微机原理及接口技术第2-1章

第2章微机硬件基础微机、计算机、电脑、单片机计算机：包括大型机、中型机、小型机和微型机微机：微型计算机电脑：对微型计算机的俗称单片机：把微型计算机集成在一个芯片上微型计算机(Microcomputer)是指以微处理器为基础，配以内存储器及输入输出(I／0)接口电路和相应的辅助电路而构成的裸机。2.1计算机系统概述

CPU电源I/O接口显卡主板内存条光驱软驱硬盘P965（Intel965P）南桥PCI插槽PCI-E插槽SATA接口北桥CPU插座内存插槽电源插槽软驱接口ATA接口I/O接口区主板上的主要部件芯片组（南北桥/HUB）CPU插座内存插槽系统BIOSCMOS，存放硬件配置参数总线扩展槽，PCI、ISA外设接口软/硬盘、光驱插座2.1.1硬件系统硬件：能看得见摸得着的物理电子设备硬件系统：运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备

运算器：功能：算术运算、逻辑运算及移位运算

组成：算术逻辑运算单元（ArithmeticLogicUnit,ALU）和寄存器（Register,R）控制器：功能：实现对计算机部件的协调调度完成指令的分析执行组成：程序计数器（Programcounter,PC）或叫指令指针（InstructionPointer,IP）、指令寄存器（Instructionregister,IR）、指令译码器（InstructionDecoder,ID）、微操作命令发生器、时序发生器等存储器：功能：存储程序与数据分类：内存（主存）、外存（辅存）输入/输出设备（人机交互）输入：将外界的信息输入计算机，如键盘、鼠标等输出：将计算机内部的信息输出，如显示器、打印机等要点：1．以二进制表示数据和指令(程序)2.先将程序存入存储器中，再由控制器自动读取并执行输入设备控制器输出设备

CPU

存储器运算器ALU一、几个相关的概念：cpu（中央处理器）：运算器、控制器（核心)µP（微处理器）：CPU是单芯片µC（微机）：CPU、内存、系统总线（主机）外设：外存（如硬盘）、输入/出设备接口电路：连接主机与外设使之通讯的设备µCS（微机系统）：主机、接口电路、外设及机箱电源、其它辅助设备等硬件系统和软件系统一起构成微机系统Bus（总线）：各种设备进行通讯的公用通道DB（数据总线）：传输数据信号，双向AB（地址总线）：传输地址信号，单向CB（控制总线）：传输命令和状态信号，单向存储器I/O接口输入设备I/O接口数据总线DB控制总线CB地址总线AB输出设备CPU微机的硬件由CPU、存储器、输入/输出设备构成；输入/输出设备通过输入/输出接口与系统相连；(输入/输出接口简称I/O接口)各部件通过总线连接。构成部件二、有关术语1.位(bit)2.字节(Byte)3.字和字长(word)4.位编号5.指令、指令系统和程序6.寄存器7.译码器1.

位(bit)

指计算机能表示的最基本最小的单位在计算机中采用二进制表示数据和指令，故：位就是一个二进制位，有两种状态，“0”和“1”2.字节(Byte)

相邻的8位二进制数称为一个字节1Byte=8bit

如：11000011010101113．字和字长

字长是每一个字所包含的二进制位数。常与CPU内部的寄存器、运算装置、总线宽度一致

字是CPU内部进行数据处理的基本单位。例某CPU内含8位运算器，则：参加运算的数及结果均以

8位

表示,最高位产生的进位或借位在8位运算器中不保存，而将其保存到标志寄存器中10110101被加数8位

+10001111加数8位进位1

11111101000100和8位PSW标志寄存器运算器标志寄存器运算器被加数加数和进位字长是衡量CPU工作性能的一个重要参数。不同类型的CPU有不同的字长。如:Intel4004是4位

8080是8位

8088/8086/80286是16位

80386/80486、Pentium是32位10101100011001011001100001000011被加数

+11000011110000110001010101011000加数进位

11111111111101110000001010001010110110011011和

4位8次8位4次16位2次32位1次位1或01位字节110000118位字110000110011110016位双字1100001100111100110000110011110032位高字节低字节高字低字把一个字定为16位，1Word=2Byte

一个双字定为32位

1DWord=2Word=4Byte4.位编号为便于描述，对字节,字和双字中的各位进行编号。从低位开始，从右到左依次为0、1、2．．．←编号7654321010100010D7D6D5D4D3D2D1D0A7A6A5A4A3A2A1A0字节数据Data地址AddressD0D7D15D8158101010101010101070A0A7A15A8字的编号为15~0双字的编号依此类推，为31~05.指令、指令系统和程序一个CPU能执行什么操作，是工程人员设计和制造好的，是固定的，用户不能改变。指令是CPU能执行的一个基本操作。如：取数、加、减、乘、除、存数等指令系统是CPU所能执行的全部操作。不同的CPU，其指令系统不同。程序是用户在使用计算机时，为要解决的问题，用一条条指令编写的指令指令的序列。

构成程序的指令在存储器中一般都是顺序存放， 要破坏这种顺序性，必须由转移指令操作。

6．寄存器

寄存器是用来存放数据和指令的一种基本逻辑部件。根据存放信息的不同，有指令寄存器、数据寄存器、地址寄存器等。标志寄存器地址总线AB数据总线DB控制总线CB指令寄存器数据寄存器控制电路指令译码器地址寄存器指令指针寄存器R1R2R3R4寄存器组运算器IPCPU结构示意图7．译码器译码器是将输入代码转换成相应输出信号的逻辑电路。指令是CPU能执行的一个基本操作;CPU的设计者对CPU的所有指令进行编码;用户用编码形式的指令进行编程，程序存放在内存中;CPU从内存取来编码形式的指令,对指令进行译码，发出执行该指令功能所需的信号CPU总线内存标志寄存器地址总线AB程序数据数据总线DB控制总线CB地址译码器、、、指令1指令2指令3指令4、、、、、、数据1数据2数据3、、、指令寄存器数据暂存器控制电路指令译码器地址寄存器指令指针寄存器R1R2R3R4寄存器组运算器IP根据译码内容的不同，可分为：

指令译码器:将指令代码转换成该指令所需的各种控制信号。

地址译码器:将地址信号转换成各地址单元相应的选通信号。2.1.2软件系统软件：程序和数据的集合，灵魂软件系统：系统软件：计算机厂家为普及推广计算机而开发的软件，如操作系统（OperatingSystem,OS）、语言处理系统、数据库管理系统（DataBaseManagementSystem,DBMS）、工具支撑软件应用软件：用户或软件厂商为某种应用而开发的软件

2.1.3软件和硬件的关系硬件是基础，软件是发展硬件和软件缺一不可硬件和软件相互促进2.2微机发展概况

2.2.1微机发展史四个重要年份1946年：第一台电子计算机（ENIAC）诞生1969年：Internet的雏形APARNET诞生1971年：第一块微处理器芯片INTEL4004诞生1981年：第一台IBMPC微机诞生微机概况：五代：电子管、晶体管、集成电路、大规模集成电路、超大规模集成电路分类：巨型机、大型机、中型机、小型机和微型机特性：体积小、重量轻、功耗低、价格便宜、结构灵活、软件丰富

微处理器发展简史1971-1973：Intel4004及4040。字长4位，集成度2300管/片，时钟频率1MHZ。1973-1977：Intel8080/8085。字长8位，地址线16根，集成度1万管/片，时钟频率2－4MHZ。1978－1980：Intel8086/8088。字长16位，地址线20根，集成度2－6万管/片，时钟频率4－8MHZ。1981－1984：Intel80286。字长16位，地址线24根，集成度约13万管/片，时钟频率6－20MHZ。1985－1989：Intel80386。字长32位，地址线32根，集成度15－50万管/片，时钟频率16－40MHZ。1989－1992：IBMPowerPC601。字长32位，地址线32根，集成度120万管/片，时钟频率33－100MHZ。1993－1994：Intel的Pentium（奔腾）、IBMPowerPC604。集成度350万管/片，时钟频率50－166MHZ。1995年之后：Intel的PentiumPro(550万管/片)、Celeron（赛扬）。字长32位，数据64位，地址线32根。2.2.2微机的发展特点数据总线宽度从4位上升到64位。

集成度不断提高，线宽已缩小到0.13微米。

主频不断上升，最高已达3.4GHZ（2005年4月）高度集成采用超标量结构的多路执行流水线技术、分支预测技术、数据和代码二级高速缓存技术、指令动态执行技术等新技术。性能越来越高，价位越来越低。体积越来越小

网络化、多媒体化及智能化。配置电源管理功能，趋于绿色电脑2.2.3微机的分类字长：4、8、16、32、64位机CPU型号：186、286、386、486、P、PII、PIII、P4、CE、CEA、CEII、P4Ce、MII、MIII、K6、K6－2、K6III、Duron、Athlon结构：单板机、普通微机体积和性能：台式机、笔记本电脑、掌上电脑共享特性：单用户单任务型、单用户多任务型、多用户型。2.2.4性能指标字长：指CPU可以同时运算或传输的二进制的数据位数。字长越长，速度越快、精度越高、表示范围越大。速度：主频（MHZ或GHZ）、次/秒（每秒运算次数）、MIPS（百万条指令每秒）。容量：内存容量MB硬盘容量GB外设配置：如显示器、光驱、声卡、音箱、打印机。软件配置：操作系统、开发软件和应用软件。

2.2.5应用领域科学与工程计算

数据与信息处理工业