《微型計算機(jī)系統(tǒng)原理與應(yīng)用》課件第1章 微型計算機(jī)概述

1、 微型計算機(jī)系統(tǒng) 原理與應(yīng)用 8086系列結(jié)構(gòu)的概要?dú)v史 計算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)參看Authorware課件 初級計算機(jī)的結(jié)構(gòu)與運(yùn)行原理 參看Authorware課件 計算機(jī)硬件與軟件 微型計算機(jī)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 第一章 概述引言：微型計算機(jī)從功能上可分為網(wǎng)絡(luò)工作站（客戶端-Client）和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器（Server）兩大類型。網(wǎng)絡(luò)客戶端又稱為個人計算機(jī)。其核心為中央處理單元CPU（Central Processing Unit）。它是電腦硬件的核心設(shè)備，是電腦的信息處理和控制的中心。計算機(jī)絕大多數(shù)操作，都通過CPU實現(xiàn)。Intel公司的芯片在個人計算機(jī)中占據(jù)統(tǒng)治地位（80%）。形成了個人計算機(jī)芯片的主

2、流8086系列結(jié)構(gòu)。其他廠商也推出了依從這一結(jié)構(gòu)的兼容CPU。下圖列出了幾種不同廠商的CPU。幾種類型的CPU（奔騰、奔騰、Cyrix686、K6-2） 酷睿、 酷睿雙核、 奔騰移動、 賽揚(yáng) 1971年世界上第一枚集成電路的通用型CPU誕生 摩爾 諾宜斯 葛洛夫第一個微處理器40041.1 8086系列結(jié)構(gòu)的概要?dú)v史1974年世界上第一個知名的個人電腦誕生 基于8080芯片的計算機(jī)Processor Technology Sol-20 1978年，8086處理器誕生了 從8086開始，才有了目前應(yīng)用最廣泛的PC行業(yè)基礎(chǔ) 1981年，出現(xiàn)了IBM PC/XT 計算機(jī) 歷史上第一個成就兩大國際企業(yè)

3、的CPU 1982年：英特爾發(fā)布了80286處理器 1985年：英特爾發(fā)布了80386處理器歷史上第一個具有“多任務(wù)”功能的CPU1993年：第一款與數(shù)字無關(guān)的處理器“Pentium” Pentium處理器集成了310萬個晶體管，最初推出的初始頻率是60MHz、66MHz，后來提升到200MHz以上。引入了SIMD（單指令多數(shù)據(jù)）執(zhí)行方式 內(nèi)建MMX（多媒體指令集） Pentium II首次引入了S.E.C封裝(Single Edge Contact)技術(shù)，將高速緩存與處理器整合在一塊PCB板上 1997年英特爾發(fā)布了Pentium II處理器 從Pentium III開始，英特爾又引入了70

4、條新指令（SSE） 1999年英特爾發(fā)布了Pentium III處理器 Pentium 4提供了SSE2指令集，這套指令集增加144個全新的指令2000年英特爾發(fā)布了Pentium 4處理器 2001年：“Itanium”第一款英特爾64位CPU誕生 在Itanium處理器中體現(xiàn)了一種全新的設(shè)計思想，完全是基于平行并發(fā)計算而設(shè)計（EPIC）。 2003年英特爾發(fā)布了Pentium M處理器 Pentium M處理器加上802.11的無線WiFi技術(shù)，就構(gòu)成了英特爾Centrino（迅馳）移動運(yùn)算技術(shù)的整套解決方案 2005年之前，Inter公司所發(fā)布的CPU全家福 2005年開始，頻率提升遇到

5、了瓶頸。強(qiáng)制提高頻率會遇到高功耗、高發(fā)燒量、低良品率問題。 2005年第二季度，基于“Smithfield”雙核心的英特爾Pentium 8XX處理器發(fā)布Pentium 8XX處理器采用90納米工藝生產(chǎn)，支持800MHz前端總線，配備2MB二級緩存(每個核心1MB)，能用兩個核心實現(xiàn)兩個線程。 超線程技術(shù)的應(yīng)用所謂超線程技術(shù)就是利用特殊的硬件指令，把多線程處理器內(nèi)部的兩個邏輯內(nèi)核模擬成兩個物理芯片，從而使單個處理器就能“享用”線程級的并行計算的處理器技術(shù)。減少了CPU的閑置時間，提高的CPU的運(yùn)行效率。 超線程技術(shù)可以使操作系統(tǒng)或者應(yīng)用軟件的多個線程，同時運(yùn)行于一個超線程處理器上，其內(nèi)部的兩個

6、邏輯處理器共享一組處理器執(zhí)行單元，并行完成加、乘、負(fù)載等操作。這樣做可以使得處理器的處理能力提高30%，因為在同一時間里，應(yīng)用程序可以充分使用芯片的各個運(yùn)算單元。對于單線程芯片來說，雖然也可以每秒鐘處理成千上萬條指令，但是在某一時刻，其只能夠?qū)σ粭l指令（單個線程）進(jìn)行處理，結(jié)果必然使處理器內(nèi)部的其它處理單元閑置。而“超線程”技術(shù)則可以使處理器在某一時刻，同步并行處理更多指令和數(shù)據(jù)（多個線程）?？梢赃@樣說，超線程是一種可以將CPU內(nèi)部暫時閑置處理資源充分“調(diào)動”起來的技術(shù)。 超線程的工作方式 在處理多個線程的過程中，多線程處理器內(nèi)部的每個邏輯處理器均可以單獨(dú)對中斷做出響應(yīng)，當(dāng)?shù)谝粋€邏輯處理器跟蹤

7、一個軟件線程時，第二個邏輯處理器也開始對另外一個軟件線程進(jìn)行跟蹤和處理了。另外，為了避免CPU處理資源沖突，負(fù)責(zé)處理第二個線程的那個邏輯處理器，其使用的是僅是運(yùn)行第一個線程時被暫時閑置的處理單元。例如：當(dāng)一個邏輯處理器在執(zhí)行浮點(diǎn)運(yùn)算（使用處理器的浮點(diǎn)運(yùn)算單元）時，另一個邏輯處理器可以執(zhí)行加法運(yùn)算（使用處理器的整數(shù)運(yùn)算單元）。這樣做，無疑大大提高了處理器內(nèi)部處理單元的利用率和相應(yīng)的數(shù)據(jù)、指令處吞吐能力。 多核技術(shù)的應(yīng)用多核，也叫多微處理器核是將兩個或更多的獨(dú)立處理器封裝在一起的方案，通常在一個集成電路（IC）中。雙核心設(shè)備只有兩個獨(dú)立的微處理器。一般說來，多核心微處理器允許一個計算設(shè)備在不需要將

8、多核心包括在獨(dú)立物理封裝時,執(zhí)行某些形式的線程級并行處理（Thread-Level Parallelism，TLP），這種形式的TLP通常被認(rèn)為是芯片級別的多處理（Chip-level MultiProcessing，CMP）。超線程技術(shù)與多核技術(shù)一起使用可以使CPU同時運(yùn)行4個線程。1.2 計算機(jī)基礎(chǔ)1. 計算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)2. 計算機(jī)中數(shù)據(jù)信息的顯示3. 初級計算機(jī)組成及運(yùn)行原理1.3 計算機(jī)的硬件和軟件計算機(jī)軟件是指支持計算機(jī)運(yùn)行的各種程序，以及開發(fā)、使用和維護(hù)這些程序的各種技術(shù)資料的總稱。軟件系統(tǒng)由系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件組成，它們形成層次關(guān)系。處在內(nèi)層的軟件要向外層軟件提供服務(wù)，外層軟件必須

9、在內(nèi)層軟件支持下才能運(yùn)行。 系統(tǒng)軟件的主要功能是簡化計算機(jī)操作，充分發(fā)揮硬件功能，支持應(yīng)用軟件的運(yùn)行并提供服務(wù)。應(yīng)用軟件處于軟件系統(tǒng)的最外層，直接面向用戶，為用戶服務(wù)。應(yīng)用軟件是為了解決各類應(yīng)用問題而編寫的程序，包括用戶編寫的特定程序，以及商品化的應(yīng)用軟件和套裝軟件。支撐軟件也稱為支持軟件，例如數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。 微型計算機(jī)的軟件結(jié)構(gòu)軟件系統(tǒng)軟件程序設(shè)計語言支撐軟件機(jī)器語言匯編語言高級語言操作系統(tǒng)編輯程序解釋編譯程序監(jiān)控診斷程序VB,VC,J2SEASP,.NET,J2EEJ2MEMicroSoft系列UNIX系列ACCESS,FOXBASEORACLE , MS_SQL，DB2應(yīng)用軟件：軟件包

10、1.4 微型計算機(jī)的結(jié)構(gòu) 微處理器CPU存儲器RAM接口電路時鐘外存I/O設(shè)備接口電路存儲器ROM數(shù)據(jù)總線（雙向）地址總線（單向）控制總線1.4.1 微型計算機(jī)的外部結(jié)構(gòu)微型計算機(jī)的信息的傳送是通過總線進(jìn)行的。大部分微型計算機(jī)有三種總線：地址總線（Address Bus）、數(shù)據(jù)總線（Data Bus）、控制總線（Control Bus）。地址總線 通常為32位即A31 A0。因此，可尋址的內(nèi)存單元為232 = 4GB。I/O接口也是通過地址總線來尋址的，它可尋址64K個外設(shè)接口。數(shù)據(jù)總線是指為計算機(jī)運(yùn)行工作服務(wù)的全部技術(shù)資料和各種程序。軟件系統(tǒng)基本功能是保證計算機(jī)硬件的功能得以充分發(fā)揮，并為用戶提供一個寬松的工作環(huán)境。控制總線軟件系統(tǒng)與硬件系統(tǒng)的關(guān)系：硬件系統(tǒng)是由電子部件和機(jī)電裝置所組成的計算機(jī)實體。硬件的基本功能是接受計算機(jī)程序，并在程序的控制下完成數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)處理和輸出結(jié)果等任務(wù)。軟件系統(tǒng)是指為計算機(jī)運(yùn)行工作服務(wù)的全部技術(shù)資料和各種程序。軟件系統(tǒng)基本功能是保證計算機(jī)硬件的功能得以充分發(fā)揮，并為用戶提供一個寬松的工作環(huán)境。計算機(jī)的硬