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1、微机原理及接口技术微机原理及接口技术主讲：张国安计算机发展的回顾与展望计算机发展的回顾与展望计算机的发展历史计算机的发展历史 1第一台电子计算机第一台电子计算机1946年年2月月美美国国埃埃尼尼阿阿克克（ENIAC，即即ElectronicNumericalIntegratorandCalculator，电子数字积分计算机）电子数字积分计算机）重量30吨，占地170平方米，每小时耗电150千瓦，价值约40万美元，运算速度为每秒5000次加减法运算。2 2、计算机的发展阶段、计算机的发展阶段按电子部件的演变经历了四代：（1）第一代（1946年1958年）：电子管计算机（2）第二代（1959年19
2、64年）：晶体管计算机（3）第三代（1965年1970年）：中小规模集成电路计算机（4）第四代（1971年-）：大规模和超大规模集成电路计算机 3 3冯冯诺依曼结构计算机诺依曼结构计算机1946年 冯诺依曼 “存储程序”计算机设计方案其特点是：其特点是：由由运算器、运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备控制器、存储器、输入设备、输出设备5 5大部分大部分 组成计算机硬件。组成计算机硬件。数数据据和和计计算算机机指指令令采采用用二二进进制制数数形形式式表表示示，存存储储在在计计算算机机内部存储器中。内部存储器中。计算机工作原理的核心是计算机工作原理的核心是“存储程序存储程序”和和“程序控制程
3、序控制”。冯冯诺依曼计算机体系结构奠定了现代计算机结构理论的诺依曼计算机体系结构奠定了现代计算机结构理论的基础，被誉为计算机发展史上的里程碑。基础，被誉为计算机发展史上的里程碑。目前的各种计算机采用的基本上是经典的冯目前的各种计算机采用的基本上是经典的冯诺依曼结构。诺依曼结构。课程研究对象课程研究对象 计算机巨型机（超级计算机）大型机中型机小型机微型机微型机（简称微机）（简称微机）计算机分类计算机分类优点：体积小、重量轻、价格低廉、优点：体积小、重量轻、价格低廉、可靠性高、结构灵活、适应性强和可靠性高、结构灵活、适应性强和应用面广。应用面广。特点：将组成计算机的核心部件特点：将组成计算机的核心
4、部件运算器和控制器（称中央处理器运算器和控制器（称中央处理器CPU，CentralProcessingUnit），），集成在一片硅片上，通常称为微处集成在一片硅片上，通常称为微处理器。理器。个人计算机（个人计算机（PC机）机）单板机单板机单片机单片机考核方式考核方式v平时作业平时作业+测验测验+实验：不少于实验：不少于40%v期末考试：不超过期末考试：不超过60%v作业提交时间不迟于布置时间后作业提交时间不迟于布置时间后4天天v实验准备、操作、报告有规范性要求实验准备、操作、报告有规范性要求联系方式联系方式v方法方法1：13290747246v方法方法2：v方法方法3：办公室约见（时间、地点）
5、：办公室约见（时间、地点）v资料资料ftp:/ l l微型计算机系统的三个层次微型计算机系统的三个层次 l l微处理器的发展微处理器的发展 l l微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成l l微型计算机硬件系统的典型配置微型计算机硬件系统的典型配置第第1章章计算机基础计算机基础本章教学目的及要求本章教学目的及要求 l l掌握掌握冯冯.诺依曼诺依曼计算机的基本结构及工作原理计算机的基本结构及工作原理l l掌握掌握微机系统的三个层次的内涵、区别与联系微机系统的三个层次的内涵、区别与联系 l l了解了解微处理器的发展微处理器的发展 l l掌握掌握微型计算机系统组成，软、硬件基本结构。微型计算机系统组
6、成，软、硬件基本结构。l l了解了解微机系统的典型配置微机系统的典型配置第第1章章计算机基础计算机基础1.1概述（几个重要概念）概述（几个重要概念）*1*1.2.2 计算机中的数据表示与编码计算机中的数据表示与编码1.3 1.3 微型计算机的逻辑电路基础微型计算机的逻辑电路基础1.4 1.4 微型计算机基本结构与工作原理微型计算机基本结构与工作原理一、微型计算机系统的三个层次一、微型计算机系统的三个层次二、微处理器的发展二、微处理器的发展三、几个重要概念三、几个重要概念1.1概述概述微处理器（微处理器（MicroprocessorUnit）利用大规模集成电路技术，将运算器和利用大规模集成电路技
7、术，将运算器和控制器集成在一块硅片上的集成电路。控制器集成在一块硅片上的集成电路。一、微型计算机系统的三个层次一、微型计算机系统的三个层次微型计算机（微型计算机（Microcomputer）以微处理器为核心，配以内存储器、以微处理器为核心，配以内存储器、输入输入/输出（输出（I/O）接口电路，通过总线接口电路，通过总线（Bus）结构连接而构成的裸机。结构连接而构成的裸机。微型计算机系统（微型计算机系统（MicrocomputerSystem）由微型计算机配以相应的外围设备由微型计算机配以相应的外围设备（如键盘、显示器、打印机、外存储器（如键盘、显示器、打印机、外存储器等）、电源和其他辅助设备，
8、及足够的等）、电源和其他辅助设备，及足够的软件而构成的系统。软件而构成的系统。二、微处理器和微型计算机的发展二、微处理器和微型计算机的发展 (以以IntelIntel微处理器为主线微处理器为主线)1 1、第一代（、第一代（1971-19731971-1973）4 4位及低档位及低档8 8位微处理器位微处理器1971年人类历史上第一片微处理器4位的Intel40041972年8位的80082 2、第二代（、第二代（1974197419771977）中、高档中、高档8 8位微处理器位微处理器1974Intel8080、MC6800Intel8080：Intel真正意义上的微处理器诞生以8080为C
9、PU的全球第一台PC机Altair。1976Intel80853 3、第三代（第三代（1978197819841984）1616位微处理器位微处理器19788086/80881979IBM公司采用Intel8088作为其个人计算机IBM-PC和IBM-PC/XT的CPU，个人计算机PC时代从此诞生。8088芯片的成功使英特尔进入了财富500强的行列。从1982年开始，Intel英特尔推出80 x86系列。首先推出的是80286CPU。100完全向下兼容以80286为基础，IBM推出了IBM-PC/AT，进一步提高PC机的总体性能。从此，PC机的应用逐渐普及开来。4 4、第四代（、第四代（198
10、5198519931993）低档低档3232位微处理器位微处理器198532位CPU80386DX推出。1989804865 5、第五代（、第五代（19931993）高档高档3232位微处理器：位微处理器：PentiumPentium系列系列199380586Pentium（奔腾）1996PentiumPro（高能奔腾）1996年底1997年初，将MMX（MultiMediaextension）多媒体扩展技术用于Pentium，推出PentiumMMX改善PC在图形、多媒体和通信方面的功能。1997年MMX技术用于PentiumProPentium。AMD的K6和Cyrix的6X86MX也相继
11、上市，CPU市场逐渐形成三足鼎立的局面。1998赛扬（Celeron）处理器为与其他厂家争夺低价位处理器市场。1999年PentiumIII增加了音频、视频和3D处理能力，并大大优化了网络功能。8月，AMD公司凭借着一款低价高质的芯片Athlon（速龙），终于首次在同频竞争中性能全面超越Intel公司，成为最快的处理器。2000年6月PentiumIV（简称P4）拥有更高的主频（主频现已高达3.6GHz）目前以P4为CPU的微机已成为市场的主流产品。6 6、6464位处理器位处理器IntelItanium（安腾）用于服务器，缺点是不兼容32位计算，市场份额不理想。AMDOpteron（傲龙）兼
12、容32位计算、用于服务器。2003年9月AMD推出面向台式机的推出面向台式机的Athlon64。2005年2月Intel推出64位的Pentium4。ItaniumOpteronAthlon64字字长：长：CPU内部数据总线的宽度，也是其内部数据总线的宽度，也是其基本处理对象的二进制位数。基本处理对象的二进制位数。4/8/16/32/64内存容量：所有数据和指令均需要放入内内存容量：所有数据和指令均需要放入内存后才能被存后才能被CPU处理，目前可达处理，目前可达1GB.主频与主频与速度：时钟频率表征计算机中最小速度：时钟频率表征计算机中最小的时间单位，目前可达的时间单位，目前可达nGHz，它与
13、速度它与速度有关。有关。三、几个重要概念三、几个重要概念一、数与数制一、数与数制二、计算机中有符号数的表示方法二、计算机中有符号数的表示方法三、定点数与浮点数三、定点数与浮点数四、十进制数的编码四、十进制数的编码五、五、ASCII字符代码字符代码1.2 1.2 计算机中的数据表示与编码计算机中的数据表示与编码一、一、数与数制数与数制计算机是机器，其中只有二进制编码。计算机程序，要处理的数据，最终都必须以二进制编码形式在计算机中处理。我们习惯用十进制数我们习惯用十进制数。数以一定位长存入计算机中。其它进制的数一定是按某种编码方式的二进制形式存放在计算机中。常用的进制有十进制D（我们习惯）、八进制
14、Q/十六进制H（等价于3/4位二进制数），需要掌握不同进制数的转换方法。二、二、计算机中有符号数的表示方法计算机中有符号数的表示方法对于有符号数，计算机中一般是对于有符号数，计算机中一般是用专门一位表示符号，其余位表示其用专门一位表示符号，其余位表示其数值。常用的表示方法有原码、反码、数值。常用的表示方法有原码、反码、补码。补码。计算机中所有的编码都是计算机中所有的编码都是固定位固定位长长(由你所用的计算机决定由你所用的计算机决定）的二进）的二进制数，只能表示一定范围的数值。制数，只能表示一定范围的数值。计算机中有符号数的补码表示计算机中有符号数的补码表示对于有符号整数，计算机中一般是对于有符
15、号整数，计算机中一般是用补码来表示，原因是其中零的表示唯用补码来表示，原因是其中零的表示唯一，且加减运算处理较方便。一，且加减运算处理较方便。下面给出有符号整数补码的定义：下面给出有符号整数补码的定义：x补补=x，x0时时M+x,x参考书参考书-作业作业-归纳总结归纳总结3书面作业书面作业P23第第7、9、11题题。可可以以讨讨论论，必必须须独独立立完完成成，最最迟迟不不晚晚于于2009年年2月月20日提交。日提交。未按时提交或抄袭作业，作业记录记为未按时提交或抄袭作业，作业记录记为D。返回返回关于分组关于分组 1分组的目的分组的目的便于学习讨论，便于收集同学学习中的问题。便于学习讨论，便于收集同学学习中的问题。2分组的实施分组的实施全全班班分分10组组，每每组组5-6人人，轮轮流流担担任任组组长长一一周周，负负责责收收集集学学习习中中的的问问题，课堂提出，并组织讨论。题，课堂提出，并组织讨论。3充分利用网络充分利用网络本本课课程程的的学学习习工工具具存存放放于于ftp:/