第1章-微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)概論

微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)莫善軍中山大學(xué)工學(xué)院Tel:(020)39332230課件下載：ID:pptPW:ppt1師生交流博客課前交流課程介紹（開(kāi)課目標(biāo)、課程教材）開(kāi)課老師課堂要求教學(xué)方法:開(kāi)放式合作學(xué)習(xí)小組2課程內(nèi)容CPU如何工作？什么可以控制CPU—匯編語(yǔ)言？怎樣讓匯編語(yǔ)言控制CPU—接口？懂得原理+掌握匯編+了解接口設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、控制3上課安排理論課：《微機(jī)原理與接口技術(shù)》（第2版）.馮博琴，吳寧主編.清華大學(xué)出版社1-18周，周一上午1-3節(jié)，D503教室實(shí)驗(yàn)課：《微機(jī)原理與接口技術(shù)題解及實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)》（第2版）.吳寧，陳文革編.清華大學(xué)出版社8-14周，周四下午8-10節(jié)，實(shí)驗(yàn)樓B205教室4計(jì)算機(jī)發(fā)展1946第一臺(tái)數(shù)字電子計(jì)算機(jī)ENIAC發(fā)展階段：

●按電子器件來(lái)劃分電子管→晶體管→小規(guī)模集成電路→超大規(guī)模集成電路器件集成度不斷提高●按應(yīng)用發(fā)展劃分

大型機(jī)→微型機(jī)→計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)幾個(gè)重要的時(shí)間：1969年阿帕網(wǎng)1991年6月我國(guó)建成第一條國(guó)際專線1994年我國(guó)采用TCP/IP協(xié)議與國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)全功能連接第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)的誕生開(kāi)創(chuàng)了以網(wǎng)絡(luò)為中心、實(shí)現(xiàn)資源共享的新紀(jì)元從實(shí)驗(yàn)室少數(shù)人擁有到社會(huì)大普及，并進(jìn)入千家萬(wàn)戶開(kāi)創(chuàng)了使用機(jī)器代替腦力勞動(dòng)的新紀(jì)元5第一臺(tái)電腦誕生在情人節(jié)使用時(shí)全城電燈變暗世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)“埃尼阿克”莫克利博士6最古老的電腦7機(jī)箱DIY8910HP未來(lái)筆記本1150寸的顯示器12模塊化無(wú)線化13視覺(jué)輸入系統(tǒng)智能化電子化寵物14使用燃料電池的NEC筆記本試制機(jī)

佩戴式顯示器聯(lián)想Vela念型筆記本15未來(lái)計(jì)算機(jī)發(fā)展構(gòu)想

1949年

莫里斯·威爾克斯制造出世界上第一臺(tái)存儲(chǔ)程序計(jì)算機(jī)，其大小如一間普通的起居室。

《大眾機(jī)械》雜志說(shuō)：“未來(lái)計(jì)算機(jī)的重量也許不會(huì)超過(guò)1.5噸?！?/p>

普林斯頓進(jìn)修學(xué)院教授約翰·馮·諾伊曼說(shuō)，“看來(lái)我們似乎達(dá)到了我們?cè)谟?jì)算機(jī)技術(shù)上可能達(dá)到的極限，……”

1999年

因特網(wǎng)用戶超過(guò)1億。售價(jià)1000美元的臺(tái)式個(gè)人計(jì)算機(jī)每秒鐘大約能夠執(zhí)行4.5億次計(jì)算。16未來(lái)計(jì)算機(jī)發(fā)展構(gòu)想2009年

售價(jià)：1000美元（按1999年的美元價(jià)格計(jì)算）的計(jì)算機(jī)每秒鐘大約能夠執(zhí)行1萬(wàn)億次計(jì)算。

線纜正在消失。部件之間的通信采用短距離無(wú)線技術(shù)。高速無(wú)線通信為人們提洪訪問(wèn)萬(wàn)維網(wǎng)的通道。

嵌在眼鏡中的計(jì)算機(jī)顯示器也開(kāi)始使用。

翻譯電話廣為使用。你說(shuō)的是英語(yǔ)而你的日本朋友聽(tīng)到的則是日語(yǔ)，反之也是這樣。

在戰(zhàn)爭(zhēng)中，人類一般遠(yuǎn)離戰(zhàn)場(chǎng)，戰(zhàn)場(chǎng)上充斥著無(wú)人控制、智能化的航空裝置。在這些會(huì)飛的武器中，有很多只有小鳥(niǎo)般大小，或者更小一些。

17未來(lái)計(jì)算機(jī)發(fā)展構(gòu)想2019年

此時(shí)，計(jì)算機(jī)一般是不可見(jiàn)的，并且安裝在所有地方——在墻壁、餐桌、椅子、書(shū)桌、衣服、首飾和身體中。

售價(jià)1000美元（按1999年的美元價(jià)格計(jì)算）的計(jì)算機(jī)裝置目前的計(jì)算能力大致與人腦相仿。

嵌在普通眼鏡和隱形眼鏡中的三維虛擬現(xiàn)實(shí)顯示器以及聽(tīng)覺(jué)“透鏡”已成為與別人、計(jì)算機(jī)、萬(wàn)維網(wǎng)和虛擬現(xiàn)實(shí)交換信息的主要接口。

鍵盤非常罕見(jiàn)，與計(jì)算機(jī)交流主要是通過(guò)手勢(shì)和自然口語(yǔ)。

人們開(kāi)始與記憶力好并且人格可設(shè)置的機(jī)器人建立關(guān)系，把他們當(dāng)成同伴、老師、保姆或情人。

智能計(jì)算機(jī)的主觀經(jīng)驗(yàn)成為人們認(rèn)真討論的話題。智能機(jī)器由于受到人們編寫程序的支配而在創(chuàng)造它的物種面前處于服從地位。

18未來(lái)計(jì)算機(jī)發(fā)展構(gòu)想2029年

售價(jià)：1000美元的計(jì)算機(jī)（按1999年的美元價(jià)格計(jì)算）具有大約相當(dāng)于1000個(gè)人腦的計(jì)算能力。

為與大腦進(jìn)行高速寬帶聯(lián)絡(luò)而開(kāi)辟的直接神經(jīng)通道已經(jīng)完善。人們可以得到很多神經(jīng)植入物，用來(lái)提高視力、聽(tīng)力、記憶力和邏輯推理能力。

人們的學(xué)習(xí)主要靠使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)完成并且由于廣泛使用神經(jīng)植人物而使學(xué)習(xí)能力得到提高。

“以碳為基礎(chǔ)”（有機(jī)的人類）的人口穩(wěn)定在120億左右。幾乎已沒(méi)有人在生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)和交通領(lǐng)域工作。

機(jī)器人們?nèi)丈跻蝗盏赜懻撚?jì)算機(jī)的合法權(quán)利以及什么人是“人”。

人們繼續(xù)爭(zhēng)論機(jī)器智能是否在各個(gè)方面都等同于人類智能。

機(jī)器聲稱它們有意識(shí)，這類說(shuō)法在很大程度上得到了人們的贊同。19未來(lái)計(jì)算機(jī)發(fā)展構(gòu)想2049年

由于采用納米技術(shù)生產(chǎn)的食品得到廣泛利用，食物的產(chǎn)量不再受到有限的資源、糟糕的天氣或者災(zāi)害的影響，而且這樣的食物與以前生產(chǎn)的食品具有相同的味道和質(zhì)地。

納米機(jī)器人被用來(lái)創(chuàng)造真實(shí)的人和物體的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)影像。

20未來(lái)計(jì)算機(jī)發(fā)展構(gòu)想2099年

人和計(jì)算機(jī)之間不再有明顯的差別。智能機(jī)器宣布自己是人。以軟件為基礎(chǔ)的人在數(shù)量上大大超過(guò)仍然使用神經(jīng)細(xì)胞進(jìn)行計(jì)算的人。

即使在仍然使用基于碳的神經(jīng)元的人類智能體中，神經(jīng)植入技術(shù)的應(yīng)用也無(wú)所不在，這極大地提高了人類的感知和認(rèn)識(shí)能力。不使用這些植人物的人無(wú)法加入使用了植人物者的談話。

由于使用標(biāo)準(zhǔn)的吸收知識(shí)協(xié)議刊登大多數(shù)的信息，信息能夠迅速被理解。教育以及智能體的目的是發(fā)現(xiàn)供學(xué)習(xí)的新知識(shí)。

平均壽命一詞對(duì)智能體來(lái)說(shuō)不再適用。21未來(lái)計(jì)算機(jī)發(fā)展構(gòu)想網(wǎng)友評(píng)論：如果老天有眼,千萬(wàn)要讓我在可怕的2099年到來(lái)之前死掉。哦哦！太可怕了！人工智能(A.I.:ArtificialIntelligence)

華納兄弟公司(WarnerBrothers,USA)2001年出品

導(dǎo)演：斯蒂文-斯皮爾伯格(StevenSpielberg)

編劇：斯蒂文-斯皮爾伯格(StevenSpielberg)

類型：科幻片22計(jì)算機(jī)最原始話題：工作原理計(jì)算機(jī)工作原理視頻講解23第1章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)概論五部分內(nèi)容：180x86系列的發(fā)展歷史2計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)3計(jì)算機(jī)的硬件和軟件4微型計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)5計(jì)算機(jī)數(shù)制三個(gè)問(wèn)題：80X86發(fā)展計(jì)算機(jī)基本原理（程序執(zhí)行、尋址方式）微機(jī)結(jié)構(gòu)24第一個(gè)問(wèn)題：80X86微處理器發(fā)展型號(hào)發(fā)布年份字長(zhǎng)晶體管數(shù)主頻數(shù)據(jù)寬總線尋址緩存80861978162.9萬(wàn)4.7716161M無(wú)80881979162.9萬(wàn)4.771681M無(wú)8028619821613.4萬(wàn)6~20161616M無(wú)8038619863227.5萬(wàn)12.5~3332324G有80486198932120~16025~10032324G8KBPentium（586）199332310~33060~166643264G8KB8KBPentiumPro(P6)199532550~1550150~200643664G8KB8KBPentiumII199732750233~333643664GPentiumIII1999321000350~1000643664GPentium420013213001000~643664G25Intel公司26PC時(shí)代電腦始祖

馮·諾依曼計(jì)算機(jī)原理：體系結(jié)構(gòu)二進(jìn)制存儲(chǔ)程序摩爾定律1965年英特爾公司1969年高登·摩爾集成電路之父

羅伯特·諾伊斯微處理器之父特德·霍夫微軟帝國(guó)

比爾·蓋茨蘋果創(chuàng)始人史蒂夫·喬布斯IT偏執(zhí)狂安德魯.葛洛夫現(xiàn)在Intel的舵手克雷格R.貝瑞特27Intel芯片4004微處理器19718088微處理器1981奔騰時(shí)代1993迅馳200328AMD公司（超威半導(dǎo)體AMD，AdvancedMicroDevices,Inc.）1969年，先后有8人從當(dāng)時(shí)知名的半導(dǎo)體制造企業(yè)仙童公司辭職，其中諾斯、摩爾、葛魯夫三人創(chuàng)辦了INTEL公司，還有一個(gè)人創(chuàng)建了AMD，他就是杰里-桑德斯。這兩家公司總部都建在硅谷。在286、386時(shí)代，AMD根本沒(méi)有能力獨(dú)立設(shè)計(jì)微處理器，它那時(shí)制造的CPU都是由INTEL提供設(shè)計(jì)圖紙，這種情況一直延續(xù)到K5的出現(xiàn)。AMD收購(gòu)NEXGEN公司后，在1997年4月推出K6處理器，此后它的競(jìng)爭(zhēng)能力日益擴(kuò)大，并推出了更多令I(lǐng)NTEL感到競(jìng)爭(zhēng)壓力的微處理器。時(shí)至今日，處理器市場(chǎng)形成了INTEL與AMD雙雄爭(zhēng)霸的局面。29中國(guó)“龍芯”漫漫征程路2002年9月28日上午9點(diǎn)，中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所正式發(fā)布國(guó)內(nèi)首枚高性能通用CPU芯片-龍芯(Godson)的最新版本。這款首枚中國(guó)自主研發(fā)的高性能通用CPU芯片采用0.18微米工藝制造，目前主頻最高可以達(dá)到266MHZ。2005年03月29日，中科院計(jì)算技術(shù)研究所在北京正式發(fā)布“龍芯2號(hào)”。該芯片的實(shí)測(cè)性能超過(guò)1.5GHz奔騰Ⅳ處理器的水平。中科院龍芯主設(shè)計(jì)師胡偉武在其《龍芯3號(hào)多核處理器設(shè)計(jì)及其挑戰(zhàn)》的報(bào)告中指出，龍芯3號(hào)多核處理器結(jié)構(gòu)特征是多平臺(tái)并行虛擬機(jī)結(jié)構(gòu)，第一階段到2008年做8～16核，第二階段到2010年做32～64核。

30小名叫“狗剩”的中國(guó)龍芯上海交大陳進(jìn)漢芯造假311.x86系列結(jié)構(gòu)的歷史1971年Intel400470年代中期Intel8080、808580年代初Intel8086、8088從8086（8088）到80286、80386、804861993年奔騰（也稱為80586）、奔騰MMX、奔騰PRO（也稱為80686）、奔騰Ⅱ、奔騰Ⅲ，直至最新的奔騰4，形成了IA（IntelArchitecture）-32結(jié)構(gòu)。3233奔騰技術(shù)特點(diǎn)1.超標(biāo)量技術(shù)

內(nèi)置多條流水線，以空間換取時(shí)間

兩條整數(shù)指令流水線：U（精簡(jiǎn)指令和復(fù)雜指令）和V（精簡(jiǎn)指令）一條浮點(diǎn)指令流水線：2.超流水技術(shù)

細(xì)化流水、提高主頻，以時(shí)間換取空間整數(shù)流水線分為4級(jí)流水，浮點(diǎn)分為8級(jí)3.分支預(yù)測(cè)

內(nèi)置分支目標(biāo)緩存器，動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)程序分支轉(zhuǎn)移4.雙cache哈佛結(jié)構(gòu)：指令和數(shù)據(jù)分開(kāi)

兩個(gè)8K的超高速緩存，一個(gè)緩存指令，一個(gè)緩存數(shù)據(jù)。34IntelPentium4處理器IntelPentium4處理器是2000年推出的IA-32處理器，并是第一個(gè)基于IntelNetBurst微結(jié)構(gòu)的處理器。Intel超線程處理器Intel公司于2002年推出了具有超線程技術(shù)的IA-32列處理器。HT技術(shù)的IA-32處理器，在一個(gè)物理處理器核中由兩個(gè)或多個(gè)邏輯處理器構(gòu)成，每個(gè)邏輯處理器有它自己擁有的IA-32體系結(jié)構(gòu)狀態(tài)。每個(gè)邏輯處理器由全部的IA-32數(shù)據(jù)寄存器、段寄存器、控制寄存器與大部分的MSR構(gòu)成。35奔騰D和酷睿2區(qū)別奔騰D只是簡(jiǎn)單的將2個(gè)奔騰4核心連接在一起，2個(gè)核心不能共享二級(jí)緩存，要通過(guò)前端總線才能完成2個(gè)核心的互訪，延遲很大，網(wǎng)友戲稱奔騰D是將2個(gè)CPU焊在一起，也成為AMD指責(zé)奔騰D是假雙核的理由。

酷睿的2個(gè)核心能完全共享二級(jí)緩存，不用通過(guò)前端總線這一延遲極大的過(guò)程，效率大大增加，是目前最為先進(jìn)的雙核心CPU，也成為奔騰D和酷睿差價(jià)巨大的原因。

目前的雙核CPU從性能上來(lái)講，酷睿>Athlon64×2>奔騰D。36Core（酷睿）2006年3月Intel的下一代處理器，并且服務(wù)器、桌面和移動(dòng)處理器統(tǒng)一采用Core微架構(gòu)，Core架構(gòu)是由Intel位于以色列海法的研發(fā)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)的。原定是Centrino（訊馳）平臺(tái)的第三代Napa和第四代SantaRosa所采用的處理器。但由于NetBurst微架構(gòu)的失敗，Core架構(gòu)被Intel匆忙推上前臺(tái)。2006年7月27日，Intel全球同步正式發(fā)布了代號(hào)Conroe和Merom的新一代臺(tái)式機(jī)和筆記本處理器，包括Core2Duo和Core2Extreme兩個(gè)品牌，處理器中文名“酷睿2雙核”和“酷睿2至尊版”。37Core（酷睿）

技術(shù)特點(diǎn)Core微架構(gòu)是Intel的以色列設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在Yonah微架構(gòu)基礎(chǔ)之上改進(jìn)而來(lái)的新一代微架構(gòu)。為了提高兩個(gè)核心的內(nèi)部數(shù)據(jù)交換效率采取共享式二級(jí)緩存設(shè)計(jì)，2個(gè)核心共享高達(dá)4MB的二級(jí)緩存。其內(nèi)核采用較短的14級(jí)有效流水線設(shè)計(jì)，每個(gè)核心都內(nèi)建32KB一級(jí)指令緩存與32KB一級(jí)數(shù)據(jù)緩存，2個(gè)核心的一級(jí)數(shù)據(jù)緩存之間可以直接傳輸數(shù)據(jù)。每個(gè)核心內(nèi)建4組指令解碼單元，支持微指令融合與宏指令融合技術(shù)，每個(gè)時(shí)鐘周期最多可以解碼5條X86指令，并擁有改進(jìn)的分支預(yù)測(cè)功能。每個(gè)核心內(nèi)建5個(gè)執(zhí)行單元子系統(tǒng)，執(zhí)行效率頗高。加入對(duì)EM64T與SSE4指令集的支持。38AMD芯片 AMD公司是x86系列處理器的另一重要供應(yīng)商。它于1969年成立。于1991年推出了AM386系列，1993年推出了AM486，1997年推出了AMD-K6（相當(dāng)于具有MMX技術(shù)的奔騰處理器），2001年推出了AMDAthlon(速龍)MP雙處理器，2003年推出AMD速龍?64FX處理器，具有64位的x86-64內(nèi)核。直至最近推出了雙核的64位處理器。39第1章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)概論五部分內(nèi)容：180x86系列的概要?dú)v史2計(jì)算機(jī)工作原理3計(jì)算機(jī)的硬件和軟件4微型計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)5計(jì)算機(jī)數(shù)制三個(gè)問(wèn)題：80X86發(fā)展計(jì)算機(jī)基本原理（程序執(zhí)行、尋址方式）微機(jī)結(jié)構(gòu)4080X86微處理器發(fā)展課本P5Intel主要CPU芯片一覽表第一代微處理器Intel4004、Intel4040—4位微處理器Intel8008—低檔8位微處理器第二代微處理器Intel8080、MC6800、6501、6502—8位微處理器Intel8085、Z80、MC6809—高檔8位微處理器指令比較完善，有了中斷與DMA匯編、BASIC，F(xiàn)ORTRAN、PL/M后期配備CP/M操作系統(tǒng)41第三代微處理器Intel8086、Z8000、MC68000—16位-8086數(shù)據(jù)總線16位、地址總線20位Intel8088—準(zhǔn)16位-外部數(shù)據(jù)總線8位，內(nèi)部數(shù)據(jù)總線16位

-IBMPC、IBMPC/XTIntel80286、MC68010—高檔16位

-數(shù)據(jù)總線16位，地址總線24位-IBMPC/AT-實(shí)地址模式、虛地址保護(hù)模式-虛地址模式可尋址16MB物理地址和1GB的虛擬地址空間80X86微處理器發(fā)展42第四代微處理器Intel80386—32位微處理器

-數(shù)據(jù)總線32位，地址總線32位-實(shí)地址模式、虛地址保護(hù)模式、虛擬8086模式-虛地址模式可尋址4GB(232)物理地址和64TB(246)的虛擬地址空間Intel80486—32位微處理器

-80386+80387+8KB的Cache-部分采用RISC技術(shù)、突發(fā)總線技術(shù)-使用時(shí)鐘倍頻技術(shù)80X86微處理器發(fā)展43第五代微處理器Pentium（奔騰）—32位微處理器

-5級(jí)超標(biāo)量結(jié)構(gòu)、分支預(yù)測(cè)技術(shù)

-64條數(shù)據(jù)線、32條地址線

-常用指令硬件化，使用微程序設(shè)計(jì)PentiumMMX（多能奔騰）—32位

-增加了57條MMX指令

-采用了SIMD技術(shù)第六代微處理器(P6核心結(jié)構(gòu))PentiumPro（高能奔騰）—32位

-64條數(shù)據(jù)線、36條地址線

-實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)執(zhí)行技術(shù)(亂序執(zhí)行)PentiumII（奔騰2）—32位微處理器

-是PentiumPro+MMX

-雙獨(dú)立總線結(jié)構(gòu)PentiumIII（奔騰3）—32位微處理器

-增加了70條SSE指令

-首次內(nèi)置序列號(hào)

44第七代微處理器(P6核心結(jié)構(gòu))Pentium4—32位微處理器(NetBurst核心結(jié)構(gòu))

-超級(jí)管道技術(shù)

-增加了144條SSE2指令

-簡(jiǎn)單ALU運(yùn)行在2倍的處理器核心頻率下

Itanium—64位微處理器

-采用EPIC技術(shù)、RISC技術(shù)和CISC技術(shù)

-具有顯示并行功能

-具有斷定執(zhí)行功能

-具有數(shù)據(jù)預(yù)裝的功能

-采用三級(jí)高速緩存

80X86微處理器發(fā)展45第八代微處理器PentiumD—雙核微處理器(NetBurst核心結(jié)構(gòu))

-每個(gè)核心采用獨(dú)立式緩存設(shè)計(jì)，兩個(gè)核心共享前端總線

-有820(2.8GHz)、830(3.0GHz)和840(3.2GHz)

Core2Duo—雙核微處理器

-基于共享緩存的緊密型雙核心處理器

-SmartCache共享緩存技術(shù)

-2-4ML2Cache

-分為E系列和Q系列（E為雙核心，Q為4核心8MB緩存）

PentiumE—雙核微處理器(Core核心結(jié)構(gòu))

-酷睿2的降頻版本減小了二級(jí)緩存

-最新的功耗僅19W

80X86微處理器發(fā)展46第二個(gè)問(wèn)題：計(jì)算機(jī)基本原理

馮·諾依曼體系（硬件）：CPU、主板、內(nèi)存條、硬盤、軟盤、顯示卡、顯示器、鍵盤、鼠標(biāo)等。計(jì)算機(jī)工作原理：CPU結(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)器、程序執(zhí)行、尋址方式。472.1計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)基本硬件結(jié)構(gòu)重要的定義：微處理器、微型計(jì)算機(jī)、微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)運(yùn)算器存儲(chǔ)器控制器輸入設(shè)備輸出設(shè)備48微處理器運(yùn)算器和控制器合在一起稱為中央處理單元CPU(CentralProcessingUnit)。隨著半導(dǎo)體集成電路技術(shù)的發(fā)展，可以把整個(gè)CPU集成在一個(gè)集成電路芯片上，就把它稱為微處理器(Microprocessor)。

49微型計(jì)算機(jī)、單板計(jì)算機(jī)、單片機(jī)人們把以微處理器為核心構(gòu)成的計(jì)算機(jī)，稱為微型計(jì)算機(jī)，最典型的就是上述的PC機(jī)。若內(nèi)存的容量較小，輸入輸出設(shè)備少，整個(gè)計(jì)算機(jī)可以只安裝在一塊印刷電路板上，這樣的計(jì)算機(jī)就稱為單板計(jì)算機(jī)。若能把整個(gè)計(jì)算機(jī)集成在一個(gè)芯片上，就稱為單片機(jī)。50微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)微處理器：運(yùn)算器和控制器微型計(jì)算機(jī)：CPU、存儲(chǔ)器、I/O微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：微型計(jì)算機(jī)、操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件。51第1章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)概論五部分內(nèi)容：180x86系列的概要?dú)v史2計(jì)算機(jī)工作原理3計(jì)算機(jī)的硬件和軟件4微型計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)5計(jì)算機(jī)數(shù)制三個(gè)問(wèn)題：80X86發(fā)展計(jì)算機(jī)基本原理（程序執(zhí)行、尋址方式）微機(jī)結(jié)構(gòu)52第二個(gè)問(wèn)題：計(jì)算機(jī)基本原理

馮·諾依曼體系（硬件）：CPU、主板、內(nèi)存條、硬盤、軟盤、顯示卡、顯示器、鍵盤、鼠標(biāo)等。計(jì)算機(jī)工作原理：CPU結(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)器、程序執(zhí)行、尋址方式。53芯片芯片里面到底裝著什么？542.2計(jì)算機(jī)基本工作原理

EUBIU55課本P8頁(yè)圖1-356CPU的結(jié)構(gòu)組成算術(shù)邏輯單元ALU(ArithmeticLogicUnit)是執(zhí)行算術(shù)和邏輯運(yùn)算的裝置。它以累加器AL(Accumulator)的內(nèi)容作為一個(gè)操作數(shù)；另一個(gè)操作數(shù)由內(nèi)部數(shù)據(jù)總線供給，可以是寄存器(Register)BL中的內(nèi)容；也可以是由數(shù)據(jù)寄存器DR(DataRegister)供給的由內(nèi)存讀出的內(nèi)容等；操作的結(jié)果通常放在累加器AL中。57F(Flag)是標(biāo)志寄存器，由一些標(biāo)志位組成。PC程序計(jì)數(shù)器，提供要執(zhí)行的指令的地址。AR(AddressRegister)是地址寄存器，由它把要尋址的單元的地址(可以是指令——?jiǎng)t地址由PC提供；也可以是數(shù)據(jù)——?jiǎng)t地址要由指令中的操作數(shù)部分給定)通過(guò)地址總線，送至存儲(chǔ)器。58存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)如圖1-11所示。它由256個(gè)存儲(chǔ)單元組成，為了能區(qū)分不同的存儲(chǔ)單元，對(duì)這些存儲(chǔ)單元分別編了號(hào)，用兩位十六進(jìn)制數(shù)表示，這就是它們的地址如00H、01H、02H、…、FFH等；而每一個(gè)存儲(chǔ)單元可以存放8位二進(jìn)制信息(通常也用兩位十六進(jìn)制數(shù)表示)，就是它們的內(nèi)容。59計(jì)算機(jī)工作原理以運(yùn)算器為核心、以存儲(chǔ)程序原理為基礎(chǔ)運(yùn)算器輸出設(shè)備控制器輸入設(shè)備存儲(chǔ)器指令驅(qū)動(dòng)指令流控制命令數(shù)據(jù)流60指令執(zhí)行過(guò)程(取指/譯碼/執(zhí)行)地址寄存器AR累加器A加法器數(shù)據(jù)寄存器DR指令寄存器IR指令譯碼器ID時(shí)序邏輯電路時(shí)序控制信號(hào)（控制命令）1011000000000101000001000000100011110100內(nèi)部總線存儲(chǔ)器01234程序計(jì)數(shù)器PC地址MOVAX,5ADDAX,8HLT地址總線+1③地址譯碼器讀寫控制電路④輸出地址10110000⑦鎖存指令鎖存數(shù)據(jù)⑥置初值①②輸出指令地址鎖存地址②讀寫命令⑤⑧指令譯碼鎖存輸出61內(nèi)存儲(chǔ)器CPU數(shù)據(jù)區(qū)程序區(qū)×××××地址×××××運(yùn)算結(jié)果地址碼自動(dòng)加“1”轉(zhuǎn)移地址操作控制信號(hào)程序計(jì)數(shù)器譯碼器指令寄存器

運(yùn)算器寄存器指令數(shù)據(jù)┇┇┇操作碼┇操作控制部件累加器62程序的執(zhí)行過(guò)程程序指令1指令2指令3指令4指令n……取指令指令譯碼取操作數(shù)執(zhí)行指令存結(jié)果指令周期操作碼操作數(shù)執(zhí)行63第1章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)概論五部分內(nèi)容：180x86系列的概要?dú)v史2計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)（基本原理）3計(jì)算機(jī)的硬件和軟件4微型計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)5計(jì)算機(jī)數(shù)制三個(gè)問(wèn)題：80X86發(fā)展計(jì)算機(jī)基本原理（程序執(zhí)行、尋址方式）微機(jī)結(jié)構(gòu)643.計(jì)算機(jī)的硬件和軟件微型機(jī)系統(tǒng)運(yùn)算器控制器

只讀存儲(chǔ)器(ROM)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)中央處理器內(nèi)存儲(chǔ)器主機(jī)硬件軟件外部設(shè)備系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件通用應(yīng)用軟件專用應(yīng)用軟件(用戶程序)操作系統(tǒng)語(yǔ)言處理程序數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)服務(wù)程序外存儲(chǔ)器輸入設(shè)備輸出設(shè)備65微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)用戶應(yīng)用程序系統(tǒng)應(yīng)用程序操作系統(tǒng)機(jī)器指令微指令硬件邏輯電路應(yīng)用程序BIOS硬件邏輯電路從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的觀點(diǎn)從程序員的觀點(diǎn)操作系統(tǒng)66系統(tǒng)軟件為了使用和管理計(jì)算機(jī)由機(jī)器的設(shè)計(jì)者提供的軟件，統(tǒng)稱為系統(tǒng)軟件。系統(tǒng)軟件包括： (1)各種語(yǔ)言和它們的匯編或解釋、編譯程序； (2)機(jī)器的監(jiān)控管理程序(Monitor)、調(diào)試程序(Debug)、故障檢查和診斷程序； (3)程序庫(kù)。為了擴(kuò)大計(jì)算機(jī)的功能，便于用戶使用，機(jī)器中設(shè)置了各種標(biāo)準(zhǔn)子程序，這些子程序的總和就形成了程序庫(kù)； (4)操作系統(tǒng)。673.1系統(tǒng)軟件Windows20年黑暗到光明·MS-DOS：Microsoft在Windows之前制造的操作系統(tǒng)·Windows1.0·Windows2.0·Windows3.0·Windows3.1·WindowsNT3.1·Windows3.2

色彩斑斕的年代·Windows95·WindowsNT4.0·Windows98·WindowsME·Windows2000·WindowsXP·WindowsServer2003·WindowsVista6869全球富豪榜上的蓋茨年份財(cái)富億美元名次200650012005465120044661200340712002528120015871200060011999900119985101199736411996185119951291比爾·蓋茨名言

（1）生活是不公平的，要去適應(yīng)它；

（2）這世界在你有成就前不會(huì)在意你的自尊；

（3）高中畢業(yè)別指望擁有太多；

（4）在有老板前別認(rèn)為你老板嚴(yán)厲，而老板是沒(méi)有任期限制的；703.2應(yīng)用軟件用戶利用計(jì)算機(jī)以及計(jì)算機(jī)所提供的各種系統(tǒng)軟件，編制解決用戶各種實(shí)際問(wèn)題的程序，這些程序就稱為應(yīng)用軟件。應(yīng)用軟件也可以逐步標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、逐步形成了解決各種典型問(wèn)題的應(yīng)用程序的組合，稱為軟件包(Package)。71第1章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)概論五部分內(nèi)容：180x86系列的概要?dú)v史2計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)3計(jì)算機(jī)的硬件和軟件4微型計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)5計(jì)算機(jī)數(shù)制三個(gè)問(wèn)題：80X86發(fā)展計(jì)算機(jī)基本原理（程序執(zhí)行、尋址方式）微機(jī)結(jié)構(gòu)72第三個(gè)問(wèn)題：微型計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)運(yùn)算器與控制器是系統(tǒng)的核心，稱為CPU。把整個(gè)運(yùn)算器控制器即CPU集成在一個(gè)芯片上的CPU，稱之為微處理器(MicroProcessor)。CPU本身還不是一個(gè)微型計(jì)算機(jī)，而只是微型計(jì)算機(jī)的一部分。只有與適當(dāng)容量的存儲(chǔ)器、輸入輸出設(shè)備的接口電路以及必要的輸入輸出設(shè)備結(jié)合在一起，才是一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)(MicroComputer)，或稱為微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(MicroComputerSystem)，如圖1-28所示。73微型計(jì)算機(jī)的概念結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器I/O接口輸入設(shè)備I/O接口地址總線AB輸出設(shè)備CPU數(shù)據(jù)總線DB控制總線CBI/O接口AB:AddressBus，DB:DataBus，CB:ControlBus744.1微型計(jì)算機(jī)的外部結(jié)構(gòu)在微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，外部信息的傳送是通過(guò)總線進(jìn)行的。大部分微型計(jì)算機(jī)有三組總線：地址總線(AddressBus)、數(shù)據(jù)總線(DataBus)和控制總線(ControlBus)。地址總線：通常為32位，因此，可尋址的內(nèi)存單元為232=4GB。I/O接口也是通過(guò)地址總線來(lái)尋址的，它可以尋址64K個(gè)外設(shè)端口。75數(shù)據(jù)總線：目前常用的為32位。數(shù)據(jù)在CPU與存儲(chǔ)器和CPU與I/O接口之間的傳送是雙向的，故數(shù)據(jù)總線為雙向總線?？刂瓶偩€：它傳送各種控制信號(hào)，有的是CPU到存儲(chǔ)器和外設(shè)接口的控制信號(hào)，例如存儲(chǔ)器請(qǐng)求MREQ#，I/O請(qǐng)求IORQ，讀信號(hào)RD#，寫信號(hào)WR#等；有的是由外設(shè)到CPU的信號(hào)，如8086中的READY以及INT等。7677存儲(chǔ)器由上至下容量越來(lái)越大，速度越來(lái)越慢，價(jià)格越來(lái)越低

通用寄存器堆及指令、數(shù)據(jù)緩沖棧高速緩存

主存儲(chǔ)器聯(lián)機(jī)外存儲(chǔ)器脫機(jī)外存儲(chǔ)器DRAMSRAMCache半導(dǎo)體存儲(chǔ)器磁性材料PROMEPROMEEPROMPROMEPROMEEPROM78主機(jī)板CPU插座芯片組內(nèi)存插槽高速緩存（Cache）CMOS－存放硬件系統(tǒng)參數(shù)系統(tǒng)BIOSPOST,SysInit,Setup,系統(tǒng)服務(wù)總線擴(kuò)展槽串/并行接口┇主板結(jié)構(gòu)79微機(jī)硬件系統(tǒng)組成框圖CPU北橋南橋RAMCacheAGPCRTBIOSKBD，Mouse串行/并行接口HDD/CDROM(IDE)FDDUSBPCIISA前端總線/CPU總線接口卡外設(shè)總線擴(kuò)展槽80輸入/輸出接口接口是CPU與外部設(shè)備間的橋梁CPUI/O接口外設(shè)81主板CPU插座Cache插槽4個(gè)ISA擴(kuò)展槽3個(gè)PCI擴(kuò)展槽4個(gè)內(nèi)存條插槽2個(gè)IDE接口1個(gè)軟驅(qū)接口電源連接鍵盤接口并行接口串行接口充電電池Intel845GE83多媒體聲卡

顯示卡內(nèi)存條84

接口PS2鍵盤、鼠標(biāo)接口并行接口串行接口四個(gè)USB接口RJ45LAN接口854.2微型計(jì)算機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 一個(gè)典型的8位CPU結(jié)構(gòu)如圖1-29所示。 微處理器的內(nèi)部主要由三部分組成： (1)內(nèi)部寄存器陣列。其中，一部分是用來(lái)寄存參與運(yùn)算的數(shù)據(jù)，它們也可以連成寄存器對(duì)，用以寄存操作數(shù)的地址；另一部分是16位的專用寄存器，如程序計(jì)數(shù)器PC和堆棧指針SP(StackPointer)等。 (2)累加器和算術(shù)邏輯單元。這是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算的場(chǎng)所。運(yùn)算結(jié)構(gòu)的一些特征由一些標(biāo)志觸發(fā)器記憶。 (3)指令寄存器，指令譯碼器和定時(shí)及各種控制信號(hào)的產(chǎn)生電路。它們把用戶程序中的指令一條條譯出來(lái)，然后以一定時(shí)序發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)，其功能相當(dāng)于控制器。8687第1章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)概論五部分內(nèi)容：180x86系列的概要?dú)v史2計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)3計(jì)算機(jī)的硬件和軟件4微型計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)5計(jì)算機(jī)數(shù)制三個(gè)問(wèn)題：80X86發(fā)展計(jì)算機(jī)基本原理（程序執(zhí)行、尋址方式）微機(jī)結(jié)構(gòu)88計(jì)算機(jī)數(shù)制：定義和編碼位、字節(jié)、字及字長(zhǎng)位、字節(jié)、字及字長(zhǎng)是計(jì)算機(jī)常用的名詞術(shù)語(yǔ)。(1)位(Bit)“位”是指一個(gè)二進(jìn)制位。它是計(jì)算機(jī)中信息存儲(chǔ)的最小單位，一般用b表示。(2)字節(jié)(Byte)“字節(jié)”是指相鄰的8個(gè)二進(jìn)制位。編碼：定義、數(shù)字編碼、漢字編碼89

計(jì)算機(jī)數(shù)制計(jì)算機(jī)數(shù)字編碼（B、O、H、D）二進(jìn)制、八進(jìn)制、十六進(jìn)制、十進(jìn)制轉(zhuǎn)換2-8：三位并一位；8-2：一位拆三位2-16：四位并一位；16-2：一位拆四位8-16或16-8：先到2過(guò)渡10-2、8、16：整數(shù)部分：除基取余，逆序取數(shù)。小數(shù)部分：乘基取整，順序取余。90十進(jìn)制特點(diǎn)：以十為底，逢十進(jìn)一；有0-9十個(gè)數(shù)字符號(hào)。用D表示。權(quán)值