第1章微型计算机概述

会计学1第1章微型计算机概述第1页/共34页第2页/共34页ISA插槽PCI插槽AGP插槽北桥芯片组南桥芯片组内存插槽IDE接口软驱接口并口连接器串口连接器ROMBIOS鼠标键盘USB接口主板电源插座计算机的结构如何？计算机中的指令是如何执行的？第3页/共34页教材：《微机原理与接口技术》南京大学出版社课程性质：专业基础课学时：64学时理论课程+16学时实验课程+1周课程设计课程特点：偏重硬件、软硬结合先修课程：数字电路、模拟电路学习目标：从理论上和实践上掌握微型计算机的基本组成、原理、接口技术，建立微型计算机应用系统的概念，具有微型计算机应用系统的初步开发能力。微机原理与应用第4页/共34页参考教材：《微型计算机技术》田艾平、王力生、卜艳平编著清华大学出版社第5页/共34页参考习题集：《微机原理与接口技术习题与解析》温阳东、鲍远慧编著清华大学出版社第6页/共34页微机原理与接口技术课程内容：第1章微型计算机概述第2章计算机内部数据的表示方法第3章微型计算机总线系统第4章Intel80x86系列微处理器第5章8086/8088指令系统第6章汇编语言程序设计第7章微型计算机存储器第8章微型计算机输入/输出接口技术第9章微型计算机中断技术第10章微型计算机并行接口技术第11章可编程定时/计数器第12章微型计算机串行接口技术第13章模拟输入输出技术第7页/共34页第1章微型计算机概述1.1计算机的基本结构和工作原理1.2微型计算机系统1.3微型计算机的发展历程与应用1.4微型计算机的基本特点与主要性能指标第8页/共34页1.1计算机的基本结构和工作原理1.1.1计算机的基本结构1.1.2计算机的基本工作原理第9页/共34页1.1.1计算机的基本结构1945年6月，美籍匈牙利科学家冯•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范式，被称为“冯•诺依曼结构”。按这一结构建造的电脑称为存储程序计算机，又称为通用计算机。

冯•诺依曼结构计算机的主要特点包括：计算机由运算器、存储器、控制器和输入/输出五个部件组成。存储器以二进制形式存储指令和数据。存储程序工作方式：存储器一维线性编址，按址存取，指令从存储器逐条取出，串行执行。第10页/共34页冯·诺依曼计算机的基本结构第11页/共34页1.1.2计算机的基本工作原理程序，是指完成某项任务的计算机指令序列。当要完成该项任务时，通过输入设备将指令序列和原始数据输入到计算机的内存储器中。计算机从内存中取出第一条指令，控制器按照指令的要求，从内存储器中取出数据进行指定的操作，然后再按地址把结果送到内存中去。接下来，再自动取出下一条指令，在控制器的指挥下完成规定操作。依此进行下去，直至全部指令执行完毕。由此可见，计算机的工作方式取决于它的两个基本能力：一是能存储程序，二是能自动执行程序。计算机是利用内存储器来存放所要执行的程序的，而控制器则依次从内存中取出程序的每条指令，加以分析和执行，直到完成全部指令序列为止。这就是计算机的存储程序控制方式的工作原理。这一原理最初是由美籍匈牙利数学家冯•诺依曼于1945年提出来的，故称为冯•诺依曼原理。第12页/共34页1.2微型计算机系统

微型计算机系统与传统的计算机系统一样，由硬件系统和软件系统两大部分组成的。

硬件是组成计算机系统的各个物理部件的总称，它是计算机系统快速、可靠、自动工作的物质基础。

软件是计算机系统中各类程序、有关文件以及所需数据的总称。软件系统由系统软件和应用软件两大部分组成。

系统软件是指管理、控制和维护计算机系统资源的程序集合，这些资源包括硬件资源和软件资源，并为用户提供一个友好的操作界面和工作平台。

应用软件是指为了解决某些具体问题而编制的程序。它包括商品化的通用软件和专用软件，也包括用户自己编制的各种应用程序。第13页/共34页1.2.1微型计算机硬件系统的基本组成

微型计算机硬件系统包括微处理器、存储器、输入/输出接口与输入/输出设备，各部件通过系统总线进行数据传送。第14页/共34页一、微处理器

微处理器（MicroProcessorUnit，简称MPU），也称为中央处理器（CentralProcessingUnit，简称CPU），由控制器、运算器和寄存器组三个主要部分组成，它是计算机的核心部件。控制器：控制器是计算机的指挥中心,它的作用是从存储器中取出指令,然后分析指令,发出由该指令规定的一系列操作命令,完成该指令所要求的操作。运算器：运算器又称算术逻辑单元(ArithmeticandLogicalUnit,ALU),是用二进制进行算术运算和逻辑运算的部件。寄存器组：寄存器组是CPU内部的若干个存储单元，用来存放参加运算的二进制数据以及保存运算结果。第15页/共34页Intel的某些微处理器采用296引脚的引脚栅格阵列（PGA）陶瓷封装技术运算器：CPU的核心，算术逻辑运算部件控制器：指挥、协调各部件工作寄存器组：暂存数据微处理器第16页/共34页二、存储器

计算机的存储器由内存储器（简称内存）和外存储器（简称外存）两部分组成。这里讲的存储器是指内存储器，它用来存放计算机的指令和数据。存储器以存储单元为单位线性编址,CPU按地址读/写存储单元中的内容,通常一个存储单元可存放8位二进制数(即一个字节)。CPU只能直接访问内存。

第17页/共34页常见存储器：第18页/共34页三、输入/输出接口与输入/输出设备

输入/输出设备(简称I/O设备)是微机与外界联系的设备，也为外设。计算机通过外设获得各种外界信息,并且通过外设输出运算处理结果。常用的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪、摄像机等，常用的输出设备有显示器、打印机、绘图仪等。微机与I/O设备必须通过输入/输出接口(I/O接口)将二者连接起来，I/O接口实质上是将外设连接到总线上的一组逻辑电路的总称。

第19页/共34页常见输入输出设备：第20页/共34页四、系统总线

总线(bus)是一组信号线的集合,是在计算机系统各部件之间传输地址、数据和控制信息的公共通路。在CPU、存储器、I/O接口之间传输信息的总线称为“系统总线”。系统总线包括以下三部分。地址总线AB：它是单向总线,用于传送CPU发出的地址信息，以指明与CPU交换信息的内存单元或I/O设备。数据总线DB：它是双向的,用于CPU与内存或外设之间进行数据交换时传输数据信息。控制总线CB：控制总线用于传送控制信号、时序信号和状态信号等。CPU向内存或外设发出的控制信息、内存或外设向CPU发出的状态信息均可通过它来传送。作为整体而言,CB是双向的,而对CB中的每一根线来说,它是单向的。第21页/共34页微处理器、微型计算机、微型计算机系统系统软件：DOS、Windows95/98/2000应用软件：WPS、Word、Photoshop微处理器CPU

存储器(RAM,ROM)I/O接口总线硬件软件微型计算机系统微型计算机(主机)外设ALU寄存器控制部件键盘、鼠标显示器软驱、硬盘、光驱打印机、扫描仪第22页/共34页1.2.2IBMPC/XT机硬件系统第23页/共34页1.3微型计算机的发展历程与应用1.3.1微型计算机的发展历程1.3.2微型计算机的应用第24页/共34页1.3.1微型计算机的发展历程IBMPC第一台电子计算机ENIAC第25页/共34页计算机发展简史电子管计算机(1946—1956)晶体管计算机(1957—1964) 集成电路计算机(1965—1970)

超大规模集成电路计算机(1971—至今)

用机器语言、汇编语言编写程用于军事和国防尖端技术 开始使用高级语言开始用于工程技术、数据处理和其它科学领域采用微程序、流水线等技术，提高运行速度出现操作系统、诊断程序等软件采用半导体存储器采用图形界面操作系统器件速度更快,软件、外设更加丰富主要特点第26页/共34页微型计算机概述：微型计算机诞生：20世纪70年代微型计算机的核心是：微处理器(CPU+寄存器组)每出现一个新的微处理器，就会产生新一代的微型计算机。第一代：4位机发展和8位机萌芽阶段时间：1971~1973年代表产品：Intel4004和MCS-4微型机字长：4位或8位特点：指令系统比较简单，运算功能较差，价格低廉应用：面向家电、计算机器和二次仪表微型计算机的发展分为五代：第二代：8位机的发展阶段时间：1973~1977年代表产品：Intel8080/8085、MC6800、Z80、R6502处理器字长：8位特点：指令系统比较完善，运算速度提高一个数量级，寻址增强。应用：面向家电、智能仪表、工业控制。第27页/共34页微型计算机概述：第三代：16位机发展阶段时间：1978~1985年代表产品：Intel8086/8088、80186、80286、MC6800、Z8000字长：16位特点：指令系统丰富，采用多级中断、多种寻址方式，段式存储结构，配有强大的系统软件。应用：工业控制第四代：32位机发展阶段时间：1985~1992年代表产品：Intel80386、80486字长：32位特点：内存容量达1MB以上，硬盘技术不断提高，发展了32位的总线结构，各种品牌机涌上市场，如COMPAQ、DELL等可执行多任务、多用户操作。应用：办公自动化、网络环境第28页/共34页微型计算机概述：第五代：64位机主生及发展阶段时间：1992~至今代表产品：IntelPentium、Itanium字长：64位特点：外部数据线64位字长，32位以上地址总线，增加了虚拟现实等多媒体能力和通信上的应用。应用：办公自动化、网络服务器。第29页/共34页1.3.2微型计算机的应用

微型计算机的应用已渗透到社会的各行各业，其主要应用领域如下：科学计算(或数值计算)

数据处理(或信息处理)

辅助技术(或计算机辅助设计与制造)

计算机辅助设计CAD

计算机辅助制造CAM

计算机辅助教学CAI

过程控制(或实时控制)

人工智能(或智能模拟)

网络应用第30页/共34页1.4微型计算机的基本特点与主要性能指标1.4.1微型计算机的基本特点1.4.2微型计算机的主要性能指标第31页/共34页1.4.1微型计算机的基本特点体积小、重量轻、功耗低可靠性高、对使用环境要求低结构简单、设计灵活、适应性强性能价格比高第32页/共34页1.4.2微型计算机的主要性能指标

字长:在同样的运算速度下直接影响计算精度运算速度