【正文】 1 微機原理與接口技術 大家好 ！ 2 課程目標 掌握： ? 微型計算機的基本工作原理 ? 匯編語言程序設計方法 ? 微型計算機接口技術 ? 建立微型計算機系統(tǒng)的整體概念，形成微機系統(tǒng)軟硬件開發(fā)的初步能力 3 教材及實驗指導書 ? 教材： – 《微機原理與接口技術》（第 2版） . 馮博琴，吳寧主編 . 清華大學出版社 ? 實驗指導書 – 《微機原理與接口技術題解及實驗指導》（第 2版） . 吳寧，陳文革編 . 清華大學出版社 4 第 1章 微型計算機基礎概論 主要內容： ? 微機系統(tǒng)的組成、發(fā)展 ? 計算機中的常用計數制、編碼及其相互間的轉換 ? 無符號二進制數的算術運算和邏輯運算 ? 符號數的表示及補碼運算 ? 二進制數運算中的溢出 ? 基本邏輯門及譯碼器 5 第一章 微型計算機系統(tǒng)概述 本章學習目標 ? 了解微型計算機的發(fā)展、應用及其分類 ? 掌握計算機數據的表示 ? 掌握計算機的組成結構 ? 理解微型計算機的工作過程 6 微型計算機系統(tǒng) 微型計算機的發(fā)展 1．第一臺電子計算機 1946年 2月，美國 賓夕法尼亞大學 誕生了世界上第一臺電子數字計算機： “ 埃尼阿克 ” （ ENIAC，即 Electronic Numerical Integrator and Calculator，電子數字積分計算機）。 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、機器操作復雜、穩(wěn)定性差 。 7 2．馮 諾依曼結構計算機 1946年 6月，美籍匈牙利科學家馮 諾依曼（ Johe Von Neumman）提出了 “ 存儲程序 ” 的計算機設計方案。 其特點是 ： 采用二進制數形式表示數據和計算機指令。 指令和數據存儲在計算機內部存儲器中，能自動依次執(zhí)行指令。 由控制器、運算器、存儲器、輸入設備、輸出設備 5大部分組成計算機硬件。 工作原理的核心是 “ 存儲程序 ” 和 “ 程序控制 ” 。 按照這一原理設計的計算機稱為馮 諾依曼型計算機。 馮 諾依曼提出的體系結構奠定了現代計算機結構理論的基礎，被譽為計算機發(fā)展史上的里程碑。 8 馮 諾依曼計算機結構 運算器 存儲器 控制器 輸出設備 輸入設備 原始數據和指令 計算結果 計算機的基本結構框圖 9 馮 諾依曼計算機結構 ? 數據和程序以 二進制 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 ， 地址碼也為二進制 ? 由運算器 、 控制器 、 存儲器 、 輸入設備和輸出設備 五部分 組成 ? 控制器 是根據存放在存儲器中的指令序列即程序 ? 來工作的 ， 并由一個程序計數器 （ 即指令地址計數器 ） 控制指令的執(zhí)行 。 控制器具有判斷能力 ，能根據指令 ， 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)、數據 (DB)、控制 (CB)三總線連接存儲器、輸入 /輸出接口，進而連接輸入設備和輸出設備。 10 3．按邏輯部件化分的計算機發(fā)展階段 按電子部件的演變經歷了 四代 ： （ 1）第一代（ 1946年 1958年）： 電子管計算機 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 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 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，體積進一步縮小，成本進一步降低，出現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 大規(guī)模集成電路使計算機發(fā)生了巨大的變化，半導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，使計算機的存儲容量、運算速度、可靠性、性能價格比等方面都比上一代計算機有較大突破。 4．按計算機應用劃分的計算機發(fā)展階段 （ 1）超、大、中、小型計算機階段（ 1946年 1980年） 采用計算機來代替人的腦力勞動，提高了工作效率，能夠解決較復雜的數學計算和數據處理。 （ 2）微型計算機階段（ 1981年 1990年） 微型計算機大量普及，幾乎應用于所有領域，對世界科技和經濟的發(fā)展起到了重要的推動作用。 （ 3）計算機網絡階段（ 1991年至今） 計算機網絡為人類實現資源共享提供了有力的幫助，從而促進了信息化社會的到來，實現了遍及全球的信息資源共享。 12 5 微型計算機的發(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位二進制數，集成了 2300個晶體管，每秒可進行 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，標志了世界第一臺微型計算機的誕生。 微機概念：以大規(guī)模、超大規(guī)模構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。 劃分階段的標志：以字長和微處理器型號。 13 第一代 4位和低檔 8位機 Intel 4004 第二代 中高檔 8位機 8080/808 Z80、 MC6800 第三代 16位機 Intel 808 Z8000、 MC6800 第四代 32位機 8038 80486 第五代 64位機 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。 14 6微型計算機的應用 科學計算和科學研究 計算機主要應用于解決科學研究和工程技術中所提出的數學問題（數值計算）。 數據處理 （信息處理） 主要是利用計算機的速度快和精度高的特點來對數字信息進行加工。 工業(yè)控制 用單板微型計算機實現 DDC級控制，用衛(wèi)星計算機實現 SCC級監(jiān)督管理控制，用高檔微型計算機實現 SCC或低層 MIS管理已屢見不鮮。 15 計算機輔助系統(tǒng) 計算機輔助系統(tǒng)主要有計算機輔助教（ CAI）、計算機輔助設計（ CAD）、計算機輔助制造（ CAM）、計算機輔助測試（ CAT）、計算機集成制造（ 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)律的一門學科，包括智能機器人，模擬人的思維過程，計算機學習等等。其主要任務是建立智能信息處理理論，進而設計可以展現某些近似于人類智能行為的計算系統(tǒng)。 1