第1章 微型计算机及其体系结构

29
2．存储器（Memory） 计算机是一个自动的数据处理机，它 靠机内存储的程序和数据来自动运行， 存储器就是存放程序和数据的部件。 微机上的存储器分为“主存储器”和 “辅助存储器”两类，当前它们主要 由半导体存储器和磁盘、光盘存储器 等分别构成。
30
3．I/O设备和I/O接口
I/O设备是指微机上配备的输入输出设备， 也称外部设备或外围设备（简称外设）， 其功能是为微机提供具体的输入输出手段。 标准输入设备和标准输出设备一般是指键 盘和显示器，二者又合称为控制台；此外， 系统还可选择鼠标器、打印机、绘图仪、 扫描仪等I/O设备。作为外部存储器驱动 装置的磁盘驱动器，既可看作是一个输出 设备，又可看作是一个输入设备。
8008 8085
1972年：Intel 8008，是世 界上第一片8位微处理器。 8008采用了10m生产工艺， 集成度为3500个晶体管，工作 频率为200KHz。
•1977年：Z80，Zilog 公司，8位机，优于 8080，8085
16

第三代（1978～1984年）是16位微型计算机，如以 8086/8088、Z8000和MC68000为CPU的微型机。 1984年，Intel推出新一代16位微处理器80286，其集 成度达到13.4万晶体管/片。
4
5
1983年11月21日，由中国人民解放军国防科技大学研制成功的中 国第一台亿次巨型计算机——“银河一I”计算机在长沙通过国家鉴定。 “银河一I”巨型计算机的诞生，填补了国内巨型计算机研制的空白， 标志着我国进入世界巨型计算机研制的行列。
6
7
大型计算机


大型计算机是计算机种类中的一种，作为大型 商业服务器，在今天仍具有很大活力。 它们一般用于大型事务处理系统，特别是过去 完成的且不值得重新编写的数据库应用系统方 面，其应用软件通常是硬件本身成本的好几倍， 因此大型机仍有一定地位。 大型机体系结构的最大好处是无与伦比的I/O 处理能力。它们的I/O体系结构使它们能处理 好几个PC服务器放一起才能处理的数据。

32
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—“地址总线”，即AB。 （2）传送数据信息—“数据总线”，即DB。 （3）传送控制信息—“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”。
1993年发布奔腾（Pentium）芯片，集成度达 到310万晶体管/片，速度达到90MIPS；1995 年推出高能奔腾（Pentium Pro）芯片，集成度 达到550万晶体管/片，内部还装进了包含 256KB/512KB高速缓存（cache）的电路，运 行速度达到300MIPS ；
pentium，传说中的586 pentium pro
pentium mmx
22
pentiumⅱ
pentiumⅲ
源自文库
intel pentiumⅳ_423
intel pentiumⅳ_478
23
计算机的应用，归纳起来主要有如下方面： （1）科学计算与数据处理。 （2）生产与试验过程控制。 （3）自动化仪器、仪表及装置。 （4）信息管理与办公自动化。 （5）计算机辅助设计。 （6）计算机仿真。 （7）人工智能。 （8）文化、教育、娱乐和日用家电。
21

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。
1981年8月，IBM公司推出以8088为CPU的世界上 第一台16位微型计算机IBM5150 Personal Computer，即著名的IMB PC。
17
采用1.5m工艺，集成了134,000个晶体管， 工作频率为6MHz。80286的数据总线仍然为 16位，但是地址总线增加到24位，使存储器寻 址空间达到16MB。 1985年IBM公司推出以80286为CPU的微型 计算机IBM PC/AT，并制定了一个新的开放系 统总线结构，这就是的工业标准结构（ISA）。 该结构提供了一个16位、高性能的I/O扩展总 线。
8
小型计算机

小型计算机是相对于大型计算机而言，小 型计算机的软件、硬件系统规模比较小。 但价格低、可靠性高、便于维护和使用。

9
微型计算机

小型机和超大规模集成电路技术的发展为 微型计算机的诞生创造了条件。

8位和8位以下的微型计算机、单板机和微 处理器以及16位的单板机和微处理器的成 本比小型机大大降低，也更便于维护和使 用。
18

第四代（1985～1985年）是Intel公司推出的 32位微处理器芯片80386，其集成度达到27.5 万晶体管/片，每秒钟可完成500万个指令 （MIPS）。从这时起，微型计算机步入第四个 发展阶段。
•第一个实用的32位微处理器， •采用了1.5m工艺， •集成了275,000个晶体管， •工作频率达到16MHz。 •80386的内部寄存器、数据总线和地址总 线都是32位的。通过32位的地址总， 80386的可寻址空间达到4GB。 •这时由32位微处理器组成的微型计算机 已经达到超级小型机的水平。
19

1989年，Intel发表80486芯片，其集成 度达到120万晶体管/片； 486，这是intel最后 一代以数字编号的 cpu
80486把80386的内部结构做了修改， 大约有一半的指令在一个时钟周期内完成， 而不是原来的两个，这样80486的处理速度 一般比80386快2到3倍。
20

26
（2）单板机：如果将CPU芯片、存储器芯片、 I/O接口芯片及简单的输入、输出设备（如小键 盘、数码显示器LED（发光二极管）装配在同一 块印刷电路板上，这块印刷电路板就是一台完整 的微型机，称为单板微型计算机，简称单板机。
（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。

31
由于各种外设的工作速度、驱动方法差别 很大，无法与CPU直接匹配，所以不可能 将它们简单地连接到系统总线，需要有一 个接口电路来充当它们和CPU间的桥梁， 通过该电路来完成信号变换、数据缓冲、 与CPU联络等工作。 在微机系统中，较复杂的I/O接口电路一 般都被放在电路插板上，这种电路插板又 被称为“卡”，由卡的一侧引出连接外设 的插座，另一侧做成插入端，只要将它们 插入总线插槽（I/O通道）就等于将它们 连到了系统总线。
27
1.2 微型计算机的系统组成

1.2.1 微型计算机的硬件系统
系统总线BUS
处 理 器 子 系 统 系 统 总 线 形 成 地址总线AB 数据总线DB 控制总线CB
存储器
I/O接口
I/O设备
图1-1 微型计算机的系统组成
28
1．处理器子系统
整个微机的核心是微处理器（MPU），也 称中央处理器（Central Processing Unit，CPU），它是采用大规模集成电路 技术做成的芯片，芯片内集成了控制器、 运算器和若干高速存储单元，即寄存器。 CPU及其支持电路一道构成了微机系统的 控制中心，对系统的各个部件进行统一的 协调和控制。
3
计算机？什 么时候出现 的呢？
巨型计算机



1965年，美国开始研制巨型电子计算机，巨型计 算机是的一种运算速度更高、存储容量更大、功 能更完善的计算机，每秒能运算5000万次以上， 存储容量超过百万个字节的电子计算机。 1973年，美国伊里诺大学与巴勒斯公司制造出巨 型机ILLIAL-N（并行处理机），它由64台数据处 理部件组成矩阵，整个系统由一台巴勒斯6500型 计算机前置处理统一指挥，组成了高功能的多机 系统，速度达每秒1.5亿次，是70年代运算速度 最快的通用机。 1976年，克雷公司研制成CRAY-1型机(向量流水 处理机)。 1983年，中国研制成功“银河”亿次巨型机。

24
1.1.2 微型计算机的分类


常见的分类方法有以下4种： 按字长分：8位机，16位机，32位机和64位机等。 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。
25
（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。

2
计算机的发展


电子管计算机（1946-1956） 晶体管计算机（1957-1964） 中小规模集成电路计算机（1965-1970） 超大规模集成电路计算机（1971-今） 第五代 人工神经网络计算机 第六代 生物计算机 什么是微型
电子计算机按其性能分 类： 大型计算机 中型计算机 微型计算机是第四代计算机 小型计算机 的一个重要分支，1971年出现 微型计算机
12
第1章 微型计算机及其体系结构
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 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 算机的原理与接口技术。

13
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（ Microcomputer ）与其它计算机的区别在于 其中央处理器采用了大规模、超大规模集成电路技术。 微型计算机的 CPU 芯片称为微处理器（ Micro processing unit、Microprocessor、MPU）。 微型计算机的发展是与微处理器的发展同步的。各代的划分 通常以MPU的字长和速度为主要依据。
10
使用方便的笔记本电脑
使用笔记本电脑 在公用电话亭里就能够 发送电子邮件，从网站里提取信息 微电脑可以把大量的数据 和资料使用图形 和表格的显示 表现出来。
11
21006_2y0324 01zychip世界上 最小的PC，68毫 米×58毫米，有 一般PC功能
在现代交通工具里都 安装有微电脑，微电 脑在飞机、高速列车 和高级汽车里快速地 为我们工作着 。
4位微处理器，寻 址空间为4096个 半字节, 指令系统 包括45条指令 1971年：Intel 4004，是世界上 第一片单片微处理 器 intel 4004，intel 的发展史就是从这块cpu起步的
15

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。
微机原理与接口
主 编: 耿恒山 副主编：刘 肃 张 军 候淑萍 师 硕 shishuo@scse.hebut.edu.cn
1
参考书目：
1、张凡，盛询华，戴胜华.微机原理与接 口技术.清华大学出版社 2、候伯亨，李伯成.十六位微型计算机原 理及接口技术.西安电子科技大学出版 3、钱晓捷，陈涛.16/32位微机原理汇编 语言及接口技术.机械工业学出版社

微型计算机的发展是以微处理器的发展来表征的 微处理器的集成度每隔18个月就会翻一番，芯片 的性能也随之提高一倍 ------摩尔定律
Gordon E. Moore，Intel公司的 创始人之一
14

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。