第一章 微型计算机及其体系结构
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第1章 微型计算机系统概述
【学习目标】 了解微型计算机的发展。 了解微型计算机的特点。 认识微型计算机系统的组成。 了解微型计算机的主要性能指标。
1.1 微型计算机概况
世界上第一台电子计算机早在1946年就诞生了，然而微 型计算机在1971年才问世，它具有众多优点，其应用更 加广泛。微型计算机（见图1-1）具有体积小、重量轻、 耗电少、性价比最优、可靠性高、结构灵活等特点，其 应用深入到社会生活中的各个领域，并取得了飞速的发 展。计算机不仅能够完成数学运算，而且还可以进行逻 辑运算，同时还具有推理判断的能力。因此，人们又称 它为电脑。现在，科学家们正在研究具有思维能力的智 能计算机。随着科学技术的发展，人们对计算机的认识 也在不断地深入
操作系统方面
主流的操作系统有Linux、UNIX （System Ⅴ、UNIX BSD、SCO UNIX、 Solaris等）、Windows系列（现在主要有 Windows 98、Windows NT、Windows 2000、Windows XP、Windows 2003、 Windows CE等）等。
图1-1 现代微型计算机
1.1.1 微型计算机的发展
现将有关计算机中央处理器（CPU）的一些基本概念介绍 如下： 中央处理器（CPU）是指把运算和控制功能集成在一起的 那块芯片，这块芯片俗称主机。 微型计算机系统是由中央处理器（CPU）配上一定容量的 存储器（或内存）、接口电路以及必要的外部设备组成。 单板机是指把CPU、一定数量的存储器芯片和I/O接口芯 片装在一块印刷电路板上，并在该板上配以具有一定功能的 输入、输出设备。 单片机是指把CPU、一定容量的存储器和必要的I/O接口 电路集成在一个硅片上。有的单片机还包括模数（A/D）和 数模（D/A）转换器。
第一章微型计算机概论
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1.2.2 微机的分类
1. 按微机的组成分类 2.按处理器字长分类
位片机 单片机 单板机 多板机
4位机 8位机 16位机 32位机 64位机
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1.2.3 主要技术性能指标
字长 存储器容量 运算速度 系统配置 性价比
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总线
计算机传送信息的一组信号线
单向总线：只能向一个方向传送信息的总线 地址总线(AB: Address Bus)
双向总线：能向两个方向传送信息的总线 数据总线(DB: Data bus) 控制总线(CB: Control bus)
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26微型计算机结构图ຫໍສະໝຸດ 3微型计算机的发展历程
第一阶段（1971━1973年)主要是4位和低档8位微型机。
（4004、8008）
第二阶段(1973-1977年)主要是中高档8位微型机（8080）
第三阶段(1978-1983年)主要为16位微型机（8086、8088）
第四阶段(1983-1992年)主要为32位高档微型机。
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1.2 微机的特点和分类
1.2.1 微机的特点
体积小，功耗低 更新快，生命力强 品种多、产量多 价格逐渐下降 用途广 结构灵活，性能可靠
七年级信息技术上册第一章微型计算机概述课件课件
四.微处理器、微型计算机和微型计算机系统（续）
（Microprocessor,Microcomputer,Microcomputer System）
? 1.Moore定律： “晶体管的大小将以指数速率变小，
而集成到芯片上的晶体管数目将2－3年【18－24个月】翻 一番。”
－－Gordon Moore，1965
? 1985年
80386
32万
? 1990年
80486
120万
? 1993年
Pentium
320万
? 1996年
Pentium Pro 550万
? 1997年2月 Pentium II 750万，300MHz
? 1999年
Pentium III
? 2000年(4季度) Pentium IV 4200万，1.4GHz(0.18um工艺)
? 微处理器具有运算和控制功能，是整个微型计算机的核心，也称中央处理器 CPU （Central Processing Unit ）。
? 注意，微处理器并不是一台完整的计算机，要构成一台完整的计算机（主机），还需要有： 存储器、 I/O接口及系统总线。
? 微处理器的主要功能部件 （1）算术逻辑部件（ ALU）：用来进行算术和逻辑运算。
?输出设备
三.计算机的工作流程
? 1.模型机结构 ? 2.指令的执行过程(P7)
模型机结构简图
存储器
微操作控制信号
???
控制逻辑阵列
指令译码器ID 累加寄存器A
指令寄存器IR
CPU
ALU
标志寄存器FR
地址寄存器MAR
程序计数器PC
+1
存 储 体 …
数据寄存器MDR
微型计算机系统概述PPT课件
零标志 符号位 溢出位
退出
开始
CPU将IP中的地址通过地址总线传给内存 内存把被寻址单元的机器指令传给CPU CPU将机器指令存入IR并进行译码
Y
N
转移指令
条件转移 N
Y 检查F寄存器
IP置成转移地址
N 满足条件转移
Y
执行指令
IP置成顺序的下 一条指令的地址
图1.6 微型机系统的工作过程
第13页/共14页
第一章 微型计算机系统概述
1.1 微型计算机系统的组成
计算机科学应 用与软 件 技术名牌 专业评估自操作系评统 汇报
硬件驱动层
二零零六硬件 年层五月
图1.1 计算机系统层次结构
第1页/共14页
1. 硬件层：其功能是在程序的控制下自动完成计算机的物理 操作。
计算机科学与技术名牌 2. 硬件驱动层（抽象层）:这些驱动层的软件直接控制着底层
累加器 基址寄存器 计数器 数据寄存器 堆栈指针 基址指针 目标变址寄存器 源变址寄存器
指令指针 标志寄存器
代码段段寄存器 堆栈段寄存器 数据段寄存器 附加数据段寄存器
退出
第8页/共14页
AX BX CX DX
SP BP SI DI
IP
FLAGS
CS SS DS ES
AH AL BH BL CH CL DH DL
退出
32位寄存器
16位寄存器
8位寄存器
EAX EBX ECX EDX ESP EBP EDX BH
BL
CX CH
CL
DX DH
DL
SP
BP
DI SI
EIP EFLAGS
IP FLAGS
CS SS DS ES FS GS
退出
开始
CPU将IP中的地址通过地址总线传给内存 内存把被寻址单元的机器指令传给CPU CPU将机器指令存入IR并进行译码
Y
N
转移指令
条件转移 N
Y 检查F寄存器
IP置成转移地址
N 满足条件转移
Y
执行指令
IP置成顺序的下 一条指令的地址
图1.6 微型机系统的工作过程
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第一章 微型计算机系统概述
1.1 微型计算机系统的组成
计算机科学应 用与软 件 技术名牌 专业评估自操作系评统 汇报
硬件驱动层
二零零六硬件 年层五月
图1.1 计算机系统层次结构
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1. 硬件层：其功能是在程序的控制下自动完成计算机的物理 操作。
计算机科学与技术名牌 2. 硬件驱动层（抽象层）:这些驱动层的软件直接控制着底层
累加器 基址寄存器 计数器 数据寄存器 堆栈指针 基址指针 目标变址寄存器 源变址寄存器
指令指针 标志寄存器
代码段段寄存器 堆栈段寄存器 数据段寄存器 附加数据段寄存器
退出
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AX BX CX DX
SP BP SI DI
IP
FLAGS
CS SS DS ES
AH AL BH BL CH CL DH DL
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32位寄存器
16位寄存器
8位寄存器
EAX EBX ECX EDX ESP EBP EDX BH
BL
CX CH
CL
DX DH
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SP
BP
DI SI
EIP EFLAGS
IP FLAGS
CS SS DS ES FS GS
微型计算机系统概述
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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。
微型计算机的基本结构3篇
微型计算机的基本结构第一篇：微型计算机的基本结构概述微型计算机（Personal Computer，简称PC）是一种广泛应用于个人日常工作和娱乐等方面的计算机，其基本结构由五个部分构成，分别是中央处理器（Central Processing Unit，简称CPU）、存储器、输入设备、输出设备和系统总线。
1. 中央处理器中央处理器是微型计算机最核心的部分，它是负责处理各种指令和数据的大脑。
CPU的性能直接影响着计算机的整体运行速度，因此在选择CPU时需要根据自己的需求选购合适的型号。
CPU主要由控制器和算术逻辑单元组成，其中控制器负责指导CPU完成各种操作，而算术逻辑单元则负责实现各种算术和逻辑运算。
除此之外，CPU还包括寄存器和高速缓存，它们的作用是缓存一些频繁使用的指令和数据，以提高CPU的运行效率。
2. 存储器存储器是微型计算机中用于存储数据和指令的部分，包括随机存储器（Random Access Memory，简称RAM）和只读存储器（Read-Only Memory，简称ROM）。
RAM是计算机中最常见的存储器，它可以被操作系统和应用程序用来存储临时数据和程序代码。
RAM的容量通常按照兆字节（Megabyte，简称MB）或者千字节（Kilobyte，简称KB）来计算，容量越大，能够同时存储的数据和程序代码就越多。
ROM是一类只能读取，不能写入的存储器，其中记录了一些固定的程序代码和数据。
ROM中的程序和数据不会被操作系统和应用程序改变，因此可以保证系统的稳定性和安全性。
3. 输入设备输入设备是用来输入数据和指令到计算机中的设备，常用的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪等。
键盘是计算机最常见的输入设备，可以输入各种文字和命令；而鼠标则可以通过移动鼠标指针来控制计算机的操作。
4. 输出设备输出设备是用来将计算机处理的结果显示给用户的设备，常用的输出设备有显示器、打印机、音响等。
其中显示器可以显示计算机处理的图像和文字，而打印机则可以将计算机处理的结果打印出来。
微型计算机的基础知识
分。 2.存储容量 是指存储器所能记忆信息的总量。 常用字节（Byte)表示。
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1.1 微型计算机系统概述
（1）位（bit） 二进制数的一位，简写b
（2）字节（Byte） 8位二进制数组成一个字节，简写B
（3)还有千字节（KB)，兆字节（MB），千兆字节（GB）等。
换算关系如下：
1B=8b 1GB=1024MB
例如：X86指令集、MMX（多媒体扩展指令集）、SSE(数 据流单指令扩展指令集）、SSE2、SSE3、SEE4(SSE4.1和 SSE4.2)等。
3、程序：
设计者为解决某一问题而设计的一系列指令集合。
计算机程序可分为：
机器语言程序、汇编语言编程辑p序pt 和高级语言程序。
21
1.3 微型计算机基本工作原理
1.2 计算机硬件基本结构
3、存储器：
存储器分为内存储器(主存）和外存储器（辅存）。内存储器简称内 存或主存，它的存储容量一般较小，与CPU直接相连，存取速度快，主要 用于暂时存放当前执行的程序和相关数据；外存储器称为外存或辅存， 作为内存的辅助存储器，它的存储容量大，但存取速度远比内存慢，主 要用于存放需长期保存的程序和数据。
取指令——分析指令——执行指令
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23
1.3 微型计算机基本工作原理
6、计算机系统
主机 硬件
中央处理器 内存储器 外存储器
运算器 控制器
外设
输入设备
微型计算机系统
系统软件
输出设备
操作系统 服务软件 编译或解释系统
软件
信息管理软件
辅助设计软件
应用软件
文字处理软件
图形软件
各种程序包
如图：一个编完辑整pp的t 计算机系统
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1.1 微型计算机系统概述
（1）位（bit） 二进制数的一位，简写b
（2）字节（Byte） 8位二进制数组成一个字节，简写B
（3)还有千字节（KB)，兆字节（MB），千兆字节（GB）等。
换算关系如下：
1B=8b 1GB=1024MB
例如：X86指令集、MMX（多媒体扩展指令集）、SSE(数 据流单指令扩展指令集）、SSE2、SSE3、SEE4(SSE4.1和 SSE4.2)等。
3、程序：
设计者为解决某一问题而设计的一系列指令集合。
计算机程序可分为：
机器语言程序、汇编语言编程辑p序pt 和高级语言程序。
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1.3 微型计算机基本工作原理
1.2 计算机硬件基本结构
3、存储器：
存储器分为内存储器(主存）和外存储器（辅存）。内存储器简称内 存或主存，它的存储容量一般较小，与CPU直接相连，存取速度快，主要 用于暂时存放当前执行的程序和相关数据；外存储器称为外存或辅存， 作为内存的辅助存储器，它的存储容量大，但存取速度远比内存慢，主 要用于存放需长期保存的程序和数据。
取指令——分析指令——执行指令
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1.3 微型计算机基本工作原理
6、计算机系统
主机 硬件
中央处理器 内存储器 外存储器
运算器 控制器
外设
输入设备
微型计算机系统
系统软件
输出设备
操作系统 服务软件 编译或解释系统
软件
信息管理软件
辅助设计软件
应用软件
文字处理软件
图形软件
各种程序包
如图：一个编完辑整pp的t 计算机系统
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
微型计算机及其体系结构
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1.2.2 微型计算机的软件系统
微机的软件系统由系统软件、应用软件和支撑 软件组成。
1．系统软件 系统软件通常包括：操作系统、语言处理程序、
诊断调试程序、设备驱动程序以及为提高机器 效率而设计的各种程序。在系统软件中，最重 要的软件当属操作系统，即OS（Operating System），所有的应用程序，包括系统软件 中的一些程序，都要在操作系统构筑的平台上 运行。
机等。 按用途分：工业过程控制机与数据处理机等。 按芯片型号分：286机，386机，486机与
Pentium机等。 按组装形式分：单片机、单板机与多板微型计
算机等。
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（1）单片机：如果将构成微型计算机的各 功能部件（CPU，RAM，ROM及I/O接口 电路）集成在同一块大规模集成电路芯片 上，一个芯片就是一台微型机，则该微型 机就称为单片微型计算机，简称单片机。
（3）自动化仪器、仪表及装置。在仪器、仪表及装 置中使用微处理器或微型计算机，可明显增强功能， 提高性能，减小重量和体积。
（4）信息管理与办公自动化。现代企事业单位和政 府、军队各部门要管理的内容，如财务管理、人事 档案管理、情报资料管理、仓库材料管理、生产计 划管理、信贷业务管理等。
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4．系统总线（System Bus）
所谓“总线”，是指传递信息的一组公用总线。系 统总线可分为3组：
（1）传送地址信息的总线称“地址总线”，即AB。 （2）传送数据信息的总线称“数据总线”，即DB。 （3）传送控制信息的总线称“控制总线”，即CB。
在一个系统中，除了CPU有控制使用总线的能力 外，DMA控制器和协处理器等一些设备也有控制和使 用总线的能力，它们被称为“总线主控设备”或 “总线请求设备”；而连在总线上的存储器和I/O设 备是被访问和控制的对象，它们被称为“总线被控 设备”。
1微型计算机及其体系结构解析
微型计算机发展史（1）
第一代（1971～1972）是4位和低档8位微型计算机 ，代表产品是美国Intel公司的4004微处理器芯片及 由它组成的MCS微型计算机。
第二代（1973～1977）是中高档8位微型计算机， 以Intel 8080和8085，Motorola公司的MC6800、美 国Zilog公司的Z80等为CPU的微型机为典型代表。
主要内容
本章主要介绍微型计算机的发展及应用、分 类、系统组成、工作过程和体系结构等基础 知识，使读者对微型计算机技术获得一个概 要的了解，并通过后面各章的学习，逐步掌 握微型计算机的原理。
1.1 微型计算机系统概述
1.1.1 微型计算机的发展及应用 微型计算机的发展是与微处理器的发展同
步的。在短短的30年时间里，几乎每两年时 间微处理器芯片的集成度就翻一番，每3～5 年就要更新换代一次。各代的划分通常以 MPU的字长和速度为主要依据。
微型计算机发展史（3）
1996年Intel将MMX（Multi Media extension ）多媒体扩展技术用于Pentium，发布多能奔 腾芯片（MMX Pentium）；1997年又将MMX 多媒体技术用于Pentium Pro，发布 PentiumⅡ芯片。继而，1999年2月Intel公司 又推出Pentium III微处理器，直至2000年3 月推出的Pentium 4高性能微处理器。
多板微型计算机
（3）多板微型计算机：也称系统机，把微处 理器芯片、存储器芯片、各种I/O接口芯片和 驱动电路、电源等装配在不同的印刷电路板 上，各印刷电路板插在主机箱内标准的总线 插槽上，通过系统总线相互连接起来，就构 成了一个多插件板的微型计算机。目前广泛 使用的微型计算机系统（如IBM PC/XT、 PC/AT、PC386、PC486、Pentium系列个人 计算机等）就是用这种方在仪器、仪表及 装置中使用微处理器或微型计算机，可明显增强功 能，提高性能，减小重量和体积。
微型计算机系统的组成PPT演示文稿
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计算机的发展经历了以下几代发展： 电子管计算机 晶体管计算机 集成电路计算机 大规模及超大规模集成电路计算机 人工智能计算机
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微型计算机的发展
第一代：4位及低档8位微处理器 第二代：中、高档8位微处理器 第三代：16位微处理器 第四代：32位微处理器 第五代：64位微处理器
7
微处理器飞速发展 IA-64 奔腾4代（安腾） 奔腾3代
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1.3 多媒体计算机系统
多媒体计算机一般是指能够综合处 理文本、图形、图像、动画、音频和视 频等多种媒体信息的计算机。
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提醒复习
• 计算机的基本组成 • 存储程序概念与冯.诺依曼计算机 • 微型计算机系统的三个层次 • 计算机主要性能指标的含义
26
作业
P15： 一、5，6，9 二、1，3，6，8 三、3
15
微型计算机系统
以微型计算机为核心，再配以相应 的外围设备、电源、辅助电路和控制微 型计算机工作的软件而构成的完整的计 算机系统。因此一个完整的微型计算机 系统应包括硬件和软件两大部分 。
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1.2 微型计算机系统的组成
➢微型计算机系统的三个层次 ➢微型计算机系统的性能指标 ➢微型计算机系统组成
微处理器 控制部件(Control Unit)
又称中央处 理器（CPU） 寄存器组(Registers)
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微型计算机
以CPU为核心，并配以存储器(ROM 和RAM)、输入／输出接口电路、系统总 线及相应的外部设备而构成的完整的、 可独立工作的计算机。有的微型计算机 是把这些组成部分集成在一个超大规模 芯片上，则称之为单片机 。
第一章 微型计算机系统的组成
1.1 计算机概述 1.2 微型计算机系统的组成 1.3 多媒体计算机系统
计算机的发展经历了以下几代发展： 电子管计算机 晶体管计算机 集成电路计算机 大规模及超大规模集成电路计算机 人工智能计算机
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微型计算机的发展
第一代：4位及低档8位微处理器 第二代：中、高档8位微处理器 第三代：16位微处理器 第四代：32位微处理器 第五代：64位微处理器
7
微处理器飞速发展 IA-64 奔腾4代（安腾） 奔腾3代
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1.3 多媒体计算机系统
多媒体计算机一般是指能够综合处 理文本、图形、图像、动画、音频和视 频等多种媒体信息的计算机。
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提醒复习
• 计算机的基本组成 • 存储程序概念与冯.诺依曼计算机 • 微型计算机系统的三个层次 • 计算机主要性能指标的含义
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作业
P15： 一、5，6，9 二、1，3，6，8 三、3
15
微型计算机系统
以微型计算机为核心，再配以相应 的外围设备、电源、辅助电路和控制微 型计算机工作的软件而构成的完整的计 算机系统。因此一个完整的微型计算机 系统应包括硬件和软件两大部分 。
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1.2 微型计算机系统的组成
➢微型计算机系统的三个层次 ➢微型计算机系统的性能指标 ➢微型计算机系统组成
微处理器 控制部件(Control Unit)
又称中央处 理器（CPU） 寄存器组(Registers)
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微型计算机
以CPU为核心，并配以存储器(ROM 和RAM)、输入／输出接口电路、系统总 线及相应的外部设备而构成的完整的、 可独立工作的计算机。有的微型计算机 是把这些组成部分集成在一个超大规模 芯片上，则称之为单片机 。
第一章 微型计算机系统的组成
1.1 计算机概述 1.2 微型计算机系统的组成 1.3 多媒体计算机系统
微型计算机的基本结构和运算基础
第1章 微型计算机的基本结构和运算基础1.1 内容提要1．微型计算机的基本结构微型计算机系统是由计算机硬件系统、软件系统以及通信网络系统组成的一个整体系统。
微型计算机硬件系统是指构成微型计算机的所有实体部件的集合，这些部件包括集成电路芯片、机械等物理部件，通常称为“硬件”。
微型计算机的硬件主要由输入设备、输出设备、运算器、存储器和控制器五部分组成。
微型计算机的软件系统可分为系统软件和应用软件。
2．数制转换在计算机内部，一切信息的存取、处理和传送均采用二进制形式。
但为了方便，常采用八进制、十六进制和十进制。
这样它们之间就存在一种对应转换关系。
任意进制数转换为十进制数就是按权展开求多项式之和。
十进制转换为二进制数时，对于整数部分，采用除基数取余数法；对于小数部分，则采用乘基数取整数法。
八进制、十六进制和二进制之间的转换非常简单，分别按3位二进制数对应1位八进制数、4位二进制数对应1位十六进制数的关系转换即可。
3．计算机中带符号数的表示方法在计算机中表示的数叫机器数。
数有带符号数和不带符号数之分，在计算机中，对于带符号数，其正和负必须符号化。
带符号数的机器数最常用的是原码、反码和补码三种形式。
正数的原码、反码和补码形式一样，其符号位都为“0”，数值位同真值；对于负数，其符号位都为“1”，而数值位有区别，原码的数值位同真值，反码的数值位是其真值按位取反，补码的数值位为其反码末位加1。
补码表示的机器数其符号位能和有效数值位一起参加数值计算，并能使减法运算变为加法运算，从而简化运算器的线路设计。
补码加法规则：[X+Y]补=[X]补+[Y]补[X-Y]补=[X]补+[-Y]补溢出判别：计算机在进行补码运算时，由于位数的限制可能产生溢出。
对于带符号数而言，溢出是由数值位侵犯符号位造成的，可采用双高位法判别溢出。
显然，在两个同号数相加或两个异号数相减时才可能溢出，溢出时，符号位的“1”和“0”已不能正确表示数的符号了。
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1.4.4 80486 EISA总线体系结构
1.4.5 Pentium ISA/PCI 南北桥
采用Pentium微处理器的微机体系结构，其基本 结构发生了革命性的变化，最主要的表现是改变了主 板总线结构。为了提高微机体系结构的整体性能，规 范体系结构的接口标准，根据各部件处理或传输信息 的速度快慢，采用了更加明显的三级总线结构，即 CPU总线(Host Bus)、局部总线(PCI总线)和体系结构 总线(一般是ISA)。三级总线之间由更高集成度的多功 能桥路芯片组成的芯片组相连，形成一个统一的整体。 这种基本结构称为南北桥结构。
1.1.1 微型计算机的发展
第1代： 4位和低档8位微机
4004→4040→8008
第2代： 中高档8位微机
Z80、I8085、M6800，Apple-II微机 • 指令比较完善，有了中断与DMA • 汇编、BASIC，FORTRAN、PL/M • 后期配备CP/M操作系统
1.1.1 微型计算机的发展
1.1.1 微型计算机的发展（续）
第4代： 32位微机
• Intel80386 — 32位微处理器 - 数据总线32位，地址总线32位 - 实地址模式、虚地址保护模式、虚拟8086模式 - 虚地址模式可寻址4GB(232)物理地址和64TB(246) 的虚拟地址空间
• Intel80486 — 32位微处理器 - 80386+80387+8KB的Cache - 部分采用RISC技术、突发总线技术
• Pentium III（奔腾3） — 32位微处理器 - 增加了70条SSE (Streaming SIMD Extensions)指令 SSE:单指令多数据流式扩展技术 （128位整数，浮点 - 首次内置序列号
1.1.1 微型计算机的发展（续）
第6代之后：
• Pentium 4 — 32位微处理器(非P6第六代X86 系列CPU核心结构) - 超级管道技术 - 增加了144条SSE2指令 - 简单ALU运行在2倍的处理器核心频率下
由于微型计算机具有如下特点
体积小、价格低 工作可靠、使用方便、通用性强……
所以，可以分为两个主要应用方向
1.1.1 微型计算机的应用
用于数值计算、数据处理及信息管理方向
通用微机，例如：PC微机 功能越强越好、使用越方便越好
用于过程控制及嵌入应用方向
专用微机，例如：工控机、单片机、数字信号 处理器
总线信号
地址总线AB
举例
输出将要访问的内存单元或I/O端口的地址
地址线的多少决定了系统直接寻址存储器的范围
数据总线DB
举例
CPU读操作时，外部数据通过数据总线送往CPU
CPU写操作时，CPU数据通过数据总线送往外部
数据线的多少决定了一次能够传送数据的位数
控制总线CB
特点
协调系统中各部件的操作，有输出控制、输入状态等信号
1.4.7 PentiumIII 中心结构
1.4.8 PentiumIV 中心结构
Intel公司于2000年11月推出了Pentium4微处理 器，至今主频已达到2GHz。Intel公司的Pentium4 采用NetBurst体系结构架构，也带来了体系结构总 线与支持芯片组的改变。虽然Pentium 4依然支持 AGTL+总线协议，但它与同样支持该协议的 Pentium Ⅲ最大不同是，它能够支持400MHz的体系 结构总线，这就意味着Pentium 4可提供高达 3．2GB／s的体系结构带宽，目前能够支持 Pentium 4新总线的只有i850等少数几种芯片组， i850有着非常出色的特性。
1.4.1 8088 PC/XT机体系结构
1.4.2 80286 PC／AT机体系结构
PC／AT选用80286作CPU，该微处理器有68个 引脚，其中数据线16根，地址线24根，物理上可寻 址的地址空间为16MB，但80286对存储器的访问分 “实地址”和“保护虚地址”两种方式。兼容8086 ／8088的指令体系结构，有着更快的工作速度，支 持虚拟存储和多任务操作操作体系结构。结构如下图 所示：
1.4.3 80386／80486的基本结构
1.4.4 80486 EISA总线体系结构
EISA总线出现在32位微型计算机中，是结合 80386/80486微处理器的微机体系结构推出的一种总 线结构，与32位的微处理器兼容。具有32位的数据线， 支持8位、16位或32位的数据存取，支持数据突发式 传输。地址线与字节使能信号共同作用支持32位寻址， 可寻址4GB的存储器空间，也支持64KB的I／O端口 寻址，支持11级中断IRQ3~7、IRQ9~12、IRQl4~15； 支持高速DMA数据传输，支持7个DMA传输通道 DRQ0~3、DRQ5~7；支持多主控制器;支持I／O等待 与校验等。
1.4.6 PentiumII ISA/PCI/AGP 南北桥
1.4.7 PentiumIII 中心结构
南北桥结构尽管能够为外围设备提供高速的外围 总线，但是南北桥芯片之间也是通过 PCI总线连接的， 南北桥芯片之间的频繁数据交换必然使得PCI总线信 息通路依然呈现一定的拥挤，也使得南北桥芯片之间 的信息交换受到一定的影响。为了克服这个问题，同 时也为了进一步加强PCI总线的作用，Intel公司从 810芯片组开始，就放弃了传统的南北桥结构，而采 用了如图所示的中心结构。构成这种结构的芯片组主 要由三个芯片组成，他们分别是存储控制中心 MCH(Memory Controller Hub)、I／O控制中心 ICH(I／O Controller Hub)和固件中心FWH(Firm ware Hub)。
4 课 内程 容4
章节目录（续） 计划学时
第9章 并行接口
4
第10章 串行通信接口 4
第11章 模拟接口
2
课程 内容
专业技术基础课
硬件系列课程之一
计算机组成原理 微机原理及接口技术 计算机体系结构
指定选修课
以技术为主 面向应用 软硬件相结合
区别
课程 特点
先修课程
数字逻辑
提供硬件基础
计算机组成原理
1.4.5 Pentium ISA/PCI 南北桥
1.4.6 PentiumII ISA/PCI/AGP 南北桥
由Intel公司南北桥结构的芯片组440BX所组 成了PentiumⅡ微机的基本结构。440BX芯片组 主要由两块多功能芯片组成。其中，北桥芯片 82443BX集成有CPU总线接口，支持单、双处理 器，双处理器可以组成对称多处理机(SMP)结构； 同时82443BX还集成了主存控制器、PCI总线接口、 PCI仲裁器及AGP接口，并支持体系结构管理模式 (SMM)和电源管理功能。它作为CPU总线与PCI总 线的桥梁。
第3代： 16位微机
8086→8088→80286，IBM PC系列机 • Intel8086 、Z8000、MC68000 — 16位
- 8086数据总线16位、地址总线20位 • Intel8088 — 准16位
- 外部数据总线8位，内部数据总线16位 - IBM PC、IBM PC/XT • Intel80286、MC68010 — 高档16位 - 数据总线16位，地址总线24位 - IBM PC/AT - 实地址模式、虚地址保护模式
SP
BP
SI
DI
16位
地址
加法 ∑
20位
器
8位CSDSSS输入/输出
ES
控制电路
IP
外
内部暂存器
部
总
线
ALU
执行部分 控制电路
12 34
8位
指令队列
标志寄存器
执行部件 （EU)
总线接口部件 （BIU)
8088的指令执行过程
1.4 微型计算机体系结构
随着计算机技术的飞速发展及高 速外设的出现，微型计算机的体系结 构发生了巨大的变化。至今，已推出 了多种带有不同的微处理器技术和总 线结构的微型计算机系统。
突发方式是指在传输大批量地址连续的数据时，除了第一个周期先送首 地址、后给出数据外，以后的传输周期内，不需要再送地址（地址自
动加一）而直接送数据，从而达到快速传送数据的目的。
- 使用时钟倍频技术
1.1.1 微型计算机的发展（续）
第5代：
• Pentium（奔腾）— 32位微处理器 - 5级超标量结构、分支预测技术 - 64条数据线、32条地址线 - 常用指令硬件化，使用微程序设计
控制总线决定了系统总线的特点，例如功能、适应性等
1.2.2 微型计算机的软件系统
操作系统 汇编程序 文本编辑程序 调试程序
MS-DOS MASM和LINK DEBUG.EXE
为什么采用汇编语言？
1.3 微型计算机的工作过程
8088的内部结构
AH AL
BH BL
通用 寄存器
CH CL DH DL
4. 系统总线
I/O设备
地址总线AB 数据总线DB 控制总线CB
图1.1 微型计算机的系统组成
系统总线
总线是指传递信息的一组公用导线 总线是传送信息的公共通道 微机系统采用总线结构连接系统功能部件 总线信号可分成三组
地址总线AB：传送地址信息 数据总线DB ：传送数据信息 控制总线CB ：传送控制信息
微机原理及接口
微机 原理 及 接口 技术
典型机型：IBM PC系列机
基本系统：8088CPU和半导体存储器
I/O接口电路及与外设的连接
硬件－－接口电路原理 软件－－接口编程方法
课程 介绍
章节目录
计划学时
第1章 微型计算机及体系结构 2
第2章 微处理器
4
第5章 输入输出接口
4
第6章 中断控制器
4
第7章 DMA控制器 第8章 计数器和定时器