1微型计算机系统概述

• 第一阶段（1971~1973）：
典型的微型机以Intel 4004和Intel 4040 为基础。微处理器和存储器采用PMOS工 艺，工作速度很慢。微处理器的字长4位， 时钟频率500KHz～2MHz，存储器的容量 很小，只有几百字节；指令系统不完整， 没有操作系统，只有汇编语言。主要用于 工业仪表、过程控制或计算器中。
倒退回70年代中期，那时PC还没有面世，那时猜测计算机会在每 张办公桌上出现简直是不可能的，即使在我们创办微软公司的时 候，也无法预料以后会发生什么样的变化。在21世纪，PC会向上 百万的人传输金融数据，人们利用它学习、工作、它的潜力无 穷。”
微型计算机
• 微机概念：以大规模、超大规模集成电路
为主要部件，以集成了计算机的主要部 件——控制器和运算器的微处理器为核心， 配以存储器、输入/输出接口电路及系统总 线所制造出的计算机系统。 • 划分阶段的标志：以字长（即数据位数） 和微处理器芯片。
1. 2.1 微型计算机的特点
• 1．体积小、重量轻、价格低廉 • 2．简单灵活、可靠性高、使用环境要
求不高 • 3．功耗低
1.2.2 微型机的应用范围
1、科学计算和科学研究
计算机主要应用于解决科学研究和工程技术中 所提出的数学问题（数值计算）。
2、数据处理 （信息处理） 主要是利用计算机的速度快和精度高的特点来 对数字信息进行加工。
3、PC机（Personal Computer ） :面向个人单独使用的一类微 机，实现各种计算、数据处理及信息管理等。
1.3 微型计算机的基本组成
微型计算机系统
微处理器
微型计算机
运算器
控制器
寄存器组 内存储器 总线
输入输出输出 接口电路
外部设备 软件
区别3个概念
1.3.1.1、微处理器
• CPU组成：算术逻辑部件，累加器，通用寄存器组，控 • • •
• 1944年哈佛大学和IBM公司合作,在Howard •
Aiken的指导下在美国首次制造出了现代计算机的 雏形——马克Ⅰ （Mark I） 。 1942年美国物理学家莫克力提出了一个名曰 “高速电子管计算装置”的现代计算机制造方案。 该机于1946年2月制成，取名ENIAC——电子数 字积分机和计算机。 （第一台计算机，宾夕发尼 亚大学） J. Presper Eckert Jr.和John Mauchly
1.1.2 微型计算机的发展
•1971年，美国Intel公司研究并制造了
世界上第一个微处理器芯片Intel4004，开 创了一个全新的计算机时代，即微型机时 代。
•该芯片能同时处理4位二进制数，集成了
2300个晶体管，每秒可进行6万次运算， 成本约为200美元。它是世界上第一个微 处理器芯片，以它为核心组成的MCS-4计 算机，标志了世界第一台微型计算机的诞 生。
• 计算机之父：Von Neumann • 采用二进制进制器)为核心，结合存储器、输入输出接口 的现代计算机的构架体系。称为诺依曼体系。
冯 ·诺依曼结构计算机的基本思想与组成
运算器
输入设备
存储器
输出设备
控制器
1.1.1 计算机的发展
第一代电子计算机称为电子管计算机。（1946年 ） 第二代计算机称为晶体管计算机，其主要逻辑元件采用的是晶
1.3.2.2 主机板组成
1.
8087 协 处 理 器 8086 微 处2. 理 器
8259 中断控制 微处理器子系统 器 8086CPU：16位内部结构、16位数据总线、 地址总线 地址锁存器 20 位地址总线、4.77MHz主频 数据总线 数据收发器 存储器 控制总线 只读存储器 ROM 随机存储器 RAM
制逻辑部件等； 算术逻辑部件功能：加减乘除等算术和与或非等逻辑 运算； 累加器和通用寄存器组功能：存放数据、中间结果、 地址； 控制逻辑部件功能：对指令译码、发出相应的一系列 控制信号，以完成该指令指定的操作。
1.3.1.2、微型计算机
• 微型计算机组成：
– 微处理器 – 存储器 – 输入/输出接口电路 – 系统总线
1.2.3 微型计算机的分类
1、单片机： 将CPU以及其他主要部件（如ROM、RAM、I/O 又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把 接口）都集成在一个微处理器芯片中 一个计算机系统集成到一个芯片上。概括的讲：它主要是将微 例如：常用的MCS-51、MCS-96 处理器、部分存储器、输入输出接口都集成在一块集成电路芯 片上，一块芯片就成了一台计算机 2、单板机：将计算机的各个部分都组装在一块印制电路板上， 包括微处理器/存储器/输入输出接口，还有简单的七段发光二 极管显示器、小键盘、插座等。功能比单片机强，适于进行生 产过程的控制。可以直接在实验板上操作，适用于教学。
软件 程序设计语言
汇编语言 高级语言
应用软件、软件包、数据库
1.3.2 微型计算机的硬件结构
系统总线BUS 处 理 器 子 系 统 系 统 总 线 形 成 地址总线AB 数据总线DB 控制总线CB 存储器 I/O接口 1. 微处理器 2. 存储器 3. I/O设备和 I/O接口 4. 系统总线
I/O设备
举例
• 控制总线CB （Control Bus）
– 协调系统中各部件的操作，有输出控制、输入状态等 – 控制总线决定了系统总线的特点,例如功能、适应性等
总线使用特点
• 在某一时刻，只能由一个总线主控设备
（例如CPU）来控制总线 • 在连接系统总线的各个设备中，某时刻只 能有一个发送者向总线发送信号；但可以 有多个设备从总线上同时获取信号 • 微机系统采用“总线结构”，具有组态灵 活、扩展方便的优势
•第三阶段（1978~1981）：以16位和准
32位微处理器为基础，如Intel公司的8086、 Motorola的68000和Zilog的Z8000。微 处理器采用短沟道高性能NMOS工艺。集成 了2.9万个晶体管，时钟频率达到8MHz， 在体系结构方面吸纳了传统小型机甚至大型 机的设计思想，如虚拟存储和存储保护。
•第二阶段（1974~1977）：
以8位微处理器为基础，典型的微处理器 有Intel 8080/8085、Zilog公司的Z80 及Motorola公司的6800。微处理器采 用高密度MOS（HMOS）工艺，集成了 9000个晶体管，时钟频率达到5MHz， 具有较完整的指令系统和较强的功能。 存储器容量达64KB，配有荧光屏显示器、 键盘、软盘驱动器等设备，构成了独立 的台式计算机。配有简单的操作系统 （如CP/M）和高级语言。
体管。（ 50年代中后期）
第三代计算机的内存储器采用了半导体存储器，可靠性和存取
速度有了明显的改善。 中小规模集成电路。（ 60年代中后期）
第 四 代 计算 机 以 采用 大 规 模和 超 大 规模 集 成 电路 为 标 志 。
（ 70年代开始）
微型计算机时代（PC） MICROSOFT公司的总裁Bill Gates在一封电子邮件中说：“甚至
3、工业控制
用单板微型计算机实现DDC级控制，用卫星计 算机实现SCC级监督管理控制，用高档微型计算机 实现SCC或低层MIS管理已屡见不鲜。
4、计算机辅助系统 计算机辅助系统主要有计算机辅助教学 （CAI）、计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制 造（CAM）、计算机辅助测试（CAT）、计算机集成 制造（CIMS）等系统。 5、人工智能 人工智能主要就是研究解释和模拟人类智 能、智能行为及其规律的一门学科，包括智能机器 人，模拟人的思维过程，计算机学习等等。其主要 任务是建立智能信息处理理论，进而设计可以展现 某些近似于人类智能行为的计算系统。
第五阶段（21世纪开始）： 64位计算机时代。 •Itanium、64位RISC微处理器芯片 •微机服务器、工程工作站、图形工作站 发展趋势：
– 最新的计算机：量子计算机 – 集成度越来越高；速度越来越快；多CPU协调 工作。 – 人工神经网络计算机，生物计算机； – 光计算机，生物计算机，量子计算机又会如 何呢？
第一代 4位和低档8位机 （1971-1973） Intel 4004 第二代 中高档8位机 （1974-1978）
8080/8085、Z80、MC6800
第三代 16位机
特点： 1、速度越来越快。 2、容量越来越大。 3、功能越来越强。
（1978-1981） 第四代 32位机
Intel 8086、Z8000、MC6800
1.3.1.3、微型计算机系统
微型计算机
运算器 微处理器 内存储器 控制器 RAM
ROM 输入/输出接口电路 数据总线
系统总线 地址总线
硬件
控制总线
外围设备---键盘/显示器、打印机、 磁带机、磁盘机、D/A、 A/D转换器 监控程序、操作系统 系统软件
微型 计算机系统
汇编程序
解释程序 编译程序 机器语言
接口 开关
1.3.3 微型计算机的软件系统
• • • •
操作系统 汇编程序 文本编辑程序 调试程序 MS-DOS、WINDOWS MASM和LINK DEBUG.EXE
附1. 微处理器的内部结构与基本功能
包括以下几个重要部分：累加器，算术逻辑运算单元 (ALU)，状态标志寄存器，寄存器阵列，指令寄存器， 指令译码器和定时及各种控制信号的产生电路。
I/O 通 道
ROM-BIOS（基本输入输出系统）、主体为 RAM 8288 总线控制器 8237 8253 8255 3. I/O接口控制电路 DMA控制器 定时控制器 并行接口 8259A、8253、8237A、8255等 8284 时钟发生器4. I/O通道 键盘 系统 扬声器 62线的IBM PC总线 接口 配置
• 地址总线AB（Address Bus）
– 输出将要访问的内存单元或I/O端口的地址 – 地址线的多少决定了系统直接寻址存储器的范围