微机原理课件第1讲
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微机原理课件1PPT课件
d、串操作时，地址的修改与方向标志DF有关，当DF=1 时，SI/DI作自动减量修改，当DF=0时，SI/DI作自 动增量修改。
e、在执行串操作指令过程中，IP保持指向重复前缀(前 缀本身也是一条指令)与重复前缀指令
Ａ、REP： CX←─CX-1 ,当CX=0退出重复,否 则执行其后的串指令。
Ｃ、非压缩的BCD码调整指令
AAA：加法的ASCII调正指令条件：
条件：用ADD/ADC将2个非压缩BCD码相加，和 存于AL中。
操作：将AL中和调正到非压缩的BCD格式。将 调正产生的进位值加到AH中。
AAS：减法的ASCII调正指令
条件：用SUB/SBB将2个非压缩BCD码相减，差 存于AL中。
操作：将AL中差调正到非压缩BCD格式，其调 正产生的借位从AH中减去。
2020/10/13
1
AAM：乘法的ASCII调正指令。(对结果调正)
条件： 用MUL将2个非压缩BCD码相乘(要求高4位 为0)， 结果存于AL中。
操作：将AL内容除以OAH，其商存于AH中，余 数存于AL中。
AAD：除法的ASCII调整指令(对被除数必须进行调整)
带进位循环右移：
RCR OPR,CNT
其中: OPR：reg;mem
CNT：1或CL
2020/10/13
5
五、串处理指令
8086的串处理指令有如下几个特点：
a、通过加重复前缀(REP REPNZ等)实现串操作。
b、可以对字节／字串进行操作
c、用SI对源操作数进行间接寻址(在DS段中),用DI对目 的操作数进行间接寻址(在ES段中)。
2020/10/13
3
２、移位指令 逻辑左移： SHL OPR,CNT
e、在执行串操作指令过程中，IP保持指向重复前缀(前 缀本身也是一条指令)与重复前缀指令
Ａ、REP： CX←─CX-1 ,当CX=0退出重复,否 则执行其后的串指令。
Ｃ、非压缩的BCD码调整指令
AAA：加法的ASCII调正指令条件：
条件：用ADD/ADC将2个非压缩BCD码相加，和 存于AL中。
操作：将AL中和调正到非压缩的BCD格式。将 调正产生的进位值加到AH中。
AAS：减法的ASCII调正指令
条件：用SUB/SBB将2个非压缩BCD码相减，差 存于AL中。
操作：将AL中差调正到非压缩BCD格式，其调 正产生的借位从AH中减去。
2020/10/13
1
AAM：乘法的ASCII调正指令。(对结果调正)
条件： 用MUL将2个非压缩BCD码相乘(要求高4位 为0)， 结果存于AL中。
操作：将AL内容除以OAH，其商存于AH中，余 数存于AL中。
AAD：除法的ASCII调整指令(对被除数必须进行调整)
带进位循环右移：
RCR OPR,CNT
其中: OPR：reg;mem
CNT：1或CL
2020/10/13
5
五、串处理指令
8086的串处理指令有如下几个特点：
a、通过加重复前缀(REP REPNZ等)实现串操作。
b、可以对字节／字串进行操作
c、用SI对源操作数进行间接寻址(在DS段中),用DI对目 的操作数进行间接寻址(在ES段中)。
2020/10/13
3
２、移位指令 逻辑左移： SHL OPR,CNT
微机原理课件ppt
04
微机程序执行过程
程序加载与执行
程序加载
将程序从存储介质中读取到内存中， 为程序的执行做好准备。
程序执行
CPU按照指令逐条执行程序，完成程 序所要求的任务。
指令执行流程
取指令
CPU从内存中读取指令并存放到指令寄存器 中。
指令译码
对指令进行译码，确定指令的操作码和操作 数。
执行指令
根据译码结果，完成相应的操作，如数据传 输、算术运算、逻辑运算等。
的外设接口。进入21世纪后，微机进一步 发展为DSP（数字信号处理）和FPGA（现 场可编程门阵列）等高性能计算平台。现在 ，微机已进入物联网和人工智能时代，成为
智能硬件的核心组成部分。
微机的应用领域
总结词
微机广泛应用于工业控制、智能家居、医疗设备、航 空航天等领域。
详细描述
由于微机具有体积小、功耗低、价格实惠等优点，它被 广泛应用于各种领域。在工业控制领域，微机可以用于 实现自动化生产线的控制和监测。在智能家居领域，微 机可以用于实现智能照明、智能安防、智能家电控制等 功能。在医疗设备领域，微机可以用于实现医疗影像处 理、医疗数据分析和医疗设备控制等功能。在航空航天 领域，微机可以用于实现飞行控制、导航数据处理和卫 星通信等功能。
立即数
表示常数或立即操作数的值。
注释
用于解释指令的含义和功能，方便阅读和理解。
指令类型
数据传输指令
用于在内存和寄存器之间传输数据，如 MOV指令。
逻辑运算指令
用于进行逻辑运算，如AND、OR、XOR等 指令。
算术运算指令
用于进行算术运算，如ADD、SUB、MUL 、DIV等指令。
控制转移指令
用于改变程序的执行流程，如JMP、CALL 、RET等指令。
微机原理PPT(第一、二、三章)
格雷码
相邻两个数之间只有一位不同，常用 于模拟量和数字量之间的转换以及误 差检测等场合。
03
微处理器结构与工作原理
微处理器内部结构剖析
微处理器基本组成
流水线技术
包括运算器、控制器、寄存器等基本 部件。
提高指令执行效率的关键技术之一。
指令执行过程
取指、译码、执行、访存、写回等阶 段。
指令系统概述及分类方法
实现不同进制数之间的转换。
计算机中数的表示方法
原码表示法
将最高位作为符号位，其余各位表示 数值本身。
反码表示法
正数的反码与其原码相同，负数的反 码是在其原码的基础上，符号位不变， 其余各位取反。
补码表示法
正数的补码与其原码相同，负数的补 码是在其原码的基础上，符号位不变， 其余各位取反后加1。
移码表示法
02
计算机中的数与编码
进制数及其转换方法
十进制数
以10为基数，采用0-9共10个 数字符号组成的数值表示方法
。
二进制数
以2为基数，采用0和1两个数字 符号组成的数值表示方法。
十六进制数
以16为基数，采用0-9和A-F共 16个数字符号组成的数值表示 方法。
进制数转换方法
包括整数部分和小数部分的转换 ，通过除基取余法和乘基取整法
微机原理ppt(第一、二 、三章)
目录 CONTENT
• 绪论 • 计算机中的数与编码 • 微处理器结构与工作原理 • 汇编语言程序设计基础 • 输入输出接口技术与应用 • 中断系统与定时/计数器应用
01
绪论
微机原理课程概述
课程性质
微机原理是一门研究微型计算机 基本组成、工作原理、接口技术
及其应用的课程。
微机原理课件第一章绪论
分成3组：地址总线、数据总线和控制总线。 3）电器特性：电器特性定义每一根线上信 号的传输方向及有效电平范围。
4）时间特性：时间特性定义了每根线上的
信号在什么时间有效。a
10
2. 总线分类
从总线的不同使用角度可以分为以下几类：
1）内部总线
2）元内件部级总总线线是微处理器内部各个部件之间
传 脚 结 的 有 由 要 数 传 位 微 22据 数 3部 方 接 接 号 统0216与送 的 构 微 利 微 部 据 送 数 型 位 的 位 数 向 口 口 和 需=6元 地 数 控微， 等信 限 ， 处 于 处 件 总 地 决 机 通 据 就 电 部 总 要4K件址据制处最。息制有理内理的线址定的路总具路件线确B级总总理I大的，利器部器总和的了地，线体发向请定。nt总线线器CC寻通目于内数芯线控，址是为信送求，1e6lPP线是是的址8道前集部据片。制是总三号读信一位8UU位0是 用C位范。 内 成 采 传 厂 元 总 三 线 态 而 、 号 般可 输微8，P8连 来数围由 部 度 用 送 家 件 线 态 为 双 定 写 等 为直入处CU故P相接 传为18于 总 提 双 速 生 级 三 单 向 ， 信 。用 与复接理称6位U同计 送位 2制 线 高 总 度 产 总 种 向 如 号 控来存寻位器内2为。0，算 控，C造 大 及 线 加 设 线 。 总 ， 制向储址信=8部准0P1一机 制最芯 多 成 或 快 计 包 线 ， 片 总存器号的8M字U16般系 信大6片 品 的 选 线数 三 。 括 。 数储及内、向的B长位。为统号寻的率。信宽采总内地据器外存中存地为微8中的址面提号度用线部址总或设断容储址1位处6两，范积高；根单结总总线交量I请器总位/，理O个传围和。而据总构线线的换求或线，端1器6重送为I引有系线，是、的位信数8I为外//口位。OO，
第1章微机原理PPT课件
2.第二代微处理器
8080/8085，Z80，6800/6802，6502
位数 集成度 时钟频率
平均指令执行时间
8
5000 2-4MHz
1-2μS
外围电路发展迅速，应用广泛。
.
6
3.第三代微处理器
70年代后期出现16位处理器，8086/8088，M68000，Z8000
位数 集成度 时钟频率
平均指令执行时间
例 将(10101)2，(72)8，(49)16转换为十进制数。 (10101)2=1×24＋0×23＋1×22＋0×21＋1×20=37 (72)8=7×81+2×80=58 (49)16=4×161＋9×160=73
.
31
2. 十进制数转换为二进制数
十进制数转换二进制数,需要将整数部分和小数部分分 开,采用不同方法进行转换,然后用小数点将这两部分连接 起来。
3. 16位微处理器
处理能力强，中高端应用。如Intel 8086/8088/80286，MCS96， 摩托罗拉龙珠系列，当前主流DSP(TMS320VC54X,BF535等)。
.
9
4.32位微处理器
主要中高端应用。
Intel 80386-P4，AMD Duron/Althlon,TM5800,VIA Eden,ARM系 列，MIPS R4000，SH3。
微型计算机系统
微处理器
算术逻辑部件（ALU） 累加器，寄存器 控制部件 内部总线
微型计算机 存储器（RAM/ROM）
输入/ 输出接口
系统总线
外围设备（显示器、磁盘控制器、键盘、执行器等）
系统软件
.
14
二 微处理器
微处理器（CPU）具有运算和控制能力，是微型计算机的核心。
《微机原理讲 》课件
中央处理器（CPU）是微机的 核心部件，负责执行指令和处
理数据。
CPU由运算器和控制器组成， 运算器负责进行算术和逻辑运 算，控制器负责控制指令的执
行顺序。
CPU的性能指标主要包括时钟 频率、指令集、缓存大小等。
多核处理器是当前CPU发展的 趋势，能够提高处理器的并行 处理能力。
存储器
存储器是微机中用于存储数据 的部件。
高级语言
高级语言是一种更接近自然语言和数 学表达式的编程语言，如C、C、Java 等。这些语言具有更好的可读性和可 维护性。
数据库管理系统
数据库管理系统定义
数据库管理系统是一种用于创建、使用和维护数据库的软 件系统。
数据库的类型
关系型数据库和非关系型数据库是两种主要的数据库类型。关系 型数据库如MySQL和Oracle，非关系型数据库如MongoDB和
03
输入输出设备的性能指标主要包括精度、速度、可靠性等。
04
智能设备的出现使得输入输出设备越来越多样化，如语音识别、手势 控制等。
总线
总线是微机中用于连接各个ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ件的通道。
总线分为数据总线、地址总线和控制总线三类 ，数据总线用于传输数据，地址总线用于传输 地址信息，控制总线用于传输控制信号。
总线的性能指标主要包括数据传输速率、传输 带宽等。
《微机原理讲》ppt课件
目录 CONTENTS
• 微机原理概述 • 微机的硬件结构 • 微机的软件系统 • 微机的应用 • 微机的发展趋势
01
微机原理概述
微机的基本概念
微机
01
微型计算机的简称，是一种体积小、结构紧凑、性能强大的计
算机系统。
微机的特点
02
理数据。
CPU由运算器和控制器组成， 运算器负责进行算术和逻辑运 算，控制器负责控制指令的执
行顺序。
CPU的性能指标主要包括时钟 频率、指令集、缓存大小等。
多核处理器是当前CPU发展的 趋势，能够提高处理器的并行 处理能力。
存储器
存储器是微机中用于存储数据 的部件。
高级语言
高级语言是一种更接近自然语言和数 学表达式的编程语言，如C、C、Java 等。这些语言具有更好的可读性和可 维护性。
数据库管理系统
数据库管理系统定义
数据库管理系统是一种用于创建、使用和维护数据库的软 件系统。
数据库的类型
关系型数据库和非关系型数据库是两种主要的数据库类型。关系 型数据库如MySQL和Oracle，非关系型数据库如MongoDB和
03
输入输出设备的性能指标主要包括精度、速度、可靠性等。
04
智能设备的出现使得输入输出设备越来越多样化，如语音识别、手势 控制等。
总线
总线是微机中用于连接各个ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ件的通道。
总线分为数据总线、地址总线和控制总线三类 ，数据总线用于传输数据，地址总线用于传输 地址信息，控制总线用于传输控制信号。
总线的性能指标主要包括数据传输速率、传输 带宽等。
《微机原理讲》ppt课件
目录 CONTENTS
• 微机原理概述 • 微机的硬件结构 • 微机的软件系统 • 微机的应用 • 微机的发展趋势
01
微机原理概述
微机的基本概念
微机
01
微型计算机的简称，是一种体积小、结构紧凑、性能强大的计
算机系统。
微机的特点
02
微机原理第一章节PPT课件
1989年推出了80486（时钟频率为30～40MHz），集成度达 到15万～50万管/片（168个脚），甚至上百万管/片，因此 被称为超级微型机。
返回
1993年，xx公司推出了新一代高性能处理器Pentium
（奔腾）2，Pen微tium机的速发度展比8史0486快数倍。AMD和Cyrix
推出了与Pentium兼容的处理器K5和6x86，获得了少部分 的市场份额。 1971年xx公司1为99了6年设，计x高x公级司袖推珍出计了算P器en设ti计um了P第ro一（台高微能机奔x腾x4）00，4 以CPU的发P1展9e9n、7ti年u演m初变P，过rox的程x发性为布能线了有索P了，en质介tiu的绍m飞微的跃机改。系进统型的号发—展—过Pe程nt，ium 主要以xx公司的MCMPUX为（主多线能。奔腾）。兼容CPU厂商在这段时间也相继推 第一代：4位及低出的档了要8多数位款 A微M产处D品的理来K器与6。Pentium MMX竞争，其中最具代表性 第二代：中、低1档9987位年微推处出理了器PⅡ。PⅡ是对Pentium Pro的改进，因为其 第三代：高、中核速档心度8位结，微构 且处与 支理持Pe器MntiMumX指Pr令o类集似。，但加快了16位指令的执行 第四代：16及低1档99382年位推微出处了理赛器扬（Celeron）PⅡ的二级缓存以及其它可 第五代：高档32以1位9省9微9略年处的 又理东推器出西了，开从发而代将号价为格C降o了pp下er来m。ine的PⅢ，该芯片大 第六代：高档64大位加微强处C理PU器在三维图像和浮点运算方面的能力。 2000年3月底，xx又推出了566MHz和600MHz的赛扬Ⅱ （也叫Coppermine-128kB）。
年 代 电子器件
应 用范围
1946--1958 电子管
返回
1993年，xx公司推出了新一代高性能处理器Pentium
（奔腾）2，Pen微tium机的速发度展比8史0486快数倍。AMD和Cyrix
推出了与Pentium兼容的处理器K5和6x86，获得了少部分 的市场份额。 1971年xx公司1为99了6年设，计x高x公级司袖推珍出计了算P器en设ti计um了P第ro一（台高微能机奔x腾x4）00，4 以CPU的发P1展9e9n、7ti年u演m初变P，过rox的程x发性为布能线了有索P了，en质介tiu的绍m飞微的跃机改。系进统型的号发—展—过Pe程nt，ium 主要以xx公司的MCMPUX为（主多线能。奔腾）。兼容CPU厂商在这段时间也相继推 第一代：4位及低出的档了要8多数位款 A微M产处D品的理来K器与6。Pentium MMX竞争，其中最具代表性 第二代：中、低1档9987位年微推处出理了器PⅡ。PⅡ是对Pentium Pro的改进，因为其 第三代：高、中核速档心度8位结，微构 且处与 支理持Pe器MntiMumX指Pr令o类集似。，但加快了16位指令的执行 第四代：16及低1档99382年位推微出处了理赛器扬（Celeron）PⅡ的二级缓存以及其它可 第五代：高档32以1位9省9微9略年处的 又理东推器出西了，开从发而代将号价为格C降o了pp下er来m。ine的PⅢ，该芯片大 第六代：高档64大位加微强处C理PU器在三维图像和浮点运算方面的能力。 2000年3月底，xx又推出了566MHz和600MHz的赛扬Ⅱ （也叫Coppermine-128kB）。
年 代 电子器件
应 用范围
1946--1958 电子管
《微机原理》教学课件 第1章 计算机系统概述
0.09μm / 315万
执行速度 (MIPS)
0.06 0.75
1. 5
112
时钟频率 (MHz)
代表产品
<1
MCS-4,MCS-8 4004，8008
<4
Intel8080,8085 M6800,Z80
4~10
Intel8086,80286 M68000,Z8000
16~3G
Intel8386,80486 Pentium ,Ⅱ, Ⅲ，4
（3）知识库管理功能。要求能完成知识获取、检 索和更新等功能。
第一章 计算机系统概论
1.1.2 微型计算机的发展
微型计算机指采用超大规模集成电路，形成体积 小、重量轻、功能强、耗电少的计算机系统。
电子计算机技术 微型计算机
超大规模集成电路工艺技术
结 晶
微型机的发展是以微处理器的发展为表征的，以 微处理器为中心的微型机是电子计算机的第四代产 品。微处理器自1971年诞生以来，发展迅猛，每 2～3年就更换一代。
第一章 计算机系统概论
第五代计算机设想：
1981年日本提出实现智能计算机，但没有取得预 期的结果。美国也有多家公司推出智能计算机。一 般要求智能计算机具有下列功能：
（1）智能接口功能。能自动识别自然语言、图形、 图象。即有语音识别、视觉、感知、理解功能。
（2）解题推理功能。根据自身存储的知识进行推 理，具有问题求解和学习的功能。
第一章 计算机系统概论
2. 电子数字计算机的发展的四个阶段
时间
46－5 8
器件
电子管
58－6 4
晶体管
64－7 1
集成电路
71－今
大规模集 成电路
微机原理课件
他内部器件，外部总线连接微机和其他外部设备。
总线的性能指标包括总线的带宽、总线的时钟频率、总线的传
03
输速率等。
03 软件组成
指令系统
指令集
指令系统是计算机硬件与软件之间的接口，它规定了计算机所支持 的指令集合，包括指令格式、寻址方式、操作码等。
指令类型
根据功能的不同，指令可以分为多种类型，如算术运算指令、逻辑 运算指令、移位指令、跳转指令等。
03
微机系统的基本工作流程是： 输入信息 -> 存储器存储 -> 控 制器指挥运算器进行运算 -> 输出结果。
02 硬件组成
中央处理器
01
CPU是微机的核心部件，负责执行指令和处理数据。
02
CPU由运算器和控制器组成，运算器负责进行算术和
逻辑运算，控制器负责控制指令的执行顺序。
03
CPU的性能指标包括时钟频率、指令集、缓存大小等
04 系统组成与控制
操作系统
操作系统定义
操作系统是计算机系统中的核心软件，负责管理系统资源、控制程序执行、提供系统界 面等。
操作系统功能
操作系统具有进程管理、内存管理、文件管理、设备管理等功能，旨在提高计算机系统 的效率和可靠性。
常见操作系统
Windows、Linux、MacOS等。
程序控制与中断系统
微机原理课件
目录
• 微机系统概述 • 硬件组成 • 软件组成 • 系统组成与控制 • 应用领域与发展趋势 • 实验与上机操作指南
01 微机系统概述
微机系统的基本组成
运算器是计算机的核心部件 ，负责进行算术运算和逻辑
运算。
计算机的基本组成包括运算 器、控制器、存储器、输入
微机原理第一章计算机基础幻灯片PPT
特点
– 字长： 8位 – 时钟频率： 2～4MHz – 平均执行指令时间： 1～2 μs – 集成度：5000 ～ 10000管/片
第1章 微型计算机基础
1.1 概
第三代微型机（1978-1984）16位微处理器
Intel公司的8086/8088、Motorola公 司的M68000和Zilog 公司的Z8000
冯· 诺依曼结构计算机的 3 点重要设计思想：
① 由控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设 备5 个基本部分组成。
② 采用二进制。
③ 指令和数据都放在存储器中，机器能自动执行程 序（存储程序思想）
第1章 微型计算机基础
1.1 概
计算机发展简史
1946第一台电子计算机ENIAC。 第一代计算机 — 1946 ~ 1955，电子管。 第二代计算机 — 1956 ~ 1963，晶体管。 第三代计算机 — 1964 ~ 1971，中小规模集成
主要内容：
– 汇编语言：80X86宏汇编语言的程序设计方法及应用 – 微机原理：微处理器结构，存储器原理，中断系统在
微机系统中的实现等等。 – 接口技术：基本的I/O接口芯片（8253，8255A，
8251A，8237A等），常用总线及接口（ISA，EISA， VESA，PCI，USB，AGP)。
微机原理第一章计算机基 础幻灯片PPT
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第1章 微型计算机基础
课程简介
本课程主要涉及Intel系列微处理器的程序设计 以及接口技术，是进一步学习和掌握基于Intel 系列微处理器的电子、通信和控制系统的程序设 计和接口技术以及芯片开发的入门课程。
– 字长： 8位 – 时钟频率： 2～4MHz – 平均执行指令时间： 1～2 μs – 集成度：5000 ～ 10000管/片
第1章 微型计算机基础
1.1 概
第三代微型机（1978-1984）16位微处理器
Intel公司的8086/8088、Motorola公 司的M68000和Zilog 公司的Z8000
冯· 诺依曼结构计算机的 3 点重要设计思想：
① 由控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设 备5 个基本部分组成。
② 采用二进制。
③ 指令和数据都放在存储器中，机器能自动执行程 序（存储程序思想）
第1章 微型计算机基础
1.1 概
计算机发展简史
1946第一台电子计算机ENIAC。 第一代计算机 — 1946 ~ 1955，电子管。 第二代计算机 — 1956 ~ 1963，晶体管。 第三代计算机 — 1964 ~ 1971，中小规模集成
主要内容：
– 汇编语言：80X86宏汇编语言的程序设计方法及应用 – 微机原理：微处理器结构，存储器原理，中断系统在
微机系统中的实现等等。 – 接口技术：基本的I/O接口芯片（8253，8255A，
8251A，8237A等），常用总线及接口（ISA，EISA， VESA，PCI，USB，AGP)。
微机原理第一章计算机基 础幻灯片PPT
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第1章 微型计算机基础
课程简介
本课程主要涉及Intel系列微处理器的程序设计 以及接口技术，是进一步学习和掌握基于Intel 系列微处理器的电子、通信和控制系统的程序设 计和接口技术以及芯片开发的入门课程。
第1章微机原理课件
2024年7月29日星期一
第1章第3页共124页
第1章 微型计算机基础
在研制ENIAC计算机的同 时，冯·诺依曼(Von Neumann)与 莫尔小组合作研制了EDVAC计算机，该计算机采用了存储程序 方案，其后开发的计算机都采用这种方式，称为冯·诺依曼计算 机。冯·诺依曼计算机具有如下基本特点:
第1章 微型计算机基础
第1章 微型计算机基础
1.1 微型计算机概述 1.2 微型计算机系统 1.3 计算机中的数制及其转换 1.4 计算机中数与字符的编码 习题1
2024年7月29日星期一
第1章第1页共124页
第1章 微型计算机基础
1.1 微型计算机概述
1.1.1 计算机的发展史
20世纪40年代, 无线电技术和无线电工业的发展为电子计 算机的研制准备了物质基础, 1943年～1946年, 美国宾夕法尼 亚大学研制的ENIAC(Electronic Numerical Integrator And Computer, 电子数字积分器和计算机)是世界上第一台电子计 算机。
2024年7月29日星期一
第1章第16页共124页
第1章 微型计算机基础
3.指令执行时间
指令执行时间是指计算机执行一条指令所需的平均时间, 其 长短反映了计算机执行一条指令运行速度的快慢。
它一方面决定于微处理器工作时钟频率, 另一方面又取决于 计算机指令系统的设计、CPU的体系结构等。
微处理器工作时钟频率指标可表示为多少兆赫兹, 即MHz； 微处理器指令执行速度指标则表示为每秒运行多少百万条指令 (MIPS, Millions of Instructions Per Second)。
ENIAC计算机共用18000多个电子管, 1500个继电器, 重达30吨, 占地170平方米, 耗电140 kW, 每秒钟能进行5000次加法计算, 领 导研制的是宾夕法尼亚大学的莫克利(J.W.Mauchly)和埃克特 (J.P.Eckert)。
微机原理课件第一章
IBM650
微机原理及应用
第二代计算ห้องสมุดไป่ตู้(1959年～1964年)
1948年，贝尔实验室研制出了晶体管 1955年，晶体管开始在计算机设计中取代真空管，开 启了第二代计算机时代。 主存储器采用磁芯，外存储器使用磁带和磁盘。 和第一代比，体积小，速度可达每秒10万次 计算机的应用扩展到数据处理、自动控制等方面 其代表机型有：IBM7090、IBM7094、CDC7600等。
计算机包含四个子系统：内存（存储代码和数据），ALU（执行 AL运算），CU（执行代码）和I/O（与外界通信）。 在执行时，程序存储在内存中。对于程序代码和数据没有分离的 内存空间。 程序指令顺序执行。 冯.若依曼瓶颈：an instruction fetch and a data operation cannot occur at the same time because they share a common bus
Princeton and Harvard 两者之间的差异在于内存结构。 Princeton体系——冯.若依曼体系：单个内存包 含程序代码和数据。 Harvard体系：两个分离的内存。一块内存用于 存储程序代码；另一块存储数据。
微机原理及应用
冯.若依曼体系(Princeton)
微机原理及应用
早期数字计算机——德国
1941年，德国人楚泽(Konrad Zuse)研制出世界上第一 台功能程序控制、全功能数字计算机Z3。它采用了浮 点数和二进制系统。1945年他设计了第一个高级程序 语言——Plankalül。
Zuse的Z1电脑重制机
微机原理及应用
早期数字计算机——英国
微机原理及应用
第二代计算ห้องสมุดไป่ตู้(1959年～1964年)
1948年，贝尔实验室研制出了晶体管 1955年，晶体管开始在计算机设计中取代真空管，开 启了第二代计算机时代。 主存储器采用磁芯，外存储器使用磁带和磁盘。 和第一代比，体积小，速度可达每秒10万次 计算机的应用扩展到数据处理、自动控制等方面 其代表机型有：IBM7090、IBM7094、CDC7600等。
计算机包含四个子系统：内存（存储代码和数据），ALU（执行 AL运算），CU（执行代码）和I/O（与外界通信）。 在执行时，程序存储在内存中。对于程序代码和数据没有分离的 内存空间。 程序指令顺序执行。 冯.若依曼瓶颈：an instruction fetch and a data operation cannot occur at the same time because they share a common bus
Princeton and Harvard 两者之间的差异在于内存结构。 Princeton体系——冯.若依曼体系：单个内存包 含程序代码和数据。 Harvard体系：两个分离的内存。一块内存用于 存储程序代码；另一块存储数据。
微机原理及应用
冯.若依曼体系(Princeton)
微机原理及应用
早期数字计算机——德国
1941年，德国人楚泽(Konrad Zuse)研制出世界上第一 台功能程序控制、全功能数字计算机Z3。它采用了浮 点数和二进制系统。1945年他设计了第一个高级程序 语言——Plankalül。
Zuse的Z1电脑重制机
微机原理及应用
早期数字计算机——英国
微机原理 第一章 微型计算机基础PPT课件
4004 8008 8080 MC6800 Z-80
1971 1972 1973 1975 1976
第一章 微型计算机基础
第一节 概述
三、微处理器的发展
16位微处理器 Zilog Motorola Intel
Z-8000 MC68000 8086 8088(准16位)
80186\80286
32位微处理器 Intel Motorola
例：X= 45=00101101B X=-45
[X]反= 00101101B [X]反= 11010010B
3、补码 正数的补码与原码相同； 负数的补码为反码加 1 。
例：X= 45=00101101B X=-45
[X]补= 00101101B [X]补= 11010011B
第二节 计算机中的数制和编码
二、有符号数的表示及运算
1、原码 2、反码
பைடு நூலகம்
3、补码
4、符号扩展
在数据处理时，有时需要把8位二进制数扩展成16位 二进制数。对无符号数可直接补0，对有符号数则需要将 符号位扩展。
例： 127的8位二进制补码为01111111B 符号位扩展后16 位二进制补码为0000000001111111B
例： -127的8位二进制补码为10000001B 符号位扩展后16 位二进制补码为1111111110000001B
CPU Central Processing Unit—中央处理单元
第一章 微型计算机基础
第一节 概述
一、电子计算机的发展 二、电子计算机的结构 三、微处理器的发展
CPU，也称为微处理器MP（MicroProcessor）。
4位微处理器 Intel 8位微处理器 Intel
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后人完成的巴贝奇分析机
计算机第一定律——摩尔定律
集成电路内芯片 的晶体管数目，每隔 24个月，其集成度会 增加一倍，性能也将 提升一倍。
奇数工艺年和 偶数架构年
Intel名誉董事长 戈登●摩尔（Gordon Moore）于1965年提出
微型计算机的发展概况
微机的发展经历了5代 第一代微处理器：1971年（4位和8位微处理器） 第二代微处理器：1973年（8位微处理器） 第三代微处理器：1978年（16位微处理器） 第四代微处理器：1983年（32位微处理器） 第五代微处理器：1993年（32位~64位微处理器）
第四代相关图片
Intel 80386
AMD 486
主频：16~40MHZ Intel与AMD竞争开始激烈
微处理器的发展
☆第五代——32位~64位微处理器的发展
典型产品： Intel Pentium系列产品（1993年起） IBM公司 Power PC系列产品（1996年起） AMD公司系列产品 特点： 集成度：300万以上 时钟频率：100M~几GHZ 发展方向：32位~64位转换、支持多媒体处理、 向多核方向发展、不一味追求主频的提高。
1000
1001 1010
数的存放 存放的数 地址 0001 0101
0010 取数 00015 0101 取数 11004 1000 加法 0011 5，4
存数 1111 打印 结束 9 9 存储程序区
0010
0011
0100
结果
存储器
存储器：用于存放程序和数据的部件，它是一个记忆 装置，是计算机能够实现存储程序工作原理的基础。
第五代相关图片
Pentium 4
Core
电压：1.75V
主频：1.3~3.8GHZ
工作电压：0.85~1.35V 主频：2GHZ左右 多核时代的到来
微处理器生产商
Intel（英特尔公司）
创建于1968年，开始主要生产存储器芯片，后转 向微处理器。自1981年IBM公司选择Intel的微处理器 推出第一款PC后，Intel公司便确定了其在微处理器 上的领先位置。
——第一台真正意义上的“计算
机”
第一台计算机 第二次世界大战期间，美国军方为了解决计算 大量军用数据的难题，成立了由宾夕法尼亚大学莫
奇利和埃克特领导的研究小组，开始研制世界上第
一台电子计算机。经过三年紧张的工作，第一台电 子计算机终于在1946年2月14日问世了。这台机器的
名字叫“ENIAC” ，即“电子数值积分和计算机”的
微处理器的发展
☆第一代——4位或低档8位微处理器 典型产品： Intel 4004（71年，4位微处理器） Intel 8008（72年，8位微处理器） 特点： 集成度： 2300只晶体管／片 时钟频率：小于1MHz 平均指令执行时间：10-15μs 采用机器语言编程。
第一代相关图片
微型计算机
地址总线ABUS
CPU
内部存 储器
I/O接口
I/O设备
数据总线DBUS
控制总线CBUS
访存举例
地址总线ABUS
微 处 理 器 CPU
内部存 储器
I/O接口
I/O设备
数据总线DBUS
控制总线CBUS
计算机基本工作原理
在计算机中计算5＋4＝？
指令顺序 计算 步骤 1 2 3 4 5 6 解题命令 从存储器中取出5到运算 器的0号寄存器中 从存储器中取出4到运算 器的1号寄存器中 在计算器中将1号和2号寄 存器中的数据相加，得9 将结果9存入存储器 再输出设备打印9 结束 6 结束 1 指令内容
第二代相关图片
Intel 8080
Motorola MC6800
工作电压:5V 主频：2MHZ
工作电压：3.3V 主频：1~2MHZ
第二代相关图片
Intel 8085
Zilog Z80
工作电压:5V 主频：3~6MHZ
工作电压:5V 主频：4MHZ
微处理器的发展
☆第三代——16位微处理器 典型产品： Intel 8086（1978年） Zilog Z8000（1979年） Motorola 68000（1979年） Intel 80286（1983年） Motorola 68010（1983年） 特点： 集成度： 2万-7万只晶体管／片 时钟频率：4-25MHz 平均指令执行时间：0.5μs
AMD（超微公司） 创建于1969年，最开始时主要生产其他公司开发 出的新产品。
中国心—♥—龙芯
龙芯2E
龙芯（英语：Loongson，旧 称GODSON）是中国科学院 计算所自主开发的通用CPU。 龙芯课题组成立于2001年， 隶属于中国科学院计算技术 研究所。
主频：1GHZ左右 比较：综合性能已经达到高 端Pentium Ⅲ以及中低端 Pentium 4处理器的水平。
执行的操作
取数
操作数
5
2
3 4 5
取数
加法 存数 打印
4
5，4 9 9
操作 名称 取数 加法 存数 打印 结束
操作码 0100 0010 0101 1000 1111
存储单元 0001 0010 0011
存储单元内容 0000 0101 0000 0100
原始数据
指令 地址 0101
0110 0111
外部存储器
软盘
硬盘
光盘
U盘
微型计算机的性能指标
高速缓冲
又称Cache，一种特殊的存储器子系统，其中复制了频 繁使用的数据以利于快速访问。
Cache出现的原因：主存速度跟不上CPU的速度，程序 执行的局部性特点 。 当前CPU的高速缓存一般又分为一级高速缓存（L1 Cache）和二级高速缓存（L2 Cache），对于同类的CPU来 说，高速缓冲的容量越大，则CPU的执行效率越高，速度 越快。
总线结构
单总线结构 系统的内部存储器和I/O接口均挂在单总线上。 AB
I/O 接口
I/O接口电路作用：用于CPU（或存储器）与外设 之间的信息交换。
工作速度
信号电平 数据格式
不匹配
需要引入 I/O接口电路
总线
在计算机系统中，各个部件之间传送信息的公共 通道叫总线，微型计算机是通过总线结构连接各种 功能部件。 总线结构的分类 单总线结构
面向CPU的双总线
面向主存储器的双总线
ENIAC
第一台计算机
40年代的编程
手动连线编程 耗时
易错
难维护
微型计算机分类与特点
计算机按照体积、性能和价格进行分类：巨型机、大型机、 中型机、小型机、微型机。
微型机具有的特点：
● 体积小，重量轻，功耗低
● 价格低廉，性能优良 ● 可靠性高、结构灵活 ●使用环境要求不高，应用面广
巴贝奇 （英国，1792－1871）
Intel 4004 Intel 8008
特德霍夫
工作电压:15V 主频：0.74MHZ
工作电压：5V 主频：0.5~0.8MHZ
微处理器之父 1971年设计4004
微处理器的发展
☆第二代——中高档8位微处理器 典型产品： Intel 8080（1973年） Motorola MC6800（1974年） Zilog Z80（1975年） Intel 8085（1976年） 特点： 集成度： 4500只晶体管／片 时钟频率：l-4MHz 平均指令执行时间：1-2μs
时代地提出了类似于现代电脑五大部件的逻辑结构。
1. 2
计算机的产生
——最后一台“史前”计算机
1936年美国人霍华德•艾肯
（Howard Aiken，1900－1973）
提出了用机电方法而不是纯机 械方法来实现巴贝奇分析机的
想法，并在1944年制造成功
MARK-I计算机。
1. 1 计算机的产生
系列产品：龙芯1~3号。
计算机基本结构 存储器 输 入 设 备 输 出 设 备
数据流 指令流
运算器
CPU
控制器
Central Processing Unit
微处理器
微处理器称为CPU，是微机的核心部件，
包含有运算器、控制器、寄存器组等部件，负 责对计算机系统的各个部件进行统一的协调和 控制。 运算器：即算术逻辑部件(ALU)。 所谓多核，指的就是一个CPU中包含多个运算器。 控制器：控制逻辑部件。负责对整机的控制，使CPU内部、 外部协调工作。 寄存器组：用来存放参加运算的数据、中间结果或地址。
指令内容 操作码 地址码
0100 0100
0010 0101 1000 1111
0001 0010
0001 1100 0011
0100
0101 0111 1 1000 2 1001 3
4 1010 5 1011 6 指令顺 0110 序
0100 指令内容 0001
执行的操 操作数 0100 0010 作
C P U
高 速 缓 冲 存 储 器
速度
主 存 储 器
辅 助 存 储 器
容量
存储器
主存储器（内存） 直接访问，速度较快，容量不大，存放当前运行的程序 和数据。 辅助存储器（外存） 通过I/O接口进行访问，速度较慢，容量大，一般用来存放 历史数据与软件。
高速缓冲存储器（cache）
为了匹配CPU和主存之间的速度差，利用程序访问的局部 性原理设置的部件。
——算盘
算盘是我国古代重大科学成就之一。它具有结
构简单、运算简易、携带方便等优点，因而被广泛
采用，历久不衰。
1. 1 计算机的产生
——世界第一台机械式加法计算机
(Pascal,1642年,法国) 帕斯卡的计算机是一种系列齿轮组成的装置，外形 像一个长方盒子，用儿童玩具那种钥匙旋紧发条后才能 转动，只能够做加法和减法。