chp11上海交通大学微机原理电子教案

1、（二）信息产业成为信息社会的主干产业或战略性产业信息社会的标志之一：信息社会中信息经济占GDP总值和信息产业就业人数占全社会总人数均超过50%信息化社会始于1956年，其标志为：（1）美国从事技术，管理等的白领在人数和产值上都超过直接从事生产的蓝领。人类历史上第一次。（2）1957年前苏联发射第一颗人造卫星，开启了全球信息革命。（三）信息技术成为信息产业发展的技术支撑和社会发展的动力六大关键技术：信息技术 新能源技术新材料技术 空间技术 海洋技术 生物技术现代信息技术：感测技术计算机技术通信技术控制技术多媒体技术（四）信息网络成为信息社会的重要基础设施农业社会基础：耕地，犁和牲畜工业社会基础：

2、发动机，燃料信息社会基础：计算机，互联网信息网络:信息高速公路（information highway) 是国家信息基础设施的形象比喻。信息网络产生及发展的背景：1991 美国原参议员戈尔提出“国家高 性能计算机法案”，提出建设高宽带 国家研究教育网络（NREN），并 将此网络作为美国经济发展的基础 设施。1992 克林顿，戈尔把信息高速公路作 为竞选纲领中重要的内容。1993 克林顿政府向世界宣布了美国信 息高速公路计划。1994 在布宜诺斯艾利斯国际电信联 盟世界会议上，美国副总统戈尔提 出了GII设想（全球信息基础结构）1995 美国政府在布鲁塞尔北约总部 正式提出了“全球信息基础设施计

3、 划”。在世界上引起了强烈反响。 此后的5，6年世界上掀起了第一代互联网的织网运动。 第一代互联网缺点：资源分配不均 IP地址共有20亿个 速度不够快 21世纪初世界上又提出建立发展新一代互联网，以增加资源提高速度。 第二代互联网特点： 资源充沛地球上每粒沙都能分到一个IP地址 速度是现网的1000-10000倍 核心技术变了操作系统也将改变，铺设的光纤仍可使用。2002.8国家计委会负责人在沪宣布： 十五期间大力发展“下一代互联网”技术。 目标为：与世界同步，不受制于人互联网技术：网格技术 清华，北大和中科院已经联合承建中国中国高速互联研究试验网，并实现了与国际下一代互联网的连接。 上海以交

4、大为代表已投入新的织网运动。 计划换网时间：3-5年。 网格是什么？ 网格功能是什么？ 网格如何使用？ 网格将带来什么？美国计算网格项目的领导人之一伊安福斯特：“网格是构筑在互联网上的一组新兴技术，它将高速互联网、计算机、大型数据库、传感器、远程设备等融为一体，为科技人员和普通老百姓提供更多的资源、功能和服务。互联网主要为人们提供电子邮件、网页浏览等通信功能，而网格的功能则更多更强，它能让人们共享计算、存储和其他资源。” 中国科学院计算所所长李国杰院士：网格实际上是继传统因特网、万维网之后的第三代因特网应用。传统因特网实现了计算机硬件的联通，万维网实现了网页的联通，而网格试图实现互联网上所有资

5、源的全面联通，包括计算资源、存储资源、通信资源、软件资源、信息资源、知识资源等等，最终实现网络虚拟环境上的资源共享和协同工作，消除信息孤岛和资源孤岛。曙光公司首席科学家孙凝晖博士：目前对网格尚无确切的定义，如果作一个简单的比喻，就像今天的电力网格一样，人们只要把电器的插头插上就可以方便地用电，网格的目的就是将计算能力和信息资源像电力一样方便地送到每一个用户。网格是未来信息技术和产业发展的大趋势，将极大地改变我们的生活和工作。美国福布斯杂志预言： 由网格引发的信息技术的下一波大浪潮将在20042005年度出现，并造就15年的黄金时代。到2020年，由此产生的互联网将成长为一个年产值20万亿美元的

6、大工业，这个数字是2000年全球信息产业产值的20倍。1-1 微型计算机和微处理器发展概况微型计算机和微处理器发展概况世界上第一台电子计算机：世界上第一台电子计算机：ENIAC(Electronic Numerical integraterAnd computer) 美国陆军委托宾夕法尼亚洲立大美国陆军委托宾夕法尼亚洲立大学学1943-1946年研制。年研制。ENIAC： 是一台无程序存储器采用十进制运是一台无程序存储器采用十进制运算的计算机。算的计算机。其先天不足决定没有发展前途。其先天不足决定没有发展前途。冯.诺依曼(Von Neumenn)于20世纪40年代末研制了EDVAC计算机EDV

7、AC(电子离散变量自动计算机）电子离散变量自动计算机） Electronic discrete Variable Automatic Computer冯冯.诺依曼计算机结构特点：诺依曼计算机结构特点：(1)计算机有运算器，控制器，存储器，计算机有运算器，控制器，存储器，输入器和输出器五个部分；输入器和输出器五个部分；(2)程序和数据存于统一编制的存储器中；程序和数据存于统一编制的存储器中；(3)采用二进制码运算。采用二进制码运算。提出了程序存储程序控制的概念。提出了程序存储程序控制的概念。存 储 器运 算 器控 制 器输入设备输出设备冯冯.诺依曼计算机结构诺依曼计算机结构第一代第一代 电子管计

8、算机时代（电子管计算机时代（1946-1957） 基本器件：电子管，磁鼓做内存基本器件：电子管，磁鼓做内存 应用对象：军事和国防尖端技术应用对象：军事和国防尖端技术 计算机技术的研究奠定了今后发展计算机技术的研究奠定了今后发展 基础基础第二代第二代 晶体管计算机时代（晶体管计算机时代（1958-1964）基本器件：晶体管，磁芯作内存基本器件：晶体管，磁芯作内存磁带作外存。磁带作外存。应用：扩大到气象，工程数据处应用：扩大到气象，工程数据处理等科研领域。理等科研领域。体积功耗和可靠性指标大大提高体积功耗和可靠性指标大大提高价格下降。价格下降。第三代 中小规模集成电路计算机 时代（1965-197

9、2）n基本器件：中小规模集成电路（一片几十基本器件：中小规模集成电路（一片几十个门），半导体存储器作内存。个门），半导体存储器作内存。n应用：科学计算，数据处理和实时处理等应用：科学计算，数据处理和实时处理等领域广泛应用。领域广泛应用。n体积功耗越来越小，功能越来越强，速度体积功耗越来越小，功能越来越强，速度越来越快，技术越来越完善，价格越来越越来越快，技术越来越完善，价格越来越低。计算机总体性能大大提高。低。计算机总体性能大大提高。计算机向系列化，标准化，通用化发展计算机向系列化，标准化，通用化发展IBM已成为计算机行业领头羊：已成为计算机行业领头羊：IBM360计算机平均速度达到百万次计算

10、机平均速度达到百万次/每秒每秒第四代 大规模集成电路计算机 时代（1970开始至今）n基本器件：大规模集成电路，集成度按著基本器件：大规模集成电路，集成度按著名的名的摩尔定律摩尔定律迅速发展。半导体存储器取迅速发展。半导体存储器取代了磁芯存储器。代了磁芯存储器。摩尔定律：由英特尔的共同创办摩尔定律：由英特尔的共同创办人人 Gordon Moore 在在1965年提出。年提出。Moore定律的内容为：随着技术的定律的内容为：随着技术的发展，每发展，每18到到24个月，相同空间内个月，相同空间内的晶体管数量就会增加一倍。的晶体管数量就会增加一倍。第五代 未来新一代计算机科学家构想的“智能计算机”1

11、-2微型计算机的类型微型计算机的类型按数据总线位数分按数据总线位数分:4位机位机,8 位机位机,16位机位机,32位机位机,64位机位机按组装形式和系统规模划分：按组装形式和系统规模划分：单片机，单板机，单片机，单板机，PC机，微巨型机机，微巨型机1-3微型计算机的特点和应用微型计算机的特点和应用采用采用LSI、VLSI，故具有下列特点：，故具有下列特点： 体积小，功耗低，可靠性好，性价比高体积小，功耗低，可靠性好，性价比高微型计算机的应用：微型计算机的应用：科学计算，信息处理，计算机过程控制，科学计算，信息处理，计算机过程控制，智能仪器，计算机通信，家用电器，智能仪器，计算机通信，家用电器，

12、CAD、CAM、CAI等各个领域等各个领域1-4微型计算机的基本结构微型计算机的基本结构微微 处处 理理 器器 基基 本本 结结 构构8位机的标志寄存器标志位设置位机的标志寄存器标志位设置: C CD QDB一位寄存器与一位寄存器与DB的连接的连接控制器控制器微操作控制部件（微操作控制部件（CON） 微操作控制部件的主要功能，是根据指微操作控制部件的主要功能，是根据指令产生计算机各部件所需要的控制信号。它令产生计算机各部件所需要的控制信号。它按一定的时间顺序发出一系列微操作控制信按一定的时间顺序发出一系列微操作控制信号，以完成指令所规定的全部操作号，以完成指令所规定的全部操作微操作控制部件实现

13、方式：微操作控制部件实现方式： 组合逻辑控制组合逻辑控制 微程序控制微程序控制 可编程序逻辑阵列控制。可编程序逻辑阵列控制。例：例：8080微处理器指令操作举例。微处理器指令操作举例。注:T1T5为时钟栈顶栈顶SP空单元堆堆栈栈区区栈地址增长方向：栈地址增长方向： 由高到低由高到低0000HFFFFH栈低栈低ALAHALAHSP-2SPSPSP+2堆栈操作例：（8086）PUSH AX POP AX(data bus)(address bus)(address bus)AB(address bus)DB(data bus)CB(control bus)CPU(P)(P)ROMRAMI/O端口端

14、口外设外设I/O bus微微 型型 机机 计计 算算 机机 结结 构构微微 型型 机机 计计 算算 机机 系系 统统 结结 构构系统系统软件软件CCCSCSAB地址总线：地址总线：单向单向,位数取决于位数取决于CPU直接寻址内存直接寻址内存范围。范围。8位机位机 64KB，16根地址线根地址线16位机位机 1MB， 20根地址线根地址线32位机位机 1MMB， 32根地址线根地址线DB数据总线：数据总线：双向结构。宽度取决于双向结构。宽度取决于CPU位数。位数。数据：运算数据、指令代码、状态量、数据：运算数据、指令代码、状态量、 控制量控制量CB控制总线：控制总线：输入输入/输出。输出。功能：传输功能：传输M 、 I/O的读写、中断请求的读写、中断请求 /响应等状态控制信息。响应等状态控制信息。微型计算机系统微型计算机系统=微型计算机微型计算机+I/O总