第1章 微型計(jì)算機(jī)概論

第1章微型計(jì)算機(jī)概論1.1微型計(jì)算機(jī)概述1.2微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成1.3微機(jī)的主要性能指標(biāo)及應(yīng)用微機(jī)原理與接口技術(shù)---中南大學(xué)出版社1.1微型計(jì)算機(jī)概述1.1.1微型計(jì)算機(jī)發(fā)展概況

20世紀(jì)40年代，由美國賓夕法尼亞大學(xué)莫克利和埃克特領(lǐng)導(dǎo)的研究小組，研制成功了世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)ENIAC(ElectronicNumericalIntegratorComputer)。ENIAC由17486個(gè)電子管、1500個(gè)繼電器、7萬個(gè)電阻器、1萬個(gè)電容器和6千個(gè)開關(guān)組成。每秒鐘能只能進(jìn)行5000次加法運(yùn)算或者400次乘法運(yùn)算，僅相當(dāng)于一個(gè)電子數(shù)字積分計(jì)算機(jī)。微機(jī)原理與接口技術(shù)---中南大學(xué)出版社1.1.1微型計(jì)算機(jī)發(fā)展概況（續(xù)1）

馮·諾依曼提出了在數(shù)字計(jì)算機(jī)內(nèi)部的存儲(chǔ)器中存放程序的概念，這是所有現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)的模板，被稱“馮·諾依曼結(jié)構(gòu)”。馮·諾依曼計(jì)算機(jī)的基本特點(diǎn)：(1)計(jì)算機(jī)由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五部分組成。(2)采用存儲(chǔ)程序的方式，程序和數(shù)據(jù)放在同一個(gè)存儲(chǔ)器中，指令和數(shù)據(jù)可以送到運(yùn)算器中運(yùn)算，即由指令組成的程序是可以修改的。(3)數(shù)據(jù)以二進(jìn)制碼表示。(4)指令按順序執(zhí)行。微機(jī)原理與接口技術(shù)---中南大學(xué)出版社1.1.1微型計(jì)算機(jī)發(fā)展概況（續(xù)2）隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，微處理器得到了飛速發(fā)展。

第一代：4位和低檔8位微處理器

4004→4040→8008

第二代：中高檔8位微處理器

8080、MC6800、Z-80、6502第三代：16位微處理器

8086∕8088→80286、MC68000、Z8000微機(jī)原理與接口技術(shù)---中南大學(xué)出版社1.1.1微型計(jì)算機(jī)發(fā)展概況（續(xù)3）第四代：32位微處理器

MC68020、80386→80486→Pentium系列

第五代：64位微處理器

Itanium、64位RISC微處理器芯片微機(jī)原理與接口技術(shù)---中南大學(xué)出版社1.1.2微型計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)微型計(jì)算機(jī)除了具有一般電子數(shù)字計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度快、計(jì)算精度高和通用性強(qiáng)等常規(guī)功能外，還具有如下特點(diǎn)：(1)可靠性高，對(duì)環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)。(2)體積小、重量輕、耗電省。(3)性價(jià)比高。(4)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)靈活、適應(yīng)性強(qiáng)。

(5)維護(hù)方便。

微機(jī)原理與接口技術(shù)---中南大學(xué)出版社1.1.3微型計(jì)算機(jī)的分類按組織結(jié)構(gòu)和規(guī)模分：

單片機(jī)、單板機(jī)、個(gè)人計(jì)算機(jī)、筆記本電腦、掌上電腦

按微處理器位數(shù)分：

4位機(jī)、8位機(jī)、16位機(jī)、32位機(jī)、64位機(jī)。

按應(yīng)用范圍和表現(xiàn)形式分：通用計(jì)算機(jī)、專用計(jì)算機(jī)微機(jī)原理與接口技術(shù)---中南大學(xué)出版社1.2微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成

從系統(tǒng)組成來的觀點(diǎn)來看，微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通常由硬件系統(tǒng)和軟件軟件系統(tǒng)兩大部分組成，其組成框圖如圖1-1。圖1-1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成微機(jī)原理與接口技術(shù)---中南大學(xué)出版社1.2.1微型計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)

微型計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)以微處理器為核心，配以內(nèi)存儲(chǔ)器以及輸入輸出（I/O）接口和相應(yīng)的輔助電路而構(gòu)成，采用總線結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)相互之間的信息傳遞。圖1-2為典型的微型計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的構(gòu)成框圖。微機(jī)原理與接口技術(shù)---中南大學(xué)出版社1.2.1微型計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)（續(xù)1）

微處理器

微處理器的全部電路集成在一塊大規(guī)模集成電路中。它包括運(yùn)算器（ALU）、寄存器組、控制器，這3個(gè)基本部分由內(nèi)部總線連接在一起。微處理器把一些信號(hào)通過寄存器或緩沖器送到集成電路的引線上，以便與外部的微機(jī)總線相連接。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1-3所示。

圖1-3微處理器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖微機(jī)原理與接口技術(shù)---中南大學(xué)出版社1.2.1微型計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)（續(xù)2）

存儲(chǔ)器

微存儲(chǔ)器是微機(jī)中重要的組成部分，它用來存放和記憶程序和數(shù)據(jù)的裝置。顯然，存儲(chǔ)器的容量越大，能記憶的信息越多，計(jì)算機(jī)的功能就越強(qiáng)。微機(jī)上的存儲(chǔ)器分為“內(nèi)部存儲(chǔ)器”和“外部存儲(chǔ)器”兩類。內(nèi)部存儲(chǔ)器位于主機(jī)的內(nèi)部的電路板上，用于暫時(shí)存放程序和數(shù)據(jù)，CPU可以通過總線直接訪問，通常造價(jià)高、速度快，但是容量小；外部存儲(chǔ)器位于主機(jī)外部，用于存放大量的信息，如暫不運(yùn)行的程序和暫不處理的數(shù)據(jù)，CPU要通過I/O接口進(jìn)行訪問，通常造價(jià)低、容量大、數(shù)據(jù)可以長(zhǎng)期保存，但是速度慢。微機(jī)原理與接口技術(shù)---中南大學(xué)出版社1.2.1微型計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)（續(xù)3）

I/0設(shè)備和I/O接口

I/O設(shè)備是指微機(jī)上配備的輸入/輸出設(shè)備，也稱為外部設(shè)備或外圍設(shè)備（簡(jiǎn)稱外設(shè)），它主要為微機(jī)提供具體的輸入/輸出手段。輸入設(shè)備是微機(jī)系統(tǒng)用來接受信息的部件，目前常見的有鍵盤、鼠標(biāo)、攝像頭、掃描儀等。輸出設(shè)備的種類比較多，常用的有顯示器、打印機(jī)語音輸出裝置等。由于各種外設(shè)的工作速度、驅(qū)動(dòng)方法各異，不能直接將它們簡(jiǎn)單的連接到總線與CPU進(jìn)行連接。因此，需要一個(gè)接口部件，來完成它們之間的速度匹配、信號(hào)變換、與CPU聯(lián)絡(luò)等工作。這部分電路被稱為I/O接口電路，簡(jiǎn)稱I/O接口。微機(jī)原理與接口技術(shù)---中南大學(xué)出版社1.2.1微型計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)（續(xù)4）

系統(tǒng)總線

系統(tǒng)總線是微機(jī)中各種部件之間傳遞信息的一組公共數(shù)據(jù)傳輸線路。通常把CPU芯片內(nèi)部的總線稱為內(nèi)部總線，而連接系統(tǒng)各部件間的總線稱為外部總線或稱為系統(tǒng)總線。

數(shù)據(jù)總線(DB)：用于CPU與內(nèi)存或I/O接口之間的數(shù)據(jù)傳遞。地址總線(AB)：用于傳送存儲(chǔ)單元或I/O接口的地址信息?？刂瓶偩€(CB)：傳送控制器的各種控制信息。

微機(jī)原理與接口技術(shù)---中南大學(xué)出版社1.2.2微型計(jì)算機(jī)的軟件系統(tǒng)

微機(jī)的軟件系統(tǒng)由系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件和支撐軟件組成。

系統(tǒng)軟件：它是一類對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)本身進(jìn)行管理與控制的軟件，它提供用戶使用計(jì)算機(jī)操作環(huán)境以及應(yīng)用軟件的運(yùn)行環(huán)境。如：WindowsXP、Windows7、Windows8等。

運(yùn)用軟件：它是指用戶利用計(jì)算機(jī)以及計(jì)算機(jī)所提供的各種系統(tǒng)軟件，開發(fā)解決各種實(shí)際問題的程序。如：繪圖軟件AutoCAD、圖像處理軟件Photoshop、QQ游戲平臺(tái)等。

支撐軟件：傳支撐各種軟件的開發(fā)與維護(hù)的軟件，又稱為軟件開發(fā)環(huán)境。如：WebSphere、Studio.NET等。微機(jī)原理與接口技術(shù)---中南大學(xué)出版社1.3微型計(jì)算機(jī)的主要性能指標(biāo)及應(yīng)用1.3.1微型計(jì)算機(jī)的主要性能指標(biāo)

字長(zhǎng)：微機(jī)的字長(zhǎng)是指微處理器內(nèi)部一次可以并行處理二進(jìn)制代碼的位數(shù)

，它一般決定于微機(jī)的通用寄存器、內(nèi)存儲(chǔ)器、ALU的位數(shù)和數(shù)據(jù)總線的寬度。字長(zhǎng)越長(zhǎng)，所表示的數(shù)據(jù)精度就越高；在完成同樣精度的運(yùn)算時(shí)，字長(zhǎng)越長(zhǎng)的微處理器數(shù)據(jù)處理速度越高。

運(yùn)算速度：微型計(jì)算機(jī)一般采用主頻來描述運(yùn)算速度，是指CPU在單位時(shí)間（秒）內(nèi)發(fā)出的脈沖數(shù)。一般來說，在同一類CPU中，主頻越高，單位時(shí)間內(nèi)執(zhí)行的指令數(shù)就越多，CPU的運(yùn)算速度就越快。目前微處理器的主頻都在2GHz以上。微機(jī)原理與接口技術(shù)---中南大學(xué)出版社1.3.1微型計(jì)算機(jī)的主要性能指標(biāo)（續(xù)1）儲(chǔ)存容量：反映了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所能存儲(chǔ)的信息量。計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)系統(tǒng)分為內(nèi)存和外存兩種。存儲(chǔ)速度：存儲(chǔ)器完成一次讀/寫操作所需要的時(shí)間稱為存儲(chǔ)時(shí)間，存儲(chǔ)時(shí)間越短，則存儲(chǔ)速度越快。

I/O設(shè)備性能：微機(jī)系統(tǒng)所配置的外設(shè)，其速度快慢、容量大小、分辨率高低等技術(shù)指標(biāo)都對(duì)微機(jī)系統(tǒng)的整體性能有影響。一般所配外設(shè)越多，系統(tǒng)功能就越強(qiáng)。系統(tǒng)軟件配置：作為一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，硬件系統(tǒng)系統(tǒng)提供了程序運(yùn)行的基本環(huán)境，其功能最終要靠軟件來實(shí)現(xiàn)。微機(jī)原理與接口技術(shù)---中南大學(xué)出版社1.3.2微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用由于微機(jī)具有體積小、價(jià)格低、耗電少和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，所以應(yīng)用范圍十分廣泛。

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