微处理器的体系结构.
微计算机原理及应用第三版答案
微计算机原理及应用第三版答案第一章：计算机系统概论1.1 计算机系统概述1.1.1 计算机硬件系统计算机硬件系统是计算机的重要组成部分，主要包括中央处理器（CPU）、存储器、输入输出设备等。
其中，CPU是计算机的核心部件，负责执行各种指令和控制计算机的运行。
存储器用于存储数据和指令，分为主存储器和辅助存储器两种形式。
输入输出设备用于与计算机进行信息的输入和输出。
1.1.2 计算机软件系统计算机软件系统是由多个软件模块组成的，可以分为系统软件和应用软件两大类。
系统软件包括操作系统、编译系统等，用于管理计算机的硬件资源和提供基本的服务。
应用软件是为了满足用户的具体需求而开发的，包括办公软件、图像处理软件等。
1.2 计算机的存储系统1.2.1 存储器的分类存储器按照存储介质的不同可以分为半导体存储器和磁性存储器两类。
半导体存储器是现代计算机中最常见的存储器类型，包括随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）等。
1.2.2 主存储器与辅助存储器主存储器是计算机中用于存储数据和指令的重要组成部分，以字节为单位进行寻址。
辅助存储器一般用于扩展主存储器的容量，具有存储容量大、价格低廉等优点。
1.3 计算机的运算与控制1.3.1 计算机的运算方法计算机的运算方法包括定点运算和浮点运算两种形式。
其中，定点运算适用于整数运算，浮点运算适用于实数运算。
1.3.2 计算机的指令系统计算机的指令系统由指令集和寻址方式组成，指令集包括操作码和操作数等。
寻址方式用于确定操作数的地址。
第二章：微处理器体系结构2.1 单总线计算机结构2.1.1 单总线结构的特点单总线结构是一种简单且成本低的计算机结构，它可以减少计算机系统中多个总线的复杂性。
然而，单总线结构的缺点是数据和指令的传输速度较慢。
2.1.2 单总线结构中的通信流程在单总线结构中，计算机的存储器、I/O设备和CPU通过共享同一根总线进行通信。
传输的数据和指令通过总线进行传输，并且只能有一个设备驱动总线进行传输。
x86是多少位
x86是多少位x86，亦称为x86架构或x86体系结构，是一种32位和64位微处理器架构。
它是Intel于1978年首次引入的一种基于CISC （Complex Instruction Set Computer，复杂指令集计算机）的处理器架构。
自那时以来，x86架构已经成为市场上最为广泛使用的计算机架构之一。
x86架构的第一个处理器是Intel 8086，它是一款16位处理器。
然而，由于对内存限制的需求以及市场的发展，Intel随后推出了Intel 80286（i286）处理器，后者是一款32位处理器，向后兼容8086指令集。
这是x86架构的第一个32位处理器，为今后的发展奠定了基础。
随着计算机技术的进步和市场需求的推动，x86架构建立了其领导地位。
Intel在后续的产品中引入了更先进的处理器，如80386（i386），80486（i486）和Pentium系列，将x86架构推向新的高度。
这些处理器通过增加处理器位宽度并改进指令集来提高计算能力和效率。
虽然32位x86架构在市场上非常成功，但随着技术的进步，对更高计算能力和内存访问的需求也越来越迫切。
为了应对这一需求，x86架构进一步演变为64位架构。
Intel在2003年推出了第一款x86 64位处理器，称为Intel Itanium。
紧接着，Intel又发布了x86架构的64位版本，称为Intel EM64T。
AMD还引入了自己的64位架构，称为AMD64或x86-64。
这些64位处理器不仅可以兼容运行32位操作系统和应用程序，还可以运行64位操作系统和应用程序，提供更高的内存寻址能力。
x86架构的位数指的是处理器的寻址能力和寄存器的位宽度。
在32位x86架构中，处理器能够寻址32位内存地址，这意味着它最多可以寻址2^32（大约4GB）的内存。
而在64位x86架构中，处理器能够寻址64位内存地址，最多可以寻址2^64（约16EB）的内存，实现了更高的内存寻址能力。
微处理器系统结构与嵌入式系统设计教案(mod)
微处理器系统结构与嵌入式系统设计教案(mod)一、课程简介1.1 课程背景随着信息技术的飞速发展，微处理器和嵌入式系统在各个领域得到了广泛应用。
本课程旨在帮助学生了解微处理器系统的基本结构，掌握嵌入式系统设计的方法和技巧，培养学生进行嵌入式系统设计和应用的能力。
1.2 课程目标通过本课程的学习，学生将能够：（1）理解微处理器系统的基本结构及其工作原理；（2）掌握嵌入式系统设计的基本方法和步骤；（3）熟练使用嵌入式系统设计工具和开发环境；（4）具备嵌入式系统应用的能力，为实际工程项目奠定基础。
二、教学内容2.1 微处理器系统结构（1）微处理器的基本概念及其发展历程；（2）微处理器的组成和主要性能指标；（3）冯·诺依曼体系结构与哈佛体系结构的比较；（4）微处理器的内部结构和工作原理。
2.2 指令系统（1）指令的基本概念和分类；（2）指令的操作码和操作数；（3）指令的执行过程；（4）常见的指令系统架构。
2.3 存储系统（1）存储器的基本概念和分类；（2）随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）；（3）存储器层次结构；（4）cache 存储器。
2.4 输入/输出系统（1）输入/输出接口的基本概念；（2）I/O 接口的编址方式和数据传输方式；（3）中断处理机制；（4）直接内存访问（DMA）。
2.5 嵌入式系统设计（1）嵌入式系统的概念及其与通用计算机系统的区别；（2）嵌入式系统的硬件和软件组成；（3）嵌入式系统设计的一般流程；（4）嵌入式系统开发工具和环境。
三、教学方法3.1 讲授通过讲解微处理器系统结构、指令系统、存储系统、输入/输出系统和嵌入式系统设计的相关知识，使学生掌握基本概念、原理和方法。
3.2 实验安排实验课程，让学生亲自动手进行嵌入式系统设计，巩固所学知识，提高实际操作能力。
3.3 讨论与交流组织课堂讨论，引导学生思考和分析实际问题，培养学生的创新能力和团队合作精神。
四、教学评价4.1 考核方式课程考核采用期末考试和平时成绩相结合的方式，其中期末考试占60%，平时成绩占40%。
微处理器概述
第一章冯诺依曼体系结构：计算机应由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备组成。
微处理器：mp包括运算器和控制器，集成到一个芯片上是cpu, control processing unit。
运算器负责对信息进行处理和运算。
控制器负责根据程序的要求发出各种控制命令，协调各部件之间的工作。
存储器：用来存放当前正字啊使用的或经常使用的程序、数据和运算结果。
分为ram（随机存储器）和rom（制度存储器）微型计算机的主要性能：字长：计算机内部一次可以处理的二进制的位数；存储容量：衡量微型计算机中存储能力的指标；运算速度：每秒能执行的质量条数；外设扩展能力：软件配置：系统稳定性和兼容性：常见CPU的位数：4位：4004,8位：8008,808016位：8086、8088，8028632位：英特尔386，英特尔486，英特尔奔腾，英特尔高能奔腾，英特尔奔腾二，奔腾二至强，奔腾三，奔腾三至强，奔腾四64位：至强，安腾，安腾二，奔腾M，奔腾D，Core 2 Duo原码、反码、补码原码就是将一个数转化为二进制数，最高位是符号位（负为1，正为0），机器内表示一个数存储原码的长度和机器字长一样，数值转化后不够机器字长的，以0补齐。
反码就是原码在符号位不变的前提下按位取反。
补码就是反码加一。
计算机常用编码BCD码：计算机常用的是8421BCD码。
ASCII码：美国信息交换标准码。
汉字编码：信息交换用汉字编码。
包括输入编码、内码、字形编码，分别用于汉字的输入、内部处理、输出。
汉字的输入编码一般有数字编码、拼音码、字形编码三类。
汉字的内码是用于汉字信息的存储、交换、检索等操作的机内代码。
汉字字形编码是用来描述汉字字形的代码，是汉字的输出形式。
微处理器与系统结构PPT详细讲解
•29 •HLDA* •28 •WR*
有效，三态)
•27 •M/IO* 测试信号(输入、低电
•26 •DT/R* •25 •DEN*
平有效)
•24 •23 •22
•ALE* •INTA* •TEST
READY 准备就绪(输入 、高电平有效)
•21 •READY
•RESET
状态信号指示当前使用段
一、8086通用引脚信号
•1
•40 •VCC
•2
•39 •AD15 INTR可屏蔽中断请求
•3 •4
•38 •A16/S3 •37 •A17/S4
信号(输入、高有效)
•5 •6
•36 •35
•A18/S5 •A19/S6
NMI非屏蔽中断请求(
•7 •8
•34 •BHE/S7 •33 •MN/M
输入，上升沿触发)
•GND •AD14 •AD13 •AD12 •AD11 •AD10 •AD9 •AD8 •AD7 •AD6 •AD5 •AD4 •AD3 •AD2 •AD1 •AD0 •NMI •INTR •CLK •GND
二、8086最小模式引脚信号
M/ 存储器/IO控制信号
•1 •2 •3
•40 •39 •38
微处理器与系统结构PPT详 细讲解
第二章学习要点
重点掌握内容： 1．微处理器的基本结构。 2．Intel 8086微处理器的基本结构，包括： 功能结构、寄存器结构和总线结构。 3．Intel 8086微处理器系统的组成： 控制核心单元＋存储器组织＋I/O端口组织 4．Intel 8086微处理器在最小模式下的典型总线 操作和时序。 5．几个重要概念：时钟周期，总线周期，指令周期。
微处理器的体系结构
兼容性
针对系列计算机 要求所有机种间能够保持向上兼容和向后兼容 向上兼容：为某个档次机种编制的软件能够不加修 改地运行在比它高档的机种上 向后兼容：为某个时期生产的机种编制的软件能够 不加修改地运行在它之后生产的机种上 Pentium微处理器的运行模式：实模式、保护模式
兼容性 针对（软件）体系结构，非硬件实现
1000：1234 0100：ABCD
计算机体系结构是程序员所看到的系统的一些属性： 概念性的结构和功能上的表现，这些属性既不同于数 据流和控制的组织，也不同于逻辑设计和物理实现。
Amdahl,1964
计算机体系结构是连接硬件和软件的一门学科，它研 究的内容不但涉及计算机硬件，也涉及计算机软件。
计算机体系结构与计算机组成
区别在于关心的问题不同： •计算机体系结构关心的是怎样合理地进行软硬 件功能分配，为软件人员提供适用的计算机 •计算机组成关心的是怎样合理地实现分配给硬 件的功能和指标，提高性能价格比
第二章 Pentium微处理器的体系结构
2.1 计算机体系结构的含义 2.2 Pentium微处理器的内部结构 2.3 实模式软件体系结构 2.4 保护模式软件体系结构 2.5 浮点部件软件体系结构
2.1 计算机体系结构的含义
计算机体系结构 = computer architecture (计算机系统结构)
简单指令：完全由硬件执行而无需任何微码控制， 在一个时钟周期内执行的指令
•mov reg, reg/mem/imm •mov mem,reg/imm •alu reg, reg/mem/imm •alu mem, reg/imm •inc reg/mem •dec reg/mem •push reg/mem •pop reg •lea reg, mem •jmp/call/jcc near •nop
Intel微处理器
三、80386/80486微处理器 80386/80486微处理器
80386/80486是针对多用户和多任务的应用而推出的32位微处理器， 80386/80486是针对多用户和多任务的应用而推出的32位微处理器， 是针对多用户和多任务的应用而推出的32位微处理器 80286相比 它在结构和性能上的主要特点如下： 相比， 与80286相比，它在结构和性能上的主要特点如下： 内部寄存器数量明显增加，它具有全32位数据处理能力， 32位数据处理能力 ① 内部寄存器数量明显增加，它具有全32位数据处理能力，还可以进行 64位的数据运算。 64位的数据运算。 位的数据运算 片内存储管理部件可实现段页式存储管理， 80286可提供更大的虚拟 ②片内存储管理部件可实现段页式存储管理，比80286可提供更大的虚拟 存储空间和物理存储空间。 存储空间和物理存储空间。 ③ 比80286新增了一种保护模式下的工作方式，即虚拟8086方式。 80286新增了一种保护模式下的工作方式，即虚拟8086方式。 新增了一种保护模式下的工作方式 8086方式 ④ 80486增加到6级指令流水线。 80486增加到6级指令流水线。 增加到 提供了32位外部总线接口，最大数据传输速率显著提高。 32位外部总线接口 ⑤ 提供了32位外部总线接口，最大数据传输速率显著提高。 运算速度大大加快。 ⑥ 运算速度大大加快。
段寄存器为8086/8088采用存储器分段管理提供了主要的硬件支持 。 段寄存器为 8086/8088采用存储器分段管理提供了主要的硬件支持。 采用存储器分段管理提供了主要的硬件支持 8086/8088 可寻址的存储器空间为 MB。通过分段管理， 可寻址的存储器空间为1 MB的物理存储 8086/8088可寻址的存储器空间为1MB 。 通过分段管理 ， 把 1MB 的物理存储 空间分成若干逻辑段，每段最大为64KB。段的起始单元地址叫段基址。 空间分成若干逻辑段，每段最大为64KB。段的起始单元地址叫段基址。 64KB 段基址 存储器的分段方式不是唯一的 各段之间可以连续 分离、 连续、 存储器的分段方式不是唯一的，各段之间可以连续、分离、部分重叠 不是唯一 完全重叠。这主要取决于对各个段寄存器的预置内容。 和完全重叠。这主要取决于对各个段寄存器的预置内容。一个具体的存储 单元的物理地址，可以属于一个逻辑段，也可以同属于几个逻辑段。 单元的物理地址，可以属于一个逻辑段，也可以同属于几个逻辑段。 8086/8088的 个当前段分别称为：代码段、数据段、堆栈段、 8086/8088的4个当前段分别称为：代码段、数据段、堆栈段、附加段 采用存储器分段管理后，存储器地址有物理地址和逻辑地址之分 之分。 采用存储器分段管理后，存储器地址有物理地址和逻辑地址之分。CPU AB上送出的是物理地址。 访问存储器时 地址总线AB上送出的是物理地址 访问存储器时，地址总线AB上送出的是物理地址。 编程时则采用逻辑地址， 编程时则采用逻辑地址，逻辑地址有段基址和段内偏移地址两部分组 则采用逻辑地址 成，两者都是16位。 两者都是16位 16
微处理器系统结构与嵌入式系统设计
微处理器的存储器系统
03
嵌入式系统设计
专用性
嵌入式系统通常针对特定的应用进行设计和优化。
定义
嵌入式系统是一种专用的计算机系统，它被嵌入到设备中，以控制、监视或帮助操作该设备。
实时性
嵌入式系统需要能够在特定的时间内响应外部事件或执行特定任务。
指令集
指令中操作数的有效地址的确定方式。
寻址方式
指令在存储器中的表示方式。
指令格式
指令在二进制代码中的表示方式。
指令编码
微处理器的指令集体系结构
高速缓存（Cache）：用于存储经常访问的数据，提高数据访问速度。
主存储器（Main Memory）：用于存储程序和数据，是微处理器可以直接访问的存储器。
控制系统中的微处理器
微处理器具有运算速度快、集成度高、可编程性强等优点，能够提高控制系统的稳定性和可靠性。
微处理器在控制系统中的优势
微处理器在控制系统中的应用
通信系统中的微处理器微处理器 Nhomakorabea通信系统中主要用于信号处理、协议转换、数据加密等功能，保障通信的稳定性和安全性。
微处理器在通信系统中的优势
微处理器具有高速的数据处理能力和灵活的可编程性，能够满足通信系统的复杂需求。
硬件设计
根据系统设计，编写嵌入式系统的程序和固件。
软件设计
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嵌入式系统的设计流程
04
微处理器在嵌入式系统中的应用
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微处理器在控制系统中发挥着核心作用，通过接收输入信号，经过处理后输出控制信号，实现对被控对象的精确控制。
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2.1 Athlon 64 的3大区分特征
制造工艺 晶体管制造工艺到底是130nm还是90 nm 。 由于更小的制造工艺，晶元大小被从 150mm2缩小到83mm2，使得相同的晶元有 可能多生产75％的处理器hlon 64 系列 CPU 的核心类型
2.2 Athlon 核心介绍
四. AMD64位微处理器的发展展望
64位将成为主流双核心是发展方向 90nm工艺、应变硅和防毒技术将得到大量 应用 软件环境必须发展成熟
五.小结
芯片未来发展方向
Q&A
Thank you.
AMD Athlon 64位 微处理器的体系结构
吕 晴 033344 徐 彦 033348 甘爱梅 033349
提要
信息技术的飞速发展， 32 位计算平台在越 来越多的高端应用中显得力不从心，而 64 位时代的到来，无疑是广大用户的福音。 本文详细介绍了 AMD这个全球知名处理器制 造 厂 商 所 制 造 的 64 位 最 新 微 处 理 器 产 品 ――Athlon ，并从各个方面综合的比较了 Athlon 与苹果公司， Intel公司产品的差别 所在，指出了 64 位高端微处理器的未来发 展方向。
Sledgehammer Clawhammer Newcastle Wincheste Troy Venice SanDiego
2.3 Venice 核心特点介绍
Dual Stress Liner(DSL) 技术 Dual Stress Liner通 过向晶体管的硅层施 加应力，同时实现了 速度的提高与耗电量 的降低。
Athlon
自行研发X86-64 采用一种更平滑的过渡方式 ,将86架构扩展 到了64位。 Intel的IA－64更加注重架构的可持续发展性， 而AMD的x86－64架构更加注重对现有软件 的兼容性。
AMD与Intel 64位产品 架构比较：
区别总体回顾
对于大多数软件来说，可 以完全象32位一样的安装 和运行。通过一个叫做 WOW64(Windows 32 on Windows 64)的子系统，绝 大多数32位应用可以直接 运行在x64 Windows 上， 而这个过程对用户来说是 透明的，完全可以当它不 存在。
1.3 AMD的64位时代
2003年，AMD公司推出全球第一款64位个人 电脑处理器 .
国内外许多厂商紧接着纷纷为AMD Athlon 64 FX处理器提供支持. AMD64 处理器系列集成了内存控制器带来 高速体验. “x86无处不在” 获得更多客户.
二. Athlon详细介绍
2.1 Athlon 64 的3大区分特征
1.2 市场需要的背景
微处理器的重要性 用途举例: 数字电影, 支持全球性Internet和电子商务 的大型网站, 破译人类基因密码,全球性的 天气和灾害分析预报,人类对外层空间的探 测等等
64位微处理器发展趋势 高端应用 更广泛应用 封闭,垄断开放 价格昂贵更低的价格 性能优势 寻址能力带来强大的执行效率 系统稳定性
2.3 Venice 核心特点介绍
支持SSE3指令集 目前基于Venice核心上的Athlon 64已经 提供对SSE3指令的支持,但是SSE3并不是一 个完整的指令集，仅仅只是SSE2指令集的 扩展版本。
2.3 Venice 核心特点介绍
改良的整合内存控制器 提升内存控制器的性能 增加对不同DIMM（双列直插内存模块） 和不同配置的兼容。
Socket类型 如今已经推出的 Athlon 64处理器的 socket类型主要分为757 以及939两种。 Athlon 64 Socket 939 多了185根针脚，控制 第二条内存通道
2.1 Athlon 64 的3大区分特征
时钟频率 处理器的时钟频率主要通过每秒的周期数 量来表示。它根据型号的不同，分为从1800 MHz到2600 MHz不等。
三.Athlon 与PowerMac G5、 Itanium之比较
3．1 Athlon VS PowerMac G5
旧的处理器设计黔驴技穷,催生新技术. 性能得到提高 降低不兼容性
3.2 Athlon VS Itanium
Itanium
策略的重大不同导致Intel落后于AMD Intel不认为个人和移动领域需要64位的体系 结构 Intel单独发布EPIC和Itanium（安腾）的企 业级64位处理器.它不兼容x86-32指令集， 也就是说个人电脑的应用程序并不能在安 腾上运行，这样，大众实际上是被Intel划 到了64位的界外。
我们准备了什么?
64位微处理器的市场背景 AMD的64位时代 AMD Athlon详细介绍 Athlon 与PowerMac G5、Itanium之比较 AMD 64位处理器发展展望 小结 Q&A
一. 背景介绍
64位技术概念 64位微处理器的两大生产商 AMD Intel 竞争激烈