微型计算机第一章课件

计算机原理与接口技术2020年3月16日西南民族大学电气信息工程学院计算机原理与接口技术西南民族大学电信学院授课教师：杜诚联系方式：13076035417Email：[e-mail]计算机原理与接口技术西南民族大学电气信息工程学院2020年3月16日教材微型计算机原理与接口技术——杜诚西南交通大学出版社2002年参考书微型计算机技术及应用——从16位到32位第二版戴梅萼等清华大学出版社1996年从8086到PentiumIII——微型计算机及接口技术马维华等科学出版社2000年微型计算机系统原理及应用第三版上册周明德清华大学出版社1998年计算机原理与接口技术西南民族大学电气信息工程学院2020年3月16日1.课程性质及教学目的《微型计算机原理》是工科计算机及其相关专业的一门重要的专业技术基础课程。本课程帮助学生掌握微型计算机的硬件组成及使用；学会运用汇编语言进行程序设计；树立起计算机体系结构的基本概念；为后继的软、硬件课程做好铺垫。课程简介及要求计算机原理与接口技术西南民族大学电气信息工程学院2020年3月16日2.课程教学安排教学参考学时：60学时考试形式：笔试计算机原理与接口技术西南民族大学电气信息工程学院2020年3月16日第一章概述计算机原理与接口技术西南民族大学电气信息工程学院2020年3月16日1946年2月，美国宾夕法尼亚大学诞生了世界上第一台电子数字计算机：“埃尼阿克”（ENIAC，即ElectronicNumericalIntegratorandCalculator，电子数字积分计算机）。重量30吨，占地176平方米，每小时耗电150千瓦，价值约40万美元。采用18000只电子管，70000个电阻，10000支电容，研制时间近三年，运算速度为每秒5000次加减法运算。ENIAC的不足：运算速度慢、存储容量小、全部指令没有存放在存储器中、机器操作复杂、稳定性差计算机原理与接口技术西南民族大学电气信息工程学院2020年3月16日计算机原理与接口技术西南民族大学电气信息工程学院2020年3月16日计算机的基本结构输出设备输入设备输入接口输出接口存储器微型计算机运算器控制器微处理器计算机原理与接口技术西南民族大学电气信息工程学院2020年3月16日冯·诺依曼体系结构VonNeumann程序和数据计算机中用二进制数表示；计算机的工作过程是由存储程序控制的；计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备所组成；2.计算机的发展计算机原理与接口技术西南民族大学电气信息工程学院2020年3月16日桌上型：台式电脑便携型：笔记本、掌上电脑等计算机原理与接口技术西南民族大学电气信息工程学院2020年3月16日计算机原理与接口技术西南民族大学电气信息工程学院2020年3月16日计算机原理与接口技术西南民族大学电气信息工程学院2020年3月16日主板ISA插槽PCI插槽AGP插槽北桥芯片组南桥芯片组内存插槽CPU插槽IDE接口软驱接口并口连接器串口连接器ROMBIOS鼠标键盘USB接口主板电源插座计算机原理与接口技术西南民族大学电气信息工程学院2020年3月16日采用875芯片组的主板Socket478插槽AGP插槽PCI总线插槽北桥芯片南桥芯片DDR内存插槽鼠标、键盘USB计算机原理与接口技术西南民族大学电气信息工程学院2020年3月16日CPU8088CPU计算机原理与接口技术西南民族大学电气信息工程学院2020年3月16日CPU计算机原理与接口技术西南民族大学电气信息工程学院2020年3月16日蓝宝石X1950PRO显卡计算机原理与接口技术西南民族大学电气信息工程学院2020年3月16日金士顿512MBDDR400计算机原理与接口技术西南民族大学电气信息工程学院2020年3月16日希捷160GB/酷鱼计算机原理与接口技术西南民族大学电气信息工程学院2020年3月16日外设及输入输出接口计算机原理与接口技术西南民族大学电气信息工程学院2020年3月16日根据电子元器件不同分类•第一代(1946年至1958年)——电子管，几千次/秒，处理信息的位数４位•第二代(1958年至1964年)——晶体管，几十万次/秒，处理信息的位数８位•第三代(1964年至1972年)——小规模集成电路，几百万次/秒，处理信息的位数16位•第四代(1972年代中期以后)——大规模、超大规模集电路，上亿次/秒，处理信息的位数32位计算机原理与接口技术西南民族大学电气信息工程学院2020年3月16日3.计算机的发展趋势•1)多极化：微型化和巨型化。•2)网络化：如银行系统、商业系统、交通运输系统等。•3)多媒体化：文本、图形、声音、图象等信息的载体•4)智能化：具有人的某些智能处理，进行“看”、“听”、“说”、“想”、“做”，具有逻辑推理、学习与证明的能力。智能化研究领域很多，其中最有代表性的领域是专家系统和机器人。•5)嵌入化：在汽车电脑、智能电话等移动环境以及INTERNETTV、SET-TOPBOX等家庭环境中的应用。计算机原理与接口技术西南民族大学电气信息工程学院2020年3月16日1.1.2微型计算机主要性能指标微处理器的性能指标基本上确定了由其组成的微机的功能。描述微处理器的性能，通常用到下面的一些概念。1、CPU类型CPU类型是指微机系统所采用的CPU芯片型号，它决定了微机系统的档次。计算机原理与接口技术西南民族大学电气信息工程学院2020年3月16日各类微处理器的字长不同，例如有四位的、八位的、十六位的、三十二位的等。字长长、位数多的机器处理的精度和速度都更高，因此，字长是微处理器最重要的指标之一。2、字长微处理器的字长是指它在交换、加工和存放信息时，其信息位的最基本的长度，它决定一次传送的二进制的位数。计算机原理与接口技术西南民族大学电气信息工程学院2020年3月16日一个16位的数，对八位微处理器，需进行二次传送处理，而对十六位的微处理器则需一次，这就是字长长的机器在处理速度上带来的优越性。字长由微处理器对外数据通路的数据总线的条数决定。同时字长又确定了微处理器的内部结构，现代的CPU为了提高内部运算能力，加宽了内部数据通道的宽度，使得内部字长和对外数据总线宽度不一致。计算机原理与接口技术西南民族大学电气信息工程学院2020年3月16日3.时钟频率和机器周期称为16位的微处理器，是指数据总线条数和内部结构均为16位，而对外数据总线只有8条的16位内部结构又称为准16位机。时钟频率又称主频，它是指CPU内部晶振的频率，常用单位为兆（MHz），它反映了CPU的基本工作节拍。一个机器周期由若干个时钟周期组成，在机器语言中，使用执行一条指令所需要的机器周期数来说明指令执行的速度。计算机原理与接口技术西南民族大学电气信息工程学院2020年3月16日4、运算速度处理器完成一件具体任务所需的指令叫做程序。执行程序所花的时间就是完成该任务的时间指标。时间愈短．机器速度愈高。为了衡量微处理器的速度，选用实现同一操作的指令寄存器的加法指令作为基本指令，它的运行时间就作是基本指令执行时间，基本指令执行时间由时钟周期及所用时钟周期数决定。单位有MIPS（每秒百万条指令）、MFLOPS（秒百万条浮点指令）计算机原理与接口技术西南民族大学电气信息工程学院2020年3月16日为了衡量微处理器的速度，将选用实现同一操作的指令寄存器加法指令作为基本指令，它的执行时间就作为基本指令执行时间，基本指令执行时间由时钟周期及所用时钟周期数决定。基本指令执行时间愈短，表示微处理器工作速度愈高。现代CPU的运算速度以主频的大小衡量。计算机原理与接口技术西南民族大学电气信息工程学院2020年3月16日•5.存取速度•是指存储器完成一次读取或写存操作所需的时间，称为存储器的存取时间或访问时间。而连续启动两次写操作所需间隔的最短时间，称为存储周期。计算机原理与接口技术西南民族大学电气信息工程学院2020年3月16日6、访存空间访存空间是指由该微处理器构成的系统所能访问(Access)的存储单元数。此单元数是由传送地址信息的地址总线的条数决定的。八位微处理器有16条地址总线．所能编出的地址码有216=65536种，即由它区分的存储空间就有65536个单元。计算机原理与接口技术西南民族大学电气信息工程学院2020年3月16日计算机中常称1024为1K，因此把65536简称为64K单元；十六位微处理器有20条地址线。访存空间为：220=1048576≈1024K，比之八位机大16倍。计算机中常用字节，页面，KB，MB，GB，TB表示存储量。计算机原理与接口技术西南民族大学电气信息工程学院2020年3月16日计算机原理与接口技术西南民族大学电气信息工程学院2020年3月16日一、微处理器(Microprocessor简称µP或MP)原来体积很大的中央处理器CPU的复杂电路(包括运算器和控制器做在一片或几片大规模集成电路的芯片上，把这种微缩的CPU大规模集成电路称为微处理器或微处理机。其职能是执行算术、逻辑运算和控制整个计算机自动地、协调地完成操作。1.2计算机的基本结构和工作原理计算机原理与接口技术西南民族大学电气信息工程学院2020年3月16日这种微缩CPU的芯片尺寸只有十几到几十平方毫米大小。Intel公司于1971年首先制成了第一种微处理器4004，同年研制成由4004组成的第一台微计算机。计算机原理与接口技术西南民族大学电气信息工程学院2020年3月16日Intel4004和采用4004的计算器计算机原理与接口技术西南民族大学电气信息工程学院2020年3月16日二、微计算机(Microcomputer简称µC或MC)一块µP片子不可能具有一台完整的计算机的功能．它只是计算机中核心的运算器和控制器。因此，必须配上其它的片子，如随机存储器，只读存储器，输入和输出接口电路，以及其它一些辅助电路（如发生器、各类译码器、缓冲器等)，这些片子通过一定的联系围绕µP有机地连在一起，才能构成一台微计算机，起到计算机的作用。计算机原理与接口技术西南民族大学电气信息工程学院2020年3月16日所谓，微计算机就是以微处理器为核心，配上大规模集成电路的随机存储器RAM、只读存储器ROM、输入／输出接口以及相应的辅助电路而构成的微型化的计算机装置。三、微处理器系统(MicroprocessingSystem简称µPS或MPS)微计算机有它独自的特点。它不象小型和大型计算机那样，完全是由计算机生产厂家组装计算机系统计算机原理与接口技术西南民族大学电气信息工程学院2020年3月16日提供用户使用的。微计算机由于是由大规模集成电路片子构成，用户则可以根据不同的用途。选购某种微处理器为核心和相应数量的系列大规模集成电路，自行设计、装配成满足需要的特殊微计算机装置；用户也可在选购生产厂家生产成一定规模的微计算机后，再自行设计特殊需要的部分以构成某种特殊用途的系统。我们称这种以微处理器为核心构成的某种特殊用途的系统为微处理器系统µPS。微处理器系统和外部世界的联系更加广泛，在结构上更具有灵活性计算机原理与接口技术西南民族大学电气信息工程学院2020年3月16日算术逻辑部件内部总线累加器、寄存器控制部件微处理器存储器（ROM/RAM）输入/输出接口系统总线微型计算机外围设备系统软件微型计算机系统计算机原理与接口技术西南民族大学电气信息工程学院2020年3月16日1.2.2微计算机系统的组成•计算机的基本组成部分是：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备等五个部分.•系统总线是各部件之间传送信息的公共通道，包括地址总线AB、数据总线DB和控制总线CB。计算机原理与接口技术西南民族大学电气信息工程学院2020年3月16日计算机原理与接口技术西南民族大学电气信息工程学院2020年3月16日微机系统的硬件结构微处理器CPUROMRAMI/O接口输出设备输入设备地址总线AB数据总线DB控制总线CB计算机原理与接口技术西南民族大学电气信息工程学院2020年3月16日1.2.3冯·诺依曼型计算