第一章微型计算机概述.

微机原理与接口技术主讲人杨钢原国家教委提出计算机基础教学分三个层次如图所示：计算机应用计算机技术基础计算机文化基础计算机基础教学三层次结构课程背景其中：第一层次：计算机文化基础学习计算机基本知识，及基本技能。第二层次：计算机技术基础学习计算机硬件、软件的工作原理与相关知识。第三层次：计算机应用基础学习计算机信息管理基础和多媒体。本课程属于第二层次中“计算机技术基础”课程课程背景本课程地位(作用)和任务《微机原理与接口技术》课程是电气信息类专业学生的一门重要专业基础课程,同时也是一门实践性和应用性很强的课程，是掌握微机硬件技术的入门课程之一。课程目标是:使学生从理论上和实践上掌握微型计算机的基本组成、工作原理及接口技术，建立微机系统整体概念，通过学习从而为学生今后分析和设计微机应用系统打好基础。讲课内容:微处理器芯片、指令系统与汇编语言程序设计、I/O接口技术、课程学时:共48学时,其中:讲课36学时，实验12学时考核办法采取平时、实验和期末考试综合评定成绩平时成绩不低于总成绩的10%实验成绩不低于总成绩的20%教材：微型计算机原理与接口技术（第四版）2008周荷琴等编著中国科学技术大学出版社出版参考书：微型计算机技术及应用戴梅萼编著清华大学出版社出版微机原理与接口技术吉海彦等编著机械工业出版社实验指导书:实验教程（实验装置附带）教材、参考书第一章微型计算机概述一、关于微型计算机的简单介绍二、微型计算机系统组成*三、计算机中的数据格式1.什么是微机？•微机就是PC机吗？PC机只是微机中的一种，是我们最熟悉、最典型的微机产品•微机的覆盖范围任何电子产品，只要包含了CPU、存储器及I/O，且价格不高，都可以看作是微机•典型例子电子词典、电视机、洗衣机、手机、i-Pad……一、关于微型计算机的简单介绍•微处理器、微机和微机系统微处理器：一般亦指CPU•严格地讲，微处理器≠CPU•CPU：ALU+控制部件•微处理器：CPU+寄存器组微机：微处理器+存储器+输入/输出接口+总线微机系统：微机+外围设备+软件2.微计算机系统的层次一、关于微型计算机的简单介绍3.微机简史一、关于微型计算机的简单介绍计算机发展以器件更新划代微机简史(1)前传巴贝奇分析机采用了三个具有现代意义的装置：•保存数据的寄存器（齿轮式装置）；•从寄存器取出数据进行运算的装置，并且机器的乘法以累次加法来实现；•控制操作顺序、选择所需处理的数据以及输出结果的装置。1939年，阿塔纳索夫提出计算机三原则：•采用二进制进行运算；•采用电子技术来实现控制和运算；•采用把计算功能和存储功能相分离的结构。1939年，阿塔纳索夫还设计并试制数字电子计算机的样机“ABC机”，但未能完工。微机简史微机简史•1940年，美国科学家维纳阐述了自己对现代计算机的五点设计原则数字式而不是模拟式；以电子元件构成并尽量减少机械装置；采用二进制而不是十进制；内部存放计算表；内部存储数据。微机简史冯·诺依曼计算机体系1.电子计算机应该以二进制为运算基础，2.电子计算机应采用“存储程序”方式工作，3.整个计算机的结构应由五个部分组成：运算器、控制器、存储器、输入装置和输出装置。输入设备输出设备控制器运算器存储器微机简史埃克特为ENIAC换电子管ENIAC(TheElectronicNumericalIntegratorAndCalculator)1946：ENIAC永载史册(2)第一代计算机微机简史•长30.48米，宽1米，占地面积170平方米，30个操作台，约相当于10件普通房间的大小，重达30吨，它使用18000个电子管，70000个电阻，10000个电容，1500个继电器，6000多个开关，耗电量150千瓦，。•每秒执行5000次加法或400次乘法，是继电器计算机的1000倍、手工计算的20万倍。(而人最快的运算速度每秒仅5次加法运算)，还能进行平方和立方运算，计算正弦和余弦等三角函数的值及其它一些更复杂的运算。这样的速度在当时已经是人类智慧的最高水平。1959-1964：晶体管造就第二代计算机肖克莱（左）、巴丁（中）、布拉顿（右）于1956年共同获得诺贝尔物理学奖。微机简史第二代计算机TRADIC1.美国贝尔实验室于1954年研制成功第一台使用晶体管的第二代计算机TRADIC。2.装有800只晶体管，仅100瓦功率，占地也只有3立方英尺。3.相比采用定点运算的第一代计算机，第二代计算机普遍增加了浮点运算，计算能力实现了一次飞跃。微机简史微机简史IBM7090晶体管电脑第二代电子计算机的典型代表1964-1970：集成电路使第三代计算机脱胎换骨1958年，美国物理学家基尔比和诺伊斯同时发明集成电路。1969年，法庭判决基尔比(左)和诺伊斯（右）为集成电路的共同发明人，他们都因此成为微电子学创始人并获得巴伦坦奖章。微机简史微机简史IBMS/360S/360极强的通用性适用于各方面的用户，它具有“360度”全方位的特点，并因此得名。开发S/360被称为“世纪豪赌”，IBM为此投入了50亿美元的研发费用，远远超过制造原子弹的“曼哈顿计划”的20亿美元。微机简史1970~：第四代计算机•从1970年至今的计算机基本上都属于第四代计算机，它们都采用大规模和超大规模集成电路。随着技术的进展，计算机开始分化成通用大型机、巨型机、小型机和微型机。格鲁夫、诺依斯和摩尔Intel公司成立于1968年，Intel这个字是由“集成/电子(IntegratedElectronics)两个英文单词组合成的，象征新公司将在集成电路市场上飞黄腾达摩尔定律•假设芯片价格保持不变，则微处理器芯片上的晶体管数，每隔18-24个月便翻一番•假设微处理器价格保持不变，则微处理器速度每隔18-24个月便翻一番•假设微处理器速度或芯片内存储器容量不变，则微处理器芯片价格每18-24个月将降低约48%1971：微处理器时代的开端1971年1月，Intel公司的霍夫研制成功世界上第一块4位微处理器芯片Intel4004，标志着第一代微处理器问世，微处理器和微机时代从此开始。因发明微处理器，霍夫被英国《经济学家》杂志列为“二战以来最有影响力的7位科学家”之一。微机简史4004的样子很像小虫子4004的集成度只有2300个晶体管，功能其实比较弱，且计算速度较慢，以致只能用在Busicom计算器上，更不用说进行复杂的数学计算了。不过比起第一台电子计算机ENIAC来说，它已经轻巧太多太多了。而且最大的历史意义是，它是第一个通用型处理器微机简史1972年4月，霍夫等人开发出第一个8位微处理器Intel8008。微机简史1973年8月，霍夫等人研制出8位微处理器Intel8080主频2MHz的8080芯片运算速度比8008快10倍，可存取64KB存储器，使用了基于6微米技术的6000个晶体管，处理速度为0.64MIPS。微机简史80861978年6月，Intel推出4.77MHz的8086微处理器，标志着第三代微处理器问世。它采用16位寄存器、16位数据总线和29000个3微米技术的晶体管，售价360美元。微机简史8088：IBMPC的御用之选1979年，Intel推出4.77MHz的准16位微处理器8088。它在内部以16位运行，但支持8位数据总线，采用现有的8位设备控制芯片，包含29000个3微米技术的晶体管，可访问1MB内存地址，速度为0.33MIPS。微机简史第一台IBMPC早在1980年7月，一个负责“跳棋计划”的13人小组秘密来到佛罗里达州波克罗顿镇的IBM研究发展中心，开始开发后来被称为IBMPC的产品。一年后的8月12日，IBM公司在纽约宣布第一台IBMPC诞生第一台IBMPC采用了主频为4.77MHz的Intel8088，操作系统是Microsoft提供的MS-DOS。IBM将其命名为“个人电脑（PersonalComputer）”，不久“个人电脑”的缩写“PC”成为所有个人电脑的代名词。微机简史PC之父IBM微电脑技术总设计师埃斯特利奇（DonEstridge）负责整个跳棋计划的执行，他的天才和辛勤工作直接导致了IBMPC的成功，并被后人尊称为“PC之父”。不幸的是，4年后“PC之父”因乘坐的班机遭台风袭击而英年早逝，没能够亲眼目睹他所开创的巨大辉煌。微机简史Intel802861983年,Intel推出6MHz的Intel80286微处理器，该微处理器的最大主频为20MHz，内、外部数据传输均为16位采用16位数据总线，使用24位内存储器的寻址，内存寻址能力为16MB。它提供了保护模式操作功能，可以保护操作系统，使之不像实模式或8086等不受保护的微处理器那样，在遇到异常应用时会使系统停机。最初的批发价为360美元。微机简史80386进入了32位机的时代1985年10月，Intel推出16MHz80386DX微处理器微机简史Intel486（1989）微机简史1989年，英特尔发布了486处理器。80486也是英特尔第一个内部包含数字协处理器的CPU，并在x86系列中首次使用了RISC(精简指令集)技术，从而提升了每时钟周期执行指令的速度。486还采用了突发总线方式，大大提高了处理器与内存的数据交换速度。由于这些改进，80486的性能比带有80387数学协处理器的80386快了4倍有余。Pentium（586）微机简史1993年，全面超越486的新一代586CPU问世，为了摆脱486时代微处理器名称混乱的困扰，英特尔公司把自己的新一代产品命名为Pentium(奔腾)以区别AMD和Cyrix的产品。早期的奔腾75MHz～120MHz使用0.5微米的制造工艺，后期120MHz频率以上的奔腾则改用0.35微米工艺。PentiumPro，面向工作站的处理器（1995）1995年11月1日，Intel推出PentiumPro微处理器，采用了一种新的总线接口Socket8。PentiumPRO是英特尔首个专门为32位服务器、工作站设计的处理器，可以应用在高速辅助设计、机械引擎、科学计算等领域。新的处理器对多媒体功能提供了很好的支持。微机简史PentiumMMX，支持多媒体技术的奔腾（1996）PentiumMMX是英特尔在Pentium内核基础上改进，最大的特点是增加了57条MMX指令。这些指令专门用来处理音视频相关的计算，目的是提高CPU处理多媒体数据的效率。微机简史PentiumII，芯片封装有着巨大的改变（1997）PentiumII首次引入了S.E.C封装(SingleEdgeContact技术，将高速缓存与处理器整合在一块PCB板上。微机简史1999年1月，Intel推出奔腾III处理器，它采用0.25微米制造工艺，拥有32K一级缓存和512K二级缓存，包含MMX指令和Intel自己的“3D”指令SSE。PentiumIII，增加SSE指令（1999）微机简史2000年英特尔发布了Pentium4处理器。用户使用基于Pentium4处理器的个人电脑，可以创建专业品质的影片，透过因特网传递电视品质的影像，实时进行语音、影像通讯，实时3D渲染，快速进行MP3编码解码运算，在连接因特网时运行多个多媒体软件。微机简史64位机2000年底推出P7（Iantium）：安腾2001年底推出Mckinley：安腾2主要应用：面向工作站和服务器微机简史2003年9月，AMD公司发布了面向台式机的64位处理器：Athlon64和Athlon64FX，标志着64位微机的到来。2.9万管，内存1MB6千管，内存64KBDIP-16,2.3千管8086--1680486--32一代70年代初二代70年代三代70年代末～80年代初四代80年代微型机发展过程时间五代90年代8080--84004—4位P-PⅢ--641973-741971-7219781985-891993-9910ųm6ųm3ųm120万管，集成度386的4倍，性能高出386的2-4倍。486=386+387+8KBCache+（Cache），1ųm1997年PII，7