微机原理第一章：基础知识.ppt

微型计算机原理 与接口技术,中原工学院电子信息学院,（电子教案）,总 目 录,第1章 微型计算机概述,第2章 微型计算机的运算基础与信息表示方法,第3章 8086/8088 微处理器结构,第4章 80X86 CPU的指令系统,第5章 汇编语言程序设计,第6章 半导体存储器,第7章 基本输入输出接口,第8章 中断技术,第9章 串行通信接口,第10章 并行接口技术,第11章 总线与接口标准,课程目标,微型计算机的基本工作原理,掌握：,汇编语言程序设计方法,微型计算机接口技术,微机系统软硬件开发的初步能力,建立：,微型计算机系统的整体概念,形成：,教材及主要参考书,教材：微型计算机原理与接口技术 张五一 张道光 编 河南科学技术出版社,主要参考书： 微型计算机原理 主 编 姚燕南 薛钧义 西安电子科技大学出版社,微型计算机原理 主 编 潘名莲 电子工业出版社,考核方式：,平时作业 10% 实 验 10% 期末考试 80%,辅导答疑：,时间： 星期一、星期三 第 ？大节（115 周） 地点： 2 号楼 415 室,联系方式： 电子邮件： 电话第1章 微型计算机概述,内容摘要：,从计算机基本结构和工作原理出发，重点介绍微型计算机和微处理器的基本知识，认知计算机应用领域，掌握计算机组成分类，培养并激发学习兴趣，为后续内容的学习打下良好的基础。,学习要点： 计算机的发展、分类、基本结构及工作原理 微处理器和微型计算机发展、分类、性能指标 微型计算机系统的组成,1.1 计算机的发展概况,1946 年第一台电子数字计算机的问世， 被命名：电子数字积分器, 重：30吨；占地：150M2 ； 体积：85M3，耗电：140KW； 具有18800支电子管和1500只继电器 存储750条指令，每秒进行360次乘法运算 主要用于数学运算，进行弹道设计。,1.1.1 计算机发展阶段和发展趋势,一、从第一台计算机的诞生，至今经历了五代的发展,1.1.1 计算机发展阶段和发展趋势,二、按应用特点划分计算机发展阶段, 超、大、中、小型计算机阶段（1946年1980年）： 代替人的脑力劳动，解决较复杂的数学计算和数据处理。 微型计算机阶段（1981年1990年）： 微型计算机的出现，其功能日益强大，应用领域无所不在 ，对科技和经济的发展起到了重要的推动作用。 计算机网络阶段（1981年以后）： 计算机技术和通信技术融合而聚变的网络技术在80年代以 后发展极为迅速，由简单的远程终端，到今天遍布全球的 因特网，实现了信息资源共享，推动了信息化社会的进程。,1.1.1 计算机发展阶段和发展趋势,三、计算机的发展趋势, 两极发展方向：正朝着微型计算机和巨型计算机方向发展。 微型机的发展标志着应用水平，巨型机代表了发展水平。 智能化计算机：在某种程度上具有模仿人的思维功能。 采用人工智能的方法，根据所存储的知识进行推理和判断。 多媒体计算机：将大量信息用数值、文字、声音、图形、 图像、视频等进行展现，改变了人们生活、学习环境。 网络计算机：在压缩时空方面的出色表现，已成为现代人 们生活中的组成部分，现朝着智能化、高速化方面发展。 非冯诺依曼体系结构计算机： 并行处理机、神经网络计算机、生物晶体计算机等。,1.1.1 计算机发展阶段和发展趋势,四、计算机的设计指导思想 美国数学家冯诺依曼在1946年提出程序存储的基本思想, 计算机组成： 运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。 用二进制数表示指令和数据： 指令由操作码和地址码两部分组成； 将编制好的程序和原始数据经输入设备输入存储器中， 启动计算机，无需人工的干涉。, 按照这一原理设计的计算机称之为冯诺依曼计算机。 但其“集中顺序控制”的串行机制严重制约了计算机的性能。 为进一步提高计算机性能，非冯诺依曼体系结构的 计算机理论产生了。,1.1.2 计算机的特点与分类,一、计算机的特点, 运算速度快： 微型机每秒钟可以处理几百几千万条指令 巨型计算机每秒钟可以处理几十上百亿条指令 计算精度高：微型机的计算精度已达到32位64位 计算机能够表示的有效数位越多，其计算精度越高， 具有记忆和逻辑判断功能： 记忆是指计算机能够存储大量信息，可随时检索和查询 逻辑判断是指除算术运算，进行的逻辑运算和逻辑判断 自动工作： 按照人们事先编好的程序逐条执行，不再需要人工干预,1.1.2 计算机的特点与分类,二、计算机的分类,1、PC机：个人或家庭使用的低档微型计算机 2、工作站：介于PC机和小型机之间的高档微型计算机， 多用于计算机辅助设计和图像处理。 3、小型计算机：结构简单、易维护和使用，可以满足一个 中小型部门的工作需要。 4、中型计算机：具有大容量存储器和多种类型的I/O通道， 支持批处理和分时处理等工作方式。 5、大型计算机：与巨型计算机相比，其最大的特点是价格 低廉，且具有较好的性能价格比。 6、巨型计算机：具有极高的性能和极大的规模，主要用于 大型科学计算和尖端科技领域，,1.1.3 计算机的应用,1科学计算 在科学工程中遇到的各类数学问题的计算统称为科学计算 2数据处理 数据处理是指对数据进行收集、分析和加工等 3实时控制 又称过程控制，在工业生产过程中广泛应用 4计算机辅助系统 包括计算机辅助设计CAD、计算机辅助制造CAM等 5人工智能 研究如何让计算机模仿人类的高级思维活动 6远程教育 Internet 和 WWW 技术的发展带来了教育事业大变革 7电子商务,1.2 计算机的基本结构和工作原理,1.2.1 计算机的基本结构,输出处理的 结果及程序,存放程序和数据,用来向计算机输入 程序和原始数据,对数据进行运算的部件 又称为算术逻辑单元,控制器,1.2.2 计算机的工作原理,一、基本概念,1程序：指令的有序集合 分为：机器语言程序（目标代码）、汇编语言程序、高级语言程序。 2指令：计算机能够识别并执行的进行某种具体操作的命令 指令分为：机器指令和汇编指令，由操作码和地址码两个部分组成。 操作码：规定能进行何种操作；地址码：操作对象，也称为操作数。 3存储程序： 把编制好的程序存放到存储器中，计算机按照程序中指令的执行顺序 依次取出指令，并执行指令，直至程序中最后一条指令执行完毕。,由此可见，人们使用计算机的关键是编写程序 程序的灵魂是算法、数据结构和计算机语言。,1.2.2 计算机的工作原理,二、工作原理, 计算机完成的基本功能是执行存于存储器中的一段指令(程序) 指令的执行过程可以分为两个阶段：取指令阶段和执行指令阶段,1.3 微型计算机的发展概况,在七十年代后期，在第四代计算机中出现了一个新机型 “微型计算机”，进入微机时代。, 体积小、重量轻，采用超大规模集成电路VLSIC， 器件数量在减少；计算机笔记本 规模化生产、产量大、价格低廉、普及面大； 结构配置灵活、可靠性高； 应用面广：在各行业均有广泛的应用。,1.3.1 微处理器的生产与发展,1第一代微处理器（1971年1973年）：4位和8位抵档微处理器 1971年美国Intel公司生产的Intel4004微处理器，采用PMOS工艺； 集成2300个晶体管，工作频率为108KHz，指令系统简单，价格低廉。 2第二代微处理器（1974年1978年）： 8位中、高档微处理器 1974年 Intel公司的Intel8080 微处理器，采用NMOS工艺，集成 了6000 个晶体管，工作频率为2MHz，指令系统比较完善。 3第三代微处理器（1978年1980年）：16位微处理器 1978年Intel 公司的8086 微处理器，HMOS工艺，集成了29000个 晶体管，频率达10MHz，寻址空间达到1MB，指令系统比较丰富。 IBM公司采用8086和8088微处理器作为个人计算机IBM PC 的CPU， 从而开辟了个人计算机PC时代。,1.3.1 微处理器的生产与发展,4第四代微处理器（1981年1992年）：32位微处理器 1985年Intel公司生产的80386微处理器，集成了27.5万个晶体管， 时钟达33MHz，4GB的寻址能力，可以管理64TB的虚拟地址空间，支持 “实地址”和“虚拟地址”两种工作方式。 1989年4月，Intel公司的80486微处理器, 集成了120万个晶体管， 把浮点运算部件集成进芯片内，还把8KB的高速缓冲存储器集成到CPU 芯片，极大地提高了CPU处理指令的速度。 5第五代微处理器（1993年以后）：32位奔腾系列微处理器 1993年3月，Intel公司推出32位的奔腾（Pentium）微处理器 1997年5月，Intel公司再推出了奔腾（Pentium）微处理器 1999年2月，Intel公司发布了奔腾（Pentium）微处理器 2000年11月，Intel公司新一代奔腾4（Pentium4）微处理器,1.3.2 微型计算机的性能指标,一、常用术语,1、位（bit）：是指计算机中的最基本、最小的信息单位 2、字节（byte，简称B）：它是计算机中比较通用的基本单位 一个字节由8位二进制数位组成，即1B=8bit。 千字节（KB）：K通常代表210； 1KB=1024B 1MB（兆）=1024KB；1GB（吉）=1024MB，1TB（太）=1024GB。 3、字（word）：它是计算机内部处理数据的基本单位 对于16位微型计算机，一个字是由2个字节组成； 对于32位微型计算机，一个字是由4个字节组成， 4、字长：是指机器一次所能处理的数据位数。 它与计算机中寄存器、运算器、数据总线密切相关，机器字长越长， 其精度越高，成本也越高。,二、性能指标,1主频：也称时钟频率，是指计算机中时钟信号发生器所产生的时钟 信号的频率，它决定了计算机的速度。 2存储容量：包括主存容量和辅存容量 主存容量是指主存储器的存储容量，受限于系统中的地址总线，与计 算机的最大寻址空间或能力相关。 辅存容量是指辅助存储器的存储容量，一般是指计算机的硬盘大小。 3可靠性：是指计算机在规定的时间和工作条件下，正常工作不发生故 障的概率。故障率越低，可靠性越高。 4兼容性：是指计算机的硬件和软件可用于其他多种系统的能力。主要 体现在数据处理、I/O接口、指令系统的兼容性。 5、性能价格比：是指计算机的硬件和软件性能与售价的关系 是衡量计算机性能优劣的综合性指标。,1.3.3 微型计算机系统,一微型计算机的硬件系统,是构成微机系统的物理实体，核心部件CPU，通过系统的三大总线将 存储器，接口电路连接起来。总线是一组用来信息传递的公共信号线： 由地址总线（AB），数据总线（DB），控制总线（CB）组成。,1.3.3 微型计算机系统,二微型计算机的软件系统,1系统软件： 由计算机供应商提供的，为方便用户和充分发挥计算机 效能的一系列程序。 2程序设计语言： 机器语言：用二进制代码编写，可机器识别 汇编语言：符号化语言，机器不能识别 高级语言：面向用户的算法语言 3用户程序（应用程序）,本章小结,习题一,本章从计算机的发展和应用开始，对计算机特别是微型 计算机的基本概念、硬件结构、工作原理、系统组成等知识 进行了介绍，使读者了解计算机的发展历史和应用场合，更 要熟悉并了解微型计算机系统中的硬件和软件，关注微型计 算机的发展动态，为进一步学习计算机打下一个良好的基础。,1. 冯诺依曼计算机由哪几个部分组成？各部分的功能是什么？ 2. 微型计算机系统主要由哪些部分组成？各部分