第1章-微机系统概述
1微型计算机系统概述
• 第一阶段（1971~1973）：
典型的微型机以Intel 4004和Intel 4040 为基础。微处理器和存储器采用PMOS工 艺，工作速度很慢。微处理器的字长4位， 时钟频率500KHz～2MHz，存储器的容量 很小，只有几百字节；指令系统不完整， 没有操作系统，只有汇编语言。主要用于 工业仪表、过程控制或计算器中。
倒退回70年代中期，那时PC还没有面世，那时猜测计算机会在每 张办公桌上出现简直是不可能的，即使在我们创办微软公司的时 候，也无法预料以后会发生什么样的变化。在21世纪，PC会向上 百万的人传输金融数据，人们利用它学习、工作、它的潜力无 穷。”
微型计算机
• 微机概念：以大规模、超大规模集成电路
为主要部件，以集成了计算机的主要部 件——控制器和运算器的微处理器为核心， 配以存储器、输入/输出接口电路及系统总 线所制造出的计算机系统。 • 划分阶段的标志：以字长（即数据位数） 和微处理器芯片。
1. 2.1 微型计算机的特点
• 1．体积小、重量轻、价格低廉 • 2．简单灵活、可靠性高、使用环境要
求不高 • 3．功耗低
1.2.2 微型机的应用范围
1、科学计算和科学研究
计算机主要应用于解决科学研究和工程技术中 所提出的数学问题（数值计算）。
2、数据处理 （信息处理） 主要是利用计算机的速度快和精度高的特点来 对数字信息进行加工。
3、PC机（Personal Computer ） :面向个人单独使用的一类微 机，实现各种计算、数据处理及信息管理等。
1.3 微型计算机的基本组成
微型计算机系统
微处理器
微型计算机
运算器
控制器
寄存器组 内存储器 总线
输入输出输出 接口电路
微机系统概述及其选购
(8)光盘驱动器
使用只读型光盘(CD-ROM)，目前较为流行的是24速和32速 等高速光盘驱动器。
(9)机箱和电源
微机中的主要设备都放在主机箱内，除了显示器、键盘和 鼠标外，以上所提到的设备都放在主机箱中。主机箱内还 带有电源，用来给主板及外设供电。
(1)硬磁盘机
微机的基本配置为一个硬磁盘机，一台微机最多可以配置4 个硬磁盘机。一般情况下，光盘驱动器占用了一个硬磁盘机 的接口，因此可选配置中可使用2或3个硬磁盘机。 (2)内存 内存的配置与内存的发展有很大的关系，一般的微机上有4 个内存扩展槽，而内存条的容量有16MB、32MB、64MB、 128MB和256MB，用户应该根据实际的需求进行配置。若使 用Windows 2000/XP作为操作系统的话，建议使用128MB以 上的内存。 (3)打印机 可选配24针窄行或宽行打印机，也可选配喷墨打印机或激光 打印机。
(4)声卡
声卡又称音效卡，能实现模拟信号与数字信号之间的转换。声 卡上有话筒插口、立体声输入/输出端口和MIDI接口等。
(5)网卡
需要上网的用户都需要配置网卡，而且现在部分主板上集成了 网卡。
(6)调制解调器(modem)
modem是微机通信中必不可少的外部设备，在微机与电话系统 之间连接好modem后便可以利用电话系统实现微机之间的远程 通信。modem有内置和外置两种，内置modem是一块可以插在 主板扩展槽上的电路板，包括调制解调器和串行端口电路。外 置modem是一个立体盒子，其后面板上有电源线、与微机串口 连接的接口和与电话连接的端口，前面板是一排指示灯，用于 标识其工作状态。
(1)操作系统的配置
操作系统是每台微机必须配备的系统软件。目前微机中流行 的操作系统有Windows 98、Windows 2000和 Windows XP； 用户可根据自己的情况来选择。Windows 98对微机硬件的要 求不高，系统与以前的版本的兼容性好，对于学校来讲使用 较为广泛；Windows 2000有网络版，有NT的升级版本，用 它来组建网络很方便；Windows XP对微机硬件要求较高， 界面及系统的稳定性好，新配置的微机由于性能较好通常使 用这种操作系统。 (2)语言处理程序配置
国家开放大学《微机系统与维护》章节测试参考答案
国家开放大学《微机系统与维护》章节自测参考答案第1章微机系统概述一、单选题（每题5分）1.以下选项中，（）不是微机的输入或输出设备。
A. CPUB. 扫描仪C. 键盘D. 鼠标2.以下选项中，（）属于应用软件。
A. LinuxB. Office 2003C. DOSD. Windows XP Home3.CPU的主要功能是对微机各部件进行统一协调和控制，它包括运算器和（）。
A. 触发器B. 指挥器C. 控制器D. 判断器4.1981年IBM推出首款个人电脑开创了全新的计算机时代，该电脑选用的芯片是（）。
A. Intel 80286B. Intel 4004C. Intel 8088D. Intel 80865.以下选项中，（）是Intel公司推出的80x86系列中的第一个32位微处理器芯片。
A. Intel 80386B. Intel 8086C. Intel 80286D. Intel 80886.（）是用于微机与电话线路之间进行数字、模拟信号转换的装置。
A. 调制解调器B. 网卡C. 交换机D. 路由器二、多选题（每题5分）7.以下选项中，（）属于冯·诺依曼原理的基本内容。
A. 计算机应包括运算器、控制器、存储器、输入和输出设备五大基本部件B. 程序存储和程序控制思想C. 采用二进制来表示指令和数据D. 软件工程思想8.以下选项中，（）属于微机的输入设备。
A. CPUB. 扫描仪C. 鼠标D. 键盘9.以下选项中，（）可用于评价微机的性能指标。
A. 内存容量B. 外存容量C. 运算速度D. 字长10.以下选项中，（）是可用于长期保存程序和数据的存储器。
A. 内存B. 硬盘C. 光盘D. U盘11.以下选项中，（）是微机发展的方向。
A. 多媒体化B. 网络化C. 智能化D. 巨型化12.关于微机选购的说法，正确的是（）。
A. 选购微机要从微机的主要用途出发B. 选购微机一定要选原装机C. 选购微机要考虑用户类型D. 选购微机一定要选组装机三、判断题（每题5分）1.微机的核心部件是CPU，它是微机的控制中枢。
第一章 微型计算机系统概述(戴梅萼)
1、3 微处理器、微型计算机微型计算机系统
算术逻辑部件 累加器、寄存器 控制部件 内部总线 存储器（ROM、RAM） 输入输出接口 系统总线 外围设备 系统软件 微 处 理 器
微 型 计 算 机
微 型 计 算 机 系 统
1、4 微型计算机的应用
1、科学计算和科学研究
计算机主要应用于解决科学研究和工程技术中所提出 的数学问题（数值计算）。 2、信息处理 （数据处理） 主要是利用计算机的速度快和精度高的特点来对数字 信息进行加工。 3、工业过程控制
用微型计算机实现工业生产控制。
4、计算机辅助系统 计算机辅助系统主要有计算机辅助教（CAI）、计算 机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算 机辅助测试（CAT）、计算机集成制造（CIMS）等系 统。 5、人工智能 人工智能主要就是研究解释和模拟人类智能、智能行 为及其规律的一门学科，包括智能机器人，模拟人的 思维过程，计算机学习等等。其主要任务是建立智能 信息处理理论，进而设计可以展现某些近似于人类智 能行为的计算系统。
1、3、3 微型计算机系统的组成 一个微型计算机系统包括硬件系统和软件系统。硬件和 软件的结合，才能使计算机正常工作运行。
计算机硬件系统是一个为执行程序建立物质基础的物理 装置，称为硬件或裸机。
计算机软件系统指为运行、管理、应用、维护计算机所 编制的所有程序及文档的总和。
依据功能的不同，软件分为系统软件和应用软件两大类。
1、3、1 微处理器
微处理器（CPU）由运算器和控制器组成。
• 必须具备功能： *可以进行算术和逻辑运算 *可保存少量的数据 *能对指令进行译码并执行 *能和存储器及外设交换数据 *能提供系统所需的定时和控制 *可以相应其它部件发来的中断请求
第一章微型计算机系统概述
计算机一次能处理的二进制数字的位数。取决于微处理 器的内部通用寄存器的位数和数据总线的宽度
3. 微处理器的集成度
微处理器芯片上集成的晶体管的密度。 Pentium 310万管/片
4. 内存容量
是CPU可以直接访问的存储器，内存大小反映了计 算机即时存储信息的能力；
以上只是一些主要性能指标，还须综合考虑其他因素。
一、 二，八，十，十六进制数
十进制数的两个主要特点：
1. 有十个不同的数字符号：0, 1, 2, … 9。 2. 遵循“逢十进一”原则。
一般地，任意一个十进制数N都可以表示为：
N=Kn-1×10n-1+Kn-2 ×10n-2+······+K1×101+K0×100
+
m
K-1×10-1+K-2×10-2+······+K-m×10-m = Ki 10 i
i n 1
*基数：数制所使用的数码的个数
*权：数制中每一位所具有的位值.
整数部分 小数部分
式中，10称为十进制数的基数，i表示数的某一位，10i 称该位 的权，Ki 表示第I位的数码。 Ki 的范围为0~9中的任意一个数
设基数用R表示，则对于二进制，R=2, Ki为0或1， 逢二进一。
m
N= Ki 2i i n1
4. 按体积大小分：
(1) 台式机(又称桌上型) (2) 便携式(又称可移动微机、笔记本型、
膝上型、口袋型、掌上型和钢笔型)
四、微型计算机的主要性能指标
1. 运算速度
通常所说的计算机运算速度(平均运算速度)，是指每秒 钟所能执行的指令条数，一般用“百万条指令／秒”(MIPS) 来描述。
《微机原理与接口技术》教案
《微机原理与接口技术》教案第一章：微机系统概述1.1 教学目标1. 了解微机系统的概念和发展历程。
2. 掌握微机系统的组成和各部分功能。
3. 理解微机系统的工作原理。
1.2 教学内容1. 微机系统的概念和发展历程。
2. 微机系统的组成：微处理器、存储器、输入输出接口等。
3. 微机系统的工作原理：指令执行过程、数据传输等。
1.3 教学方法1. 采用讲授法，讲解微机系统的概念和发展历程。
2. 采用案例分析法，分析微机系统的组成和各部分功能。
3. 采用实验演示法，展示微机系统的工作原理。
1.4 教学评价1. 课堂问答：了解学生对微机系统概念的掌握情况。
2. 课后作业：巩固学生对微机系统组成的理解。
3. 实验报告：评估学生对微机系统工作原理的掌握程度。
第二章：微处理器2.1 教学目标1. 了解微处理器的概念和结构。
2. 掌握微处理器的性能指标。
3. 理解微处理器的工作原理。
2.2 教学内容1. 微处理器的概念和结构：CPU、寄存器、运算器等。
2. 微处理器的性能指标：主频、缓存、指令集等。
3. 微处理器的工作原理：指令执行过程、数据运算等。
2.3 教学方法1. 采用讲授法，讲解微处理器的概念和结构。
2. 采用案例分析法，分析微处理器的性能指标。
3. 采用实验演示法，展示微处理器的工作原理。
2.4 教学评价1. 课堂问答：了解学生对微处理器概念的掌握情况。
2. 课后作业：巩固学生对微处理器性能指标的理解。
3. 实验报告：评估学生对微处理器工作原理的掌握程度。
第三章：存储器3.1 教学目标1. 了解存储器的概念和分类。
2. 掌握存储器的性能指标。
3. 理解存储器的工作原理。
3.2 教学内容1. 存储器的概念和分类：随机存储器、只读存储器等。
2. 存储器的性能指标：容量、速度、功耗等。
3. 存储器的工作原理：数据读写过程、存储器组织结构等。
3.3 教学方法1. 采用讲授法，讲解存储器的概念和分类。
2. 采用案例分析法，分析存储器的性能指标。
《微机系统与维护》形成性考核册及参考答案
第1章微机系统概述一、选择题（请选择一个或多个选项）鼠标是目前使用最多的（ B ）。
A．存储器 B．输入设备 C．微处理器 D．输出设备下列设备中，属于微机最基本输出设备的是（ A ）。
A．显示器 B．打印机 C．鼠标 D．手写板以下属于存储器的是（ C D ）。
A．打印机 B．显示器 C．内存 D．硬盘对于一台微机而言，必备的设备是（A B ）。
A．显示器 B．键盘 C．扫描仪 D．手写板系统软件中最基本最重要的是（ D ），它提供用户和计算机硬件系统之间的接口。
A．应用系统 B．IE浏览器 C．Office 组件 D．操作系统以下属于系统软件的是（ A C D ）。
A．Windows XP B．Office 2003C．DOS D．Unix从1971年由Intel公司推出的第一款微处理器是（ A ）。
A．Intel 4004 B．Intel 8086 C．Intel 8088 D．Intel 80286 不是32位微处理器芯片的是（ A B D ）。
A．Intel 8086 B．Intel 8088 C．Intel 80386 D．Intel 80286 微机通过电话线路实现网络连接时，完成数字、模拟信号转换的设备是（ C ）。
A．网卡 B．路由器 C．调制解调器 D．交换机CPU的中文意义是（A ）。
A．中央处理器 B．不间断电源 C．微机系统 D．逻辑部件CPU实现对微机各部件的统一协调和控制，它包括（ B D ）。
A．判断器 B．控制器 C．指挥器 D．运算器CPU不能直接访问的存储器是（A B D ）。
A．光盘 B．硬盘 C．内存 D．U盘CPU的主要功能有（C D ）。
A．打印 B．存储数据 C．运算 D．控制以下不属于运算器基本功能的是（ A B D ）。
A．存储各种数据和程序 B．对系统各部件实行控制C．进行算术运算和逻辑运算 D．传输各种信息以下不属于控制器基本功能的是（ A B C ）。
微机
第一章概论本章内容1.微型计算机的应用2.微型计算机的发展史3.微型计算机的组成4.微型计算机的特点学习目的1.掌握微型计算机的概念和基本结构2.了解微型计算机的产生和发展过程3.把握微型计算机的发展方向1.1 微型计算机系统概述微型计算机是指以大规模、超大规模集成电路为主要部件的微处理器为核心，配以存储器、输入/输出接口电路及系统总线所制造出的计算机系统。
一、微型计算机的应用领域二、微型计算机的发展Intel 8086,8088Intel 80386,80486PIII三、微型计算机的分类按处理器同时处理数据的位数或字长分：8位机 16位机 32位机 64位机按其结构分：PC机、单片微型机、单板微形机1.2 微型计算机组成现代计算机结构仍然是在冯·诺依曼提出的计算机逻辑结构和存储程序概念基础上建立起来的。
一、微型计算机的硬件结构微型计算机由微处理器、存储器、输入/输出接口构成，它们之间由系统总线连接。
1. 微处理器整个微机的核心是微处理器(up, MPU)，也称CPU。
它包含算术逻辑部件ALU、寄存器组及控制部件。
ALU ：算术运算、逻辑运算寄存器：存放操作数、中间结果、地址、标志等信息控制部件：整个机器控制中心，包括程序计数器IP、指令寄存器IR、指令译码器ID、控制信息产生电路。
外部设备微机的存储器分为：主存和辅存主存(内存)：用于存放当前正在运行的程序和正待处理数据。
(CPU内部cache，主板上的内存, 造价高，速度快，存储容量小)辅存(外存)：存放暂不运行的程序和输入处理的数据，(主机箱内或主机箱外，造价低，容量大，可长期保存，但速度慢)3. 输入设备微型计算机常用的输入设备有键盘、鼠标、数字化仪、图像扫描仪、数码相机等。
4. 输出设备微型计算机常用的输出设备有CRT显示器、打印机和绘图仪等。
注意：由于各种外设的工作速度、驱动方式差别很大，无法与CPU直接匹配，所以不可能把它们简单地连到系统总线，需要有一个接口电路充当它们和CPU间的桥梁，通过该电路完成信号的变换、数据的缓冲、与CPU联络等工作。
第1章微型计算机控制系统概述
PIO：并行I/O接口
接口电路
SIO：串行I/O接口 中断控制器
DMA
的
操作设备：由显示器、键盘、指示灯等组成
组
成
系统软件：OS、编译诊断程序、监控程序
软件 应用软件：针对过程编写的控制、管理程序
包括输入、控制、输出及显示打印程序
第一章 微型计算机控制系统概述
1.2 微型计算机控制系统的组成
4、检测元件及执行机构
在微机控制系统中，为了对生产过程进行控制，首先必须对各种数据，如 温度、压力、流量、液位、成分等进行采集。为此，必须通过检测元件，即 传感器，把非电量参数转换成电量。此外，为了控制生产过程，还必须有执 行机构。它们的作用就是控制各参数的流入量。
5、通用外部设备
主要为了扩大主机的功能而设置的，是实现微机和外界交换信息的功能的设备。 常规外部设备可分为输入设备，输出设备和存储设备，并根据控制系统的规 模和要求来配置。
第一章 微型计算机控制系统概述
1.1 微型计算机控制系统的结构原理
给定信号
微型计算机 微处理器
D\A转换器
执行机构
被控参数 被控对象
A\D转换器
1、控制过程 图1.3 计算机控制系统基本框图
从本质上看，微型计算机控制系统的控制过程可以归纳为以下四 点： （1）实时数据采集：对被控参数的瞬时值进行检测，并且将采样 结果输入计算机； （2）实时决策：对输入的实时给定值与被控量的数值进行处理后， 按照预先规定的控制规律进行运算，则称为实时决策，或简称决策；
（3）保护重要数据的后备存贮体
Watchdog和掉电保护功能均要有能保存重要数据的存贮体支持， 后备存贮体容量不大，在系统掉电时数据不会丢失，故常采用 NOVRAM，EEPROM或常有后备电池的SRAM，为了保证可靠、安 全，系统存贮器工作期间，后备存贮体应处于上锁状态。
微型计算机概述
第一章微型计算机概述回顾计算机系统的基础知识，包括计算机系统的组成(包括硬件与软件)、结构、发展历程、分类及其功能实质。
本讲重点微处理器及微机系统的发展历程，微机系统与一般意义上的计算机系统的联系与差别，强调微型计算机系统是具有独特结构的计算机系统，由此决定了微机系统所具有的功能及其特点。
【讲授内容】1.1 微机发展概述计算机系统是能够自动地、快速地、准确地进行信息处理的电子工具，其工作过程的实质是电子器件状态的快速变化。
1946年，世界上出现了第一台由电子管构成的，能够按照人们事先的安排，快速完成所要求计算任务的ENIAC电子计算机，计算机及其相关技术经历了一个快速发展的过程。
一般来说，电子计算机发展历程的各个阶段，是以所采用的电子器件的不同来划分的，即电子管、晶体管、中小规模集成电路和大规模及超大规模集成电路计算机。
微型计算机属于第四代电子计算机产品，即大规模及超大规模集成电路计算机，是电路技术不断发展，芯片集成度不断提高的产物。
主机按体积、性能和价格分为巨型机、大型机、中型机、小型机和微型机五类，从其工作原理上来讲，微型机与其它几类计算机并没有本质上的差别。
所不同的是由于采用了集成度较高的器件，使得其在结构上具有独特的特点，即将组成计算机硬件系统的两大核心部分—运算器和控制器，集成在一片集成电路芯片上，显然该芯片是整个微机系统的核心，称为中央处理器CPU，或者微处理器MPU。
微处理器是微机系统的核心部分，自70年代初出现第一片微处理器芯片以来，微处理器的性能和集成度几乎每两年翻一番，其发展速度大大超过了前几代计算机。
微机系统及相关技术的发展，主要涉及到以下几个方面：CPU、主频、缓存、新技术。
一、微机的发展微机系统的核心部件为CPU，因此我们主要以CPU的发展、演变过程为线索，来介绍微机系统的发展过程，主要以Intel公司的CPU为主线。
第一代：4位及低档8位微处理器✧1971年，Intel公司推出第一片4位微处理器Intel4004，以其为核心组成了一台高级袖珍计算机。
微型计算机系统概述
1
1.1 计算机的发展与应用 人类第一台数字电子计算机：1946 年，美国宾夕法尼亚大学研 制出。取名为：ENIAC（Electronic numerical integrator and calculator）。 由著名数学家：冯· 诺依曼，推出了新的计算机系统结构，提出采 用二进制、存储程序及在程序控制下执行的理念 。 第一代：1946年－1957年。 器件：电子管，磁芯和磁鼓存储器。
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系统软件中还有语言处理程序，计算机语言是使用者与计算 机之间进行交流的工具；人们将要计算机来完成的事件编写成程序输 入给计算机；计算机通过执行用户的程序来完成用户的工作。其中广 泛使用的语言有 C 语言、VB、VC、Java 等，机器只能运行机器语 言。 返回本章目录
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1．3 PC 机系列体系结构 1.3.1 基于 8088 PC 总线的微机结构 8088 微处理机，作为第一代机的 CPU，通过地址总线、数据总线和控制总线对整 个机器进行调试和控制，其体系结构,如图 1.3 。 1. 8088 处理器：采用 4.77M 的工作频率，该频率通过 8284 对14.31818MHz 的晶 体振荡 3 分频而得到的；每个时钟周期 210nm。 2. 8087 协处理器：8088 在最大模式下可配接 8087协处理器用来进行浮点运算，使 浮点运算速度提高 100 倍。 3. 存储器：64K 的 ROM 早期存放 32K 的 Basic 解释程序，另 32K 固化 BIOS，包 括上电自检程序、系统引导程序、日时钟管理程序和基本的 I/O 设备的驱动程序 4. RAM 内存：IBM PC/XT 的主板上可接插 640K 的内存。 5. 8253/8254 可编程定时计数器：该片提供 3 个通道。通道 0 每 55ms 向 CPU 发一个时钟中断信号，通过计数，用来计算时 钟的时间；通道1 用于 DRAM 的刷新；通道2 输出方波到扬声器。
(完整版)微机原理答案1
第 1 章微型计算机系统概述习题参考答案1-1．微型计算机包括哪几个主要组成部分，各部分的基本功能是什么？答：微型计算机由CPU、存储器、输入/输出接口及系统总线组成。
CPU是微型计算机的核心部件，一般具有下列功能：进行算术和逻辑运算。
暂存少量数据。
对指令译码并执行指令所规定的操作。
与存储器和外设进行数据交换的能力。
提供整个系统所需要的定时和控制信号。
响应其他部件发出的中断请求；总线是计算机系统各功能模块间传递信息的公共通道，一般由总线控制器、总线发送器、总线接收器以及一组导线组成；存储器是用来存储数据、程序的部件；I/O接口是微型计算机的重要组成部件，在CPU和外设之间起适配作用。
1-2．CPU 执行指令的工作过程。
答：指令执行的基本过程：（1）开始执行程序时，程序计数器中保存第一条指令的地址，指明当前将要执行的指令存放在存储器的哪个单元。
（2）控制器：将程序计数器中的地址送至地址寄存器MAR，并发出读命令。
存储器根据此地址取出一条指令，经过数据总线进入指令寄存器IR。
（3）指令译码器译码，控制逻辑阵列发操作命令，执行指令操作码规定的操作。
（4）修改程序计数器的内容。
1-3．果微处理器的地址总线为20 位，它的最大寻址空间为多少？答：220=1048576=1MB1-4．处理器、微型计算机和微型计算机系统之间有什么关系？答：微处理器是微型计算机的核心部件。
微处理器配上存储器、输入/输出接口及相应的外设构成完整的微型计算机。
以微型计算机为主体，配上系统软件和外部设备以后，就构成了完整的微型计算机系统。
1-5．下面十进制数分别转换为二进制、八进制和十六进制数：128，65535，1024答：128，二进制：10000000B，八进制：200O，十六进制：80H65535，二进制：1111111111111111B，八进制：177777O，十六进制：FFFFH1024，二进制：10000000000B，八进制：2000O，十六进制：400H1-6．下面二进制数分别转换为十进制及十六进制数：1011.1010B，1111101.11 B答：1011.1010B，十进制：11.625，十六进制：B.AH111101.11B，十进制：125.75,十六进制：7D.CH1-7．(5487)10＝（0101010010000111）BCD＝1010101101111 B1-8．设字长为8 位，请写出下列数的原码、反码、补码和移码：15，－20，－27/32 答：[+15]原=00001111，[+15]反=00001111，[+15]补=00001111，[+15]移=10001111 [-20]原=10010100，[-20]反=11101011，[-20]补=11101100，[-20]移=01101100 [-27/32]原=1.1101100，[-27/32]反=1.0010011，[-27/32]补=1.0010100，[-27/32]移=0.0010100第 2 章微型计算机系统的微处理器习题参考答案2-1．086／8088 CPU 的功能结构由哪两部分组成？它们的主要功能是什么？答：8086/8088 CPU 的功能结构由以下两部分组成：总线接口单元BIU（Bus Interface Unit），执行部件EU （Execution Unit）。
微机原理第1章 微型计算机简介
1.1.2 微机系统的主要性能指标
微型计算机的主要性能指标有以下一些内容: 字长 字长以二进制位为单位，是CPU能够同时处理的二进制数据的位数， 它直接关系到计算机的计算精度、功能和运算能力。微机字长一般都 是以2的幂次为单位，如4位、8位、16位、32位和64位等。 运算速度 计算机的运算速度（平均运算速度）是指每秒钟所能执行的指令条数， 一般用百万条指令/秒（MIPS）来描述。因为微机执行不同类型指令 所需时间是不同的，通常用各类指令的平均执行时间和相应指令的运 行比例综合计算，作为衡量微机运行速度的标准。目前微机的运行速 度已达数万MIPS。 时钟频率（主频） 时钟频率是指CPU在单位时间（秒）内发出的脉冲数。通常，时钟频 率以兆赫（MHz）或吉赫（GHz）为单位。一般的时钟频率越高，其 运算速度就越快。
2、微型计算机的外部设备 微型计算机的外部设备包括外存储器、输入设备和输出设备等，如图 1.3所示。
外存储器 硬盘 软盘 光盘 键盘 鼠标 扫描仪、数码相机等 显示器 打印机
外部 设备
输入设备
输出设备
图 1.3 微型计算机的外部设备 图 1.4 微型计算机的外部设备
1.1.1 微型计算机的体系结构和系统构成
1.1.1 微型计算机的体系结构和系统构成
输入设备 输入设备是计算机外部设备之一，是向计算机输送数据的设备。其功 能是将计算机程序、文本、图形、图像、声音以及现场采集的各种数 据转换为计算机能处理的数据形式并输送到计算机。常见的输入设备 有键盘和鼠标等。 输出设备 输出设备是将计算机中的数据信息传送到外部媒介，并转化成某种人 们所认识的表示形式。在微型计算机中，最常用的输出设备有显示器 和打印机。
地址总线 数据总线 控制总线
微机课程内容
第一章微型计算机概述1. 冯.诺依曼结构包括：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备5个组成部分。
基本工作原理：存储器存储程序控制原理。
2.I/O端口定义；3种；3. 总线按传送信息分为AB、DB、CB4. 补码、BCD码、ASCII码第二章 8086系统结构1. CPU内部结构组成：BIU、EU；各自功能；2. 主要引脚功能3. 堆栈4. 最小模式5. 总线读周期（最小模式）第三章 8086的指令系统和汇编语言程序设计1. 寻址方式2. 指令系统1)MOV PUSH POP \ IN OUT2)ADD INC AAA DAA \ SUB DEC CMP \ MUL DIV3)TEST AND OR \ SHL SHR SAR ROL4)MOVS STOS5)JMP CALL RET JZ JNZ LOOP IRET INT6)CLC STC CLD STD CLI STI3.指令，伪指令，变量，标号，PTR4. 伪指令：数据定义DB/DW、段定义SEGMENT/ENDS、段分配ASSUME、过程定义PROC/ENDP5. DOS功能调用：输入、输出、中断设置6. 程序设计：数值转换、数组求和、N！第四章存储器、存储管理和高速缓存技术1. Cache（基本概念）2. 存储器的扩展及与CPU的连接地址译码器、扩展第五章微型计算机中断系统1. 基本概念中断源、中断响应（及过程/时序）、中断向量表（类型号及设置）、中断嵌套、中断优先级、中断屏蔽、中断分类、中断级联2. 中断服务子程序3. 8259A引脚及与CPU的连线（DB/AB/CB）,与外设的连线（IR）4. 8259A的管理方式（优先级设置4种，中断结束方式3种，屏蔽方式2种，请求引入方式3种，）5. 8259A的初始化、编程及应用（ICW，OCW）第六章可编程计数器/定时器1. 8253的引脚、功能及与CPU及外设的连接（GATE、CLK、OUT）2. 6种工作方式（主要0、2、3）3. 编程（初始化）4. 应用（产生波形、周期性行为控制、定时产生中断、自动计数、扬声器控制）第七章输入和输出系统1. 条件传送2. 8255A引脚、功能及与CPU及外设的连接（PA/PB/PC）3. 8255A的编程（初始化及C口控制字）4. 8255A选通方式（1）工作原理（分别的联络信号，主要读）5. 8255A的应用（基本输入输出、选通输入输出）6. 串行通信基本概念（单工/半双工/全双工、异步/同步、波特率、调幅/调频）7. 8251A基本引脚、功能及与CPU及外设连接（TxD、RxD、TxC、RxC）8. 8251A的编程（初始化、状态字读取及判断）9. 8251A的应用（串行通信）10.数模转换基本概念（采样、量化、分辨率、采样保持器等）11.D/A原理（权电阻网络）；AD7524原理（产生波形）；12.A/D原理（逐次逼近法）；ADC0809原理及应用（数据采集）第八章 32位及奔腾系列微处理器原理流水线、动态执行、超标量流水线、超线程等考试题型：选择、填空、判断、解释、简答、读写程序、综合应用（软硬件设计）。
第1章 微型计算机概述
计算机按体积、性能可划分为巨型 机、大型机、中型机、小型机。 但就其计算机的硬件而言，它的发 展历经了电子管、晶体管、中小规模 集成电路、大规模和超大规模集成电 路时代。
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2.微型计算机的发展过程
（1）4位微处理器
1971年，Intel公司推出了第一片4位微处 理器Intel4004，集成了2250个晶体管，工作 频率为108KHz，寻址空间640字节。
（2）将十进制数与十六进制数 之间的相互转换
例1-3 将十进制数 76.125转换成十六 进制数。
商 余数 76÷16 = 4 C 4÷16 = 0 4 乘积 整数部分 0.125×16 = 2.0 2 转换结果为: 76.125 = 4C.2H
（3）二进制数与十六进制数的 相互转换
依据: 二进制数与十六进制数对照表
二进制数 十六进制数 二进制数 十六进制数 0000 0 1000 8 0001 1 1001 9 0010 2 1010 A 0011 3 1011 B 0100 4 1100 C 0101 5 1101 D 0110 6 1110 E 0111 7 1111 F
例1-5 将二进制数101111010 . 0111001B转换成十六进制数。 101111010 . 0111001B =0001 0111 1010 . 0111 0010B = 17A.72H
(1)CPU
CPU是采用超大规模集成电 路芯片，芯片内集成了运算器 和控制器的功能。
（2）内存
微型计算机的工作就是执行 程序，不论指令还是指令处理 的数据都需要存放在内存储器 中。
（3）I/O接口
I/O（Input／Output）接口是外设与 微型计算机之间的连接电路。外设实现 信息的输入/输出。外设处理数据的速度 远低于计算机，且信息格式、信号电平 一般不满足计算机的要求，故外设需要 接口电路与计算机相连接。
第一章微型计算机基础知识
第一章微型计算机基础知识第一章微型计算机基础知识§1-11-1.1微型计算机微型计算机的组成微型计算机是大规模集成电路发展的产物，自1971年微型计算机问世以来，经过近30年的发展，它的应用范围之广，已达到了惊人的地步。
计算机除在科学计算领域中大显身手外，还在大到航天技术、人造地球卫星，小到家用电器等控制领域中大显神威，可以讲，计算机在现代社会中已是无孔不入。
而在不同领域和不同场合使用的计算机，其组成的形式和外观差异是很大的，如人们通常所见的微型计算机，由主机箱、键盘和显示器等组成，有的还配有打印机等。
也有一些计算机系统的组成与上述组成差别较大，如微电脑控制的家用洗衣机上的计算机，与洗衣机组成一体，没有通常所见的主机箱、键盘和显示器等，但在洗衣机上有塑料薄膜按键用于操作和选择工作状态，用发光二极管的亮灭来指示洗衣机的工作状态，这也是一种形式的计算机系统。
但是，不管计算机系统的形式和外观如何变化，计算机的基本组成结构还是有一定的模式，可以分为五大部分，如图1-1所示，其中最关键的一大部分就是运算器和控制器，它们组成中央处理单元CPU，从广义的角度来讲，只要具有中央处理单元CPU，其他部分不论如何组合，都可认为这就构成了计算机。
1．运算器运算器是计算机对各种代码信息进行处理的主要部件，这好比是人的大脑。
运算器对各种二进制数据进行运算、逻辑判别最后得出结果。
运算器由算术逻辑单元、寄存器、加法器以及一些控制电路等组成。
1-1 总线BUS 输入设备输出设备运算器存储器输入指令输出指令操作指令存取指令控制器图1-1 微型计算机的组成第一章微型计算机基础知识2．控制器控制器是计算机的总指挥部，由控制器发出控制指令，实现计算机各部分之间的有机联系，使计算机各部分能协调一致地工作。
控制器如同马路上的交通警察，控制器由时序电路和一些逻辑电路构成。
3．存储器计算机的存储器分为内存储器和外存储器二部分。
存储器是用于存放计算机程序、计算机参数设置、原始数据、中间结果或最终结果的部件。
微机原理第01章
2. 80286 (1982年)
16位数据总线、24位地址总线（16MB主存） 实方式（Real Mode） 保护方式（Protected Mode） IBM PC/AT机使用Intel 286 CPU
第1章：1.1.2 Intel 80x86系列处理器
3. 80386 (1985年)
32位结构
微机系统与接口技术
刘毅
微机系统与接口技术-课程介绍
微机：IBM PC系列机 指令：8088指令系统 接口：I/O接口电路及其与外设连接 技术： 硬件－－接口电路原理 软件－－接口编程方法
微机系统与接口技术-参考文献
钱晓捷， 16/32 位微型计算机原理及接 口技术, 北京：机械工业出版社，2011.10
)
64位线性地址空间，支持40位物理地址空间 32位扩展工作方式（IA-32e） 8个附加的通用寄存器、8个附加的SIMD多媒体寄存器、 64位通用寄存器和64位指令指针等
2. Intel Core微结构
提高了性能并降低了功耗 多核处理器的基础
3. 多核技术（Multi-core）
一个芯片上制作两个或多个处理器执行核心
6. Pentium Pro （1996年, 6代x86微处理器） 原称P6，中文名称为“高能奔腾” 两个芯片组成
CPU与一级（L1）Cache（8KB代码和8KB数据） 二级（L2）Cache（256KB或512KB）
扩展的超标量技术
12级指令流水线 能同时执行3条指令
动态执行技术
辅助存储器（简称辅存或外存）
磁盘、光盘存储器等构成 相对造价低、容量大、信息可期保存，但速度慢
3. I/O接口和I/O设备
I/O设备(Peripheral）：用户与微机交互
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Pentium 4
Northwood Socket478 1.6-3.4GHz 0.13微米 55百万 131 8KB
12000微指令
Pentium 4 Extreme Edition Gallatin Socket478 3.23.4GHz 0.13微米 178百万 237 8KB
2000微指令
Athlon 64
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：15~20μs 4.集成度：2000管/片
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第二代（1973－1978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。
第四代（1983-1993年）：32位微处理器时期 第五代（1993～1996）：Pentium微处理器的时代 第六代（1997至今）：加强型Pentium时代 第七代：64位CPU时代
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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）。
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AMD公司的Athlon CPU，1.33GHz主频及 2GHz主频。
15
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2～4MB的3级缓存、工作频率 为800MHz及722MHz的产品，价格为1177美 元至4427美元。
700万 2800万 2130万 4200万
266MHz/400 MIPS 450MHz 450MHz 0.25 μm 1.4GHz 0.18 μm
2005/02/21：P4 6XX发布 起跳频率为3.2GHz，L2 Cache 2MB，售价为215 欧元
2005/02/28
Intel 2004年2月1日发布基于Prescott核心的第三代 Pentium 4处理器 。采用0.09微米的制造工艺，拥有一 亿两千五百万个晶体管，管线也增加到了31级。配备 1MB二级缓存，16KB的数据缓存 。
特点:
1.字长： 16位 2.时钟频率： 5～40MHz 3.平均执行指令时间： 0.5 μs 4.集成度：20000 ～ 60000管/片
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12
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80386 1989年， Intel公司推出80486，同期有Motorola 公司的M68040 特点:
1949年，剑桥大学制成了冯·诺伊曼思
想的带有存储结构的电子计算机。
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7
计算机发展的四个阶段
计算机的发展与分类
第一代 （1946~1956） 电子管 5千~4万（次/秒） 第三代 （1965~1970） 集成电路 百万~几百万（次/秒）
第二代 （1957~1964） 晶体管 几十万~百万（次/秒）
第四代 （1971~现在） 大规模集成电路 几百万~几亿（次/秒）
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微型计算机属于第四代计算机
8
微处理器发展
第一代（1971-1973年）：4位和低档8位微处理器时代 第二代（1973－1978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
13:20 27
MIPS
4.系统配置（外设扩展能力、软件配置等）
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
微型机的特点
功能强
周期短、见效快（标准化集成） 体积小、重量轻、耗电省 可靠性高，对环境要求低 性价比高（每年性能提高一倍，价格降低一倍）
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26
微型计算机的主要性能指标
1.字长 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。 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（指令执行时间） 主频——时钟频率， 5.系统总线 6.性能价格比
Pentium 4E
核心 Socket 频率 生产技术 晶体管数 内核尺寸mm2 L1数据缓存 L1指令缓存 L2缓存 L3缓存 Prescott Socket478 2.8-3.4GHz 0.09微米，应 变硅晶技术 125百万 112 16KB 1200微指令 1024KB — SSE3/SSE2/S SE
万晶体管
4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 0.49 2.9 13.4 27.5 310 120 550 700 2800
4200
1973
1978
1982
1985
1989
1993
1995
1997
1999
2000 年
摩尔定律
晶体管数目每两年增加一倍
3 .测控领域
4 .网络通信
28
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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
2MHz 2.5MHz
5MHz／基本指令周期0.5 μs
基本指令周期0.2 μs 16-33MHz／3-4 MIPS 33-120MHz /41-54 MIPS 75-133M Hz 0.6 μm 200MHz/400 MIPS
Pentium Ⅱ 32位 第 1997年 五 1999.2.26 Pentium Ⅲ 32位 代 1999.2.24 AMD-K6-Ⅲ 32位 2000.11.24 Pentium 4 32位 更新 ……
实验
3
第 章
绪论 1、微机的发展历程
1
微机系统概述
原码、反码、补码和运算法则 数的定点和浮点表示
2、微机的分类、特点、性能指标 3、微型计算机的应用 微型计算机的数制及其转换
非数值数据的编码方法
1、字符数据 2、汉字数据 奇偶校验码 微型计算机系统 微型计算机的工作过程
1、微型计算机的数制
2、微型计算机数制间数的转换 微型计算机的二进制数运算
19
512KB —
512KB 2MB
1024/512KB 1024KB
SIMD指令
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SSE2/SSE
SSE2/SSE
Gordon Moore 1965的预言已经40年了，这条IT第一定律还 能走多远？
1971/11 Intel 4004 2300 Transistors
1978/6 Intel 8086 29000 Transistors 3μm
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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
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30
特点: 1.字长： 8位 2.时钟频率： 2～4MHz 3.平均执行指令时间： 1～2 μs 4.集成度：5000 ～ 10000管/片
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11
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
2300 3500 6000 6800 10000 29000 13.4万 27.5万 120万 310万 550万
108KHz 每秒6万次
基本指令周期为20～50μs
第 1974年 二 代 1976年 第 1978年 三 1982年 代 第 1985年 10月 四 1989年4月 代 1993.3.22 1995.11.8
1、算术运算
2、逻辑运算
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4
本章重点：
微处理器、微型计算机、微型计算机系统的概念
数制转换和逻辑运算
补码和补码运算
微型计算机的工作过程
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5
1、绪论
微机的发展、分类 微机的特点和性能指标 微机的应用
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6
计算机的发展与分类
计算机的产生
1946年，世界上第一台电子数字计算机 ENIAC在美国宾西法尼亚大学研制成功。
22
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奔腾4代 64位 不是我不明白 奔腾3代 这世界变化太快 奔腾2代 扎扎实实掌握知识 奔腾 准64位 以不变应万变！ 80486 80386 32位 80286 8086 微型计算机的发展主要 16位 8088 是指微处理器的发展 8008 准16位 掌握一种流行的16位机， 8位 4004 重在学会设计思路 4位