玉溪师范学院 信息技术工程学院.

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1 玉溪师范学院 信息技术工程学院

2 The principle & Interface of Microcomputer
主讲教师：万景 实验指导：万景

3 教材及参考资料 教材 参考资料 李友兰主编，《微机原理与接口技术》 清华大学出版社 校内教辅系统：
王春香主讲，《微机原理与应用》视频教程 校外西安交通大学

4 《微机原理》课程简介 1. 课程性质及教学目的 《微机原理与接口技术》是学习微机基本知识和应用技 能的重要课程，其目的是帮助学生：
1. 课程性质及教学目的 《微机原理与接口技术》是学习微机基本知识和应用技 能的重要课程，其目的是帮助学生： 掌握微机的硬件结构和基本原理； 学会运用指令系统和汇编语言进行程序设计； 熟悉各种典型的接口芯片， 掌握接口技术及其具体应用，为后继计算机课程的学习及 工程实际应用打下良好基础。

5 《微机原理》课程简介 2. 课程教学安排 3.考核方法 每周：5学时，总学时：90学时； 实验：20～40学时
缺勤或缺交、补交作业3次取消考试资格 3.考核方法 出勤：10% 作业：10% 实验：10% 期中考：10% 期末考：60%

6 《微机原理》课程简介 4. 教材的主要模块 第一章 微型计算机概述 第二章 计算机中信息的表示 第三章 微型计算机的CPU
第四章 微型计算机存储器系统 第五章 汇编语言基础 第六章 汇编语言程序设计 第七章 数据传送方式 第八章 总线与接口技术 第九章 接口芯片 第十章 常用外部设备

7 主要内容 计算机发展 微型计算机的组成与配置 多媒体计算机 （计算机的分类，微机的发展、计算机系统的组成与工作过程）
（微型计算机的硬件系统、主要部件、性能指标及其应用） 多媒体计算机 （多媒体基础与多媒体计算机）

8 学习要求 熟悉计算机的发展历程、分类、特点和应用领域； 掌握微型计算机的组成、工作原理、配置和主要性能指标；
初步掌握多媒体计算机的基本知识。

9 机械计算机                                算筹（小棒） 珠算盘 对数计算尺 手摇计算计

10 计算机发展史 1.1 微型计算机概述 1.1.1 微处理器的产生和发展 1．计算机发展简介
微处理器的产生和发展 1．计算机发展简介 1946年2月，在美国宾夕法尼亚大学研制成功了世界上第一台电子数字计算机ENIAC。

11 1946年2月，世界上第一台计算机ENIAC诞生于美国宾夕法尼业大学 性能 存储：80个字节
运算速度：每秒5千次加、减法 电子元件 电子管：18000个 电 容：10000个 电 阻： 7000个 占地：170平方米 重量：30吨 耗电：150千瓦 价值：40万美元

12 电子计算机的发展 IBM 360系列电脑 计算机ENIAC 台式PC微机 笔记本电脑

13 电子计算机的发展 晶体管与电子管的比较 超大规模集成电路 集成电路 电子计算机的发展阶段通常以计算机所使用的逻辑元件 （电子器件）来划分。
第一代（1946～1957），电子管 第二代（1958～1965），晶体管 第三代（1966～1971），以中小规模集成电路 第四代（1971至今），大、超大规模集成电路 电子计算机的发展 晶体管与电子管的比较 超大规模集成电路 集成电路

14 世界上计算机的发展 名称 年代 逻辑元件 语言 运算速度 特点 应用领域 开始使用操作系统 第一代 1946~1955 电子管
机器语言、汇编语言 每秒成千上万次 体积庞大，造价高、速度低 科学计算 第二代 1956~1964 晶体管 高级语言 增加了浮点运算 每秒几十万次 程序编制方便、通用性强 科、数据处理、事务管理 第三代 1965~1970 中小规模集成电路 开始使用操作系统 每秒百万次到千万次 价格低、体积小 工业控制 第四代 1971~今 大规模、超大规模集成电路 高级程序设计语言（自动、可视化、结构化） 上亿次 集成度高、性能稳定、成本低 商业、家用

15 计算机的 发展趋势 巨型化：功能更强、运算速度更高、存储容量更大
微型化：随着微电子技术的进一步发展，笔记本型、掌上型等微型计算机必将以更优的性能价格比受到人们的欢迎。 网络化：把分布在不同地点的计算机互联起来，按网络协议通信，共享软、硬件和数据资源。 智能化：更强调具有像人一样的能听、说和逻辑思维能力，主要研究领域有：人工智能、模式识别、机器人、专家系统、自然语言的生成与理解等方面。 多极化 ：巨型、大型、小型、微型机各有自己的应用领域 多媒体化：以图形、图象、声音、文字等多种媒体进行人机交互。

16 计算机的分类 按1989年定义的分类方法，按计算机的规模分类： 1. 巨型机 2. 小巨型机 3. 大型主机 4. 小型计算机 5. 工作站
6. 微型计算机 听起来似乎有些道理，但这种分类是1989年定义的，经过了20年的发展，这种分类方法显然已经变得陈旧，因为80年代的服务器多数已经被淘汰了，而且现在有的服务器比当年的大型计算机的功能还要强劲，但却要小得多。因此，现在有人将计算机按硬件重新分类，分为：服务器、工作站、台式机、笔记本电脑、手持设备五大类。

17 （1）服务器：Server，专指某些高性能计算机，能通过网络，对外提供服务。相对于普通电脑来说，稳定性、安全性、性能等方面都要求更高，因此在CPU、芯片组、内存、磁盘系统、网络等硬件和普通电脑有所不同。服务器是网络的节点，存储、处理网络上80％的数据、信息，在网络中起到举足轻重的作用。它们是为客户端计算机提供各种服务的高性能的计算机，其高性能主要表现在高速度的运算能力、长时间的可靠运行、强大的外部数据吞吐能力等方面。服务器的构成与普通电脑类似，也有处理器、硬盘、内存、系统总线等，但因为它是针对具体的网络应用特别制定的，因而服务器与微机在处理能力、稳定性、可靠性、安全性、可扩展性、可管理性等方面存在差异很大；　　

18 （2）工作站：工作站的英文名为Workstation，是一种以个人计算机和分布式网络计算为基础，主要面向专业应用领域，具备强大的数据运算与图形、图像处理能力，为满足工程设计、动画制作、科学研究、软件开发、金融管理、信息服务、模拟仿真等专业领域而设计开发的高性能计算机。它属于一种高档的电脑，一般拥有较大屏幕显示器和大容量的内存和硬盘，也拥有较强的信息处理功能和高性能的图形、图像处理功能以及联网功能； 　　（3）台式机：台式机的英文名为Desktop，也叫桌面机，为现在非常流行的微型计算机，多数人家里和公司用的机器都是台式机。台式机的性能相对较笔记本电脑要强； 4U一体化工作站 联想台式机

19 （4）笔记本电脑：Notebook Computer（简称NB）或Laptop，也称手提电脑或膝上型电脑（港台地区则称之为笔记型电脑），是一种小型、可携带的个人电脑，通常重1-3公斤。它和台式机架构类似，但是提供了更好的便携性：包括液晶显示器、较小的体积、较轻的重量。笔记本电脑除了键盘外，还提供了触控板（TouchPad）或触控点（Pointing Stick），提供了更好的定位和输入功能。笔记本电脑可以大体上分为4类：商务型、时尚型、多媒体应用、特殊用途。商务型笔记本电脑一般可以概括为移动性强、电池续航时间长、商务软件多；时尚型外观主要针对时尚女性；多媒体应用型笔记本电脑则有较强的图形、图像处理能力和多媒体的能力，尤其是播放能力，为享受型产品。而且，多媒体笔记本电脑多拥有较为强劲的独立显卡和声卡（均支持高清），并有较大的屏幕；特殊用途的笔记本电脑是服务于专业人士，可以在酷暑、严寒、低气压、战争等恶劣环境下使用的机型，有的较笨重，比如奥运会前期在“华硕珠峰大本营IT服务区”使用的华硕笔记本电脑； 　　（5）手持设备：手持设备英文名为Handheld，种类较多，如PDA、SmartPhone、智能手机、3G手机、Netbook、EeePC等，它们的特点是体积小。随着3G时代的到来，手持设备将会获得更大的发展，其功能也会越来越强。

20 微处理器的发展

21 微处理器的定义

22 Intel家用台式机的微处理器

23 微型计算机的定义

24 微型计算机系统的定义

25

26 微型计算机硬件系统的组成

27 典型微机硬件系统结构

28 微型计算机的发展 人们通常按微处理器的字长来划分微型计算机的发展阶段，具体可分为以下5个阶段。 第一阶段(1971—1972年) 采用Intel的4004和8008微处理器作为微型计算机的CPU。 第二阶段(1973—1977年) 采用8位微处理器(如Intel的8080)作为微型计算机的CPU。 第三阶段(1978—1984年) 采用16位微处理器(如Intel的8086和8088)作为微型计算机的CPU。 第四阶段(1985—1992年) 采用了32位微处理器(如Intel的80386、80486等)作为微型计算机的CPU。 第五阶段(1993年至今) 采用了新一代微处理器(如Pentium)。Pentium微处理器的内部数据总线为32位，外部数据总线为64位。

29 4004CPU 8088CPU 80386 Intel 赛扬D 352 Pentium 英特尔微处理器芯片

30 IA-64（安腾） 奔腾4 IA-32 奔腾III 奔腾II 奔腾 80486 不是我不明白， 80386 这世界变化太快。
扎扎实实掌握知识， 以不变应万变！ 80386 80286 8086 4004 IA-32结构微处理器的概要历史

31 微处理器芯片晶体管数目每两年增加一倍

32 CPU性能每18个月增加一倍

33 计算机系统的组成 任何计算机系统都由硬件系统和软件系统两部分组成。硬件系统主要包括运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备5个部分。软件系统包括计算机本身运行所需的系统软件和用户完成任务所需的应用软件。计算机依靠硬件和软件的协同工作来执行给定任务。 1. 硬件系统 2. 软件系统 1) 系统软件 2) 应用软件

34 软件系统是指控制、管理和指挥计算机工作和解决各类应用问题的所有程序和技术资料的总和
计算机系统的组成 软件系统是指控制、管理和指挥计算机工作和解决各类应用问题的所有程序和技术资料的总和 硬件系统 软件系统 = + 计算机系统 硬件系统是指计算机系统中由各种电子的、机械的、磁性的、光的器件或装置组成的看得见、摸得着的物理部分。

35 1.1.4.1 计算机硬件系统的组成 功能： 在计算机程序的控制下，完成数据的输入、运算、输出等操作。 运算器 存储器 控制器 输出 输入
设 备 存储器 运算器 控制器 出 数据流 控制流

36 计算机硬件系统的组成 运算器：完成算术运算和逻辑运算，即数据的加工处理部件。 控制器：对程序规定的控制住处进行分析、控制，并协调I/O操作或内存访问。统一指挥和控制计算机各部件正常运行，是计算机的控制中心，实现“程序控制”的主要部件。 存储器：存储程序和数据，运算之前接受输入设备送来的信息。运算过程中为其它部件提供信息。保存中间结果和最终结果。 它从存储器中逐条取指令，分析指令规定的操作、所需数据等，再按分析结果向各部分发控制信号，统一指挥计算机完成操作。 输入设备：把用户提供的原始信息(程序、数据)转换成电信号，并通过计算机的接口电路将这些信息顺序送入存储器中。 输出设备：将计算机的运算和处理结果以能为人们或其它机器所接受的形式（如显示、打印、播放等）输出。

37 常用输入设备 键盘 扫描仪 光笔 鼠标 Modem 磁盘驱动器 标准输入设备

38 常用输出设备 Modem 磁盘驱动器 打印机 绘图仪 显示器 标准输出设备

39 计算机软件系统的组成 计算机软件是以程序为主体、包括相应文档和使用说明书的非实体性部件。 计算机软件系统 系统软件 应用软件

40 微型计算机软件系统的分级结构

41 系统软件 系统软件是管理、控制和维护计算机资源的软件，并支持应用程序运行的各种软件。 特点：通用性、基础性 用户 用户 应用软件 系统软件
硬件系统 用户 系统软件

42 系统软件分类 操作系统：是系统软件的核心。 程序设计语言 语言处理程序 系统软件 数据库管理系统DBMS 支持软件 汇编程序 编译程序
解释程序 系统软件 数据库管理系统DBMS 编辑程序 连接程序 支持软件 诊断程序 调试程序

43 操作系统 共享计算机系统的资源管理者 硬件资源 软件资源 用户与计算机之间的接口 五大管理功能： 处理机管理（CPU管理）
存储器管理（内存管理） 设备管理（输入输出管理） 文件管理（信息管理） 操作系统 共享计算机系统的资源管理者 硬件资源 软件资源 用户与计算机之间的接口

44 1.1.5 计算机的工作过程 为使计算机按规定步骤工作，首先要编制程序。
计算机的工作过程 为使计算机按规定步骤工作，首先要编制程序。 程序是一个特定的指令序列，它告诉计算机要做哪些事，按什么步骤做。操作人员通过输入设备将程序和原始数据送入存储器，在程序运行后，计算机就从存储器中取出指令，送到控制器中去分析和识别。控制器根据指令的含义发出相应的命令，从而控制存储器和运算器的操作。当运算器完成任务后，就可以根据指令序列将结果通过输出设备输出。操作人员还可以通过控制台启动或停止计算机的运行，或对程序的执行进行某种处理。

45 1.2 微型计算机的组成与配置 微处理器是指采用大规模集成电路技术，将具有运算器和控制器功能的电路及相关电路集成在一块芯片上的大规模集成电路。微处理器是微型计算机的核心，又称为微型计算机的中央处理器。 微型计算机是指以微处理器为核心，由主存储器、输入/输出接口电路及系统总线所组成的计算机。微型计算机又称为个人计算机(PC)、微电脑等。 微型计算机系统是指以微型计算机为核心，配以相应的外部设备、电源、辅助电路以及控制微型计算机工作的系统软件所构成的系统。

46 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 微处理器MPU 微型计算机系统 微型计算机 区别3个概念

47 1.2.1 微型计算机的硬件系统 微型计算机属于冯·诺依曼结构的计算机。
微型计算机的硬件系统 微型计算机属于冯·诺依曼结构的计算机。 微型计算机硬件系统是由中央处理器(CPU)、存储器、系统总线及输入/输出设备组成，如图1.3所示。 1. CPU 2. 存储器 3. 输入/输出设备 4. 系统总线 5. 网络设备

48 微型计算机组成框图 AB CPU 外设 存储器 I/O接口 DB CB 1. 微处理器MPU
2. 内存储器 也称为主存储器，用来存放各类操作的数据和程序。 按功能和性能可分为随机存储器RAM和只读存储器ROM。

49 微机的总线结构 传递数据信息的总线，在CPU进行读操作时，内存或外设的数据通过数据总线送往CPU；
是CPU与其它部件之间传送数据、地址和控制信息的公共通道，是从处理器引出的若干信号线，CPU通过它们与存储器或I/O设备进行信息交换。

50 4. I/O接口电路 5. 主机板 6. 外存储器 7. I/O设备 是微型计算机与外部设备交换信息的桥梁。
5. 主机板 由CPU插座、芯片组、内存插槽、系统BIOS、CMOS、总线扩展槽、串并行接口、各种跳线和一些辅助电路等构成。 6. 外存储器 使用最多的是磁盘存储器和光盘存储器。 7. I/O设备 是微机系统与外界通信联系的渠道，最常用的有键盘、鼠标、显示器、打印机等。

51 1.2.2 微型计算机主要组装部件 微机组装部件主要有主机系统板、显示器、 键盘、软盘驱动器、硬盘驱动器及各种适配卡。
微型计算机主要组装部件 微机组装部件主要有主机系统板、显示器、 键盘、软盘驱动器、硬盘驱动器及各种适配卡。 微型计算机的组装演示与模拟练习

52 微型计算机的性能指标 通常用微型计算机的性能指标来表述其性能。微型计算机的主要性能指标有字长、主存储器容量、时钟频率和运算速度等。 1. 字长：是计算机CPU一次处理数据的实际位数，字长越长，一次可处理的数据二进制位越多，运算能力就越强，计算精度就越高。 2. 主存储器容量：RAM和ROM的容量总和，表征存储信息的能力，是影响整机性能和软件性能发挥的重要因素。目前常用的内存容量大多为256MB、512MB、1GB、2GB 、4GB等； 3. 存取周期：存储器连续进行读／写操作所允许的最短时间间隔，称为存取周期。存取周期越短，则存取速度越快。 4. 运算速度：运算速度是指计算机每秒钟能执行的指令条数。单位一般用MIPS（百万条指令/秒）。目前，高档微机的运算速度可达几千万次/秒。

53 微型计算机的性能指标 5. 主频：即时钟频率，是指CPU在单位时间（s）内发出的脉冲数。时钟频率越快，计算机的运算速度也越快。主频的单位是兆赫兹（MHz）、千兆赫（GHz)。 6. 可靠性：指在一定时间内，计算机系统能正常运转的概率。通常用平均无故障时间MTBF表示。指系统能政党工作的平均时间。 7. 可用性：指计算机的使用效率。 8. 可维护性：指计算机的维修效率。通常用平均修复时间MTTR来表示，即从故障发生到故障修复所需时间。 9.性价比：衡量计算机产品优劣的综合性指标，包括计算机的硬软件性能与售价的关系。

54 1.2.4 微型计算机的应用 微型计算机的应用已经涉及各个领域，成为人类社会生活不可缺少的工具。目前，微型计算机应用主要集中在以下几个方面。
微型计算机的应用 微型计算机的应用已经涉及各个领域，成为人类社会生活不可缺少的工具。目前，微型计算机应用主要集中在以下几个方面。 1. 科学计算 2. 信息处理：如文字、图形图像、声音信号、视频等信息的处理。 3. 自动控制：利用计算机对生产过程进行控制，提高生产自动化水平，减轻劳动强度，提高劳动生产率。 4. 计算机辅助工程应用 5. 计算机网络通信：是实现全球范围内计算机软、硬件资源共享，从而方便进行信息交换与相互通信。 转入下一节

55 1.2.4 微型计算机的应用 4、计算机辅助系统： CAD （Computer-Aided Design） ：计算机辅助设计。
微型计算机的应用 4、计算机辅助系统： CAD （Computer-Aided Design） ：计算机辅助设计。 CAD软件：高效地绘制、修改工程图纸，进行常规的设计计算，帮助用户寻求较优的设计方案。常用的有AutoCAD等。 CAM （Computer-Aided Manufacturing ） 计算机辅助制造。 CAI (Computer-Aided Instruction) 计算机辅助教学。

56 1.3 多媒体计算机系统 多媒体基础 多媒体是把文本、图形、图像、动画、音频与视频等多种信息综合在一起形成的一个有机整体。多媒体计算机系统是把音频、视频等媒体与计算机系统融合起来，并由计算机系统对各种媒体进行数字化处理的综合系统。

57 多媒体基础 多媒体是把文本、图形、图像、动画、音频及视频等多种信息综合在一起而形成的一个有机整体。组成多媒体的基本要素包括以下方面。 文本 超文本 图形 图像 动画 音频 视频 超媒体

58 1.3.2 多媒体计算机系统 1. 多媒体计算机硬件系统 1)微型计算机 2)声音卡 3)CD-ROM驱动器 (1) 输入设备 4)视频卡
多媒体计算机系统 1. 多媒体计算机硬件系统 1)微型计算机 2)声音卡 3)CD-ROM驱动器 4)视频卡 5)多媒体计算机辅助设备 (1) 输入设备 ①扫描仪 ②光笔 ③数码照相机 ④触摸屏 (2) 输出设备 ①绘图仪 ②各种类型的打印机 (3) 通信设备

59 多媒体计算机系统 2. 多媒体计算机软件系统 1) 多媒体核心软件 2) 多媒体工具软件 3) 多媒体应用软件

60 1.4 例题解析与习题 1.4.1 例题解析 参见教材P13 1.4.2 习题 1. 填空题 2. 选择题 3. 判断题 4. 简答题
1.4 例题解析与习题 例题解析 参见教材P13 习题 1. 填空题 2. 选择题 3. 判断题 4. 简答题 参见教材P15

61 第1章内容到此结束 谢谢各位 !