计算机的发展过程

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2［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1946195819641971结束1946195819641971至今时代计算机诞生第一代第二代第三代现代3特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4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：SingChipMicrocomputer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MicroControllerUnit（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/165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）6从程序下载看：随着FLASHROM的发展，推动了在线系统可编程ISP（INSYSTEMPROGRAMMABLE）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1所示：7微处理器CPU随机存储器RAM只读随机存储器ROMI/O接口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。图1单片机的结构8⑤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一9附2INTEL4004微处理器及由其制造的计算器附3计算机苹果机70年代生产的第一块微处理器芯片80年代生产的苹果机10附4构成计算机的主要部件CPU8086微处理器80386微处理器8086微处理器