第三部分+微机系统概述

1、微机系统概述(计算机硬件基础)1 计算机硬件基本组成外外部部设设备备接接口口主存储器主存储器运算器运算器控制器控制器输入设备输入设备输出设备输出设备外存储器外存储器计算机程序计算机程序原始数据原始数据计算结果计算结果指令或数据指令或数据控制信号控制信号2 指令系统ADD AX,BX操作码操作码地址码地址码MOV AX，1234HMOV AX，BX MOV AX，8054H MOV，AX SI3 中央处理器(CPU)运算器: 算术和逻辑运算控制器:整个系统的指挥中心，使运算器、存储器和I/O设备等部件构成一个有机整体。u 运算器 之 u 运算器 之 与门与门 或门或门 非门（反相器）非门（反相器

2、） 异或门异或门 与非门与非门RD SD QQ12触发器是计算机中广泛采用的一类逻辑电路，它具有触发器是计算机中广泛采用的一类逻辑电路，它具有两种稳定状态，可用来存储一位两种稳定状态，可用来存储一位“1”和和“0”，我们经，我们经常使用的寄存器就是由若干个触发器构成，可以存储常使用的寄存器就是由若干个触发器构成，可以存储若干位二进制数据。若干位二进制数据。基本触发器可由两个输入、输出交叉连接的与非门组基本触发器可由两个输入、输出交叉连接的与非门组成：成：输入输入输出输出Qn+1RDSD01010111Q00不确定不确定 两个二进制数之和是两个二进制数之和是逐位相加逐位相加求得的，且每位求得的，

3、且每位的和（的和（Si）是由本位的被加数（）是由本位的被加数（Ai）、加数）、加数（Bi）和低位来的进位（）和低位来的进位（Ci-1）所确定。根据二）所确定。根据二进制加法规则，我们可以列出求一位二进制数进制加法规则，我们可以列出求一位二进制数之和的所有之和的所有8种情况，见下表。种情况，见下表。表中，表中， Si表示本位和，表示本位和，Ci表示本位向高位的进表示本位向高位的进位。位。前四行（前四行（Ci-1=0）为低位向本位无进位的情况，）为低位向本位无进位的情况，后四行（后四行（Ci-1=1）为低位向本位有进位的情况。）为低位向本位有进位的情况。全加器的逻辑结构全加器的逻辑结构 CiAi+

4、Ci-1BiSi 8位加法器的组成框图位加法器的组成框图 67C70C5C0A7B7A6B6A0B0C-1S0S6S7加法器加法器全加器全加器C6u加法器是运算器的核心，是运算器的重要组成部分，因为在计算机中减法运算、乘法运算和除法运算均可以转化为加法运算和移位操作。加法和移位是最基本的操作，各种算术运算都可以归结为加法和移位这两个最基本的操作。运算器的基本组成就是加法器。通用寄通用寄存器存器暂存器暂存器暂存器暂存器暂存器暂存器状态寄存器状态寄存器CPU内部总线内部总线ALU8086CPU内部结构内部结构控制器的功能：控制器的功能： 计算机的工作过程就是计算机中程序的运计算机的工作过程就是计算

5、机中程序的运行过程，也就是程序中的一条条指令的执行行过程，也就是程序中的一条条指令的执行过程。指令的执行要经历过程。指令的执行要经历取指令、分析指令取指令、分析指令、执行指令、执行指令三个阶段。三个阶段。控制器工作的控制器工作的时间依据时间依据是时序信号（由时序是时序信号（由时序部件产生），控制器工作的部件产生），控制器工作的逻辑依据逻辑依据是程序是程序中的指令。控制器的工作过程就是中的指令。控制器的工作过程就是在合适的在合适的时刻产生合适的电信号的过程时刻产生合适的电信号的过程。也就是说，。也就是说，控制器的功能就是按照指令的要求，在正确控制器的功能就是按照指令的要求，在正确的时刻，产生需要

6、的控制信号，以控制计算的时刻，产生需要的控制信号，以控制计算机各个部分的工作。机各个部分的工作。控制器的功能：控制器的功能：控制器的组成：控制器的组成：控制器由控制器由指令部件、时序部件、控制信指令部件、时序部件、控制信号形成部件和中断控制逻辑号形成部件和中断控制逻辑组成。组成。 80386的内部结构的内部结构4 存储器CPU高速缓存高速缓存(Cache)主存（内存）主存（内存）辅存（外存）辅存（外存）存储器的层次机构存储器的层次机构在这个层次结构最上端是在这个层次结构最上端是CPU中的中的通用寄存器通用寄存器，它，它们为们为CPU提供了最快的访问数据的手段，但其容量提供了最快的访问数据的手段

7、，但其容量也是最小的。再往下是也是最小的。再往下是高速缓冲存储器高速缓冲存储器。高速缓存。高速缓存的存取时间很短，但容量小、每位价格贵；其次是的存取时间很短，但容量小、每位价格贵；其次是内存内存；外存外存的存取时间最长、容量最大、每位价格的存取时间最长、容量最大、每位价格最便宜。高速缓冲存储器的高速可以弥补内存在速最便宜。高速缓冲存储器的高速可以弥补内存在速度方面的不足，而外存的大容量可以弥补内存在容度方面的不足，而外存的大容量可以弥补内存在容量方面的不足。所以，具有层次结构的存储系统可量方面的不足。所以，具有层次结构的存储系统可以实现高速度和大容量，而且价格合理。以实现高速度和大容量，而且价

8、格合理。目前计算机系统广泛采用具有层次结构的存储系统目前计算机系统广泛采用具有层次结构的存储系统。从。从CPU（包含少量的寄存器）到辅存，存取速度（包含少量的寄存器）到辅存，存取速度依次减慢，但存储容量依次增大。依次减慢，但存储容量依次增大。 存储器存储器 之之 主存（内存）主存（内存）内存是计算机的一个重要部件，它存放内存是计算机的一个重要部件，它存放CPU当前当前需要的程序和数据。内存由很多存储单元组成，需要的程序和数据。内存由很多存储单元组成，为了识别它们，给每个存储单元都赋予一个编号为了识别它们，给每个存储单元都赋予一个编号，称为，称为单元地址单元地址。CPU通过单元的地址来存取该通过

9、单元的地址来存取该单元的信息（即指令或数据）。单元的信息（即指令或数据）。每个存储单元可存放若干个二进制位。一般计算每个存储单元可存放若干个二进制位。一般计算机中，机中，每个单元存放每个单元存放8个二进制位（个二进制位（1个字节，用个字节，用B表示）表示）。我们称内存可以容纳的二进制数据量为。我们称内存可以容纳的二进制数据量为内存的容量。内存的容量。内存与内存与CPU的连接的连接 ：控制总线控制总线（Read，Write等）等） CPUMDRMAR内存内存最大内存为最大内存为2k个单元，字长个单元，字长为为n位位K位地址总线位地址总线 n位数据总线位数据总线 CPU通过通过地址总线地址总线来指

10、定要访问的内存单元的地来指定要访问的内存单元的地址。可见地址总线上能传送多少个不同的信息，址。可见地址总线上能传送多少个不同的信息，CPU就可以对多少个内存单元或外设进行寻址。就可以对多少个内存单元或外设进行寻址。一个一个CPU有有N根地址总线，则这样的根地址总线，则这样的CPU最多可最多可以寻找以寻找N个内存单元。个内存单元。CPU与内存之间的数据传送是通过与内存之间的数据传送是通过数据总线数据总线来进来进行的。数据总线的宽度影响行的。数据总线的宽度影响CPU和外界的数据传和外界的数据传送速度。送速度。8位数据总线一次可以传送一个位数据总线一次可以传送一个8位二进位二进制数据制数据控制总线控

11、制总线传送控制信号。有多少根控制总线，就传送控制信号。有多少根控制总线，就意味着意味着CPU提供了对外部器件的多少种控制。所提供了对外部器件的多少种控制。所以，控制总线的宽度决定了以，控制总线的宽度决定了CPU对外部器件的控对外部器件的控制能力。制能力。5 输入输出系统I/O输入输出设备（也称外部设备、输入输出设备（也称外部设备、I/O设备）是设备）是实现计算机系统与人（或其它系统）之间进实现计算机系统与人（或其它系统）之间进行信息交换的设备。行信息交换的设备。输入输出设备通过其输入输出设备通过其接口接口与主机交换信息，与主机交换信息，输入输出设备的接口接收来自输入输出设备的接口接收来自CPU

12、的命令，的命令，转换成能控制该设备工作的控制信号，以控转换成能控制该设备工作的控制信号，以控制输入输出设备完成主机所要求的输入或输制输入输出设备完成主机所要求的输入或输出操作。出操作。主机和外设之间的信息交换方式经历了由简主机和外设之间的信息交换方式经历了由简单到复杂，由低级到高级，由集中管理到分单到复杂，由低级到高级，由集中管理到分散管理的发展过程。散管理的发展过程。按其发展的先后，以及外设与主机并行工作按其发展的先后，以及外设与主机并行工作的程度，通常把的程度，通常把I/O控制方式分为控制方式分为四种四种工作工作方式：方式： 程序直接控制方式程序直接控制方式、中断控制方式中断控制方式、直接

13、存直接存储器存取（储器存取（DMA）方式）方式和和通道控制方式通道控制方式输入输出控制方式输入输出控制方式1程序直接控制方式程序直接控制方式这种方式又称为这种方式又称为程序查询方式程序查询方式，它是完全通过，它是完全通过CPU执行程序来完成输入输出的。执行程序来完成输入输出的。2中断控制方式中断控制方式为使计算机系统各部件并行工作，从而提高系统的工为使计算机系统各部件并行工作，从而提高系统的工作效率，特别是充分发挥作效率，特别是充分发挥CPU的高速运算能力，并的高速运算能力，并使使CPU能够响应外设随机出的请求，现代计算机都能够响应外设随机出的请求，现代计算机都设置了中断系统。设置了中断系统。

14、3.直接存储器存取（直接存储器存取（DMA）方式）方式直接存储器存取（直接存储器存取（DMA）用于高速外设的数据传送，）用于高速外设的数据传送，如硬盘与如硬盘与CPU之间的数据传送。之间的数据传送。4.通道控制方式通道控制方式在大型计算机系统中，采用通道控制方式。通道就是在大型计算机系统中，采用通道控制方式。通道就是一台处理机。通道受主机的委托来管理外设与主机之一台处理机。通道受主机的委托来管理外设与主机之间的信息交换，一个通道能管理若干台外设。间的信息交换，一个通道能管理若干台外设。 接口输入输入/输出接口（输出接口（I/O接口）的作用接口）的作用（1）计算机外设的特点）计算机外设的特点外设

15、工作速度远比主机速度慢，两者甚至相差外设工作速度远比主机速度慢，两者甚至相差好几个数量级。好几个数量级。外设与主机采用的数据格式、传送方式不同。外设与主机采用的数据格式、传送方式不同。主机通常采用二进制编码，数据采用并行传送方主机通常采用二进制编码，数据采用并行传送方式，而外设有的采用式，而外设有的采用ASCII编码，数据是串行传编码，数据是串行传送的。送的。各种外设的电气特性（如电平的极性和幅度）各种外设的电气特性（如电平的极性和幅度）也不相同。也不相同。外设处于和外设处于和CPU异步的工作状态。各种外设的异步的工作状态。各种外设的操作在很大程度上相对独立于操作在很大程度上相对独立于CPU之

16、外，跟之外，跟CPU的步调不一致。的步调不一致。 由于上述特点，任何外设由于上述特点，任何外设要连接到计算机上工作，就要连接到计算机上工作，就必须用必须用接口接口电路作为外设和电路作为外设和主机之间的主机之间的“桥梁桥梁”，才能，才能将外设与主机匹配起来进行将外设与主机匹配起来进行工作。每一台外设都有自己工作。每一台外设都有自己的接口。接口也称适配器、的接口。接口也称适配器、设备控制卡、输入输出控制设备控制卡、输入输出控制器。器。内存内存ABDBCB设备译码设备译码器器状态寄存状态寄存器器控制逻辑电控制逻辑电路路数据缓冲寄存数据缓冲寄存器器控制寄存控制寄存器器设备驱动电路设备驱动电路外部设备外

17、部设备CPU外 设 接外 设 接口口接口的组成接口的组成接口的基本功能接口的基本功能实现数据缓冲。在外设接口中要设置一个或实现数据缓冲。在外设接口中要设置一个或多个数据缓冲寄存器，从而达到主机和外设多个数据缓冲寄存器，从而达到主机和外设之间速度匹配的目的。之间速度匹配的目的。提供状态寄存器，用来保存设备的工作状态提供状态寄存器，用来保存设备的工作状态，以备，以备CPU在需要时查询。在需要时查询。识别主机是否选中该接口及其所连接的外设识别主机是否选中该接口及其所连接的外设。为此接口中要设置设备译码器。为此接口中要设置设备译码器。接收主机发来的各种控制信号，以实现对外接收主机发来的各种控制信号，以

18、实现对外设的控制操作。为此，接口中要设置控制寄设的控制操作。为此，接口中要设置控制寄存器，以存放主机发来的控制字。存器，以存放主机发来的控制字。实现主机与外设之间的通信控制。为此，接实现主机与外设之间的通信控制。为此，接口中要包括控制逻辑电路。口中要包括控制逻辑电路。接口的分类接口的分类按信息的传送方式，可将接口分为按信息的传送方式，可将接口分为串行接口串行接口和和并行接口并行接口。串行接口以串行方式（即逐位传送方式，传串行接口以串行方式（即逐位传送方式，传送一个字节需要送一个字节需要8次，每次传送次，每次传送1位）与外设位）与外设交换数据，它可以将主机送出的并行数据转交换数据，它可以将主机送

19、出的并行数据转化为串行数据送给外设，或把外设的串行数化为串行数据送给外设，或把外设的串行数据转化为并行数据送给主机。串行接口一般据转化为并行数据送给主机。串行接口一般用来连接慢速的、以串行方式工作的设备，用来连接慢速的、以串行方式工作的设备，如键盘；如键盘；并行接口以并行方式（即按字节或字传送方并行接口以并行方式（即按字节或字传送方式）与外设交换数据，并行接口一般连接高式）与外设交换数据，并行接口一般连接高速的、以并行方式工作的外设。速的、以并行方式工作的外设。6 总线如前所述，计算机的各部件之间的硬连接是如前所述，计算机的各部件之间的硬连接是通过总线实现的。通过总线实现的。总线是构成计算机系

20、统的总线是构成计算机系统的骨架骨架，总线结构是现代计算机广为使用的一，总线结构是现代计算机广为使用的一种信息传送方式，它可以减少信息传输线的种信息传送方式，它可以减少信息传输线的数量，提高系统的可靠性，增加系统的灵活数量，提高系统的可靠性，增加系统的灵活性，性，便于实现系统的积木化便于实现系统的积木化。u什么是总线什么是总线所谓总线是连接计算机各个功能部件之间或计算机所谓总线是连接计算机各个功能部件之间或计算机之间的一束公共信息传输线，它是计算机系统中传之间的一束公共信息传输线，它是计算机系统中传送信息的公共途径。送信息的公共途径。总线（总线（BUS）由地址总线（由地址总线（AB）、数据总线（

21、）、数据总线（DB）和控制总线（）和控制总线（CB）组成。）组成。 u总线的分类总线的分类CPU内部总线：这种总线连接内部总线：这种总线连接CPU内部的各寄存器内部的各寄存器及运算部件，是一个芯片内的总线。及运算部件，是一个芯片内的总线。系统总线：这种总线连接计算机的各个功能部件，系统总线：这种总线连接计算机的各个功能部件，如如CPU、内存和各种、内存和各种I/O 接口，是计算机主机内部的接口，是计算机主机内部的总线总线通讯总线：这种总线连接主机与外部设备，是主机通讯总线：这种总线连接主机与外部设备，是主机与外设之间的总线。与外设之间的总线。 如：如：PCI总线、总线、AGP总线、总线、USB

22、总线等总线等7 微处理器和微型计算机微机的概念微机的概念什么是微机？即微型计算机，它是以大规模、超大规模集成电路为主要部即微型计算机，它是以大规模、超大规模集成电路为主要部件，以集成了计算机主要部件件，以集成了计算机主要部件控制器和运算器的微处理控制器和运算器的微处理器为核心所构造出的计算机系统。其核心是微处理器器为核心所构造出的计算机系统。其核心是微处理器（ Microprocessor ，简称，简称MPU）。）。微机就是微机就是PC机吗？机吗？PC机只是微机中的一种，是我们最熟悉、最典型的微机机只是微机中的一种，是我们最熟悉、最典型的微机产品产品 微机的覆盖范围微机的覆盖范围任何电子产品，

23、只要包含了任何电子产品，只要包含了CPU、存储器及、存储器及I/O，且价格，且价格不高，都可以看作是微机不高，都可以看作是微机典型例子典型例子电子词典、手机、电子词典、手机、mp3、电视机、全自动洗衣机、电视机、全自动洗衣机 微型计算机的系统组成微型计算机的系统组成运算器运算器 控制器控制器 寄存器组寄存器组 内存储器内存储器 总线总线 输入输出输出输入输出输出 接口电路接口电路外部设备外部设备 软件软件微处理器微处理器微型计算机微型计算机微型计算机系统微型计算机系统区别区别3个概念个概念其它相关概念：单板机：单板机：将整个微型计算机的硬件将整个微型计算机的硬件(包括键盘等包括键盘等)集成在一

24、块印刷电集成在一块印刷电路板上，即为单板计算机；如早期的路板上，即为单板计算机；如早期的Z80、Intel 8080等等单片机：单片机：整个计算机的硬件（包括存储器、输入输出接口等）都集整个计算机的硬件（包括存储器、输入输出接口等）都集成在一个芯片中，即称为单片机。成在一个芯片中，即称为单片机。典型的如典型的如Intel 8051以及现在流行的以及现在流行的ARM芯片芯片。 嵌入式系统嵌入式系统任何电子产品，只要包含了任何电子产品，只要包含了CPU、存储器及、存储器及I/O，都可以，都可以看作是嵌入式系统（宏观上也包括看作是嵌入式系统（宏观上也包括PC机）。机）。计算机的发展趋势：计算机的发展

25、趋势：功能强大的计算机功能强大的计算机无处不在的计算机无处不在的计算机80X86微型计算机的概要历史微型计算机的概要历史1946年，世界上出现第一台数字式电子计年，世界上出现第一台数字式电子计算机算机ENIAC（电子数据和计算器）（电子数据和计算器）发展到以大规模集成电路为主要部件的第发展到以大规模集成电路为主要部件的第四代，产生了四代，产生了微型计算机微型计算机1971年，年，Intel公司设计了世界上第一个微公司设计了世界上第一个微处理器芯片处理器芯片Intel4004，开创了一个全新的，开创了一个全新的计算机时代计算机时代微型计算机的发展微型计算机的发展第第1代代：4位和低档位和低档8位

26、微机位微机400440408008第第2代代：中高档：中高档8位微机位微机Z80、I8085、M6800，Apple-II微机微机第第3代代：16位微机位微机8086808880286，IBM PC系列机系列机第第4代代：32位微机位微机8038680486PentiumPentium II / III / 432位位PC机、机、Macintosh机、机、PS/2机机第第5代代：64位微机位微机酷睿、酷睿、AMD 64、64位位RISC微处理器芯片微处理器芯片目前绝大部分目前绝大部分PC机的机的CPU都是都是64位的位的80X86系列系列CPU简介简介Intel 80 x86系列处理器系列处理

27、器80386803868048680486奔腾奔腾奔腾奔腾II奔腾奔腾4802868028680868086奔腾奔腾III酷睿酷睿40044004IA-32处理器处理器安腾安腾Intel 8086和和80888086/8088可以说是现代微处理器的可以说是现代微处理器的“开山开山鼻祖鼻祖”，今天的，今天的P4、i系列以及系列以及IA-64，其，其基本架构都来自于它，并必将延续。基本架构都来自于它，并必将延续。8086发布于发布于1978年，初始频率年，初始频率8MHz，有，有着着16位位的数据总线及的数据总线及20位的位的寻址能力。寻址能力。8088于于1981年推出，除年推出，除外部数据总线

28、是外部数据总线是8位位的之外，其它与的之外，其它与8086基本完全相同基本完全相同（8088内部指令队列为内部指令队列为4个字节个字节,8086为为6个个字节）。字节）。处理器总线处理器总线数据总线（数据总线（DB：Data Bus）处理器与存储器或外设交换信息的通道处理器与存储器或外设交换信息的通道个数个数(条数条数)是一次能够传送数据的二进制位数是一次能够传送数据的二进制位数 地址总线（地址总线（AB：Address Bus）指定存储器或外设的具体单元指定存储器或外设的具体单元个数反映访问的主存储器容量或外设范围个数反映访问的主存储器容量或外设范围控制总线（控制总线（CB：Control

29、Bus）控制处理器数据传送等操作控制处理器数据传送等操作例如例如 存储器读信号（MEMR）、存储器写（MEMW） 外设读（IOR）、外设写（IOW）地址条数与主存容量地址条数与主存容量Intel80 x86地址条数地址条数存储容量存储容量8086201MB8088201MB802862416MBIA-32324GB一个信号对应一个信号对应两种状态：高或低两种状态：高或低两种编码：两种编码：1或或0N：2N1KB210 B1024 B1MB220 B1024 KB1GB230 B1024 MB8086/8088的功能结构的功能结构 8086的的内部结构内部结构从功能上分成两个单元从功能上分成两个

30、单元1. 执行单元执行单元EU负责指令的译码、执行和数据的运算负责指令的译码、执行和数据的运算包括包括ALU、通用寄存器组、状态标志寄存器等、通用寄存器组、状态标志寄存器等2. 总线接口单元总线接口单元BIU管理管理8086与系统总线的接口与系统总线的接口负责负责CPU对存储器和外设进行访问对存储器和外设进行访问包括地址加法器（形成包括地址加法器（形成20位地址）、指令队列位地址）、指令队列缓冲器（缓冲器（8088为为4个字节，个字节，8086为为6个字节）、个字节）、总线控制电路等总线控制电路等80888088采用采用40针的针的DIP封封装，工作频率约为装，工作频率约为8MHz，微处理器集

31、成了大约微处理器集成了大约29000个晶体管个晶体管80868086的内部结构的内部结构8028680286于于82年推出，年推出，24位位AB，16位位DB，时钟时钟820MHz，集成度，集成度13.5万，为满足多万，为满足多任务系统的需要而设计，采用了两种新的任务系统的需要而设计，采用了两种新的内存管理技术（虚拟内存和保护模式）以内存管理技术（虚拟内存和保护模式）以使用和管理更多资源。使用和管理更多资源。与与8086的显著的区别的显著的区别: 地址线和数据线不再分时复用地址线和数据线不再分时复用, 简化了硬件设简化了硬件设计计;引入存储管理中的虚存管理机制。通过引入存储管理中的虚存管理机制

32、。通过“虚地虚地址址”和和“保护保护”两重功能对存储器管理提供了两重功能对存储器管理提供了支持支持, 加强了对多用户加强了对多用户/多任务运行的管理能力。多任务运行的管理能力。8038680386划时代的产品，开创了划时代的产品，开创了32位微机的先河。位微机的先河。8 5 年 推 出 ，年 推 出 ， 3 2 位 内 外位 内 外 D B ， 3 2 位位 A B ，1650MHz，27.5万集成度，万集成度，132脚脚4列直插，列直插，直接寻址能力直接寻址能力4GB，并可管理，并可管理64TB的虚存的虚存（通过虚地址方式）。（通过虚地址方式）。 存储器管理：在存储器管理：在286基础上增加

33、了虚拟基础上增加了虚拟8086方方式，使其能更好地执行多任务处理。式，使其能更好地执行多任务处理。 结构特点：包括结构特点：包括EU、BIU、指令预取部件、指、指令预取部件、指令译码部件令译码部件IU、存储器管理部件等、存储器管理部件等六部分组成六部分组成80386的功能结构图的功能结构图 码获取/页表获取三输入加法器描述符高速度缓冲存储器界限和属性PLA加法器页高速缓冲存储器控制和属性PLA线性地址总线物理地址总线请求判优器分段部件MMU分页部件总线接口部件BIU控制地址驱动器流水线总线宽度控制MUX收发器预取器/界验校验器HOLD，INTR， NMDDRROR，BUSYRESET，HLDA

34、BE0BE31A1A31M/IO，D/CW/R，LOCKADS，NA，BSIG，READYD0D3116字节预取队列指令译码 器已译码指令队列内部控 制总线位移量总线保护检测部件控制ROM译码和定序状态标志桶形移位器ALU乘/除硬件寄存器组ALU控制执行部件指令译 码器指令预取3232ALUALU总线有效地址总线有效地址总线CPU3232323432804868048689年推出，标准年推出，标准32位机，时钟位机，时钟40100MHz，168脚脚PGA封装，封装，120万集成度。万集成度。从结构组成上看，从结构组成上看，486相当于以相当于以386为核心，增为核心，增加了加了8K的的CACH

35、E和相当于和相当于80387的片内浮点协的片内浮点协处理器处理器，以及增加了面向多处理机的机构。但，以及增加了面向多处理机的机构。但从程序设计角度来看，其体系结构几乎没变。从程序设计角度来看，其体系结构几乎没变。 结构特点：在结构特点：在386的的6个功能部件基础上，增加个功能部件基础上，增加了了Cache和和FPU两部分，其中多个部分都可以两部分，其中多个部分都可以独立并行工作，构成流水线。独立并行工作，构成流水线。 80486相对于相对于386386，486486主要是增加了主要是增加了8K8K的的CacheCache及将及将FPUFPU集成到集成到CPUCPU中中高速缓冲存储器控制器8K

36、Cache转换监视缓冲器页转换器物理地址线性地址段转换器段寄存器段描述符高速缓冲存储器乘法除法ALU桶形移位器通用寄存器数据数据整数部件分段部件分页部件浮点控制浮点寄存器和堆栈控制保护测试部件指令译码指令字微码入口指针浮点部件 控制部件指令译码部件预取预取队列预取部件Cache部件总线接口总线尺寸控制猝发控制奇偶生成和控制写缓冲器数据地址总线请求预取的代码地址总线地址总线323232323264位内部部件转输总线线性地址硬件的微指令Pentium Pentium93年推出，时钟年推出，时钟60200MHz，内部，内部DB 32位，外部位，外部DB 64位，位，AB 32位，位，296引脚，是引

37、脚，是Intel为迎接为迎接Windows 95和多和多媒体时代而全新设计的。媒体时代而全新设计的。 结构特点：结构特点： 超标量流水线：超标量流水线：P P 与与Pentium Pro同属同属P6系列系列,在后者的基础上增加了在后者的基础上增加了MMX功能，采用功能，采用0.35um/0.25um工艺，工艺，750万集度。万集度。 结构特点：结构特点： 将MMX技术加至P6中并采用新的包装； 使用单边接触盒式封装SEC：即Slot 1。 双16KB的一级CacheCeleron：Intel为抵制为抵制K6占领低端市场而推出的低价占领低端市场而推出的低价CPU，最初只是简单地将最初只是简单地将

38、P中的二级中的二级Cache去掉。因此性能较去掉。因此性能较低。低。 X E O N ： 9 8 年年 6 月 开 始 推 出 ， 用 于 服 务 器 ， 拥 有月 开 始 推 出 ， 用 于 服 务 器 ， 拥 有512KB2MB的二级的二级Cache，且与，且与CPU同频。同频。P P 在在PII基础上增加了基础上增加了70条条SSE（Streaming SIMD Extension）指令，让）指令，让CPU可对多个数可对多个数据同时进行浮点运算（据同时进行浮点运算（4个个32位浮点数）；位浮点数）；片内有片内有128位序列号，以标识每一部电脑，以位序列号，以标识每一部电脑，以用于电子商务

39、的安全认证。用于电子商务的安全认证。什么是什么是SIMD？即单指令多数据，也就是一条指令同时处理多即单指令多数据，也就是一条指令同时处理多个数据，主要用于处理多媒体数据。个数据，主要用于处理多媒体数据。P4P4P4是最新的是最新的IA-32结构的微处理器，主要有以结构的微处理器，主要有以下特性：下特性：第一个基于第一个基于NetBurst微结构的微结构的CPU，该结构允，该结构允许许CPU运行在更高的时钟速度上；（运行在更高的时钟速度上；（400MHz的前端总线）的前端总线）支持超线程技术；支持超线程技术； 注意：超线程不同于超标量。注意：超线程不同于超标量。 超标量是指超标量是指CPU内部有

40、两条以上的流水线，这样，内部有两条以上的流水线，这样，CPU在一个指令周期内可以执行一条以上的指令；在一个指令周期内可以执行一条以上的指令； 超线程则是指超线程则是指CPU内部可以同时运行两个线程；内部可以同时运行两个线程；支持支持SSE21.2.3 Intel 64处理器处理器1. Intel 64结构结构64位线性地址空间，支持位线性地址空间，支持40位物理地址空间位物理地址空间32位扩展工作方式（位扩展工作方式（IA-32e）8个附加的通用寄存器、个附加的通用寄存器、8个附加的个附加的SIMD多媒多媒体寄存器、体寄存器、64位通用寄存器和位通用寄存器和64位指令指针等位指令指针等2. I

41、ntel Core微结构微结构提高了性能并降低了功耗提高了性能并降低了功耗多核处理器的基础多核处理器的基础 3. 多核技术（多核技术（Multi-core）一个芯片上制作两个或多个处理器执行核心一个芯片上制作两个或多个处理器执行核心我国的微型计算机我国的微型计算机方舟方舟-1”：2001年年4月由中芯公司推出月由中芯公司推出0.25微米工艺，微米工艺，166MHz时钟，时钟，32位字长位字长我国首枚具有自主知识产权的实用化我国首枚具有自主知识产权的实用化CPU应用：网络计算机、嵌入式设备等应用：网络计算机、嵌入式设备等“龙芯龙芯1号号”：32位字长，位字长，2002年年9月问世月问世达到国际达

42、到国际97年前后水平，等同于年前后水平，等同于P2 2660.18微米，微米，400万集成度，万集成度，2亿次亿次/秒速度秒速度应用：曙光龙腾服务器、无线应用：曙光龙腾服务器、无线PDA等等“龙芯龙芯2号号”： 2004年问世年问世64位字长，时钟位字长，时钟500MHz性能接近性能接近P4，与国外差距缩小为，与国外差距缩小为3年年“龙芯龙芯3号号”： 8内核，目前已应用于曙光内核，目前已应用于曙光6000A千万亿次超级服务器中千万亿次超级服务器中处理器的基本性能指标处理器的基本性能指标字长（字长（Word）处理器每个时间单位处理的二进制数据位数处理器每个时间单位处理的二进制数据位数例如一次进

43、行运算、传输的位数例如一次进行运算、传输的位数时钟频率时钟频率处理器的处理速度处理器的处理速度反映处理器的基本时间单位反映处理器的基本时间单位运算速度运算速度：指计算机每秒内能够执行的指指计算机每秒内能够执行的指令条数，单位为令条数，单位为MIPSMIPS。也常用主频来标称。也常用主频来标称运算速度。运算速度。MIPS(Million Instructions Per Second)：单字长定点指令平均执行速度 Million Instructions Per Second的缩写，每秒处理的百万级的机器语言指令数。如：一个Intel80386 电脑可以每秒处理3百万到5百万机器语言指令，即我们

44、可以说80386是3到5MIPS的CPU处理器的基本性能指标处理器的基本性能指标u集成度集成度: :芯片上集成的晶体管数量芯片上集成的晶体管数量, ,表明处理器表明处理器的生产工艺水平的生产工艺水平u主存容量：主存容量：指计算机中的内部存储器（指计算机中的内部存储器（RAMRAM和和ROMROM）的容量。是影响整机性能的重要因）的容量。是影响整机性能的重要因素。素。u存取时间和读写时间存取时间和读写时间：存取时间指的是存储：存取时间指的是存储器接收到指令后从准备数据到将数据发送出器接收到指令后从准备数据到将数据发送出的时间，针对的是存储器；读写时间指的是的时间，针对的是存储器；读写时间指的是C

45、PUCPU发出读存储器的命令到接收到数据的时发出读存储器的命令到接收到数据的时候，针对候，针对CPUCPU。微型计算机的结构微型计算机的结构控制总线控制总线CB数据总线数据总线DB地址总线地址总线AB系系统统总总线线形形成成处处理理器器子子系系统统I/O设备设备I/O接口接口存储器存储器系统总线系统总线BUSI/O设备设备I/O接口接口计算机系统的层次结构计算机系统的层次结构用用 户户 层层高高 级级 语语 言言 层层汇汇 编编 语语 言言 层层操操 作作 系系 统统 层层 机机 器器 层层控控 制制 层层数数 字字 电电 路路 层层 应用软件应用软件 系统软件系统软件 软硬件界面软硬件界面物

46、理机物理机虚拟机虚拟机硬件硬件固件固件硬件直接执行硬件直接执行Level 0 (门电路、电子线路门电路、电子线路)Level 1 (微程序或硬布线微程序或硬布线)Level 2 (指令集结构指令集结构ISA)Level 3 (操作系统、库代码操作系统、库代码)Level 4 (汇编语言代码汇编语言代码)Level 5 (C+，Java，等，等)Level 6 (可执行程序可执行程序)本课件由汇编网（）制作提供1.1 机器语言n机器语言是机器指令的集合。n机器指令展开来讲就是一台机器可以正确执行的命令。本课件由汇编网（）制作提供1.1 机器语言n指令：01010000 (PUSH AX)n电平脉

47、冲： 本课件由汇编网（）制作提供1.1 机器语言n以后我们提到的计算机是指由CPU 和其他受CPU 直接或间接控制的芯片、器件、设备组成的计算机系统；n比如我们最常见的PC 机。本课件由汇编网（）制作提供1.1 机器语言n程序员们将 0、1 数字编程的程序代码打在纸带或卡片上，1打孔，0不打孔，再将程序通过纸带机或卡片机输入计算机，进行运算。n示例 应用8086CPU完成运算： S = 768 + 12288 1280本课件由汇编网（）制作提供1.1 机器语言nS = 768 + 12288 - 1280n机器码： 101100000000000000000011 00000101000000

48、0000110000 001011010000000000000101 n假如将程序错写成以下这样，请找处错误： 101100000000000000000011 000001010000000000110000 000101101000000000000101本课件由汇编网（）制作提供1.2 汇编语言的产生n汇编语言的主体是汇编指令。n汇编指令和机器指令的差别在于指令的表示方法上。汇编指令是机器指令便于记忆的书写格式。n汇编指令是机器指令的助记符。本课件由汇编网（）制作提供1.2 汇编语言的产生n机器指令： 1000100111011000n操作：寄存器BX的内容送到AX中n汇编指令：MOV

49、 AX,BXn这样的写法与人类语言接近，便于阅读和记忆。本课件由汇编网（）制作提供寄存器n寄存器：简单的讲是CPU中可以存储数据的器件，一个CPU中有多个寄存器。nAX是其中一个寄存器的代号，nBX是另一个寄存器的代号。n更详细的内容我们在以后的课程中将会讲到。本课件由汇编网（）制作提供1.2 汇编语言的产生n计算机能读懂的只有机器指令，那么如何让计算机执行程序员用汇编指令编写的程序呢？本课件由汇编网（）制作提供用汇编语言编写程序的工作过程本课件由汇编网（）制作提供1.3 汇编语言的组成n汇编语言由以下3类组成：n1、汇编指令（机器码的助记符）n2、伪指令 （由编译器执行）n3、其它符号（由编

50、译器识别）n汇编语言的核心是汇编指令，它决定了汇编语言的特性。 本课件由汇编网（）制作提供1.4 存储器nCPU 是计算机的核心部件它控制整个计算机的运作并进行运算，要想让一个CPU 工作，就必须向它提供指令和数据。n指令和数据在存储器中存放，也就是平时所说的内存。本课件由汇编网（）制作提供1.4 存储器n在一台PC机中内存的作用仅次于CPU。n离开了内存，性能再好的CPU也无法工作。本课件由汇编网（）制作提供1.4 存储器n磁盘不同于内存，磁盘上的数据或程序如果不读到内存中，就无法被CPU 使用。本课件由汇编网（）制作提供1.5 指令和数据n指令和数据是应用上的概念。n在内存或磁盘上，指令和

51、数据没有任何区别，都是二进制信息。本课件由汇编网（）制作提供1.5 指令和数据n二进制信息： 1000100111011000 89D8H （数据） 1000100111011000 MOV AX,BX （程序）本课件由汇编网（）制作提供1.6 存储单元n存储器被划分为若干个存储单元，每个存储单元从0开始顺序编号；n例如： 一个存储器有128个存储单元， 编号从0127。 如右图示：本课件由汇编网（）制作提供1.6 存储单元n对于大容量的存储器一般还用以下单位来计量容量（以下用B来代表Byte）：n1KB=1024Bn1MB=1024KBn1GB=1024MBn1TB=1024GBn磁盘的容量

52、单位同内存的一样，实际上以上单位是微机中常用的计量单位。本课件由汇编网（）制作提供1.7 CPU对存储器的读写nCPU要想进行数据的读写，必须和外部器件（标准的说法是芯片）进行三类信息的交互：n存储单元的地址（地址信息）n器件的选择，读或写命令（控制信息）n读或写的数据（数据信息）本课件由汇编网（）制作提供1.7 CPU对存储器的读写n那么CPU是通过什么将地址、数据和控制信息传到存储芯片中的呢？n电子计算机能处理、传输的信息都是电信号，电信号当然要用导线传送。本课件由汇编网（）制作提供1.7 CPU对存储器的读写nCUP的内部总线和系统总线：n物理上：一根根导线的集合；n逻辑上划分为： n地

53、址总线n数据总线n控制总线n图示本课件由汇编网（）制作提供1.7 CPU对存储器的读写n总线在逻辑上划分的图示：本课件由汇编网（）制作提供1.7 CPU对存储器的读写nCPU在内存中读或写的数据演示：n读演示n写演示n从上面我们知道CPU是如何进行数据读写的。可是我们如何命令计算机进行数据的读写呢？本课件由汇编网（）制作提供1.7 CPU对存储器的读写本课件由汇编网（）制作提供1.7 CPU对存储器的读写本课件由汇编网（）制作提供1.7 CPU对存储器的读写n对于8086CPU，下面的机器码能够完成从3号单元读数据：n机器码： 101000000000001100000000n含义：从3号单元

54、读取数据送入寄存器AXnCPU接收这条机器码后将完成上面所述的读写工作。本课件由汇编网（）制作提供1.7 CPU对存储器的读写n机器码难于记忆，用汇编指令来表示，情况如下：n机器码：101000000000001100000000n对应的汇编指令：MOV AX,3n含义：传送3号单元的内容到AX本课件由汇编网（）制作提供1.8 地址总线nCPU是通过地址总线来指定存储单元的。n地址总线上能传送多少个不同的信息，CPU就可以对多少个存储单元进行寻址。本课件由汇编网（）制作提供1.8 地址总线n地址总线发送地址信息演示本课件由汇编网（）制作提供1.8 地址总线本课件由汇编网（）制作提供1.8 地址

55、总线n一个CPU有N根地址总线，则可以说这个CPU的地址总线的宽度为N。n这样的CPU最多可以寻找的N次方个内存单元。本课件由汇编网（）制作提供1.9 数据总线nCPU与内存或其它器件之间的数据传送是通过数据总线来进行的。n数据总线的宽度决定了CPU和外界的数据传送速度。本课件由汇编网（）制作提供1.9 数据总线n我们来分别看一下它们向内存中写入数据89D8H时，是如何通过数据总线传送数据的：n8088CPU数据总线上的数据传送情况n8086CPU数据总线上的数据传送情况本课件由汇编网（）制作提供1.9 数据总线 8位数据总线上传送的信息本课件由汇编网（）制作提供1.9 数据总线 16位数据总

56、线上传送的信息本课件由汇编网（）制作提供1.10 控制总线nCPU对外部器件的控制是通过控制总线来进行的。在这里控制总线是个总称，控制总线是一些不同控制线的集合。n有多少根控制总线，就意味着CPU提供了对外部器件的多少种控制。所以，控制总线的宽度决定了CPU对外部器件的控制能力。n控制总线上发送的控制信息本课件由汇编网（）制作提供1.10 控制总线本课件由汇编网（）制作提供1.10 控制总线n前面所讲的内存读或写命令是由几根控制线综合发出的：n其中有一根名为读信号输出控制线负责由CPU 向外传送读信号，CPU 向该控制线上输出低电平表示将要读取数据；n有一根名为写信号输出控制线负责由CPU向外

57、传送写信号。本课件由汇编网（）制作提供1.1节1.10节 小结n（1）汇编指令是机器指令的助记符，同机器指令一一对应。n（2）每一种CPU都有自己的汇编指令集。本课件由汇编网（）制作提供1.1节1.10节 小结n（3）CPU可以直接使用的信息在存储器中存放。n（4）在存储器中指令和数据没有任何区别，都是二进制信息。本课件由汇编网（）制作提供1.1节1.10节 小结n（5）存储单元从零开始顺序编号。n（6）一个存储单元可以存储 8 个 bit （用作单位写成“b”），即 8 位二进制数。n（7）1B = 8b1KB = 1024B 1MB = 1024KB 1GB = 1024MB本课件由汇编网

58、（）制作提供1.1节1.10节 小结（续）n（8）每一个CPU芯片都有许多管脚，这些管脚和总线相连。也可以说，这些管脚引出总线。一个CPU可以引出三种总线的宽度标志了这个CPU的不同方面的性能：n地址总线的宽度决定了CPU的寻址能力；n数据总线的宽度决定了CPU与其它器件进行数据传送时的一次数据传送量；n控制总线宽度决定了CPU对系统中其它器件的控制能力。本课件由汇编网（）制作提供1.11 内存地址空间（概述）n什么是内存地址空间呢？n一个CPU的地址线宽度为10，那么可以寻址1024个内存单元，这1024个可寻到的内存单元就构成这个CPU的内存地址空间。下面深入讨论。n首先需要介绍两部分基本

59、知识，主板和接口卡。本课件由汇编网（）制作提供1.12 主板n在每一台PC机中，都有一个主板，主板上有核心器件和一些主要器件。n这些器件通过总线（地址总线、数据总线、控制总线）相连。本课件由汇编网（）制作提供1.13 接口卡n计算机系统中，所有可用程序控制其工作的设备，必须受到CPU的控制。nCPU对外部设备不能直接控制，如显示器、音箱、打印机等。直接控制这些设备进行工作的是插在扩展插槽上的接口卡。本课件由汇编网（）制作提供1.14 各类存储器芯片n从读写属性上看分为两类：随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）n从功能和连接上分类：n随机存储器RAMn装有BIOS的ROMn接口卡上的RAM

60、nPC机中各类存储器的逻辑连接情况本课件由汇编网（）制作提供1.14 各类存储器芯片n装有BIOS的ROM BIOS：Basic Input/Output System，基本输入输出系统。 BIOS是由主板和各类接口卡（如：显卡、网卡等）厂商提供的软件系统，可以通过它利用该硬件设备进行最基本的输入输出。在主板和某些接口卡上插有存储相应BIOS的ROM。本课件由汇编网（）制作提供本课件由汇编网（）制作提供1.15 内存地址空间n上述的那些存储器在物理上是独立的器件。n但是它们在以下两点上相同： 1、都和CPU的总线相连。 2、CPU对它们进行读或写的时候都通过控制线发出内存读写命令。本课件由汇编