微机原理与接口mc10c01微型计算机概述

微型计算机概述微型计算机概述微型计算机的发展概况微型计算机的分类微型计算机系统微型计算机的应用2微型计算机的发展历史第一代（1971－1973年）：4位和低档8位微处理器时代第二代（1973－1977年）：中高档8位微处理器时代第三代（1978－1984年）：16位微处理器时代第四代（1985－1992年）：32位微处理器时代第五代（1993－1996）：Pentium微处理器的时代第六代（1997－2005）：加强型Pentium时代

第七代：2001年64位CPU时代34位和低档8位微处理器’71-73典型产品有Intel4004（1971年、4位）和Intel8008（1972年、8位）特点：字长：4位或8位运算速度：50KI/s（千指令每秒）时钟频率：1MHz平均执行指令时间：20μs集成度：2000管/片4中高档8位微处理器’73-77Intel8080，Motorola公司的MC6800，Zilog公司的Z80，Intel公司的8085等特点：字长：8位运算速度：500KI/s（8080）、770KI/s（8085）时钟频率：2～4MHz平均执行指令时间：1～2μs集成度：5000～10000管/片516位微处理器’78-84Intel公司的8086/8088、Motorola公司的MC68000和Zilog公司的Z8000特点：字长：16位时钟频率：4～40MHz平均执行指令时间：0.5μs集成度：20000～60000管/片称为CISC(ComplexInstructionSetComputer)632位微处理器时期’85-92Intel公司推出80186、802861986年，Intel公司推出能进行多任务处理的32位微处理器80386，同时有Motorola公司的MC680201989年，Intel公司推出80486，同期有Motorola公司的MC68040特点:字长：32位时钟频率：10～120MHz平均执行指令时间：0.2μs集成度：几十万～上百万管/片7Pentium微处理器的’93-961993年3月，Intel公司的奔腾（Pentium）时钟频率：60/66MHz运行速度：112MIPS集成度：310万管/片1995年2月，Intel公司的PentiumPro时钟频率：166MHz以上集成度：550万管/片1996年Intel公司的PentiumMMX（多能奔腾）8

加强型Pentium

’97-至今1997年到1999年，Intel公司的PentiumⅡ（集成度750万管/片，时钟频率450MHz）、PentiumⅢ（集成度950万管/片，时钟频率500MHz）、AMD公司的AMD-K7（集成度750万管/片，时钟频率750MHz）2001年底，PentiumⅣ主频高达2GHz，具有4200万只晶体管，主流高端32位CPU市场的佼佼者AMD公司的AthlonCPU，1.33GHz主频及2GHz主频964位CPU时代2001年5月，Intel推出了第一种64位微处理器ItaniumItanium由英特尔和惠普联合开发，主要用于工作站和服务器机型2002年Intel发布了Itanium2处理器。Itanium2处理器是Intel第二代64位系列的产品大容量的3级高速缓存集成到处理器硅核上，而不是作为系统主板的一个独立芯片优点：不仅加快了数据检索速度，同时可将3级高速缓存和处理器内核间的整体通信带宽提高近3倍AMD公司的AMD-K810Intel的CPU的发展史Intel4004，Intel的发展史就是从这块CPU起步的11800880851280861380286，Intel最后一块16位CPU1480386，Intel第一代32位CPU486，这是Intel最后一代以数字编号的CPU15Pentium，传说中的586PentiumProPentiumMMX16PentiumIICeleron，引发超频热潮17IntelPentiumIIITualatin/Coppermine图拉丁/铜矿18IntelPentiumIV423IntelPentiumIV47819IntelItaniumIntelItanium220微型计算机的分类按位数分类4位机、8位机、16位机、32位机和64位机按用途分类通用机和专用机按档次分类低档机、中档机和高档机按组装形式和系统规模单片机、个人计算机、笔记本和掌上电脑21微型计算机系统微型计算机系统的组成微型计算机工作过程微型计算机的主要性能指标典型微型计算机的组成结构22微型计算机系统的组成一台完整的计算机必须由硬件和软件这两大部分组成，其中硬件是基础，软件是灵魂，二者缺一不可微型计算机硬件系统是机器的实体部分，主要包括主机和外围设备。微型计算机软件系统主要包括系统软件、各种程序设计语言、应用程序和数据库等2324典型微型计算机的组成结构Pentium系列处理器主处理器总线（3.3V或2.5VI/O,60～66MHz）第二级CacheCache（PBSRAM）标签CntlTagCntlTIO[7:0]82439TX(MTXC)DRAM接口(3.5V或5V)主存储器(DRAM)PCI总线（3.3V或5V,30/33MHz）ISA插槽PCI扩充连接器PCI插槽PCI插槽PCI总线（5V）82380FB(MPCI2)82380AB(MISA)ISA总线（5V）CD-ROM硬盘IDEUDMA/33通用串行总线(USB)ISA/EIO总线(兼容3.3V,5V)USB1USB2GP[I,O](30+)SMB(I2C)音频PC87317VULBIOS串行口红外口并行口鼠标口键盘口软盘口82371AB(PIIX4)硬盘只适应可撤卸的扩充站

微处理器，高速缓存，存储器，逻辑芯片组，I/O控制器，图形、视频、音频系统控制器25计算机组成和工作方式的基本思想1946年美籍匈牙利数学家冯·诺依曼JohnVonNeumann的《关于电子计算机仪器逻辑设计的初步探讨》论文程序存储，程序控制计算机应由运算器、控制器、存储器、输入和输出设备组成存储器不但能存放数据、而且也能存放程序程序事先放入存储器，在指令计数器的控制下自动高速执行程序26微型计算机的硬件结构特点微型计算机系统硬件结构框图由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成27微处理器微处理器也称作中央处理单元，简称CPU本身具有运算和控制功能控制器：负责全机的控制工作运算器：执行所有的算术和逻辑运算微处理器是微型计算机的核心28可以进行算术和逻辑运算能对指令进行译码并执行规定的动作可暂存少量数据提供整个系统所需要的定时和控制能和存储器、外设交换数据可以响应其他部件发来的中断请求CPU一般具备功能29CPU在内部结构组成算术逻辑部件（ALU）：处理各种数据信息，可以进行加、减、乘、除算术和与、或、非、异或等逻辑运算累加器和通用寄存器组：用来保存参加运算的数据以及运算的中间结果，也用来存放地址程序计数器（指令指针）：指向下一条要取出的指令指令寄存器：存放从存储器中取出的指令码译码器：对指令码进行译码和分析，从而确定指令的操作，并确定操作数的地址，再得到操作数，以完成指定的操作时序和控制部件：指令译码器对指令进行译码时，产生相应的控制信号送到时序和控制逻辑电路，组合成外部电路所需的时序和控制信号。这些信号送到微型计算机的相应部件，以控制这些部件协调工作30CPU执行指令的过程执行一条指令的过程分为取指令、分析指令和执行指令取指令CPU根据程序计数器中的指令地址取出存放在存储器中的指令，放入指令寄存器程序计数器自动修改，指向下一条待取出的指令分析指令指令寄存器中的指令进行译码分析执行指令31由CPU内部产生相应的控制信号：送到存储器、输入/输出接口电路和其他部件微型计算机系统的其它部件也会在它们需要的时候向CPU发出各种请求信号：如中断请求、总线请求等CPU的控制信号32内存储器内存储器又叫内存或主存，计算机的记忆部件,存放编写的程序或程序中所用的数据、信息、中间结果内存中存放的数据和程序，从形式上看都是二进制数33存储单元的地址和内容位——计算机存储信息的基本单位字节:每8位组成一个字节字:16位双字:32位每一个字节单元有一个存储器地址，地址用二进制数表示，为无符号整数，书写格式为16进制341514131211109876543210高位字节低位字节字76543210

一个存储单元中存放的信息称为该存储单元的内容16位时，低位字节存入低地址，高位字节存入高地址

两个字节单元构成一个字单元，字单元的地址采用它的

低地址表示35如用X表示某存储单元的地址，则X单元的内容用（X）表示，假如X单元中存放着Y,则（X）=Y,而Y又是一个地址，则可用（Y）=((X))来表示Y单元的内容。字节

34H

12H

1EH2FH

0004H0005H1234H1235H

(0004)=1234H

(1234)=2F1EH((0004H))=2F1EH

例题36

存储器以字节（8bit）为单位存储信息每个字节单元有一个地址，从0编号，顺序加1地址也用二进制数表示（无符号整数，写成十六进制）地址是16位,可表示2^16=65536=64K个地址，即0000H—FFFFH字长16位，一个字要占用相继的两个字节低位字节存入低地址，高位字节存入高地址机器以偶地址访问（读/写）存储器字单元地址用它的低地址来表示存储器地址与内容有关说明37CPU对内存的操作有读、写两种读操作是CPU将内存单元的内容取入CPU内部写操作是CPU将其内部信息传送到内存单元保存起来内存操作38CPU的地址寄存器先给出地址信息，并将它放入地址总线上，地址译码器译码选中相应单元CPU发出“读”的控制信号给存储器存储器将所选地址单元中的内容放到数据总线上，再送至数据寄存器，然后由CPU取走该内容作为所需的信息使用读操作过程39CPU的地址寄存器先把待寻址的地址信息放到地址总线上，地址译码器译码选中相应单元存储器将数据寄存器中的内容放到数据总线上CPU向存储器发出“写”的控制信号，将该内容写入寻址的地址的单元写操作过程40按工作方式不同，内存可分为两大类：随机存取存储器RAM(RandomAccessMemory)只读存储器ROM(ReadOnlyMemory)RAM可以被CPU随机地读和写，所以又称为读写存储器ROM中的信息只能被CPU随机读取，而不能由CPU任意写入内存分类41输入输出设备是指微型计算机上配备的I/O设备也称为外部设备或外围设备（简称外设），其功能是为微型计算机提供具体的输入/输出手段微型计算机上配置的标准输入设备和标准输出设备一般是指键盘和显示器，二者又合称为控制台为了解决微型计算机与种类繁多的外设之间的信息交换，各种外设都通过相应的接口(Interface)电路与主机系统相连输入输出设备和输入输出接口42总线数据总线（databus,DB）数据总线用来传输数据信息，是双向总线地址总线（addressbus,AB）地址总线用于传送CPU发出的地址信息，是单向总线

控制总线（controlbus,CB）控制总线用来传送控制信号、时序信号和状态信息其中有的是CPU向内存和外设发出的信息，有的则是内存或外设向CPU发出的信息可见，CB中每一根线的方向是一定的、单向的，但CB作为一个整体是双向的43微机的工作过程本质上执行程序的过程程序由指令序列组成，执行程序的过程就是执行指令序列的过程执行每一条指令包括取指令与执行指令，微机的工作过程也就是不断地取指令和执行指令的过程44微型计算机的主要性能指标字长字长是指参与运算数的基本位数，由加法器、寄存器、数据总线的位数决定的主存容量一个主存储器所能存储的最大信息容量称为主存容量运算速度用计算机的主频——时钟频率来表示运算速度，以MHz或GHz为单位微处理器指令执行时间（每秒运行百万条指令MIPS）系统总线系统配置外部设备、软件性能价格比45微机软件程序和程序设计语言编译和解释程序操作系统应用软件46微型计算机的应用科学计算和信息处理辅助设计和