微机原理-01_微型计算机概述

微机原理及应用,王春彦 电子通信工程系,目 录,微型计算机概述微处理器结构指令系统汇编语言程序设计微机的存储系统I/O接口与总线技术中断技术常用接口芯片,第1章 微型计算机概述,1.1 微型计算机的发展及其特点1.2 微型计算机结构1.3 微型计算机的主要性能指标和应用,1.1 微型计算机的发展及其特点,世界上第一台现代意义上的电子计算机是1946年美国宾夕法尼亚大学设计制造的ENIAC。 电子计算机的发展 电子管计算机 晶体管计算机 中小规模集成电路计算机 超大规模集成电路计算机,1.1.1 微型机的发展,1. 第一代（1971-1973年）： 4位或8位微处理器和微型计算机 4004、4040 8008,2. 第二代（1973-1977年）： 8位中、高档微处理器和微型计算机 Intel 8080 Motorola MC6800 Zilog Z80,1.1.1微型机的发展,3.第三代（1978-1984年）： 16位微处理器和微型计算机 Intel8086、8088、80286 MC68000、MC68010、Z8000,1.1.1微型机的发展,4.第四代（1985-1989年）： 32位微处理器和微型计算机 Intel80386、80486 MC68020、MC68030,1.1.1微型机的发展,5.第五代（1993-1995年）： 超级32位Pentium微处理器和微型计算机 32位微处理器Pentium,1.1.1微型机的发展,6.第六代（1995年以后）： 新一代64位微处理器和微型计算机,1.1.1微型机的发展,Intel 80x86系列处理器,80386,80486,奔腾,奔腾II,奔腾4,80286,8086,奔腾III,酷睿2,4004,不是我不明白，这世界变化太快。扎扎实实掌握知识，以不变应万变！,安腾,1.1.2 微型机的特点,微型计算机采用了集成度很高的部件，因此具有以下特点： 体积小、重量轻、功耗低 性能价格比高 可靠性高，结构灵活，对使用环境要求低 适应性强，应用面广,1.1.3 微型计算机的分类,按CPU字长分类：4位、8位、16 位、32位、64位机 按组装形式分类：微型计算机、单板机、单片机 按用途分类： 个人机（PC机）；工作站/服务器；网络机（NC） 按结构形式分类：台式机、便携机、平板电脑,1.1.3 微型计算机的分类,1.2 微型计算机结构,1.2.1 组成,硬件体系结构,冯诺依曼结构,1946年，美籍匈牙利著名的数学家冯诺依曼提出具有现代计算机基本结构的EDVAC计算机方案，它明确指出计算机硬件系统由运算器、控制器、存储器、输入、输出设备五部分组成。,冯诺依曼结构,由运算器、控制器、存储器、输入、输出设备五部分组成。 数据和程序以二进制代码不加区别的存储在存储器中，存放 位置由地址码确定，地址码也是二进制形式。 控制器根据存放在存储器中的指令（程序）工作，并由一个 程序计数器（PC）控制指令的执行。,冯诺依曼计算机基本结构,冯诺依曼结构,1.2.2 微型机的工作原理,微型计算机的工作过程就是执行程序的过程，程序是由指令序列组成，因此，执行程序的过程，就是执行指令序列的过程，即逐条从存储器中取出指令并完成指令所指定的操作。 由于执行每一条指令都包括取指令、译码、执行三个基本步骤，所以，微型计算机的工作过程就是，也就是不断取指令、译码、执行的过程。,1.2.3 微型计算机硬件,微处理器(cpu)微型计算机核心部件，是一个大规模集成电路芯片，其上集成了运算器、控制器、寄存器组和内部总线等部件 。它的性能决定了整个微型机的各项关键指标。,1.2.3 微型计算机硬件,存储器（用于存放程序与数据的半导体器件） 内部存储器(简称内存)是计算机的记忆部件.分为随机存储器(RAM)和只读存储器(ROM)两大类。 RAM分为静态存储器SRAM和动态存储器DRAM,在PC机中,前者用作高速缓存,后者用作内存条。 另一种是只读存储器ROM(Read Only Memory), CPU只能从ROM中读出预先写入的信息，存储器均按字节编址。,1.2.3 微型计算机硬件,I/O接口与I/O设备： I/O设备是微型计算机与外界联系的设备；微型计 算机与I/O设备间的连接与信息交换要通过I/O接口。 系统总线： 总线是一组信号线的集合；系统总线包括地址总线（AB）、数据总线（DB）和控制总线（CB）三部分。,微型计算机只有硬件是不能工作的，还必须通过软件才能完成。软件是计算机处理的程序、数据以及文件的集合。各种程序的集合构成了计算机软件系统。,1.2.4. 微型计算机软件,程序设计语言 编译解释程序 操作系统 应用软件,1.2.4. 微型计算机软件,以微型计算机为主体，配上电源系统、输入/输出设备及软件系统就构成了微型计算机系统。 软件系统包括系统软件和应用软件。,1.2.5. 微型计算机系统,微型计算机系统组成,微型计算机系统结构示意图,1.3 微型机性能指标和应用,1.3.1 主要性能指标,（1）运算速度 是指每秒钟所能执行的指令条数，一般用“百万条指令秒”来描述。取决于时钟频率和体系构.(MIPS，Millions of Instructions Per Second) 一般采用主频（时钟频率）表示处理器运行速度，主频越高表明处理器运行速度越快。,位（bit）是计算机所能表示的最小最基本的数据 单元。在计算机中，它的取值只能是0和1。 字节（Byte）由8个二进制位组成，通常用作计算存储容量的单位。,（2）位、字节、字长,1KB1024B2 B 1MB1024K2 B 1GB1024M2 B 1TB1024G2 B,1.3.1 主要性能指标,10,40,20,30,字长是微处理器一次可以直接处理的二进制数的位数，它通常取决于微处理器内部通用寄存器的位数和数据总线的宽度。 微处理器的字长有4位、8位、16位和32位等等，如，Intel 8088是准16位，Intel 80386是32位。,字长,1.3.1 主要性能指标,主存容量是主存储器所能存储的二进制信息的总量，它反映了微型计算机处理信息时，容纳数据量的能力。 最大内存容量受CPU所支持的物理地址空间范围的限制。,（3）主存容量,1.3.1 主要性能指标,系统总线是连接微型计算机系统各功能部件的公共数据通道。系统总线所支持的数据传送位数越大，总线工作时钟频率越高，微型计算机的性能就越强。,（4）系统总线,1.3.1主要性能指标,计算机外部信息的输入、存储，处理信息的输出都必须由外部设备完成，微型计算机系统一般都配置了显示器、打印机、键盘、扫描仪等外部设备。,（5）外部设备配置,1.3.1主要性能指标,系统软件也是计算机系统不可或缺的组成部分。微型计算机硬件系统仅是一个裸机，它本身并不能运行。若要运行，必须有基本的系统软件支持。,（6）系统软件配置,1.3.1 主要性能指标,1.3 微型机性能指标和应用,1.3.2. 微型机的应用,科学计算