微型计算机原理与接口技术第二版-刘彦文等-第章

发布时间:2021-10-16 16:21:36

微型计算机原理与接口技术(第2版) 院校信息技术规划教材 彤 刘彦文 编著 张向东 谭峰 高爽 刘 本课件的配套教材 《微型计算机原理与接口技术(第2版)》 刘彦文 张向东 谭 峰 高 爽 刘彤 编著 清华大学出版社 2013/01 ISBN 978-7-302-30271-1 第1章 微型计算机概论 教学提示: 微处理器芯片和微型计算机已经广泛地应用于我 们日常生活的方方面面,本章简要地介绍了微处 理器和微型计算机方面的一些基本概念,包括它 们的定义、发展过程、分类、组成及性能指标。 教学目标: 通过本章的学*,应该熟知微处理器、微型计算 机和微型计算机系统的定义;了解微处理器的发 展和微型计算机的分类;了解单片机和单板机的 组成;熟知微型计算机结构、三总线结构和微处 理器内部结构,为后续章节的学*打下良好的基 础。 1.1 概 述 人们通常按照计算机的功能、体积和价格将它 们分为微型机、小型机、中型机、大型机和巨 型机。 微型机的产生与发展是与大规模集成电路的发 展分不开的。大规模集成电路和超大规模集成 电路的应用,使得微型机的体积小、重量轻、 价格也相对低廉,性价比不断提高,因此获得 了广泛的应用。但从基本工作原理和系统结构 上讲,微型机和小型机、中型机、大型机没有 本质上的区别。 1.1.1 什么是微型计算机 最早的电子计算机电路主要由电子管组成,被 称为第一代计算机。那时电子计算机的一台主 机,就要占用几个房间。第二代计算机是晶体 管计算机,主机也有衣柜大小。集成电路的诞 生,不仅使计算机的体积大大缩小,而且计算 速度和功能也大大增强。如果将使用中小规模 集成电路的计算机归为第三代,那么第四代就 是基于大规模和超大规模集成电路的计算机。 在微处理器刚刚起步的20世纪70年代,人们将 以微处理器为核心构成的计算机称作微型计算 机。随着科学技术的发展与进步,微处理器被 广泛地应用在不同种类的计算机中。 目前,严格界定什么是微型计算机变得有些困 难。但不约而同的是,大家把以微处理器为核 心,配有存储器、输入/输出接口电路、外部设 备,以及系统总线组成的计算机称为微型计算 机。 1.1.2 微处理器、微型计算机、微型计算机系统 1、微处理器 微处理器是微型计算机进行控制和运算的中心,通常 也直接用CPU(中央处理单元)表示微处理器。如图1.1 所示,微处理器主要由三部分组成: (1) 算术逻辑单元ALU。ALU用来进行算术运算和逻辑 运算。 (2) 控制部件。控制部件用来产生带有时序的控制信号, 按指令规定的操作有序地执行。 (3) 寄存器。寄存器用于存放指令、操作数和中间结果 以及地址信息等。 这三部分通过微处理器的内部总线相连。内部总线与 ALU之间的A、B表示暂存器,暂存送ALU进行运算的数 据。 图1.1 微处理器框图 2、微型计算机 微型计算机是微型计算机系统的主体,通常也把微型 计算机简称为微型机或微机。微型计算机由4部分组成, 如图1.2所示。 (1) 微处理器。微处理器是微型计算机执行指令、进行 控制和运算的核心部件。 (2) 主存储器。主存储器是存储信息的部件,用来存储 当前正在使用的程序和数据。 (3) I/O接口。微型计算机和外部设备之间的联系和数 据传输是通过I/O接口实现的。如显示器的接口、外存 储器的接口等。 (4) 总线。总线是连接微处理器和其他部件的通路。总 线分为地址总线(AB)、数据总线(DB)和控制总线(CB), 分别用于传输地址、数据和控制信息。 图1.2 微型计算机组成 3. 微型计算机系统 ? 微型计算机系统可以分为硬件系统和软件系统, 如图1.3所示。 ? 硬件系统是由微型计算机和电源、辅助电路及 外部设备组成。常见的外部设备有键盘、鼠标、 显示器、硬盘驱动器、打印机等。 ? 软件系统包括系统软件、编译程序、数据库、 管理软件和各种应用程序。系统软件用于有效 地管理计算机系统的各种资源,合理地组织计 算机的工作流程,并为用户提供友好的人机接 口。操作系统是最常见的系统软件。 ? 微型计算机系统只有在硬件系统与软件系统相 互配合下才能正常而有效地运行。 图1.3 微型计算机系统框图 1.2 Intel公司微处理器技术发展 简介及微型计算机分类 1.2.1 Intel公司微处理器技术发展简介 1971年Intel公司推出了史上第一款集成电路微 处理器,型号为Intel 4004,能够实现4位并行 运算。Intel公司第一个通用的8位微处理器芯片 8080诞生于1974年,1977年推出了8080的更 新版本8085。8085和其他接口器件在很长时间 内被广泛地应用在计算机控制系统和仪器仪表 中,并且至今仍在使用。从1978年到2007年, Intel公司接连不断地推出了众多的微处理器芯 片。 (1) 8086(包括8088)和80286都是16位的微处 理器,80386、80486、Pentium都是32位的微 处理器。尽管Pentium、Pentium Pro和Pentium II/III芯片的外部数据总线已经是64位,但芯片 内部ALU和通用寄存器还是32位,仍然属于32 位微处理器。 (2) 80386已具备了三种主要工作模式,即实地 址模式、受保护的虚拟地址模式和虚拟8086模 式。 (3) 80386、80486不仅支持8位、16位数据的 存储器访问和运算,也支持32位数据的存储器 访问和运算。到了Pentium,可以支持64位数据 的存储器访问。 (4) 微处理器性能的提高还体现在,与8086微 处理配套使用的浮点处理单元(FPU) 8087,是 一个单独的芯片,到了80486DX微处理,FPU被 集成到微处理器芯片内部。另外早期的微处理 器芯片内没有Cache(高速缓冲存储器);发展到 80486片内有8KB的数据和指令Cache;Pentium 微处理器芯片内有

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