概述及运算基础.ppt
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1、微 机 原 理,主讲 田鹏辉计算机学院,本课程任务 是使同学们从工程的角度了解和掌握微机系统的基本原理、接口电路及硬件连接的主要技术,建立微机工作的整体概念。,先修课程:数字电路、计算机文化基础、汇编语言程序设计,参考书:IBM PC 汇编语言程序设计沈美明 清华出版社微型计算机技术及应用(第3版)戴梅萼 清华出版社,教材:微机原理与接口技术 吉海彦主编 机械工业出版社,本学期学学时安排:40(讲授)课堂:听讲与理解、适当笔记 课后:认真读书、完成作业总成绩考试成绩平时成绩,课程特点:理论与实际联系非常紧密的课程,课程内容更新极快。内容多,学时少,进度快,难度大,应用广。,1.1 微型机的发展
2、1.2 微机的运算基础1.3 微机组成和工作过程,第一章 微机概述,掌握计算机中常用的数制与编码(整数、小数的二进制、十六进制表示,BCD码)。了解ASCII码,了解数字和大写字母AF的ASCII码表示。掌握带符号数的原码与补码。掌握微机的组成与工作过程。,本章要求,1.1 微型机的发展(了解内容),电子计算机的发展:,微型机是第四代计算机的典型代表,电子管计算机(1946-1957)晶体管计算机(1958-1964)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),字长是微处理器一次可以直接处理的二进制数码的位数,它通常取决于微处理器内部通用寄存器的位数和数
3、据总线的宽度。微处理器的字长有4位、8位、16位和32位等等。8086称为16位微处理器。8088称为准16位微处理器。,字长微机的常用术语,计算机中常用术语,bit(位)Byte(字节)1 Byte=8 bit1KB=1024B=210Byte1MB=1024KB=220Byte1GB=1024MB=230Byte 1TB=1024GB=240ByteWord(字)1 Word=2 Byte=16 bitDword(双字)1 Dword=2 Word=32 bit,1.1 微型机的发展(了解内容),微型机的发展:第一阶段是4位或8位低档微处理器和微型计算机时代,通常称之为第一代(1971-1
4、973)第二阶段是8位中高档微处理器和微型计算机时代,通常称之为第二代(1974-1977)第三阶段是16位微处理器和微型计算机时代,通常称之为第三代(1978-1983),1.1 微型机的发展(了解内容),微型机的发展:第四阶段是32位微处理器和微型计算机时代,通常称之为第四代(1983-1992)第五阶段是奔腾系列微处理器和微型计算机时代,通常称之为第五代(1993年以后),1971年,Intel 4004:4位微处理器。是世界上第一片单片微处理器。机器语言编程,指令系统包括45条指令。性能差。用于小型控制机:交通灯、微波炉、台秤、照相机。,Intel 4004,第一代典型产品,1972年
5、: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。,Intel 8008,第二代典型产品,1976年:Intel 8085Intel公司生产的最后一种8位通用微处理器。工作频率提高到5MHz,指令系统的指令数上升到246条。,1974年:Intel 8080采用了6m生产工艺,集成度为6000个晶体管,主频为2MHz。第一款高档微处理器.1975年4月,MITS公司推出了以8080为CPU的世界上第一台个人计算机Altair 8800。值得一提的是Altair 8800的BASIC语言解释器是Bill Gates
6、编写的。,1977年:Z80,Zilog公司,8位机,优于8080,8085,第三代典型产品,1978年,Intel 8086 采用3m工艺,集成了29,000个晶体管,工作频率为4.77 MHz。它的寄存器和数据总线均为16位,地址总线为20位,从而使寻址空间达1MB。CPU的内部结构也有很大的改进,采用了流水线结构,并设置了6字节的指令预取队列。,除了它的数据总线为8位以外,其余均与8086相同。8088采用8位数据总线是为了利用当时现有的8位设备控制芯片。由于8088内部支持16位运算,而与I/O之间传输为8位,故8088称为准16位微处理器。,1979年 Intel 8088,8028
7、6(1982年-1984年)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,地址总线增加到24位,使存储器寻址空间达到16MB.,80年代中期到90年代初,80286一直是微型计算机的主流CPU。在这一时期,还诞生了世界上最早的芯片组(chipsets).,IBM PC/AT机,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。,第四代典型产品,采用正方形的网络阵列封装(PGA),132引脚。,80386
8、(1985年-1988年)第一个实用的32位微处理器,采用1.5m工艺,集成275,000个晶体管,工作频率达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位的地址总线,80386的可寻址空间达到4GB。(232=4G),80386内部包含了一个内存管理单元专门负责管理和分配内存的硬件电路。,80386的其他一些版本:80386SX,包含16位数据总线和24位地址总线,寻址空间为16MB;80386SL80386SLC,包含 l6位数据总线和25位地址总线,寻址空间为32MB。这些微处理器由于与I/O之间传输为16位,故也称为准32位微处理器。,这时由32位微处理
9、器组成的微型计算机已经达到超级小型机的水平。,80486(1989年-1992年),80486把80386的内部结构做了修改,首次采用RISC技术(精简指令集),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。,采用1m工艺,集成了120万个晶体管,工作频率为25MHz。80486微处理器由三个部件组成:一个80386体系结构的主处理器,一个与80387相兼容的数学协处理器和一个8KB容量的高速缓冲存储器。,80486的其他一些版本:,80486SX,工作频率20MHz,不包含数学协处理器;80486DX2,采用双倍时钟,内部执行速度
10、达到66MHZ,内存存取速度为33MHz;80486DX4,采用三倍时钟,内部执行速度达到100MHZ,内存存取速度为33MHz。,Intel公司的Pentum,内部采用超标量指令流水线结构,并具有相互独立的指令和数据高速缓存,工作频率越来越高,基本指令的工作速度越来越高。随着Pentium MMX、Pentium Pro、Pentium II、Pentium III以及、Pentium 4微处理器的出现,使微机的发展在网络化、多媒体化和智能化等方面跨上了更高的台阶,可以说这一阶段是微型机发展最快,新技术最多、最先进,影响最大的阶段。,第五代典型产品,Pentium系列,Pentium(199
11、3年-1997年)(发展分成三代),第一代Pentium处理器(以P5代称,1993年)采用0.8m工艺技术,集成了310万个晶体管,工作频率为60MHz/66MHz。,第三代Pentium MMX(P55C,1997年)增加了57条多媒体指令,第二代Pentium处理器(P54C,1994年)采用0.6m工艺,工作频率为90MHz/100MHz。,Pentium Pro(P6),1995年推出的PentiumPro(又称P6或高能奔腾)CPU。其中集成了550万只晶体管,主频提高到133 MHz。地址线为36位,寻址范围为64GB,,Pentium,97年5月推出,时钟频率比P6提高了很多,
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