微型计算机概述精.ppt
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1、微型计算机概述微型计算机概述第1页,本讲稿共35页2023/2/111第第1章章 微型计算机概述微型计算机概述本章教学目的及要求本章教学目的及要求本章教学目的及要求本章教学目的及要求熟悉计算机的发展历史、发展前景、工作特点、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组成分类、应用领域等相关知识掌握计算机的基本结构及工作原理掌握计算机的基本结构及工作原理 熟悉微处理器的产生和发展,掌握微型计算机的分熟悉微处理器的产生和发展,掌握微型计算机的分类、性能指标类、性能指标掌握微型计算机系统组成,软、硬件基本结构掌握微型计算机系统组成,软、硬件基本结构熟悉微型计算机的特点及应
2、用熟悉微型计算机的特点及应用2023/2/11第2页,本讲稿共35页第第1章章 微型计算机概述微型计算机概述1.1 计算机的发展与应用计算机的发展与应用1.2 计算机的基本结构和工作原理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微型计算机的基本概念1.4 微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成1.5 微型计算机的特点及应用微型计算机的特点及应用2023/2/11第3页,本讲稿共35页1.1 计算机的发展与应用计算机的发展与应用1.1.1 计算机的发展历史计算机的发展历史1第一台电子计算机第一台电子计算机时间:时间:1946年年2月月地点:美国宾夕法尼亚大学地点:美国宾夕法尼亚大学
3、名字:名字:ENIAC,即,即Electronic Numerical Integrator and Calculator,电子数字积分,电子数字积分计算机。计算机。特征:特征:重量重量30吨,占地吨,占地170平方米,每小时耗电平方米,每小时耗电150千瓦,价值约千瓦,价值约40万美元。万美元。采用采用18000电子管,电子管,70000电阻,电阻,10000电容,研制时间近三年,运电容,研制时间近三年,运算速度为每秒算速度为每秒5000次加减法运算。次加减法运算。评价:评价:运算速度慢、存储容量小、全部指令没有存放在存储器中、机运算速度慢、存储容量小、全部指令没有存放在存储器中、机器操作复
4、杂、稳定性差器操作复杂、稳定性差。2023/2/11第4页,本讲稿共35页2冯冯诺依曼结构计算机诺依曼结构计算机时间:时间:1946年年6月月人物:美籍匈牙利科学家冯人物:美籍匈牙利科学家冯诺依曼诺依曼 Johe Von Neumman成果:成果:“存储程序存储程序”的计算机设计方案的计算机设计方案特点:特点: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评价:冯评价:冯诺依曼体系结构奠定了现代计算机
5、结构理诺依曼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。论的基础,被誉为计算机发展史上的里程碑。2023/2/11第5页,本讲稿共35页3按逻辑部件化分的计算机发展阶段按逻辑部件化分的计算机发展阶段第一代(第一代(1946年年1958年):电子管年):电子管特点:体积大、耗电多、运算速度慢,存储容量小。特点:体积大、耗电多、运算速度慢,存储容量小。第二代(第二代(1959年年1964年):晶体管年):晶体管特点: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。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。第三代(第三代(
6、1965年年1970年):中小规模集成电路年):中小规模集成电路特点:存储容量提高到特点:存储容量提高到14兆字节。运算速度每秒几百万至千万次,可靠性有兆字节。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。展的趋势。第四代(第四代(1971年年-):大规模和超大规模集成电路):大规模和超大规模集成电路特点:大规模集成电路使计算机发生了巨大的变化,半导体存储器的集特点: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。成度越来越高。Intel公司
7、推出了微处理器,诞生了微型计算机,使计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。计算机有较大突破。2023/2/11第6页,本讲稿共35页4按计算机应用划分的计算机发展阶段按计算机应用划分的计算机发展阶段超、大、中、小型计算机阶段(超、大、中、小型计算机阶段(1946年年1980年)年)特点:采用计算机来代替人的脑力劳动,提高了工作效率,能够特点: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。解决较复杂的数学计算和数据处理
8、。微型计算机阶段(微型计算机阶段(1981年年1990年)年)特点:微型计算机大量普及,几乎应用于所有领域,对世界科技和经济特点: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。的发展起到了重要的推动作用。计算机网络阶段(计算机网络阶段(1991年至今)年至今)特点:计算机网络为人类实现资源共享提供了有力的帮助,从而促进了信息特点: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。化社会的到来,实现了遍及全球的信息资源共享。2023/2/11第7页,本讲稿共35页1.1.2 计算机的发展趋势计算机的发展趋
9、势1未来计算机的发展趋势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。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。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。未来计算机发展的总趋势是智能化计算机。今今后后计计算算机机应应用用的的主主流流是是计计算算机机与与通通信信相相结结合合的的网网络络技术。技术。非非冯冯诺诺依依曼曼型型体体系系结结构构的的计计算算机机是是提提高高现现代代计计算算机机性能的另一个研究焦点。性能的另一个研究焦点。2023/2/11第8页,本讲稿共35页2新型计算机新型计算机神神经经网网络络计计算算机机:
10、建建立立在在人人工工神神经经元元网网络络研研究究的的基基础础之之上上,从从内内部部基基本本结结构构来来模模拟拟人人脑脑的的神神经经系系统统。用用简简单单的的数数据据处处理理单单元元模模拟拟人人脑脑的的神神经经元元,并并利利用用神神经经元元节节点点的的分分布布式式存存储储和和相相互互关关联联来来模模拟拟人人脑脑的的活动。活动。生生物物计计算算机机:使使用用由由生生物物工工程程技技术术产产生生的的蛋蛋白白分分子子为为材材料料的的“生生物物芯芯片片”,不不仅仅具具有有巨巨大大的的存存储储能能力力,而而且且能能以以波波的的形形式式传传播播信信息息。由由于于它它具具备备生生物物体体的的某些机能,所以更易
11、于模拟人脑的机制。某些机能,所以更易于模拟人脑的机制。光光子子计计算算机机:用用光光子子代代替替电电子子,用用光光互互连连代代替替导导线线互互连连,用用光光硬硬件件代代替替电电子子硬硬件件,用用光光运运算算代代替替电电子子运算。运算。2023/2/11第9页,本讲稿共35页3计算机与信息化计算机与信息化信信息息化化就就是是全全面面发发展展和和利利用用现现代代信信息息技技术术,借借以以提提高高人人类类社社会会的的生生产产、工工作作、学学习习、生生活活等等诸诸方方面面的的效效率率和和创创造造能能力力,使使社社会会的的物物质质财财富富和和精精神神文文明明得得到最大提高。到最大提高。信息化特点信息化特
12、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信息化三大技术支柱计算机技术通信技术网络技术2023/2/11第10页,本讲稿共35页1.1.3 计算机的特点、分类及应用计算机的特点、分类及应用1计算机的特点计算机的特点运运算算速速度度快快:PC机机每每秒秒种种可可以以处处理理几几百百万万条条指指令令,巨巨型型机机的的运运算算速速度度可以达到几亿次以上。可以达到几亿次以上。计算精度高:计算精度高:普通微型计算机的计算精度已达到普通微型计算机的计算精度已达到3264位二进制数。位二进制数。具具有有“记记忆忆”和和逻逻辑辑判判断断功功能能:“记记忆忆”功功
13、能能指指的的是是计计算算机机能能够够存存储储大大量量信信息息,供供用用户户随随时时检检索索和和查查询询。逻逻辑辑判判断断功功能能指指的的是是计计算算机机不不仅仅能能够够进进行行算算术术运运算算,还还能能进进行行逻逻辑辑运运算算和和实实践践推推理理。记记忆忆功功能能、算算术术运运算算和和逻逻辑辑运运算算相相结结合合,使使得得计计算算机机能能够够模模仿仿人人类类的的某某些些智智能能活活动动,成成为为人人类类脑脑力力延延伸伸的的主要工具,所以计算机又称为主要工具,所以计算机又称为“电脑电脑”。能能自自动动运运行行并并且且具具备备人人机机交交互互功功能能:自自动动运运行行是是把把问问题题编编成成程程序
14、序输输入入计计算算机机中中,发发出出运运行行指指令令后后,计计算算机机便便在在该该程程序序控控制制下下依依次次逐逐条条执执行行,不不再再需需要要人人工工干干预预。人人机机交交互互则则是是在在人人想想要要干干预预时时,采采用人机对话形式,有针对性地解决问题。用人机对话形式,有针对性地解决问题。2023/2/11第11页,本讲稿共35页2计算机的分类计算机的分类个个人人计计算算机机:面面向向个个人人或或家家庭庭使使用用的的低低档档微微型型计计算算机。机。工作站:介于工作站:介于PC机和小型机之间的高档微型机。机和小型机之间的高档微型机。小小型型计计算算机机:结结构构简简单单、成成本本较较低低、易易
15、维维护护和和使使用用。其规模和设置可以满足一个中小型部门的工作需要。其规模和设置可以满足一个中小型部门的工作需要。主主机机:具具有有大大容容量量存存储储器器,多多种种类类型型的的I/O通通道道,能能同同时时支支持持批批处处理理和和分分时时处处理理等等多多种种工工作作方方式式。其其规规模和配置可以满足一个大中型部门的工作需要。模和配置可以满足一个大中型部门的工作需要。小小巨巨型型计计算算机机:也也称称为为桌桌上上型型超超级级计计算算机机。最最大大的的特点是价格便宜,并且具有较好的性能价格比。特点是价格便宜,并且具有较好的性能价格比。巨巨型型计计算算机机:也也称称为为超超级级计计算算机机。具具有有
16、极极高高的的性性能能和极大的规模,价格昂贵,多用于尖端科技领域。和极大的规模,价格昂贵,多用于尖端科技领域。2023/2/11第12页,本讲稿共35页3计算机的应用计算机的应用科科学学计计算算:也也称称数数值值计计算算,是是指指用用计计算算机机来来解解决决科科学学研研究究和和工工程程技术中所提出的复杂的数学及数值计算问题。技术中所提出的复杂的数学及数值计算问题。数数据据处处理理:数数据据处处理理也也称称为为信信息息处处理理,是是人人们们利利用用计计算算机机对对所所获获取取的的信信息息进进行行采采集集、记记录录、整整理理、加加工工、存存储储和和传传输输,并进行综合分析等。并进行综合分析等。过过程
17、程控控制制:过过程程控控制制是是用用传传感感器器在在现现场场采采集集受受控控对对象象的的数数据据,通通过过比比较较器器求求出出与与设设定定数数据据的的偏偏差差,由由计计算算机机按按控控制制模模型型进进行行计计算算,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。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。计计算算机机辅辅助助系系统统:是是采采用用计计算算机机进进行行各各种种辅辅助助功功能能的的系系统统。例例如如,CAD、CAM、CAE或或CAI等。等。人人工工智智能能:是是用用计计算算机机执执行行某某些些与与人人的的智智能能活活动动有有关关的的复复杂杂功功能能,模模拟拟
18、人人类类的的某某些些智智力力活活动动,如如图图形形和和声声音音的的识识别别,推理和学习的过程。推理和学习的过程。2023/2/11第13页,本讲稿共35页1.2 计算机的基本结构和工作原理计算机的基本结构和工作原理1.2.1 计算机的基本结构计算机的基本结构运算器运算器运算器运算器存储器存储器存储器存储器输出设备输出设备输出设备输出设备输入设备输入设备输入设备输入设备控制器控制器控制器控制器程序和程序和程序和程序和原始数据原始数据原始数据原始数据计算结果计算结果计算结果计算结果2023/2/11第14页,本讲稿共35页输输入入设设备备:用用于于输输入入原原始始信信息息和和处处理理信信息息的的程
19、程序序。如如键键盘盘、鼠鼠标标器和扫描仪等。器和扫描仪等。输输出出设设备备:用用来来输输出出计计算算机机的的处处理理结结果果及及程程序序清清单单。如如显显示器和打印机。示器和打印机。存存储储器器:用用来来存存放放程程序序和和数数据据。在在控控制制器器的的控控制制下下,可可与与输输入入设设备备、输输出出设设备备、运运算算器器、控控制制器器交交换换信信息息,是是计计算算机机中中各各种种信信息息存储和交流的中心。存储和交流的中心。运运算算器器:用用来来对对信信息息及及数数据据进进行行处处理理和和计计算算。也也称称为为算算术逻辑部件术逻辑部件ALU(Arithmetic and Logic Unit)
20、。)。控控制制器器:是是整整个个计计算算机机的的指指挥挥中中心心,用用来来指指挥挥计计算算机机各各部部件件的操作,使其协调一致地工作。的操作,使其协调一致地工作。计算机中的两类信息流:计算机中的两类信息流: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;控制信息流,它是控制器发出的各种操作命令。2023/2/11第15页,本讲稿共35页1.2.2 计算机的工作原理计算机的工作原理1存储程序原理存储程序原理 把把事事先先编编制制好好的的由由计计算算机机指指令令组组成成的的程程序序存存放放到到存存储储器器内内,计计算算机机在在运运行行时时依依次次取取出出指指令令,根根据据指指令令的功
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