微机原理与接口技术()幻灯片.ppt

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1、微机原理与接口技术()第1页，共57页，编辑于2022年，星期六内容提要内容提要pp课程框架结构、学习特点课程框架结构、学习特点pp微型计算机的发展概况微型计算机的发展概况pp微型计算机系统简介微型计算机系统简介第一章第一章 绪论绪论2023/1/72023/1/72 2第2页，共57页，编辑于2022年，星期六1-1 课程框架结构和学习特点一、课程体系结构一、课程体系结构 8086/8088CPU 8086/8088CPU虽然是虽然是80 x8680 x86系列的原始型，但系列的原始型，但80 x8680 x86汇编语言及汇编语言及高档微处理器均以高档微处理器均以8086/80888086/

2、8088为基础发展起来，因此，本课程以为基础发展起来，因此，本课程以8086/80888086/8088为背景介绍微处理器的结构、微型计算机系统的组成、存储为背景介绍微处理器的结构、微型计算机系统的组成、存储器、接口技术以及汇编语言程序设计，为学习高档微型计算机技术打下器、接口技术以及汇编语言程序设计，为学习高档微型计算机技术打下基础。基础。2023/1/72023/1/73 3第3页，共57页，编辑于2022年，星期六1-1 课程框架结构和学习特点80868086系统结构系统结构系统结构系统结构一、课程体系结构一、课程体系结构寻址方式和指令系统寻址方式和指令系统寻址方式和指令系统寻址方式和指

3、令系统程序设计程序设计程序设计程序设计存储器存储器存储器存储器接口芯片接口芯片接口芯片接口芯片CPUCPU的内部结构和工作原理的内部结构和工作原理的内部结构和工作原理的内部结构和工作原理.编写程序的基础编写程序的基础编写程序的基础编写程序的基础介绍程序设计的方法介绍程序设计的方法介绍程序设计的方法介绍程序设计的方法 存储芯片的结构和运用存储芯片的结构和运用存储芯片的结构和运用存储芯片的结构和运用 接口芯片的结构和运用接口芯片的结构和运用接口芯片的结构和运用接口芯片的结构和运用 2023/1/72023/1/74 4第4页，共57页，编辑于2022年，星期六1-1课程框架结构和学习特点二、学习特

4、点二、学习特点1.1.难点难点难点难点l l整体概念建立困难整体概念建立困难l l指令较多，难记难用指令较多，难记难用l l外围芯片多，容易混淆外围芯片多，容易混淆2.2.要求要求要求要求l l课前预习，课后复习课前预习，课后复习l l有问题及时解决，勿产生堆积有问题及时解决，勿产生堆积l l多交流，多讨论多交流，多讨论l l独立完成作业独立完成作业2023/1/72023/1/75 5第5页，共57页，编辑于2022年，星期六1-1 课程框架结构和学习特点三、参考书三、参考书1.1.微型计算机原理与接口技术（第微型计算机原理与接口技术（第微型计算机原理与接口技术（第微型计算机原理与接口技术（

5、第4 4版），周荷琴版），周荷琴版），周荷琴版），周荷琴 吴秀吴秀吴秀吴秀清编著，中国科学技术大学出版社清编著，中国科学技术大学出版社清编著，中国科学技术大学出版社清编著，中国科学技术大学出版社2.2.微型计算机原理及接口技术，李伯成微型计算机原理及接口技术，李伯成 编著，电子编著，电子工业出版社工业出版社3.3.微型计算机技术，田艾平微型计算机技术，田艾平 王力生王力生 卜艳萍卜艳萍 编著，编著，清华大学出版社清华大学出版社2023/1/72023/1/76 6第6页，共57页，编辑于2022年，星期六1-2 微型计算机的发展概况 19461946年第一代电子计算机年第一代电子计算机ENIA

6、CENIAC（Electronic Numerical Integrator Electronic Numerical Integrator and Calculatorand Calculator）在美国（宾夕法尼亚大学）诞生。）在美国（宾夕法尼亚大学）诞生。一、计算机的发展简史一、计算机的发展简史 它装有它装有 1880018800个个电子管、电子管、7 7万万个电个电阻器。阻器。1 1万万个电容器个电容器和和60006000个开关，重个开关，重达达3030吨，占地面吨，占地面积积150150多平方米，多平方米，耗电耗电150150千瓦千瓦 。2023/1/72023/1/77 7第7页，

7、共57页，编辑于2022年，星期六1-2 微型计算机的发展概况 一、计算机的发展简史一、计算机的发展简史 u u第一代计算机第一代计算机第一代计算机第一代计算机：电子管计算机电子管计算机电子管计算机电子管计算机，19461946年，以电子管为逻辑元件。年，以电子管为逻辑元件。l l操作指令是为特定任务而编制的，每种机器有不同的机器语言，功操作指令是为特定任务而编制的，每种机器有不同的机器语言，功能受限，速度慢。能受限，速度慢。l l使用真空管和磁鼓储存数据。使用真空管和磁鼓储存数据。l l主要元件：主要元件：1880018800个电子管，个电子管，7000070000个电阻，个电阻，50050

8、0万个焊接点。万个焊接点。l l其他：重其他：重3030吨，占地吨，占地150m150m2 2，耗电，耗电150kw150kw，50005000次次/秒的加法运秒的加法运算算 。2023/1/72023/1/78 8第8页，共57页，编辑于2022年，星期六1-2 微型计算机的发展概况 一、计算机的发展简史一、计算机的发展简史 u u第二代计算机：第二代计算机：晶体管计算机晶体管计算机晶体管计算机晶体管计算机，19581958年，以晶体管为逻辑元件。年，以晶体管为逻辑元件。l l与电子管相比、晶体管具有体积小、重量轻、寿命长、效率高、与电子管相比、晶体管具有体积小、重量轻、寿命长、效率高、功耗

9、低等特点。晶体管计算机，降低了成本和体积，提高了运功耗低等特点。晶体管计算机，降低了成本和体积，提高了运算速度。算速度。l l高级语言（高级语言（FortranFortran，CobolCobol）的出现，使计算机从原来的）的出现，使计算机从原来的“科学计算科学计算”扩展到扩展到“数据处理、过程控制数据处理、过程控制”。2023/1/72023/1/79 9第9页，共57页，编辑于2022年，星期六1-2 微型计算机的发展概况 一、计算机的发展简史一、计算机的发展简史 u u第三代计算机：第三代计算机：集成电路计算机集成电路计算机集成电路计算机集成电路计算机，19651965年，以中、小规模集

10、成电年，以中、小规模集成电路为逻辑元件。路为逻辑元件。l l与晶体管相比，集成电路的体积更小，功耗更低，可靠性更高。第三与晶体管相比，集成电路的体积更小，功耗更低，可靠性更高。第三代计算机由于采用了集成电路，计算速度从几十万次提高到上千万次，代计算机由于采用了集成电路，计算速度从几十万次提高到上千万次，体积大大缩小，价格也不断下降。体积大大缩小，价格也不断下降。l l配上各类操作系统，性能大大提高。配上各类操作系统，性能大大提高。l l出现了交互式语言出现了交互式语言BasicBasic、结构化程序设计方法。、结构化程序设计方法。2023/1/72023/1/71010第10页，共57页，编辑

11、于2022年，星期六1-2 微型计算机的发展概况 一、计算机的发展简史一、计算机的发展简史 u u第四代计算机：第四代计算机：大规模集成电路计算机大规模集成电路计算机大规模集成电路计算机大规模集成电路计算机，19701970年，以超大规模集成年，以超大规模集成电路为逻辑元件。电路为逻辑元件。l l大规模集成电路（大规模集成电路（LSILSI）计算机，降低了成本和体积，提高了运）计算机，降低了成本和体积，提高了运算速度算速度 。l l在实现微型化的同时，还实现了巨型化计算机网络、分布在实现微型化的同时，还实现了巨型化计算机网络、分布式处理技术、数据库管理等式处理技术、数据库管理等。微型计算机是第

12、四代计算机的典型代表！微型计算机是第四代计算机的典型代表！微型计算机是第四代计算机的典型代表！微型计算机是第四代计算机的典型代表！2023/1/72023/1/71111第11页，共57页，编辑于2022年，星期六1-2 微型计算机的发展概况 二、微型计算机的发展二、微型计算机的发展u u第一代微处理器：第一代微处理器：19711971年年 （4 4位和位和8 8位微处理器）位微处理器）微型计算机的发展通常以微处理芯片微型计算机的发展通常以微处理芯片CPUCPU的发展为基点，微处理的发展为基点，微处理器作为微型计算机的核心，其技术的快速发展推动着整个微型计算机的器作为微型计算机的核心，其技术的

13、快速发展推动着整个微型计算机的进步和更新换代。微处理器发展经历五代：进步和更新换代。微处理器发展经历五代：u u第二代微处理器：第二代微处理器：19731973年年 （8 8位微处理器）位微处理器）u u第三代微处理器：第三代微处理器：19781978年年 （1616位微处理器）位微处理器）u u第四代微处理器：第四代微处理器：19831983年年 （3232位微处理器）位微处理器）u u第五代微处理器：第五代微处理器：19931993年年 （6464位微处理器）位微处理器）2023/1/72023/1/71212第12页，共57页，编辑于2022年，星期六1-2 微型计算机的发展概况 二、微

14、型计算机的发展二、微型计算机的发展u u第一代微处理器第一代微处理器：19711971年年 （4 4位和位和8 8位微处理器）位微处理器）典型产品：典型产品：Intel 4004Intel 4004（19711971年，年，4 4位微处理器）位微处理器）Intel 8008Intel 8008（19721972年，年，8 8位微处理器）位微处理器）特点：特点：l l工艺工艺 ：PMOSPMOSl l集成度：集成度：2000 2000只晶体管只晶体管/片片l l时钟频率：小于时钟频率：小于1MHz1MHzl l平均指令执行时间：平均指令执行时间：1015s1015sl l采用机器语言编程。采用机

15、器语言编程。2023/1/72023/1/71313第13页，共57页，编辑于2022年，星期六1-2 微型计算机的发展概况 二、微型计算机的发展二、微型计算机的发展u u第二代微处理器第二代微处理器：19731973年年 （8 8位微处理器）位微处理器）典型产品：典型产品：Intel 8080Intel 8080（7373年），年），Motorola MC6800Motorola MC6800（7474年），年），Zilog Z80Zilog Z80（7575年），年），Intel 8085Intel 8085（7676年）年）特点：特点：l l工艺工艺 ：NMOSNMOSl l集成度：集成

16、度：9000 9000只晶体管片只晶体管片l l时钟频率：时钟频率：14MHz14MHzl l平均指令执行时间：平均指令执行时间：12s12sl l有中断和有中断和DMADMA等功能，指令系统相对完善，配备了汇编语等功能，指令系统相对完善，配备了汇编语言和高级语言（言和高级语言（BASICBASIC、FORTRANFORTRAN语言），使用单用户操语言），使用单用户操作系统。作系统。2023/1/72023/1/71414第14页，共57页，编辑于2022年，星期六1-2 微型计算机的发展概况 二、微型计算机的发展二、微型计算机的发展u u第三代微处理器第三代微处理器：19781978年年 （

17、1616位微处理器）位微处理器）典型产品：典型产品：Intel 8086Intel 8086（19781978年），年），Zilog Z8000Zilog Z8000（19791979年）年），Motorola 68000Motorola 68000（19791979年），年），Intel 80286Intel 80286（19831983年），年），Motorola 68010Motorola 68010（19831983年）年）特点：特点：l l工艺工艺 ：HMOSHMOSl l集成度：集成度：27 27万只晶体管万只晶体管/片片l l时钟频率：时钟频率：425MHz425MHzl l平均

18、指令执行时间：平均指令执行时间：0.5s0.5s2023/1/72023/1/71515第15页，共57页，编辑于2022年，星期六1-2 微型计算机的发展概况 二、微型计算机的发展二、微型计算机的发展u u第三代微处理器第三代微处理器：19781978年年 （1616位微处理器）位微处理器）l l80868086微处理器时钟频率为微处理器时钟频率为5MHz5MHz，数据总线，数据总线1616位，地址总线位，地址总线2020位，可寻址位，可寻址1MB1MB内存空间。具有丰富的指令系统，采用多内存空间。具有丰富的指令系统，采用多级中断，多重寻址方式，有段寄存器结构，配有磁盘操作系级中断，多重寻址

19、方式，有段寄存器结构，配有磁盘操作系统，数据库管理系统和多种高级语言，性能超过了统，数据库管理系统和多种高级语言，性能超过了7070年代的年代的中低档小型机水平。中低档小型机水平。2023/1/72023/1/71616第16页，共57页，编辑于2022年，星期六1-2 微型计算机的发展概况 二、微型计算机的发展二、微型计算机的发展u u第三代微处理器第三代微处理器：19781978年年 （1616位微处理器）位微处理器）l l8028680286微处理器时钟频率为微处理器时钟频率为25MHz25MHz，地址总线，地址总线2424位，可寻址位，可寻址16MB16MB内存空间。提出了内存空间。提

20、出了实模式实模式实模式实模式和和保护模式保护模式保护模式保护模式两种存储器管理模式，两种存储器管理模式，使之突破了使之突破了80868086访问访问1MB1MB存储空间的限制；引进了段描述符存储空间的限制；引进了段描述符表的概念，可访问表的概念，可访问1GB1GB的虚拟地址空间；支持虚拟存储器体系，的虚拟地址空间；支持虚拟存储器体系，满足了多用户和多任务的工作需要。满足了多用户和多任务的工作需要。2023/1/72023/1/71717第17页，共57页，编辑于2022年，星期六1-2 微型计算机的发展概况 二、微型计算机的发展二、微型计算机的发展u u第四代微处理器第四代微处理器：19831

21、983年年 （3232位微处理器）位微处理器）典型产品：典型产品：Zilog Z80000Zilog Z80000（19831983年），年），Motorola 68020Motorola 68020（19841984年）年），Intel 80386Intel 80386（19851985年），年），Intel 80486Intel 80486（19891989年），年），Motorola Motorola 6804068040（19891989年）年）特点：特点：l l工艺工艺 ：CHMOSCHMOSl l集成度：集成度：1550 1550万只晶体管片万只晶体管片l l时钟频率：时钟频率：1

22、640MHz1640MHzl l平均指令执行时间：平均指令执行时间：0.1s0.1s2023/1/72023/1/71818第18页，共57页，编辑于2022年，星期六1-2 微型计算机的发展概况 二、微型计算机的发展二、微型计算机的发展u u第四代微处理器第四代微处理器：19831983年年 （3232位微处理器）位微处理器）l l80386CPU80386CPU数据总线和地址总线均为数据总线和地址总线均为3232位，寻址能力高达位，寻址能力高达4GB4GB，采用段页式存储器管理机制，提供带有存储器保护的虚拟存，采用段页式存储器管理机制，提供带有存储器保护的虚拟存储。储。采用采用6 6级流水

23、线级流水线，即取指令，译码，内存管理，执行指令和总线访，即取指令，译码，内存管理，执行指令和总线访问并行操作。有快速局部总线，有一套支持的配件。问并行操作。有快速局部总线，有一套支持的配件。2023/1/72023/1/71919第19页，共57页，编辑于2022年，星期六1-2 微型计算机的发展概况 二、微型计算机的发展二、微型计算机的发展u u第四代微处理器第四代微处理器：19831983年年 （3232位微处理器）位微处理器）l l80486CPU80486CPU不仅将浮点运算部件集成进芯片之内，又增加了不仅将浮点运算部件集成进芯片之内，又增加了8KB8KB的片内高速缓存的片内高速缓存（

24、CacheCache），内部数据总线宽度为），内部数据总线宽度为6464位。位。8048680486的整数处理部件采用了的整数处理部件采用了RISCRISC技术（技术（Reduced Instruction Reduced Instruction Set ComputerSet Computer，简化指令集合计算机），可以在一个时钟周，简化指令集合计算机），可以在一个时钟周期内执行一条指令，使期内执行一条指令，使8048680486的处理速度极大提高。芯片内部的处理速度极大提高。芯片内部其它方面保留其它方面保留CISCCISC（Complex Instruction Set ComputerC

25、omplex Instruction Set Computer，复，复杂指令系统杂指令系统）用以处理复杂的指令，以保证兼容性。它还采）用以处理复杂的指令，以保证兼容性。它还采用用突发总线方式突发总线方式，大大提高了与内存的数据交换速度。，大大提高了与内存的数据交换速度。8048680486引进了引进了时钟倍频技术时钟倍频技术，使主频超过，使主频超过100MHz100MHz成为可能。成为可能。2023/1/72023/1/72020第20页，共57页，编辑于2022年，星期六1-2 微型计算机的发展概况 二、微型计算机的发展二、微型计算机的发展u u第五代微处理器第五代微处理器：19931993

26、年开始年开始 （3232位向位向6464位微处理器过渡）位微处理器过渡）典型产品典型产品典型产品典型产品：Pentium Pentium（19931993年），年），Pentium Pro Pentium Pro（19951995年）年）Pentium Pentium（19971997年），年），Pentium Pentium（19991999年），年），Pentium Pentium 4 4（20002000年），年），CoreCore（20062006年）年）l lPentiumPentium处理器不仅保留了与处理器不仅保留了与8048680486的兼容，而且在内部集成了的兼容，而且在内部

27、集成了浮浮浮浮点运算器和两个点运算器和两个点运算器和两个点运算器和两个8KB8KB的的的的CacheCache，分别用于保存指令与数据；还提供了，分别用于保存指令与数据；还提供了两两两两条并行的流水线条并行的流水线条并行的流水线条并行的流水线，形成超标量的体系结构形成超标量的体系结构形成超标量的体系结构形成超标量的体系结构，大大提高了指令的并行运算速，大大提高了指令的并行运算速度。度。CPUCPU的内部工作频率为的内部工作频率为6060100MHz100MHz，使，使PentiumPentium处理器可在一个机处理器可在一个机器周期内执行完两条指令。器周期内执行完两条指令。特点特点特点特点20

28、23/1/72023/1/72121第21页，共57页，编辑于2022年，星期六1-2 微型计算机的发展概况 二、微型计算机的发展二、微型计算机的发展l lPentium ProPentium Pro内部数据总线与地址总线均为内部数据总线与地址总线均为6464位，采用位，采用3 3路超标路超标量体系结构，量体系结构，1414级超级流水线，非顺序执行指令，进行分支指级超级流水线，非顺序执行指令，进行分支指令预测技术和数据流分析，可实现指令的动态执行；令预测技术和数据流分析，可实现指令的动态执行；l lPentium Pentium 双重独立总线结构（二级高速缓存总线及处理器到主存的双重独立总线结

29、构（二级高速缓存总线及处理器到主存的系统总线分别独立）；内置多媒体扩展技术；将系统总线分别独立）；内置多媒体扩展技术；将256256512KB512KB的的L2 L2 CacheCache集成到集成到CPUCPU中，优化了中，优化了L2 CacheL2 Cache到系统总线的输入队列和数据到系统总线的输入队列和数据缓冲器；缓冲器；l lPentium Pentium 主频为主频为450MHz450MHz，系统总线频率为，系统总线频率为100MHz100MHz；增加；增加了了7070余条三维图像处理指令余条三维图像处理指令SSESSE指令集；指令集；Pentium Pentium 主频主频为为4

30、50450700MHz700MHz。2023/1/72023/1/72222第22页，共57页，编辑于2022年，星期六1-2 微型计算机的发展概况 二、微型计算机的发展二、微型计算机的发展l lPentium 4Pentium 4主频可达主频可达1.5GHz1.5GHz3.6GHz3.6GHz，它采用了一系列新技术，包，它采用了一系列新技术，包括括400MHz400MHz的系统总线和双通道的的系统总线和双通道的DRAMDRAM、专用的跟踪缓冲器（用来、专用的跟踪缓冲器（用来保存已解码的指令和转移高速处理所需的数据）、超线程技术（为每保存已解码的指令和转移高速处理所需的数据）、超线程技术（为每

31、个个CPUCPU设置两个入口，相当于两个逻辑设置两个入口，相当于两个逻辑CPUCPU），以及），以及2020级的超长流级的超长流水线技术和高级动态分支技术，同时引入了为加速执行各种应用程序水线技术和高级动态分支技术，同时引入了为加速执行各种应用程序而设计的包括而设计的包括144144条多媒体及图形指令（条多媒体及图形指令（SSE2SSE2），从而使），从而使Pentium 4 Pentium 4 CPUCPU能够更好地满足互联网用户的要求。能够更好地满足互联网用户的要求。特点特点特点特点2023/1/72023/1/72323第23页，共57页，编辑于2022年，星期六1-2 微型计算机的发展

32、概况 二、微型计算机的发展二、微型计算机的发展l lCoreCore（酷睿）（酷睿）处理器采用先进的处理器采用先进的双核架构双核架构，将两个微处理器内核封，将两个微处理器内核封装在一起，共享二级缓存和系统总线，可以根据工作负载情况，装在一起，共享二级缓存和系统总线，可以根据工作负载情况，将共享二级高速缓存动态分配到每个处理器内核。将共享二级高速缓存动态分配到每个处理器内核。特点特点特点特点2023/1/72023/1/72424第24页，共57页，编辑于2022年，星期六INTELINTEL微处理器性能演进表微处理器性能演进表微处理器性能演进表微处理器性能演进表地址地址地址地址总线总线总线总线

33、数据数据数据数据总线总线总线总线存储器存储器存储器存储器寻址空间寻址空间寻址空间寻址空间一级一级一级一级缓存缓存缓存缓存二级缓存二级缓存二级缓存二级缓存工作频率工作频率工作频率工作频率(Hz)(Hz)集成度集成度集成度集成度(只只只只/片片片片)8080808016168 864KB64KB2M2M450045008088808820208 81MB1MB5M5M290002900080868086202016161MB1MB5/8/10M5/8/10M290002900080286802862424161616MB16MB12/20/25M12/20/25M13.413.4万万80386SX

34、80386SX2424161616MB16MB16/25/33M16/25/33M27.527.5万万80386DX80386DX323232324GB4GB16/33/40M16/33/40M27.527.5万万80486DX80486DX323232324GB4GB8KB8KB25100M25100M120120万万PentiumPentium323264644GB4GB16KB16KB66200M66200M310310万万Pentium Pentium MMXMMX3232(36)(36)646464GB64GB16KB16KB200300M200300M450450万万性能性能性能性

35、能芯片芯片芯片芯片2023/1/72023/1/72525第25页，共57页，编辑于2022年，星期六地址地址地址地址总线总线总线总线数据数据数据数据总线总线总线总线存储器存储器存储器存储器寻址空间寻址空间寻址空间寻址空间一级一级一级一级缓存缓存缓存缓存二级二级二级二级缓存缓存缓存缓存工作频率工作频率工作频率工作频率(Hz)(Hz)集成度集成度集成度集成度(只只只只/片片片片)Pentium Pentium ProPro3636646464GB64GB16KB16KB256KB256KB150200M150200M550550万万P P 3636646464GB64GB32KB32KB512K

36、B512KB233450M233450M750750万万P P XeonXeon3636646464GB64GB32KB32KB512KB512KB350450M350450M750750万万P P 3636646464GB64GB32KB32KB512KB512KB450M1.4G450M1.4G950950万万P 4P 43636646464GB64GB32KB32KB256KB2MB256KB2MB1.33.8G1.33.8G1.251.25亿亿CoreCore3636646464GB64GB64KB64KB2MB8MB2MB8MB1.83.0G1.83.0G2.912.91亿亿Core

37、 Core XeonXeon404064641024GB1024GB64KB64KB2MB12MB2MB12MB1.63.0G1.63.0G8.28.2亿亿INTELINTEL微处理器性能演进表（续）微处理器性能演进表（续）微处理器性能演进表（续）微处理器性能演进表（续）性能性能性能性能芯片芯片芯片芯片2023/1/72023/1/72626第26页，共57页，编辑于2022年，星期六1-3 微型计算机系统 控制器控制器输输出出设设备备 CPU 存储器存储器运算器运算器ALUALU输输入入设设备备n n微型计算机的基本结构属于微型计算机的基本结构属于冯冯冯冯 诺依曼型诺依曼型诺依曼型诺依曼型计

38、算机。它包括运算器、控制计算机。它包括运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五个组成部分，基本工作原理是器、存储器、输入设备和输出设备五个组成部分，基本工作原理是存存存存储器存储程序控制储器存储程序控制储器存储程序控制储器存储程序控制的原理。的原理。n n早期的冯早期的冯 诺依曼机结构上以运算器和控制器为中心，随着计算机诺依曼机结构上以运算器和控制器为中心，随着计算机系统的发展，现已演化为以存储器为中心的结构。系统的发展，现已演化为以存储器为中心的结构。2023/1/72023/1/72727第27页，共57页，编辑于2022年，星期六1-3 微型计算机系统 一、微处理器、微型计算机、微型

39、计算机系统一、微处理器、微型计算机、微型计算机系统1.1.微处理器微处理器微处理器微处理器(Microprocessor)(Microprocessor)只是一个中央处理器只是一个中央处理器(CPU)(CPU)，由算术逻辑部件，由算术逻辑部件(ALU)(ALU)、累加器和寄存、累加器和寄存器组、指令指针寄存器器组、指令指针寄存器IPIP、段寄存器、时序和控制逻辑部件、内部总、段寄存器、时序和控制逻辑部件、内部总线等组成。线等组成。l l算术逻辑部件算术逻辑部件算术逻辑部件算术逻辑部件(ALU)(ALU)：主要完成算术运算及逻辑运算。：主要完成算术运算及逻辑运算。l l数据寄存器和变址及指针寄存

40、器数据寄存器和变址及指针寄存器数据寄存器和变址及指针寄存器数据寄存器和变址及指针寄存器：用来存放参加运算的数据、：用来存放参加运算的数据、中间结果或地址。中间结果或地址。l l指令指针寄存器指令指针寄存器指令指针寄存器指令指针寄存器IPIP：指向要执行的下一条指令的偏移地址。：指向要执行的下一条指令的偏移地址。2023/1/72023/1/72828第28页，共57页，编辑于2022年，星期六1-3 微型计算机系统 一、微处理器、微型计算机、微型计算机系统一、微处理器、微型计算机、微型计算机系统1.1.微处理器微处理器微处理器微处理器(Microprocessor)(Microprocesso

41、r)l l段寄存器段寄存器段寄存器段寄存器：给出存储单元的段地址，与偏移地址组成：给出存储单元的段地址，与偏移地址组成2020位位物理地址对存储器寻址。物理地址对存储器寻址。l l时序和控制逻辑部件时序和控制逻辑部件时序和控制逻辑部件时序和控制逻辑部件：负责对整机的控制，使负责对整机的控制，使CPUCPU内部、外部协内部、外部协调工作。调工作。l l内部总线内部总线内部总线内部总线：总线用来传送总线用来传送CPUCPU内部的数据及控制信号内部的数据及控制信号。微处理器不能构成独立工作的系统，也不能独立执行程序，必须微处理器不能构成独立工作的系统，也不能独立执行程序，必须微处理器不能构成独立工作

42、的系统，也不能独立执行程序，必须微处理器不能构成独立工作的系统，也不能独立执行程序，必须配上存储器、外部输入配上存储器、外部输入配上存储器、外部输入配上存储器、外部输入/输出接口构成一台微型计算机方能工作。输出接口构成一台微型计算机方能工作。输出接口构成一台微型计算机方能工作。输出接口构成一台微型计算机方能工作。2023/1/72023/1/72929第29页，共57页，编辑于2022年，星期六1-3 微型计算机系统 一、微处理器、微型计算机、微型计算机系统一、微处理器、微型计算机、微型计算机系统1.1.1.1.微处理器微处理器微处理器微处理器(Microprocessor(Microproc

43、essor)2023/1/72023/1/73030第30页，共57页，编辑于2022年，星期六1-3 微型计算机系统 一、微处理器、微型计算机、微型计算机系统一、微处理器、微型计算机、微型计算机系统2.2.微型计算机微型计算机微型计算机微型计算机微型计算机的组成微型计算机的组成微型计算机的组成微型计算机的组成：l lCPUCPUl l存储器存储器l lI/OI/O接口电路接口电路l l系统总线系统总线具有运算能力，能独立执行程序，但若没有输入具有运算能力，能独立执行程序，但若没有输入具有运算能力，能独立执行程序，但若没有输入具有运算能力，能独立执行程序，但若没有输入/输出设备，数据和程序不输

44、出设备，数据和程序不输出设备，数据和程序不输出设备，数据和程序不能输入，运算结果无法显示或输出，仍不能正常工作，因此必须构成一个微能输入，运算结果无法显示或输出，仍不能正常工作，因此必须构成一个微能输入，运算结果无法显示或输出，仍不能正常工作，因此必须构成一个微能输入，运算结果无法显示或输出，仍不能正常工作，因此必须构成一个微型计算机系统才能方便人们应用。型计算机系统才能方便人们应用。型计算机系统才能方便人们应用。型计算机系统才能方便人们应用。2023/1/72023/1/73131第31页，共57页，编辑于2022年，星期六1-3 微型计算机系统 一、微处理器、微型计算机、微型计算机系统一、

45、微处理器、微型计算机、微型计算机系统2.微型计算机微型计算机微型计算机微型计算机2023/1/72023/1/73232第32页，共57页，编辑于2022年，星期六1-3 微型计算机系统 一、微处理器、微型计算机、微型计算机系统一、微处理器、微型计算机、微型计算机系统3.3.微型计算机系统微型计算机系统微型计算机系统微型计算机系统微型计算机系统的构成：微型计算机系统的构成：微型计算机外部输入输出设备系统软件微型计算机外部输入输出设备系统软件2023/1/72023/1/73333第33页，共57页，编辑于2022年，星期六1-3 微型计算机系统 一、微处理器、微型计算机、微型计算机系统一、微处

46、理器、微型计算机、微型计算机系统3.3.微型计算机系统微型计算机系统微型计算机系统微型计算机系统2023/1/72023/1/73434第34页，共57页，编辑于2022年，星期六1-3 微型计算机系统 ALUALU寄存器寄存器控制部件控制部件系统软件：系统软件：DOSDOS、Windows 95/98/2000Windows 95/98/2000应用软件：应用软件：WPS WPS、Word Word、PhotoshopPhotoshop微微 处处 理理 器器 CPU CPU 存储器存储器(RAM,ROM)(RAM,ROM)I/O I/O接口接口总线总线 硬硬 件件软软 件件微型微型计算计算机

47、系机系统统微微 型型计计算算机机外外 设设键盘、鼠标键盘、鼠标显示器显示器软驱、硬盘、光驱软驱、硬盘、光驱 打印机、扫描仪打印机、扫描仪概念对照概念对照 微处理器、微型计算机、微型计算机系统微处理器、微型计算机、微型计算机系统 2023/1/72023/1/73535第35页，共57页，编辑于2022年，星期六1-3 微型计算机系统 二、存储器二、存储器存储器：内部存储器（内存或主存）和外部存储器。存储器：内部存储器（内存或主存）和外部存储器。1.1.内部存储器内部存储器内部存储器内部存储器内存存放当前正在使用或经常使用的程序和数据，内存存放当前正在使用或经常使用的程序和数据，CPUCPU可以

48、直可以直接访问。接访问。内存主要是半导体存储器，分为随机存取存储器内存主要是半导体存储器，分为随机存取存储器RAMRAM和只读存储器和只读存储器ROMROM。2023/1/72023/1/73636第36页，共57页，编辑于2022年，星期六1-3 微型计算机系统 二、存储器二、存储器1.1.内部存储器内部存储器内部存储器内部存储器随机存取存储器随机存取存储器随机存取存储器随机存取存储器RAMRAMRAMRAM可以随机读写，断电后存储内容消失。可以随机读写，断电后存储内容消失。RAMRAM又可分为动态又可分为动态RAMRAM（DRAMDRAM）和静态）和静态RAMRAM（SRAMSRAM）。）

49、。l lDRAMDRAM用用MOSMOS电路和电容作为存储单元，由于电容放电要定电路和电容作为存储单元，由于电容放电要定时对其充电，称为刷新。特点是高密度，但存取速度慢。时对其充电，称为刷新。特点是高密度，但存取速度慢。l lSRAMSRAM用双极型电路或用双极型电路或MOSMOS电路组成触发器作存储单元，不需要刷电路组成触发器作存储单元，不需要刷新。特点是高速度，但存储容量小。新。特点是高速度，但存储容量小。2023/1/72023/1/73737第37页，共57页，编辑于2022年，星期六1-3 微型计算机系统 二、存储器二、存储器1.1.内部存储器内部存储器内部存储器内部存储器只读存储器

50、只读存储器只读存储器只读存储器ROMROMROMROM只能读出已存储的内容，不能写入，断电后存储内容不会只能读出已存储的内容，不能写入，断电后存储内容不会消失。消失。ROMROM又可分为可编程只读存储器又可分为可编程只读存储器PROMPROM、可编程可擦除、可编程可擦除只读存储器只读存储器EPROMEPROM 和和EEPROMEEPROM。CacheCache存储空间较小、存取速度较高，位于存储空间较小、存取速度较高，位于CPUCPU和主存之间。和主存之间。存放了处理机经常使用的程序和数据，使存放了处理机经常使用的程序和数据，使CPUCPU可快速从可快速从CacheCache中读写所需的指令和