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第1章微型计算机概述本章重点:•CPU功能和内部模块•微型计算机的基本结构•数据总线•地址总线•控制总线1.1微型计算机的特点和发展•①体积小、重量轻。•②价格低廉•③可靠性高、结构灵活•④应用面广微处理器的发展全球第一块微处理器——4004，含有2300个晶体管，工作频率108kHz,寻址空间640B。这是第一个用于计算机的4位微处理器。4004处理器核心架构图Intel4004和采用4004的计算器4004处理器核心架构图Intel4004和采用4004的计算器1978和1979年，INTEL公司先后推出了8086和8088芯片，它们都是16位微处理器，内含29000个晶体管，时钟频率为4.77MHz，地址总线为20位，可使用1MB内存。1981年8088芯片首次用于IBMPC机中，开创了全新的微机时代。8088CPU8088处理器核心架构图8086CPU1982年，Intel推出了划时代的最新产品80286芯片，该芯片在CPU的内部含有13.4万个晶体管，时钟频率提高到20MHz。其内部和外部数据总线皆为16位，地址总线24位，可寻址16MB内存。80286有两种工作方式：实模式和保护模式。Intel80286处理器1985年Intel推出了80386芯片，它是第一种32位微处理器，80386内部内含27.5万个晶体管，时钟频率为12.5MHz，后提高到20MHz，25MHz，33MHz。80386的内部和外部数据总线都是32位，地址总线也是32位，可寻址高达4GB内存。Intel80386处理器1989年，Intel推出了80486芯片，它集成了120万个晶体管。时钟频率从25MHz逐步提高到33MHz、50MHz。80486是将80386和数学协处理器80387以及一个8KB的高速缓存集成在一个芯片内，并且首次采用了RISC（精简指令集）技术，可以在一个时钟周期内执行一条指令。Intel80486处理器1993年Intel推出了全新一代的高性能处理器——奔腾。奔腾的厂家代号是P54C，奔腾的内部含有的晶体管数量高达310万个，时钟频率由最初推出的60MHz和66MHz，后来提高到200MHZ。1996年推出了第六代X86系列CPU——奔腾Pro。PentimuPro的内部含有高达550万个晶体管，时钟频率为133MHz，处理速度几乎是100MHz的奔腾的2倍。PentiumPro的一级(片内)缓存为8KB指令和8KB数据。Intel奔腾Pro处理器1996年底推出了奔腾系列的改进版本，厂家代号P55C，也就是奔腾MMX（多能奔腾）。这款处理器并没有集成二级缓存，而是采用MMX技术去增强性能。MMX技术是Intel最新发明的一项多媒体增强指令集技术，它的英文全称可以翻译“多媒体扩展指令集”。Intel奔腾MMX处理器1997年5月，Intel又推出了和奔腾Pro同一个级别的产品——奔腾II。内部集成了750万个晶体管，并整合了MMX指令集技术。奔腾II首次采用了最新的Slot1接口标准。Intel奔腾Ⅱ处理器1999年初，Intel发布了第三代的奔腾处理器——PⅢ，主频有450MHz和500MHz两种，最大的特点是更新了名为SSE的多媒体指令集。此外，它仍然基本保留了奔腾II的架构，采用0.25μm工艺，100MHz的外频，Slot1的架构，512KB的二级缓存（以CPU的半速运行），因而性能提高的幅度并不大。第一代PentiumIII处理器(Katmai)2000年11月，Intel发布了第四代Pentium处理器。Pentium4采用了全新的设计，包括等效于400MHz的前端总线(100x4),SSE2指令集，256K-512KB的二级缓存，全新的超管线技术及NetBurst架构，起步频率为1.3GHz。第一代的Pentium4（Socket423）处理器按规模分类，分为：1.单片机2.个人计算机3.笔记本电脑4.掌上电脑1.2微型计算机的分类字长是微处理器一次可以直接处理的二进制数码的位数。按微处理器的字长分类，分为：1.4位微处理器2.8位微处理器3.16位微处理器4.32位微处理器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微处理器、微型计算机和微型计算机系统三者的关系1.3.1微处理器CPU功能：·可以进行算术和逻辑运算·可保存较少量数据·能对指令进行译码并执行规定的动作·能和存储器、外设交换数据·提供整个系统所需要的定时和控制·可以响应其他部件发来的中断请求CPU在内部结构上包含下面这些部分：·算术逻辑部件；·累加器和通用寄存器组；·程序计数器(指令指针)、指令寄存器和译码器；·时序和控制部件。1.3.1微处理器（续）1.3.2微型计算机微型计算机由CPU、存储器、输入/输出接口电路和系统总线构成。存储器基本结构1011011038F04H内存地址单元内容CPU总线包含三种不同功能的总线：1.数据总线DB：传输数据2.地址总线AB：传送地址信息3.控制总线CB：传输控制信号地址总线（AddressBus）•CPU用来向存储器或I/O端口传送地址•单向（CPU发出）•地址总线的位数(n)决定了CPU可直接寻址的内存容量(2n)数据总线（DataBus）•CPU与存储器及外设交换数据的通路•双向、三态•数据总线的位数与微处理器的位数相同控制总线（ControlBus）•用来传输控制信号•由两种方向的单向控制信号组成1.3.3微型计算机系统以微型计算机为主体，配上系统软件和外设之后，就成了微型计算机系统。1.3.3微型计算机系统1．系统软件–操作系统–一系列语言处理程序和数据库2.应用软件–办公软件–网络软件3.外部设备–输入设备–输出设备1.3.3微型计算机系统（续）应用软件系统软件软件系统外部设备输出接口输入总线存储器微处理器主机硬件系统微型计算机系统/1.4微型计算机的应用•科学计算•信息处理•过程控制•仪器、仪表控制•家用电器和民用产品控制1.5微型机的性能指标•CPU的位数•CPU的主频•内存容量和速度•硬盘容量习题•微处理器、微型计算机和微型计算机系统三者之间有什么不同？•CPU在内部结构上由那几部分组成?CPU应具备那些主要功能?•累加器和其他通用寄存器相比有何不同?•微处理器的控制信号有哪两类?•微型计算机采用总线结构有什么优点?•16位微型机和32位微型机的内存容量最大时分别是多少？•微型机的系统软件主要指哪些?•微型机的性能指标主要指那几个方面？看一看你周围的微型机，写下其具体指标。基础知识回顾•数与字符的表示•数据单位表示•存储器容量表示•存储器基本结构•逻辑运算十进制数•1．十进制的基数为10，数码的个数等于基数。即：0~9。•2．进位时“逢十进一”。111001122111010101010101010)(nmiiimmnnnnDDDDDDDD二进制数•1．二进制的基数为2，数码的个数等于基数。即：0、1。•2．进位时“逢二进一”。1110011221122222222)(nmiiimmnnnnBBBBBBBB十六进制数•1．十六进制的基数为16，数码的个数等于基数。即：0~9，A~F。•2．进位时“逢十六进一”。111001122111616161616161616)(nmiiimmnnnnHHHHHHHH进位数制之间的转换•二进制与十进制之间的转换•十六进制与十进制之间的转换•十六进制与二进制之间的转换二进制与十进制之间的转换•二进制→十进制–按位权展开•十进制→二进制–除基取余–乘基取整十六进制与十进制之间的转换•十六进制→十进制–按位权展开•十进制→十六进制–除基取余–乘基取整二进制与十六进制之间的转换•二进制→十六进制–4位二进制数对应1位十六进制数•十六进制→二进制–1位十六进制数对应4位二进制数数值对照表十进制数二进制数十六进制数000000100011200102300113401004501015601106701117数值对照表（续）十进制数二进制数十六进制数810008910019101010A111011B121100C131101D141110E151111F二进制编码•BCD码（二─十进制编码）利用了四个位二进制来表示一个十进制数码，使二进制和十进制之间的转换得以快捷的进行。•ASCII码（美国标准信息交换码）使用指定的7位或8位二进制数组合来表示大、小写字母，数字0~9、标点符号以及特殊控制字符。基础知识•数与字符的表示•数据单位表示•存储器容量表示•存储器基本结构•逻辑运算位(bit)•位是二进制数据的最小单位•一个二进制位只能表示两个状态：0、1•常用b表示字节（Byte）•由8个二进制信息组成的一个数据单位•1字节=8个二进制位（1Byte=8bit）•常用B表示字(word)•计算机在进行数据处理时数据位数•每16位二进制数构成一个字•1字=2个字节=16bit双字(DoubleWord)•双字是由两个字组成，即由32位二进制数据组成。•1双字=2个字=4个字节=32bit。•32位的数据可以以浮点形式和整数形式表示四字(QuadWord)•由两个双字组成•1四字=2个双字=4个字=8个字节=64bit半字节字节字双字03034707078F8F1017181F基础知识•数与字符的表示•数据单位表示•存储器容量表示•存储器基本结构•逻辑运算存储器容量表示•Kilobit–1K=1024bit=210•Megabit–1M=1024K=220•Gigabit–1G=1024M=230•Targabit–1T=1024G=240基础知识•数与字符的表示•数据单位表示•存储器容量表示•存储器基本结构•逻辑运算存储器基本结构•存储单元是存储器的基本单位•一个存储单元存储一字节数据•一个存储单元唯一对应一个地址编码•以字、双字、四字为单位存储数据时，分别占相邻2个、4个、8个连续字节单元。•多字节数据存储时低位数据存储在低地址单元，高位存在高地址。高8位存放在高地址字节，低8位存放在低地址字节。•字、双字、四字单元的地址由其最低字节的地址来表示。存储器基本结构1011011038F04H内存地址单元内容基础知识•数与字符的表示•数据单位表示•存储器容量表示•存储器基本结构•逻辑运算逻辑运算与或非异或“与”、“或”运算•任何数和“0”相“与”，结果为0•任何数和“1”相“或”，结果为1“非”、“异或”运算•“非”运算即按位求反•两个二进制数相“异或”：相同则为0，相异则为1