汇编语言微型计算机系统概述.pptx
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1、 1.1微型计算机系统简介n1.1.1微型计算机发展史n 微型计算机的CPU系统分为两大系列:Zilog生产的Z8000,Motorola MC68000系列和Intel 80X86系列,本书主要讲解Intel 80X86系列微型计算机。n 1946年,在美国宾夕法尼亚大学研制出世界上第一台电子计算机ENIAC。这台电子计算机初露头角,便在计算圆周率上大显身手。英国数学家契依列用了15年时间,于1873年将圆周率的值计算到小数点后的707位,这是人工计算圆周率的最高纪录。电子计算机ENIAC每秒钟能做5000次加减运算,仅用几十分钟就打破了这项纪录。n ENIAC重30t,用17468个真空管
2、,70000个电阻器,占地约140m2,耗电174kW,稳定工作时间只有几小时。而现在功能与它相当的计算机仅重60g,耗电只需0.7W,可以长时间连续工作。nCPU可以按组成的元件划分,也可以按CPU生产年代进行划分。n1按所采用的逻辑元件可划分为4代n 第1代(19461957年),电子管计算机,也叫真空管计算机,采用电子管做主要元器件,所有指令与数据都用“1”或“0”来表示,分别对应电子器件的“接通”与“关断“,这就是计算机可以理解的机器语言。内存储器采用磁芯,外存储器有纸带、卡片、磁带、磁鼓等,内存容量仅几千字节,运算速度仅为每秒几千次。输入输出主要用穿孔卡,速度很慢。第一代计算机大多用
3、于科学计算。n 第2代(19581964年),晶体管计算机,它的主要逻辑元件是晶体管。内存储器普遍采用磁芯,外存储器用磁带和磁盘等,这就使存储容量增大,可靠性提高。晶体管有一系列优点:体积小、重量轻、耗电省、速度快、寿命长、价格低、功能强。用它做计算机的开关元件使机器的结构与性能都发生了新的飞跃。这时,汇编语言取代了机器语言,出现了高级程序设计语言,如ALGOL60,FORTRAN,COBOL等。应用领域也扩大到数据处理和事务管理中。n 第3代(19651970年),中小规模集成电路计算机,它的主要逻辑元件是中小规模集成电路。所谓集成电路,是指将晶体管、电阻、电容等电子元件构成的电路微型化,并
4、集成在一块如同指甲大小的硅片上。用半导体存储器取代磁芯存储器,内存容量大幅度增加,运算速度为每秒几十万次至几百万次。高级程序设计语言在这一时期得到了很大发展,出现了操作系统和会话式语言。计算机开始广泛应用于各个领域。n 第4代(1970年至今),大规模或超大规模集成电路计算机,它的主要逻辑元件是大规模或超大规模集成电路。不仅使计算机进一步微型化,而且提高了性能,降低了价格,为其广泛应用创造了条件。运算速度达到每秒几百万次以上,操作系统不断完善,计算机网络时代开始。n2按CPU的生产年代可划分为7代n 目前的计算机均以Intel公司的X86系列或其他与之兼容的CPU。从第1代PC问世至今,CPU
5、已发展到第7代,相应产生了7个档次的计算机系列。n 第1代,1981年,IBM公司推出的采用8088为CPU的IBM PC/XT机,作为第1代计算机的代表,它是准16位微型计算机。第1代计算机主要流行于20世纪80年代中期。n 第2代,1985年,IBM公司推出了IBM PC/AT机,标志着第2代计算机的诞生。该机采用80286为CPU,它是标准的16位CPU计算机,内存容量配置可达16MB,其数据处理和存储能力都得到了明显提高,可以运行多任务操作系统,是20世纪80年代末的主流机型。n 第3代,1987年,Intel公司推出了80386微处理器(80386处理器分为SX和DX,DX性能优于S
6、X),标志着32位CPU计算机的诞生,内存容量配置可达232=4096MB,由该档次CPU组装的计算机称为386计算机。n 第4代,1987年,Intel公司推出了80486微处理器,它也分为SX和DX两个档次,这就是通常所说的486计算机。n 第5代,1993年,Intel公司推出了Pentium微处理器,标志着第5代计算机的诞生;1997年,Intel公司又推出了多功能Pentium MMX处理器,这就是通常所说的奔腾计算机。n 第6代,1998年,Intel公司推出了Pentium.Celeron,后来又推出了Pentium.Pentium N,均为第6代CPU,这标志着第6代计算机的诞
7、生。n 第7代,2003年,AMD公司推出了面向台式机的64位处理器Athlon 64,标志着64位计算机的诞生。2005年,Intel公司和AMD公司相继发布了台式机的双核心CPU、三核心CPU和四核心CPU,至此,计算机进入了多核心的第7代。AMD 超微半导体公司(Advanced Micro Devices)n1.1.2 微处理器的性能特点n 1971年,Intel公司开发出了第一代微处理器4004。它是一个4位的微处理器,自身含有计算和逻辑功能,由2250个MOS晶体管构成,每秒内能够执行约6万次操作。含有一个累加器,16个用作暂存数据的寄存器,可寻址640字节的内存,指令集含有45条
8、指令。4004作为一般处理器来讲,功能还不够强,只能作为计数器的核心来使用。但它是一种新思想的第一代产物。n 自从4004微处理器诞生以来,CPU技术发展迅速。由于不同型号CPU的指标不同,决定了其硬件系统的档次也不同。如表1-1所示为近年来常见的CPU型号及其主要指标。n1.1.3计算机的发展趋势n 目前计算机的发展方向是:巨型化、微型化、网络化、智能化和新概念计算机。n 1巨型化n 巨型化是指使计算机系统运算速度更高、存储容量更大、功能更完善。巨型机主要用于尖端科技和国防系统的研究与开发,它的研制集中体现了一个国家科学技术发展的水平。目前巨型机“蓝色基因/P”已经达到每秒3000万亿次浮点
9、运算,它在航空航天、军事工业、气象、人工智能等几十个学科领域发挥着巨大的作用,特别是在复杂的大型科学计算领域,而且其他的机种难以与之抗衡。n 2微型化n 微型化得益于大规模和超大规模集成电路的飞速发展。微处理器自1971年问世以来,发展非常迅猛,几乎每隔两三年就会更新换代一次,这也使以微处理器为核心的微型计算机性能不断提升。据统计,仅在2007年第3季度全球销售的PC就达到6850万台。另外,便于携带的笔记本电脑、掌上型计算机以及形形色色的嵌入式专用计算机也不断推出。08年n世界前三名是:1.安置在美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室的“蓝色基因L”,研制者为美国IBM公司,浮点运算速度为每秒280.
10、6万亿次;2.安置在美国橡树岭国家实验室的“美洲虎”,研制者为美国克雷公司,浮点运算速度为每秒101.7万亿次;3.安置在美国桑迪亚国家实验室的“红色风暴”,研制者为克雷公司,浮点运算速度为每秒101.4万亿次中国最快的是曙光4000A,它的运算速度超过了每秒10万亿次(10TFops),是目前中国最快的超级计算机 13年n国际组织日公布了最新全球超级计算机强排行榜榜单,中国国防科学技术大学研制的“天河二号”以每秒.千万亿次的浮点运算速度,成为全球最快的超级计算机。n相比之下,美国能源部下属橡树岭国家实验室的“泰坦”从上次第一名降至本次第二名,其运算速度为.千万亿次。专家们表示,由于“天河二号
11、”的速度比第二名快近一倍,中国有可能保持桂冠至少一年时间。今后,全球最快超级计算机的位置将可能出现由中美日三国计算机交替把持的局面n 3网格化n 目前大部分计算机实现了联网,即利用现代通信技术和计算机技术把分布在不同地点的计算机互连起来,按照网络协议相互通信,初步实现了共享数据和软硬件资源的目的。但是信息的搜索和整合还需要手工完成,效率较低。网格(Grid)技术可以更好地管理网上资源,它把整个互联网虚拟成一台空前强大的一体化信息系统,犹如一台巨型机,并在这个动态变化的网络环境中,实现计算资源、存储资源、数据资源、信息资源、知识资源、专家资源的全面共享。从而使用户从中享受可灵活控制的、智能的、协
12、作式的信息服务,并获得前所未有的便捷性和超强能力。目前,世界上的主要国家和地区都把发展网格技术提到了战略高度,纷纷投入巨资,抢占战略制高点。n 4.智能化n 智能化就是要求计算机具有模拟人的思维和感觉的能力,也是第5代计算机要实现的目标。智能化的研究领域包括:自然语言的生成与理解、模式识别、自动定理证明、自动程序设计、专家系统、学习系统、智能机器人等。目前己研制出多种具有人的部分智能的机器人,可以代替人在一些危险的工作岗位上工作。有人预测,家庭智能化的机器人将是继PC之后,下一个家庭普及的信息化产品。n5新概念计算机n 尽管目前计算机的发展日新月异,但从本质上来说,其所采用的基本元件仍然未超出
13、4代机的范畴。随着技术的创新和发展,一些新概念计算机也陆续出现,有的甚至开始走出实验室,进入应用领域。n 1)神经计算机:模仿人类大脑功能的神经计算机已经开发成功,它标志着电子计算机的发展进入了一个新的时期。与以逻辑为主的计算机不同,神经计算机本身可以判断对象的性质与状态,并能采取相应的行动,而且它可同时并行处理实时变化的大量数据,并得出结论。以往的信息处理系统只能处理条理清晰、经络分明的数据,而人的大脑却具有处理支离破碎、含糊不清信息的灵活性。另外,神经计算机的信息不是存在于存储器中,而是存储在神经元之间的联络网中的。若有节点断裂,计算机仍有重建资料的能力。同时,它还具有联想记忆、视觉和声音
14、识别能力,具有与人脑类似的智慧和灵活性。它能识别文字、符号、图形、语言以及声纳和雷达收到的信号,判读支票,对市场进行估计,分析新产品,进行医学诊断,控制智能机器人,实现汽车和飞行器的自动驾驶,发现和识别军事目标,进行智能指挥等。n 2)超导计算机:随着高温超导技术的迅速发展,科学家们正试图寻找出一种“高温”甚至“室温”的超导材料。一旦找到这些材料,人们就可以利用它来制成超导开关器件和超导存储器,再利用这些器件制成超导计算机。超导计算机的运算速度比现在的电子计算机快 100倍,而电能消耗仅是电子计算机的千分之一。如果有一台中型计算机每小时耗电10kW,那么,一台超导计算机只需一节干电池就可以工作
15、。n 3)光子计算机:现有的计算机是由电子来传递和处理信息的。光子计算机用光子取代电子,通过光纤进行数据传输、运算和存储。光子计算机用不同波长的光表示数据,这远胜于电子计算机中通过“0”、+1状态变化进行的二进制运算,可以对复杂度高、计算量大的任务实现快速的并行处理,光子计算机将使运算速度在目前基础上以指数级提升。n 4)生物计算机:人类利用遗传工程技术仿制出以具有“开”与“关”功能的蛋白质分子作为元件的计算机。它体积小,功效高。在1mm2的面积上可容纳几亿个电路,比目前的集成电路小得多,用它制成的计算机己经不是现在计算机的形状了,它可以隐藏在桌角、墙壁或地板等地方。当生物计算机的内部芯片出现
16、故障时,不需要人工干预就能自我修复。它需要很少的能量就可以工作,而且电路间也没有信号干扰。所以,生物计算机具有永久性和很高的可靠性。n 5)量子计算机:它是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。经典计算机的基本信息单位为比特((bit),运算对象是各种比特序列。与此类似,量子计算机的基本信息单位是量子比特,运算对象是量子比特序列。经典计算机和量子计算机之间存在一个关键的区别:传统计算机遵循着众所周知的经典物理规律,而量子计算机则是遵循着独一无二的量子动力学规律来实现信息处理的新模式。迄今为止,世界上还没有真正意义上的量子计算机。n1.1.4微型计算机应用领域
17、n 计算机的应用领域己渗透到社会的各行各业,正在改变着传统的工作、学习和生活方式,推动着社会的发展。计算机的主要应用领域如下。n 1科学计算(或数值计算)n 科学计算是指利用计算机来完成科学研究和工程技术中提出的数学问题的计算。在现代科学技术工作中,科学计算问题是大量的、复杂的。利用计算机的高速计算、大存储容量和连续运算的能力可以实现人工无法解决的各种科学计算问题。n 2数据处理(或信息处理)n 数据处理是对各种数据进行收集、存储、整理、分类、统计、加工、利用、传播等一系列活动的统称。据统计,80以上的计算机主要用于数据处理,这类工作的工作量大而且应用范围广泛,决定了计算机应用的主导方向。n
18、数据处理从简单到复杂已经历了3个发展阶段,如下所列。n 1)电子数据处理,它是以文件系统为手段,实现一个部门内的单项管理。n 2)管理信息系统,它是以数据库技术为工具,实现一个部门的全面管理,以提高工作效率。n 3)决策支持系统,它是以数据库、模型库和方法库为基础,帮助管理决策者提高决策水平,改善运营策略的正确性与有效性。n 目前,数据处理己广泛地应用于办公自动化、企事业计算机辅助管理与决策、情报检索、图书管理、电影电视动画设计、会计电算化等各行各业。信息正在形成独立的产业,多媒体技术使信息展现在川门面前的不仅是数字和文字,也有声形并茂的声音和图像信息。n 3辅助技术(或计算和A助设计与制造)
19、n 计算机辅助技术包括CAD.CAM和CAI等。n (1)计算机辅助设计(Computer Aided Design CAD)n 计算机辅助设计是利用计算机系统辅助设计人员进行工程或产品设计,以实现最佳设计效果的一种技术。它己广泛应用于飞机、汽车、机械、电子、建筑和轻工等领域。例如,在电子计算机的设计过程中,利用CAD技术进行体系结构模拟、逻辑模拟、插件划分、自动布线等,从而极大地提高了设计工作的自动化程度。又如,在建筑设计过程中,可以利用CAD技术进行力学计算、结构计算、绘制建筑图纸等,这样不但提高了设计速度,而且可以极大提高设计质量。n (2)计算机辅助制造(Computer Aided
20、Manufacturing,CAM)n 计算机辅助制造是利用计算机系统进行生产设备的管理、控制和操作的过程。例如,在产品的制造过程中,用计算机控制机器的运行,处理生产过程中所需的数据,控制和处理材料的流动以及对产品进行检测等。使用CAM技术可以提高产品质量,降低成本,缩短生产周期,提高生产率和改善劳动条件。将CAD和CAM技术集成,实现设计生产自动化,这种技术被称为计算机集成制造系统(CIMS),它的实现将真正做到无人化工厂(或车间)。n (3)计算机辅助教学(Computer Aided Instruction,CAI)n 计算机辅助教学是利用计算机系统使用课件来进行教学。课件可以使用制作工
21、具或高级语言来开发制作,它能引导学生循序渐进地学习,使他们轻松自如地从课件中学到所需要的知识。CAI的主要特色是交互教育、个别指导和因人施教。n 4过程控制(或实时控制)n 过程控制是利用计算机及时采集检测数据,按最优值迅速地对控制对象进行自动调节或自动控制。采用计算机进行过程控制,不仅可以极大提高控制的自动化水平,而且可以提高控制的及时性和准确性,从而改善劳动条件、提高产品质量及合格率。因此,计算机过程控制己在机械、冶金、石油、化工、纺织、水电、航天等部门得到广泛应用。n 例如,在汽车工业方面,利用计算机控制机床和整个装配流水线,不仅可以实现精度要求高、形状复杂的零件加工自动化,而且可以使整
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