【正文】 1 微機(jī)原理與接口技術(shù) 大家好 ！ 2 課程目標(biāo) 掌握： ? 微型計算機(jī)的基本工作原理 ? 匯編語言程序設(shè)計方法 ? 微型計算機(jī)接口技術(shù) ? 建立微型計算機(jī)系統(tǒng)的整體概念，形成微機(jī)系統(tǒng)軟硬件開發(fā)的初步能力 3 教材及實驗指導(dǎo)書 ? 教材： – 《微機(jī)原理與接口技術(shù)》（第 2版） . 馮博琴，吳寧主編 . 清華大學(xué)出版社 ? 實驗指導(dǎo)書 – 《微機(jī)原理與接口技術(shù)題解及實驗指導(dǎo)》（第 2版） . 吳寧，陳文革編 . 清華大學(xué)出版社 4 第 1章 微型計算機(jī)基礎(chǔ)概論 主要內(nèi)容： ? 微機(jī)系統(tǒng)的組成、發(fā)展 ? 計算機(jī)中的常用計數(shù)制、編碼及其相互間的轉(zhuǎn)換 ? 無符號二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)運算和邏輯運算 ? 符號數(shù)的表示及補(bǔ)碼運算 ? 二進(jìn)制數(shù)運算中的溢出 ? 基本邏輯門及譯碼器 5 第一章 微型計算機(jī)系統(tǒng)概述 本章學(xué)習(xí)目標(biāo) ? 了解微型計算機(jī)的發(fā)展、應(yīng)用及其分類 ? 掌握計算機(jī)數(shù)據(jù)的表示 ? 掌握計算機(jī)的組成結(jié)構(gòu) ? 理解微型計算機(jī)的工作過程 6 微型計算機(jī)系統(tǒng) 微型計算機(jī)的發(fā)展 1．第一臺電子計算機(jī) 1946年 2月，美國 賓夕法尼亞大學(xué) 誕生了世界上第一臺電子數(shù)字計算機(jī)： “ 埃尼阿克 ” （ ENIAC，即 Electronic Numerical Integrator and Calculator，電子數(shù)字積分計算機(jī)）。 重量 30噸，占地 170平方米，每小時耗電 150千瓦，價值約 40萬美元。 采用 18000只電子管， 70000個電阻， 10000支電容，研制時間近三年，運算速度為每秒 5000次加減法運算。 ENIAC的不足 ：運算速度慢、存儲容量小、全部指令沒有存放在存儲器中、機(jī)器操作復(fù)雜、穩(wěn)定性差 。 7 2．馮 諾依曼結(jié)構(gòu)計算機(jī) 1946年 6月，美籍匈牙利科學(xué)家馮 諾依曼（ Johe Von Neumman）提出了 “ 存儲程序 ” 的計算機(jī)設(shè)計方案。 其特點是 ： 采用二進(jìn)制數(shù)形式表示數(shù)據(jù)和計算機(jī)指令。 指令和數(shù)據(jù)存儲在計算機(jī)內(nèi)部存儲器中，能自動依次執(zhí)行指令。 由控制器、運算器、存儲器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備 5大部分組成計算機(jī)硬件。 工作原理的核心是 “ 存儲程序 ” 和 “ 程序控制 ” 。 按照這一原理設(shè)計的計算機(jī)稱為馮 諾依曼型計算機(jī)。 馮 諾依曼提出的體系結(jié)構(gòu)奠定了現(xiàn)代計算機(jī)結(jié)構(gòu)理論的基礎(chǔ)，被譽(yù)為計算機(jī)發(fā)展史上的里程碑。 8 馮 諾依曼計算機(jī)結(jié)構(gòu) 運算器 存儲器 控制器 輸出設(shè)備 輸入設(shè)備 原始數(shù)據(jù)和指令 計算結(jié)果 計算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)框圖 9 馮 諾依曼計算機(jī)結(jié)構(gòu) ? 數(shù)據(jù)和程序以 二進(jìn)制 代碼形式不加區(qū)別地存放在存儲器中 ， 存放位置由地址指定 ， 地址碼也為二進(jìn)制 ? 由運算器 、 控制器 、 存儲器 、 輸入設(shè)備和輸出設(shè)備 五部分 組成 ? 控制器 是根據(jù)存放在存儲器中的指令序列即程序 ? 來工作的 ， 并由一個程序計數(shù)器 （ 即指令地址計數(shù)器 ） 控制指令的執(zhí)行 。 控制器具有判斷能力 ，能根據(jù)指令 ， 選擇不同的動作流程 ? 微處理器 包括運算器和控制器。以其為核心，通過地址 (AB)、數(shù)據(jù) (DB)、控制 (CB)三總線連接存儲器、輸入 /輸出接口，進(jìn)而連接輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。 10 3．按邏輯部件化分的計算機(jī)發(fā)展階段 按電子部件的演變經(jīng)歷了 四代 ： （ 1）第一代（ 1946年 1958年）： 電子管計算機(jī) 特點：體積大、耗電多、運算速度慢，存儲容量小。 （ 2）第二代（ 1959年 1964年）： 晶體管計算機(jī) 特點：體積減小，重量輕、省電、壽命長、可靠性提高，運算速度可達(dá)每秒百萬次。 （ 3）第三代（ 1965年 1970年）： 中小規(guī)模集成電路計算機(jī) 特點：存儲容量 1 4兆字節(jié)。運算速度每秒幾百萬至千萬次，可靠性有較大提高，體積進(jìn)一步縮小，成本進(jìn)一步降低，出現(xiàn)了向大型化和小型化發(fā)展的趨勢。 11 （ 4）第四代（ 1971年 ）：大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路計算機(jī) 大規(guī)模集成電路使計算機(jī)發(fā)生了巨大的變化，半導(dǎo)體存儲器的集成度越來越高。 Intel公司推出了微處理器，誕生了微型計算機(jī)，使計算機(jī)的存儲容量、運算速度、可靠性、性能價格比等方面都比上一代計算機(jī)有較大突破。 4．按計算機(jī)應(yīng)用劃分的計算機(jī)發(fā)展階段 （ 1）超、大、中、小型計算機(jī)階段（ 1946年 1980年） 采用計算機(jī)來代替人的腦力勞動，提高了工作效率，能夠解決較復(fù)雜的數(shù)學(xué)計算和數(shù)據(jù)處理。 （ 2）微型計算機(jī)階段（ 1981年 1990年） 微型計算機(jī)大量普及，幾乎應(yīng)用于所有領(lǐng)域，對世界科技和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到了重要的推動作用。 （ 3）計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)階段（ 1991年至今） 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為人類實現(xiàn)資源共享提供了有力的幫助，從而促進(jìn)了信息化社會的到來，實現(xiàn)了遍及全球的信息資源共享。 12 5 微型計算機(jī)的發(fā)展 1971年，美國 Intel公司研究并制造了 I4004微處理器芯片。該芯片能同時處理 4位二進(jìn)制數(shù)，集成了 2300個晶體管，每秒可進(jìn)行 6萬次運算，成本約為 200美元。它是世界上第一個微處理器芯片，以它為核心組成的 MCS4計算機(jī)，標(biāo)志了世界第一臺微型計算機(jī)的誕生。 微機(jī)概念：以大規(guī)模、超大規(guī)模構(gòu)成的微處理器作為核心，配以存儲器、輸入 /輸出接口電路及系統(tǒng)總路線所制造出的計算機(jī)。 劃分階段的標(biāo)志：以字長和微處理器型號。 13 第一代 4位和低檔 8位機(jī) Intel 4004 第二代 中高檔 8位機(jī) 8080/808 Z80、 MC6800 第三代 16位機(jī) Intel 808 Z8000、 MC6800 第四代 32位機(jī) 8038 80486 第五代 64位機(jī) Intel Pentium （ 19711973） （ 19741978） （ 19781981） （ 19811992） （ 1993后） 特點： 速度越來越快。 容量越來越大。 功能越來越強(qiáng)。 14 6微型計算機(jī)的應(yīng)用 科學(xué)計算和科學(xué)研究 計算機(jī)主要應(yīng)用于解決科學(xué)研究和工程技術(shù)中所提出的數(shù)學(xué)問題（數(shù)值計算）。 數(shù)據(jù)處理 （信息處理） 主要是利用計算機(jī)的速度快和精度高的特點來對數(shù)字信息進(jìn)行加工。 工業(yè)控制 用單板微型計算機(jī)實現(xiàn) DDC級控制，用衛(wèi)星計算機(jī)實現(xiàn) SCC級監(jiān)督管理控制，用高檔微型計算機(jī)實現(xiàn) SCC或低層 MIS管理已屢見不鮮。 15 計算機(jī)輔助系統(tǒng) 計算機(jī)輔助系統(tǒng)主要有計算機(jī)輔助教（ CAI）、計算機(jī)輔助設(shè)計（ CAD）、計算機(jī)輔助制造（ CAM）、計算機(jī)輔助測試（ CAT）、計算機(jī)集成制造（ CIMS）等系統(tǒng)。 人工智能 人工智能主要就是研究解釋和模擬人類智能、智能行為及其規(guī)律的一門學(xué)科，包括智能機(jī)器人，模擬人的思維過程，計算機(jī)學(xué)習(xí)等等。其主要任務(wù)是建立智能信息處理理論，進(jìn)而設(shè)計可以展現(xiàn)某些近似于人類智能行為的計算系統(tǒng)。 1