微型计算机基础与应用第一章

《微型计算机基础与应用第一章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《微型计算机基础与应用第一章（114页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第章 计算机基础知识,2019/2/14,1,本章要求：,2019/2/14,2,基本知识点 了解计算机的发展、特点及用途 掌握计算机中使用的数制及数制间的转换 弄清计算机的主要组成部件及其功能 重点及难点 计算机的系统组成 计算机系统中数据的表示形式 数制之间的转换,1-1 电子计算机的发展与应用,什么是计算机,2019/2/14,3,计算机的产生和发展是人类生产力的一场革命。,约翰阿塔纳索夫提出了计算机的三条原则： 1）以二进制的逻辑基础来实现数字运算，以保证 精度； 2）利用电子技术来实现控制、逻辑运算和算术运 算，以保证计算速度； 3）采用把计算功能和二进制数更新存储功能相分 离的结构

2、。,奠定现代计算机发展的重要人物和思想,图灵与图灵机,为纪念图灵对计算机的贡献， 美国计算机博物馆于1966年 设立了“图灵奖”,计算机是使用相应的程序来完成任何设定好的任务。,图灵机是一种思想模型， 它由三部分组成： 一个控制器，一条可以无限延伸的 带子和一个在带子上左右移动的读 写头。,John von Neumann 冯诺依曼,1949 EDSAC,冯诺依曼计算机,存储程序工作原理 计算机的两个基本能力：一是能够存储程序，二是能够自动地执行程序。 计算机是利用“存储器”（内存）来存放所要执行的程序的，而称之为CPU的部件可以依次从存储器中取出程序中的每一条指令，并加以分析和执行，直至完成

3、全部指令任务为止。,一、电子计算机的发展,第一代 电子管计算机 第二代 晶体管计算机 第三代 中小规模集成电路计算机 第四代 大规模和超大规模集成电路计算机,2019/2/14,7,一、电子计算机的发展 1946年第一台计算机ENIAC在美国宾夕法尼亚大学问世。人们常按制造计算机所用的主要元器件将计算机分为四代：,体积庞大、速度低、成本高、可靠性差、内存容量小,体积大大减小、速度提高、可靠性和内存容量有较大提高,速度、可靠性和内存容量都进一步提高，外设种类繁多,计算机发展史简表,2019/2/14,8,根据电子计算机所采用的特理器件的发展，一般把电子计算机的发展分成4个阶段：,第一台电子计算机

4、（ENIAC）,5000次加法/秒 体重28吨 占地170m2 18800只电子管 1500个继电器 功率150KW,第一台电子计算机的研制与军事目的有着密切关系。,1第一代（1946年1958年）：电子管阶段,2019/2/14,10,电子管,基本特征采用电子管作为计算机的逻辑元器件，每秒运算速度仅为几千次，内存容量仅数KB。其数据表示主要是定点数，使用机器语言或汇编语言编写程序。第一代电子计算机体积庞大，造价昂贵，用于军事和科学研究工作。其代表机型有IBM 650（小型机）、IBM 709（大型机）。,2第二代（1959年1964年）：晶体管阶段,2019/2/14,11,晶体管,基本特征

5、是采用晶体管作为计算机的逻辑元器件，由于电子技术的发展，运算速度达每秒几十万次，内存容量增至几十KB。与此同时，计算机软件技术也有了较大发展，出现了FORTRAN、COBOL、ALGOL等高级语言。与第一代计算机相比，晶体管电子计算机体积小、成本低、功能强、可靠性大大提高。除了科学计算外，还用于数据处理和事务处理。其代表机型有IBM 7094、CDC 7600。,3第三代（1965年1970年）：集成电路阶段,2019/2/14,12,集成电路,基本特征是采用小规模集成电路作为计算机的逻辑元器件，随着固体物理技术的发展，集成电路工艺己可以在几平方毫米的单晶硅集成电路片上集成由十几个甚至上百个电

6、子元器件组成的逻辑电路。它的运算速度每秒可达几十万次到几百万次，体积越来越小，价格越来越低，软件越来越完善，在监控程序的基础上发展形成了操作系统。其代表机型有IBM360。,4第四代（1971年现在）：大规模/超大规模集成电路阶段,2019/2/14,13,超大规模集成电路,基本特征是采用大规模集成电路和超大规模集成电路作为计算机的逻辑元器件，20世纪70年代以来，集成电路制作工艺取得了迅猛的发展，在硅半导体上可集成更多的电子元器件，半导体存储器代替了磁芯存储器，目前，计算机的速度最高可以达到每秒几百万亿次浮点运算。操作系统不断完善，高级程序设计语言功能更加完善，人们的生活与计算机应用息息相关

7、。,2019/2/14,14,2019/2/14,15,计算机的特点,（1）运算速度快 （2）运算精确度高 （3）具有“记忆”和逻辑判断能力 （4）通用性强 （5）高度自动化 另外，还具有可靠性强、可联网等特点,2019/2/14,16,二、计算机的发展方向,2019/2/14,17,未来的计算机以超大规模集成电路为基础，向 巨型化（不是体积大，而是速度高、容量大、功能强） 微型化（体积缩小、重量减轻） 网络化（分散的计算机联成网） 智能化（计算机将具有一定的“思维能力”） 方向发展。,计算机发展巨型化,2019/2/14,18,CRAY-,运算速度可达每秒几百亿次运算的超级计算机 1975年

8、世界上第一台超级计算机“Cray-I” 超级计算机应用：天气预报、地震机理研究、 石油和地质勘探，卫星图像处理等大量科学计 算的高科技领域。,中国超级计算机： 国防科技大学研制的 “银河1号”、 “银河2号”和“银河3号” 国家职能计算机中心推出的 “曙光1000” 、“曙光200I”和“曙光3000”,银河,2019/2/14,19,社会在不断发展，人类对自然世界的认识活动也越来越多，很多情况要求计算机对数据进量的运算，如，数学命题的证明、行星轨迹的计算以及航天飞机、宇宙飞船的设计等等。这些应用对计算机速度的要求也越来越高。 “巨型化”在这里并不是通常意义上的大小，主要是指机器的性能运算速度

9、等。,计算机发展巨型化,计算机发展微型化,2019/2/14,20,Altair 8800,计算机不再是单一的计算机器，而是一种 信息机器，一种个人的信息机器。,计算机发展微型化,2019/2/14,21,一方面，随着计算机的应用日益广泛，在一些特定场合，需要很小的计算机(如航天飞机，由于燃料的关系，设计原则是为了减少每一克而奋斗)，所以计算机的重量、体积都变得越来越小，但功能并不减少。 另一方面，随着计算机在世界上日益普及，个人电脑正逐步由办公设备变为电子消费品。人们要求电脑除了要保留原有的性能之外，还要有时尚的外观、轻便小巧、便于操作等特点，如平板电脑、手持电脑等。今后个人电脑在电脑中所占

10、的比重将会越来越大，使用也将会越来越方便。,计算机发展网络化,2019/2/14,22,计算机网络： 计算机技术与通信技术结合 的产物。 计算机网络的发展动力： 使用远程资源，共享程序、 数据和信息资源，网络用户 的通讯和合作。,计算机发展网络化,2019/2/14,23,因特网的建立正在改变我们的世界，改变我们的生活。网络具有虚拟和真实两种特性，网上聊天和网络游戏等具有虚拟特性，而网络通信、电子商务、网络资源共享则具有真实的特性。 我们可以通过因特网购买生活必需品，交纳各种费用、教学、管理个人账务等等。,计算机发展智能化,2019/2/14,24,“总有一天，人类会造出一些举止跟人一样的 没

11、有灵魂的机械来”。 笛卡尔（1637）,人类第一个“工业机器人”： 一头在纺织机上挑纱的“驴”（1742年） 第一代机器人 机械手（1962年出现） 第二代机器人 具有“感觉”的机器人 第三代机器人 装有启发式计算机的“智能机器人”,计算机发展智能化,2019/2/14,25,今后，计算机在我们的生活中扮演的角色将会更加重要。 计算机应用将具有更多的智能特性，能够帮助用户解决一些自己不熟悉或不愿意做的事。 如，智能家电、烹调等。,三、 电子计算机的主要应用,2019/2/14,26,科学计算（数值计算） 如：天文、地质、气象、航天等涉及的大量计算 数据处理（信息处理） 对数据进行收集、分类、排

12、序、存储、计算等操作 自动控制 无人驾驶飞机的控制 计算机辅助设计（CAD）和辅助教学（CAI） 人工智能（AI）方面的研究和应用 专家系统 (Expert system） 机器人 (Robert) 多媒体（Multimedia）技术应用,2019/2/14,27,科学计算：解决科学技术和工程设计中存在的大量的数学计算问题。例如，求解上千阶的微分方程组、几百个方程的线性方程组、大型矩阵运算等. 数据处理 ：数据处理泛指任何形式的计算机管理和操纵数据的过程，例如，企业管理、库存管理、帐目计算、信息情报检索等。 实时控制 ：计算机的速度不断提高，计算机的指令周期已降到几ns级，使得许多生产过程的实

13、时控制成为可能。例如，化工生产过程中的压力、流量、温度等参数的控制 。,2019/2/14,28,4. 计算机辅助设计和制造：CAD/CAM系统已发展成为更高级的计算机集成制造系统(CIMS)。 5. 人工智能：是探索和模拟人的感觉和思维过程的科学，它是在控制论、计算机科学、仿生学、生理学等基础上发展起来的新兴边缘学科。 6. 通信和文字处理：包括文字信息的产生、修改、编辑、复制、保存、检索、传输等，通信和文字处理是实现办公自动化、电子邮件、计算机会议和计算机出版等新技术的必由之路。 7.多媒体技术：图形、声音、静态图像、动画、动态图像等多媒体技术。,2019/2/14,29,8. 网络技术与

14、信息高速公路 ：把分布在不同地域的独立的计算机系统用通信设施连接起来，以实现数据通信和资源共享。网络从地域范围大小上分为局域网和广域网。 9. 教育：包括计算机辅助教学、知识信息系统、自然语言处理等。计算机辅助教学生动、形象、易于理解，是提高教学质量的重要手段之一。 10.军事：包括军队自动化指挥系统、计算机作战模拟、军事信息处理武器的自动控制、精确制导武器、军用机器人、数字化部队、后勤保障等。,计算机的分类,2019/2/14,30,1-2 微型计算机系统的组成及工作原理,2019/2/14,31,微机系统包括：硬件系统和软件系统。 硬件：指构成计算机的物理设备，即具有输入、存储、计算、控制

15、和输出功能的实体部分。 软件：指系统中的程序以及开发、使用和维护程序所需的所有文档的集合。,一、微机系统的组成,一、微机系统的组成,2019/2/14,32,2019/2/14,33,计算机系统的组成,二、微型计算机的硬件系统,2019/2/14,34,1. 运算器ALU (Arithmetic-Logic Unit) 运算器又叫算术逻辑部件，是计算机执行算术运算和逻辑运算的部件。操作时，运算器的操作和操作种类由控制器决定，处理的数据来自存储器，处理的结果通常送回存储器，或暂时存放在内部寄存器中。 2. 控制器(Control Unit) 控制器是整个计算机的指挥中心，它从主存中按规定顺序取出

16、程序中的一条指令，对其进行分析，然后根据指令的要求向有关部件发出各种时序控制信号，控制它们执行这条指令所规定的功能。,运算器与控制器合在一起被称为中央处理器，即CPU(Central Processing Unit)，它是计算机的核心，控制整个计算机系统的工作,2019/2/14,35,CPU的性能指标, CPU主频：CPU内核电路的实际工作频率；CPU外频：CPU总线频率 CPU字长：单位时间内一次处理的二进制数的位数。 前端总线（FSBFront System Bus）指的是CPU和北桥芯片间数据传输的总线。 倍频系数： CPU内部的时钟信号是由外部输入的，在CPU内部采用了时钟倍频技术。按一定比例提高输入时钟信号的频率，这个提高时钟频率的比例称为倍频系数。主频=外频倍频 L1/L2 高速缓存：L1是第一层高速缓存。L2是CPU性能表现的关键之一。,CPU的类型如课本第6页图中所示。,2019/2/14,36,主板,2019/2/14,37,插好CPU、内存和显卡