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微型計算機原理及應用學習筆記 電子計算機概述

來源:貴州自考網 發表時間:2018-06-29   【 【貴州自考網:貴州自考考試第一門戶網】

一、             電子計算機的發展簡況
電子數字計算機(簡稱電子計算機)是一種能自動地、高速地進行大量運算的電子設備,它能通過對輸入數據進行指定的數值運算和邏輯運算來求解各種計算問題,也能用來解決各種數據處理問題,是一種自動信息處理工具。
 
1946年2月,美國賓夕法尼亞大學的 ENIAC( Electronic  Numerical  Integrator  and  Calculator,電子數值積分器和計算 器)開始運行,這就是世界上第一臺電子數字計算機。 
 
從電子計算機主機所使用的主要元器件的性質著手,電子計算機的發展經歷了四代的變遷。
 第一代——電子管計算機。早已被淘汰。
第二代——晶體管計算機。目前也已被淘汰。
第三代——集成電路計算機。以中、小規模集成電路為主要器件,采用半導體存儲器取代磁芯存儲器。運算速度達每秒幾十萬次到  幾百萬次。特點是運算精度高、存儲器容量大,可存儲幾萬到幾十萬個數據和指令,體積進一步縮小,穩定性好。
第四代——大規模和超大規模集成電路計算機。運算速度可達每秒幾千萬次到上億次。其特點是精度更高、存儲容量更大、穩定性更好、80年代初以個人計算機為代表的微型計算機問世以來,得到迅速發展,目前已成為計算機工業的主流產品。
  
二、             電子計算機硬件的主要組成部分
 電子計算機系統由硬件(Hardware)和軟件(Software)組成。
按經典的定義,電子計算機的硬件系統由五部分組成,如圖1.l所示。
     
                

圖1.1計算機硬件的主要組成
由圖1-1可見,計算機硬件的組成部分是:運算器、控制器、存儲器、 輸人設
備和輸出設備,其中運算器和控制器合稱中央處理機(或稱中央處理 單元),簡稱CPU(CentralP。ssiflg Unit)。 CPU與存儲器合稱主 機。輸人設備和輸出設備合稱外部設備。
(一)   輸入設備          
向主機送入信息(數據、程序以及各種字符信息)的設備,是“人一機 聯系”的主要設備。輸人設備對電子計算機而言是必不可少的,否則,人的意圖、原始數據等都無法進入計算機,常用的輸入設備有鍵盤、鼠標器、數字化儀、光筆、掃描儀以及數字照相機等。               
(二)   存儲器
計算機之所以能夠自動地、高速地進行各種復雜的運算,其原因之一是它能把算題所需的各種數據和程序事先存放在一個記憶裝置中,這個記憶裝置就是存儲器。 存儲器的功能是存儲程序和數據以及中間結果,在運算和處理過程中由存儲器快速提供給運算器進行加工處理。這就是“程序存儲”的工作方式。
在電子數字計算機中,不論是數據還是程序都是用二進制數(0或1)表示的,稱為代碼,把代碼存入存儲器稱為“寫人”(簡稱“寫”或“存”), 把代碼從存儲器中取出稱為讀出(簡稱“讀”或“取”)。對存儲器的讀寫操作又稱為存取或訪問(Access)。     
存儲器通常分為內存儲器(簡稱“內存”)和外存儲器(簡稱“外存”)兩類。內存設置在主機內部,用來存放當前運行所需要的程序和數據,以便向中央處理機高速傳送信息。內存一般容量較小,但存取速度較高,它由半導體存儲器組成。而外存設置在主機外部,用來存放當前暫不參加運算的大量數據,在需要時可與內存成批交換數據。外存容量較大,但存取速度較低。 常用的外存儲器有磁盤(包括硬磁盤和軟磁盤)、磁帶和光盤等。內存儲器又稱為主存儲器(簡稱主存),外存儲器又稱輔助存儲器(又稱輔存)。   
(三)   運算器
運算器是直接完成各種算術、邏輯運算的部件,主要由 ALU(Arithmetic and Logic Unit,算術邏輯部件)、通用寄存器、標志寄存器等組成。  
(四)   控制器
控制器的主要功能是:①在控制器的控制下,將程序和原始數據送人內存;②控制運算器和內存等部件實現自動運算和處理,并將結果送到輸出設備;③控制內存與外存之間的信息交換;④控制隨機事件的處理。
輸出設備
輸出設備是接收主機輸出的信息(計算機工作的中間結果或最終結果),并把它顯示出來的設備。常用的輸出設備有打印機、顯示器、自動繪圖機等。
計算機的內部工作就是這兩種信息流的流動和相互作用的過程,如圖1-1所示。
  
三、  微型計算機概述  
(一)   微處理器、微型計算機和微型計算機系統
    
1.定義
微處理器是指由大規模集成電路構成的中央處理器。
微型計算機(Microcomputer,μC)是指以微處理器為基礎,配以內存儲器以及輸入/   輸出(I/O)接口電路和相應的輔助電路而構成的裸機。
微型計算機系統(Microcornputer System,μCS)是指由微型計算機配以相應的外部   設備(如打印機、顯示器、磁盤機、磁帶機和鍵盤等),足夠的軟件、電源、面板和機架而構成的計算機系統。
 
微處理器、微型計算機與微型計算機系統三者的關系如下:

 2.位、字節、字和雙字   
下面介紹在計算機中常用的幾個術語。
(1)位——bit,是計算機表示一個二進制數的最基本的、也是最小的單位。bit是Bi nary Digit的縮寫。   
(2)字節——Byte,一字節等于8位(bit)二進制數。
(3)字一Word, CPU中運算器處理信息的基本單位,通常也指CPU 與輸入輸出設備和內存儲器之間往傳送數據的基本單位,即數據總線的寬度。微型計算機(或微處理器) 的字長有1位、4位、8位、16位和32位(對應于1位機、4位機、8位機、16位機和 32位機)等。
 
(二)   微處理器發展筒況
微處理器問世于70年代初,在短短的30年中,經歷了四代的發展,正步入第五代。
(1)第一代。 從1971年開始,這是4位微處理器和低檔8位微處理器的時期,其典型產品為:
    4004(4位微處理器);  8008(8位微處理器),集成度為2000個管子/片,采用 P- MOS工藝, 。
(2)第二代。 以1973年開始,這是8位微處理器的時期,其典型產品為:
    8080;   MC6800。這兩種芯片是中檔的8位微處理器。  Z80CPU, 8085。這兩種是高檔的8位微處理器。其中Intel 8080的集成度力5400 個管子/片,采用 N-MOS工藝, 。
(3)第三代。從1978年開始,這是16位微處理器的時期,其典型產品為:
 8086;  Z8000;  MC68000,其集成度為68000 個管子/片,采用 H- MOS工藝, 。
(4)第四代。從1981年開始是32位微處理器的時期,其典型產品為:
  Z80000; 68020,集成度為17萬管子/片,采 用 CHMOS工藝, 80386, 集成度為 27.5萬 管子/片,采用 CHMOS工藝, 。
 自 Intel 80386芯片推出以來,又出現了許多高性能的 32位 微處理器,如 MC68030, 68040以及 Intel的 80486,Pentium(奔騰、P5),Pentium Pro (高能奔騰、P6),Pentium MMX(多能奔騰),Pentium Ⅱ (奔騰Ⅱ 、PⅡ)和Pentiuum Ⅲ  (奔騰Ⅲ  、 P Ⅲ )。     
單片機、單板機、個人計算機和工程工作站  
1.單片機
單片機又稱為“微控制器”(Microcontroller)和“嵌入式計算機” (Embedded Computer)。 這是一種把構成一臺微型機的功能部件集成在一塊芯片之中的計算機,這些功能部件包括 微處理器、RAM、ROM(有的單片機中不包括ROM)、I/O 接口電路、定時器/計數器等,有的單片機甚至還包括 A/D(模擬量/數字量)轉換器和 D/A(數字量/模擬量)轉 換器。單片機的體積小、功耗低,在智能化儀器儀表及控制領域應用極廣。   
2. 單板機
將微處理器、RAM、ROM以及I/O 接口電路,再配上相應的外設(小鍵盤、發光2 極管顯示器)和監控程序固件等,安裝在一塊印刷電路板上構成的微型計算機系統稱為單板機。       
3.個人計算機(Personal Computer,PC)
  個人計算機是一種通用的微型計算機系統,通常由主機箱(包括主板、軟盤驅動器、 硬盤驅動器、CD—ROM和電源)、鍵盤、顯示器以及打印機等外部設備組成,其特點是價格低、性能好、體積小,可廣泛應用于辦公室和家庭使用。     
4.工程工作站(Engineering Work Station,EWS)  
工程工作站是一種微型化的功能很強的計算機系統,簡稱為“工作站”,它的運行速度快、內存容量大,圖形和圖像處理能力強,外設接口能力強,易于聯網,適合于進行較復雜的科學和工程計算。
計算機系統的主要性能指標   
(一)字長
計算機的字長是指CPU內的運算器處理信息的基本單位即,一次能處理二進制信息的位數,亦即CPU內部寄存器、內部數據總線等部件的寬度,通常也指CPU與輸入/輸出設備或內存儲器之間一次傳送二進制數據的位數。
(二)運算速度
運算速度是以計算機每秒鐘能執行多少條指令來表示的,用以衡量計算機運算的快慢程度。
(三)主頻
主頻是指計算機工作時,CPU的時鐘頻率。其單位為MHz(1MHz=106Hz),是計算機工作的時間基準,用來協調整機的操作。主頻的高低在很大程度上決定了計算機的運算速度,  Pentium Pro的主頻為 133~200MHz,而最近推出的 P Ⅲ 的主頻高達 733MHz。
(四)存儲容量
存儲容量是衡量計算機系統中存儲器的存儲能力的一個指標,包括內存(主存)容量和外存(輔存)容量。
內存容量以字節為單位,分為裝機容量(實際容量)和最大容量。 8086系統的地址總線為20位,內存最大容量為1MB(MB為兆字節,1024 X 1024字節);80286系統的地址總線為24位,內存最大容量為16MB;而80386/80486系統地址總線為32位,內存最大容量為4GB(GB為千兆字節,吉字節,10243字節)。
(五)設備的配置   
外設的配置也是衡量一臺計算機系統綜合性能的重要指標,包括`兩方面的內容:一個 是允許配置的外設數量,一般所配置的外設越多,系統功能越強;另一個是外設接口的標準和類型,接口性能的好壞直接影響系統的功能。
(六)軟件的配置
軟件和硬件是計算機系統中的兩個主要組成部分,軟件配置情況直接影響晌計算機系統的使用和性能的發揮。


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