第1章 计算机系统概述 微型计算机原理(第三版)课件

微型计算机原理微型计算机原理

1.1计算机的发展1.2计算机的分类及应用

1.3计算机的基本构成

1.4微型计算机的基本构成

1.5微型计算机的工作过程

1.6计算机的性能指标1.1计算机的发展1.2计算机的分类及应用1.微型计算机（电子计算机的一种）微型计算机简称“微型机”、“微机”，由于其具备人脑的某些功能，所以也称其为“微电脑”。微型计算机是由大规模集成电路组成的、体积较小的电子计算机。它是以微处理器为基础，配以内存储器及输入输出(I/0)接口电路和相应的辅助电路而构成的裸机。微型计算机（电子计算机的一种）微型计算机的特点是体积小、灵活性大、价格便宜、使用方便。把微型计算机集成在一个芯片上即构成单片微型计算机(SingleChipMicrocomputer)。由微型计算机配以相应的外围设备（如打印机）及其他专用电路、电源、面板、机架以及足够的软件构成的系统叫做微型计算机系统(MicrocomputerSystem)（即通常说的电脑）。微型计算机的特点是体积小、灵活性大、价格便宜、使用方便。10世纪，早期的计算工具——算盘。

17世纪，出现计算尺，随后出现机械式、机电式、电动式计算仪器。1642年，法国发明实现十进制加减运算的机械式计算机。

20世纪40年代，德国采用继电器制造机电式计算机。

这些类型计算机的出现，为电子数字计算机的发展奠定了基础。1.1计算机的发展10世纪，早期的计算工具——算盘。17世纪，出1946年由美国宾夕法尼亚大学研制的ENIACElectronicNumericalIntegratorAndCalculator第一台电子数字积分计算机重达30吨占地170m218000个电子管1500个继电器耗电150kW1.1.1电子数字计算机的发展1946年由美国宾夕法尼亚大学研制的ENIACElectroENIAC与现代微型机的比较：ENIAC掌上电脑

PC机笔记本电脑缺点：存储容量小（20个字长为10位的十进制数）；用线路连接的方法来编排程序。ENIAC与现代微型机的比较：ENIAC掌上电脑PC机1.冯·诺依曼计算机结构

（1）计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部件构成。

（2）采用存储程序的方式，将程序和数据放在同一存储器中，参加运算。（3）采用二进制码表示数据和指令。（4）指令由操作码和地址码组成。

（5）以运算器为中心，输入输出设备与存储器间的数据传送都通过运算器。1.冯·诺依曼计算机结构（1）计算机由运算器、控制时间器件图片软件存储信息应用46－58电子管机器、汇编语言磁鼓、延时线科学计算58－64晶体管高级语言磁芯数据处理、工业控制64－71集成电路操作系统磁芯文字、图形处理71－今大规模集成电路数据库、网络等半导体社会的各个领域2.电子数字计算机的发展的四个阶段

时间器件图片软件存储信息应用46－58电子管机器、汇编语言第五代计算机设想：

（3）知识库管理功能。要求能完成知识获取、检索和更新等功能。

（2）解题推理功能。根据自身存储的知识进行推理，具有问题求解和学习的功能。

（1）智能接口功能。能自动识别自然语言、图形、图象。即有语音识别、视觉、感知、理解功能。

1981年日本提出实现智能计算机，但没有取得预期的结果。美国也有多家公司推出智能计算机。一般要求智能计算机具有下列功能：第五代计算机设想：（3）知识库管理功能。要求能完成知识

微型机的发展是以微处理器的发展为表征的，以微处理器为中心的微型机是电子计算机的第四代产品。微处理器自1971年诞生以来，发展迅猛，每2～3年就更换一代。微型计算机指采用超大规模集成电路，形成体积小、重量轻、功能强、耗电少的计算机系统。微型计算机电子计算机技术超大规模集成电路工艺技术结晶1.1.2微型计算机的发展

微型机的发展是以微处理器的发展为表征的，以微处理器为根据微处理器的发展可把微型机的发展分为4个阶段：代次微处理器（字长）工艺/集成度执行速度(MIPS)时钟频率(MHz)代表产品第一代71～73年4位机和低档8位机PMOS/22500.06<1MCS-4,MCS-84004，8008第二代74～77年高性能8位机NMOS/>22500.75<4Intel8080,8085M6800,Z80第三代78～84年16位机HMOS/13万1.54~10Intel8086,80286M68000,Z8000第四代85～至今32位机0.09μm/315万11216~3GIntel8386,80486Pentium,Ⅱ,Ⅲ，4

另外，2004年，AMD推出了64位机

2005年，Intel推出双核处理器。根据微处理器的发展可把微型机的发展分为4个阶段：代次微处理器IntelCPU的发展：Intel4004Intel8086Intel80286(16bit)Intel80386(32bit)Intel80486IntelCPU的发展：Intel4004Intel8PentiumPentium4PentiumIIIPentiumIIPentiumPentium4PentiumIIIPen

1958年我国第一台电子计算机（103机）在北京诞生;

1959年研制成大型通用电子管计算机（104机）;

1960年研制成第一台自己设计的通用电子管计算机（107机）;

1964年我国开始推出第一批晶体管计算机。其运算速度为10～20万次每秒。

1971年研制成第三代集成电路计算机。1974年后DJS-130晶体管计算机形成了小批量生产。1.1.3我国计算机的发展概况

1958年我国第一台电子计算机（103机）在北京诞生;

1982年采用大、中规模集成电路研制成16位的DJS-150机。

1983年国防科技大学推出向量运算速度达一亿次的银河I巨型计算机。1992年向量运算速度达10亿次的银河Ⅱ投入运行。1997年银河Ⅲ投入运行，速度为130亿次每秒，内存容量为9.15GB。

1999年具有世界水平的大规模并行计算机系统神威I号研制成功，其最高运算速度达每秒3840亿次浮点运算。

2002年，国内第一台万亿次超级计算机——联想深腾诞生。1982年采用大、中规模集成电路研制成16位的DJS-1.按信息的表示形式和处理方式分类数字计算机：

处理离散的、数字化的信息模拟计算机：处理连续变化的模拟量信息数字模拟混合计算机：处理的信息既有数字量又有模拟量通常所说的计算机都指的是数字计算机。1.2计算机的分类及应用

1.2.1计算机的分类1.按信息的表示形式和处理方式分类数字计算机：处理离散的2.按用途分类：

通用计算机

：专用计算机：功能齐全、通用性强；功能单一、可靠性高，作为军事、工业控制等方面的专用设备；一般所讲的计算机都是通用计算机。3.按计算机的规模分类：

巨型机、大型机、中型机、小型机和微型机。

2.按用途分类：通用计算机：专用计算机：功能齐全、通1.按微处理器的位数分类

2.按组装形式和系统规模分类个人计算机（PC机）8位机、16位机、32位机、64位机单片机单板机将微型机的主要部件集成在一片大规模集成电路芯片上形成的计算机。

将微处理器、存储器、输入输出接口、简单外设等部件安装在一块印刷电路板上构成的计算机。

将一块主机板和若干接口卡、外部存储器、电源等部件组装在一个机箱内，并配置显示器、键盘等外部设备和系统软件构成的计算机系统。

1.2.2微型机的分类

1.按微处理器的位数分类2.按组装形式和系统规模分类1）科学计算：计算机应用最早也是最成熟的领域2）数据处理：最广泛的应用3）过程控制：生产过程自动控制4）计算机辅助系统：CAD：计算机辅助设计

CAM：计算机辅助制造

CAI：计算机辅助教学5）人工智能：机器人、医疗诊断专家系统6）信息通信：计算机网络，资源共享和数据传输1.2.3计算机的应用

1）科学计算：计算机应用最早也是最成熟的领域1.2.3计1.3计算机的基本构成

1.3.1计算机的基本硬件结构存储器运算器控制器输出设备程序数据结果输入设备CPU计算机硬件是指构成计算机的所有物理部件的集合。

数字计算机由五大部分构成

1.3计算机的基本构成1.3.1计算机的基本硬件结1．控制器

控制器是计算机的控制中枢，发出各种操作命令和控制信息，控制各部件协调工作。2．运算器运算器对信息或数据进行处理和运算，完成算术运算和逻辑运算。3．存储器存储器用来存储程序和数据，是计算机各种信息的存储和交流的中心。4．输入设备输入设备用于输入原始数据和程序等信息。常用的输入设备有键盘、鼠标等。5．输出设备输出设备用于输出计算结果和有用信息。常用输出设备有显示器、打印机、绘图仪等。磁盘既是输入设备也是输出设备。1．控制器控制器是计算机的控制中枢，发出各种操作命令和控制（3）运算器和控制器合在一起称为中央处理单元——CPU(CentralProcessingUnit)。注：（1）存储器有很多存储单元，每个存储单元存放一个数据。为区分不同的存储单元，为每个存储单元进行编号，这个编号就称为存储单元的地址。

（2）输入设备和输出设备常合称为输入/输出设备，简称I/O（Input/Output）设备。（3）运算器和控制器合在一起称为中央处理单元——CPU(Ce1.3.2计算机软件系统

软件系统包括系统软件、应用软件两大类

软件系统

系统软件

应用软件

操作系统编辑程序诊断程序

语言处理程序

调试程序数据库管理系统装配连接程序通用软件实用软件用户程序

汇编程序编译程序解释程序计算机软件指各类程序和文档资料的总和。

1.3.2计算机软件系统软件系统包括系统软件、应用应用软件是为解决一些具体问题而编制的程序。一类是由软件公司和计算机公司开发的通用软件、实用软件。另一类是用户为解决各种实际问题而开发的用户程序。1．系统软件2．应用软件操作系统是系统软件的核心，是计算机必须配置的软件。

程序设计语言处理程序功能是将用各种高级语言编写的程序翻译成机器能识别的二进制代码，这样计算机才能执行。

系统软件的作用是管理、调度、监控、维护计算机。监控、调试、诊断程序是计算机的支持软件，用于维护计算机系统。应用软件是为解决一些具体问题而编制的程序。一类是由软件公司和1.3.3计算机系统的层次结构

1．计算机语言

机器语言:计算机能识别并直接执行的是一系列由二进制代码编写的指令。汇编语言:用助记符表示机器指令，来编写程序。汇编语言程序

机器语言程序汇编程序

目标程序

源程序转换

★汇编语言程序转换成机器语言程序的过程：运行程序

1.3.3计算机系统的层次结构1．计算机语言机器语言是一种面向问题的语言，与自然语言相近，与计算机的种类无关。

高级语言程序的转换过程：

高级语言程序

编译程序或解释程序

转换

机器语言程序运行程序源程序目标程序

高级语言：高级语言程序（源程序）同样必须转换为机器语言程序（目标程序）才能执行。

是一种面向问题的语言，与自然语言相近，与计算机的种类无关。上述转换过程分两种方式：编译方式解释方式将用户编写的源程序中全部语句转化（翻译）成机器语言程序后，再执行机器语言程序。只要源程序不变，每次运行不需再翻译，可直接运行，但源程序若有任何修改，都要重新经过编译。将用户编写的源程序的一条语句翻译成机器语言后，立即执行它，且不保留机器语言，然后，再翻译下一条语句，如此重复，直到程序结束。它的特点是翻译一次只能执行一次，当第二次重复执行时，又要重新翻译，因而效率较低。上述转换过程分两种方式：编译方式解释方式将用户编写的源程序中2．计算机系统的层次结构

计算机系统的多级层次结构如下图所示：高级语言虚拟机M4

高级语言程序经编译形成汇编语言或中间语言程序，而后在M3上运行。汇编语言虚拟机M3

汇编语言程序先翻译成机器语言或操作系统语言，而后在M2上运行。操作系统虚拟机M2

一般用机器语言解释操作系统语言。实际机器M1

直接由硬件执行2．计算机系统的层次结构计算机系统的多级层次结构如下图所示1.4微型计算机的基本构成

1.4.1微型计算机系统组成

微型计算机系统硬件系统软件系统是机器部分，即所有硬设备的集合。是控制系统完成操作任务的程序系统。1.4微型计算机的基本构成1.4.1微型计算机系统微型机系统的组成关系算术逻辑部件寄存器组控制部件内部总线微处理器CPU(MP)存储器(RAM、ROM)I/O接口系统总线微型计算机MCI/O设备（外围设备）系统软件微型计算机系统MCS微型机系统的组成关系算术逻辑部件寄存器组控制部件内部总线微1.4.2微型计算机的典型结构

系统总线(Bus)连接各部件，进行信息相互传送的一组公共的传输线。按传输的信息类别可将系统总线分为三组总线：地址总线AB(AddressBus)数据总线DB(DataBus)控制总线CB(ControlBus)各部件之间通过这三组总线连接起来。

系统总线1.4.2微型计算机的典型结构系统总线(Bus)连接各微型计算机的典型硬件结构

微处理器CPUAB(地址总线)RAMROMI/O接口I/O接口······CB(控制总线)DB(数据总线)微型计算机的典型硬件结构AB(地址总线)I/OI/O···

用来传送控制和状态信息，如读信号、写信号、中断信号等。有的是CPU到存储器和外设接口的控制信号，有的是外设到CPU的信号。既有输入线又有输出线，但每条线一般是单向的。地址总线AB

是传送地址信息的一组单向总线。它把CPU要访问的外部单元地址送到存储器或I/O口。数据总线DB

是传送数据信息的双向总线。数据在CPU与存储器及CPU与I/O接口间传送，即可取出又可存入，故数据总线是双向的。控制总线CB用来传送控制和状态信息，如读信号、写信号、中断信号1.4.3微型机的典型配置

微型机硬件系统主机外部设备主板I/O接口卡电源机箱等键盘鼠标器显示器软盘驱动器硬盘驱动器光盘驱动器打印机等1.4.3微型机的典型配置微型机硬件系统主机外部设备主1.主板

微机的主板又称系统板或母板，微机的大部分功能芯片都装在这块印制电路板上，其组成如下图所示。

晶振及时钟微处理器ROMBIOS内存（DRAM）CMOSRAM

高速缓存(Cache)

总线插槽

外设接口集成芯片组

扬声器接口

键盘及鼠标接口

1.主板微机的主板又称系统板或母板，微机的大部分

微处理器是主板的核心部件

。不同类型的微处理器构成不同性能的主板。

微处理器：时钟：

处理器的时钟，一般由片外的时钟电路供给，由时钟发生器对一定频率的石英晶体经过分频后得到。ROMBIOS：

主板上配置了一片称为固件的只读存储器（ROM）芯片，内部固化了自检程序、基本输入/输出控制程序（基本输入输出系统BIOS）、系统配置程序等，称为ROMBIOS。

微处理器是主板的核心部件。不同类型的微处理器构成不高速缓存：

微处理器和DRAM之间加入了一层速度接近CPU、容量较小的随机存储器，作为高速缓冲存储器（Cache）。

CMOSRAM：内存：

微机系统的内存又叫主存，要求容量大、成本低、速度快。目前主要采用动态随机存储器（DRAM）作为内存。

是一种低功耗的半导体存储器。存放设置参数。高速缓存：微处理器和DRAM之间加入了一层速度接近总线插槽：

主板上用于插接I/O接口卡的插槽。通过这些插槽可将外设I/O卡连接到系统总线上，并通过I/O接口卡将外设连接到主机。外围接口集成芯片组：

采用少量几片超大规模的集成I/O芯片来实现接口电路功能。键盘、鼠标、扬声器接口：

一般直接集成在主板上，由单片机来控制。总线插槽：主板上用于插接I/O接口卡的插槽。通过这2.I/O接口卡

显示卡是显示器设备的接口电路。

一个微型机系统可配置多种输入与输出设备。它们是通过I/O接口卡与主机连接的。常用的I/O接口卡有多功能卡、显示卡等。

多功能I/O接口卡集成了多种常规外设的接口驱动电路。通常一块多功能接口卡可连接两个硬盘驱动器、两个软盘驱动器、两个串行口设备、一个并行口设备。目前，高档微机的多功能I/O接口卡的所有功能已直接集成在主板上了。2.I/O接口卡显示卡是显示器设备的接口电路。1.4.4微型机的特点

★体积小、重量轻、功耗低。★价格低廉。★可靠性高、使用环境要求低。★结构灵活、使用方便。1.4.4微型机的特点★体积小、重量轻、功耗低。★价格1.5微型计算机的工作过程

1.5.1存储器的组织及工作过程

存储器：是用来存放数据和程序的。

在计算机内部，数据和程序都是用二进制码的形式表示。一般8位二进制码称为一个字节（Byte）,一个或多个字节组成一个字（Word）。

存储器每个存储单元存放一个字节或一个字。这样存储器需要很多单元来存放数据和程序，为能识别不同的单元，赋予每个单元一个编号称为地址。1.5微型计算机的工作过程1.5.1存储器的组织及

256个单元，每个存储单元一个编号，编号范围为0～255，用8位二进制码表示编号即为00000000～11111111（00H～FFH）。

下面以256个单元的存储器为例，说明存储器的组织。

来自地址线的地址信号，经过地址译码器的译码，选中相应的存储单元，以便从中读出信息或写入信息。控制部件控制存储器的读写过程。256个单元，每个存储单元一个编号，编号范围为0～25地址译码器00单元01单元02单元03单元．．．FD单元DE单元FF单元00010203．．．FDFEFF控制逻辑读/写信号数据线地址线00单元00控制逻辑读/写信号数据线地址线

存储器在进行读写工作时，先由CPU通过地址线给出要读写信息存放的单元地址，经过地址译码器的译码，选中相应的存储单元。

再由读写控制信号，经过控制逻辑来控制读出或写入。

要读出信息时，选中单元的数据经数据线送往CPU进行处理。

要写入信息时，由CPU将数据通过数据线，写入到选中的单元。存储器在进行读写工作时，先由CPU通过地址线给出要读1.5.2微型机的工作过程

微型机的工作过程就是执行程序的过程。

程序是指令的序列，执行程序就是逐条取出程序的指令，对指令进行分析，然后完成该指令规定的操作。取指令

执行程序的过程：

分析指令执行指令1.5.2微型机的工作过程微型机的工作过程就是执行程序微机的工作过程示意：

××××00111110001000111100011000000101地址译码器0001“02”030405..控制数据线地址线读/写信号微处理器0011111000111110020202“02”“02”0011111000111110“02”001111100011111000111110微机的工作过程示意：××00控制数据线地址线读/写微001

首先，CPU给出第一条指令的地址，如为02，通过地址总线送到地址译码器。经译码后找到存放第一条指令的02单元。

CPU发出读命令，在读命令控制下，将这条指令00111110读出，经数据线送CPU。

CPU对该指令进行译码分析，发一系列的控制信号，完成该指令指定的操作。

该指令执行完后，CPU再给出下条指令的地址，继续按上述过程执行，直到整个程序运行完毕为止。首先，CPU给出第一条指令的地址，如为02，通过地址总1.6计算机的性能指标

基本字长

字长是指参与运算的数据的基本二进制位数。

当计算机的字长确定后，为提高精度可采用双倍或多倍字长运算。

字长标志着计算精度，它决定了内部寄存器、运算器和数据总线的位数。一般为8位、16位、32位、64位等。1.6计算机的性能指标基本字长字长是指参与运16位地址线，可寻址的内存单元为：216=64KB(Byte)

24位地址线，可寻址的内存单元为：224=16MB(Byte)

内存容量

内存容量代表着内存储器的存储单元个数。计算机存储器容量以字节（Byte）为单位。表示容量的单位有：KB（KiloByte）、MB（MemaByte）、

GB（GigaByte）、TB（TeraByte）。1KB=210Byte（1024），1MB=1024KB，1GB=1024MB，1TB=1024GB。

16位地址线，可寻址的内存单元为：216=64KB(Byte运算速度运算速度以每秒执行的指令条数来表示。一般表示为每秒多少百万条指令MIPS（MillionsofInstructionPerSecond）。

计算机对不同指令的执行时间不同，一般用执行指令的平均时间来衡量。

也可以用CPU时钟频率来比较它们的速度。如，266MHz、350MHz、550MHz、750MHz等。

运算速度运算速度以每秒执行的指令条数来表示。一般表示为每秒多性能价格比

性能价格比是衡量计算机的一项综合性能指标。除考虑计算机的性能外，还要考虑其价格，性能价格比越大，表明计算机性能好、价格低。外部设备的配置

指结构上允许配置外设的最大数量和种类。系统软件的配置

系统软件配置是否齐全，软件功能强弱，是否支持多任务、多用户操作系统等是计算机硬件性能能否充分发挥的重要因素。

性能价格比性能价格比是衡量计算机的一项综合性能指标。THEENDTHEEND微型计算机原理微型计算机原理

1.1计算机的发展1.2计算机的分类及应用

1.3计算机的基本构成

1.4微型计算机的基本构成

1.5微型计算机的工作过程

1.6计算机的性能指标1.1计算机的发展1.2计算机的分类及应用1.微型计算机（电子计算机的一种）微型计算机简称“微型机”、“微机”，由于其具备人脑的某些功能，所以也称其为“微电脑”。微型计算机是由大规模集成电路组成的、体积较小的电子计算机。它是以微处理器为基础，配以内存储器及输入输出(I/0)接口电路和相应的辅助电路而构成的裸机。微型计算机（电子计算机的一种）微型计算机的特点是体积小、灵活性大、价格便宜、使用方便。把微型计算机集成在一个芯片上即构成单片微型计算机(SingleChipMicrocomputer)。由微型计算机配以相应的外围设备（如打印机）及其他专用电路、电源、面板、机架以及足够的软件构成的系统叫做微型计算机系统(MicrocomputerSystem)（即通常说的电脑）。微型计算机的特点是体积小、灵活性大、价格便宜、使用方便。10世纪，早期的计算工具——算盘。

17世纪，出现计算尺，随后出现机械式、机电式、电动式计算仪器。1642年，法国发明实现十进制加减运算的机械式计算机。

20世纪40年代，德国采用继电器制造机电式计算机。

这些类型计算机的出现，为电子数字计算机的发展奠定了基础。1.1计算机的发展10世纪，早期的计算工具——算盘。17世纪，出1946年由美国宾夕法尼亚大学研制的ENIACElectronicNumericalIntegratorAndCalculator第一台电子数字积分计算机重达30吨占地170m218000个电子管1500个继电器耗电150kW1.1.1电子数字计算机的发展1946年由美国宾夕法尼亚大学研制的ENIACElectroENIAC与现代微型机的比较：ENIAC掌上电脑

PC机笔记本电脑缺点：存储容量小（20个字长为10位的十进制数）；用线路连接的方法来编排程序。ENIAC与现代微型机的比较：ENIAC掌上电脑PC机1.冯·诺依曼计算机结构

（1）计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部件构成。

（2）采用存储程序的方式，将程序和数据放在同一存储器中，参加运算。（3）采用二进制码表示数据和指令。（4）指令由操作码和地址码组成。

（5）以运算器为中心，输入输出设备与存储器间的数据传送都通过运算器。1.冯·诺依曼计算机结构（1）计算机由运算器、控制时间器件图片软件存储信息应用46－58电子管机器、汇编语言磁鼓、延时线科学计算58－64晶体管高级语言磁芯数据处理、工业控制64－71集成电路操作系统磁芯文字、图形处理71－今大规模集成电路数据库、网络等半导体社会的各个领域2.电子数字计算机的发展的四个阶段

时间器件图片软件存储信息应用46－58电子管机器、汇编语言第五代计算机设想：

（3）知识库管理功能。要求能完成知识获取、检索和更新等功能。

（2）解题推理功能。根据自身存储的知识进行推理，具有问题求解和学习的功能。

（1）智能接口功能。能自动识别自然语言、图形、图象。即有语音识别、视觉、感知、理解功能。

1981年日本提出实现智能计算机，但没有取得预期的结果。美国也有多家公司推出智能计算机。一般要求智能计算机具有下列功能：第五代计算机设想：（3）知识库管理功能。要求能完成知识

微型机的发展是以微处理器的发展为表征的，以微处理器为中心的微型机是电子计算机的第四代产品。微处理器自1971年诞生以来，发展迅猛，每2～3年就更换一代。微型计算机指采用超大规模集成电路，形成体积小、重量轻、功能强、耗电少的计算机系统。微型计算机电子计算机技术超大规模集成电路工艺技术结晶1.1.2微型计算机的发展

微型机的发展是以微处理器的发展为表征的，以微处理器为根据微处理器的发展可把微型机的发展分为4个阶段：代次微处理器（字长）工艺/集成度执行速度(MIPS)时钟频率(MHz)代表产品第一代71～73年4位机和低档8位机PMOS/22500.06<1MCS-4,MCS-84004，8008第二代74～77年高性能8位机NMOS/>22500.75<4Intel8080,8085M6800,Z80第三代78～84年16位机HMOS/13万1.54~10Intel8086,80286M68000,Z8000第四代85～至今32位机0.09μm/315万11216~3GIntel8386,80486Pentium,Ⅱ,Ⅲ，4

另外，2004年，AMD推出了64位机

2005年，Intel推出双核处理器。根据微处理器的发展可把微型机的发展分为4个阶段：代次微处理器IntelCPU的发展：Intel4004Intel8086Intel80286(16bit)Intel80386(32bit)Intel80486IntelCPU的发展：Intel4004Intel8PentiumPentium4PentiumIIIPentiumIIPentiumPentium4PentiumIIIPen

1958年我国第一台电子计算机（103机）在北京诞生;

1959年研制成大型通用电子管计算机（104机）;

1960年研制成第一台自己设计的通用电子管计算机（107机）;

1964年我国开始推出第一批晶体管计算机。其运算速度为10～20万次每秒。

1971年研制成第三代集成电路计算机。1974年后DJS-130晶体管计算机形成了小批量生产。1.1.3我国计算机的发展概况

1958年我国第一台电子计算机（103机）在北京诞生;

1982年采用大、中规模集成电路研制成16位的DJS-150机。

1983年国防科技大学推出向量运算速度达一亿次的银河I巨型计算机。1992年向量运算速度达10亿次的银河Ⅱ投入运行。1997年银河Ⅲ投入运行，速度为130亿次每秒，内存容量为9.15GB。

1999年具有世界水平的大规模并行计算机系统神威I号研制成功，其最高运算速度达每秒3840亿次浮点运算。

2002年，国内第一台万亿次超级计算机——联想深腾诞生。1982年采用大、中规模集成电路研制成16位的DJS-1.按信息的表示形式和处理方式分类数字计算机：

处理离散的、数字化的信息模拟计算机：处理连续变化的模拟量信息数字模拟混合计算机：处理的信息既有数字量又有模拟量通常所说的计算机都指的是数字计算机。1.2计算机的分类及应用

1.2.1计算机的分类1.按信息的表示形式和处理方式分类数字计算机：处理离散的2.按用途分类：

通用计算机

：专用计算机：功能齐全、通用性强；功能单一、可靠性高，作为军事、工业控制等方面的专用设备；一般所讲的计算机都是通用计算机。3.按计算机的规模分类：

巨型机、大型机、中型机、小型机和微型机。

2.按用途分类：通用计算机：专用计算机：功能齐全、通1.按微处理器的位数分类

2.按组装形式和系统规模分类个人计算机（PC机）8位机、16位机、32位机、64位机单片机单板机将微型机的主要部件集成在一片大规模集成电路芯片上形成的计算机。

将微处理器、存储器、输入输出接口、简单外设等部件安装在一块印刷电路板上构成的计算机。

将一块主机板和若干接口卡、外部存储器、电源等部件组装在一个机箱内，并配置显示器、键盘等外部设备和系统软件构成的计算机系统。

1.2.2微型机的分类

1.按微处理器的位数分类2.按组装形式和系统规模分类1）科学计算：计算机应用最早也是最成熟的领域2）数据处理：最广泛的应用3）过程控制：生产过程自动控制4）计算机辅助系统：CAD：计算机辅助设计

CAM：计算机辅助制造

CAI：计算机辅助教学5）人工智能：机器人、医疗诊断专家系统6）信息通信：计算机网络，资源共享和数据传输1.2.3计算机的应用

1）科学计算：计算机应用最早也是最成熟的领域1.2.3计1.3计算机的基本构成

1.3.1计算机的基本硬件结构存储器运算器控制器输出设备程序数据结果输入设备CPU计算机硬件是指构成计算机的所有物理部件的集合。

数字计算机由五大部分构成

1.3计算机的基本构成1.3.1计算机的基本硬件结1．控制器

控制器是计算机的控制中枢，发出各种操作命令和控制信息，控制各部件协调工作。2．运算器运算器对信息或数据进行处理和运算，完成算术运算和逻辑运算。3．存储器存储器用来存储程序和数据，是计算机各种信息的存储和交流的中心。4．输入设备输入设备用于输入原始数据和程序等信息。常用的输入设备有键盘、鼠标等。5．输出设备输出设备用于输出计算结果和有用信息。常用输出设备有显示器、打印机、绘图仪等。磁盘既是输入设备也是输出设备。1．控制器控制器是计算机的控制中枢，发出各种操作命令和控制（3）运算器和控制器合在一起称为中央处理单元——CPU(CentralProcessingUnit)。注：（1）存储器有很多存储单元，每个存储单元存放一个数据。为区分不同的存储单元，为每个存储单元进行编号，这个编号就称为存储单元的地址。

（2）输入设备和输出设备常合称为输入/输出设备，简称I/O（Input/Output）设备。（3）运算器和控制器合在一起称为中央处理单元——CPU(Ce1.3.2计算机软件系统

软件系统包括系统软件、应用软件两大类

软件系统

系统软件

应用软件

操作系统编辑程序诊断程序

语言处理程序

调试程序数据库管理系统装配连接程序通用软件实用软件用户程序

汇编程序编译程序解释程序计算机软件指各类程序和文档资料的总和。

1.3.2计算机软件系统软件系统包括系统软件、应用应用软件是为解决一些具体问题而编制的程序。一类是由软件公司和计算机公司开发的通用软件、实用软件。另一类是用户为解决各种实际问题而开发的用户程序。1．系统软件2．应用软件操作系统是系统软件的核心，是计算机必须配置的软件。

程序设计语言处理程序功能是将用各种高级语言编写的程序翻译成机器能识别的二进制代码，这样计算机才能执行。

系统软件的作用是管理、调度、监控、维护计算机。监控、调试、诊断程序是计算机的支持软件，用于维护计算机系统。应用软件是为解决一些具体问题而编制的程序。一类是由软件公司和1.3.3计算机系统的层次结构

1．计算机语言

机器语言:计算机能识别并直接执行的是一系列由二进制代码编写的指令。汇编语言:用助记符表示机器指令，来编写程序。汇编语言程序

机器语言程序汇编程序

目标程序

源程序转换

★汇编语言程序转换成机器语言程序的过程：运行程序

1.3.3计算机系统的层次结构1．计算机语言机器语言是一种面向问题的语言，与自然语言相近，与计算机的种类无关。

高级语言程序的转换过程：

高级语言程序

编译程序或解释程序

转换

机器语言程序运行程序源程序目标程序

高级语言：高级语言程序（源程序）同样必须转换为机器语言程序（目标程序）才能执行。

是一种面向问题的语言，与自然语言相近，与计算机的种类无关。上述转换过程分两种方式：编译方式解释方式将用户编写的源程序中全部语句转化（翻译）成机器语言程序后，再执行机器语言程序。只要源程序不变，每次运行不需再翻译，可直接运行，但源程序若有任何修改，都要重新经过编译。将用户编写的源程序的一条语句翻译成机器语言后，立即执行它，且不保留机器语言，然后，再翻译下一条语句，如此重复，直到程序结束。它的特点是翻译一次只能执行一次，当第二次重复执行时，又要重新翻译，因而效率较低。上述转换过程分两种方式：编译方式解释方式将用户编写的源程序中2．计算机系统的层次结构

计算机系统的多级层次结构如下图所示：高级语言虚拟机M4

高级语言程序经编译形成汇编语言或中间语言程序，而后在M3上运行。汇编语言虚拟机M3

汇编语言程序先翻译成机器语言或操作系统语言，而后在M2上运行。操作系统虚拟机M2

一般用机器语言解释操作系统语言。实际机器M1

直接由硬件执行2．计算机系统的层次结构计算机系统的多级层次结构如下图所示1.4微型计算机的基本构成

1.4.1微型计算机系统组成

微型计算机系统硬件系统软件系统是机器部分，即所有硬设备的集合。是控制系统完成操作任务的程序系统。1.4微型计算机的基本构成1.4.1微型计算机系统微型机系统的组成关系算术逻辑部件寄存器组控制部件内部总线微处理器CPU(MP)存储器(RAM、ROM)I/O接口系统总线微型计算机MCI/O设备（外围设备）系统软件微型计算机系统MCS微型机系统的组成关系算术逻辑部件寄存器组控制部件内部总线微1.4.2微型计算机的典型结构

系统总线(Bus)连接各部件，进行信息相互传送的一组公共的传输线。按传输的信息类别可将系统总线分为三组总线：地址总线AB(AddressBus)数据总线DB(DataBus)控制总线CB(ControlBus)各部件之间通过这三组总线连接起来。

系统总线1.4.2微型计算机的典型结构系统总线(Bus)连接各微型计算机的典型硬件结构

微处理器CPUAB(地址总线)RAMROMI/O接口I/O接口······CB(控制总线)DB(数据总线)微型计算机的典型硬件结构AB(地址总线)I/OI/O···

用来传送控制和状态信息，如读信号、写信号、中断信号等。有的是CPU到存储器和外设接口的控制信号，有的是外设到CPU的信号。既有输入线又有输出线，但每条线一般是单向的。地址总线AB

是传送地址信息的一组单向总线。它把CPU要访问的外部单元地址送到存储器或I/O口。数据总线DB

是传送数据信息的双向总线。数据在CPU与存储器及CPU与I/O接口间传送，即可取出又可存入，故数据总线是双向的。控制总线CB用来传送控制和状态信息，如读信号、写信号、中断信号1.4.3微型机的典型配置

微型机硬件系统主机外部设备主板I/O接口卡电源机箱等键盘鼠标器显示器软盘驱动器硬盘驱动器光盘驱动器打印机等1.4.3微型机的典型配置微型机硬件系统主机外部设备主1.主板

微机的主板又称系统板或母板，微机的大部分功能芯片都装在这块印制电路板上，其组成如下图所示。

晶振及时钟微处理器ROMBIOS内存（DRAM）CMOSRAM

高速缓存(Cache)

总线插槽

外设接口集成芯片组

扬声器接口

键盘及鼠标接口

1.主板微机的主板又称系统板或母板，微机的大部分

微处理器是主板的核心部件

。不同类型的微处理器构成不同性能的主板。

微处理器：时钟：

处理器的时钟，一般由片外的时钟电路供给，由时钟发生器对一定频率的石英晶体经过分频后得到。ROMBIOS：

主板上配置了一片称为固件的只读存储器（ROM）芯片，内部固化了自检程序、基本输入/输出控制程序（基本输入输出系统BIOS）、系统配置程序等，称为ROMBIOS。

微处理器是主板的核心部件。不同类型的微处理器构成不高速缓存：

微处理器和DRAM之间加入了一层速度接近CPU、容量较小的随机存储器，作为高速缓冲存储器（Cache）。

CMOSRAM：内存：

微机系统的内存又叫主存，要求容量大、成本低、速度快。目前主要采用动态随机存储器（DRAM）作为内存。

是一种低功耗的半导体存储器。存放设置参数。高速缓存：微处理器和DRAM之间加入了一层速度接近总线插槽：

主板上用于插接I/O接口卡的插槽。通过这些插槽可将外设I/O卡连接到系统总线上，并通过I/O接口卡将外设连接到主机。外围接口集成芯片组：

采用少量几片超大规模的集成I/O芯片来实现接口电路功能。键盘、鼠标、扬声器接口：

一般直接集成在主板上，由单片机来控制。总线插槽：主板上用于插接I/O接口卡的插槽。通过这2.I/O接口卡

显示卡是显示器设备的接口电路。

一个微型机系统可配置多种输入与输出设备。它们是通过I/O接口卡与主机连接的。常用的I/O接口卡有多功能卡、显示卡等。

多功能I/O接口卡集成了多种常规外设的接口驱动电路。通常一块多功能接口卡可连接两个硬盘驱动器、两个软盘驱动器、两个串行口设备、一个并行口设备。目前，高档微机的多功能I/O接口卡的所有功能已直接集成在主板上了。2.I/O接口卡显示卡是显示器设备的接口电路。1.4.4微型机的特点

★体积小、重量轻、功耗低。★价格低廉。★可靠性高、使用环境要求低。★结构灵活、使用方便。1.4.4微型机的特点★体积小、重量轻、功耗低。★价格1.5微型计算机的工作过程

1.5.1存储器的组织及工作过程

存储器：是用来存放数据和程序的。

在计算机内部，数据和程序都是用二进制码的形式表示。一般8位二进制码称为一个字节（Byte）,一个或多个字节组成一个字（Word）。

存储器每个存储单元存放一个字节或一个字。这样存储器需要很多单元来存放数据和程序，为能识别不同的单元，赋予每个单元一个编号称为地址。1.5微型计算机的工作过程1.5.1存储器的组织及

256个单元，每个存储单元一个编号，编号范围为0～255，用8位二进制码表示编号即为00000000～11111111