微机原理及应用课件.ppt
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- 微机 原理 应用 课件
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1、典型机型:典型机型:IBM PCIBM PC系列机系列机基本系统:基本系统:8086CPU8086CPU和半导体存储器和半导体存储器I/OI/O接口电路及与外设的连接接口电路及与外设的连接硬件接口电路原理硬件接口电路原理软件接口编程方法软件接口编程方法区别区别本门课程的研究内容及其地位与作用本门课程的研究内容及其地位与作用研究内容:微机系统的基本组成与结构、工作原理及应用方法与技术。研究内容:微机系统的基本组成与结构、工作原理及应用方法与技术。本门课程在计算机知识结构中的地位与作用:本门课程在计算机知识结构中的地位与作用:学习方法建议学习方法建议n复习并掌握先修课的有关内容复习并掌握先修课的有
2、关内容n课堂:听讲与理解、适当笔记。课堂:听讲与理解、适当笔记。n课后:认真阅读教材和参考书、独立完成作业。课后:认真阅读教材和参考书、独立完成作业。n实验:充分准备、勤于动手实践。实验:充分准备、勤于动手实践。n8 8、学习资源、学习资源n钱晓捷之微服网钱晓捷之微服网 http:/ http:/202.116.64.20/caicomputer/http:/202.116.64.20/caicomputer/u钱晓捷钱晓捷 陈涛,微型计算机原理及接口技术,陈涛,微型计算机原理及接口技术,北京:机械工业出版社,北京:机械工业出版社,1999.11999.1uBarry Barry B.Brey
3、B.Brey著著 陈谊等译,陈谊等译,IntelIntel系列微处理器结构、编程和接口技术大全系列微处理器结构、编程和接口技术大全 80X8680X86、PentiumPentium和和Pentium ProPentium Pro,北京:机械工业出版社,北京:机械工业出版社,1998.11998.1微型计算机原理及应用微型计算机原理及应用第1章 微型计算机系统2第2章 微处理器内部结构4第3章 汇编语言基础4第4章 IA-32指令系统6第5章 控制转移和程序结构8第6章 微处理器外部特性4第7章 存储系统4第8章 输入输出接口4第9章 常用接口技术81 1、电子电子计算机发展简史计算机发展简史
4、(1 1)1946-19581946-1958第一代第一代:电子管计算机电子管计算机。磁鼓存储器,机器语言、。磁鼓存储器,机器语言、汇编语言编程。汇编语言编程。世界上第一台电子数字计算机世界上第一台电子数字计算机ENIACENIAC(Electronic Electronic Numerical Integrator And calculatorNumerical Integrator And calculator),),19461946年由美国宾夕法年由美国宾夕法尼亚大学研制,字长尼亚大学研制,字长1212位,运算速度位,运算速度50005000次次/秒,使用秒,使用1880018800个电
5、子个电子管、管、15001500个继电器,功耗个继电器,功耗150kw150kw,占地,占地170m170m2 2,重达重达3030吨,造价吨,造价100100万美元。万美元。(2 2)1958-19641958-1964第二代第二代:晶体管计算机晶体管计算机磁芯作主存储器磁芯作主存储器,磁盘作磁盘作外存储器,开始使用高级语言编程。外存储器,开始使用高级语言编程。(3 3)1964-19711964-1971第三代:集成电路计算机第三代:集成电路计算机半导体存储器,出半导体存储器,出现多终端计算机和计算机网络。现多终端计算机和计算机网络。(4 4)1971-1971-第四代:大规模集成电路计算
6、机第四代:大规模集成电路计算机出现微型计算机出现微型计算机、单片微型计算机,外部设备多样化。、单片微型计算机,外部设备多样化。(5 5)1981-1981-第五代:人工智能计算机第五代:人工智能计算机模拟人的智能和交流方模拟人的智能和交流方式。式。第第1 1章章 微型计算机系统微型计算机系统2 2、计算机发展趋势、计算机发展趋势微型化微型化 便携式、低功耗便携式、低功耗高性能高性能 尖端科技领域的信息处理,需要超大容量、高速度尖端科技领域的信息处理,需要超大容量、高速度智能化智能化 模拟人类大脑思维和交流方式,多种处理能力模拟人类大脑思维和交流方式,多种处理能力系列化、标准化系列化、标准化 便
7、于各种计算机硬、软件兼容和升级便于各种计算机硬、软件兼容和升级网络化网络化 网络计算机和信息高速公路网络计算机和信息高速公路多机系统多机系统 大型设备、生产流水线集中管理大型设备、生产流水线集中管理(独立控制、独立控制、故障分散、资源共享故障分散、资源共享)1.1 1.1 微处理器发展微处理器发展1.1.1 1.1.1 微处理器的历史微处理器的历史微处理器主要性能指标微处理器主要性能指标字长:字长:CPUCPU每个时间单位可处理的二进制的数据位数(如每个时间单位可处理的二进制的数据位数(如一次运算、传输)一次运算、传输)如:如:8 8位机、位机、1616位机、位机、3232位机和位机和6464
8、位机。位机。时钟频率:时钟频率:表明表明CPUCPU的处理速度,反映了微处理器的基本的处理速度,反映了微处理器的基本时间单位。时间单位。相关参数:时钟频率、主频、每秒运算次数相关参数:时钟频率、主频、每秒运算次数 如:如:100MHz100MHz、3.2GHz3.2GHz。集成度:集成度:表明微处理器的生产工艺水平,通常用芯片上表明微处理器的生产工艺水平,通常用芯片上集成的晶体管数量来表达。集成的晶体管数量来表达。实际上,微型计算机性能优劣由它的系统结构、指令系统、硬件组成、外部设备以及软件配备是否齐全等因素决定。只有综合各项指标,才能正确评价与衡量计算机性能高低。下面介绍几项主要评估指标。1
9、.CPU1.CPU字长字长 计算机的字长决定了计算机内部一次可以处理的二进制代码的位数。它决定着计算机的通用寄存器、加法器、数据总线等部件位数,因此,它的长短直接影响硬件成本。字长越长,一个字所能表示的数据精度就越高。在完成同样精度的运算时,字长较长的计算机比字长短的计算机速度快。为了兼顾精度与硬件成本,有些计算机允许采用变字长运算。CPU字长是字节的整数倍,如8、16、32和64位等。一般情况下,CPU内部数据总线宽度和计算机对外的数据总线宽度是一致的。而有的CPU为了改进运算性能加宽了CPU的内部总线宽度,致使内部字长和对外数据总线宽度不一致。如Intel 8088微处理器就是内部总线宽度
10、为16、而对外的数据总线宽是8位的芯片。对这类芯片称之为“准位”芯片。因此Intel 8088就称为准16位芯片。2.内存储器容量与速度内存储器容量与速度 内存储器容量是衡量它存储二进制信息量大小的一个重要指标。微型计算机中常用字节表示内存储器容量,如64 MB(兆字节)。内存储器容量常常有一个变化范围,同一型号微型计算机,能配备的内存储器容量大小也有一个变化范围。内存的速度用存取周期来衡量。存储器执行一次完整的读写操作所需要的时间称为存取周期。半导体集成电路存储器的存取周期目前约为几十纳秒(ns)。3.CPU指令执行时间指令执行时间 指令执行时间的长短反映了CPU运算速度的快慢。因为执行不同
11、的指令所需的时间不同,这就产生了如何评估计算速度的问题。常用方法有两种:(1)根据不同类型指令在计算过程中出现的频繁程度乘上不同系数,求得统计平均值。这里所指的运算速度为平均速度MIPS(Millions of Instructions Per second),即百万条指令秒作单位。(2)直接给出CPU的时钟频率(主频)。时钟频率在很大程度上决定了计算机的运算速度。如80486时钟频率在3366 MHz,Pentium则在60133 MHz,Pentium MMX CPU时钟频率为230 MHz以上。1.1.通用微处理器通用微处理器19711971年,美国年,美国IntelIntel公司研究并
12、制造了公司研究并制造了I4004I4004微处理微处理器芯片。该芯片能同时处理器芯片。该芯片能同时处理4 4位二进制数,集成了位二进制数,集成了23002300个晶体管,每秒可进行个晶体管,每秒可进行6 6万次运算,成本约为万次运算,成本约为200200美元。它是世界上第一个微处理器芯片,以它为美元。它是世界上第一个微处理器芯片,以它为核心组成的核心组成的MCS-4MCS-4计算机,标志了世界第一台微型计计算机,标志了世界第一台微型计算机的诞生。算机的诞生。第一代第一代4位和低档位和低档8位机位机Intel 4004第二代第二代中高档中高档8位机位机8080/8085、Z80、MC6800第三
13、代第三代16位机位机Intel 8086、Z8000、MC6800第四代第四代32位机位机80386、80486第五代第五代64位机位机(1971-1973)(1974-1978)(1978-1981)(1981-2000)(2001后)后)特点:特点:1、芯片的发展遵循、芯片的发展遵循 摩尔定律摩尔定律2、速度越来越快。、速度越来越快。3、容量越来越大。、容量越来越大。4、功能越来越强。、功能越来越强。图片示例图片示例Apple-IApple-II8088CPUIBM PC机机IBM PC/AT机机IBM PC/XT机机2.2.专用微处理器专用微处理器单片机,数字信号处理器单片机,数字信号处
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