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文档简介
1、微机原理及应用第一讲 计算机发展史,1,目的是通过学习使学生对计算机的工作原理有较深入的了解,对计算机的逻辑组成、工作方法、与外界的接口技术以及直接依赖于计算机逻辑和硬件结构的机器码、汇编语言编程方法有系统全面的了解,使学生受到微机方面的较严格的基本功训练,培养良好的程序设计风格和严密的逻辑思维能力,为今后继续学习相关知识打下良好的基础。,课程开设目的,1,课程的任务,课程的任务是以8088/8086CPU为硬件依托,学习微机汇编语言的基本概念、原理和程序设计的常用方法与技术,系统学习了解计算机硬件组成原理,主要的典型的硬件接口电路、控制电路的工作原理与特性,学习用计算机解决问题的全过程,建立
2、微机系统的整体概念,使学生具有软硬件开发的初步能力,也要对计算机核心硬件的发展有比较清楚的认识。,第一台机械计算机,17世纪最值得称颂的计算机发明属于法国科学家布莱斯帕斯卡( B.Pascal)在电脑史前史里,帕斯卡被公认为制造出机械计算机的第一人。,加法器,1642年,帕斯卡19岁那年获得了成功,制造出第一台机械计算机“加法器”。,乘法器,1674年巴黎,德国伟大的数学家、系统提出二进制的运算法则. 独立发明微积分而与牛顿齐名的 莱布尼茨(G.Leibnitz)造出一台更完善的机械计算机- “乘法器”,差分机,19世纪20年代,英国剑桥大学科学家巴贝奇(C.Babbage)提出了“条件转移”
3、的概念,差分机,巴贝奇耗费了整整10年时间,于1822年完成了第一台差分机,可以处理3个不同的5位数, 计算精度达到6位小数,第一次数据处理,19世纪末,美国人口普查局的统计学家霍列瑞斯(H.Hollerith)博士,首先用穿孔卡完成了第一次大规模数据处理。,第一台制表机,1889年霍列瑞斯制作了第一台制表机。机器上装备着一个计算器,当纸带被牵引移动时,一旦有孔的地方通过鼓形转轮表面,计数器电路就被接通,完成一次累加统计。,第一次把数据转变成二进制信息,霍列瑞斯博士的发明并不是通用计算机,除了能统计数据表格外,制表机几乎没有别的什么用途,然而,制表机穿孔卡第一次把数据转变成二进制信息。霍列瑞斯
4、的成就使他跻身于“信息处理之父”的行列。,IBM,1890年,霍列瑞斯创办了一家专业“制表机公司”。然而不久,被CTR的公司(C代表计算,T代表制表,R代表记时)兼并.1924年公司更名为一个宏伟的名号国际商用机器公司(英文缩写IBM),专门生产打孔机、制表机等产品。,布尔(G.Boole),数字计算机首先来源于理论突破,是逻辑代数为开关电路设计奠定了的数学基础。逻辑代数又称布尔代数,正是以它的创立者英国数学家布尔(G.Boole)而命名。,第一台电磁式的数字计算机,1937年11月,美国AT&T贝尔实验室研究人员斯蒂比兹(G. Stibitz)做成了世界上第一台电磁式的数字计算机。斯蒂比兹的
5、妻子将它命名为“Model-K”,第一台电子计算机ENIAC,1946年2月14日,恰逢当年“情人节”,世界上第一台电子计算机研制成功。 这台机器的名字叫“ENIAC”(埃历阿克)。,第一台电子计算机ENIAC,“ENIAC”“电子数值 积分和计算机” (The electronic numerical integrator and Computer)的英文缩写。采用穿孔卡输入输出数据,每分钟可以输入125张卡片, 输出100张卡片。,第一台电子计算机ENIAC,在ENIAC内部,总共安装了17468只电子管,7200个二极管,70000多电阻器,10000多只电容器和6000只继电器,电路的
6、焊接点多达50万个;在机器表面,则布满电表、电线和指示灯。机器被安装在一排2.75米高的金属柜里,占地面积为170平方米左右,总重量达到30吨。,第一台电子计算机ENIAC,ENIAC的运算速度达到每秒钟5000次加法,可以在3/1000秒时间内做完两个10位数乘法,一条炮弹的轨迹,20秒钟就能被它算完,比炮弹本身的飞行速度还要快。 ENIAC标志着电子计算机的创世,人类社会从此大步迈进了电脑时代的门槛,英特尔公司创业,1968年,诺依斯、摩尔和格罗夫(A. Grove)毅然退出“仙童”,根据摩尔的建议,把新建公司取名为“英特尔”(英文缩写INTEL),寓意着“集成电子”。,英特尔公司创业,1
7、969年春, 仅有106人的英特尔生产出它的第一个产品64比特存储器3101,这是全球第一枚半导体集成电路存储器芯片,领先于其他公司10年;1970年,他们又研制出第一颗金属氧化物半导体存储芯片1101, 容量扩大到256比特。同年,代号为1103的动态随机存储器(DRAM)问世,宣告了磁芯存储器的死亡。,第一个微处理器4004,1971年1月,以马西安特德霍夫为首的研制小组,完成了世界上第一个微处理器芯片。在34毫米面积上集成晶体管2250个,每秒运算速度达6万次。它意味着电脑CPU已经缩微成一块集成电路,意味着“芯片上的电脑”诞生。,第一个微处理器4004,第一块微处理器芯片已属大规模集成
8、电路范畴。英特尔公司命名它为4004,第一个4表示它可以一次处理4位数据, 第二个4代表它是这类芯片的第4种型号。这种数字代号沿用至今,就是现代所谓“386”、“486”等计算机俗称的最早源头。,16位微处理器8088,1979年,Intel公司推出16位微处理器8088,Intel 8088(如图)采用双列直插DIP封装,插在主板DIP插座中使用。8088的性能完全与8086相同,只是将外部数据总线改为了8位,目的是使其能直接使用和控制当时的大量外设。也正是由于这一改进,造就了Intel公司CPU产品的主流地位。,个人电脑新纪元,1981年8月12日,IBM公司选择了Intel 8088,配
9、合其他设备推出了IBM-PC IBM PC个人电脑(Personal Computer)人类社会从此跨进个人电脑新纪元。IBM PC主机板上配置着64KB存储器,另有5个插槽供增加内存或连接其他外部设备。它还装备着显示器、键盘和两个软磁盘驱动器。,冯诺依曼小传,“电子计算机之父”的桂冠,被戴在数学家 冯诺依曼(J.Von Neumann)头上, 这是因为冯诺依曼提出了现代电脑的体系结构。,计算机科学之父-图林,冯诺依曼曾多次向别人强调: “如果不考虑巴贝奇、阿达和其他人早先提出的有关思想,计算机基本概念只能属于阿兰图林。,计算机科学之父-图林,1936年, 图林发表了一篇划时代的论文论可计算数
10、及其在判定问题中的应用 ,后被人改称理想计算机。论文里论述了一种“图林机”,只要为它编好程序, 它就可以承担其他机器能做的任何工作。当世界上还没人提出通用计算机的概念前,图林已经在理论上证明了它存在的可能性。,计算机科学之父-图林,1939年, 27岁的阿兰图林(Alan Turing)加入布雷契莱战时英国的情报破译中心,人们都称他“教授”,不一定知道他的真名。 图林根据波兰同行的研究成果, 制作了一台破译密码的机器“图林炸弹,计算机科学之父-图林,1939年底,“图林炸弹”交由英国制表机公司制造完成,能以每秒2000字符的速度破译情报,由于掌握了德国飞机的行踪,德国空军在“海狮行动”里遭到沉
11、重的打击。,计算机科学之父-图林,1950年10月, 图林的另一篇论文机器能思考吗发表,首次提出检验机器智能的“图林试验” ,从而奠定了人工智能的基础,使他再次荣膺“人工智能之父”称号。1954年, 42岁的阿兰图林英年早逝。为了纪念他在计算机领域奠基性的贡献, 美国计算机学会决定设立“图林奖”,从1956年开始颁发给最优秀的电脑科学家,它就像科学界的诺贝尔奖那样,是电脑领域的最高荣誉。,摩尔定律,1964年,摩尔(G. Moore)博士,以三页纸的短小篇幅,发表了一个奇特的理论。摩尔天才地预言说道,集成电路上能被集成的晶体管数目,将会以每18个月翻一番的速度稳定增长,并在今后数十年内保持着这
12、种势头。摩尔的这个预言,因集成电路芯片后来的发展曲线得以证实,并在较长时期保持着有效性,被人誉为“摩尔定律”。,微处理器制造进步表,微处理器制造进步表,微处理器制造进步表,现代计算机系统,发展经历了五次更新换代,电子管、继电器存储,晶体管,集成电路,从结构的发展而言 :,单个CPU组成的单机系统,流水线机,大规模的并行处理机,大规模和超大规模集成电路,多处理机,磁介质存储,从器件发展而言:,变址技术,中断技术,微程序技术,缓冲技术共享,重用技术,虚拟技术,从语言及应用方面而言 :,由汇编到高级语言从单用户到多用户,到并行处理的语言、编译,操作系统,直到如今计算机网络、异构系统处理等等,从技术的
13、发展上而言 :,计算机的发展历经五代:,第一代:19451954年,电子管和继电器; 第二代:19551964年,晶体管和磁芯存储器; 第三代:19651974年,中小规模集成电路; 第四代:19751990年,半导体存储器; 第五代:1990年至今,巨大规模集成电路。,1,微型计算机系统,1,中央处理器 (CPU),中央处理器CPU(Central Processing Unit)具有运算和控制功能,是整个微型计算机的核心,也称微处理器。 微处理器的主要功能部件有 (1)运算器,也称算术逻辑部件(ALU):用来进行算术和逻辑运算。 (2)控制器:整个系统的指挥控制部件从内存中取出指令、翻译指
14、令并调动运算器及其它部件完成相应操作。 (3)寄存器:包括程序计数器、指令寄存器、累加器、地址寄存器、数据寄存器、通用寄存器等。,1,存储器(Memory),记忆部件:存储程序和数据。 存储器分级配置 内存:由半导体存储器组成,读写速度快; 外存:如硬盘、软盘等,容量大,读写速度慢 程序在外存存放,执行时调入内存。,1,总线(Bus),计算机各部分之间传送信息的公共通道。 各部件分时复用总线。 在某一时刻,只能有一个部件向总线发送数据,否则形成总线冲突。 可有多个部件从总线接收数据。 总线结构降低了部件之间连线数量,提高可靠性;但数据交换速度降低。 总线按传递信息的内容分为: 数据总线(Data Bus -DB) -双向 地址总线(Address Bus-AB)-单向 控制总线(Control BusCB)-双向,1,计算机基本结构,微型计算机的功能模块,1,微型计算机数的编码,位 ( Bit) 指计算机能表示的
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