演示文稿第一章绪论.ppt

,微机原理与接口技术,任课教师：李建美 办公室：南区8-405 Email： 电话：88395524-804,1、计算机的基本结构与工作原理 2、单片机,第一章 绪 论,一、计算机发展概述,这部机器使用了18800个真空管，长50英尺，宽30英尺， 占地1500平方英尺，重达30吨（大约是一间半的教室大，六只大象重）。它的计算速度快，每秒可从事5000次的加法运算，运作了九年之久。吃电很凶， 据传ENIAC每次一开机，整个费城西区的电灯都为之黯然失色。,1946年2月14日，世界上第一台电脑ENIAC在美国宾夕法尼亚大学诞生。,第一节 计算机的基本结构与工作原理,第一台计算机,计算机的发展方向,一、计算机发展概述,1、大型化 2、微型化,第一节 计算机的基本结构与工作原理,银河-十亿次巨型计算机 1992年研制,一、计算机发展概述,1、大型化,1976年美国克雷公司推出了世界上首台运算速度达每秒2.5亿次的超级计算机以来，各国都纷纷着手研发亿亿级超级计算机。,第一节 计算机的基本结构与工作原理,1、大型化,2009年10月29日，国防科技大学成功研制出的峰值性能为每秒1206万亿次的“天河一号”超级计算机在长沙亮相。我国成为继美国之后世界上第二个能够研制千万亿次超级计算机的国家。,天河一号,一、计算机发展概述,1、大型化,第一节 计算机的基本结构与工作原理,2010年11月17日，国际超级计算机TOP500组织正式发布了第36届世界超级计算机500强排行榜，我国自主研发的“天河一号”超级计算机凭着每秒钟4700万亿次的运算峰值速度脱颖而出，成为世界运算速度最快的超级计算机。,1、大型化,假如每个人每秒钟可以做一次浮点运算，天河一号计算1个小时就相当于全国13亿人计算340年时间； “天河一号”计算1天，就相当于一台双核的个人电脑计算620年时间,一、计算机发展概述,1、大型化,第一节 计算机的基本结构与工作原理,1、大型化,日本物理化学研究所2011年6月20日宣布，这家机构与日本富士通公司联合开发的超级计算机“京”以每秒8162万亿次的实测运算速度成为全球第一。,一、计算机发展概述,1、大型化,日本超级计算机“京”，图片由理化学研究所提供。（共同社）,第一节 计算机的基本结构与工作原理,1、大型化,一、计算机发展概述,1、大型化,目前拥有千万亿次计算机的国家： 美国5台，中国、日本2台，法国1台。,中新网2011年06月22日报导,原因是， 目前全球面对着至少8个超级难题，这些难题均需要大量数据处理和模拟，只有超级计算机才能够解答。这些超级难题是： 气象预报、地震预报、发现生命秘密、发现地球秘密、发现宇宙秘密、汽车设计 、纳米材料设计 、社会科学治理,/it/2011/06-22/3127496.shtml,第一节 计算机的基本结构与工作原理,（中国“星云” 2011排名第四）,天气预报 更快更准 仿真演算 让汽车更安全 动漫渲染 比“梦工厂”更梦幻,2、微型化,通用微机系列,单片机,一、计算机发展概述,第一节 计算机的基本结构与工作原理,1971年1月，Intel公司的霍夫研制成功世界上第一块4位微处理器芯片Intel 4004，标志着第一代微处理器问世，微处理器和微机时代从此开始。因发明微处理器，霍夫被英国经济学家杂志列为“二战以来最有影响力的7位科学家”之一,一、计算机发展概述,2、微型化,第一节 计算机的基本结构与工作原理,1971年11月，Intel推出MCS-4微型计算机系统（包括4001 ROM芯片、4002 RAM芯片、4003移位寄存器芯片和4004微处理器 ） 其中4004（下图）包含2300个晶体管，尺寸规格为3mm4mm，计算性能远远超过当年的ENIAC，最初售价为200美元。,一、计算机发展概述,2、微型化,第一节 计算机的基本结构与工作原理,1972年4月，霍夫等人开发出第一个8位微处理器Intel 8008。由于8008采用的是P沟道MOS微处理器，因此仍属第一代微处理器。,一、计算机发展概述,2、微型化,第一节 计算机的基本结构与工作原理,1973年8月，霍夫等人研制出8位微处理器Intel 8080，以N沟道MOS电路取代了P沟道，第二代微处理器就此诞生。,一、计算机发展概述,2、微型化,第一节 计算机的基本结构与工作原理,主频2MHz的8080芯片运算速度比8008快10倍，可存取64KB存储器，使用了基于6微米技术的6000个晶体管，处理速度为0.64MIPS（Million Instructions Per Second ）。,一、计算机发展概述,2、微型化,第一节 计算机的基本结构与工作原理,Zilog公司于1976年开发的Z80微处理器，广泛用于微型计算机和工业自动控制设备。当时，Zilog、Motorola和Intel在微处理器领域三足鼎立。,一、计算机发展概述,2、微型化,第一节 计算机的基本结构与工作原理,爱德华罗伯茨于1974年推出最早基于英特尔微处理器8080的个人电脑Altair 8800,“PC之父” 罗伯茨,第一台通用型微型计算机Altair 8800,一、计算机发展概述,2、微型化,第一节 计算机的基本结构与工作原理,1975年1月出版的大众电子，Altair出现在杂志的封面，D当时实际上这只是一个空壳的模型而不是真正的机器。 Paul Allen和Bill Gates在三周内为Altair开发出BASIC语言，PC产业从此开始,一、计算机发展概述,2、微型化,第一节 计算机的基本结构与工作原理,除了装在PC、笔记本电脑、工作站、服务器上的通用微处理器（常简称为MPU），还有其他应用领域的专用微处理器：单片机（微控制器）,单片机（微控制器）：Single Chip Microcomputer ，将CPU及其他一些计算机主要部件集成在芯片上。,/mcu-study/mcu-and-embed.html,（ SoC：System on a Chip，也称片上系统,意指它是一个产品,是一个有专用目标的集成电路,其中包含完整系统并有嵌入软件的全部内容 ）,为了不断满足嵌入式系统的应用，将测控系统的模数转换器(ADC)、脉宽调制器(PWM)、高速I/O口等纳入片中，其技术发展越来越突显其智能化控制能力，微控制器（Micro Controller Unit，简称MCU）成为单片机较为准确表达的名词。,一、计算机发展概述,2、微型化,第一节 计算机的基本结构与工作原理,数字信号处理器（DSP）：实际上也是一种微控制器（单片机），但更专注于数字信号的高速处理,单片机：是国内习惯的名称，国际上多称为微控制器（Micro Controller）或嵌入式控制器（Embedded Controller），简称为MCU。单片机是指通常用于控制领域的微处理器芯片，其内部除CPU外还集成了计算机的其他一些主要部件,单片机,DSP,嵌入式系统应定义为：“嵌入到对象体系中的专用计算机系统”,一、计算机发展概述,2、微型化,第一节 计算机的基本结构与工作原理,单片机的发展：,初期阶段（19761978年）：以Intel公司的8位MCS-48系列为代表。 1978年以后进入普及阶段：以8位为主，最著名的是Intel公司的8位MCS-51系列，还有Atml（爱特梅尔）公司的AT89系列（与MCS-51兼容）、Microchip Technology公司的PIC系列单片机。 1982年以后高性能单片机：16位、32位微控制器，例如Intel公司的MCS-96/98系列、Atml公司的AT91系列（基于ARM内核）。,目前已投放市场的主要单片机产品多达70 多个系列，500多个品种,一、计算机发展概述,2、微型化,第一节 计算机的基本结构与工作原理,单片机的发展：,在单片机领域，从8位单片机诞生至今，已30多年，在百花齐放的单片机家族中，MCS-51系列一直扮演着一个独特的角色。,为什么要选择学习MCS-51呢？,回顾历史，在Intel公司推出了MCS-51不久便实施了最彻底的技术开放政策：,由于Intel公司在嵌入式应用方面将重点放在186、386、奔腾等与PC 类兼容的高档芯片的开发上，随后Intel公司将80C51内核使用权以专利互换或出让给世界许多著名IC制造厂商，如 Philips 、NEC、Atmel、AMD、Dallas、siemens、Fujutsu、OKI、华邦、LG等。,一、计算机发展概述,2、微型化,第一节 计算机的基本结构与工作原理,单片机的发展：,为什么要选择学习MCS-51呢？,在众多电器商、半导体商的积极参与下，将MCS-51发展成了众多型号系列的80C51 MCU家族：,ATMEL公司的AT89Cxx系列,华邦公司生产的winbond系列单片机,Cygnal公司的C8051F系列单片机。,一、计算机发展概述,2、微型化,第一节 计算机的基本结构与工作原理,单片机的发展：,为什么要选择学习MCS-51呢？,由于MCS-51提供的最佳兼容性，使MCS-51在被“肢解”式改造后，还能以不变的指令系统、基本单元的兼容性保持着8051内核的生命延续，并在未来系统级芯片（SOC）发展中，担任8位CPU内核的重任。,例如： Cygnal公司的C8051F系列单片机是真正能独立工作的SoC。CPU有效地管理模拟和数字外设，可以关闭单个或全部外设以节省功耗。,一、计算机发展概述,2、微型化,第一节 计算机的基本结构与工作原理,单片机的发展：,为什么要选择学习MCS-51呢？,在8位单片机中，只有51系列派生出那么多品种，历史最长，长盛不衰，客观事实表明，80C51内核已成为8位单片机的主流，成了事实上的标准MCU芯片。,/article/07-01/061002504396.html,由于许多应用对象及环境的特点，在8位单片机能基本满足其响应速度要求后，数据宽度不成为技术发展的主要矛盾。因此8位单片机会稳定下来， 并一直占据低端应用的主流地位,因此，MCS-51单片机成为国内大学的主流教学内容，同时也成为单片机爱好者入门学习的首选,MCS-51系列单片