《计算机硬件技术基础(第三版)》第1章 微型计算机系统.ppt

1、课件使用说明：1，您的计算机上必须安装flash软件或插件，此课件的动画。2、在课件中，单击箭头按钮开始动画操作。3、单击课件中的框按钮将停止动画操作。您可以随时执行交换操作。第一章，微机系统概论，1.1微机开发，1 1971:世界上第一个微处理器4004芯片4004主要用于处理算术运算，集成了2300多个晶体管，4位带宽，108KHz，寻址空间仅为640B。与今天常用的Pentium 4相比，这些参数只是“女巫”，但对整个微处理器的影响远远大于后者。2下一代8位微处理器8080在1974年英特尔推出了下一代8位微处理器芯片8080。8080集成了6000个时钟频率为2MHz的晶体管。8080

2、是英特尔真正意义上的微处理器的突破性产品。3第一代微处理器16位8086英特尔于1978年推出了16位微处理器芯片8086，其出现成为70年代微处理器发展的重要分水岭。用于第4代微处理器16位的80286 80286芯片于1982年2月1日正式发布，集成了13万多个晶体管，总线带宽为16位，主频率为20MHz。您可以使用80286的24位地址总线访问16MB地址空间。5在第三代微处理器32位80386 1985年10月，英特尔推出了第三代微处理器芯片32位80386DX。80386DX是集成了27.5万个晶体管的全32位微处理器，时钟频率高达33MHz，数据总线和地址总线均为32位，具有4GB

3、物理寻址能力。最多可以管理64TB的虚拟存储空间。6第四代微处理器32位80486英特尔于1989年4月正式推出了80486微处理器芯片。在单一晶片上整合120万个电晶体的CPU，是Intel首次突破微处理器的电晶体数量100万个。除了将浮点运算元件整合到晶片中，还将大小为8KB的主要快取记忆体快取记忆体整合到Cache晶片中。芯片整数处理部件使用RISC结构来加快单个命令的处理速度，而芯片内部的其他方面则保持CISC不变，以处理复杂的命令并确保兼容性。第五代微处理器32位奔腾英特尔于1993年推出了新一代高性能微处理器奔腾。PentIUM是拉丁语“Pente”和元素周期表的常用后缀IUM的组

4、合。其含义是Pentium是该公司的第五代产品，并以“Pentium”的中文名字命名。Pentium芯片集成了310万个晶体管，再次称为经典Pentium。(1)高能量奔腾英特尔于1996年推出了奔腾Pro。奔腾pro芯片集成了550万个内部时钟频率为133MHz的晶体管，处理速度几乎是100MHz经典Pentium的两倍。Pentium pro内的1层(片上)快取记忆体大小为16KB。其中8KB是指令缓存，8KB是数据缓存。Pentium pro封装中除了Pentium pro晶片之外，还包含与微处理器执行频率相同的256KB L2快取记忆体晶片。这种设计使Pentium Pro能够实现最佳

5、性能。(2)多功能Pentium(Pentium MMX)1996年底，Intel推出了其他的Pentium多功能Pentium(MMX)。MMX技术是英特尔新发明的多媒体增强指令集技术(3)第二代奔腾1997年5月，英特尔推出了与奔腾Pro同级别的奔腾。此产品被称为第二代奔腾，因为它代表了当时奔腾系列的最高性能。使用与Pentium pro相同的核心结构的Pentium添加了MMX命令集，以加快16位操作系统的运行速度。奔腾内部集成了750万个晶体管，比奔腾pro投入了200万个晶体管。Intel已将Pentium的等级1快取记忆体快取记忆体从16KB增加到32KB (16KB指令快取记忆体

6、16KB资料快取记忆体)。(4)Pentium Intel于1999年2月宣布Pentium晶片。Pentium称为多重效能Pentium(r)第二代处理器。CPU时钟速度高达733MHz，芯片中集成了2800万个晶体管，因此体积更小。随着MMX命令的添加，Pentium大大增强了浮点计算和3d处理功能。Pentium新增了71个指令，称为将网际网路串流SIMD延伸功能文字转换为单一指令多重串流延伸功能。(5)Pentium 4 Pentium 4是Intel下一代高效能32位元微处理器，其架构与Pentium(r)pro使用相同的P6结构，而Pentium 4则使用NetBurst的新处理器

7、结构，以更好地处理目前网际网路使用者的需求。1.2装有微型计算机和微处理器的新技术主要是对微型计算机系统、微型计算机硬件系统、微处理器这三个常用技术术语的简单介绍，确定了微型计算机系统的层次概念。1微机系统是由微机硬件系统和软件系统组成的系统。软件系统由操作系统、高级语言的编译器、低级语言的汇编程序、数据库管理程序、系统的调试工具和各种应用程序等组成。2微机硬件系统构成了以微处理器为核心，使用外围控制电路、内存模块和控制电路、输入/输出接口电路、系统总线将各个部件有机连接在一起的典型微机硬件系统。3微处理器是微型计算机的核心，微处理器芯片通常称为CPU。微处理器芯片通过总线控制内存和输入/输出

8、操作。131微机硬件配置1从微机硬件系统宏观角度看，微机硬件的基本配置由微处理器、存储系统和输入/输出系统三个主要块组成，如图所示。2微处理器计算机系统的核心组件是微处理器，作为计算机系统核心的微处理器是16位8086(8088)、808086、80286微处理器32位8086、80486、经典奔腾、高能奔腾pro、第二代奔腾ii、奔腾iii、奔腾iii3内存存储是用于存储信息的组件。计算机的存储可以分为两大类：内部内存，简称内存或主存储。另一类称为外储。内存是计算机主机的一部分，用于保存当前使用的或常用的程序和数据。外部存储保留了相对不常用的程序和数据。外部存储始终与外部设备相关。4输入/输

9、出系统计算机系统内的输入/输出系统是人机信息交互的非常重要的手段。输入/输出系统通常由打印机、显示器、键盘、光驱、鼠标、绘图仪、扫描仪、软驱、硬盘和磁带机等设备组成。一个计算机系统中安装的输入/输出设备的数量取决于需要。构成132计算机软件的软件包含计算机运行所需的各种程序和程序功能、性能、设计、内部结构以及说明如何操作和使用的文档资料。软件是计算机系统的灵魂，不能使用未安装任何软件的“裸机”。构成计算机的软件可以分为两类：系统软件和应用程序。1系统软件(1)操作系统(2)语言处理程序(3)数据库管理系统(4)实用程序和软件工具2应用程序软件应用程序是计算机用户在各自的应用领域中开发和使用的程

10、序。电脑应用很广泛，这种软件种类很多，无法一一列举。14计算机的工作流程，计算机系统的基本功能是运行程序。程序由一系列预先设计并保存在内存中的命令组成。硬件系统通过一个命令操作实现程序的执行。1、CPU可以简化为两个步骤，每次从内部内存读取命令。2、从内部内存中读取指令，然后执行编码指令。程序的执行过程是周期性重复执行“命令-分析命令-执行命令”的循环操作过程。1.5中的数字在计算机上有1.5.1的符号表示数学中的正号表示数字，计算机中的数字表示二进制数，符号位也数字化，数字的最高位表示符号位。一般符号位元为0时为正数，1时为负数。与符号位一起表示的此数字是机器数，1，源代码的最高位表示符号，

11、其他位表示二进制绝对值的方法是源代码。如果有数字x，则原始代码记录为x圆。例如：如果X1=1010，X1原始代码=01011010 X2=-1011010，则X2原始代码=11010数字0的原始代码具有两种表示法：正0和负0。0原始码=0000 -0原始码=1000，2；反向码正数的反向码与原始码相同；负反向码在除原始码符号之外的所有位置反向运行。例如：X1原始码=01011010，X1翻转=X1原始码=01011010 X2原始码=11011010，X2翻转=1010101计数0的反码也具有两种表现法：正0和负0。0翻转=0000 -0翻转=1111，3，代码正数的补码与原始代码相同，负数的

12、补码等在该数字的逆码和最低位置相加1。例如，X1圆=01011010，X1修补程序=01011010 X2圆=11011010，X2翻转=10100101，X2修补程序=1010010计数0的补码只有一个表示法。0面片=-0面片=0000，1.5.2补码运算是计算机最基本的运算，可以将加法、减法、乘法、除法，实际上可以将二进制乘法转换为加法和左端，将除法运算转换为减法和右方。减法可以作为补充加法。现在的计算机系统都用补充符号表示数据，补充运算主要是为了解决减法变成加法的问题。补充的相减规则如下：X-Y补充=X补充-Y补充，例如，假定机器字符长度为8位二进制数，计算65-10。解决方案：X-Y修

13、补程序=65修补程序-10修补程序65修补程序=0100001，-10修补程序=1110110 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1，1.6固定和浮点数字，计算机中小数部分的数量以两种形式显示：固定和浮点数字固定小数位数是将小数点的位置固定在特定位置。浮点数表示小数点的位置可以浮动。1，如果小数位数的位置固定，则表示纯整数。如果小数点的位置隐式固定，则表示符号位和最高位之间的纯小数点。图是表示部分整数和部分小数点的示意图。2，浮点数字中的大多数都在科学计算中使用浮点数字。浮点数由两部分组成：顺序代码和尾部数。符号随机二进制n的典型形式为、17二进制编码，计算机可以使用三种

14、表示：二进制、BCD和ASCII代码，它们通常只能处理二进制数据，并且位数不同。171三个二进制编码表示1，位数不同的二进制数，有时将总数视为正数，最高位也视为数值。这些数字称为无符号整数。16位无符号值的范围为065535，32位无符号计数的范围为04294967295。2，BCD代码BCD代码(Binary-Coded Decimal)也称为二进制代码或二进制代码十进制数。此代码表示十进制数的每个位，每个位为4位二进制数。3，美国标准代码信息交换(ASCII)，也称为美国标准信息交换代码。ASCII代码主要用于小型计算机和外围设备之间的信息交换。这包括大小写字母、数字09、专用字符和控件中

15、使用的特殊字符。ASCII代码是7位二进制编码，共可表示128个字符的编码。ASCII代码中的每个字符都可以用相应的八进制数和十六进制数表示。通常，一个字节的低7位存储ASCII代码，最大位为0。例如，编号09的ASCII为30h (0010000) 39h (0011001)。，172二进制运算1，二进制算术运算加计算规则：0=0 0 1=1 0=1 1=0(舍入1)减计算规则：0-0=0 1-0=1-1-1=0-1 二进制数的逻辑和运算规则：00=0 01=0 10=0 11=1逻辑或运算规则：00=0 01=1 10=1 11=1 not 运算规则：1=0=1逻辑xor运算规则目前还有6级计算机系统，如图所示。1.9数据单元是191中常用术语1位(Bit)位是二进制数据的最小单位，一个二进制位只能表示两种状态。即0，1 2字节(Byte)字节是计算机系统中常用的一个名词，技术术语，1字节=8个二进制位，通常表示为b。3词(Word)通常，计算机在数据处理过程