(第1讲)第1章-微型计算机系统课件

1、微机原理及应用张仁彦电话： 86057526-605Email： 公共Email： (密码：20070509) 办公室： J11-328(创新实验室) 微机原理及应用 考核方法考试：开卷考试成绩：平时（作业 + 考勤）+ 试卷20% + 80% 自动化二专成绩 = 试卷成绩考核方法考试：开卷考试内容理论12周，48个学时教材钱晓捷. 微型计算机原理及应用. 第1版. 北京:清华大学出版社. 2006实验（独立设课）7个实验内容理论微机微型计算机PC，Personal ComputerPC，Personal ComputerPC两个关键微处理器特德.霍夫操作系统DOS操作系统加里 基尔代尔PC业

2、的最大赢家：微软和英特尔英特尔微软微机、微处理器、操作系统三者关系？PC英特尔微软微机、微处理器、操作系统人和公司比尔盖茨保罗艾伦加里 基尔代尔 特德.霍夫人和公司比尔盖茨加里 基尔代尔 特德.霍夫微处理器Central Processing Unit （ CPU )微处理器特德.霍夫 与 微处理器世界上首枚微处理器芯片Intel 4004，英特尔，1971年集成了两千个晶体管4位45条指令 处理能力接近于世界上第一台计算机（1946年ENIA）做计算器（受日本ETI计算器公司的委托）“二战”以来最有影响的科学家之一 ENIACElectronic Numerical Integrator特德

3、.霍夫 与 微处理器世界上首枚微处理器芯片“二战”以来最采用 Intel 4004 的计算器ETI计算器公司的目标计算器芯片特德.霍夫的目标通用计算机芯片4004芯片的广告宣告集成电子产品新纪元装在一块芯片上的可编制程序的计算机！计算器=4004+程序存储器+数据存储器+移位寄存器+键盘+数码管 采用 Intel 4004 的计算器ETI计算器公司的目标4特德.霍夫的设想微型、通用、计算机芯片加大芯片集成度，功能随之增强复杂的输入输出信号输入信号集成电路的指令输出信号送出数据控制其它芯片和装置 特德.霍夫的设想微型、通用、计算机芯片加大芯片集成度，功特德.霍夫设计的基础 1936年可计算数学计

4、算机的抽象定义通用计算机设想存在任何计算机都无法解决的问题1946年计算机组成运算器、控制器、存储器、输入和输出设备计算机工作原理存储程序的工作原理图灵“人工智能之父”冯诺依曼 “电子计算机之父 ”特德.霍夫设计的基础 1936年1946年图灵冯诺依曼 存储程序计算机硬件结构运算器输出设备控制器输入设备存储器指令流控制命令数据流微处理器：微机的运算和控制核心 MPU（Micro Processing Unit 或 Microprocessor），也称 CPU（Central Processing Unit)存储程序计算机硬件结构运算器输出设备控制器输入设备存储器指令计算机存储程序的工作原理把程

5、序本身当作数据来对待同样的方式储存执行程序前程序和数据内存储器在执行程序时CPU根据当前程序指针的内容取出指令执行指令后再取出下一条指令并执行如此循环下去直到程序结束指令时才停止执行不断地取指令执行指令保存结果计算机存储程序的工作原理把程序本身当作数据来对待不断地微处理器的基本性能指标字长数据宽度微处理器每个时间单位处理的二进制数据位数例如：一次进行运算、传输的位数字长越长，计算能力越高，速度越快时钟频率微处理器的基本时间单位微处理器的处理速度，主频越高，运算速度越快集成度表明微处理器的生产工艺水平常用芯片上集成的晶体管数量来表达微处理器的基本性能指标字长通用微处理器4位微处理器1971年，I

6、ntel 4004，第一个微处理器8位微处理器M6800、Z80和Intel 8080/8085Apple公司苹果机16位微处理器Intel 8086/8088 16位个人计算机（PC：Personal Computer）32位微处理器80386，80486，PentiumPentium 432位PC机，APPLE公司的Macintosh机64位微处理器通用微处理器4位微处理器专用微处理器MCU ：常用于控制领域单片机（Single Chip Microcomputer）微控制器（Micro Controller）嵌入式控制器（Embedded）生产商：英特尔（Intel）、爱特梅尔（Atml

7、）等DSP：专注于数字信号的高速处理数字信号处理器（Digital Signal Processor）生产商：美国德州仪器公司（TI）专用微处理器MCU ：常用于控制领域计算机巨型机微型机通用微机单片机小型机计算机巨型机微型机通用微机单片机小型机微型计算机的结构应用角度微型计算机的系统组成控制总线CB数据总线DB地址总线ABI/O设备I/O接口系统总线BUS微处理器存储器微型计算机的结构应用角度微型计算机的系统组成控制总线CB微处理器中央处理器 CPU：微机的运算和控制中心包含控制器运算器（整数运算器）寄存器（高速存储单元）高性能 CPU 内部还有浮点处理单元甚至多媒体数据运算单元存储管理单元

8、、代码保护机制Cache微处理器中央处理器 CPU：微机的运算和控制中心存储器存储器（Memory）：存放程序和数据的部件主板上的主存储器（主存、内存）半导体存储器芯片组成（RAM部分断电后信息丢失）相对造价高、速度快、但容量小以外设形式出现的辅助存储器（辅存或外存）磁盘、光盘存储器等构成相对造价低、容量大、信息可长期保存，但速度慢高性能微机的存储系统主存储器、辅助存储器微处理器内部的寄存器（Register）高速缓冲存储器（Cache）计算机运行时，CPU从哪里取指令和数据？内存 OR 外存存储器存储器（Memory）：存放程序和数据的部件计算机运行内存和外存的差别内存集成芯片，价格高容量小

9、断电，信息大部分丢失CPU可以直接访问存放当前正在使用或经常使用的程序和数据外存价格低容量大断电，信息不丢失CPU不能直接访问存放暂时不用的程序和数据CPU要用外存中的信息必须先将信息传送到内存中内存和外存的差别内存外存CPU要用外存中的信息随机存取存储器RAM(Random Access Memory) (a)可以被CPU随机地读和写，又称为读写存储器(b)用来暂时存储用户输入的数据与程序只读存储器ROM(Read Only Memory)(a)只能被CPU随机读取，而不能由CPU任意写入(b)存储微机系统管理程序BIOS等(芯片制造时写入)内存分类内存分类I/O 接口和I/O设备I/O设备

10、（Peripheral）I（Input）设备：键盘、鼠标O（Output）设备：显示器、打印机I/O接口（Interface）功能：信号变换、数据缓冲、联络控制安装位置与主板一体：较简单的I/O接口电路插在主板上：较复杂的I/O接口电路制成独立的电路板（接口卡Card）：人机交互：外设和主机间的桥梁为什么需要这些功能？I/O 接口和I/O设备I/O设备（Peripheral）：系统总线 总线（Bus）：传递信息的一组公用导线、信息通道系统总线（System Bus）地址总线（Address Bus, AB）输出（单向）：主存单元或I/O端口的地址信息数据总线（DATA Bus, DB）读（Re

11、ad）：操作数据输入CPU写（Write）：操作数据输出到外界（主存或外设）控制总线（Control Bus, CB）输出：有些控制信号或状态信号输入：有些请求或联络信号输入、输出系统总线 总线（Bus）：传递信息的一组公用导线、信息通道AB与CPU寻址范围的关系处理器总线，CPU引脚AB个数 m，能访问的存储单元或I/O端口个数：2m存储单元按字节（Byte，B）划分即，每个存储单元能存1个字节数据CPU可访问(寻址)的存储器(内存/主存)容量： 2mB例：m=15，则可访问存储器容量为：( 215 或5K )B215 或 5KAB与CPU寻址范围的关系处理器总线，CPU引脚215 或1KB

12、210 B1024 B1MB220 B1024 KB1GB230 B1024 MB存储容量数据表达1KB210 B1024 B存储容量数据表达I/O端口的地址I/O端口的地址(第1讲)第1章-微型计算机系统课件“微型计算机”的基本组成主板“微型计算机”的基本组成主板主板CPU插槽内存条插槽AGP插槽ATA接口（光驱、硬盘接口）PCI插槽(声卡、网卡、电视卡等)主板CPU插槽内存条插槽AGP插槽ATA接口PCI插槽“微型计算机系统”的基本组成微型计算机微处理器运算器、控制器、寄存器组、内部总线内存储器、输入输出接口电路、系统总线外围设备软件系统软件应用软件微型计算机如果不配有软件称为裸机“微型计

13、算机系统”的基本组成微型计算机微型计算机如果不配有软外部设备 软件微型计算机系统微处理器、微型计算机、微型计算机的系统内存储器 系统总线输入输出接口电路微型计算机运算器 控制器 寄存器组内部总线 微处理器外部设备 软件微型计算操作系统Operating System (OS)操作系统加里 基尔代尔“DOS之父”最早创造了磁盘操作系统（DOS - Disk Operation System）最早为A盘、B盘和C盘（CD-ROM）编写了驱动程序图形用户界面（GUI）的先驱之一开发了DrLogo计算机语言首创了世界上第一个实用的软件API Basic程序的发明者提出Bios概念基本输入输出系统加里

14、基尔代尔 加里 基尔代尔“DOS之父”最早创造了磁盘操作系统（D基尔代尔、Intel和操作系统1972年，买第一台使用芯片的计算机Intel 4004，4位 微处理器写一些技术性的程序 试用新出炉的8008（作Intel的顾问）创建了PC史上革命性的微处理程序设计语言 PL/M打通了微处理器与微电脑的通道1975年，为8080微处理器开发 CP/M 操作系统世界上第一个磁盘操作系统(DOS) 命名 Bios我要把这个小东西(CP/M)叫做Bios(基本内存输入输出系统)，它将适用于任何人们希望的操作环境。基尔代尔、Intel和操作系统1972年，买第一台使用芯片的IBM PC 和 微软1980

15、年，IBM PC 寻找 操作系统基尔代尔微软 盖茨CP/M QDOS（Quick and Dirty Operating System） MSDOS（7.5万美元）MSDOS 卖给 IBMIBM PC 和 微软1980年，IBM PC 寻找 操作系微软的Windows操作系统第一代：Windows 1.0第二代：Windows 2.0第三代：Windows 3.0/3.1第四代：Windows 95/98/98SE/ME第五代：Windows 2000/XP第六代：Windows Vista第七代：Windows 7微软的Windows操作系统第一代：Windows 1.0其他操作系统Unix

16、LinuxMac OS X 其他操作系统Unix“微型计算机系统”的基本组成“微型计算机系统”的基本组成CPU 和 PC的发展8位时代：Apple-II机，中华学习机16位时代：IBM PC系列机1981年，IBM PC机：Intel 8088，DOS1982年，IBM PC/XT（Expanded Technology）1984年，IBM PC/AT（Advanced Technology）IBM PC/XT/AT机的兼容微机32位时代：32位PC机IA-32或其兼容微处理器Windows或Linux64位时代：CPU 和 PC的发展8位时代：Apple-II机，中华学习第1代：4位和低档8

17、位微机400440408008第1代：4位和低档8位微机400440408008第2代：中高档8位微机Z80、I8085、M6800，Apple-II微机Apple-II第2代：中高档8位微机Z80、I8085、M6800，App第3代：16位微机8086808880286第3代：16位微机80868088802868086DB：16位AB ：20位主存容量：1MB时钟频率：5MHz（IBM PC使用4.77MHz）存储器管理方式实方式（Real Mode）准16位微处理器8088外部数据总线：8位IBM PC和PC/XT机使用Intel 8088 CPUIBM PC机IBM PC/XT机80

18、86DB：16位IBM PC机IBM PC/XT机80286DB：16位AB：24位主存容量： 16MB存储器管理方式实方式（Real Mode）与8086工作方式一样保护方式（Protected Mode）提供存储管理、保护机制和多任务管理的硬件支持IBM PC/AT机使用Intel 80286 CPUIBM PC/AT机80286DB：16位IBM PC/AT机IBM PC/AT主板结构IBM PC/AT主板结构IBM PC/ATIBM AT 结构 PC工业标准Industry Standard Architecture，ISA系统总线ISA 总线IBM PC/AT第4代：32位微机803

19、86 80486 Pentium Pentium II Pentium III Pentium 432位PC机、Macintosh机、PS/2机80386486PentiumPentium 4第4代：32位微机80386 80486 Pentiu8038632位结构DB：32位AB：32位可寻址主存：4GB存储器管理方式兼容286虚拟8086方式（Virtual 8086 Mode）保护方式下的8086工作方式系统管理方式（System Management Mode）低功耗节能状态英特尔32位结构：IA-32（Intel Architecture-32）80X86系列微处理器标准IA-32微

20、处理器：80386，80486，Pentium系列8038632位结构英特尔32位结构：804868048680386803878KB Cache浮点处理单元FPU8086/8088：808780286：8028780386：80387高速缓冲存储器Cache复杂指令集计算机（CIS）融合 精简指令集计算机（RIS）指令流水线(pipeline)指令执行划分成多个步骤在多个部件中独立地进行多条指令可以在不同的执行阶段同时进行804868048680386803878KB Cac指令执行方式串行工作方式并行工作方式（指令流水线）指令执行方式串行工作方式Pentium80586DB：32位连接主存

21、的外部数据总线：64位超标量（Superscalar）技术可以并行工作的2条整数处理流水线可以达到每个时钟周期执行2条指令双路高速缓冲（Cache）8KB代码Cache8KB数据CachePentium80586Pentium ProP6， “高能奔腾”两个芯片组成CPU一级（L1）Cache（8KB代码和8KB数据）二级（L2）Cache（256KB或512KB）扩展的超标量技术12级指令流水线能同时执行3条指令动态执行技术分支预测、数据流分析和推测执行Pentium ProP6， “高能奔腾”Pentium II多媒体扩展指令（MMX指令）MMX（MutliMedia eXtension）

22、整数运算多媒体指令对图像、音频、视频和通信方面的程序进行优化提升微机对多媒体的处理能力Pentium MMX（多能奔腾）：MMX指令应用于Pentium处理器Pentium II：MMX指令应用于Pentium ProPentium II多媒体扩展指令（MMX指令）Pentium III数据流SIMD扩展指令（SSE指令）SSE（Streaming SIMD Extensions）浮点单精度多媒体运算指令提高浮点3D数据的处理能力。SSE指令类似于AMD公司发布的3D Now!指令Pentium III：SSE指令应用于Pentium II 单指令多数据SIMDSingle Instructi

23、on Multiple Data表示一条指令具有同时处理多组数据的能力Pentium III数据流SIMD扩展指令（SSE指令）Pentium 4NetBurst的微结构（Microarchitecture） 指令级并行ILP（Instruction-Level Parallel）进一步发掘指令之间可以同时执行的能力超线程HT（Hyper Threading）线程级并行TLP（Thread-Level Parallel）发掘程序中的并行性一个物理处理器形成两个逻辑处理器SSE2指令增强浮点双精度多媒体运算能力SSE3指令增强和完善MMX，SSE和SSE2指令Pentium 4NetBurst的

24、微结构（Microarc32位PC微型机结构32位PC微型机结构主板CPU插槽内存条插槽AGP插槽ATA接口（光驱、硬盘接口）PCI插槽(声卡、网卡、电视卡等)主板CPU插槽内存条插槽AGP插槽ATA接口PCI插槽Intel 80 x86微处理器Celeron（赛扬）微处理器面向低端（低价位）PC机Xeon（至强）微处理器面向高端服务器、工作站AMD微处理器AMD公司生产的IA-32微处理器兼容芯片Intel公司最主要的竞争对手双核微处理器单芯片多处理器SMP技术Intel的Pentium D：单芯片双Pentium 4核心64位微处理器AMD的K8核心：兼容IA-32的64位微处理器Inte

25、l的EM64T（扩展64位技术）： IA-32的64位扩展Intel 80 x86微处理器Celeron（赛扬）微处理器(第1讲)第1章-微型计算机系统课件DOS使用DOS及其启动方法目录和路径内部命令cd、dir、copy、help、cls、exit外部命令可执行：*.COM、*.EXE批处理：*.batDOS使用DOS及其启动方法DOS及其启动方法Windows下进入MS-DOS模拟环境的方法：“开始程序附件命令提示符”“开始运行”对话框中，输入“cmd”命令“开始运行”对话框中，输入“”Windows的模拟DOS程序CMD.EXE文件：支持汉字输入输出、功能更强COMMAND.COM文件

26、：对DOS应用程序的兼容性更好使用CMD.EXE有异常，可改用COMMAND.COMDOS及其启动方法Windows下进入MS-DOS模拟环境的目录和路径目录（Directory）：对应Windows的文件夹路径（Path）：分区:根目录子目录文件名绝对路径：文件的完整路径d:ml615progseg301.asm相对路径：相对当前目录的路径progseg301.asm转换分区d:进入当前目录（Current Directory）cd ml615目录和路径目录（Directory）：对应Windows的文内部命令DOS内部命令：随DOS驻留主存的DOS命令使用方法命令关键字 参数选项常用命令改变目录CD文件列表DIR文件拷贝COPY清除屏幕CLS中止DOS环境EXIT帮助命令HELP内部命令DOS内部命令：随DOS驻留主存的DOS命令外部命令DOS的外部命名：与其他可执行文件一样,以文件形式保存在磁盘上