微机原理-第一章教案

30分的平时成绩4次随堂测试今天第一次点名1.1概述第一台计算机计算机诞生背景：第二次世界大战美国陆军“弹道研究实验室”。在美国宾夕法尼亚大学的莫尔电机学院揭幕典礼。“埃尼阿克”（ENIAC）。电子数字积分计算机的简称，英文全称为ElectronicNumericalIntegratorAndComputer计算机诞生时间：1946年2月15日第一台计算机的名字：ENIACElectronicNumericalIntegratorAndComputer（电子数字积分计算机）18000多个电子管1500个继电器10000只电容和7000个电阻重量30吨占地面积170平方米耗电150千瓦运算速度每秒执行5000次加法或400次乘法，手工计算的20万倍当时价值48万美元承担开发任务的“莫尔小组”由四位科学家和工程师埃克特、莫克利、戈尔斯坦、博克斯组成，总工程师埃克特在当时年仅24岁继电器：它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。计算机分为六大类：巨型机大型机中型机小型机微型机单片机按性能、价格、体积的不同天河一号2010年11月14日，国际TOP500组织在网站上公布了最新全球超级计算机前500强排行榜，中国首台千万亿次超级计算机系统“天河一号”雄居第一。2507万亿次25070000000000005000配置介绍天河一号–6144个通用处理器（3072x2IntelQuadCoreXeonE55402.53GHz/E55403.0GHz）；–5120个加速处理器（2560ATIRadeon4870x2575MHz）–内存总容量98TB；–点点通信带宽40Gbps；–共享磁盘总容量为1PB天河一号A–2048颗我国仿制sun公司的UltraSparcT2处理器（飞腾FT-1000）八核心处理器–14336颗IntelXeonX56702.93GHz六核心处理器–7168块NVIDIATeslaM2050高性能计算卡操作系统–操作系统采用64位Linux；用于天河一号的图形芯片是高端卡，每卡售价2500美元，天河一号还使用了逾1.4万颗英特尔中央处理器。NVIDIA（英伟达）创始人黄于1963年2月17在台湾台北出生，1972年与家人迁往泰国，及后被送往美国肯塔基州一间基督教学校就读，完成课程后迁往俄勒冈州，15岁时参加美国乒乓球公开赛，在青年组双打赛事中夺得季军。1984年于俄勒冈州大学取得电机工程学位，其后在史丹佛大学取得硕士学位。黄曾在AMD(1983年－1985年)及LSILogic(1985年－1993年)工作，并于1993年创立NVIDIA。成长经历黄仁勋是圈子里有名的工作狂，他曾经解释自己为何如此狂热：“为了我们的孩子们，让他们的将来更好一些。黄仁勋硅谷之路的第一步，是加盟AMD公司并成为一名芯片设计师，两年之后，他跳槽到LSILogic。这也是一家芯片公司，但主打业务并不是CPU，而比较倾向于芯片的图形处理。在LSILogic的另一件事情对黄仁勋也很有意义，他在设计部门呆了两年后就要求调到销售部门，部门的总经理。对于这一转变，黄仁勋说：“从工程部转到销售部，这是我曾经作出的最佳职业选择，我逐渐学会了产品的设计开发如何与市场结合。因为我意识到，消费者并不关心你从哪家商学院毕业，他们只关心一件事，你的产品对他有什么好处。””黄仁勋扎实的业务基础知识敢想敢于创造能够吃苦ATI何国源美籍华人出生于广州第一台电子计算机的诞生揭开了现代计算机发展历史的序幕。半个多世纪以来，计算机技术以“万马奔腾”之势，一日千里，迅猛发展计算机发展的年代划分依据其硬件特征和软件特征：硬件特征是指电子计算机采用的物理器件软件特征是指计算机使用的软件环境计算机的发展已更新了四代：第一代:电子管计算机时代基本物理器件:电子管机器语言使用二进制代码专业第二代:晶体管计算机时代晶体管汇编语言简单的高级语言编译程序第三代:集成电路计算机时代中小规模集成电路分时操作系统高级语言陆续出现第四代:大规模集成电路计算机时代集成度高数据库软件工程把软件设计提高到工程角度目前为止第四代计算机的发展方向：第五代:“非冯.诺伊曼”计算机时代实验室的阶段方向“非冯.诺伊曼”程序存储顺序执行第六代:神经计算机时代是模仿人的大脑判断能力和适应能力，并具有可并行处理多种数据功能的神经网络计算机以往的信息处理系统只能处理条理清晰，经络分明的数据。而人的大脑却具有能处理支离破碎，含糊不清信息的灵活性，第六代电子计算机将类似人脑的智慧和灵活性。光计算机时代光计算机是由光代替电子或电流，实现高速处理大容量信息的计算机。运算速度极高、耗电极低。目前尚处于研制阶段。生物计算机时代主要原材料是生物工程技术产生的蛋白质分子，并以此作为生物芯片。生物计算机芯片本身还具有并行信息处理的功能微型计算机诞生计算机的一种特点发展方向微型计算机诞生于20世纪70年代微型计算机特点：体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、价格便宜、使用方便、软件丰富（展开）使用在各个行业小型终端机银行、娱乐业发展更新换代标志微型计算机的核心是微处理器（CPU）每出现一个新的微处理器，就会产生新一代的微型计算机按照微处理器字长定义在同一时间中处理二进制数的位数叫字长如某台计算机字长为16位，即有16个二进制数组成一条指令或其它信息人脑：我们先来看一下人脑是如何进行计算的，例如5×6则立即可以得到答案是30，但对于55×66，就不可能立即得到正确的答案，这就是说55或66已走出了人脑的“字长”，这是为了得出结果，就必须把复杂的问题（如55×66）分解成易于处理的问题（如55×66可分解为50×60，50×6，5×60，5×6），然后再综合起来，得出结果。1）4位微型计算机；用4位字长的微处理器为CPU，其数据总线宽度为4位，一个字节数据要分两次来传送或处理。4位机的指令系统简单、运算功能单一，主要用于袖珍或台式计算器、家电、娱乐产品和简单的过程控制，是微型机的低级阶段。（2）8位微型计算机：用8位字长的微处理器作CPU，其数据总线宽度为8位。8位机中字长和字节是同一个概念。（3）16位微机：用高性能的16位微处理器作CPU，数据总线宽度为16位。（4）32位微机：32位微机使用32位的微处理器作CPU，这是目前的主流机型。（5）64位微机：64位微机使用64位的微处理器作CPU，4根数据线32根数据线并行数据线六个阶段第一阶段：4位机发展和8位机萌芽阶段从1971年到1973年代表产品：Intel4004为核心MCS-4微型机Intel8008和MCS-8微型机（初始的8位机）字长：4位或8位特点：指令系统比较简单（CPU简单），指令少运算功能较差，价格低廉应用：面向家电、计算器和二次仪表现在几乎不用第二阶段：８位机发展阶段从1973年到1977年代表产品：Intel8080/8085、MC6800、Z80、R6502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，寻址能力有所增强后期配上了操作系统(如CP/M、Apple-II、DOS等)，从而使微机开始配上磁盘和各种外设应用：面向家电、智能仪表、工业控制（80-90）现在主要使用在智能仪表选择器件原则适用-适量性价比而以MC6502为CPU的Apple-II具有很大的影响。这些个人计算机普遍采用了汇编语言、高级语言(如Basic、Fortran、PL/I等)，其中Altair8800机的BASIC解释程序就是由BillGates开发的。微型计算机发展的第一个里程碑非常广泛应用市场大受欢迎推动计算机普及与应用。1977年发售最早的个人电脑AppleII。苹果从不成功到成功苹果电脑被微软击败后来通过IPODiphone成功网络的力量苹果的成功苹果IPOD成功一是创新，二是合适的载体和准确的进入市场时机，苹果在最适当的时候以iTunes形式进入在线音乐领域不得不让人叹服。陈天桥曾说iPod是中国人的悲哀，并轻描淡写地认为其并不具备技术上的创新，就是一块硬盘、一个音乐下载及播放软件、加上优秀的设计，并确信软件和设计都没有技术壁垒。他不假思索地认为软件和设计都是很容易做到的，而事实并不是这样的陈天桥基于此理念延伸而出的盒子失败了理念创新也很重要----百度成功腾讯成功苹果电脑被微软击败后来通过IPODiphone成功开发AppStore外部厂商开发和苹果分成帮助别人赚钱自己也赚钱市场越来越大30万软件部分开放AppStore是一个由苹果公司为iPhone和iPodTouch、iPad以及Mac创建的服务，允许用户从iTunesStore或macappstore浏览和下载一些为了iPhoneSDK或mac开发的应用程序。用户可以购买或免费试用，让该应用程序直接下载到iPhone或iPodtouch、ipad、mac。其中包含：游戏，日历，翻译程式，图库，以及许多实用的软件。AppStore从iPhone和iPodtouch、iPad以及mac的应用程序商店都是相同的名称。第三代：16位机发展阶段从1978年到1985年代表产品：Intel8086/8088、80186、80286，MC68000、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，配有功能强大的系统软件应用：工业控制仪器中使用的不多ibmpc使用8088使得微型计算机更加普及第四代：32位机发展阶段从1985年到1992年代表产品：Intel80386、80486字长：32位特点：内存容量已达1MB以上，硬盘技术不断提高，发展了32位的总线结构，各种品牌机涌向市场，如COMPAQ、DELL联想等，这些微型机在性能上已赶上传统的超级小型机，可执行多任务、多用户操作。性能大幅提高应用：办公自动化、网络环境汽车控制ECU32位微控制器八位机一般指的是FC之类的机器，也就是我们小时候玩的游戏机。。其内存就是八位系统的，应该就是因此而定义的吧。依次类推，十六位机应该指的是MD机；至于PSP、PS、NDS之类的就是三十二位机了。这里再次引用别人的话：2进制的位数知道吧，比如显示器色彩的16位、32位等，游戏机CPU也是依照2进制位数处理的，位数越高，处理能力越强悍，画面逼真度流畅性就越高。（笼统的说）一般我们小时候玩的平机（红白机）和GB、GBA就是8位机后来世嘉出的黑卡游戏机（MD）就是16位机SONY的PS和PSP以及世嘉的SS（土星）；任天堂的NDS等都是32位机DC、XBOX是64位机PS2是128位的PS3，WII，XBOX360没记错的话也是128位的，但是处理器功能被更加的强化5.第五时期(1993—1999年)：超级32位Pentium微处理器和微机1993年3月，Intel公司推出Pentium微处理器芯片(俗称586)。多处理器系统。1996年，Intel公司推出了高能奔腾(PentiumPro)微处理器，1996年底，Intel公司又推出了多能奔腾(PentiumMMX)微处理器，MMX(MultiMediaeXtension)技术是Intel公司最新发明的一项多媒体增强指令集技术，它为CPU增加了57条MMX指令，P46)第六时期(2000年以后)：新一代64位微处理器Merced和微机在不断完善Pentium系列处理器的同时，Intel公司与HP公司联手开发了更先进的64位微处理器——Merced。时任仙童半导体公司总经理的罗伯特•诺伊斯（RobertNoyce）提交了一份专利申请，宣布可以利用平面制造工艺来生产半导体集成电路，这为全世界的半导体产业带来了革命性的变化。1968年，诺伊斯同戈登•摩尔（GordonMoore）、安迪•格鲁夫（AndyGrove）一起创立了英特尔公司。英特尔以41年持续不懈的技术创新，深深地影响了全球IT产业的发展进程，极大地改变了人们的工作和生活方式。2010年八核处理器的诞生2010年3月30日，Intel公司宣布推出Intel至强处理器7500系列，该系列处理器可用于构建从双路到最高256路的服务器系统。从10μm微米－32nm此次日本富士通公司重新抢回世界运算最快的CPU这一宝座据介绍，此次开发的新型CPU名为“维纳斯”。通过采用超细微化技术，研究人员使约2厘米见方的集成电路片上集成的中枢电路由过去的4个增加到8个，从而实现了运算速度的大幅度提高。目前，这种CPU的运算速度比以往最快的英特尔CPU快2.5倍，由于设计的巧妙，其电力消耗只有英特尔CPU的三分之一，在节能方面的性能也十分突出。2009年第四季度Clarkdale将于今年第四季度推出，LGA1156接口，双核心四线程。它不但将是Intel(以及整个业界)的第一款32nm工艺芯片，也会是首次集成图形核心的处理器。与之对应的移动版本Arrandale采用类似的架构，只不过要到明年才会发布。不过值得注意的是，Clarkdale上只有处理器部分才是32nm工艺，同一基片上的独立图形核心(以及双通道DDR3内存控制器)仍是45nm。2010年八核处理器的诞生2010年3月30日，Intel公司宣布推出Intel至强处理器7500系列，该系列处理器可用于构建从双路到最高256路的服务器系统。1965年戈登·摩尔在《电子学》杂志（ElectronicsMagazine）第114页发表了影响科技业至今的摩尔定律：1、集成电路芯片上所集成的电路的数目，每隔18个月就翻一番。2、微处理器的性能每隔18个月提高一倍，而价格下降二分之一。3、用一个美元所能买到的电脑性能，每隔18个月翻两番。IT行业有两个铁律一，铁律二是不能违反的。什么是铁律一呢？那就是IT的技术是不可能被隐藏的。只要你隐藏，你就和国际不兼容，你就会被淘汰，而不是国际被淘汰。第二，IT技术是不能超过美国的，你只要超过美国，你就被淘汰，不是美国被淘汰。这话听起来很虚，不扎实，我给你们举个例子。什么叫做铁律一，那就是IT技术是不能被隐藏的。电脑系列，个人电脑系列是这么来的，第一台叫做XT，第二台叫做AT，在AT基础上开发了286，这个是一个很大的技术突破，到286年时代以后，电脑以后才可以看影碟，以前不行的，286、386、486、586；再一个突破，变奔腾一、奔腾二、奔腾三，这是电脑系列。IBM开发了286，投入了大量的研发成本，打败了当时的苹果电脑，可是为了要与国际软件、硬件厂商配套，所以它必须公布协议以及通讯模式。很不幸的是，你公布之后别人就可以仿造，所以，虽然IBM投入了大量的研发成本，可是到最后造成了亚洲各国以及地区的大量仿造，由于他们没有研发成本，所以投入低，可以杀价竞争。反而IBM亏损累累。所以IBM心里越想越不爽，凭什么我开发了286，你们仿造呢？所以要给你们点教训，所以开发386的时代他就开始给别人教训了。怎么给教训呢？就搞了个叫做微通道。什么是微通道？他搞了个隐藏式的协议以及通讯模式。隐藏式的协议与通讯模式，你看不到了，它只对自己合作单位、友好单位公布，别人都不知道，他这么想，只要我不公布，你们就不知道，如果你们不知道，你就不可能仿造了。可是我告诉各位，即使IBM这么大的公司，它也忘了第一铁律，这种技术是不能被隐藏的。在当时，有一家很小很小的公司，小到什么地步呢？和在座各位一样大的公司，它的名字叫做康柏电脑，它看到了危机，它找到了转机。什么转机呢？它告诉全世界的软件、硬件厂商说，我也可以制造386，但是我和IBM不一样，但是我会公布协议以及通讯模式，所以你们投资我吧。所以突然之间这家公司异军突起，变成了全世界最大电脑公司之一，打败了IBM，IBM差点因此而倒闭，而首席执行官也因此下台。你们知道IBM犯了什么错误吗？那就是你违反了第一铁律。第二，什么叫做不能超过美国？电脑处理器有三部分，CPU主要由运算器、控制器、寄存器组和内部总线等构成第一部分叫做存储器，第二部分是CPU，中文叫做运算器，通常在国内都是用CPU这个字大家比较用得多。第三是输入输出三大块，英特尔在开发处理器方面，就是运算器方面，是持业界之牛耳，但是日本富士通公司在开发286的时代，开发了一个更有效率的16位286，他们认为，由于他们的效率更高，所以可以打败英特尔，取得霸主的地位，可是他们忘记了第二铁律，你超过英特尔的结果，是你被淘汰，而不是英特尔被淘汰。大家知道为什么吗？因为你开发出一个比英特尔更有效率的286之后，跟你硬件有关的软件必须全部重写。对于一个使用者而言，有必要为了这么一点点效率，重新来一套软件，麻不麻烦？干脆我也别麻烦了，我再等三个月，英特尔一样可以制造出一样效率的286来，这就是结果。日本富士通超过英特尔结果，不是英特尔被淘汰，是日本富士通被淘汰，因为它违反了第二铁律，那就是你的技术是不能超过美国的。这个是什么呢？这就是事物的本质。转课件计算机结构CPU主要由运算器、控制器、寄存器组和内部