交大微机原理与接口技术课件

1、第一章 微型计算机概述一.冯诺伊曼计算机基本结构(冯氏结构)1.“存储程序”概念的产生及其重要意义。ENIAC（Electronic Numerrical Integrator And Computer）不具备“存储程序”的功能EDVAC（Electronic Discrete Variable Automatic Computer）采用“存储程序”的概念，并付诸实现， “开创了整个程序设计时代的到来”2.冯氏计算机结构： P2二.计算机的基本组成框图及功能部件简介1.框图（计算机的一般结构模型） P2图1.12.主要功能部件 存储器控制逻辑RDWR地址寄存器地址译码器数据寄存器00000HF

2、FFFFH1 0 1 0 1 0 0 1 0MAR存储体MDR运算器控制器输入设备输出设备三.计算机的工作流程1.模型机结构2.指令的执行过程(P7)模型机结构简图控制逻辑阵列指令译码器ID指令寄存器IR累加寄存器AALU标志寄存器FR程序计数器PC地址寄存器MAR数据寄存器MDR微操作控制信号存储器CPU系统总线（BUS）存储体+1*注：I/O接口电路在图中省略未画四.微处理器、微型计算机和微型计算机系统（ puter System）微机系统硬件软件微处理器应用软件系统软件外设微型计算机主存储器I/O接口电路系统总线ALU控制单元并行I/O接口串行I/O接口ABRAMDBCBROM寄存器组1

3、.微处理器 也称微处理机，由一片或几片大规模集成电路组成的具有控制器和运算器功能的中央处理器，统称微处理器。例如：Intel 8080,8085; Intel 8086,80286,80386,80486;Pentitum,Pentium II(P6),Pentium III,Pentium IV.Zilog Z80; Z8000; Z80000.Motorola MC6800(8位),MC68000（16位）,MC68020(32位)Power PC 620(64位)四.微处理器、微型计算机和微型计算机系统（续）（ puter System）1.Moore定律： “晶体管的大小将以指数速率变

4、小，而集成到芯片上的晶体管数目将23年【1824个月】翻一番。” Gordon Moore，1965* Gordon MooreInter公司的创始人，著名半导体科学家。四.微处理器、微型计算机和微型计算机系统（续）（ puter System）1978年 8086 2.9万 （3万）1982年 80286 13.5万1985年 80386 32万1990年 80486 120万1993年 Pentium 320万1996年 Pentium Pro 550万1997年2月 Pentium II 750万，300MHz1999年 Pentium III 2000年(4季度) Pentium IV

5、 4200万，1.4GHz(0.18um工艺)Bill Gates在未来之路中曾提到，假若Moore定律能再持续20年.其他新型技术，如激光计算机。从计算机结构及信息理论方面，“非冯结构”（神经网络仿人脑的思维和记忆模型），更便于处理某些智能型问题。四.微处理器、微型计算机和微型计算机系统（续）（ puter System）微处理器具有运算和控制功能，是整个微型计算机的核心，也称中央处理器CPU（Central Processing Unit）。注意，微处理器并不是一台完整的计算机，要构成一台完整的计算机（主机），还需要有：存储器、I/O接口及系统总线。微处理器的主要功能部件（1）算术逻辑部件

6、（ALU）：用来进行算术和逻辑运算。 例如，SUB AL，5； AND AL，FEH；ADD AL，10；OR AL，01H；（2）累加器：运算前存放操作数，运算后存放运算结果。输入/输出指令也通过累加器来完成。 例如：IN AL，50H； OUT 51H，AL； （3）程序计数器（Program Counter-PC），也称指令计数器（Instruction Counter），由它指出下一条要执行指令所在存储单元的地址，具有加1计数的功能。 （4）指令寄存器：用来存放从存储器中取出的指令码。 （5）指令译码器：对指令码进行译码，确定指令的操作（如加、减、移位等）。 （6）时序和控制部件 四.

7、微处理器、微型计算机和微型计算机系统（续）（ puter System）1.特点：2.分类：可以从不同角度进行分类 按字长分,可分为4位64位; 按组装形式,可分为“单片、单板、多板式”微型计算机。3.微型计算机(主机)的基本结构 “CPU+存储器+I/O接口+系统总线”。五.微型计算机CPUI/O接口控制总线存储器地址总线外围设备数据总线微型计算机的各个部件之间通过三组不同的总线相连它们是： 数据总线（Data Bus -DB）-双向 地址总线（Address Bus-AB）-单向 控制总线（Control BusCB）-双向 总线是计算机的部件与部件之间传输信息的公共通路，它能分时地发送和

8、接收各部件的信息。总线不仅仅是一组传输线，它还包括与数据传输有关的控制逻辑。所以，在一个计算机系统中，总线应被看成一个独立的部件。五.微型计算机（续）4.微型计算机的主要技术指标 (1)字长:参与运算的数的位数.它决定着计算机的内部寄存器、加法器及数据总线（数据通路）的位数。有4位，8位，16位，32位，64位等。 (2)主存容量:主存储器所能存储信息的总量。通常以字节数(Byte)来表示。例：内存128MB。有时也用到“位容量”-2pXq. (3)运算速度:有不同的计量方法和测试标准。 MIPS(Million Instruction Per Second) (4)平均无故障运行时间(可靠性

9、) MTBF(Mean Time Between Failures),平均无故障间隔时间 (5)性能/价格比五.微型计算机（续）五.微型计算机（续）5.性能测试标准：*SPEC(Standard Performance Evaluation Corporation) 美国标准性能评价协会 SPEC发表的第一套标准化测试基准程序（Benchmarks）是SPEC89* P(intel Comparative Microprocessor Performance) 微处理器性能比较指数体系。 1992， P Index 1.0版； 1996， P 2.0版五.微型计算机（续）- Intel 微处理

10、器性能评估微处理器种类日趋繁多，应用也日益广泛，单靠CPU型号和主频已远不能充分说明处理器的性能。为此，Intel制定并发展了 P指数体系，通过它希望能给处理器性能一个较为科学、公正的评价。 P Index 1.0和2.0 为向一般用户提供一个理解和比较Intel微处理器性能相对差异的易用工具，Intel公司与1992年推出了 P微处理器性能比较指数体系。这后来被称为 P Index1.0(版)。 P Index1.0考虑了那个时期桌面计算机系统的应用，综合了九项评估项目：适用于DOS应用的16位整数运算，适用于CAD/CAM的16位浮点运算，适用于UNIX应用的32位整数运算和32位浮点运算

11、，适用于多媒体应用的16位和32位视频运算，以及16位和32位图形处理。每项制定了测试基准BM（benchmark）,并分别予以不同的权值P，如表1-6所示。注意，他的视频运算和图形处理的权值为0，Intel当时的打算是随着多媒体和3D动画应用的普及将来再逐渐改变权值分配。 五.微型计算机（续）- Intel 微处理器性能评估表1-6 P 1.0的评估条件评估项目测试基准权值(P)16位整数运算ZD Labs CPUmix67%16位浮点运算Whetstone2%16位浮点运算ZD Labs CPUmix1% 32位整数运算SPEC int9225%32位浮点运算SPEC fp 925%16位

12、视频运算ZD Labs/SPEC int920%32位视频运算ZD Labs/SPEC int920%16位图形运算ZD Labs/SPEC int920%32位图形运算ZD Labs/SPEC int920%五.微型计算机（续）- Intel 微处理器性能评估 P Index1.0以不含FPU的主频25MHz的80486(486SX-25)作为性能测试的底值(Base)，即它的 P值为100。以如下公式计算某类型处理器的 P值：其中Base-BMi代表486SX_25在第i项下的测试值， BMi 代表被测处理器在第i项下的实测值，Pi为第i项的权值。五.微型计算机（续）- Intel 微处理

13、器性能评估早期某些主频Pentium处理器的测试，按前式加权平均计算出的 P1.0值列于下表CPU类型主频(MHz)外总线时钟频率(MHz)倍频因子 P1.0指数Pentium-6060601510Pentium-6666661567Pentium-7575501.5610Pentium-9090601.5735Pentium-100100661.5815AHALCSBHBLCHCLDHDLBPSIDISPDSESSSEFlagsEIPEAXEBXECXEDXEBPESIEDIESPGeneral RegistersEach short block is 8-bits longSegment RegistersAXBXCXDXFlags RegisterInstruction Pointer RegisterSome of the registers in the PentiumMicrocodeROMFloatingPointUnitData Cache8KBCode Cache8KBALUALU11011101010000010101pentiumExe