1、第第1 1章章 概述概述 知识就是力量。电子计算机是这种力量的放大器。而把人类知识予以扩大的机器也会把一切方面的力量予以扩大。费根鲍姆（美）第第1 1章章 概述概述微型计算机原理微型计算机原理第第1 1章章 概述概述课程内容、地位、作用第第1 1章章 概述概述 第第1章章 微型机系统的基础知识微型机系统的基础知识11 微型机概述微型机概述 12 微型机系统的组成微型机系统的组成13 微机硬件系统结构基础微机硬件系统结构基础14 微处理器模型的组成微处理器模型的组成15 存储器概述存储器概述16 微机的工作原理与程序执行过程微机的工作原理与程序执行过程17 微机中的几个主要性能指标微机中的几个主
2、要性能指标18 微型机系统的配置微型机系统的配置19 计算机的运算基础计算机的运算基础第第1 1章章 概述概述1.1 微型机概述微型机概述1.1.1 微型机的发展简史微型机的发展简史计算机计算机（Computer）又称电脑，是又称电脑，是20世纪最重要的科技成果。世纪最重要的科技成果。计算机是一种能够自动地、高速地、精确地进行信息处理的计算机是一种能够自动地、高速地、精确地进行信息处理的现代化电子设备，是一种帮助人类从事脑力劳动（包括记现代化电子设备，是一种帮助人类从事脑力劳动（包括记忆、计算、分析、判断、设计、咨询、诊断、决策、学习忆、计算、分析、判断、设计、咨询、诊断、决策、学习与创作等思
3、维活动）的工具。与创作等思维活动）的工具。1944年年哈佛大学和哈佛大学和IBM公司合作公司合作,在美国首次制造出了现代计在美国首次制造出了现代计算机的雏形算机的雏形马克马克。1942年年美国物理学家毛希利（美国物理学家毛希利（JohnMauchely）提出了一个名提出了一个名曰曰“高速电子管计算装置高速电子管计算装置”的现代计算机制造方案。该机的现代计算机制造方案。该机于于1946年正式交付使用，取名年正式交付使用，取名ENIAC电子数字积分机电子数字积分机和计算机。和计算机。第第1 1章章 概述概述世界上第一台现代意义的电子计算机是世界上第一台现代意义的电子计算机是1946年美国宾年美国宾
4、夕法尼亚大学设计制造的夕法尼亚大学设计制造的ENIAC1946年由美国宾夕法尼亚大学研制年由美国宾夕法尼亚大学研制 ENIAC（Electronic Numerical Integrator And calculator），），装有装有18,000个电子管，总重量达个电子管，总重量达30吨，吨，运运算速度算速度 5000次次/秒，功耗秒，功耗150kw/h，占地，占地170m2，造价，造价100万美元。万美元。不过它还没有引入不过它还没有引入CPU的概念的概念马克马克第第1 1章章 概述概述计算机的发展计算机的发展 第一代电子计算机称为电子管计算机。第一代电子计算机称为电子管计算机。第二代计算
5、机称为晶体管计算机，其主要逻辑元件采用的第二代计算机称为晶体管计算机，其主要逻辑元件采用的是晶体管。是晶体管。第三代计算机的内存储器采用了半导体存储器，可靠性和第三代计算机的内存储器采用了半导体存储器，可靠性和存取速度有了明显的改善。存取速度有了明显的改善。第四代计算机以采用大规模和超大规模集成电路为标志。第四代计算机以采用大规模和超大规模集成电路为标志。关于第五代计算机人们正在进行着多方面的探索。关于第五代计算机人们正在进行着多方面的探索。从计算从计算机结构及信息理论方面，机结构及信息理论方面，“非冯结构非冯结构”（神经网络（神经网络仿人仿人脑的思维和记忆模型脑的思维和记忆模型），更便于处理
6、某些智能型问题。），更便于处理某些智能型问题。第第1 1章章 概述概述微型计算机的发展是以微处理器的发展来表征的微型计算机的发展是以微处理器的发展来表征的微处理器的集成度每隔微处理器的集成度每隔18个月就会翻一番，芯片的性能也个月就会翻一番，芯片的性能也随之提高一倍随之提高一倍-摩尔定律摩尔定律 微型计算机的发展微型计算机的发展第第1 1章章 概述概述第一阶段第一阶段19711973：典型的微型机以典型的微型机以Intel 4004和和Intel 4040为基础。微处理器和存储器采用为基础。微处理器和存储器采用PMOS工艺，工艺，工作速度很慢。微处理器的指令系统不完整；存工作速度很慢。微处理器
7、的指令系统不完整；存储器的容量很小，只有几百字节；没有操作系统，储器的容量很小，只有几百字节；没有操作系统，只有汇编语言。主要用于工业仪表、过程控制或只有汇编语言。主要用于工业仪表、过程控制或计算器中。计算器中。第第1 1章章 概述概述第二阶段第二阶段19741977：以以8位微处理器为基础，典型的微位微处理器为基础，典型的微处理器有处理器有Intel 8080/8085、Zilog公司的公司的Z80及及Motorola公司的公司的6800。微处理器采用高密度。微处理器采用高密度MOS（HMOS）工艺，具有较完整的指令系统和较强工艺，具有较完整的指令系统和较强的功能。存储器容量达的功能。存储器
8、容量达64KB，配有荧光屏显示配有荧光屏显示器、键盘、软盘驱动器等设备，构成了独立的台器、键盘、软盘驱动器等设备，构成了独立的台式计算机。配有简单的操作系统（如式计算机。配有简单的操作系统（如CP/M）和和高级语言。高级语言。第第1 1章章 概述概述4位、位、8位微处理器位微处理器Intel4004Intel8008Intel8085第第1 1章章 概述概述第三阶段第三阶段19781981：以：以16位和准位和准32位微处理器为基础，位微处理器为基础，如如Intel公司的公司的8086、Motorola的的68000和和Zilog的的Z8000。微处理器采用短沟道高性能微处理器采用短沟道高性能
9、NMOS工艺。工艺。在体系结构方面吸纳了传统小型机甚至大型机的在体系结构方面吸纳了传统小型机甚至大型机的设计思想，如虚拟存储和存储保护。设计思想，如虚拟存储和存储保护。第第1 1章章 概述概述第四阶段第四阶段20世纪世纪80年代年代：80年代初，年代初，IBM公司推出开放公司推出开放式的式的IBM PC，这是微型机发展史上的一个重要这是微型机发展史上的一个重要里程碑。里程碑。IBM PC采用采用Intel 80 x86（当时为当时为8086/8088、80286、80386）微处理器和）微处理器和Microsoft公司的公司的MS DOS操作系统并公布了操作系统并公布了IBM PC的总线设计。
10、的总线设计。第第1 1章章 概述概述Intel8086与Intel8088第第1 1章章 概述概述Intel80286第第1 1章章 概述概述80386的其他一些版本：80386SX，包含16位数据总线和24位地址总线，寻址空间为16MB；80386SL80386SLC，包含 l6位数据总线和25位地址总线，寻址空间为32MB。由于这些微处理器由于与I/O之间传输为16位，故也称为准32位微处理器。第一个实用的第一个实用的32位微处理器，采用位微处理器，采用了了1.5 m工艺，集成了工艺，集成了275,000个晶个晶体管，工作频率达到体管，工作频率达到16MHz。80386的内部寄存器、数据总
11、线和的内部寄存器、数据总线和地址总线都是地址总线都是32位的。通过位的。通过32位的位的地址总线，地址总线，80386的可寻址空间达的可寻址空间达到到4GB。这时由。这时由32位微处理器组成位微处理器组成的微型计算机已经达到超级小型机的微型计算机已经达到超级小型机的水平。的水平。第第1 1章章 概述概述Intel80486第第1 1章章 概述概述第五阶段第五阶段20世纪世纪90年代开始年代开始：RISC（精简指令集计算精简指令集计算机）技术的问世使微型机的体系结构发生了机）技术的问世使微型机的体系结构发生了重大变革。重大变革。第第1 1章章 概述概述Pentium MMX（以（以P55C代称代
12、称1997年）增加了年）增加了57条条多媒体指令多媒体指令在体系结构上，在体系结构上，Pentium在内核中采用了在内核中采用了RISC技术技术，可以说它是，可以说它是CISC和和RISC技术相结合的产物技术相结合的产物第第1 1章章 概述概述 微型计算机的分类微型计算机的分类从不同的角度对微型机进行分类从不同的角度对微型机进行分类:4位微处理器位微处理器 1.单片机单片机8位微处理器位微处理器 2.单板机单板机16位微处理器位微处理器 3.个人计算机个人计算机32位微处理器位微处理器 4.多用户系统多用户系统64位微处理器位微处理器 5.微型机网络微型机网络第第1 1章章 概述概述微处理器、
13、微处理器、微型计算机和微型计算机微型计算机和微型计算机系统系统 微处理器：运算器、控制器的合称，指由大规微处理器：运算器、控制器的合称，指由大规模集成电路构成的中央处理器。模集成电路构成的中央处理器。微型计算机微型计算机(Microcomputer)：指以微处理器为指以微处理器为基础，配以内存储器以及输入基础，配以内存储器以及输入/输出接口电路和相应输出接口电路和相应的辅助电路而构成的裸机。的辅助电路而构成的裸机。微型计算机系统微型计算机系统(Microcomputer System)：指由：指由微型计算机配以相应的外部设备（如打印机、显示微型计算机配以相应的外部设备（如打印机、显示器、磁盘机
14、、磁带机和键盘等），足够的软件、电器、磁盘机、磁带机和键盘等），足够的软件、电源、面板和机架而构成的计算机系统。源、面板和机架而构成的计算机系统。第第1 1章章 概述概述 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入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第第1 1章章 概述概述1.2 1.2 微型机系统的组成微型机系统的组成1.2.1 硬件系统硬件系统 (见见P6 图图1.2)1.2.2 软件系统软件系统 操作系统 MS-DOS 汇编程序 MAS
15、M和LINK 文本编辑程序 EDIT.COM 调试程序 DEBUG.EXE第第1 1章章 概述概述1.3 1.3 微机硬件系统结构基础微机硬件系统结构基础 P9P9三大部分三大部分(CPU、存储器、存储器、I/O）通过三总线（地址总线、数据总线、控制通过三总线（地址总线、数据总线、控制总线）连接而成。总线）连接而成。微型机中有三股信息流：地址信息、数据信息、控制信息。微型机中有三股信息流：地址信息、数据信息、控制信息。单总线、双总线、双重总线。单总线、双总线、双重总线。第第1 1章章 概述概述1.4 1.4 微处理器模型的组成微处理器模型的组成 微处理器由微处理器由运算器、控制器、内部寄存器阵
16、列运算器、控制器、内部寄存器阵列组成。组成。1.4.1 运算器运算器(ALU)进行算术运算、逻辑运算以及移位操作的器件。进行算术运算、逻辑运算以及移位操作的器件。1.4.2 控制器控制器指令寄存器指令寄存器IR:存放从存储器中取来将要执行的指令。存放从存储器中取来将要执行的指令。指令译码器指令译码器ID:对指令进行译码。对指令进行译码。定时与控制电路：产生取指令和执行指令所需的控制信号，每定时与控制电路：产生取指令和执行指令所需的控制信号，每条指令对应控制信号的某种组合。条指令对应控制信号的某种组合。1.4.3 内部寄存器内部寄存器存放参加运算的数或地址、运算结果的状态、存放参加运算的数或地址
17、、运算结果的状态、微机的工作状态。如：微机的工作状态。如：A、PC、F、数据寄存器等。数据寄存器等。第第1 1章章 概述概述1.5 1.5 存储器概述存储器概述1.5.1 1.5.1 基本概念基本概念存储器存储器-微机中存储程序、数据（原始数据、中微机中存储程序、数据（原始数据、中间结果、最终结果）的部件。间结果、最终结果）的部件。字节单元字节单元-8-8位二进制数为一个字节，一个存储位二进制数为一个字节，一个存储单元存储一个字节。单元存储一个字节。存储容量存储容量-存储单元的总数量。存储单元的总数量。第第1 1章章 概述概述1.5.2 1.5.2 存储器组成存储器组成译译码码器器A5A4A3
18、A2A1A03F0001MMNN存储单元存储单元64个单元个单元存储单元的地址存储单元的地址:由由CPU发出发出,存储单元的编号。存储单元的编号。存储单元的内容：存储单元的内容：存储单元的存储单元的存储信息。存储信息。地址内容第第1 1章章 概述概述1.5.3 1.5.3 读写操作过程读写操作过程P13 P13 图图1.91.9读操作过程：读操作过程：1.1.CPUCPU经地址总线发出地址信息，如经地址总线发出地址信息，如0404H H，选中编选中编号为号为0404H H的存储单元。的存储单元。2.2.CPUCPU发出读控制信号，打开该存储单元的相应发出读控制信号，打开该存储单元的相应的门电路
19、。的门电路。3.3.地址为地址为0404H H的存储单元的存储内容的存储单元的存储内容(信息信息)被送被送到数据总线上，进入到数据总线上，进入CPUCPU相应的寄存器，即读入相应的寄存器，即读入CPUCPU。读操作进行后，该单元的原内容不变。读操作进行后，该单元的原内容不变。第第1 1章章 概述概述 写操作过程：写操作过程：1.1.CPUCPU经地址总线发出地址信息，如经地址总线发出地址信息，如0808H H，选中地址选中地址为为0808H H的存储单元。的存储单元。2.2.CPUCPU把数据寄存器的内容（如把数据寄存器的内容（如2626H H）送到数据总线送到数据总线上。上。3.3.CPUC
20、PU发出写控制信号，打开相应的门电路，将数据发出写控制信号，打开相应的门电路，将数据总线上的信息写入该存储单元。总线上的信息写入该存储单元。写操作进行后，该单元的原内容被新写入的数据代写操作进行后，该单元的原内容被新写入的数据代替，原内容被冲掉。替，原内容被冲掉。第第1 1章章 概述概述1.6 1.6 微机的工作原理与程序执行过程微机的工作原理与程序执行过程1.6.1 微机的工作原理微机的工作原理冯冯诺依曼型计算机诺依曼型计算机:1.计算机中的数据和指令采用二进制数。计算机中的数据和指令采用二进制数。2.存储程序。存储程序。3.程序控制。程序控制。1.6.2 程序执行过程程序执行过程 (P14
21、)编写计算编写计算3+2的程序的程序B0 03 MOV AL,03H;把立即数把立即数03送送AL04 02 ADD AL,02H;将将AL的内容和的内容和02 相加相加F4 HLT ;暂停暂停 第第1 1章章 概述概述1.7 1.7 微机中的几个主要性能指标微机中的几个主要性能指标1.7.1 1.7.1 主板的结构与性能主板的结构与性能1.1.主板的结构主板的结构 集中了微机的主要部件和接口，如集中了微机的主要部件和接口，如CPUCPU、存储器存储器（包括高速缓冲存储器）、系统芯片组等。硬盘、（包括高速缓冲存储器）、系统芯片组等。硬盘、光驱、软驱通过总线接在主板上。鼠标、键盘等通光驱、软驱通
22、过总线接在主板上。鼠标、键盘等通过接口或扩充槽与主板相连接。过接口或扩充槽与主板相连接。系统芯片组：超大规模继承电路，含并行接口、系统芯片组：超大规模继承电路，含并行接口、串行接口、定时器串行接口、定时器/计数器、计数器、DMADMA等。等。第第1 1章章 概述概述 2.2.主板的主要性能指标主板的主要性能指标（1 1）微处理器支持能力，）微处理器支持能力，CPUCPU插槽类型、插槽类型、CPUCPU种类、种类、外频范围、电压范围。外频范围、电压范围。（2 2）系统芯片组类型。）系统芯片组类型。（3 3）是否集成显卡、声卡、）是否集成显卡、声卡、MODEMMODEM、网卡。网卡。（4 4）支持
23、内存和高速缓存的类型与容量。）支持内存和高速缓存的类型与容量。（5 5）BIOSBIOS版本、是否支持即插即用。版本、是否支持即插即用。（6 6）扩充插槽及）扩充插槽及I/OI/O接口的数量、类型接口的数量、类型（7 7）主板的电压输出范围。）主板的电压输出范围。第第1 1章章 概述概述1.7.2 1.7.2 微处理器的性能指标微处理器的性能指标1.1.字长字长:CPUCPU的数据总线一次能同时处理数据的位数。的数据总线一次能同时处理数据的位数。2.2.内存容量内存容量:字节存储单元，与字节存储单元，与CPUCPU的地址引脚数有关。的地址引脚数有关。3.3.指令系统指令系统:不同厂家生产的不同
24、厂家生产的CPUCPU，指令系统不同，但功能相似。指令系统不同，但功能相似。8086 8086 CPUCPU的指令系统有的指令系统有148148条基本指令。条基本指令。4.4.运算速度运算速度:P21P21有有3 3种计算速度的方法。种计算速度的方法。以以MIPSMIPS（1 1秒内执行多少百万条指令）为单位，是微处理器运秒内执行多少百万条指令）为单位，是微处理器运行速度的一种度量方式。行速度的一种度量方式。8086 8086 CPUCPU执行指令最短的时间为执行指令最短的时间为400400ns,ns,速度为速度为0.40.41.31.3MIPSMIPS。Pentium4Pentium4的运行
25、速度高达的运行速度高达700700MIPSMIPS。5.5.iCOMiCOM:INTEL:INTEL的综合指数。以的综合指数。以2525MHzMHz的的8048680486SX25SX25为基准（指为基准（指数为数为100100），其他的微处理器与之相比，计算相对值。），其他的微处理器与之相比，计算相对值。6.6.SPECmarkSPECmark：是是SPECintSPECint（系统性能整数数值计算法）与系统性能整数数值计算法）与SPECfpSPECfp（系统性能浮点数值计算法）的合称。系统性能浮点数值计算法）的合称。P22P22第第1 1章章 概述概述THANK YOU VERY MUCH！
