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1、第一章：概述第一章：概述1.1.微型计算机的发展概况微型计算机的发展概况2.2.微型计算机系统的基本组成和基本原理微型计算机系统的基本组成和基本原理3.3.微型计算机的应用概况微型计算机的应用概况1左旭坤（）第一章：概述第一章：概述1.1.微型计算机的发展概况微型计算机的发展概况2.2.微型计算机系统的基本组成和各部件功能微型计算机系统的基本组成和各部件功能3.3.微型计算机的应用概况微型计算机的应用概况2左旭坤（）第一章：概述第一章：概述微型计算机的发展概况微型计算机的发展概况计算机的发展计算机的发展电子管计算机电子管计算机晶体管计算机晶体管计算机集成电路计算机集成电路计算机大规模大规模集成
2、电路计算机集成电路计算机人工智能计算机（尚在研制）人工智能计算机（尚在研制）1946年第一代电子计算机（年第一代电子计算机（ENIAC）1958年第二代晶体管计算机推出年第二代晶体管计算机推出3左旭坤（）第一章：概述第一章：概述微型计算机的发展概况微型计算机的发展概况计算机的发展计算机的发展19651965年中小规模集成电路为主体的计算机问世，使计算机的体积进一年中小规模集成电路为主体的计算机问世，使计算机的体积进一步缩小，配上各类操作系统，计算机性能极大提高。步缩小，配上各类操作系统，计算机性能极大提高。4左旭坤（）第一章：概述第一章：概述微型计算机的发展概况微型计算机的发展概况计算机的发展
3、计算机的发展19701970年大规模集成电路（年大规模集成电路（LSILSI）研制成功，计算机发展到第四代，微）研制成功，计算机发展到第四代，微型计算机是第四代计算机的典型代表。型计算机是第四代计算机的典型代表。19711971年在美国硅谷第一块通用微处理器年在美国硅谷第一块通用微处理器Intel4004Intel4004诞生，从而开创了诞生，从而开创了微型计算机的新时代。微型计算机的新时代。5左旭坤（）第一章：概述第一章：概述微型计算机的发展概况微型计算机的发展概况计算机的发展计算机的发展计算机发展的四个方向：巨、微、网、智计算机发展的四个方向：巨、微、网、智6左旭坤（）第一章：概述第一章：
4、概述微型计算机的发展概况微型计算机的发展概况微处理器的发展微处理器的发展Intel 4004Intel 8008Motorola 6800Intel 8086Intel 80286Intel 80386Intel 80486Intel PentiumIntel Pentium IIIntel Pentium IIIIntel Pentium IV7左旭坤（）第一章：概述第一章：概述微型计算机的发展概况微型计算机的发展概况摩尔定律摩尔定律 歌登歌登.摩尔（摩尔（Gordon MooreGordon Moore）是）是IntelIntel公司奠基者之一，他在公司奠基者之一，他在19641964年提
5、年提出一个摩尔定率，摩尔定律说出一个摩尔定率，摩尔定律说每每1818个月半导体集成电路里面晶体管的个数个月半导体集成电路里面晶体管的个数会翻一倍，也就是集成度提升一倍，每隔会翻一倍，也就是集成度提升一倍，每隔1818个月其性能会提升一倍。个月其性能会提升一倍。这个这个非常著名的摩尔定率，从非常著名的摩尔定率，从19641964年提出以来（尽管当时计算机集成电路芯片年提出以来（尽管当时计算机集成电路芯片还没有出现），到还没有出现），到19711971年年IntelIntel公司首次做出第一块公司首次做出第一块CPU 4004CPU 4004芯片，再到芯片，再到现在，发展了大概三十多年。可以发现，
6、现在，发展了大概三十多年。可以发现，CPUCPU一直是遵循摩尔定理在发展一直是遵循摩尔定理在发展的，后来到的，后来到19951995年歌登年歌登摩尔对摩尔定理稍微修改了一下，原来是每一年摩尔对摩尔定理稍微修改了一下，原来是每一年半（半（1818个月）后来改成两年，也就是说每两年芯片的集成度会提升一倍，个月）后来改成两年，也就是说每两年芯片的集成度会提升一倍，特性提升一倍，但价格不变。特性提升一倍，但价格不变。8左旭坤（）第一章：概述第一章：概述1.1.微型计算机的发展概况微型计算机的发展概况2.2.微型计算机系统的基本组成和基本原理微型计算机系统的基本组成和基本原理3.3.微型计算机的应用概况
7、微型计算机的应用概况9左旭坤（）第一章：概述第一章：概述微型计算机系统的基本组成和基本原理微型计算机系统的基本组成和基本原理微型计算机的构成微型计算机的构成显示器（输出设备）显示器（输出设备）显示器（输出设备）显示器（输出设备）主机箱主机箱主机箱主机箱鼠标（输入设备）鼠标（输入设备）鼠标（输入设备）鼠标（输入设备）键盘（输入设备）键盘（输入设备）键盘（输入设备）键盘（输入设备）10左旭坤（）第一章：概述第一章：概述微型计算机系统的基本组成和基本原理微型计算机系统的基本组成和基本原理微型计算机的构成微型计算机的构成主机箱主机箱电源电源电源电源光驱光驱光驱光驱硬盘硬盘硬盘硬盘内存内存内存内存CPU
8、CPU扩展卡扩展卡扩展卡扩展卡11左旭坤（）存存储储器器I/O接接口口输输入入设设备备I/O接接口口数据总线数据总线 DB控制总线控制总线 CB地址总线地址总线 AB输输出出设设备备CPU微机的硬件由微机的硬件由CPU、存储器存储器、输入输入/输出设备输出设备构成；构成；输入输入/输出设备通过输出设备通过输入输入/输出接口输出接口与系统相连；与系统相连；(输入输入/输出接口简称输出接口简称I/O接口接口)各部件通过各部件通过总线总线连接。连接。构构成成部部件件第一章：概述第一章：概述微型计算机系统的基本组成和微型计算机系统的基本组成和基本原理基本原理12左旭坤（）第一章：概述第一章：概述微型计
9、算机系统的基本组成和基本原理微型计算机系统的基本组成和基本原理（1 1）微处理器）微处理器CPUCPU微处理器（微处理机）：由一片或几片大规模集成电微处理器（微处理机）：由一片或几片大规模集成电路组成的中央处理器，一般也称路组成的中央处理器，一般也称CPUCPU（CenterCenter Process UnitProcess Unit）。其内部通常包括算术逻辑部件，累）。其内部通常包括算术逻辑部件，累加器和通用寄存器组，程序计数器，时序和控制逻辑加器和通用寄存器组，程序计数器，时序和控制逻辑部件，内部总线等等。部件，内部总线等等。计算机的核心部件，用来实现指令的自动装入和自动计算机的核心部件
10、，用来实现指令的自动装入和自动执行，实现计算机本身的自动化。执行，实现计算机本身的自动化。13左旭坤（）DSESSSCSIP数据暂存器数据暂存器执执 行行 部部 件件控控 制制 电电 路路指令译码器指令译码器总线总线接口接口控制控制电路电路AXBXCXDXAHBHCHDHSIDIBPSPALBLCLDL寄存器组寄存器组BIUABDBCB地地址址加加法法器器指指令令队队列列PSW标志寄存器标志寄存器EU运运算算器器DSESSSCSIP数据暂存器数据暂存器执执 行行 部部 件件控控 制制 电电 路路指令译码器指令译码器总线总线接口接口控制控制电路电路AXBXCXDXAHBHCHDHSIDIBPSP
11、ALBLCLDL寄存器组寄存器组ABDBCB地地址址加加法法器器指指令令队队列列PSW标志寄存器标志寄存器运运算算器器第一章：概述第一章：概述微型计算机系统的基本组成和基本原理微型计算机系统的基本组成和基本原理14左旭坤（）(2)(2)内存内存 是存储程序和数据的部件，由地址译码器、内存单元等构成。是存储程序和数据的部件，由地址译码器、内存单元等构成。n根根CPU地址线地址线AB数据线数据线DB控制线控制线CB地地址址译译码码器器1100110000110011101010101111000010001000地址地址00.0000地址地址00.0001地址地址00.0010地址地址00.001
12、1地址地址111111内存结构示意图内存结构示意图第一章：概述第一章：概述微型计算机系统的基本组成和基本原理微型计算机系统的基本组成和基本原理15左旭坤（）(3)(3)外设和输入外设和输入/输出接口（输出接口（I/OI/O接口）接口）外设的电信号、运行速度与外设的电信号、运行速度与CPU不匹配，不匹配，不能与不能与CPU直接相连，必须通过直接相连，必须通过I/O接口与接口与CPU相连。相连。第一章：概述第一章：概述微型计算机系统的基本组成和基本原理微型计算机系统的基本组成和基本原理CPU通过对通过对I/O接口进行读接口进行读/写操作，实现对外设的控制。写操作，实现对外设的控制。I/O端口端口1
13、I/O端口端口2I/O端口端口3地址地址译码译码数据数据缓冲缓冲控制控制电路电路外外设设ABDBCBCPU16左旭坤（）第一章：概述第一章：概述微型计算机系统的基本组成和基本原理微型计算机系统的基本组成和基本原理各种接口卡各种接口卡17左旭坤（）(4)总线总线l 总线是连接多个功能部件的一组公共信号线，微机中各总线是连接多个功能部件的一组公共信号线，微机中各 功能部件之间的功能部件之间的信息信息是通过总线传输。是通过总线传输。总线总线 BUS存存储储器器I/O接接口口输输入入设设备备I/O接接口口输输出出设设备备CPU第一章：概述第一章：概述微型计算机系统的基本组成和基本原理微型计算机系统的基
14、本组成和基本原理18左旭坤（）l 按信息的作用不同，总线分为三类：按信息的作用不同，总线分为三类：地址总线地址总线、数据总线数据总线、控制总线控制总线 l通常称微型计算机采用通常称微型计算机采用三总线结构三总线结构。存存储储器器I/O接接口口输输入入设设备备I/O接接口口数据总线数据总线 DB控制总线控制总线 CB地址总线地址总线 AB输输出出设设备备CPU第一章：概述第一章：概述微型计算机系统的基本组成和基本原理微型计算机系统的基本组成和基本原理19左旭坤（）第一章：概述第一章：概述微型计算机系统的基本组成和基本原理微型计算机系统的基本组成和基本原理地址总线地址总线AB(Address Bu
15、s)AB(Address Bus)：是用来传送地址信息的信号线。是用来传送地址信息的信号线。地址总线的位数地址总线的位数决定了决定了CPUCPU可以直接寻址的内存空间的大小可以直接寻址的内存空间的大小。地址总是从。地址总是从CPUCPU发出的，所以地发出的，所以地址总线是址总线是单向的三态总线单向的三态总线。单向指信息只能沿一个方向传送单向指信息只能沿一个方向传送，三态指除了输三态指除了输出高、低电平状态外，还可以处于高阻抗状态（浮空状态）出高、低电平状态外，还可以处于高阻抗状态（浮空状态）。数据总线数据总线DB(Data Bus)DB(Data Bus)：数据总线是数据总线是CPUCPU用来
16、传送数据信息的信号线。数据用来传送数据信息的信号线。数据总线是总线是双向三态总线双向三态总线，即数据既可以从，即数据既可以从CPUCPU送到其它部件，也可以从其它部送到其它部件，也可以从其它部件传送给件传送给CPUCPU，数据总线的位数和处理器的位数相对应数据总线的位数和处理器的位数相对应。控制总线控制总线CB(Control Bus)CB(Control Bus)：控制总线是用来传送控制信号的一组总线。这组控制总线是用来传送控制信号的一组总线。这组信号线比较复杂，由它来实现信号线比较复杂，由它来实现CPUCPU对外部功能部件（包括存储器和对外部功能部件（包括存储器和I/OI/O接口）接口）的
17、控制及接收外设传送给的控制及接收外设传送给CPUCPU的状态信号，不同的微处理器采用不同的控制的状态信号，不同的微处理器采用不同的控制信号。控制总线有的为信号。控制总线有的为单向单向，有的为，有的为双向双向或三态，有的为非三态，取决于具或三态，有的为非三态，取决于具体的信号线。体的信号线。CPU发出的读发出的读/写指令写指令外设向外设向CPU发出的中断发出的中断申请信号申请信号20左旭坤（）微机的工作过程（微机的工作过程（冯冯诺依曼体系结构）诺依曼体系结构）1.1.能把需要的程序和数据送至计算机中。能把需要的程序和数据送至计算机中。（输入）（输入）2.2.必须具有长期记忆程序、数据、中间结果及
18、最终运必须具有长期记忆程序、数据、中间结果及最终运算结果的能力。算结果的能力。（存储）（存储）3.3.能够完成各种算术、逻辑运算和数据传送等数据加能够完成各种算术、逻辑运算和数据传送等数据加工处理的能力。工处理的能力。（运算）（运算）4.4.能够根据需要控制程序走向，并能根据指令控制机能够根据需要控制程序走向，并能根据指令控制机器的各部件协调操作。器的各部件协调操作。（控制）（控制）5.5.能够按照要求将处理结果输出给用户。能够按照要求将处理结果输出给用户。（输出）（输出）6.6.简单地讲，微型计算机系统的工作过程是：简单地讲，微型计算机系统的工作过程是：7.7.取指令取指令(代码代码)分析指
19、令分析指令(译码译码)执行指令执行指令的不断循环的过程。的不断循环的过程。第一章：概述第一章：概述微型计算机系统的基本组成和基本原理微型计算机系统的基本组成和基本原理21左旭坤（）l取指令阶段取指令阶段（CPU读内存操作）：读内存操作）：地址经地址寄存器地址经地址寄存器 地址总线地址总线 地址译码器地址译码器,选中指令所在的内存单元选中指令所在的内存单元 CPU发出内存读控制信号发出内存读控制信号 指令从内存指令从内存 数据总线数据总线 数据暂存器数据暂存器 指令寄存器指令寄存器 指令译码器对指令进行译码指令译码器对指令进行译码 由由IP给出指令在内存的地址给出指令在内存的地址标标 志志寄存器
20、寄存器地址总线地址总线 AB程程序序数数据据数据总线数据总线 DB控制总线控制总线 CB地地址址译译码码器器、指令指令1指令指令2指令指令3指令指令4、数据数据1数据数据2数据数据3、指令寄存器指令寄存器数据暂存器数据暂存器控制电路控制电路指令译码器指令译码器地地址址寄寄存存器器指指 令令指指 针针寄存器寄存器R1R2R3R4寄存器组寄存器组运运算算器器IPl分析指令阶段分析指令阶段（译码）：译码）：22左旭坤（）l执行指令阶段：执行指令阶段：经译码后的指令，由控制电路发出控制信号去执行。经译码后的指令，由控制电路发出控制信号去执行。CPU 总线总线 内存内存标标 志志寄存器寄存器地址总线地址
21、总线 AB程程序序数数据据数据总线数据总线 DB控制总线控制总线 CB地地址址译译码码器器、指令指令1指令指令2指令指令3指令指令4、数据数据1数据数据2数据数据3、指令寄存器指令寄存器数据暂存器数据暂存器控制电路控制电路指令译码器指令译码器地地址址寄寄存存器器指指 令令指指 针针寄存器寄存器R1R2R3R4寄存器组寄存器组运运算算器器IP23左旭坤（）当当一一条条指指令令取取走走后后，指指令令指指针针寄寄存存器器会会被被修修改改成成下下一一条条要要执执行行指指令令的的地地址址，这这样样，当当一一条条指指令令执执行行后后，又进入取指令阶段，如此不断的重复。又进入取指令阶段，如此不断的重复。第一
22、章：概述第一章：概述微型计算机系统的基本组成和基本原理微型计算机系统的基本组成和基本原理24左旭坤（）第一章：概述第一章：概述微型计算机系统的基本组成和基本原理微型计算机系统的基本组成和基本原理微型计算机系统及其组成微型计算机系统及其组成微型计算机系统：是指以微型计算机为主体，再配以相应的外围设备、微型计算机系统：是指以微型计算机为主体，再配以相应的外围设备、电源、辅助电路和所需要的软件而构成的计算机系统。电源、辅助电路和所需要的软件而构成的计算机系统。常用的外围设常用的外围设备有显示器、打印机、键盘等；系统软件一般包括操作系统、编译、备有显示器、打印机、键盘等；系统软件一般包括操作系统、编译
23、、编辑、汇编软件等。编辑、汇编软件等。微处理器、微型计算机和微型计算机系统三者关系微处理器、微型计算机和微型计算机系统三者关系25左旭坤（）单片机及其组成单片机及其组成单片机：是指将单片机：是指将CPUCPU、内存储器、内存储器、I/OI/O接口电路等功能部件集成在一接口电路等功能部件集成在一块芯片上的计算机。块芯片上的计算机。单板机及其组成单板机及其组成单板机：是指将单板机：是指将CPUCPU、内存储器和、内存储器和I/OI/O接口电路，加上相应的外设以接口电路，加上相应的外设以及监控程序等安装在一块电路板上所构成的计算机系统。及监控程序等安装在一块电路板上所构成的计算机系统。注意注意 微型
24、计算机、微型计算机系统、单片机和单板机都是以微处理器为基微型计算机、微型计算机系统、单片机和单板机都是以微处理器为基础，加上相应的硬件和软件组装而成的。要注意，单纯的微处理器不础，加上相应的硬件和软件组装而成的。要注意，单纯的微处理器不是计算机，单纯的微型计算机也不是完整的计算机系统，它们都不能是计算机，单纯的微型计算机也不是完整的计算机系统，它们都不能独立地工作，只有微型计算机系统才是完整的计算机系统，才有实用独立地工作，只有微型计算机系统才是完整的计算机系统，才有实用意义。意义。第一章：概述第一章：概述微型计算机系统的基本组成和基本原理微型计算机系统的基本组成和基本原理26左旭坤（）第一章
25、：概述第一章：概述1.1.微型计算机的发展概况微型计算机的发展概况2.2.微型计算机系统的基本组成和基本原理微型计算机系统的基本组成和基本原理3.3.微型计算机的应用概况微型计算机的应用概况27左旭坤（）第一章：概述第一章：概述微型计算机的应用概况微型计算机的应用概况科学计算：科学计算：科学研究和工程计术计算领域，是计算机应用最早的领域，科学研究和工程计术计算领域，是计算机应用最早的领域，也是应用得较广泛的领域。也是应用得较广泛的领域。实时控制：实时控制：计算机在工业测量和控制方面的应用已十分成熟和广泛，计算机在工业测量和控制方面的应用已十分成熟和广泛，应用于工业、农业、科学技术、国防以至我们
26、日常生活等各个领域。应用于工业、农业、科学技术、国防以至我们日常生活等各个领域。信息处理：信息处理：信息处理又称为数据处理，是指计算机用于处理生产、经信息处理又称为数据处理，是指计算机用于处理生产、经济活动、社会和科学研究中获得的大量信息。计算机发展初期，仅仅济活动、社会和科学研究中获得的大量信息。计算机发展初期，仅仅用于数值计算。后来应用范围逐渐发展到非数值计算领域，可用来处用于数值计算。后来应用范围逐渐发展到非数值计算领域，可用来处理文字、表格、图象、声音等各类问题。理文字、表格、图象、声音等各类问题。计算机辅助技术：计算机辅助技术：计算机辅助技术包含计算机辅助设计计算机辅助技术包含计算机
27、辅助设计(CAD)(CAD)、计算、计算机辅助制造机辅助制造(CAM)(CAM)、计算机辅助测试、计算机辅助测试(CAT)(CAT)、计算机辅助教学、计算机辅助教学(CAI)(CAI)等。等。办公自动化：办公自动化：办公自动化系统，它是以支持办公自动化为目的的一个办公自动化系统，它是以支持办公自动化为目的的一个信息系统，如日程管理、电子邮政、电子会议、文档管理、统计报表信息系统，如日程管理、电子邮政、电子会议、文档管理、统计报表等，并能辅助管理和决策。等，并能辅助管理和决策。家用电器：家用电器：目前不仅使用各种类型的个人计算机，而且将单片机广泛目前不仅使用各种类型的个人计算机，而且将单片机广泛
28、应用于微波炉、磁带录音机、自动洗涤机、煤气用定时器应用于微波炉、磁带录音机、自动洗涤机、煤气用定时器,家用空调家用空调设备控制器、电子式缝纫机、电子玩具、游戏机等。设备控制器、电子式缝纫机、电子玩具、游戏机等。人工智能：人工智能：人工智能的研究课题是多种多样的人工智能的研究课题是多种多样的,诸如计算机学习、计诸如计算机学习、计算机证明、景物分析、模拟人的思维过程、机器人等等。算机证明、景物分析、模拟人的思维过程、机器人等等。28左旭坤（）第一章：概述第一章：概述本章要点本章要点微处理器、微型计算机和微型计算机系统三者关系。微处理器、微型计算机和微型计算机系统三者关系。微型计算机构成（微型计算机
29、构成（cpucpu、存储器、存储器、IOIO接口、三总线）。接口、三总线）。微机工作过程。微机工作过程。29左旭坤（）地址总线的条数地址总线的条数 决定决定CPU的寻址能力。的寻址能力。10根根 210 1024 1K 20根根 220 1024K 1M32根根 232 22 230 4G36根根 236 26 230 64G第一章：概述第一章：概述微型计算机系统的基本组成和各部件功能微型计算机系统的基本组成和各部件功能30左旭坤（）数据总线的条数决定一次可最多传送数据的宽度。数据总线的条数决定一次可最多传送数据的宽度。8 根根 一次传送一次传送 8位位16 根根 一次传送一次传送 16位位 32 根根 一次传送一次传送 32位位 64 根根 一次传送一次传送 64位位第一章：概述第一章：概述微型计算机系统的基本组成和各部件功能微型计算机系统的基本组成和各部件功能31左旭坤（）