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第1章 微型计算机概论


第一章 微型计算机系统概述
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1.1 微型计算机的特点和发展

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1.2 微型计算机的分类
1.3 微处理器、微型计算机和微型计算机系统 1.4 微型计算机的应用 1.5微型计算机的性能指标

1.1 微型计算机的特点和发展
1 2 微型计

算机的特点 微型计算机的发展历史

1 微型计算机的特点
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1. 体积小、质量轻 功耗低 2. 可靠性高、使用环境条件要求低 3. 结构简单灵活、系统设计方便、适应性强 4. 性能价格比高,应用广

返 回

2.微型计算机的发展历史
体积:90立方米;重量:30 吨; 占地:170 平方米; 耗电:140 千瓦; 使用器件:18800个电子管, 70000个电阻,1500 个电 容,6000个开关 运算速度:5000次加法/秒, 500次乘法/秒,100次除法/秒. 存储容量:存20个字长为10 位的十进制数;
第一台电子计算机(ENIAC)

2.微型计算机的发展历史
划分阶段的标志:字长和微处理器型号
微处理器的发展特点:

1、速度越来越快;
2、容量越来越大; 3、功能越来越强。

2 微型计算机的发展历史
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第一代(1971-1973年):4位和低档8位微处理器时代 第二代(1973-1978年):中高档8位微处理器时代 第三代(1978-1980年):16位微处理器时代 第四代(1983-1993年):32位微处理器时期 第五代(1993~1996):Pentium微处理器的时代 第六代(1997至今):加强型Pentium时代 第七代:64位CPU时代 多核时代 ……

第一代(1971-1973年):4位和低档8位微处理器时代

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典型产品有Intel 4004(1971年、4位)和Intel 8008 (1972年、8位)。

字长: 4位或8位 ? 时钟频率:1MHz ? 平均执行指令时间:20 ? s ? 集成度:2000管/片
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intel 4004

第二代(1973-1978年):中高档8位微处理器时代
Intel 8080,Motorola公司的M6800,Zilog公司的Z80, Intel公司的8085,Rockwell与MOS Technology的6502等。
字长: 8位 平均执行指令时间:1~2 μs 时钟频率: 2~4MHz 集成度:5000 ~ 10000管/片

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Intel 8085

Intel 8008

第三代(1978-1980年):16位微处理器时代
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Intel公司的8086/8088、Motorola公司的M68000和 Zilog 公司的Z8000
字长: 16位 平均执行指令时间: 0.5 μs 时钟频率: 4~40MHz 集成度:20000 ~ 60000管/片

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Intel 8086

Intel 80286

第四代(1983-1993年):32位微处理器时期

Intel公司推出80186、80286 ? 1985年, Intel公司推出能进行多任务处理的32位微处 理器80386,同时有Motorola公司的M68020 ? 1989年, Intel公司推出80486,同期有Motorola公司 的M68040 ? 特点
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字长: 32位 时钟频率: 10~120MHz 平均执行指令时间: 0.2μs 集成度:几十万~上百万管/片

Intel 80386

Intel 80486

pentium pro

第五代(1993~1996):Pentium微处理器的时代
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1993年3月,Intel公司的奔腾(Pentium)
时钟频率:60/66MHz 集成度:310万管/片 运行速度:112MIPS

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1995年2月, Intel公司的Pentium Pro
集成度:550万管/片

时钟频率:166MHz以上

1996年 Intel公司的Pentium MMX (多能奔腾)

pentium,传说中的586

pentium mmx

第六代(1997至今):加强型Pentium时代
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1997年到1999年,Intel公司的Pentium Ⅱ 、Pentium Ⅲ、AMD 公司的AMD-K7,这些芯片的集成度高达750万管/片,时钟频率达 到750MHz。 2001年底, Pentium Ⅳ主频高达2GHz,具有4200万只晶体管, 主流高端32位CPU市场的佼佼者。 AMD公司的Athlon CPU,1.33GHz主频及2GHz主频。

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第七代:64位CPU时代

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2001年5月,Intel公司正式推出了第一种64位微处理器Itanium。 Itanium由英特尔和惠普联合开发,主要用于工作站和服务器机型, 内置2~4MB的3级缓存、工作频率为800MHz及722MHz的产品,价格 为1177美元至4427美元。

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AMD公司的AMD-K8

pentiumⅱ

celeron,引发超频热潮

pentiumⅲ_katmai

pentiumⅲ

Intel pentiumⅲ tualatin/coppermine

intel pentiumⅳ_423

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intel pentiumⅳ_478

多核时代
2009年9~10月 Intel公司发布了I系列处理器,包括 企业级的I7(2.7Ghz)以及家庭级的 I5(2.3Ghz)、I3 (2.1Ghz)处理器,cpu最多可有8各核。

Intel I5处理器(盒)

Intel I5处理器

1.2 微型计算机分类
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按微处理器的位数可分为1位、4位、8位、16位、 32位和64位机等。 按其性能分类: ? 大型计算机 ? 中型计算机 ? 小型计算机 ? 微型计算机 按功能和结构可分为单片机和多片机。

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按组装方式可分为单板机和多板机。

世界最强电脑走鹃

单片机

单板机

1.3 微处理器、微型计算机和微型计算机系统
1 2 3

微处理器 微型计算机 微型计算机系统

1微处理器
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严格讲,微处理器≠ CPU ? CPU指的是计算机中执行运算和控制功能的部件,由算 术逻辑部件(ALU)和控制部件两大主要部分组成。 ? 把CPU和一组称为寄存器(Registers)的特殊存储器集 成在一片大规模集成电路或超大规模集成电路封装之中, 这个器件才被称为微处理器(Microprocessor)

2微型计算机
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微型计算机由cpu、存储器、输入/输出接口和 系统总线构成。

3微型计算机系统
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以微型计算机为中心,配以相应的外围设 备以及控制微型计算机工作的软件,就构 成了完整的微型计算机系统 (Microcomputer System)。
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软件分为系统软件和应用软件两大类。

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微型计算机如果不配有软件,通常称为裸 机。

微机系统的组成

冯· 诺依曼工作原理
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“存储程序”+“程序控制”

数据和程序以二进制代码的形式不加区别地存 放在存储器中,存放位置由地址指定,地址码 也是二进制形式 ? 先将程序存入存储器中,再由控制器自动读取 并执行

微型计算机的工作过程
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由于执行每一条 指令,都包括取 指、译码和执行 三个基本步骤, 所以,微型计算 机的工作过程, 也就是不断地取 指令、译码和执 行的过程,直到 遇到停机指令时 才结束机器的运 行。

取指令,P C 值加1
Y

停机 ?
N

译码并执行

结束

存储器

存储器
位——计算机存储信息的基本单位 ? 字节:每8位组成一个字节 ? 字:16位 ? 双字:32位
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每一个字节单元有一个存储器地址,地址 用二进制数表示,为无符号整数

总线
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总线:计算机系统中,各个部件之间传送信息的公共通路。

数据总线 地址总线 控制总线

内部总线 系统总线 通信总线

并行总线 串行总线

同步总线 异步总线

三大总线--传输内容为依据
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数据总线(data bus, DB)
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数据总线用来传输数据信息,是双向总线

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地址总线(address bus, AB)
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地址总线用于传送CPU发出的地址信息,是单向总线

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控制总线(control bus, CB)
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控制总线用来传送控制信号、时序信号和状态信息等。 其中有的是CPU向内存和外设发出的信息,有的则是内存或 外设向CPU发出的信息 可见,CB中每一根线的方向是一定的、单向的,但CB作为 一个整体是双向的。

总线与三态
根据不同的使用意义,控制总线上有的信号线为三态,有 的非三态。 ? 地址总线是三态的。 ? 数据总线是三态的,未被地址信号选中的部件,不驱动数 据总线(其数据引脚为高阻)。
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为什么使用三态?所谓三态,是指0,1和高阻抗三个状态。由于数 据总线是公共通道,在某一时刻,只允许接收某一设备的信号,其 他一切设备都应和它断开(呈高阻抗状态)。

数据 总线
设备1

通信

设备2

设备3

设备n

总 线 结 构

1.4 微型计算机的应用
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1. 科学计算和信息处理 2. 辅助设计和辅助制造 3. 测控领域和过程控制 4. 家用电器和名用产品监控 …...
返 回

1.5微型计算机的主要性能指标
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基本字长
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基本字长是指参与运算数的基本位数,它是由加法器、寄 存器、数据总线的位数决定的

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主存容量
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一个主存储器所能存储的最大信息容量称为主存容量
人们用计算机的主频——时钟频率来表示运算速度,以MHz 或GHz为单位 外部设备、软件

运算速度
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系统配置
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性能价格比
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主板

典型微型计算机主板结构图
并行端口、COM0、视频口、键盘、鼠标、游戏口

ISA插槽

音频编码

视频 扩展卡 插槽

COM1

Socket7

DIMM Sockets

DIMM Sockets

512KB Cache

CPU

PCI插槽

82430 TX MTXC 多媒体 通道 连接器

稳压器

TV输出
视频 输入 视频存储器

FLASH

视频抓取 处理器

82430 TX PIIX4 电池

电源连接器 软盘连接器

图形 控制器

扬声器
板面状态接口

配置跳线接口

IDE连接器 IDE连接器

PC 87307 VUL

GPIO

返 回

现代微型计算机技术的发展趋势
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随着微电子技术和计算机技术的发展,一些新 思想和新技术被陆续应用于微型计算机领域。 微处理器技术发展的一些趋势。 1. 多级流水线结构 2. 芯片上存储管理技术 3. 虚拟存储技术 4. 并行处理的哈佛结构 5. RISC结构 6. 整片集成技术

本课程内容体系

本章小结:
了解字长、主频、MIPS、微处理器的生产工艺、 微处理器的集成度等基本术语; ? 了解微处理器的发展历史、性能指标及其发展 趋势; ? 掌握微型机各组成部分的功能以及工作原理。 ? 课后作业:自学复习掌握文件夹“第一篇中的 概念术语与常见问题”中的概念与问题。
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