第1章 微型计算机概述

• 固体物理技术，核心元件中小规模集成电路。 固体物理技术，
• 4．第四代大规模和超大规模集成电路计算机（1972年以 ．第四代大规模和超大规模集成电路计算机（ 年以 后） 核心元件大规模和超大规模集成电路； 上千万次至上亿次/秒，进入现代社会各个领域。 上千万次至上亿次 秒 进入现代社会各个领域。 超大规模集成电路应用的直接结果是微型计算机的诞生。 超大规模集成电路应用的直接结果是微型计算机的诞生。 关于摩尔定律（ 关于摩尔定律（Moore’s Law）集 ） 成电路的复杂性(性能 大约每隔18 性能)大约每隔 成电路的复杂性 性能 大约每隔 个月提高一倍，成本则下降一半。 个月提高一倍，成本则下降一半。
• 微型计算机
• 微型计算机系统
1.1.2 计算机的发展概况
• 1．第一代电子管计算机（1946~1953年） ．第一代电子管计算机（ 年 1946年，世界第一台电子计算机 年 世界第一台电子计算机ENIAC在美国的宾夕法 在美国的宾夕法 尼亚大学诞生。 尼亚大学诞生。 这台名为 ENIAC (电子数字积分计 算机的缩写） 算机的缩写）的 机器，使用18800 机器，使用18800 个电子管， 个电子管，1500 多个继电器，耗 多个继电器， 150千瓦 千瓦， 电150千瓦，占地 170平方米 170平方米，重达 平方米， 30吨 可谓“ 30吨，可谓“庞 然大物” 然大物” 。
• 第六代 第六代(1995 年后 年后) • 1996年Intel公司将其第六代微处理器正式命名为 年 公司将其第六代微处理器正式命名为Pentium 公司将其第六代微处理器正式命名为 Pro( 奔腾 。该处理器的集成电路采用了 奔腾) 该处理器的集成电路采用了0.35的工艺，时 的工艺， 的工艺 钟频率为200MHz，Pentium Pro允许在一个系统里安装 允许在一个系统里安装4 钟频率为 ， 允许在一个系统里安装 个处理器，因此， 个处理器，因此，Pentium Pro最合适的位置是作为高性 最合适的位置是作为高性 能服务器和工作站。 能服务器和工作站。
1.2 微型计算机系统的组成
• 1.3.1 微型计算机的硬件 • 由微处理器、系统总线、存储器、I/O接口和 设备组成。 接口和I/O设备组成 由微处理器、系统总线、存储器、 接口和 设备组成。
• 微处理器 • CPU包括运算逻辑部件、寄存器部件和控制部件。 包括运算逻辑部件、 包括运算逻辑部件 寄存器部件和控制部件。 • CPU从存储器或高速缓冲存储器中取出指令，放入指令 从存储器或高速缓冲存储器中取出指令， 从存储器或高速缓冲存储器中取出指令 寄存器，并对指令译码。 寄存器，并对指令译码。它把指令分解成一系列的微操 然后发出各种控制命令，执行微操作系列， 作，然后发出各种控制命令，执行微操作系列，从而完 成一条指令的执行。 成一条指令的执行。 • 运算逻辑部件 运算逻辑部件(ALU) • 运算逻辑部件，可以执行定点或浮点的算术运算操作、 运算逻辑部件，可以执行定点或浮点的算术运算操作、 移位操作以及逻辑操作，也可执行地址的运算和转换。 移位操作以及逻辑操作，也可执行地址的运算和转换。
• 电子技术，核心元件 电子技术， 电子管，几千次/秒， 几千次/ 用于军事与科学研究。 用于军事与科学研究。
• 2．第二代晶体管计算机（1954～1963年） ．第二代晶体管计算机（ ～ 年
• 1954年，美国贝尔实验室研制成功第一台使用晶体管线 年 路的计算机，取名“催迪克” ），装有 个 路的计算机，取名“催迪克”（TRADIC），装有 ），装有800个 晶体管。 晶体管。 • 半导体技术，核心元件晶体管。 半导体技术，
• 第四代 第四代(1983—1993 年) • 1985年，Intel公司推出了第四代微处理器 年 公司推出了第四代微处理器80386。它具有 公司推出了第四代微处理器 。 32位的数据总线和 位的地址总线，存储器可寻址空间 位的数据总线和32位的地址总线 位的数据总线和 位的地址总线， 运算速度达到每秒300~400万条指令。 万条指令。 达4GB ，运算速度达到每秒 万条指令 • 1989年，Intel公司又推出了性能更高 的32位微处理器 年 公司又推出了性能更高 位微处理器 80486 ，在芯片上集成约120万个晶体管，是80386的4 倍。 在芯片上集成约120万个晶体管 万个晶体管， 80386的
• 寄存器部件 • 寄存器部件，包括通用寄存器、专用寄存器和控制寄存 寄存器部件，包括通用寄存器、 器。 • 通用寄存器又可分定点数和浮点数两类，它们用来保存 通用寄存器又可分定点数和浮点数两类， 指令中的寄存器操作数和操作结果。 指令中的寄存器操作数和操作结果。 • 专用寄存器是为了执行一些特殊操作所需用的寄存器。 专用寄存器是为了执行一些特殊操作所需用的寄存器。 • 控制寄存器通常用来指示机器执行的状态，或者保持某 控制寄存器通常用来指示机器执行的状态， 些指针。 些指针。 • 控制部件 • 主要负责对指令译码，并且发出为完成每条指令所要执 主要负责对指令译码， 行的各个操作的控制信号。 行的各个操作的控制信号。
• 第二代 第二代(1974—1978 年) • 典型的微处理器有Intel 8080/8085 ，Zilog 公司的 公司的Z80和 典型的微处理器有 和 Motorola公司的 公司的M6800。 公司的 。 • 与第一代微处理器相比，集成度提高了 与第一代微处理器相比，集成度提高了1~4倍，运算速度 倍 提高了10~15 倍，指令系统相对比较完善，已具备典型的 指令系统相对比较完善， 提高了 直接存储器存取等功能。 计算机体系结构及中断 、直接存储器存取等功能。
• 存储器的分类 • 按用途存储器可分为主存储器和辅助存储器。 按用途存储器可分为主存储器和辅助存储器。 • 主存储器：即内存，存放计算机运行期间的大量程序和 主存储器：即内存， 存取速度较快，存储容量不大。 数据 存取速度较快，存储容量不大。 • 外存储器：即外存，存放系统程序和大型数据文件及数 外存储器：即外存， 据库 存储容量大，位成本低。 存储容量大，位成本低。 • 内存有只读存储器 内存有只读存储器ROM和随机存取存储器 和随机存取存储器RAM两种类型。 两种类型。 和随机存取存储器 两种类型 • ROM：存储的内容是固定不变的，只能读出而不能写入 ：存储的内容是固定不变的， 的半导体存储器。 的半导体存储器。 • RAM：既能读出又能写入的半导体存储器。 ：既能读出又能写入的半导体存储器。
• 存储器 • 存储器(Memory)是计算机系统中的记忆设备，用 是计算机系统中的记忆设备， 存储器 是计算机系统中的记忆设备 来存放程序和数据。 来存放程序和数据。 • 计算机中的全部信息，包括输入的原始数据、计 计算机中的全部信息，包括输入的原始数据、 算机程序、中间运行结果和最终运行结果都保存 算机程序、 在存储器中。 在存储器中。 • 它根据控制器指定的位置存入和取出信息。 它根据控制器指定的位置存入和取出信息。
1.1.4 微机的性能指标
• 字长 • 计算机内部一次可以处理的二进制数码的位数。字长越 计算机内部一次可以处理的二进制数码的位数。 一个字所能表示的数据精度就越高， 长，一个字所能表示的数据精度就越高，数据处理的速 度也wk.baidu.com快。 度也越快。 • 存储容量 • 计算机系统所配置的主存 计算机系统所配置的主存(RAM)总字节数。内存容量越 总字节数。 主存 总字节数 可运行的软件就越丰富。 大，可运行的软件就越丰富。 • 运算速度 • 每秒钟所能执行的指令条数，对于微型计算机可用 每秒钟所能执行的指令条数，对于微型计算机可用CPU 的主频和每条指令的执行所需的时钟周期来衡量。 的主频和每条指令的执行所需的时钟周期来衡量。
• I/O设备和 接口 设备和I/O接口 设备和 • 输入/输出设备，就是指可以与计算机进行数据传输的硬 输入 输出设备， 输出设备 件。 • 最常见的 设备有打印机、硬盘、键盘和鼠标。从严格 最常见的I/O设备有打印机 硬盘、键盘和鼠标。 设备有打印机、 意义上来讲，它们中有一些只能算是输入设备（ 意义上来讲，它们中有一些只能算是输入设备（比如说 键盘和鼠标）；有一些只是输出设备（如打印机）。 ）；有一些只是输出设备 键盘和鼠标）；有一些只是输出设备（如打印机）。 • 所有储存器也可以算是输入 输出设备。如硬盘、软盘、 所有储存器也可以算是输入/输出设备 如硬盘、软盘、 输出设备。 光盘等。 光盘等。 • I/O接口是一电子电路 以IC芯片或接口板形式出现 )，其 接口是一电子电路(以 芯片或接口板形式出现 ， 接口是一电子电路 内有若干专用寄存器和相应的控制逻辑电路构成， 内有若干专用寄存器和相应的控制逻辑电路构成，它是 CPU和I/O设备之间交换信息的媒介和桥梁。 设备之间交换信息的媒介和桥梁。 和 设备之间交换信息的媒介和桥梁
第一章 微型计算机概述
• 本章学习目标 • 掌握微处理器、微型计算机、微型计算机 掌握微处理器、微型计算机、 系统的基本概念。 系统的基本概念。 • 掌握微型计算机系统的组成。 掌握微型计算机系统的组成。 • 了解微型计算机的发展和分类。 了解微型计算机的发展和分类。
1.1 基本概念
• 1.1.1 微处理器 • 微处理器是微型计算机进行控制和处理的核心，通常也 微处理器是微型计算机进行控制和处理的核心， 直接用CPU（中央处理单元）表示微处理器。 直接用 （中央处理单元）表示微处理器。
• 第三代 第三代(1978—1983 年) • 1978年，Intel公司率先推出 位微处理器 年 公司率先推出16位微处理器 公司率先推出 位微处理器8086 ，同时为 了方便原来的8位机用户 位机用户， 公司又提出了一种准16位 了方便原来的 位机用户，Intel公司又提出了一种准 位 公司又提出了一种准 微处理器8088。 微处理器 。 • 同期产品：Zilog公司 同期产品： 公司Z8000和Motorola公司的 公司的M68000。 公司 和 公司的 。 • 1982 年， Intel 公司又推出16位高级微处理器 公司又推出 位高级微处理器80286 。 位高级微处理器
• 第五代微处理器 第五代微处理器(1993—1995年) 年 • 1993年，Intel公司推出了第五代微处理器 年 公司推出了第五代微处理器Pentium(奔腾 。 奔腾) 公司推出了第五代微处理器 奔腾 它具有64位的数据总线和 位的地址总线， 位的数据总线和32位的地址总线 它具有 位的数据总线和 位的地址总线，CPU 内部采 用超标量流水线设计， 芯片内采用双Cache结构 用超标量流水线设计，Pentium芯片内采用双 芯片内采用双 结构 ( 指令 指令Cache和数据 和数据Cache)。 和数据 。 • 同期推出的微处理器还有IBM 、Apple和 Motorola这3家 同期推出的微处理器还有IBM Apple和 Motorola这3家 公司的K5和 公司联盟 PowerPC，以及 ，以及AMD公司的 和Cyrix公司的 公司的 公司的 M1等 。 等
• 3．第三代集成电路计算机（1964～1971年） ．第三代集成电路计算机（ ～ 年 • 1964年4月7日，IBM公司成功研制成世界上第一个采用 年 月 日 公司成功研制成世界上第一个采用 集成电路的通用计算机IBM 360系统，它兼顾着科学计 集成电路的通用计算机 系统， 系统 算和事务处理两方面的应用。 算和事务处理两方面的应用。
1.1.3 微处理器发展概述
• 第一代 第一代(1971—1973 年) • 通常以字长是4 位或 8 位微处理器，典型的是美国 Intel 位微处理器， 通常以字长是 4004 和 Intel 8008 微处理器。 微处理器。 • Intel 4004 是一 种 4 位微处理器，可进行 位二进制的并 位微处理器，可进行4 行运算，它有45 条指令， 行运算，它有 条指令，速度 0. 05MIPs。 。 • Intel 8008 是世界上第一种 8 位的微处理器，存储器采用 位的微处理器， PMOS 工艺。 工艺。
• 外部设备的配置及扩展能力 • 主要指计算机系统连接各种外部设备的可能性、 主要指计算机系统连接各种外部设备的可能性、 灵活性和适应性。 灵活性和适应性。 • 软件配置 • 配置有功能强、操作简单、又能满足应用要求的 配置有功能强、操作简单、 操作系统和丰富的应用软件。 操作系统和丰富的应用软件。