微机原理教程l教程01.ppt

课程介绍 第1章 第1章：微型计算机系统概述 教学重点 微型计算机的系统组成 IBM PC系列机的主机板 1.1 微型计算机的发展 微型计算机（Microcomputer） 性能适中、价格低廉、体积较小的计算机 最常见的计算机 现代计算机三大主要应用形式的主角 桌面个人微机（PC机） 服务器 嵌入式计算机系统 采用微处理器为核心构造的计算机 微处理器、处理器、中央处理单元CPU 计算机的运算和控制核心 采用一块大规模集成电路芯片构成 处理器的基本性能指标 字长（Word） 处理器每个时间单位处理的二进制数据位数 （例如一次进行运算、传输的位数） 指示处理器的数据处理能力 时钟频率 处理器的处理速度 反映处理器的基本时间单位 集成度 芯片上集成的晶体管数量 表明处理器的生产工艺水平 1.1.1 通用微处理器 4位微处理器 1971年，Intel 4004，第一个微处理器 8位微处理器 M6800、Z80和Intel 8080/8085 Apple公司苹果机 16位微处理器 Intel 8086/8088 16位个人计算机（PC：Personal Computer） 32位微处理器 80386，80486，Pentium～Pentium 4 32位PC机，APPLE公司的Macintosh机 64位微处理器 IA-64结构：Itanium（安腾） x86结构：AMD的64位处理器、Intel 64处理器 1.1.2 专用微处理器 1.1.3 摩尔定律 集成电路生产技术推动了计算机的飞速发展 摩尔定律（Moores Law） 集成电路上晶体管密度每年将翻倍 每隔18个月硅片密度（晶体管容量）将翻倍 每18个月，集成电路的性能将提高一倍，而其价格将降低一半 摩尔定律不会永远持续 今后，性能提高更多地 得益于计算机系统结构的革新 现在，多核处理器使得摩尔定律延续 1.2 微型计算机的系统组成 1.2.1 冯·诺依曼计算机结构 冯·诺伊曼计算机的基本思想 采用二进制形式表示数据和指令。指令由操作码和地址码组成 将程序和数据存放在存储器中，计算机在工作时从存储器取出指令加以执行，自动完成计算任务。这就是“存储程序”和“程序控制”（简称存储程序控制）的概念 指令的执行是顺序的，即一般按照指令在存储器中存放的顺序执行，程序分支由转移指令实现 计算机由存储器、运算器、控制器、输入设备和输出设备五大基本部件组成，并规定了5部分的基本功能 1. 组成部件 5大部件组成 控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设备 3个硬件子系统 处理器、存储系统和输入输出系统 2. 二进制编码 计算机采用二进制形式表示数据和指令 现实中的一切，计算机中都是0和1数码 二进制编码 按照一定规律组合的0和1数码 不同的信息用不同的数码表示 同样的信息也可以用不同的编码规则用不同的数码表示 程序、指令、操作码 程序用程序设计语言编写，由指令构成 指令(机器语言)是控制计算机操作的命令 指令由操作码和地址码组成 操作码（Opcode）表明指令的操作 地址码、操作数（Operand）是参与操作的数据 指令的代码格式：二进制编码规则 基本数据单位（二进制位） 1位 比特（bit：binary digit） 4位 半字节（Nibble） 8位 字节（Byte） 16位 字（Word） 32位 双字（Double word） 64位 4字（Quad word） 3. 存储程序和程序控制 存储程序 把指令以代码的形式事先输入到计算机的主存储器中，这些指令按一定的规则组成程序 程序控制 启动后，程序就会控制计算机按规定的顺序逐条执行指令，自动完成预定的信息处理任务 存储单元地址 为每个存储单元编排的一个唯一的编号 主存储器是字节可寻址的：主存储器的每个存储单元具有一个地址，保存一个字节的信息 取指－译码－执行周期 取指（Fetch） 处理器从主存储器读取指令 译码（Decode） 翻译指令代码的功能 执行(Execute） 执行指令完成指令所规定的操作 1.2.2 微型计算机的硬件组成 1. 微处理器 微机的核心、控制中心，中央处理器CPU 大规模集成电路VLSI芯片，集成 控制器 运算器（整数运算器） 寄存器（高速存储单元） 高性能微处理器内部还有 浮点处理单元甚至多媒体数据运算单元 存储管理单元、代码保护机制 高速缓冲存储器 …… 2. 存储器 存储器（Memory）是存放程序和数据的部件 高性能微机的存储系统 微处理器内部的寄存器（Register） 高速缓冲存储器（Cache） 主板上的主存储器 以外设形式出现的辅助存储器 主存储器（主存、内存） 半导体存储器芯片组成 RAM部分断电后信息丢失 相对造价高、速度快、但容量小 辅助存储器（简称辅存或外存） 磁盘、