第1章 微型计算机概述(精品)

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,微型计算机原理与汇编语言程序设计,杨 立 邓振杰 荆淑霞 制作,欢迎使用,微型计算机原理与汇编语言程序设计,课程简介及要求,1.课程性质及教学目的,微型计算机原理与汇编语言程序设计是工科计算机及其相关专业的一门重要的专业技术基础课程。,本课程帮助学生掌握微型计算机的硬件组成及使用；学会运用汇编语言进行程序设计；树立起计算机体系结构的基本概念；为后继的软、硬件课程做好铺垫。,微型计算机原理与汇编语言程序设计,课程简介及要求,2.课程教学安排,教学参考学时：8090学时,其中实,验学时：1620学时,考试形式：笔试+上机实践操作,3.教材内容体系结构,基本知识与基本概念,计算机的基本结构与工作原理,微处理器与微型计算机的概念,微型计算机系统组成及其应用,计算机中的数据表示、数制与编码的应用,微型计算机原理与汇编语言程序设计,课程简介及要求,80,X86,微处理器,微处理器内部结构,存储器和,I/O,组织,总线周期与操作时序,指令系统与汇编语言,指令的概念与寻址方式,8086指令系统介绍,汇编语言格式、基本表达、伪指令介绍,汇编语言源程序的建立、编辑、运行、调试,微型计算机原理与汇编语言程序设计,课程简介及要求,汇编语言程序设计及其应用,程序设计的方法和步骤,顺序程序、分支程序、循环程序、子程序的设计,中断调用程序设计,宏汇编与重复汇编,汇编语言与高级语言的连接,Pentium,系列微型计算机简介,Pentium,系列微型计算机系统板简介,显示卡、声卡、视频卡原理介绍,软盘、硬盘和,CD-ROM,驱动器,本章主要教学内容,l,计算机的发展、分类、基本结构及工作原理,l,微处理器的产生和发展、微处理器系统,l,微型计算机的分类、性能指标,l,微型计算机系统的组成及微型计算机的应用,第1章 微型计算机概述,第,1,章,微型计算机概述,本章教学目的及要求,l,熟悉计算机的发展历史、发展前景、工作特点、组成分类、应用领域等相关知识,l,掌握计算机的基本结构及工作原理,l,熟悉,微处理器的产生和发展，掌握微型计算机的分类、性能指标,l,掌握微型计算机系统组成，软、硬件基本结构,l,熟悉微型计算机的特点及应用,1.1,计算机的发展与应用,第1章,微型计算机概述,1.2,计算机的基本结构和工作原理,1.3,微型,计算机的基本概念,1.5,微型,计算机的特点及应用,1.4,微型,计算机系统的组成,1.1,计算机的发展与应用,1.1.1,计算机的发展历史,1第一台电子计算机,1946年2月，美国宾夕法尼亚大学诞生了世界上第一台电子数字计算机：“埃尼阿克”（,ENIAC，,即,Electronic Numerical Integrator and Calculator，,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。采用18000只电子管，70000个电阻，10000支电容，研制时间近三年，运算速度为每秒5000次加减法运算。,ENIAC,的,不足：运算速度慢、存储容量小、全部指令没有存放在存储器中、机器操作复杂、稳定性差,。,2冯诺依曼结构计算机,1946年6月，美籍匈牙利科学家冯诺依曼（,Johe,Von,Neumman,）,提出了“存储程序”的计算机设计方案。,其特点是：,采用二进制数形式表示数据和计算机指令。,指令和数据存储在计算机内部存储器中，能自动依次执行指令。,由控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备5大部分组成计算机硬件。,工作原理的核心是“存储程序”和“程序控制”。,按照这一原理设计的计算机称为冯诺依曼型计算机。,冯诺依曼提出的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。,3按逻辑部件化分的计算机发展阶段,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,特点：体积大、耗电多、运算速度慢，存储容量小。,（2）第二代（1959年1964年）：晶体管计算机,特点：体积减小，重量轻、省电、寿命长、可靠性提高，运算速度可达每秒百万次。,（3）第三代（1965年1970年）：中小规模集成电路计算机,特点：存储容量,14,兆字节。运算速度每秒几百万至千万次，可靠性有较大提高，体积进一步缩小，成本进一步降低，出现了向大型化和小型化发展的趋势。,（4）第四代（1971年-）：大规模和超大规模集成电路计算机,大规模集成电路使计算机发生了巨大的变化，半导体存储器的集成度越来越高。,Intel,公司推出了微处理器，诞生了微型计算机，使计算机的存储容量、运算速度、可靠性、性能价格比等方面都比上一代计算机有较大突破。,4按计算机应用划分的计算机发展阶段,（,1,）超、大、中、小型计算机阶段（,1946,年,1980,年）,采用计算机来代替人的脑力劳动，提高了工作效率，能够解决较复杂的数学计算和数据处理。,（,2,）微型计算机阶段（,1981,年,1990,年）,微型计算机大量普及，几乎应用于所有领域，对世界科技和经济的发展起到了重要的推动作用。,（,3,）计算机网络阶段（,1991,年至今）,计算机网络为人类实现资源共享提供了有力的帮助，从而促进了信息化社会的到来，实现了遍及全球的信息资源共享。,1.1.2 计算机的发展趋势,1未来计算机的发展趋势,朝着微型计算机和巨型计算机两级方向发展。,当前开发和研究的热点是多媒体计算机。,未来计算机发展的总趋势是智能化计算机。,今后计算机应用的主流是计算机与通信相结合的网络技术。,非冯诺依曼型体系结构的计算机是提高现代计算机性能的另一个研究焦点。,2新型计算机,神经网络计算机：建立在人工神经网络研究的基础上，从内部基本结构来模拟人脑的神经系统。用简单的数据处理单元模拟人脑的神经元，并利用神经元节点的分布式存储和相互关联来模拟人脑的活动。,生物计算机：使用由生物工程技术产生的蛋白分子为材料的“生物芯片”，不仅具有巨大的存储能力，而且能以波的形式传播信息。由于它具备生物体的某些机能，所以更易于模拟人脑的机制。,光子计算机：用光子代替电子，用光互连代替导线互连，用光硬件代替电子硬件，用光运算代替电子运算。,3计算机与信息化,信息化就是全面发展和利用现代信息技术，借以提高人类社会的生产、工作、学习、生活等诸方面的效率和创造能力，使社会的物质财富和精神文明得到最大提高。,信息化特点,信息成为重要的战略资源,信息产业成为最大的产业,信息网络成为社会的基础信息,信息化三大技术支柱,计算机技术,通信技术,网络技术,1.1.3 计算机的特点、分类及应用,1计算机的特点,运算速度快：,PC,机每秒种可以处理几百万条指令，巨型机的运算速度可以达到几亿次以上。,计算精度高：普通微型计算机的计算精度已达到3264位二进制数。,具有“记忆”和逻辑判断功能：“记忆”功能指的是计算机能够存储大量信息，供用户随时检索和查询。逻辑判断功能指的是计算机不仅能够进行算术运算，还能进行逻辑运算和实践推理。记忆功能、算术运算和逻辑运算相结合，使得计算机能够模仿人类的某些智能活动，成为人类脑力延伸的主要工具，所以计算机又称为“电脑”。,能自动运行并且具备人机交互功能：自动运行是把问题编成程序输入计算机中，发出运行指令后，计算机便在该程序控制下依次逐条执行，不再需要人工干预。人机交互则是在人想要干预时，采用人机对话形式，有针对性地解决问题。,2 计算机的分类,个人计算机：面向个人或家庭使用的低档微型计算机。,工作站：介于,PC,机和小型机之间的高档微型机。,小型计算机：结构简单、成本较低、易维护和使用。其规模和设置可以满足一个中小型部门的工作需要。,主机：具有大容量存储器，多种类型的,I/O,通道，能同时支持批处理和分时处理等多种工作方式。其规模和配置可以满足一个大中型部门的工作需要。,小巨型计算机：也称为桌上型超级计算机。最大的特点是价格便宜，并且具有较好的性能价格比。,巨型计算机：也称为超级计算机。具有极高的性能和极大的规模，价格昂贵，多用于尖端科技领域。,3计算机的应用,科学计算：也称为数值计算，是指用计算机来解决科学研究和工程技术中所提出的复杂的数学及数值计算问题。,数据处理：数据处理也称为信息处理，是人们利用计算机对所获取的信息进行采集、记录、整理、加工、存储和传输，并进行综合分析等。,过程控制：过程控制是用传感器在现场采集受控对象的数据，通过比较器求出与设定数据的偏差，由计算机按控制模型进行计算，产生相应的控制信号，驱动伺服装置对受控对象进行控制和调整。,计算机辅助系统：是采用计算机进行各种辅助功能的系统。例如，,CAD、CAM、CAT、CAE,和,CAI,等。,人工智能：是用计算机执行某些与人的智能活动有关的复杂功能，模拟人类的某些智力活动，如图形和声音的识别，推理和学习的过程。,1.2,计算机的基本结构和工作原理,1.2.1 计算机的基本结构,各部分的主要功能：,（1）输入设备：用于输入原始信息和处理信息的程序。如键盘、鼠标器和扫描仪等。,（2）输出设备：用来输出计算机的处理结果及程序清单。如显示器和打印机。,（3）存储器：用来存放程序和数据。在控制器的控制下，可与输入设备、输出设备、运算器、控制器交换信息，是计算机中各种信息存储和交流的中心。,（4）运算器：用来对信息及数据进行处理和计算。也称为算术逻辑部件,ALU（Arithmetic and Logic Unit）。,（5）,控制器：是整个计算机的指挥中心，用来指挥计算机各部件的操作，使其协调一致地工作。,计算机中的两类信息：一类是采用双线表示的数据信息流，它包括原始数据、中间结果、计算结果和程序中的指令；另一类是采用单线表示的控制信息流，它是控制器发出的各种操作命令。,1.2.2,计算机的工作原理,1存储程序原理,把事先编制好的由计算机指令组成的程序存放到存储器内，计算机在运算时依次取出指令，根据指令的功能进行相应的运算，这就是存储程序原理。,2程序的自动执行,程序在执行前先装入内存储器，,CPU,负责从内存中逐条取出指令，分析识别指令，最后执行指令，从而完成一条指令的执行周期。,程序的执行流程：,取指令分析指令执行指令。,1.3 微型计算机的基本概念,1.3.1 微处理器的产生和发展,将传统计算机的运算器和控制器集成在一块大规模集成电路芯片上作为中央处理部件，简称为微处理器（,Microprocessor）。,微型计算机是以微处理器为核心，再配上存储器、接口电路等芯片构成的。,按照计算机,CPU、,字长和功能划分，经历了5代的演变:,第一代（1971年1973年）：4位和8位低档微处理器,第二代（1974年1978年）：8位中高档微处理器,第三代（1978年1980年）：16位微处理器,第四代（1981年1992年）：32位微处理器,第五代（1993年以后）：全新高性能奔腾系列微处理器,1.3.2,微型计算机的分类,1按照,CPU,的字长来分类,有4位、8位、16位、32位、64位微型计算机等。,2按照微处理器器件的工艺来分类,可分成,MOS,工艺、双极型,TTL,工艺的微处理器。,3按照微型计算机的利用形态来分类,有单片机、单板机、位片机、微机系统等。,1.3.3,微型计算机的性能指标介绍,位：,这是计算机中所表示的最基本、最小的数据单元。,字长：,是计算机在交换、加工和存放信息时的最基本的长度。,字节（,Byte）：,是计算机中通用的基本单元，由8个二进制位组成。,字：,是计算机内部进行数据处理的基本单位。,主频：,也称时钟频率，是指计算机中时钟脉冲发生器所产生的频率。,访存空间：,是该微处理器构成的系统所能访问的存储单元数。,指令数：,构成微型计算机的操作命令数。,基本指令执行时间：,计算机执行程序所花的时间。,可靠性：,指计算机在规定时间和条件下正常工作不发生故障的概率。,兼容性：,指计算机硬件设备和软件程序可用于其他多种系统的性能。,性能价格比：,是衡量计算机产品优劣的综合性