第1章 微型计算机概论

1、第第1 1章章 微型计算机概论微型计算机概论第1章 微型计算机概论1.1 微型计算机概述1.2 微型计算机系统组成 1.3 微机的主要性能指标及应用 第第1 1章章 微型计算机概论微型计算机概论1.1 微型计算机概述1.1.1 微型计算机发展概况 20世纪40年代，由美国宾夕法尼亚大学莫克利和埃克特领导的研究小组，研制成功了世界上第一台电子计算机ENIAC(Electronic Numerical Integrator Computer)。 ENIAC由17486个电子管、1500个继电器、7万个电阻器、1万个电容器和6千个开关组成。每秒钟能只能进行5000次加法运算或者400次乘法运算，仅相

2、当于一个电子数字积分计算机。第第1 1章章 微型计算机概论微型计算机概论ENIAC的研制背景：第二次世界大战火炮射击表火炮射击表l美国军方要求弹道研究院每天提供六张射击表l200多名计算员花两个多月的时间才可完成一张射击表第第1 1章章 微型计算机概论微型计算机概论冯诺依曼计算机结构1945年，冯诺依曼发表了一份长达101页的报告， 即著名的“关于EDVAC的报告草案”。报告提出 的体系结构一直延续至今，即冯诺伊曼结构。 计算机应由运算器、控制器、计算机应由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备存储器、输入设备和输出设备共共 5个部分个部分组成组成； 数据和程序数据和程序 均以均以二进制代

3、码二进制代码形式不加区别形式不加区别 地存放在存储器地存放在存储器中，存放位置中，存放位置 由存储器的地址由存储器的地址指定指定； 计算机在工作时能够计算机在工作时能够自动自动地地从存储器中从存储器中取出指令取出指令加以执行加以执行；3 微型计算机原理“现代电子计算机之父”冯诺依曼美籍匈牙利数学家1926年（22岁），获匈牙利布达佩斯大学数学博士学位1931年（28岁），成为普林斯顿大学终身教授1933年，转入普林斯顿高等研究院19511953年，任美国数学会主席约翰冯诺依曼1954年，任美国原子能委员会委员 John Von Neumann1944年博弈论与经济行为190319571945年

4、“关于EDVAC的报告草案”第第1 1章章 微型计算机概论微型计算机概论1.1.1 微型计算机发展概况（续1） 冯诺依曼提出了在数字计算机内部的存储器中存放程序的概念，这是所有现代电子计算机的模板，被称“冯 诺依曼结构”。冯诺依曼计算机的基本特点： (1) 计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五部分组成。 (2) 采用存储程序的方式，程序和数据放在同一个存储器中，指令和数据可以送到运算器中运算，即由指令组成的程序是可以修改的。 (3) 数据以二进制码表示。 (4) 指令按顺序执行。第第1 1章章 微型计算机概论微型计算机概论冯诺依曼计算机结构图示冯 诺依曼计算机结构由运算器、控制

5、器 、 存储器、输入设备、输出设备五部分组成。运算器运算器控制器控制器输入设备输入设备输出设备输出设备存储器存储器数据数据程序和程序和数据输入数据输入地址地址指令指令结果输出结果输出5 微型计算机原理冯诺依曼计算机结构控制器结果输出地址指令运算器数据存储器命令输出设备状态输入设备命令和应答程序和数据输入 状态和请求命令和应答状态和请求第第1 1章章 微型计算机概论微型计算机概论1.1.1 微型计算机发展概况（续2） 随着集成电路技术的发展，微处理器得到了飞速发展。 第一代：4位和低档8位微处理器 400440408008 第二代：中高档8位微处理器 8080、MC6800 、Z-80 、650

6、2 第三代：16位微处理器 80868088 80286 、MC68000 、Z8000第第1 1章章 微型计算机概论微型计算机概论1.1.1 微型计算机发展概况（续3） 第四代：32位微处理器 MC68020、80386 80486 Pentium系列 第五代：64位微处理器 Itanium、64位RISC微处理器芯片第第1 1章章 微型计算机概论微型计算机概论1.1.2 微型计算机的特点 微型计算机除了具有一般电子数字计算机的运算速度快、计算精度高和通用性强等常规功能外，还具有如下特点： (1) 可靠性高，对环境适应能力强。 (2)体积小、重量轻、耗电省 。 (3)性价比高 。 (4)结构

7、简单、设计灵活、适应性强 。 (5)维护方便 。 第第1 1章章 微型计算机概论微型计算机概论1.1.3 微型计算机的分类 按组织结构和规模分： 单片机、单板机、个人计算机、笔记本电脑、掌上电脑 按微处理器位数分： 4位机、8位机、16位机、32位机、64位机。 按应用范围和表现形式分： 通用计算机、专用计算机第第1 1章章 微型计算机概论微型计算机概论超级计算机世界500强1993年年2011年国家分布年国家分布3.日本：日本：30台台4.英国：英国：27台台1.美国：美国：263台台2.中国：中国：74台台6.德国：德国：20台台5.法国：法国：23

8、台台2011年年11月榜单月榜单第第1 1章章 微型计算机概论微型计算机概论世界上第一个商业微处理器Intel 4004 微处理器1971年诞生面积：4.2mm3.2mm制造工艺：10微米晶体管数量：2250主频：最高740KHz字长：4位与4001/4002/4003 共同构成了芯片组： MCS-4（Micro Computer Set）为日本Busicom公司的计算器而研制第第1 1章章 微型计算机概论微型计算机概论基于Intel4004的产品基于基于4004的计算器的计算器Busicom 141-PF（1971年）年）Busicom LE-120A电路板电路板4003移位寄存器移位寄存器

9、(I/O)4004微处理微处理器器4001只读存储器只读存储器(ROM)4002随机存储器随机存储器(RAM)第第1 1章章 微型计算机概论微型计算机概论1970年代的微处理器1972年，Intel推出8008微处理器1974年，Intel推出8080微处理器1976年，Zilog推出Z80微处理器1978 年，Intel 推出了首款16位微处理器8086，及其简化版80881970年代中期，微处理器的优势已经被业内人士所认同，RCA（美国无 线电公司）、Honeywell、Fairchild、NI、AMD、Motorola 以及 Zilog 等大批公司进入这一领域，竞争日益激烈。第第1 1章

10、章 微型计算机概论微型计算机概论微型计算机的早期代表：IBM PC1981年，IBM PC 5150诞生售价约1600美元Intel 8088 CPU，主频4.77MHz，内存16KB因开放性架构逐渐成为个人计算机的制造标准第第1 1章章 微型计算机概论微型计算机概论IBM PC的兴衰1984年，IBM税后净收益65.8亿美元1985年，IBM占据全球PC市场份额的80 1991年，IBM亏损28.6亿美元1992年，IBM亏损49.7亿美元 2005年，联想以17.5亿美元 收购了IBM的全球PC业务第第1 1章章 微型计算机概论微型计算机概论第一台微型计算机：Altair爱德华爱德华罗伯茨

11、罗伯茨Edward Roberts19422010Altair 8800l包含两块集成电路， Intel 8080微处理器和一块256字节的存储器l面板上的8个手动开关和几排小灯泡作为输入和输出1974年，微型仪器与自动测量系统公司（简称 MITS公司）出品，每台售价397美元。1975年，全部2000台销售一空。第第1 1章章 微型计算机概论微型计算机概论“苹果”的传奇史蒂夫沃兹尼亚克史蒂夫乔布斯1975年，Apple I第第1 1章章 微型计算机概论微型计算机概论微型计算机的早期代表：Apple II1977年，苹果电脑Apple II问世售价约1300美元摩托罗拉6502 CPU，主频1

12、MHz，内存4KB19801990年代美国教育系统电脑的实际标准VisiCalc电子表格软件第第1 1章章 微型计算机概论微型计算机概论史蒂夫乔布斯（1955.2.242011.10.5）2010iPad2007iPhone1984Macintosh1991年，年，Steven Jobs和和Bill Gates 在交谈在交谈第第1 1章章 微型计算机概论微型计算机概论当前微型计算机的主要形态及衍生服务器台式机笔记本平板电脑智能手机嵌入式微机第第1 1章章 微型计算机概论微型计算机概论1.2 微型计算机系统组成 从系统组成来的观点来看，微型计算机系统通常由硬件系统和软件软件系统两大部分组成，其组

13、成 框图如图1-1 。图1-1 计算机系统的基本组成第第1 1章章 微型计算机概论微型计算机概论1.2.1 微型计算机的硬件系统 微型计算机的硬件系统以微处理器为核心，配以内存储器以及输入输出（I/O）接口和相应的辅助电路而构成，采用总线结构来实现相互之间的信息传递。图1-2为典型的微型计算机硬件系统的构成框图。第第1 1章章 微型计算机概论微型计算机概论1.2.1 微型计算机的硬件系统（续1） 微处理器 微处理器的全部电路集成在一块大规模集成电路中。它包括运算器（ALU）、寄存器组、控制器，这3个基本部分由内部总线连接在一起。微处理器把一些信号通过寄存器或缓冲器送到集成电路的引线上，以便与外

14、部的微机总线相连接。其内部结构如图1-3所示。 图1-3 微处理器内部结构图第第1 1章章 微型计算机概论微型计算机概论1.2.1 微型计算机的硬件系统（续2） 存储器 微存储器是微机中重要的组成部分，它用来存放和记忆程序和数据的装置。显然，存储器的容量越大，能记忆的信息越多，计算机的功能就越强。 微机上的存储器分为“内部存储器”和“外部存储器”两类。内部存储器位于主机的内部的电路板上，用于暂时存放程序和数据，CPU可以通过总线直接访问，通常造价高、速度快，但是容量小；外部存储器位于主机外部，用于存放大量的信息，如暂不运行的程序和暂不处理的数据，CPU要通过I/O接口进行访问，通常造价低、容量

15、大、数据可以长期保存，但是速度慢。30 微型计算机原理存储器基本结构地址的位数由控制器地址线的位数确定每个存储单元中内容的位数由设计计算机时对存储器的编址方法确定第第1 1章章 微型计算机概论微型计算机概论1.2.1 微型计算机的硬件系统（续3） I/0设备和I/O接口 I/O设备是指微机上配备的输入/输出设备，也称为外部设备或外围设备（简称外设），它主要为微机提供具体的输入/输出手段。输入设备是微机系统用来接受信息的部件，目前常见的有键盘、鼠标、摄像头、扫描仪等。输出设备的种类比较多，常用的有显示器、打印机语音输出装置等。 由于各种外设的工作速度、驱动方法各异，不能直接将它们简单的连接到总线

16、与CPU进行连接。因此，需要一个接口部件，来完成它们之间的速度匹配、信号变换、与CPU联络等工作。这部分电路被称为I/O接口电路，简称I/O接口。 38 微型计算机原理4.输入设备输入设备用来输入数据和程序的装置其功能是将外界的信息转换成机内的表示形式并传送到计算机内部常见输入设备有键盘、鼠标、图形数字化仪、图像扫描仪等39 微型计算机原理5.输出设备输出设备用来输出数据和程序的装置其功能是将计算机内的数据和程序转换成人们所需要的形式并传送到计算机外部常见的输出设备有显示器、打印机、绘图机等第第1 1章章 微型计算机概论微型计算机概论1.2.1 微型计算机的硬件系统（续4） 系统总线 系统总线

17、是微机中各种部件之间传递信息的一组公共数据传输线路。通常把CPU芯片内部的总线称为内部总线，而连接系统各部件间的总线称为外部总线或称为系统总线。 数据总线(DB)：用于CPU与内存或I/O接口之间的数据传递。 地址总线(AB)：用于传送存储单元或I/O接口的地址信息。 控制总线(CB)：传送控制器的各种控制信息。 地址总线（ Address Bus，简称AB或ABus） 数据总线（Data Bus，简称DB或DBus） 控制总线（Control Bus，简称CB或CBus） CPU9 微型计算机原理微型计算机的基本结构微型计算机的基本结构微处理器存储器I/O接口外设地址总线AB数据总线DB单向

18、双向控制总线CB双向第第1 1章章 微型计算机概论微型计算机概论1.2.2 微型计算机的软件系统 微机的软件系统由系统软件、应用软件和支撑软件组成。 系统软件：它是一类对计算机系统本身进行管理与控制的软件，它提供用户使用计算机操作环境以及应用软件的运行环境。如：Windows XP 、 Windows 7 、 Windows 8等。 运用软件：它是指用户利用计算机以及计算机所提供的各种系统软件，开发解决各种实际问题的程序。如：绘图软件AutoCAD 、图像处理软件Photoshop 、QQ游戏平台等。 支撑软件：传支撑各种软件的开发与维护的软件，又称为软件开发环境。如：Web Sphere 、Studio.NET等。第第1 1章章 微型计算机概论微型计算机概论1.3 微型计算机的主要性能指标及应用1.3.1 微型计算机的主要性能指标 字长：微机的字长是指微处理器内部一次可以并行处理二进制代码的位数 ，它一般决定于微机的通用寄存器、内存储器、ALU的位数和数据总线的宽度。字长