(1)--1.1 微机概述计算机硬件技术.ppt

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1、计算机计算机硬件技术硬件技术（微机原理及其微机原理及其应用）应用）计算机硬件技术前言 程启明第1章 微机系统的基础知识 程启明第2章 微处理器 楼俊君第3章 指令系统 楼俊君第4章 汇编语言程序设计 罗 静第5章 存储器及其接口技术 楼俊君课程内容程内容计算机硬件技术课程内容课程内容第6章 I/O接口技术 黄云峰第7章 中断技术 赵永熹第8章 定时器/计数器技术 甄兰兰第9章 并行接口与人机接口技术 王 莉第10章 串行通信接口技术 黄云峰第11章 模拟接口技术 黄云峰第12章 微机系统的设计及其应用实例 刘 刚计算机硬件技术 计算机硬件技术是学习和掌握微机硬件知识和汇编语言程序设计的入门课程

2、：目的：建立微型计算机系统的整体概念，形成微机系统软、硬件开发的初步能力。课程目标课程目标n微型计算机的基本工作原理微型计算机的基本工作原理n汇编语言软件程序设计汇编语言软件程序设计n微型计算机硬件接口技术微型计算机硬件接口技术计算机硬件技术“教”与“学”都较难内容多、逻辑联系少、概念抽象、记忆多、综合强（软硬结合）、入门难课程难度课程难度课程课程特点特点计算机基础、C语言、电子线路等先先修课程修课程计算机硬件技术n学时安排：48/69讲课+16实验+1周课程设计（自动化/测控专业）44讲程+8实验（电气或动力专业）n考试成绩：出勤率10%+作业10%+实验10%+期中、期末考试70%n作业要

3、求：每章或几章结束交作业本（准备2本）10周后发解答n考试题型：选择、填空、判断、名词解释、计算、作图、编 程等n考试形式：闭卷、试卷库（任1套/10套）集体统一批改、及格率 5075%（含补考）课程情况课程情况计算机硬件技术 专业基础课，讲课3/4学分+实验1学分+课程设计1学分=5/6学分。几乎所有工科（可能是除文科外绝大部分专业）必学，电类各专业必修，自动化专业、测控仪表等专业考研（初、复试）必考，与软件技术基础课程形成硬件与软件配套。课程地位课程地位计算机硬件技术n程启明、黄云峰等编，计算机硬件技术，中国电力出版社，2012.2n程启明、黄云峰、杨艳华编，计算机硬件技术实践指导，中国电

4、力出版社，2013.2n冯博琴主编，微机原理与接口技术，清华大学出版社，2002.2n周明德主编,微型计算机系统原理及应用(第四版),清华大学出版社,2003.8教材教材及教学及教学参考书参考书计算机硬件技术n地点地点：电力与自动化工程学院大楼电力与自动化工程学院大楼xxx室室 n手机手机:1337189xxxxn电子电子邮箱邮箱:答疑答疑辅导辅导第1章 微机系统 的基础知识n微机概述n微机系统的结构和工作原理n微机系统的工作过程n微机的数制与编码 习题与思考题微机系统的基础知识主要内容：微机系统的基础知识本章要点本章要点n本章从微机系统的总体框架入手，帮助学生建立起微机系统的概念，并通过掌握

5、数据格式间的转换，为后继学习奠定基础。n本章的重点是微处理器、微机、微机系统的定义和及相互关系，以及原码、补码、反码的计算。n本章的难点在于对微机系统结构的理解和数据格式的转换。1.1 微 机 概 述1.1.1 计算机的发展 1946年，第一台计算机在美国诞生。60多年来，根据计算机采用的逻辑元件来分，计算机经历了电子管、晶体管、中小规模集成电路、大规模及超大规模集成电路计算机这5个阶段，如图1-1所示。1.1.1 计算机的发展n 第1代计算机，即电子管时代的计算机。从20世纪40年代末到50年代中期的计算机都采用电子管为主要元件。这一代计算机主要用于科学计算。n 第2代计算机，即晶体管时代的

6、计算机。20世纪50年代中期，晶体管取代电子管，大大缩小了计算机的体积，降低了成本，同时将运算速度提高了近百倍。第2代计算机不仅用于科学计算，而且开始用于数据处理和过程控制。n 第3代计算机。20世纪60年代中期，集成电路问世之后，出现了中、小规模集成电路构成的计算机。这一时期，实时系统和计算机通信网络有了一定的发展。1.1.1 计算机的发展n 第4代计算机。20世纪70年代初，出现了以大规模集成电路为主体的计算机。这一代计算机的体积进一步缩小，性能进一步提高，发展了并行技术和多机系统，出现了精简指令集计算机（Reduced Instruction Set Computer，RISC）。微型计

7、算机（Microcomputer）也是在第4代计算机时期产生的。n 第5代计算机。计算机采用超大规模集成电路，在系统结构上类似人脑的神经网络，在材料上使用常温超导材料和光器件，在计算机结构上采用超并行的数据流计算等。1.1.2 微机的发展n 计算机有多种分类方法，按性能规模可分为巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机和工作站。n 随着大规模集成电路的发展，计算机分别朝着巨型或大型机和超小型或微型机两个方向发展。n 以微处理器MPU（Micro Processing Unit）为核心，配上大容量的半导体存储器及功能强大的可编程接口芯片，连上外部设备及电源所组成的计算机，称作微型计算机，简称微型机

8、或微机。1.1.2 微机的发展n 微机在系统结构和基本工作原理上，与其他计算机（巨、大、中小型的计算机）并无本质差别，主要差别在于微机采用了集成度相当高的器件和部件，它的核心部分是微处理器。n 微处理器（或称微处理机）是指由一片或几片大规模集成电路组成的、具有运算器和控制器功能的中央处理器（CPU）。以微处理器为核心的微机是计算机的第4代产品。1.1.2 微机的发展n按CPU字长位数和功能来划分，以时间来排序微处理器的发展过程分为8个阶段。第1代（19711973年）4位和8位低档微处理器和微机时代。典型CPU产品为Intel 4004/8008。第2代（19731978年）8位中高档微处理器

9、和微机时代。典型CPU产品为Intel 8080/8085、Motorola MC6800、Zilog Z80。第3代（19781985年）16位微处理器和微机时代。典型产品为Intel 8086/8088/80286、Zilog Z8000、Motorala 68000/68010。第4代（19851993年）32位微机处理器和微机时代。典型产品为Intel 80386/80486和Motorola 68040。1.1.2 微机的发展 第5代（19931995年）32位P5高档微处理器和微机时代。典型产品为Intel Pentium 586（奔腾）。第6代（19951999年）32位P6高档

10、微处理器和微机时代。典型产品为Intel Pentium Pro/Pentium MMX/Pentium/Pentium。第7代（20002007年）32位P4高档微处理器和微机时代。典型产品为Intel Pentium 4（如5XX/6XX/7XX等）。第8代（2007至今）32/64位Core双核高档微处理器和微机时代。典型产品为Intel Core2 Duo/Core2 Quard/Core2 Extreme等。Intel 4004Intel 8008Intel 8080Intel 8085Intel 8086Intel 80286 1.1.2 微机的发展1.1.2 微机的发展Intel

11、 80386Intel 80486Intel PentiumIntel Pentium MMXIntel Pentium PRO1.1.2 微机的发展Pentium IIPentium IIIPentium IVAMD公司的产品Intel Itanium1.1.2 微机的发展n第一代 4位和低档8位机 Intel 4004/8008 （1971-1973）主要应用于各种袖珍计算器、家电、交通灯控制等简单控制领域 n第二代 中高档8位机 8080/8085、Z80、MC6800 （1973-1978）广泛用于数据处理、工业控制智能仪器仪表及家电等各个领域 n 第三代 16位机 Intel 808

12、6、Z8000、80286（1978-1983）1.1.2 微机的发展n第四代 32位机 80386、80486n第五代 32位机 Intel Pentiumn第六代 64位机和双核 Intel Intanium、Pentium D、Pentium EE（1984-1992）（1993-1999）（2000年以后）特点：特点：1.速度速度越来越快越来越快。2.容量容量越来越大越来越大。3.功能功能越来越强越来越强。1.1.3 微机的特点和应用范围 由于微机是采用LSI和VLSI组成的，因此它除了具有一般计算机的运算速度快、计算精度高、记忆功能和逻辑判断力强、自动工作等特点外，还有其独特的优点。

13、（1）体积小、重量轻、功耗低。（2）可靠性高、对使用环境要求低。（3）结构简单、设计灵活、适应性强。（4）性能价格比高。一、微机的特点1.1.3 微机的特点和应用范围一、微机的应用范围1.科学计算。2.信息处理。3.计算机辅助技术。4.过程控制。5.人工智能。6.网络通信。7.计算机仿真1.1.4 微机的分类 字长是指计算机一次可处理二进制数的最大位数，它是微机的一个重要参数。微机按字长可分为：4、8、16、32和64位机。字长与微处理器数据总线DB宽度不是同一个概念。如8088的字长16位，但DB宽度仅8位；而Pentium系列的字长32位，但DB宽度64位。一、按字长分类1.1.4 微机的

14、分类 1.单片机 又称微控制器或嵌入式控制器，它将CPU、存储器、定时器计数器、中断控制，I/O接口等集成在一片芯片上。如MCS-51系列单片机8031、8051、8751等。2.单板机 将CPU、内存储器、I/O接口组装在一块印刷电路板上的微型计算机，如SDK-86和TP86单板机。3.多板机（PC机）由一块主板（包含CPU、内存储、I/O总线插槽）和多块外部设备控制器插板组装而成的微型机。如IBM-PC微机及其兼容机。二、按结构类型分类1.1.4 微机的分类1.个人计算机2.工作站/服务器3.网络计算机1.台式机（也称桌上型）2.便携机（也称可移动微机）三、按用途分类四、按体积或外形分类1

15、.1.5 微机系统的主要性能指标1.字长 计算机能直接处理的二进制数据的位数。2.运算速度 微处理器执行指令的速率，单位:百万条指令/秒(MIPS)3.存储容量 反映了计算机存储信息的能力。4.存取速度 存储器完成一次读/写操作所需的时间。5.指令系统 微处理器具有的不同指令总和。6.总线类型与总线速度 系统总线和外部总线的类型；处理器、系统的总线速度1.1.5 微机系统的主要性能指标7.主板与芯片组类型 不同类型的主板有不同的芯片组，其性能差异很大。8.外设的配置 容许或实际挂接的外设数量越多,微机功能就越强。9.系统软件的配置 微机系统配置的操作系统及其它系统软件和实用程序等。10.可靠性、可用性和可维护性。此外，还有一些评价计算机的综合指标，例如，系统的兼容性、完整性和安全性以及性能价格比。