微機原理-第一章教案

30分的平時成績4次隨堂測試今天第一次點名1.1概述第一臺計算機計算機誕生背景：第二次世界大戰(zhàn)美國陸軍“彈道研究實驗室”。在美國賓夕法尼亞大學的莫爾電機學院揭幕典禮?！鞍Ｄ岚⒖恕保‥NIAC）。電子數(shù)字積分計算機的簡稱，英文全稱為ElectronicNumericalIntegratorAndComputer計算機誕生時間：1946年2月15日第一臺計算機的名字：ENIACElectronicNumericalIntegratorAndComputer（電子數(shù)字積分計算機）18000多個電子管1500個繼電器10000只電容和7000個電阻重量30噸占地面積170平方米耗電150千瓦運算速度每秒執(zhí)行5000次加法或400次乘法，手工計算的20萬倍當時價值48萬美元承擔開發(fā)任務的“莫爾小組”由四位科學家和工程師?？颂?、莫克利、戈爾斯坦、博克斯組成，總工程師埃克特在當時年僅24歲繼電器：它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關”。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護、轉換電路等作用。計算機分為六大類：巨型機大型機中型機小型機微型機單片機按性能、價格、體積的不同天河一號2010年11月14日，國際TOP500組織在網(wǎng)站上公布了最新全球超級計算機前500強排行榜，中國首臺千萬億次超級計算機系統(tǒng)“天河一號”雄居第一。2507萬億次25070000000000005000配置介紹天河一號–6144個通用處理器（3072x2IntelQuadCoreXeonE55402.53GHz/E55403.0GHz）；–5120個加速處理器（2560ATIRadeon4870x2575MHz）–內(nèi)存總容量98TB；–點點通信帶寬40Gbps；–共享磁盤總容量為1PB天河一號A–2048顆我國仿制sun公司的UltraSparcT2處理器（飛騰FT-1000）八核心處理器–14336顆IntelXeonX56702.93GHz六核心處理器–7168塊NVIDIATeslaM2050高性能計算卡操作系統(tǒng)–操作系統(tǒng)采用64位Linux；用于天河一號的圖形芯片是高端卡，每卡售價2500美元，天河一號還使用了逾1.4萬顆英特爾中央處理器。NVIDIA（英偉達）創(chuàng)始人黃于1963年2月17在臺灣臺北出生，1972年與家人遷往泰國，及后被送往美國肯塔基州一間基督教學校就讀，完成課程后遷往俄勒岡州，15歲時參加美國乒乓球公開賽，在青年組雙打賽事中奪得季軍。1984年于俄勒岡州大學取得電機工程學位，其后在史丹佛大學取得碩士學位。黃曾在AMD(1983年－1985年)及LSILogic(1985年－1993年)工作，并于1993年創(chuàng)立NVIDIA。成長經(jīng)歷黃仁勛是圈子里有名的工作狂，他曾經(jīng)解釋自己為何如此狂熱：“為了我們的孩子們，讓他們的將來更好一些。黃仁勛硅谷之路的第一步，是加盟AMD公司并成為一名芯片設計師，兩年之后，他跳槽到LSILogic。這也是一家芯片公司，但主打業(yè)務并不是CPU，而比較傾向于芯片的圖形處理。在LSILogic的另一件事情對黃仁勛也很有意義，他在設計部門呆了兩年后就要求調(diào)到銷售部門，部門的總經(jīng)理。對于這一轉變，黃仁勛說：“從工程部轉到銷售部，這是我曾經(jīng)作出的最佳職業(yè)選擇，我逐漸學會了產(chǎn)品的設計開發(fā)如何與市場結合。因為我意識到，消費者并不關心你從哪家商學院畢業(yè)，他們只關心一件事，你的產(chǎn)品對他有什么好處?！薄秉S仁勛扎實的業(yè)務基礎知識敢想敢于創(chuàng)造能夠吃苦ATI何國源美籍華人出生于廣州第一臺電子計算機的誕生揭開了現(xiàn)代計算機發(fā)展歷史的序幕。半個多世紀以來，計算機技術以“萬馬奔騰”之勢，一日千里，迅猛發(fā)展計算機發(fā)展的年代劃分依據(jù)其硬件特征和軟件特征：硬件特征是指電子計算機采用的物理器件軟件特征是指計算機使用的軟件環(huán)境計算機的發(fā)展已更新了四代：第一代:電子管計算機時代基本物理器件:電子管機器語言使用二進制代碼專業(yè)第二代:晶體管計算機時代晶體管匯編語言簡單的高級語言編譯程序第三代:集成電路計算機時代中小規(guī)模集成電路分時操作系統(tǒng)高級語言陸續(xù)出現(xiàn)第四代:大規(guī)模集成電路計算機時代集成度高數(shù)據(jù)庫軟件工程把軟件設計提高到工程角度目前為止第四代計算機的發(fā)展方向：第五代:“非馮.諾伊曼”計算機時代實驗室的階段方向“非馮.諾伊曼”程序存儲順序執(zhí)行第六代:神經(jīng)計算機時代是模仿人的大腦判斷能力和適應能力，并具有可并行處理多種數(shù)據(jù)功能的神經(jīng)網(wǎng)絡計算機以往的信息處理系統(tǒng)只能處理條理清晰，經(jīng)絡分明的數(shù)據(jù)。而人的大腦卻具有能處理支離破碎，含糊不清信息的靈活性，第六代電子計算機將類似人腦的智慧和靈活性。光計算機時代光計算機是由光代替電子或電流，實現(xiàn)高速處理大容量信息的計算機。運算速度極高、耗電極低。目前尚處于研制階段。生物計算機時代主要原材料是生物工程技術產(chǎn)生的蛋白質(zhì)分子，并以此作為生物芯片。生物計算機芯片本身還具有并行信息處理的功能微型計算機誕生計算機的一種特點發(fā)展方向微型計算機誕生于20世紀70年代微型計算機特點：體積小、重量輕、功耗低、可靠性高、價格便宜、使用方便、軟件豐富（展開）使用在各個行業(yè)小型終端機銀行、娛樂業(yè)發(fā)展更新?lián)Q代標志微型計算機的核心是微處理器（CPU）每出現(xiàn)一個新的微處理器，就會產(chǎn)生新一代的微型計算機按照微處理器字長定義在同一時間中處理二進制數(shù)的位數(shù)叫字長如某臺計算機字長為16位，即有16個二進制數(shù)組成一條指令或其它信息人腦：我們先來看一下人腦是如何進行計算的，例如5×6則立即可以得到答案是30，但對于55×66，就不可能立即得到正確的答案，這就是說55或66已走出了人腦的“字長”，這是為了得出結果，就必須把復雜的問題（如55×66）分解成易于處理的問題（如55×66可分解為50×60，50×6，5×60，5×6），然后再綜合起來，得出結果。1）4位微型計算機；用4位字長的微處理器為CPU，其數(shù)據(jù)總線寬度為4位，一個字節(jié)數(shù)據(jù)要分兩次來傳送或處理。4位機的指令系統(tǒng)簡單、運算功能單一，主要用于袖珍或臺式計算器、家電、娛樂產(chǎn)品和簡單的過程控制，是微型機的低級階段。（2）8位微型計算機：用8位字長的微處理器作CPU，其數(shù)據(jù)總線寬度為8位。8位機中字長和字節(jié)是同一個概念。（3）16位微機：用高性能的16位微處理器作CPU，數(shù)據(jù)總線寬度為16位。（4）32位微機：32位微機使用32位的微處理器作CPU，這是目前的主流機型。（5）64位微機：64位微機使用64位的微處理器作CPU，4根數(shù)據(jù)線32根數(shù)據(jù)線并行數(shù)據(jù)線六個階段第一階段：4位機發(fā)展和8位機萌芽階段從1971年到1973年代表產(chǎn)品：Intel4004為核心MCS-4微型機Intel8008和MCS-8微型機（初始的8位機）字長：4位或8位特點：指令系統(tǒng)比較簡單（CPU簡單），指令少運算功能較差，價格低廉應用：面向家電、計算器和二次儀表現(xiàn)在幾乎不用第二階段：８位機發(fā)展階段從1973年到1977年代表產(chǎn)品：Intel8080/8085、MC6800、Z80、R6502字長：8位特點：指令系統(tǒng)比較完善，運算速度提高一個數(shù)量級，尋址能力有所增強后期配上了操作系統(tǒng)(如CP/M、Apple-II、DOS等)，從而使微機開始配上磁盤和各種外設應用：面向家電、智能儀表、工業(yè)控制（80-90）現(xiàn)在主要使用在智能儀表選擇器件原則適用-適量性價比而以MC6502為CPU的Apple-II具有很大的影響。這些個人計算機普遍采用了匯編語言、高級語言(如Basic、Fortran、PL/I等)，其中Altair8800機的BASIC解釋程序就是由BillGates開發(fā)的。微型計算機發(fā)展的第一個里程碑非常廣泛應用市場大受歡迎推動計算機普及與應用。1977年發(fā)售最早的個人電腦AppleII。蘋果從不成功到成功蘋果電腦被微軟擊敗后來通過IPODiphone成功網(wǎng)絡的力量蘋果的成功蘋果IPOD成功一是創(chuàng)新，二是合適的載體和準確的進入市場時機，蘋果在最適當?shù)臅r候以iTunes形式進入在線音樂領域不得不讓人嘆服。陳天橋曾說iPod是中國人的悲哀，并輕描淡寫地認為其并不具備技術上的創(chuàng)新，就是一塊硬盤、一個音樂下載及播放軟件、加上優(yōu)秀的設計，并確信軟件和設計都沒有技術壁壘。他不假思索地認為軟件和設計都是很容易做到的，而事實并不是這樣的陳天橋基于此理念延伸而出的盒子失敗了理念創(chuàng)新也很重要----百度成功騰訊成功蘋果電腦被微軟擊敗后來通過IPODiphone成功開發(fā)AppStore外部廠商開發(fā)和蘋果分成幫助別人賺錢自己也賺錢市場越來越大30萬軟件部分開放AppStore是一個由蘋果公司為iPhone和iPodTouch、iPad以及Mac創(chuàng)建的服務，允許用戶從iTunesStore或macappstore瀏覽和下載一些為了iPhoneSDK或mac開發(fā)的應用程序。用戶可以購買或免費試用，讓該應用程序直接下載到iPhone或iPodtouch、ipad、mac。其中包含：游戲，日歷，翻譯程式，圖庫，以及許多實用的軟件。AppStore從iPhone和iPodtouch、iPad以及mac的應用程序商店都是相同的名稱。第三代：16位機發(fā)展階段從1978年到1985年代表產(chǎn)品：Intel8086/8088、80186、80286，MC68000、Z8000字長：16位特點：指令系統(tǒng)豐富，采用多級中斷，多種尋址方式，段式存儲結構，配有功能強大的系統(tǒng)軟件應用：工業(yè)控制儀器中使用的不多ibmpc使用8088使得微型計算機更加普及第四代：32位機發(fā)展階段從1985年到1992年代表產(chǎn)品：Intel80386、80486字長：32位特點：內(nèi)存容量已達1MB以上，硬盤技術不斷提高，發(fā)展了32位的總線結構，各種品牌機涌向市場，如COMPAQ、DELL聯(lián)想等，這些微型機在性能上已趕上傳統(tǒng)的超級小型機，可執(zhí)行多任務、多用戶操作。性能大幅提高應用：辦公自動化、網(wǎng)絡環(huán)境汽車控制ECU32位微控制器八位機一般指的是FC之類的機器，也就是我們小時候玩的游戲機。。其內(nèi)存就是八位系統(tǒng)的，應該就是因此而定義的吧。依次類推，十六位機應該指的是MD機；至于PSP、PS、NDS之類的就是三十二位機了。這里再次引用別人的話：2進制的位數(shù)知道吧，比如顯示器色彩的16位、32位等，游戲機CPU也是依照2進制位數(shù)處理的，位數(shù)越高，處理能力越強悍，畫面逼真度流暢性就越高。（籠統(tǒng)的說）一般我們小時候玩的平機（紅白機）和GB、GBA就是8位機后來世嘉出的黑卡游戲機（MD）就是16位機SONY的PS和PSP以及世嘉的SS（土星）；任天堂的NDS等都是32位機DC、XBOX是64位機PS2是128位的PS3，WII，XBOX360沒記錯的話也是128位的，但是處理器功能被更加的強化5.第五時期(1993—1999年)：超級32位Pentium微處理器和微機1993年3月，Intel公司推出Pentium微處理器芯片(俗稱586)。多處理器系統(tǒng)。1996年，Intel公司推出了高能奔騰(PentiumPro)微處理器，1996年底，Intel公司又推出了多能奔騰(PentiumMMX)微處理器，MMX(MultiMediaeXtension)技術是Intel公司最新發(fā)明的一項多媒體增強指令集技術，它為CPU增加了57條MMX指令，P46)第六時期(2000年以后)：新一代64位微處理器Merced和微機在不斷完善Pentium系列處理器的同時，Intel公司與HP公司聯(lián)手開發(fā)了更先進的64位微處理器——Merced。時任仙童半導體公司總經(jīng)理的羅伯特?諾伊斯（RobertNoyce）提交了一份專利申請，宣布可以利用平面制造工藝來生產(chǎn)半導體集成電路，這為全世界的半導體產(chǎn)業(yè)帶來了革命性的變化。1968年，諾伊斯同戈登?摩爾（GordonMoore）、安迪?格魯夫（AndyGrove）一起創(chuàng)立了英特爾公司。英特爾以41年持續(xù)不懈的技術創(chuàng)新，深深地影響了全球IT產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進程，極大地改變了人們的工作和生活方式。2010年八核處理器的誕生2010年3月30日，Intel公司宣布推出Intel至強處理器7500系列，該系列處理器可用于構建從雙路到最高256路的服務器系統(tǒng)。從10μm微米－32nm此次日本富士通公司重新?lián)尰厥澜邕\算最快的CPU這一寶座據(jù)介紹，此次開發(fā)的新型CPU名為“維納斯”。通過采用超細微化技術，研究人員使約2厘米見方的集成電路片上集成的中樞電路由過去的4個增加到8個，從而實現(xiàn)了運算速度的大幅度提高。目前，這種CPU的運算速度比以往最快的英特爾CPU快2.5倍，由于設計的巧妙，其電力消耗只有英特爾CPU的三分之一，在節(jié)能方面的性能也十分突出。2009年第四季度Clarkdale將于今年第四季度推出，LGA1156接口，雙核心四線程。它不但將是Intel(以及整個業(yè)界)的第一款32nm工藝芯片，也會是首次集成圖形核心的處理器。與之對應的移動版本Arrandale采用類似的架構，只不過要到明年才會發(fā)布。不過值得注意的是，Clarkdale上只有處理器部分才是32nm工藝，同一基片上的獨立圖形核心(以及雙通道DDR3內(nèi)存控制器)仍是45nm。2010年八核處理器的誕生2010年3月30日，Intel公司宣布推出Intel至強處理器7500系列，該系列處理器可用于構建從雙路到最高256路的服務器系統(tǒng)。1965年戈登·摩爾在《電子學》雜志（ElectronicsMagazine）第114頁發(fā)表了影響科技業(yè)至今的摩爾定律：1、集成電路芯片上所集成的電路的數(shù)目，每隔18個月就翻一番。2、微處理器的性能每隔18個月提高一倍，而價格下降二分之一。3、用一個美元所能買到的電腦性能，每隔18個月翻兩番。IT行業(yè)有兩個鐵律一，鐵律二是不能違反的。什么是鐵律一呢？那就是IT的技術是不可能被隱藏的。只要你隱藏，你就和國際不兼容，你就會被淘汰，而不是國際被淘汰。第二，IT技術是不能超過美國的，你只要超過美國，你就被淘汰，不是美國被淘汰。這話聽起來很虛，不扎實，我給你們舉個例子。什么叫做鐵律一，那就是IT技術是不能被隱藏的。電腦系列，個人電腦系列是這么來的，第一臺叫做XT，第二臺叫做AT，在AT基礎上開發(fā)了286，這個是一個很大的技術突破，到286年時代以后，電腦以后才可以看影碟，以前不行的，286、386、486、586；再一個突破，變奔騰一、奔騰二、奔騰三，這是電腦系列。IBM開發(fā)了286，投入了大量的研發(fā)成本，打敗了當時的蘋果電腦，可是為了要與國際軟件、硬件廠商配套，所以它必須公布協(xié)議以及通訊模式。很不幸的是，你公布之后別人就可以仿造，所以，雖然IBM投入了大量的研發(fā)成本，可是到最后造成了亞洲各國以及地區(qū)的大量仿造，由于他們沒有研發(fā)成本，所以投入低，可以殺價競爭。反而IBM虧損累累。所以IBM心里越想越不爽，憑什么我開發(fā)了286，你們仿造呢？所以要給你們點教訓，所以開發(fā)386的時代他就開始給別人教訓了。怎么給教訓呢？就搞了個叫做微通道。什么是微通道？他搞了個隱藏式的協(xié)議以及通訊模式。隱藏式的協(xié)議與通訊模式，你看不到了，它只對自己合作單位、友好單位公布，別人都不知道，他這么想，只要我不公布，你們就不知道，如果你們不知道，你就不可能仿造了?？墒俏腋嬖V各位，即使IBM這么大的公司，它也忘了第一鐵律，這種技術是不能被隱藏的。在當時，有一家很小很小的公司，小到什么地步呢？和在座各位一樣大的公司，它的名字叫做康柏電腦，它看到了危機，它找到了轉機。什么轉機呢？它告訴全世界的軟件、硬件廠商說，我也可以制造386，但是我和IBM不一樣，但是我會公布協(xié)議以及通訊模式，所以你們投資我吧。所以突然之間這家公司異軍突起，變成了全世界最大電腦公司之一，打敗了IBM，IBM差點因此而倒閉，而首席執(zhí)行官也因此下臺。你們知道IBM犯了什么錯誤嗎？那就是你違反了第一鐵律。第二，什么叫做不能超過美國？電腦處理器有三部分，CPU主要由運算器、控制器、寄存器組和內(nèi)部總線等構成第一部分叫做存儲器，第二部分是CPU，中文叫做運算器，通常在國內(nèi)都是用CPU這個字大家比較用得多。第三是輸入輸出三大塊，英特爾在開發(fā)處理器方面，就是運算器方面，是持業(yè)界之牛耳，但是日本富士通公司在開發(fā)286的時代，開發(fā)了一個更有效率的16位286，他們認為，由于他們的效率更高，所以可以打敗英特爾，取得霸主的地位，可是他們忘記了第二鐵律，你超過英特爾的結果，是你被淘汰，而不是英特爾被淘汰。大家知道為什么嗎？因為你開發(fā)出一個比英特爾更有效率的286之后，跟你硬件有關的軟件必須全部重寫。對于一個使用者而言，有必要為了這么一點點效率，重新來一套軟件，麻不麻煩？干脆我也別麻煩了，我再等三個月，英特爾一樣可以制造出一樣效率的286來，這就是結果。日本富士通超過英特爾結果，不是英特爾被淘汰，是日本富士通被淘汰，因為它違反了第二鐵律，那就是你的技術是不能超過美國的。這個是什么呢？這就是事物的本質(zhì)。轉課件計算機結構CPU主要由運算器、控制器、寄存器組和內(nèi)部