第1章-2微型计算机发展共25张课件.ppt

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。系统总线接接 口口接接 口口接接 口口2、微处理器（微处理器（Microprocessor）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

2、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(Arithmetic Logic Unit，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（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(Instruction Pointer)指令寄存器指令寄存器IR(Instruction Register)指令译码器指令译码器ID(I

3、nstruction Decode)内存地址寄存器内存地址寄存器MAR(Memory Address Register)定时与控制部件定时与控制部件TC(Timing and Control)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

4、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

5、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

6、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：Intel 8080主频：主频：2M，寻址，寻址64K，首个个人微机首个个人微机Altair88

7、00(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。Intel 8085集成度为集成度为5400管子片，管子片，6m光刻技术。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Intel 8086 79年发布年发布Intel 8088、20位地址线、位地址线、1M地址空间。地址空间。81年年8月首个月首个16位机位机IBM PC5150，8088CPU，16K内存、内存、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：Z8000

8、 Motorola：MC6800082年，年，Intel 80286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:Intel 80386，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8038780387

9、 89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，主振频率达主振频率达25120MHz。93年年 Intel Pentium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Intel 80X86系列系列95年，年，Pentium Pro（高能奔腾）集成度达（高能奔腾）集成度达550万片，同片万片，同片L2Cache256KB。97年初，年初，Pentium MMX（多能奔腾、简称（多能奔腾、简称 MMX

10、）。）。97年年5月，月，Pentium II（PII）MMX指令集的指令集的 Pentium Pro，Slot1接口。接口。片上同频片上同频32K L1 Cache，板上，板上1/2主频主频 512K L2 Cache，兼容，兼容MMX，外频，外频 100M。99年年3月，月，Pentium III，片上同频，片上同频32K L1 Cache和和 512K L2 Cache，兼容，兼容MMX，新增，新增70条指令条指令SSE（Streaming SIMD Extensions），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

11、 2000年，年，Pentium IV（奔腾（奔腾IV，P4）主时钟达）主时钟达2000MHz2019年，年，P4主时钟已达主时钟已达2800MHz。2019年，年，3.06GHz的的P4，采用了超线程（，采用了超线程（HT）技术）技术,在一颗物理在一颗物理核心中整合了两颗逻辑核心，大大提高了处理器的效率核心中整合了两颗逻辑核心，大大提高了处理器的效率。在高负在高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。64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

12、的发展时代。64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。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。微型计算机的分类微型计算机的分类按组装形式和系统规模划分，常见的微型计算机有按组装形式和系统规模划分，常见的微型计算机有单片机单片机、单板机单板机和和个人计个人计算机算机。个人计算机：个人计算机：（Personal Computer）由微处理器芯片装成的、便于搬动而且）由微处理器芯片装成的、便于搬动而且不需要维护的计算机系统。不需要维护的计算机系统。第一台个人计算机，第一台个人计算机，1977年推出的年推出的Apple II；1

13、981年年IBM推出的推出的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”（Micro controller）或）或“嵌入式计算机嵌入式计算机”（Embedded Computer）。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：Intel MCS51系列（系列（8031、8051、8751）Intel MCS96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。Intel 8086为为 CPU的的 TP86，Z80 CPU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