微机原理1.ppt

1、微机原理与接口技术,主讲：洪永强教授,第一章 微型计算机概述,1.1 微型计算机的发展概况 1.2 微型计算机的基本结构 1.3 微型计算机系统 1.4 微型计算机的应用,1.1 微型计算机的发展概况,1.1.1 微型计算机的发展历史 1.1.2 微型计算机的发展现状,返 回,1.1.1 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（19731978年）：中高档8位微处理器时代 第三代（1978-1980年）：16位微处理器时代 第四代（1983-1993年）：32位微处理器时期 第五代（19931996）：Pentium微处理器的时代 第六代（19

2、97至今）：加强型Pentium时代 第七代：64位CPU时代,第一代（1971-1973年）：4位和低档8位微处理器时代,典型产品有Intel 4004(1971年、4位)和Intel 8008（1972年、8位）。 特点: 1.字长： 4位或8位 2.时钟频率：1MHz 3.平均执行指令时间：1520s 4.集成度：2000管/片,第二代（19731978年）：中高档8位微处理器时代,Intel 8080,Motorola公司的M6800，Zilog公司的Z80，Intel公司的8085，Rockwell与MOS Technology的6502等。 特点: 1.字长： 8位 2.时钟频率：

3、 24MHz 3.平均执行指令时间： 12 s 4.集成度：5000 10000管/片,第三代（1978-1980年）：16位微处理器时代,Intel公司的8086/8088、Motorola公司的M68000和Zilog 公司的Z8000 特点: 1.字长： 16位 2.时钟频率： 540MHz 3.平均执行指令时间： 0.5 s 4.集成度：20000 60000管/片,第四代（1983-1993年）：32位微处理器时期,1983年Zilog公司推出Z8000微处理器 1984年Motorola公司推出MC68020微处理器 1985年， Intel公司推出能进行多任务处理的32位微处理器

4、80386 1989年， Intel公司推出80486，同期有Motorola公司的M68040 特点: 1.字长： 32位 2.时钟频率： 10120MHz 3.平均执行指令时间： 0.2s 4.集成度：几十万上百万管/片,第五代（19931996）：Pentium微处理器的时代,1993年3月，Intel公司的奔腾（Pentium） 时钟频率：60/66MHz 运行速度：100MIPS 集成度：310万管/片 1995年2月， Intel公司的Pentium Pro 时钟频率：166MHz以上 集成度：550万管/片 1996年 Intel公司的Pentium MMX （多能奔腾）,第六代

5、（1997至今）：加强型Pentium时代,1997年到1999年，Intel公司的Pentium 、Pentium 、AMD公司的AMD-K7，这些芯片的集成度高达750万管/片，时钟频率达到750MHz。 2001年底， Pentium 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Athlon CPU，1.33GHz主频及2GHz主频。,第七代：64位CPU时代,2001年5月，Intel公司正式推出了第一种64位微处理器Itanium。Itanium由英特尔和惠普联合开发，主要用于工作站和服务器机型，内置24MB的3级缓存、工作频率为800M

6、Hz及722MHz的产品，价格为1177美元至4427美元。 AMD公司的AMD-K8,Intel的CPU的发展史,intel 4004，intel 的发展史就是从这块cpu起步的,8008,8085,8086,80286，intel最后一块16位cpu,80386，intel第一代32位cpu,486，这是intel最后一代以数字编号的cpu,pentium，传说中的586,pentium pro,pentium mmx,pentium,celeron，引发超频热潮,pentium_katmai,pentium,Intel pentium tualatin/coppermine,intel

7、pentium_423,intel pentium_478,返 回,微型化、网络化、智能化,1.1.2微型计算机的发展现状,超级流水线技术将流水线深度增加了一倍 数据流单指令多数据扩展2(SSE2)指令集扩展 MMX和SSE技术,更好的支持DVD播放，音频和3D图形数据处理，网络流数据处理等 采用了全新的一级（L1）指令高速缓存技术 采用先进的400MHz系统总线 具有双通道RDRAM，可实现更高性能,返 回,1.2 微型计算机的基本结构,1.2.1 微型计算机的结构特点 1.2.2 微处理器 1.2.3 内存储器 1.2.4 输入输出设备和输入输出接口 1.2.5 总线,返 回,微型计算机结

8、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,返 回,1.2.1 微型计算机的结构特点,1.2.2 微处理器,微处理器也称作中央处理单元，简称CPU（Central Processing Unit）,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，多数CPU是单片的，有时也会见多片型的，即几个片合起来完成一个CPU的功能.,CPU的功能：,1.进行算术和逻辑运算 2.能对指令进行译码并执行规定的动作 3.可暂存少量数据 4.提供整个系统所需要的定时和控制 5.能和存储器、外设交换数据 6.可以响应其他部件发来

9、的中断请求,CPU在内部结构组成,1.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 2.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 3.程序计数器（指令指针） 指向下一条要取出的指令 4.指令寄存器 存放从存储器中取出的指令码 5.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。 6.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要的时序和控制信号。这些信号送到微型计算机的相应部件，以控制这些部

10、件协调工作。,CPU的控制信号,1.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 2.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。,返 回,1.2.3 内存储器,内存储器又叫内存或主存，计算机的记忆部件,存放数据（包括原始数据，中间结果和最终结果）和程序,1.内存单元的地址和内容,内存中存放的数据和程序，从形式上看都是二进制数： 二进制有关的数据单位： 位：1位二进制数据，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,一个存储单元中存放的信息称为该存储单元的内容，每一个字节单元有一个

11、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，如下图所示：,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,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。如：,存储器地址与内容有关说明,1.存储器以字节（8bit）为单位存储信息 2.每个字节单元有一个地址，从0编号，顺序加1 3.地址也用二进制数表示（无符号整数，写成十六进制） 4.地址是16位,可表示216=65536=64K个地址，即0000HFFF

12、FH 5.字长16位，一个字要占用相继的两个字节 6.低位字节存入低地址，高位字节存入高地址 7.机器以偶地址访问（读/写）存储器 8.字单元地址用它的低地址来表示,2.内存操作,CPU对内存的操作有读、写两种 ： 1.读操作是CPU将内存单元的内容取入CPU内部 2.写操作是CPU将其内部信息传送到内存单元保存起来,3.内存分类,按工作方式不同，内存可分为两大类： 随机存取存储器RAM(Random Access Memory) 只读存储器ROM(Read Only Memory) 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

13、入,返 回,1.2.4 输入输出设备和输入输出接口,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。,返 回,1.2.5 总线,总线实际上由一组导线条上关电路组成，是各种公共信号线的集合，用作微机各部分之间传递信息所共同使用的“高速信息公路”。 在CPU，存储器，I/O接口之间传输信息的总线称为“系统总线”。系统总

14、线包括：数据总线，地址总线和控制总线。 1.数据总线（data bus, DB） 数据总线用来传输数据信息，是双向总线 2.地址总线（address bus, AB） 地址总线用于传送CPU发出的地址信息，是单向总线 3.控制总线（control bus, CB） 控制总线用来传送控制信号、时序信号和状态信息等。 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,返 回,1.3 微型计算机系统,1.3.1 微型计算机系统的组成 1.3.2 微型计算机的主要性能指标 1.3.3 典型微型计算机的组

15、成结构,返 回,1.3.1 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,返 回,微型计算机系统的基本组成,1.3.2 微型计算机的主要性能指标,返 回,1.基本字长 基本字长是指参与运算数的基本位数，它是由加法器、寄存器、数据总线的位数决定的 2.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 3.运算速度 人们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 4.系统

16、配置 5.性能价格比,1.3.3 典型微型计算机的组成结构,典型微型计算机主板结构图,返 回,1.4 微型计算机的应用,由于微型计算机具有体积小，价格低，性能可靠，结构灵活，使用方便等特点，所以广泛应用于科学计算，信息处理，工业过程控制，人工智能，计算机辅助设计与制造，商业流通等。主要有以下几个方面： 1.科学计算和信息处理 2.辅助设计和辅助制造 3 .测控领域 4 .网络通信,1. 科学计算和信息处理,科学计算一直是计算机的重要应用领域。发明计算机的原始目的就是为了科学计算 信息处理是微型计算机应用得最广泛的领域。信息处理就是用微型计算机对生产、经济活动、社会和科学研究中获得的大量信息进行存储、分类、变换、计算和传输，以符合人们要求和习惯的形式输出、显示或再控制,2. 辅助设计和辅助制造,计算机辅助设计和辅助制造（CAD/CAM）是微型计算机应用中的另一个重要领域 CAD:是指人们利用计算机帮助设计者进行各种工程设计、模拟和测试 CAM:是指利用计算机控制机械加工和制造,1.4.3 测控领域,1.军事方面 用于导弹、核武器、宇宙飞船、潜水艇、雷达、电子对抗等。 2.工业方面 用于化工过程控制、机床自动控制、冶炼过程控制、发电厂控制、装配