电路充当它们和CP
8、U间的桥梁，通过该电路完成信号的变换、数据的缓冲、与CPU联络等工作。在微机系统中，较复杂的I/O接口电路一般都做在电路板上，这种电路板又称为“卡(Card)”，由卡的一侧 引出连接外界的插座，另一侧 做成插入端，只要将它们插入总线槽(I/O通道)就连到了系统总线。,5. 系统总线,所谓“总线”，是指传递信息的一组公用导线。系统总线(System Bus)是指从处理器子系统引出的若干信号线，CPU通过它们与存储器和I/O设备进行信息交换。系统总线一般分为三组：,数据总线：DB(Data Bus),地址总线：AB(Address Bus),控制总线：CB(Control Bus),地址总线(Ad
9、dress Bus)：,传送地址信息、CPU在AB总线上输出将要访问的内存单元或I/O端口地址、该总线为单向，地址总线的位数决定了CPU可以直接寻址的内存单元范围。,举例,数据总线(Data Bus)：,传送数据信息的总线。在CPU进行读操作时，内存或外设的数据通过DB总线送往CPU；在CPU进行写操作时，CPU数据通过DB总线送往内存或外设，所以该总线为双向总线。,控制总线(Control Bus)：,传送控制信息的总线。其中，有些信号线将CPU的控制信号和状态信号送往外设，外设请求或联络信号送往CPU，个别信号线兼有以上两种情况。所以在讨论控制总线的传送方向时要具体到某一个信号，它们可能是
10、输出、输入或者双向的。,系统总线使用特点：,(1) 在某一时刻，只能由一个总线主控设备控制系统总线，其他总线主控设备必须放弃对总线的控制。,(2) 在连接系统的各个设备中，某一时刻只能有一个发送者向总线发送信号，但可以有多个设备从总线同时获得信号。,1.4 微型计算机的基本数据类型,内存单元的地址和内容简介：,内存由许多存储单元组成，每个内存单元可存放一组二进数。在微机中规定每个内存单元可存放8位二进制数，即一个内存单元存放一个字节的内容，为了区分各个不同的内存单元，就给每个存储单元编上不同的号码，即内存地址。CPU要访问某个单元时，先要通过地址总线送出该单元的地址号。,尽管存储器是按字节编址
11、的，但实际操作中，一个操作数可以是字节、字、双字节、十字节等各种形式。 1. 字节：计算机的基本处理单位，一个字节由8位二进制位组成 2. 字：通常微机的字长有8位、16位、32位、64位，故其字数据的存放所占内存单元的个数也不一样 3. 双字：即2个字 4. 四字：好4个字的长度,地址,存放内容 二进制表示,十六进制表示,00000H,11000010,11000010,00001H,C2H,18H,00010010,00008H,12H,00110100,00001H,34H,01110000,FFFFFH,70H,内存单元的地址和内容示意图,PC(Personal Computer)机：
12、,是面向个人单独使用的一类微机。当今的微机的许多指标，如存储容量、运行速度等已经赶上或超过了以前的小型机，可以满足各种不同的应用场合。,是一种用于控制的微处理器芯片，其组成实际是由微型计算机的CPU、部分存储器和输入/输出接口等部件集成在一块芯片上。换句话说，一个单片机几乎就是一个专用的计算机，只要配上少量的外部电路和设备就可以构成具体的应用系统。,单片微型机(单片机)：,常用于家用电器、智能化仪表、工业测量。,单板微型机(单板机)：,把微处器芯片、存储器芯片、I/O接口芯片和小键盘、数码显示器等必要的输入/输出设备装配在一块印刷电路板上就构成了单板微型计算机系统。,常用于过程控制。,冯诺依曼
13、思想：存储程序原理,1946年，冯诺依曼提出EDVAC计算方案，体现了五部分的计算设计思想。,表示存储器容量的最小单位为bit(二进制位)，表示存储器容量的基本单位为Byte(字节)。通常：一个单元为一个字节，字节可用B(即Byte的缩写)表示，且1Byte=8bit。存储器的容量用“K”表示，1K即为1024个单元。大容量单位为KB、MB、GB、TB。,1KB=1024B 1MB=1024KB 1GB=1024MB 1TB=1024GB,e.g. 地址总线16位，内存容量为216个单元，即64KB。,地址总线20位，内存容量为220个单元，即1MB。,内存储器,外存储器,科学计算,用于科学与
14、工程领域。,如：的计算、中长期天气预报及导弹发射中的计算等。,过程控制,如对工业生产领域的过程控制，即对生产过程进行监视和控制，以提高产品质量与数量，减轻工人的劳动强度；控制飞机飞行姿态、地形回避及导弹拦截等。,数据处理,对数据进行收集、储存、传递、分类、检测、排序、计算、打印报表、输出图像等加工处理。,如：企业生产管理系统、电子商务处理系统等。,计算机辅助系统,CAD计算机辅助设计,CAM计算机辅助制造,CAT计算机辅助测试,CAI计算机辅助教学,CAX(x=D、M、T、I 、 ),CMI 计算机管理教学,电子商务,电子商务源于英文ELECTRONIC COMMERCE简写EC，顾名思义包含两个方面：一是电子方式，二是商贸活动，电子商务指的是利用简单、快捷、低成本的电子通讯方式、买卖双方不谋面地进行商贸活动。,电子商务的真正发展是建立在INTERNET技术上，所以也称IC(INTERNET COMMERCE).,人工智能,计算机模拟人的高级思维活动,进行逻辑判断与推理。如机器人、专家系统、语音识别系统、图形图像等模式识别系统。,办公自动化,信息高速公路,仪器仪表,将传感器与计算机集成于同一芯片上，智能传感器不仅具有信号检测、转换功能，同时还具有记忆、存储、解析、统计、处理及自诊断、自校准、自适应等功能。,智能家电,Intel 4004,
