第1章_2 微型计算机发展.ppt

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1、1.3计算机的基本结构及其整机工作原理计算机的基本结构及其整机工作原理一、一、计算机的基本结构计算机的基本结构_计算机的五大部分计算机的五大部分：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。内存储器内存储器内存储器内存储器系统总线接接口口接接口口大容量大容量大容量大容量外存储器外存储器外存储器外存储器接接口口输入设备输入设备输入设备输入设备输出设备输出设备输出设备输出设备控制器控制器控制器控制器运算器运算器运算器运算器中央处理器中央处理器中央处理器中央处理器(微处理器微处理器微处理器微处理器)CPU(MPU)CPU(MPU)2、微处理器（微处理器（M

2、icroprocessor）运算器和控制器集成在一块集成电路芯片上。运算器和控制器集成在一块集成电路芯片上。1、CPU（Central Processing Unit）运算器和控制器，称为中央处理器。运算器和控制器，称为中央处理器。二、计算机的整机工作原理二、计算机的整机工作原理1.运算器运算器的结构和功能的结构和功能包括算术逻辑部件包括算术逻辑部件(ArithmeticLogicUnit，ALU)累加器累加器(Accumulator，AL)操作数暂存器及标志寄存器操作数暂存器及标志寄存器(Flags)。在控制器的控制下直接运算的部件，如算术运算（加、在控制器的控制下直接运算的部件，如算术运算

3、（加、减、乘、除）、逻辑运算减、乘、除）、逻辑运算（与、或、非、异或）。（与、或、非、异或）。2.控制器控制器的结构和功能的结构和功能指令指针指令指针IP(InstructionPointer)指令寄存器指令寄存器IR(InstructionRegister)指令译码器指令译码器ID(InstructionDecode)内存地址寄存器内存地址寄存器MAR(MemoryAddressRegister)定时与控制部件定时与控制部件TC(TimingandControl)二、计算机的整机工作原理二、计算机的整机工作原理2.控制器控制器的结构和功能的结构和功能计算机将程序中的指令按解题顺序预先存放在内

4、存中。执行计算机将程序中的指令按解题顺序预先存放在内存中。执行程序时把这些指令自动按顺序逐条取出并执行。程序时把这些指令自动按顺序逐条取出并执行。指令指针指令指针IP在程序开始执行时，赋程序的起始地址。然后，在程序开始执行时，赋程序的起始地址。然后，IP便自动加指向下一个指令字节地址，保证指令的顺序执行。便自动加指向下一个指令字节地址，保证指令的顺序执行。控制器完成一条指令的全过程需要三个步骤：控制器完成一条指令的全过程需要三个步骤：取指令取指令，取出当前要执行的指令。，取出当前要执行的指令。分析指令分析指令，分析确定计算机应进行什么操作。，分析确定计算机应进行什么操作。执行指令执行指令，发系

5、列控制信号，指挥有关部分完成操作。，发系列控制信号，指挥有关部分完成操作。由此可见，控制器的工作过程就是取指令、分析指令和执行由此可见，控制器的工作过程就是取指令、分析指令和执行指令的过程。周而复始地重复这一过程，就构成了执行指令序列指令的过程。周而复始地重复这一过程，就构成了执行指令序列(程序程序)的自动控制过程。的自动控制过程。1000:0100 B86400 MOV AX,0064H1000:0103 050001 ADD AX,0100H1000:0106 A30020 MOV 2000H,AX指令执行过程指令执行过程1.4计算机、微处理器发展简况计算机、微处理器发展简况第一代：电子管

6、计算机第一代：电子管计算机第一台计算机第一台计算机ENIAC，1946年在美国问世。年在美国问世。150吨、吨、150KW、二层楼高。二层楼高。计算机得益于微电子技术的发展，一般分四个价段。第二代：晶体管计算机。第二代：晶体管计算机。第三代：中小规模集成电路计算机第三代：中小规模集成电路计算机第四代：大规模集成电路计算机第四代：大规模集成电路计算机微型计算机是第微型计算机是第四四代计算机，代计算机，随集成电路工艺和计算机技术随集成电路工艺和计算机技术的发展而发展。的发展而发展。u计算机、微处理器发展简况计算机、微处理器发展简况微处理器的发展微处理器的发展7171年年年年 1010月，月，月，月

7、，Intel4004Intel4004（4 4位微处理器）仅用位微处理器）仅用位微处理器）仅用位微处理器）仅用于计算器样品研制，改于计算器样品研制，改于计算器样品研制，改于计算器样品研制，改进型为进型为进型为进型为404040407272年年年年3 3月，月，月，月，Intel8008Intel8008。集成集成集成集成35003500晶体管，晶体管，晶体管，晶体管，10m10m光刻技术。光刻技术。光刻技术。光刻技术。16K16K寻址空间，主频寻址空间，主频寻址空间，主频寻址空间，主频200K200K第一代，第一代，第一代，第一代，19711971年开始年开始年开始年开始。4 4位和低档位和低

8、档位和低档位和低档8 8位位位位微处理器的时期，其微处理器的时期，其微处理器的时期，其微处理器的时期，其典型产品有：典型产品有：典型产品有：典型产品有：74年年3月月Motorola：MC6800；MC650275、76年年Zilog：Z80；第二代，第二代，1973年开始年开始。8位位微处理器时期，典型产品有：微处理器时期，典型产品有：73年，年，Intel：Intel8080主频：主频：2M，寻址，寻址64K，首个个人微机，首个个人微机Altair8800(牛郎星）其牛郎星）其BASIC语言由比尔语言由比尔盖盖茨开发。茨开发。Intel8085集成度为集成度为5400管子片，管子片，6m光

9、刻技术。光刻技术。第三代，第三代，1978年开始年开始。16位位微处理器时期，其典型产品有：微处理器时期，其典型产品有：78年年6月发布月发布Intel808679年年发发布布Intel8088、20位位地地址址线线、1M地址空间。地址空间。81年年8月月首首个个16位位机机IBM PC5150，8088CPU，16K内内存存、160K5.25软驱、软驱、11.5英寸单显。价格英寸单显。价格3045美元。美元。79年，年，Zilog：Z8000Motorola：MC6800082年，年，Intel80286集成度为集成度为68000管子片，管子片，3m光刻技术。光刻技术。数学协处理器数学协处理

10、器802878028780386第四代，第四代，1981年开始年开始，32位位微处理器时期，其典型产品有：微处理器时期，其典型产品有：83年年Zilog:Z8000084年年Motorola:MC6802085年年Intel:Intel80386，集成度集成度27.5万管子片，万管子片，1.2m光刻技术。光刻技术。80386后出现了许多高性能的后出现了许多高性能的32位微处理器。位微处理器。数学协处理器数学协处理器803878038789年年Intel公司公司Intel80486，89年年Motorola公司公司MC68030，MC68040集成度都已超过集成度都已超过100万管子片，万管子片

11、，主振频率达主振频率达25120MHz。93年年IntelPentium集成度都已超过集成度都已超过100万管子片，主振频率达万管子片，主振频率达200MHz。PC机的主流芯片机的主流芯片Intel80X86系列系列95年年，Pentium Pro（高高能能奔奔腾腾）集集成成度度达达550万万片片，同同片片L2Cache256KB。97年初，年初，Pentium MMX（多能奔腾、简称（多能奔腾、简称MMX）。）。97年年5月月，Pentium II（PII）MMX指指令令集集的的PentiumPro，Slot1接口。接口。片片上上同同频频32KL1Cache，板板上上1/2主主频频512KL

12、2Cache，兼兼容容MMX，外频，外频100M。99年年3月月，Pentium III，片片上上同同频频32K L1 Cache和和 512K L2Cache，兼兼 容容 MMX，新新 增增 70条条 指指 令令 SSE（Streaming SIMDExtensions），其外频为），其外频为100M，并向，并向133MHz外频发展。外频发展。Old Celeron Celeron 2000年，年，Pentium IV（奔腾（奔腾IV，P4）主时钟达）主时钟达2000MHz2002年，年，P4主时钟已达主时钟已达2800MHz。2003年年，3.06GHz的的P4，采采用用了了超超线线程程（

13、HT）技技术术,在在一一颗颗物物理理核核心心中中整整合合了了两两颗颗逻逻辑辑核核心心，大大大大提提高高了了处处理理器器的的效效率率。在在高高负负载的多任务应用中能显出其高效能。载的多任务应用中能显出其高效能。不久即推出不久即推出64位机，进入一个新的微处理机的发展时代。位机，进入一个新的微处理机的发展时代。首款支持超线程处理器：首款支持超线程处理器：首款支持超线程处理器：首款支持超线程处理器：Pentium43.06GHzPentium43.06GHz64位机位机，进入一个新的微处理机的发展时代。，进入一个新的微处理机的发展时代。Itanium(Itanium(安腾安腾安腾安腾)IntelIn

14、tel的第一款的第一款的第一款的第一款6464位处理器位处理器位处理器位处理器0.090.09微米光刻工艺，三级缓存，微米光刻工艺，三级缓存，微米光刻工艺，三级缓存，微米光刻工艺，三级缓存，其中一级缓存与二级缓存都是装其中一级缓存与二级缓存都是装其中一级缓存与二级缓存都是装其中一级缓存与二级缓存都是装载于核心内部，容量分别为载于核心内部，容量分别为载于核心内部，容量分别为载于核心内部，容量分别为32KB32KB与与与与96KB96KB。三级缓存容量达。三级缓存容量达。三级缓存容量达。三级缓存容量达到了到了到了到了2MB2MB或或或或4MB4MB。64位机位机，进入一个新的微处理机的发展时代。，

15、进入一个新的微处理机的发展时代。Hammer3400+Hammer3400+AMDAMD第一款第一款第一款第一款6464位处理器位处理器位处理器位处理器0.130.13微米或微米或微米或微米或9090纳米光刻工艺纳米光刻工艺纳米光刻工艺纳米光刻工艺工作频率为工作频率为工作频率为工作频率为2.2GHZ2.2GHZ，集成，集成，集成，集成1MBL2CACHE1MBL2CACHE，Socket754Socket754封装封装封装封装双核双核，进入一个新的微处理机的发展时代。，进入一个新的微处理机的发展时代。IntelIntel酷睿酷睿酷睿酷睿2 2双核双核双核双核E7400E74004545纳米光刻

16、工艺纳米光刻工艺纳米光刻工艺纳米光刻工艺工作频率为工作频率为工作频率为工作频率为2.83GHZ2.83GHZ接口类型接口类型接口类型接口类型:LGA775LGA775一级数据缓存一级数据缓存一级数据缓存一级数据缓存64KB64KB一级指令缓存一级指令缓存一级指令缓存一级指令缓存64KB64KB二级缓存容量二级缓存容量二级缓存容量二级缓存容量3072KB3072KB微型计算机的分类微型计算机的分类按按组组装装形形式式和和系系统统规规模模划划分分，常常见见的的微微型型计计算算机机有有单单片片机机、单单板板机机和和个个人人计计算机算机。个个人人计计算算机机：（PersonalComputer）由由微

17、微处处理理器器芯芯片片装装成成的的、便便于于搬搬动动而而且且不需要维护的计算机系统。不需要维护的计算机系统。第第一一台台个个人人计计算算机机，1977年年推推出出的的Apple II；1981年年IBM推推出出的的IBMPC（8086）；）；1984年继续推出增强型的年继续推出增强型的IBMPCAT机（机（80286）。）。单片机：单片机：“微控制器微控制器”（Microcontroller）或）或“嵌入式计算机嵌入式计算机”（EmbeddedComputer）。将）。将CPU、RAM、ROM、IO接口、模拟数字（接口、模拟数字（AD）和）和数字模拟（数字模拟（DA）转换器集成在一个芯片上的计

18、算机。）转换器集成在一个芯片上的计算机。常用的单片机：常用的单片机：IntelMCS51系列（系列（8031、8051、8751）IntelMCS96系列（系列（8096、8796、8098）单板机：单板机：将将CPU、RAM、I0接口、模拟数字（接口、模拟数字（AD）和数字模拟（）和数字模拟（DA）转换器以及监控）转换器以及监控RO程序等安装在一块印刷电路板上的计算机系统。程序等安装在一块印刷电路板上的计算机系统。Intel8086为为CPU的的TP86，Z80CPU的的TP801等等，广泛应用于生产过等等，广泛应用于生产过程的实时控制及教学实验。程的实时控制及教学实验。课后作业：课后作业：P37 15、17