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1、计算机的发展过程 ［案例主题］了解计算机的整个发展过程和发展趋势 ［背景材料］ 20世纪人类最杰出、最伟大的科技发明之一，就是电脑。电脑的诞生，为人类科技史揭开了崭新的一页，对人类社会的发展产生了巨大的影响，标志着人类进入了史无前例的信息时代。 ［教学设计］ 一、计算机发展过程 二、计算机发展趋势 三、计算机的发展方向 1．巨型化 2．微型化 3．网络化 4．智能化 教学目标：1、计算机的发展过程，发展趋势。 2、单片机的发展过程、趋势、结构及应用。 教学重点：单片机的概念，单片机发展过程及发展趋势。 教学难点：体验信息技术发展变化，从而认识信息技术
2、和人类休戚与共，需要我们善意对待，健康使用。 课前准备：相关资料，多媒体教室，演示软件和图片 教学过程 ［教学设计］ 第一部分 计算机发展过程 1、计算机发展过程 微型计算机的发展同其它事物发展一样，经历了漫长的发展过程，几代人为此付出了毕生精力：计算机作为一种计算的工具，它的雏形最早可追溯到中国古代的算盘、17世纪中叶法国著名数学家巴斯卡尔（B.Pascal）发明并制造的机械式的加法器、17世纪后半期由德国数学家菜布尼兹系统提出了二进制算术运算法则并制造机械齿轮计算器……踏着这些先驱者为计算机开拓的道路，到20世纪，计算机进入了迅猛发展的时代。当今社会，计算机已成为人类社会
3、赖以生存和发展的基本工具。 世界上第一台计算机是在1946年由美国宾夕法尼大学研制（研制第一台计算机是由于战争的需要，二战期间，美军面临许多计算问题，为此美国不惜投入了大量的人力和财力。第一台计算机，占地面积为150m2，使用了18800个电子管、1500个继电器，重30000Kg，140Kw操作维护人员上万，设计者是美国的埃克特和莫克利）。计算机的发展如表1所示： 表1 计算机发展过程 时 间 起始 古代 1946 1958 1964 1971 结束 1946 1958 1964 1971 至今 时代 计算机诞生 第一代 第二代 第三代 现代 特
4、点 计算机雏形 电子管 晶体管 集成电路 CPU 从计算机的发展过程可以看出，计算机的发展实际上是随逻辑元件和电子制造工艺的发展而发展。 从计算机诞生至今虽然只有50多年，但计算机的性能价格比提高了千万倍，这主要体现在速度提高了千万倍，存储容量提高了千万倍，体积缩小了千万倍，软件性能提高了百万倍而价格降低为万分之几。目前，在世界各行业中，发展速度最快的是计算机行业，计算机正在改变人民的生活方式，人民的生活与计算机息息相关。 2、计算机发展趋势 一方面计算机向着高速、智能化的超级巨型机的方向发展，另一方面向着微型机的方向发展。巨型机主要用于大型科学研究和实验以及超高速数学
5、计算，它的研制水平标志着一个国家的科学技术和工业民展的程度，象征着一个国家的实力。 微型计算机是把构成计算机的主要部件（CPU，存储器， I/O口）集成一块芯片上，用于嵌入或控制系统。1971年诞生的，第一代微处理器是4004，第二代微处理器是Z80，第三代微处器是8086、8086、80286，第四代微处理器80386、80486、Pentium、Pentium4，第五代微处理器是具有RISC微处理器芯片。 第二部分 单片机的发展过程 在微型计算机迅速发展过程中，单片微型机异军突起，发展极为迅速。从1976年至今不到三十年的时间里，单片机作为嵌入式微控制器已广泛应用到各行各
6、业，与人民的生活紧密相连，据统计，现在全世界平均每6人就有一片单片机，美国已达平均每人拥有69片单片机。 1、 单片机定义 在一块芯片上集成了构成计算机的基本部件（中央处理器CPU、存储器、RAM/ROM、I/O接口），这种芯片叫单片机。最早单片机的英文是：Sing Chip Microcomputer 简称SCM ，随着SCM在技术上，体系结构及功能上不断扩展，国际上已将单片机采用Micro Controller Unit（简称为：MCU）来替代，形成了单片机界公认的、统一的名词。 2、单片机的发展过程 ①第一代：单片机探索阶段 1976---1978年，以INTEL公司
7、的MCS-48为代表。 ②第二代：单片机完善阶段 1978---1982年，INTEL公司在MCS-48基础上推出了完善的、典型的单片机系列MCS-51。 ③第三代，微控制器形成阶段 1982---1990年，8位单片机的巩固民展及16位单片机的推出。 ④第四代：微控制器百花齐放阶段 1990---至今，微控制器的全面发展发展阶段，随着单片机在各个领域全面、深入发展和应用，出现了高速、大寻址范围、强运算能力的8位/16位/32位通用型 单片机，以及小型廉价的专用型单片机。 3、单片机的发展趋势 ①8位，32位机型是单片机发展趋势 从数据总
8、线的位数看：在未来较长时间里，8位单片机仍是主流机型，许多厂家还会不断改进与完善8位机，使8位机不断保持活力。在满足高速数字处理方面，32位机会发挥重要作用。16位机空间可能被8位机32位机占用。 ②制造工艺全盘CMOS化趋势 从制造工艺上看：全盘CMOS化趋势是指在HCMOS基础上的CMOS化。 ③RISC体系结构的大发展 从体系结构上看：RISC体系结构有利于提高计算机发展速度，这种结构将替代原来的CISC 结构体系。 ④大力发展专用微型单片机 从设计的发展趋势看：专用微型单片机是专门针对某一类产品系统要求而设计的，具有资源利用效率高的特点。 ⑤具有FLASHROM存
9、储器的单片机成为主流供应状态 从存储器的结构看：单片机最早的产品只有内部RAM，没有程序存储器（ROM），后来发展具有一次烧写工能的OTPROM，再后来发展具有紫外线擦除的EPROM，现在由于半导体制作工艺的进步，具有FLASHROM的存储器已得到广泛的应用。 ⑥ISP及基于ISP的开发环境（看高级教程） 从程序下载看：随着FLASHROM的发展，推动了在线系统可编程ISP（IN SYSTEM PROGRAMMABLE）技术的发展，实现了目标程序在线调试。 ⑦单片机中的软件嵌入 从系统设计上看：目前单片机只提供程序空间，没有任何驻机软件，随着单片机程序空间的扩大，会有许多空余
10、空间，今后将在这些空余的空间里嵌入一些工具软件，这些软件可大大提高产品开发效率，提高单片机性能，如89C51。 ⑧实现全面功耗管理 从功耗上看：采用HCMOS工艺，在运行方式上采用低功耗方式和双时钟技术。 ⑨推行串行扩展总线 从扩展上看：单片机的串行口扩展技术将是今后单片机对外扩展的发展方向，串行通信将是单片机实现数据传送的主要途径。 ⑩ASMIC技术的启动与发展 从芯片的制造上看：专用单片机的巨大优势推动了ASMIC技术的发展。ASMIC技术是以MCU为核心的专用集成电路，与传统的ASIC相比，具有较好的柔性特征。 4、单片机的结构 单片机的结构如图
11、1所示： 图1 单片机的结构 5、单片机应用 ①单片机在智能仪表上的应用 单片机广泛在应用于各种仪器仪表，如现在的车辆仪表，智能水表，智能电表等。 ②单片机在机电一体化中的应用 机电一体化是机械工业发展的方向，机电一体化产品是指集机械技术、微电子技术、计算机控制技术于一体，具有智能化特征的机电产品。如现在的机器人，自动加工的数控机床等。 ③单片机在实时控制中的应用 单片机广泛应用在各种实时控制系统中。如工业测控、航空航天、尖端武器等各种实时控制系统中。 ④单片机在分布式多机系统中的应用 在比较复杂的系统中，常采用分布式多机系统。多机系统一般由若干台功能各异的单片
12、机组成，各自完成特定的任务，它们通过串行通信相互联系、协调工作。 ⑤单片机在人类生活中的应用 单片机在人类生活中的应用极为普遍，如全自动洗衣机、手机、电视等等。 附录：计算机发展历史资料 附1 世界上第一台计算机 世界上第一台计算机在美国的宾夕法尼大学研制 一 附2 INTEL4004微处理器及由其制造的计算器 70年代生产的第一块微处理器芯片 附3 计算机苹果机 80年代生产的苹果机 附4 构成计算机的主要部件CPU 8086微处理器 80386微处理器 8086微处理器 10
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