【正文】 微型計算機技術(shù)及應(yīng)用 授課教師：張 軻（焊接與激光制造實驗室） 聯(lián)系方式： 13916138810/34202709 辦公地址：材料樓 F樓 409室 學(xué)習(xí)要求： ? 課前預(yù)習(xí)（ 15min~30min） ? 上課認真聽講、積極參與 ? 獨立完成課后作業(yè) ? 獨立完成上機試驗程序 ? 試驗過程團結(jié)合作、鍥而不舍 ? 獨立完成試驗報告 本課件的配套教材 《微型計算機技術(shù)及應(yīng)用（第 3版）》 戴梅萼，史嘉權(quán)：清華大學(xué)出版社 《微型計算機技術(shù)及應(yīng)用（第 3版） —— 習(xí)題與實驗題集》 戴梅萼：清華大學(xué)出版社 《 微型計算機技術(shù)及應(yīng)用 》 實驗指導(dǎo)與習(xí)題 自編 引言 世界上第一臺可以由程序控制的計算機誕生在 1946年，是由美國賓夕法尼亞大學(xué)研制出來的，稱為電子數(shù)字 積分器與計算機 (electronic numerical integrator and calculator, ENIAC), 其基本參數(shù)如下： ? 采用 18800個電子管， 1500個繼電器 , 6000個 開關(guān)， 70000個電阻， 10000個電容， 50萬條線 ? 字長： 12位 ? 運算速度： 5000次加法 /秒 ? 重量： 30噸 ? 耗電： 140千瓦 ? 占地面積： 170平方米 計算機的發(fā)展歷史 ? 從第一臺計算機出現(xiàn)至今，計算機的發(fā)展可以分為 4個階段 , 每一階段在技術(shù)上都是一次新的突破，在性能上都是一次質(zhì)的飛躍： ? 第一代：電子管數(shù)字計算機 (1946～ 1958) ? 邏輯元件：電子管 ? 主存儲器：磁鼓、磁芯 ? 外存儲器：磁帶、紙帶 ? 軟件：機器語言、后期采用匯編語言 ? 用途：科學(xué)計算 ? 運算速度： 5000次 /秒～ 3萬次 /秒 ? 第二代：晶體管計算機 (1958～ 1964) ? 邏輯元件：晶體管 ? 主存儲器：磁鼓、磁芯 ? 外存儲器：磁帶、開始采用磁盤 ? 軟件：各種高級語言及編譯程序 ? 用途：科學(xué)計算、數(shù)據(jù)處理、開始用于工業(yè)控制 ? 運算速度：幾十～幾百萬次 /秒 計算機的發(fā)展歷史 ? 第三代：集成電路計算機 (1964～ 1971) ? 邏輯元件：中小規(guī)模 集成電路 (即 SSI, MSI) ? 主存儲器：磁芯、磁鼓、半導(dǎo)體存儲器 ? 外存儲器：磁帶、磁盤 ? 軟件：會話式高級語言、分時操作系統(tǒng) ? 用途：科學(xué)計算、系統(tǒng)設(shè)計等、科技工程領(lǐng)域 ? 運算速度：百萬～幾百萬次 /秒 ? 第四代：大規(guī)模集成電路計算機 (1971～ ) ? 邏輯元件：大規(guī)模集成電路 (LSI) ? 主存儲器：半導(dǎo)體存儲器 ? 外存儲器：磁帶、磁盤、光盤 ? 軟件：各種高級語言、操作系統(tǒng)、各種用途的應(yīng)用程序 ? 用途：工業(yè)、商業(yè)、家庭等各行各業(yè) ? 特點：體積小、耗電少、可靠性高、功能強 ? 運算速度：幾百萬～千億次 /秒 計算機的分類 按用途分 通用計算機 專用計算機 按所處理的數(shù)據(jù)類型分 模擬計算機 數(shù)字計算機 混合型計算機 按作用分 工作站 服務(wù)器 按計算機的規(guī)模分 巨型機 大型機 小型機 便攜機 微型機 掌上機 計算機的分類 1. 大型通用機 這類計算機具有極強的綜合處理能力和極大的性能覆蓋面。在一臺大型機中可以使用幾十臺微機或微機芯片，用以完成特定的操作?？赏瑫r支持上萬個用戶，可支持幾十個大型數(shù)據(jù)庫。主要應(yīng)用在政府部門、銀行、大公司、大企業(yè)等。 2. 巨型機 巨型機有極高的速度、極大的容量。用于國防尖端技術(shù)、空間技術(shù)、大范圍長期性天氣預(yù)報、石油勘探等方面。目前這類機器的運算速度可達每秒百億次。這類計算機在技術(shù)上朝兩個方向發(fā)展：一是開發(fā)高性能器件，特別是縮短時鐘周期，提高單機性能。二是采用多處理器結(jié)構(gòu)，構(gòu)成超并行計算機，通常由 100臺以上的處理器組成超并行巨型計算機系統(tǒng)，它們同時解算一個課題，來達到高速運算的目的 。 計算機的分類 3. 小型機 小型機的機器規(guī)模小、結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計試制周期短，便于及時采用先進工藝技術(shù)，軟件開發(fā)成本低，易于操作維護。它們己廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動控制、大型分析儀器、測量設(shè)備、企業(yè)管理、大學(xué)和科研機構(gòu)等，也可以作為大型與巨型計算機系統(tǒng)的輔助計算機。 近年來，小型機的發(fā)展也引人注目。特別是 RISC （ Reduced Instruction Set Computer縮減指令系統(tǒng)計算機）體系結(jié)構(gòu)，顧名思義是指令系統(tǒng)簡化、縮小了的計算機，而過去的計算機則統(tǒng)屬于 CISC （復(fù)雜指令系統(tǒng)計算機）。 RISC的思想是把那些很少使用的復(fù)雜指令用子程序來取代，將整個指令系統(tǒng)限制在數(shù)量甚少的基本指令范圍內(nèi)，并且絕大多數(shù)指令的執(zhí)行都只占一個時鐘周期，甚至更少，優(yōu)化編譯器，從而提高機器的整體性能。 計算機的分類 4. 微型機 (microputer) 隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，在單個硅片上能夠集成的晶體管越來越多，集成度越來越大，從最初的 1000個發(fā)展到現(xiàn)在的 125～ 144百萬 (P4 CPU， 90nm技術(shù) ), 使計算機向微型化方向發(fā)展，體積越來越小，功能越來越強。 微型機的異軍突起，開辟了計算機的新紀元，在近 10年內(nèi)發(fā)展速度迅猛，平均每 2～ 3個月就有新產(chǎn)品出現(xiàn)， 1～ 2年產(chǎn)品就更新?lián)Q代一次。平均每兩年芯片的集成度可提高一倍，性能提高一倍，價格降低一半，目前還有加快的趨勢。 微型機的一個重要特點是將中央處理器 (CPU)制做在一塊集成電路芯片上，這種芯片習(xí)慣上又稱為微處理器 (MPU, microprocessing unit)。 MPU與主存儲器和輸入輸出接口以及外圍設(shè)備如顯示器、鍵盤和打印機等就組成微型計算機硬件系統(tǒng)。 隨著液晶顯示技術(shù)的發(fā)展，目前把計算機和顯示、鍵盤等集成在一起的 便攜機 乃至 掌上機 也得到了迅速的發(fā)展。 微型計算機系統(tǒng) 微型計算機是計算機中應(yīng)用最普及、最廣泛的一類。一個完整的微機系統(tǒng)應(yīng)包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分。一般微型系統(tǒng)的組成如圖所示。 微 型 計 算 機 系 統(tǒng) 硬件 軟件 主機 外部設(shè)備 中央處理器 (CPU) 主存儲器 運算器 控制器 系統(tǒng)軟件 應(yīng)用軟件 操作系統(tǒng) 程序語言 診斷軟件 文字處理軟件 編譯和解釋系統(tǒng) 系統(tǒng)服務(wù)程序 網(wǎng)絡(luò)軟件 信息管理系統(tǒng) 各種應(yīng)用軟件包 各種輔助軟件包 第 1章 微型計算機概述 本章重點： 微處理器 、 微型計算機和微型機系統(tǒng)的差別 CPU的功能和組成部件 微型計算機的基本結(jié)構(gòu) 微型計算機的特點和發(fā)展 微型機特點： ① 體積小 、 重量輕 ② 價格低廉 ③ 可靠性高 、 結(jié)構(gòu)靈活 ④ 應(yīng)用面廣 微型機的發(fā)展： 根據(jù)微處理器的集成規(guī)模，微型機大致可分為四個發(fā)展階段。它以 23年的速率迅速更新?lián)Q代。 推出 年代 晶體管集成度 代表 型號 CPU 位數(shù) 1971 2021個 /片 Intel 4040, 8008 4, 8 第 1代 1974 9000個 /片 Intel 8080 M6800, Z80 8 第 2代 70~80 29000個 /片 Intel 8086/8088, 80186, 80286，M68000, Z8000 16 第 3代 1985 45萬個 /