C語言程序設(shè)計-課件

微型計算機(jī)原理

與接口技術(shù)中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)何克東微型計算機(jī)原理

與接1第1章緒論第1章緒論21.1微型計算機(jī)的發(fā)展概況微型計算機(jī)的發(fā)展是以微處理器的發(fā)展來表征的。將傳統(tǒng)計算機(jī)的運算器和控制器集成在一塊大規(guī)模集成電路芯片上作為微型計算機(jī)的中央處理器（CentralProcessUnit，CPU），稱為微處理器。微型計算機(jī)是以微處理器為核心，再配上存儲器，接口電路芯片，輸入/輸出設(shè)備構(gòu)成。1.1微型計算機(jī)的發(fā)展概況微型計算機(jī)的3計算機(jī)的分代1946年，世界上第一臺現(xiàn)代意義的電子計算機(jī)ENIAC（電子數(shù)值積分計算機(jī)）在美國賓夕法尼亞大學(xué)誕生，使用了18000多個真空管和超過500英里長的導(dǎo)線，占地170平方米，重量超過30噸，每秒只能執(zhí)行約10萬次運算。1948年，貝爾實驗室研制出晶體管。1949年，英國劍橋大學(xué)研制出第一臺程序存儲計算機(jī)EDSAC(電子延遲存儲自動計算器)。1958年，得克薩斯儀器公司發(fā)明了集成電路。1965年,摩爾經(jīng)統(tǒng)計發(fā)現(xiàn),集成電路內(nèi)芯片的晶體管數(shù)目幾乎每隔18到24個月其集成度就要翻一番,即摩爾定律。計算機(jī)的分代1946年，世界上第一臺現(xiàn)代意義的電子計算機(jī)E4C語言程序設(shè)計-課件5微處理器飛速發(fā)展8038680486奔騰奔騰2代奔騰4代802868086奔騰3代IA-64(安騰)40041971年1978年1983年1985年1989年1993年1997年1999年2000年Moore(摩爾)定律:“微芯片上集成的晶體管數(shù)目每三年翻兩番”雙核2006年2001年微處理器飛速發(fā)展8038680486奔騰奔騰2代奔騰4代8061978年，第一代微處理機(jī)－16位的8086/8088CPU集成了29000個晶體管，主頻分別為5MHz/8MHz/10MHz，尋址空間為1MB，地址總線20位，數(shù)據(jù)總線16位(8088的外部數(shù)據(jù)總線為8位)。1981年IBM公司推出了使用8088CPU的微型計算機(jī)，命名為IBM-PC。1983年，推出了IBM-PC/XT。1983年，第二代微處理機(jī)－16位的80286CPU集成了13萬多個晶體管，主頻20MHz，尋址空間為16MB，地址總線24位，數(shù)據(jù)總線16位首次提出了實方式和保護(hù)方式,引進(jìn)了段描述符表的概念.1984年IBM公司把裝有286CPU的微機(jī)命名為IBM-PC/AT。微型計算機(jī)的發(fā)展1978年，第一代微處理機(jī)－16位的8086/8088CPU7IBM-PCIBM:InternationalBusinessMachineCorp.國際商業(yè)機(jī)器公司PC:PersonalComputer個人計算機(jī)IBM-PCIBM:InternationalBusin8IBM-PCCPU(中央處理器)Intel(英特)OS(操作系統(tǒng))MicroSoft(微軟)IBM-PCCPUIntelOSMic91.組成它的主要部件，如中央處理器、存儲器、外部設(shè)備接口及其控制都由大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路(VLSI)實現(xiàn)，現(xiàn)已做到僅由一決芯片構(gòu)成。2.基本配置簡單，一般多由主機(jī)、顯示器、鍵盤、軟盤和硬盤驅(qū)動器以及打印機(jī)等其他外部設(shè)備組成。整個微型機(jī)系統(tǒng)可以放在一張辦公臺上，不需要專門的維護(hù)人員。PC機(jī)的特點1.組成它的主要部件，如中央處理器、存儲器、外部設(shè)備接口及103.采用總線(BUS)結(jié)構(gòu)，使中央處理器、存儲器、外部設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換都通過總線完成，不僅簡化了微型機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，又為擴(kuò)充其功能提供了方便。4.可靠性高。由于微型機(jī)采用大規(guī)模集成電路技術(shù)，使系統(tǒng)內(nèi)的組件數(shù)大幅度下降，相應(yīng)的連接線及焊接點數(shù)比采用中、小規(guī)模集成電路減少兩個數(shù)量級以上。目前大規(guī)模集成電路芯片的損壞率為0.0005/千小時，大大提高了整機(jī)的可靠性，通常微型機(jī)都可正常工作數(shù)小時以上無故障。3.采用總線(BUS)結(jié)構(gòu)，使中央處理器、存儲器、外部設(shè)111985年10月，第三代微處理機(jī)－32位的80386CPU集成了27.5萬個晶體管，時鐘頻率33MHz，4GB的尋址空間，地址總線32位，數(shù)據(jù)總線32位在芯片內(nèi)部集成了分段存儲管理部件和分頁存儲管理部件，管理高達(dá)64TB的虛擬存儲，提供了“虛擬8086”的工作方式推出了數(shù)字協(xié)同處理器－80387（浮點運算部件）1989年4月，第四代微處理機(jī)－32位的80486CPU集成了120萬個晶體管，尋址空間4GB，地址總線32位，數(shù)據(jù)總線32位把浮點運算部件集成芯片之內(nèi)，同時把一個規(guī)模大小為8KB的一級高速緩沖存儲器Cache也集成進(jìn)了CPU芯片內(nèi)，芯片的整數(shù)處理部件采用RISC結(jié)構(gòu)，引進(jìn)了時鐘倍頻技術(shù)，使主頻可能超過100MHZ1985年10月，第三代微處理機(jī)－32位的80386CPU121993年3月，第五代微處理機(jī)－Pentium集成了310萬個晶體管，尋址空間4GB，地址總線32位，數(shù)據(jù)總線64位CPU內(nèi)部配置了大小為16KB的一級高速緩沖存儲器Cache芯片的主頻有：60MHz、66MHz、75MHz、90MHz、100MHz、120MHz、133MHz、150MHz、166MHz、200MHz1995年11月，高能奔騰（PentiumPro）芯片內(nèi)部集成了550萬個晶體管，內(nèi)部時鐘頻率為133MHz，尋址空間4G，地址總線32位，數(shù)據(jù)總線64位一級Cache大小為16KB（8KB的數(shù)據(jù)，8KB的指令），另包含了一個256KB的二級Cache芯片采用了一項被稱之為“動態(tài)執(zhí)行”的創(chuàng)新技術(shù)1993年3月，第五代微處理機(jī)－Pentium131996年底，多能奔騰（PentiumMMX）芯片內(nèi)部集成了450萬個晶體管，頻率主要有：166MHz、200MHz、233MHz，尋址空間4G，地址總線32位，數(shù)據(jù)總線64位CPU增加了57條MMX（多媒體增強）指令，一級Cache增加到32KB1997年5月，二代奔騰（PentiumII）集成了750萬個晶體管，主頻分233MHz、266MHz、300MHz和333MHz4種，尋址空間4G，地址總線32位，數(shù)據(jù)總線64位一級Cache的大小為32KB，二級Cache的大小為512KB雙獨立總線結(jié)構(gòu)，首次采用slot1接口標(biāo)準(zhǔn)1996年底，多能奔騰（PentiumMMX）141999年2月，PentiumIII芯片內(nèi)集成了2800萬個晶體管，CPU主頻733MHz，尋址空間4GB，地址總線32位，數(shù)據(jù)總線64位浮點運算和三維處理方面能力明顯增強增加了71條稱為互聯(lián)網(wǎng)SSE的指令和處理機(jī)序列號。2000年3月，Pentium4芯片內(nèi)集成了4200萬個晶體管，CPU主頻1.3GHz，尋址空間4GB，地址總線32位，數(shù)據(jù)總線64位支持更為強大的SSE2指令集,支持多達(dá)20級的超標(biāo)量流水線，總線頻率達(dá)到400MHz目前，P4芯片內(nèi)集成晶體管的個數(shù)已達(dá)5500萬個，總線頻率達(dá)到800MHz,主頻達(dá)到3GHz以上。1999年2月，PentiumIII15微處理機(jī)時代Intel公司和HP公司在2001年共同開發(fā)的64位處理器Itanium(安騰)處理器2003年4月AMD公司推出首款64位處理器，這是一款采用x86兼容架構(gòu)的64位CPU，它最大的特點就是在支持64位數(shù)據(jù)尋址的同時，向下兼容32位數(shù)據(jù)尋址，妥善解決了CPU從32位到64位的過渡和兼容問題，從而掀起了桌面處理器從32位向64位過渡的技術(shù)革命。微處理機(jī)時代Intel公司和HP公司在2001年共同開發(fā)的616微處理機(jī)時代2004年3月，Intel也發(fā)布了其首款64位Xeon處理器，它采用EM64T(IntelExtendedMemory64Technology)技術(shù)，同時支持32位和64位運算，在運行64位程序時采用64位工作方式，而在處理32位運算時依然是IA32(即x86)工作結(jié)構(gòu)，這實際上也一起被稱為x86-64架構(gòu)。

微處理機(jī)時代2004年3月，Intel也發(fā)布了其首款64位X17微處理機(jī)時代2006年5月：英特爾?酷睿?2雙核處理器品牌隆重推出全新處理器可實現(xiàn)高達(dá)40%的性能提升，其能效比最出色的英特爾?奔騰?處理器高出40%。英特爾?酷睿?2雙核處理器包含2.91億個晶體管。微處理機(jī)時代2006年5月：英特爾?酷睿?2雙核18微處理機(jī)時代在2007年的9月6日，Intel發(fā)布代號為“Tigerton”的7300系列四核心處理器。Tigerton是一款面向4路及以上服務(wù)器的四核服務(wù)器處理器，構(gòu)成擁有16個核心的服務(wù)器。Tigerton將意味著雙獨立總線架構(gòu)的終結(jié)，它將使用專用連接，連接內(nèi)核和芯片組。微處理機(jī)時代在2007年的9月6日，Intel發(fā)布19INTEL宣布，在2008年9月14日推出業(yè)界首款六核心服務(wù)器處理器Dunnington。型號分別是XeonX7450/2.40GHz和XeonX7460/2.66GHz,以及2.13GHz低壓版XeonL7455，熱設(shè)計功耗分別為130W、90W以及65W。前端總線均為1066MHz。DunningtonXeon基于45nmPenryn核心，兼容TigertonXeon7300系列。這三款服務(wù)器處理器均采用45nm制程工藝。其中XeonX7460內(nèi)建16MBL3共享緩存，XeonL7455和XeonE7450內(nèi)建12MBL3共享緩存。INTEL宣布，在2008年9月14日推出業(yè)界首款六20龍芯龍芯21計算機(jī)的發(fā)展趨勢微型化─便攜式、低功耗巨型化─尖端科技領(lǐng)域的信息處理,需要超大容量、高速度智能化─模擬人類大腦思維和交流方式,多種處理能力系列化、標(biāo)準(zhǔn)化─便于各種計算機(jī)硬、軟件兼容和升級網(wǎng)絡(luò)化─網(wǎng)絡(luò)計算機(jī)和信息高速公路多機(jī)系統(tǒng)─大型設(shè)備、生產(chǎn)流水線集中管理(獨立控制、故障分散、資源共享)計算機(jī)的發(fā)展趨勢微型化─便攜式、低功耗22程序設(shè)計的進(jìn)步機(jī)器語言：計算機(jī)系統(tǒng)發(fā)展早期0、1組成的二進(jìn)制代碼編程要涉及許多代碼，開發(fā)程序非常耗費時間匯編語言：20世紀(jì)50年代用助記符代替二進(jìn)制碼編程仍然很不容易高級語言：1957年后FORTRAN，用公式解決數(shù)學(xué)問題COBOL,廣泛用于商業(yè)程序設(shè)計BASIC,C/C++,PASCAL,VISUALBASIC,VC++程序設(shè)計的進(jìn)步機(jī)器語言：23例：把操作數(shù)0F03AH送給A機(jī)器語言：101111110011101011110000匯編語言：MOVA,0F03AH高級語言:A=0F03AH1111000000111010A例：把操作數(shù)0F03AH送給A1111000000111241．科學(xué)計算在大型的系統(tǒng)工程中，往往需要大量的計算。比如天氣預(yù)報：全國甚至全世界各個地域的溫度、濕度、各個不同高度的大氣數(shù)據(jù)、地域地理數(shù)據(jù)，反正是驚人的數(shù)據(jù)量集中到大型計算中心，進(jìn)行大規(guī)模的數(shù)據(jù)運算，得出今后不同時期的天氣概率。2．過程控制這里往往用在生產(chǎn)、軍事領(lǐng)域。這樣的計算機(jī)實時采集外界的數(shù)據(jù)，并且盡量快的加以處理，用事先定義好的應(yīng)對方式加以響應(yīng)和控制相關(guān)部件。比如化工生產(chǎn)當(dāng)中的各個管道的壓力溫度流量必須在一定的范圍內(nèi)，這是各個探頭實時采集以上數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)不對時立刻控制相關(guān)閥門加以處理。計算機(jī)的主要應(yīng)用領(lǐng)域1．科學(xué)計算計算機(jī)的主要應(yīng)用領(lǐng)域253．信息處理計算機(jī)不僅能處理數(shù)值數(shù)據(jù)和字符信息，還能處理圖形、圖象、聲音、動畫等各種信息。在業(yè)務(wù)處理、情報處理、辦公自動化、管理和決策方面，計算機(jī)都得到了廣泛的應(yīng)用，如管理信息系統(tǒng)（MIS），決策支持系統(tǒng)（DSS）等。4．計算機(jī)輔助設(shè)計、輔助制造和輔助教學(xué)計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD），計算機(jī)輔助制造（CAM），計算機(jī)輔助教學(xué)（CAI），這些都是新興的行業(yè)，利用計算機(jī)在這些傳統(tǒng)領(lǐng)域的拓展，大大縮短了制造業(yè)的設(shè)計制造周期。5．人工智能（AI）用計算機(jī)代替人類的某些腦力勞動。3．信息處理26位(BIT/BInarydigiT):二進(jìn)制位，這是計算機(jī)中最小的數(shù)據(jù)單位。一個二進(jìn)制位只能表示兩種狀態(tài)(0或1)。在計算機(jī)系統(tǒng)中，都是由0、1組成的信息數(shù)據(jù)流。字節(jié)(Byte)：1字節(jié)=8位。這是計算機(jī)中用得最多的數(shù)據(jù)單位。計算機(jī)中常用的數(shù)據(jù)單位位(BIT/BInarydigiT):二進(jìn)制位，這是計算27千字節(jié)(KB/Kilo-Bytes)：1KB=210字節(jié)=1024字節(jié)。這個數(shù)據(jù)單位現(xiàn)在用的比較少了。百萬字節(jié)(MB/Mega-Bytes)：1MB=1024KB=220字節(jié)=1048567字節(jié)?！癕B”現(xiàn)在常用于指內(nèi)存的容量，例如256MB、512MB；顯示存儲器的容量，例如128MB、256MB；軟盤的容量，例如1.44MB字(Word)：字的長度是指計算機(jī)在存儲、傳輸或操作時，作為一個單元的一組二進(jìn)制位。因此，不同的計算機(jī)系統(tǒng)的字的長度是不一樣的。例如，8086、80286CPU的字長是16位，80386、80486CPU的字長是32位。千字節(jié)(KB/Kilo-Bytes)：1KB=210字節(jié)=128十億字節(jié)(GB/Giga-Bytes)：1GB=1024MB=230字節(jié)=1073741824字節(jié)。“GB”現(xiàn)在主要用于指硬盤的容量，目前常用的硬盤都在60GB以上萬億字節(jié)(TB/Trillion-Bytes)：1TB=1024GB=240字節(jié)=1099511627776字節(jié)。十億字節(jié)(GB/Giga-Bytes)：1GB=1024MB291.2微型計算機(jī)系統(tǒng)微處理器微型計算機(jī)微型計算機(jī)系統(tǒng)微機(jī)性能指標(biāo)

1.2微型計算機(jī)系統(tǒng)微處理器30馮.諾依曼對計算機(jī)基本原理的闡述：必須有一個存儲器，程序和數(shù)據(jù)都以二進(jìn)制代碼的形式存放在存儲器中，在形式上指令和數(shù)據(jù)是沒有區(qū)別的，程序在執(zhí)行的過程中也可以和數(shù)據(jù)一樣進(jìn)行處理和修改。必須有一個控制器。在它的控制下，將指令依次從存儲器中取出，然后對其進(jìn)行解釋和執(zhí)行。每條指令都由操作碼、操作數(shù)地址和運算結(jié)果地址組成。必須有一個運算器。用來完成所需的算術(shù)運算和邏輯運算。必須有輸入和輸出設(shè)備。用以進(jìn)行人機(jī)通信，而且人機(jī)之間的指令、數(shù)據(jù)及運算結(jié)果的交換是沒有限制的。馮.諾依曼對計算機(jī)基本原理的闡述：必須有一個存儲器，程序和31微型計算機(jī)的組成CPU存儲器I/O接口I/O設(shè)備地址總線AB數(shù)據(jù)總線DB控制總線CBI/O總線控制面向系統(tǒng)單總線結(jié)構(gòu)：微型計算機(jī)的組成CPU存儲器I/O接口I/O設(shè)備地址總線AB32微型計算機(jī)的系統(tǒng)組成運算器

控制器寄存器組

內(nèi)存儲器總線輸入輸出接口電路外部設(shè)備軟件微處理器微型計算機(jī)微型計算機(jī)系統(tǒng)微處理器、微型計算機(jī)、微型計算機(jī)系統(tǒng)之間的關(guān)系微型計算機(jī)的系統(tǒng)組成運算器控制器內(nèi)存儲器33計算機(jī)系統(tǒng)硬件主機(jī)處理器(CPU)軟件外圍設(shè)備運算器控制器存儲器(內(nèi)存)RAMROM外部設(shè)備輔助設(shè)備輸入設(shè)備(鍵盤、掃描儀、語音識別儀…)輸出設(shè)備(顯示器、打印機(jī)、繪圖儀、…)輔助存儲器(磁帶、磁盤、光盤)輸入/輸出接口(PIO、SIO、CTC、ADC、DAC…)(I/O接口)總線(AB、DB、CB)系統(tǒng)軟件(操作系統(tǒng)，編輯、編譯程序，故障診斷,監(jiān)控程序…)應(yīng)用軟件(科學(xué)計算，工業(yè)控制，數(shù)據(jù)處理…)程序設(shè)計語言(機(jī)器語言、匯編語言、高級語言)電源電路時鐘電路計算機(jī)系統(tǒng)硬件處理器軟件外圍設(shè)備運算器存儲器RAM外部設(shè)備輔34內(nèi)部數(shù)據(jù)總線控制總線數(shù)據(jù)總線地址總線暫存器累加器ALU標(biāo)志寄存器指令寄存指令譯碼時序和控制邏輯通用寄存器組地址寄存器組地址總線控制數(shù)據(jù)總線控制微處理器（CPU）的基本結(jié)構(gòu)算術(shù)邏輯單元（運算器）指令處理單元（控制器）寄存器組內(nèi)部數(shù)據(jù)總線控制總線數(shù)據(jù)總線地址總線暫存器累加器ALU標(biāo)志寄35英特爾微處理器芯片80386PentiumPentium4微處理器英特爾微處理器芯片80386PentiumPentium4368086/8088內(nèi)部結(jié)構(gòu)8086/8088內(nèi)部結(jié)構(gòu)37存儲器存儲器是用來存儲信息的部件。存儲器的性能指標(biāo)：存儲容量存取速度計算機(jī)的存儲器分為2大類：內(nèi)部存儲器，簡稱內(nèi)存或主存。又分為：RAM隨機(jī)存取存儲器：SRAM、DRAMROM只讀存儲器：ROM、PROM、EPROM、EEPROM外部存儲器，簡稱外存：硬盤、軟盤、磁帶、光盤另外，還有CACHERAM存儲器存儲器是用來存儲信息的部件。存儲器的性能指標(biāo)：38C語言程序設(shè)計-課件39擴(kuò)展內(nèi)存XMS系統(tǒng)區(qū)384KBTPA640KBCPUPC系統(tǒng)的存儲器映象Cache主存輔存海存內(nèi)存外存存儲管理方式：實模式保護(hù)模式V86模式常規(guī)內(nèi)存1MB擴(kuò)展內(nèi)存系統(tǒng)區(qū)384KBTPACPUPC系統(tǒng)的存儲器40奇地址8位8MBFFFFFF微處理器的物理存儲系統(tǒng)（一）偶地址8位8MBFFFFFED7～D0D15～D800000000000116位機(jī)（8086/8088）1MB16位機(jī)（80286）16MB奇地址8位FFFFFF微處理器的物理存儲系統(tǒng)（一）偶地址41存儲體48位1GBFFFFFFFF微處理器的物理存儲系統(tǒng)（二）存儲體38位1GBFFFFFFFED23～D16D31～D2480386DX（4GB）80486SX（4GB）80486DX（4GB）0000000200000003存儲體28位1GBFFFFFFFDD15～D800000001存儲體18位1GBFFFFFFFCD7～D00000000032位機(jī)存儲體48位FFFFFFFF微處理器的物理存儲系統(tǒng)（二）存42I/O接口用于CPU(或存儲器)與外設(shè)之間的信息交換最常用的簡單輸入輸出接口芯片主要有緩存器和鎖存器：緩沖器：74LS244、74LS245鎖存器：74LS373其它：可編程中斷控制器8259A可編程計數(shù)器/定時器8253/8254可編程外圍接口芯片8255A串行通信和可編程接口芯片8250A模數(shù)（A/D）和數(shù)模（D/A）轉(zhuǎn)換器DMA控制器8237AI/O接口用于CPU(或存儲器)與外設(shè)之間的信息交換43I/O設(shè)備輸入設(shè)備串行通信設(shè)備軟盤、硬盤鼠標(biāo)CD－ROM鍵盤掃描儀DVD輸出設(shè)備打印機(jī)（針打、激光、噴墨）軟盤、硬盤繪圖儀顯示器I/O設(shè)備輸入設(shè)備輸出設(shè)備44總線(BUS) 在計算機(jī)系統(tǒng)中，各個部件之間傳送信息的公共通路叫總線。從總線的不同使用角度可以分為以下幾類：內(nèi)部總線：微處理器內(nèi)部各個部件之間傳送信息的通路。元件級總線：連接計算機(jī)系統(tǒng)中主要部件的總線。有AB、DB、CB。系統(tǒng)總線：指在印刷電路板上連接各插件的公共通路。有ISA：16位標(biāo)準(zhǔn)總線，8MB/SEISA：擴(kuò)展工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)總線，適用于32位機(jī)，33MB/SVESA：全開放通用局部總線，適用于486機(jī)，支持高速視頻卡操作，32/64位，132MB/SPCI：外圍元件互聯(lián)，32/64位，支持Pentium機(jī)，時鐘頻率33MHz，132MB/SAGP：高速圖形接口，用于視頻、顯示，時鐘頻率66MHz，133MB/S總線(BUS) 在計算機(jī)系統(tǒng)中，各個部件之間傳送信息的公共45外部總線：USB：通用串行總線，用于鍵盤、鼠標(biāo)、聲卡，10MB/SEIARS－232總線IEEE－488總線IEEE－1394外部總線：46PC機(jī)上的總線PCI總線ISA總線USB總線PC機(jī)上的總線PCI總線ISA總線USB總線47面向CPU雙總線結(jié)構(gòu)：CPUI/O總線主存I/O接口存儲總線特點：存儲器與I/O無通路，降低了CPU效率。CPUI/O接口I/O接口I/O設(shè)備面向主存雙總線結(jié)構(gòu)：主存存儲總線I/O接口I/O接口I/O設(shè)備I/O總線特點：保留單總線結(jié)構(gòu)，放置高速存儲總線。面向CPU雙總線結(jié)構(gòu)：CPUI/O總線主存I/O存儲總線特點48硬件（hardware）是指那些組成計算機(jī)的物件。其基本功能是接受計算機(jī)程序的控制來實現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入、運算、數(shù)據(jù)輸出等一系列根本性的操作。由五大部件組成：硬件（hardware）是指那些組成計算機(jī)的物件。其基本功能49（1）控制器（Controller）控制器是計算機(jī)的指揮系統(tǒng)，計算機(jī)的工作就是在控制器控制下有條不紊、協(xié)調(diào)地工作的?？刂破魍ㄟ^地址訪問存儲器，逐條取出選中單元的指令，分析指令，根據(jù)指令產(chǎn)生相應(yīng)的控制。信號作用于其他各個部件，控制其他部件完成指令要求的操作。上述過程周而復(fù)始，保證了計算機(jī)能自動、連續(xù)地工作。（1）控制器（Controller）50(2)運算器（ALU－ArithmeticLogicUnit）運算器又稱算術(shù)邏輯部件，簡稱ALU，是計算機(jī)用來進(jìn)行數(shù)據(jù)運算的部件。數(shù)據(jù)運算包括算術(shù)運算和邏輯運算。（3）存儲器（Memory）存儲器是計算機(jī)中具有記憶能力的部件，用來存放程序（指令）或數(shù)據(jù)。指令總是送到控制器，而數(shù)據(jù)則總是送到運算器。存儲器就是一種能根據(jù)地址接收或提供指令或數(shù)據(jù)的裝置。存儲器又分為主存(內(nèi)存）和輔存（外存）。(2)運算器（ALU－ArithmeticLogicUn51（4）輸入設(shè)備（Inputdevice）輸入設(shè)備是用來輸入程序和數(shù)據(jù)的部件。常用的輸入設(shè)備有：鍵盤、鼠標(biāo)器、光筆、圖像掃描儀、數(shù)字化儀等。（5）輸出設(shè)備（Outputdevice）輸出設(shè)備正好與輸入設(shè)備相反，是用來輸出結(jié)果的部件。要求輸出設(shè)備能以人們所能接受的形式輸出信息，如以文字、圖形的形式在顯示器上輸出。除顯示器外，常用的輸出設(shè)備還打印機(jī)、繪圖儀等。（4）輸入設(shè)備（Inputdevice）（5）輸出設(shè)備（O52軟件（software）是相對硬件而言的，它包括計算機(jī)運行所需的各種程序及其有關(guān)資料。軟件（software）是相對硬件而言的，它包括計算機(jī)運行所53計算機(jī)軟件系統(tǒng)應(yīng)用軟件系統(tǒng)軟件計算機(jī)軟件系統(tǒng)應(yīng)用軟件系統(tǒng)軟件54系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件是指那些為了方便計算機(jī)資源的使用和管理，為軟件開發(fā)提供良好手段的軟件。其中最重要的系統(tǒng)軟件是操作系統(tǒng)(OperatingSystem)，現(xiàn)在微型計算機(jī)上常用的操作系統(tǒng)有DOS、Windows、Unix等。此外，語言處理軟件、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)以及很多工具軟件都屬于系統(tǒng)軟件。系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件是指那些為了方便計算機(jī)資源55應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件是指用戶或者第三方軟件公司開發(fā)的軟件。這類軟件是為解決某一具體問題而編制的。例如常用的文字處理、人事管理、工資管理、設(shè)備管理、輔助教學(xué)等軟件。應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件是指用戶或者第三方軟件公司開56裸機(jī)操作系統(tǒng)用戶程序各種實用程序軟件包各種語言處理程序計算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)裸機(jī)操作系統(tǒng)用戶程序各種實用程序軟件包57字長字長是衡量計算機(jī)處理能力的重要指標(biāo)，它是指計算機(jī)的CPU一次能直接處理的二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)，字長越大，處理能力越強。例如，8086、286的字長是16位，386、486、586（奔騰）都是32位?！钗C(jī)主要性能指標(biāo)字長☆微機(jī)主要性能指標(biāo)58速度衡量計算機(jī)速度常用的有兩種指標(biāo)：①運算速度：用每秒鐘能執(zhí)行多少條指令來表示。國際上通用的指標(biāo)是每秒百萬條指令MIPS（MillionInstructionsPerSecond），通常用于較大的計算機(jī)系統(tǒng)。②

主頻：指CPU主時鐘的工作頻率（一秒鐘內(nèi)發(fā)生的同步脈沖數(shù)），主頻越高，說明CPU的速度越快，微型計算機(jī)都用主頻這個指標(biāo)。主頻的單位為赫茲(MHz)，早期的微機(jī)主頻才幾MHZ，而現(xiàn)在P4的主頻已達(dá)到3GHz以上。例如，“P4/2.4G”，“P4”表示CPU的型號（奔騰四代），“2.4G”就表示主頻是2.4G赫茲(GHz)速度59內(nèi)存容量通常用字節(jié)(Byte)作單位。目前，微型機(jī)的內(nèi)存儲容量已達(dá)到數(shù)百兆甚至上吉字節(jié)。內(nèi)存速度

微機(jī)內(nèi)主存完成一次讀/寫操作所需的時間稱為存儲器的存取時間，連續(xù)兩次讀/寫所需的最短時間稱為存儲器的存取周期。存取周期越短，則存取速度越快。存取周期的大小影響計算機(jī)的運算速度。內(nèi)存容量內(nèi)存速度

微機(jī)內(nèi)主存完成一次讀/寫操作所60主板

芯片組

810、…、845、…865PE、875P、…

總線結(jié)構(gòu)ISA、…PCI、AGP、…

顯卡處理速度、顯存容量…主板芯片組810、…、845、…865PE、875P61性能價格比它是計算機(jī)產(chǎn)品優(yōu)劣的概括性指標(biāo)。性能主要指機(jī)器的運算速度、存儲容量、存取周期、外設(shè)配置和機(jī)器的可靠性程度等硬件性能以及軟件性能。價格應(yīng)是整個系統(tǒng)的價格，計算機(jī)的性能越高，其性能價格比值也越高。外部設(shè)備的配置和軟件的配備

要求顯示器、鍵盤、打印機(jī)、磁盤和光盤驅(qū)動器等外部設(shè)備的基本配置齊全，安裝合理達(dá)到測試標(biāo)準(zhǔn)。對操作系統(tǒng)、漢字處理能力、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)以及網(wǎng)絡(luò)功能等必須作全面衡量。性能價格比外部設(shè)備的配置和軟件的配備62可靠性（Reliability）可靠性是指在給定的時間內(nèi)，計算機(jī)系統(tǒng)能正常運轉(zhuǎn)的概率。通常用平均無故障時間（MeanTimeBetweenFailures）MTBF表示，指系統(tǒng)能正常工作的平均時間。MTBF的時間越長，表明系統(tǒng)的可靠性越高?？捎眯裕ˋvailability）可用性是指計算機(jī)的使用效率，它以系統(tǒng)在執(zhí)行任務(wù)的任意時刻能正常工作的概率來崐表示?？煽啃裕≧eliability）可用性（Availabili63可維護(hù)性（Serviceability）可維護(hù)性是指計算機(jī)的維修效率。通常用平均修復(fù)時間（MeanTimeToRepair）MTTR表示，即從故障發(fā)生到故障修復(fù)所需的平均時間。此外，還有一些評價計算機(jī)的綜合指標(biāo)，例如系統(tǒng)的完整性、安全性等?？删S護(hù)性（Serviceability）641.3計算機(jī)數(shù)據(jù)格式數(shù)制及其轉(zhuǎn)換二進(jìn)制及其運算規(guī)則計算機(jī)中數(shù)據(jù)的表示方法1.3計算機(jī)數(shù)據(jù)格式數(shù)制及其轉(zhuǎn)換65數(shù)制數(shù)制：用一組統(tǒng)一的符號和規(guī)則來表示數(shù)的方法。二進(jìn)制：每一位包含0、1兩個數(shù)字，例如：10010011B八進(jìn)制：每一位包含8個數(shù)字0～7，例如：3675Q十進(jìn)制：每一位包含10個數(shù)字0～9，例如:1200D十六進(jìn)制：每一位包含數(shù)字0～9，字母A～F，例如：0A3D6H二－十進(jìn)制（BCD碼），用4位二進(jìn)制數(shù)表示1位十進(jìn)制數(shù)，例如：00010010數(shù)制數(shù)制：用一組統(tǒng)一的符號和規(guī)則來表示數(shù)的方法。66十進(jìn)制：人二進(jìn)制：計算機(jī)八進(jìn)制：二進(jìn)制的壓縮形式十六進(jìn)制：便于人的讀、寫、記憶10101010B252QAAH十進(jìn)制：人10101010B252QAAH67十、二、八、十六進(jìn)制數(shù)對照表16頁十、二、八、十六進(jìn)制數(shù)對照表16頁68數(shù)制轉(zhuǎn)換十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成其它進(jìn)制：整數(shù)和小數(shù)分開轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換的方法是：整數(shù)部分，用基數(shù)去除，并且保留余數(shù)作為結(jié)果的有效數(shù)字，重復(fù)以上過程直至商為0；小數(shù)部分乘以基數(shù)，直到小數(shù)部分為0，或者到規(guī)定保留的小數(shù)位數(shù)。例如,將十進(jìn)制數(shù)10.6875轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)。

2222105210余數(shù)＝0余數(shù)＝1余數(shù)＝0余數(shù)＝1結(jié)果＝1010B高位低位0.6875×21.3750×20.750×21.5×21.0結(jié)果＝0.1011B高位低位∴10.6875D=1010.1011B數(shù)制轉(zhuǎn)換2222105210余數(shù)＝0余數(shù)＝1余數(shù)＝0余數(shù)＝169十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制或十六進(jìn)制的方法同二進(jìn)制，只不過是把基數(shù)換成8或16。還有一個辦法就是先把十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制，然后再轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的八或十六進(jìn)制。例如,將十進(jìn)制數(shù)10.6875分別轉(zhuǎn)換成二、八、十六進(jìn)制數(shù)。

10.6875D=1010.1011B=12.54Q=A.BH十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制或十六進(jìn)制的方法同二進(jìn)制，只不過是把基數(shù)換70其它數(shù)制轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制：把任意進(jìn)制數(shù)按權(quán)展開成多項式和的形式，再把各位的權(quán)與該位上的數(shù)碼相乘后求和，就得到等效的十進(jìn)制數(shù)值。例:將二進(jìn)制數(shù)1011011.1011轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)11011.1011B=1×24+1×23+0×22+1×21+1×20+1×2-1+0×2-2+1×2-3+1×2-4=16+8+0+2+1+0.5+0+0.125+0.0625=27.6875D例:將八進(jìn)制數(shù)125.7轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)125.7Q=1×82+2×81+5×80+7×8-1=64+16+5+0.875=85.875D例:將十六進(jìn)制數(shù)4FC.12H轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)4FC.12H=4×162+15×161+C×160+1×16-1+2×16-2 =1024+240+12+0.0625+0.0078125=1276.0703125

其它數(shù)制轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制：71其它進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制，也可以先把它們轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制，再由二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制。例：

將八進(jìn)制數(shù)125.7轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)125.7Q=001010101.111B=85.875D將十六進(jìn)制數(shù)4FC.12H轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)4FC.12H=010011111100.00010010B=1276.0703125D其它進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制，也可以先把它們轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制，再由二進(jìn)制72計算機(jī)數(shù)據(jù)格式數(shù)值符號計算機(jī)數(shù)據(jù)格式數(shù)值73機(jī)器數(shù)：符號數(shù)值化了的數(shù)真值：帶符號的機(jī)器數(shù)對應(yīng)的數(shù)值原碼機(jī)器數(shù)反碼補碼1、數(shù)值：表示數(shù)量的多少

1、數(shù)值：表示數(shù)量的多少

74+0110111B-0110111B00110111B10110111B機(jī)器數(shù)（原碼）機(jī)器數(shù)真值真值機(jī)器數(shù)原碼反碼補碼補碼

+0110111B-0110111B00110175正數(shù)：原碼=反碼=補碼X=+0110111B[X]原=[X]反=[X]補=00110111B負(fù)數(shù)：X=-0110111B[X]原=10110111B[X]反=11001000B[X]補=[X]反+1（符號位除外）=11001000B+1=11001001B正數(shù)：X=+0110111B[X]原=[X]反=76X=-0110111B[X]補=11001001B采用補碼的好處：符號位參加運算減法運算轉(zhuǎn)換成加法運算X=-0110111B[X]補=1772500011001[X]補+32+00100000[Y]補57001110013200100000[X]補+(-25)+11100111[Y]補7000001111補碼加法規(guī)則：[X+Y]補＝[X]補＋[Y]補250782500011001+（-32）+11100000-711111001-0000111求補2579補碼減法規(guī)則：[X－Y]補＝[X]補＋[－Y]補－0000111求補25[X]補＝

0001100100011001－32[Y]補＝

00100000+11100000[－Y]補－711111001[X]補[－X]補[X]補求補求補補碼減法規(guī)則：[X－Y]補＝[X]補＋[－Y]補－0000180-25[X]補＝

1110011111100111－(-32)[Y]補＝

11100000+00100000[－Y]補7000001111-25[X]補＝1110011181溢出問題01000000＋0100000010000000000S’

S64+64[X]補＝01000000[Y]補＝01000000溢出＝S∨S’01000000＋0100000010000000CC’溢出＝C∨C’溢出問題010000000S’S64+682BCD碼以壓縮或非壓縮的格式存儲，壓縮BCD數(shù)據(jù)以每字節(jié)2位十進(jìn)制數(shù)字的形式存儲，而非壓縮BCD數(shù)據(jù)以每字節(jié)1位十進(jìn)制數(shù)字的形式存儲。BCD數(shù)的范圍是從0000B到1001B即十進(jìn)制0到9。需要應(yīng)用BCD數(shù)據(jù)的有銷售終端，或其它任何實現(xiàn)簡單運算的設(shè)備。如果系統(tǒng)要求復(fù)雜的算術(shù)運算，很少用BCD數(shù)據(jù)，因為沒有簡單有效的方法完成復(fù)雜的BCD運算。BCD碼以壓縮或非壓縮的格式存儲，壓縮BCD數(shù)據(jù)以每字節(jié)2位83BCD碼十進(jìn)制壓縮的非壓縮的1200010010000000010000001062300000110001000110000011000000010000000119100000100100010000000010010000000100000000BCD碼十進(jìn)制壓縮的84定點數(shù)定點數(shù)的小數(shù)點固定在數(shù)值位的最后邊（純整數(shù)）或數(shù)值位的最前邊（純小數(shù)）。31300S數(shù)值純整數(shù)小數(shù)點31300S數(shù)值純小數(shù)小數(shù)點定點數(shù)定點數(shù)的小數(shù)點固定在數(shù)值位的最后邊（純整數(shù)）或85浮點數(shù)浮點數(shù)也叫實數(shù),包含兩個部分：尾數(shù)(有效小數(shù))和指數(shù)(階)。4字節(jié)的實數(shù)稱為單精度實數(shù),8字節(jié)的實數(shù)稱為雙精度實數(shù)。尾數(shù)表示方法：進(jìn)行規(guī)格化，使其值大于等于1而小于2，最高位為1，是默認(rèn)（隱藏）位。指數(shù)表示方法：以移碼形式存儲。對于單精度實數(shù)，偏移量為127(7FH)；對于雙精度實數(shù)，偏移量為1023（3FFH）。存儲浮點數(shù)階碼部分之前，偏移量要先加到階碼上。313023220S指數(shù)尾數(shù)（a）

636252510S指數(shù)尾數(shù)（b）

單精度雙精度浮點數(shù)浮點數(shù)也叫實數(shù),包含兩個部分：尾數(shù)(有效小數(shù))和指數(shù)(86例：單精度實數(shù)表示十進(jìn)制二進(jìn)制規(guī)格化符號移碼階尾數(shù)+12110001000001010000000000000000000000-12110011000001010000000000000000000000110010001000010110010000000000000000000-1.751.1110111111111000000000000000000000說明：+12，二進(jìn)制表示為1100，規(guī)格化結(jié)果是。第一個1是默認(rèn)位，不存儲在23位尾數(shù)部分內(nèi)。移碼后的階表示為127＋3＝130（即82H）。此外：數(shù)0.0存儲全為0；無限大數(shù)的階碼部分存儲全為1，尾數(shù)部分全為0。例：單精度實數(shù)表示十進(jìn)制二進(jìn)制規(guī)格化87匯編程序中實數(shù)的定義與其他數(shù)據(jù)類型一樣，匯編程序可以將實數(shù)定義為單精度或雙精度格式。因為單精度實數(shù)是32位數(shù)，用DD偽指令定義；用DQ（定義四字）偽指令定義64位的雙精度數(shù)?？蛇x的定義實數(shù)指令是REAL4、REAL8、REAL10，分別定義單精度、雙精度和擴(kuò)展精度實數(shù)。匯編程序中實數(shù)的定義與其他數(shù)據(jù)類型一樣，匯編程序可以將實數(shù)定88匯編程序中實數(shù)定義舉例；單精度實數(shù)NUMB1DD1.234;定義1.234NUMB2DD-23.4;定義-23.4NUMB1REAL44.2E2;定義420NUMB1REAL41.234;定義4字節(jié)實數(shù)；雙精度實數(shù)NUMB5DQ1.234;定義1.234NUMB6REAL8-23.4;定義-23.4NUMB7REAL8123.4;定義8字節(jié)實數(shù)；擴(kuò)展精度實數(shù)NUMB8REAL10123.4;定義10字節(jié)實數(shù)匯編程序中實數(shù)定義舉例；單精度實數(shù)；雙精度實數(shù)892、符號非數(shù)值數(shù)據(jù)，用于表示一些符號標(biāo)記。ASCII碼漢字圖形圖象聲音2、符號非數(shù)值數(shù)據(jù)，用于表示一些符號標(biāo)記。ASCII碼90ASCII碼表示計算機(jī)系統(tǒng)存儲器中的字母、數(shù)字、符號標(biāo)準(zhǔn)ASCII碼是7位代碼，它的第8位即最高有效位，在某些系統(tǒng)中用于保存其奇偶性將字符或控制字符轉(zhuǎn)換成ASCII字符，首先定位要轉(zhuǎn)換的字符，然后查表尋找十六進(jìn)制ASCII碼的第一位數(shù)字，再找第二位數(shù)字ASCII碼表示計算機(jī)系統(tǒng)存儲器中的字母、數(shù)字、符號91ASCII碼表ASCII碼表92C語言程序設(shè)計-課件9325鍵盤輸入0011001000110101ASCII碼00011001二進(jìn)制碼0011001000110101ASCII碼25顯示、打印25鍵盤輸入0011001000110101ASCII碼094記住常用ASCII碼：數(shù)字：0～930H～39H大寫字母：A~41H~小寫字母：a~61H~空格：20H回車：0DH換行：0AH記住常用ASCII碼：數(shù)字：0～930H～95微型計算機(jī)原理

與接口技術(shù)中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)何克東微型計算機(jī)原理

與接96第1章緒論第1章緒論971.1微型計算機(jī)的發(fā)展概況微型計算機(jī)的發(fā)展是以微處理器的發(fā)展來表征的。將傳統(tǒng)計算機(jī)的運算器和控制器集成在一塊大規(guī)模集成電路芯片上作為微型計算機(jī)的中央處理器（CentralProcessUnit，CPU），稱為微處理器。微型計算機(jī)是以微處理器為核心，再配上存儲器，接口電路芯片，輸入/輸出設(shè)備構(gòu)成。1.1微型計算機(jī)的發(fā)展概況微型計算機(jī)的98計算機(jī)的分代1946年，世界上第一臺現(xiàn)代意義的電子計算機(jī)ENIAC（電子數(shù)值積分計算機(jī)）在美國賓夕法尼亞大學(xué)誕生，使用了18000多個真空管和超過500英里長的導(dǎo)線，占地170平方米，重量超過30噸，每秒只能執(zhí)行約10萬次運算。1948年，貝爾實驗室研制出晶體管。1949年，英國劍橋大學(xué)研制出第一臺程序存儲計算機(jī)EDSAC(電子延遲存儲自動計算器)。1958年，得克薩斯儀器公司發(fā)明了集成電路。1965年,摩爾經(jīng)統(tǒng)計發(fā)現(xiàn),集成電路內(nèi)芯片的晶體管數(shù)目幾乎每隔18到24個月其集成度就要翻一番,即摩爾定律。計算機(jī)的分代1946年，世界上第一臺現(xiàn)代意義的電子計算機(jī)E99C語言程序設(shè)計-課件100微處理器飛速發(fā)展8038680486奔騰奔騰2代奔騰4代802868086奔騰3代IA-64(安騰)40041971年1978年1983年1985年1989年1993年1997年1999年2000年Moore(摩爾)定律:“微芯片上集成的晶體管數(shù)目每三年翻兩番”雙核2006年2001年微處理器飛速發(fā)展8038680486奔騰奔騰2代奔騰4代801011978年，第一代微處理機(jī)－16位的8086/8088CPU集成了29000個晶體管，主頻分別為5MHz/8MHz/10MHz，尋址空間為1MB，地址總線20位，數(shù)據(jù)總線16位(8088的外部數(shù)據(jù)總線為8位)。1981年IBM公司推出了使用8088CPU的微型計算機(jī)，命名為IBM-PC。1983年，推出了IBM-PC/XT。1983年，第二代微處理機(jī)－16位的80286CPU集成了13萬多個晶體管，主頻20MHz，尋址空間為16MB，地址總線24位，數(shù)據(jù)總線16位首次提出了實方式和保護(hù)方式,引進(jìn)了段描述符表的概念.1984年IBM公司把裝有286CPU的微機(jī)命名為IBM-PC/AT。微型計算機(jī)的發(fā)展1978年，第一代微處理機(jī)－16位的8086/8088CPU102IBM-PCIBM:InternationalBusinessMachineCorp.國際商業(yè)機(jī)器公司PC:PersonalComputer個人計算機(jī)IBM-PCIBM:InternationalBusin103IBM-PCCPU(中央處理器)Intel(英特)OS(操作系統(tǒng))MicroSoft(微軟)IBM-PCCPUIntelOSMic1041.組成它的主要部件，如中央處理器、存儲器、外部設(shè)備接口及其控制都由大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路(VLSI)實現(xiàn)，現(xiàn)已做到僅由一決芯片構(gòu)成。2.基本配置簡單，一般多由主機(jī)、顯示器、鍵盤、軟盤和硬盤驅(qū)動器以及打印機(jī)等其他外部設(shè)備組成。整個微型機(jī)系統(tǒng)可以放在一張辦公臺上，不需要專門的維護(hù)人員。PC機(jī)的特點1.組成它的主要部件，如中央處理器、存儲器、外部設(shè)備接口及1053.采用總線(BUS)結(jié)構(gòu)，使中央處理器、存儲器、外部設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換都通過總線完成，不僅簡化了微型機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，又為擴(kuò)充其功能提供了方便。4.可靠性高。由于微型機(jī)采用大規(guī)模集成電路技術(shù)，使系統(tǒng)內(nèi)的組件數(shù)大幅度下降，相應(yīng)的連接線及焊接點數(shù)比采用中、小規(guī)模集成電路減少兩個數(shù)量級以上。目前大規(guī)模集成電路芯片的損壞率為0.0005/千小時，大大提高了整機(jī)的可靠性，通常微型機(jī)都可正常工作數(shù)小時以上無故障。3.采用總線(BUS)結(jié)構(gòu)，使中央處理器、存儲器、外部設(shè)1061985年10月，第三代微處理機(jī)－32位的80386CPU集成了27.5萬個晶體管，時鐘頻率33MHz，4GB的尋址空間，地址總線32位，數(shù)據(jù)總線32位在芯片內(nèi)部集成了分段存儲管理部件和分頁存儲管理部件，管理高達(dá)64TB的虛擬存儲，提供了“虛擬8086”的工作方式推出了數(shù)字協(xié)同處理器－80387（浮點運算部件）1989年4月，第四代微處理機(jī)－32位的80486CPU集成了120萬個晶體管，尋址空間4GB，地址總線32位，數(shù)據(jù)總線32位把浮點運算部件集成芯片之內(nèi)，同時把一個規(guī)模大小為8KB的一級高速緩沖存儲器Cache也集成進(jìn)了CPU芯片內(nèi)，芯片的整數(shù)處理部件采用RISC結(jié)構(gòu)，引進(jìn)了時鐘倍頻技術(shù)，使主頻可能超過100MHZ1985年10月，第三代微處理機(jī)－32位的80386CPU1071993年3月，第五代微處理機(jī)－Pentium集成了310萬個晶體管，尋址空間4GB，地址總線32位，數(shù)據(jù)總線64位CPU內(nèi)部配置了大小為16KB的一級高速緩沖存儲器Cache芯片的主頻有：60MHz、66MHz、75MHz、90MHz、100MHz、120MHz、133MHz、150MHz、166MHz、200MHz1995年11月，高能奔騰（PentiumPro）芯片內(nèi)部集成了550萬個晶體管，內(nèi)部時鐘頻率為133MHz，尋址空間4G，地址總線32位，數(shù)據(jù)總線64位一級Cache大小為16KB（8KB的數(shù)據(jù)，8KB的指令），另包含了一個256KB的二級Cache芯片采用了一項被稱之為“動態(tài)執(zhí)行”的創(chuàng)新技術(shù)1993年3月，第五代微處理機(jī)－Pentium1081996年底，多能奔騰（PentiumMMX）芯片內(nèi)部集成了450萬個晶體管，頻率主要有：166MHz、200MHz、233MHz，尋址空間4G，地址總線32位，數(shù)據(jù)總線64位CPU增加了57條MMX（多媒體增強）指令，一級Cache增加到32KB1997年5月，二代奔騰（PentiumII）集成了750萬個晶體管，主頻分233MHz、266MHz、300MHz和333MHz4種，尋址空間4G，地址總線32位，數(shù)據(jù)總線64位一級Cache的大小為32KB，二級Cache的大小為512KB雙獨立總線結(jié)構(gòu)，首次采用slot1接口標(biāo)準(zhǔn)1996年底，多能奔騰（PentiumMMX）1091999年2月，PentiumIII芯片內(nèi)集成了2800萬個晶體管，CPU主頻733MHz，尋址空間4GB，地址總線32位，數(shù)據(jù)總線64位浮點運算和三維處理方面能力明顯增強增加了71條稱為互聯(lián)網(wǎng)SSE的指令和處理機(jī)序列號。2000年3月，Pentium4芯片內(nèi)集成了4200萬個晶體管，CPU主頻1.3GHz，尋址空間4GB，地址總線32位，數(shù)據(jù)總線64位支持更為強大的SSE2指令集,支持多達(dá)20級的超標(biāo)量流水線，總線頻率達(dá)到400MHz目前，P4芯片內(nèi)集成晶體管的個數(shù)已達(dá)5500萬個，總線頻率達(dá)到800MHz,主頻達(dá)到3GHz以上。1999年2月，PentiumIII110微處理機(jī)時代Intel公司和HP公司在2001年共同開發(fā)的64位處理器Itanium(安騰)處理器2003年4月AMD公司推出首款64位處理器，這是一款采用x86兼容架構(gòu)的64位CPU，它最大的特點就是在支持64位數(shù)據(jù)尋址的同時，向下兼容32位數(shù)據(jù)尋址，妥善解決了CPU從32位到64位的過渡和兼容問題，從而掀起了桌面處理器從32位向64位過渡的技術(shù)革命。微處理機(jī)時代Intel公司和HP公司在2001年共同開發(fā)的6111微處理機(jī)時代2004年3月，Intel也發(fā)布了其首款64位Xeon處理器，它采用EM64T(IntelExtendedMemory64Technology)技術(shù)，同時支持32位和64位運算，在運行64位程序時采用64位工作方式，而在處理32位運算時依然是IA32(即x86)工作結(jié)構(gòu)，這實際上也一起被稱為x86-64架構(gòu)。

微處理機(jī)時代2004年3月，Intel也發(fā)布了其首款64位X112微處理機(jī)時代2006年5月：英特爾?酷睿?2雙核處理器品牌隆重推出全新處理器可實現(xiàn)高達(dá)40%的性能提升，其能效比最出色的英特爾?奔騰?處理器高出40%。英特爾?酷睿?2雙核處理器包含2.91億個晶體管。微處理機(jī)時代2006年5月：英特爾?酷睿?2雙核113微處理機(jī)時代在2007年的9月6日，Intel發(fā)布代號為“Tigerton”的7300系列四核心處理器。Tigerton是一款面向4路及以上服務(wù)器的四核服務(wù)器處理器，構(gòu)成擁有16個核心的服務(wù)器。Tigerton將意味著雙獨立總線架構(gòu)的終結(jié)，它將使用專用連接，連接內(nèi)核和芯片組。微處理機(jī)時代在2007年的9月6日，Intel發(fā)布114INTEL宣布，在2008年9月14日推出業(yè)界首款六核心服務(wù)器處理器Dunnington。型號分別是XeonX7450/2.40GHz和XeonX7460/2.66GHz,以及2.13GHz低壓版XeonL7455，熱設(shè)計功耗分別為130W、90W以及65W。前端總線均為1066MHz。DunningtonXeon基于45nmPenryn核心，兼容TigertonXeon7300系列。這三款服務(wù)器處理器均采用45nm制程工藝。其中XeonX7460內(nèi)建16MBL3共享緩存，XeonL7455和XeonE7450內(nèi)建12MBL3共享緩存。INTEL宣布，在2008年9月14日推出業(yè)界首款六115龍芯龍芯116計算機(jī)的發(fā)展趨勢微型化─便攜式、低功耗巨型化─尖端科技領(lǐng)域的信息處理,需要超大容量、高速度智能化─模擬人類大腦思維和交流方式,多種處理能力系列化、標(biāo)準(zhǔn)化─便于各種計算機(jī)硬、軟件兼容和升級網(wǎng)絡(luò)化─網(wǎng)絡(luò)計算機(jī)和信息高速公路多機(jī)系統(tǒng)─大型設(shè)備、生產(chǎn)流水線集中管理(獨立控制、故障分散、資源共享)計算機(jī)的發(fā)展趨勢微型化─便攜式、低功耗117程序設(shè)計的進(jìn)步機(jī)器語言：計算機(jī)系統(tǒng)發(fā)展早期0、1組成的二進(jìn)制代碼編程要涉及許多代碼，開發(fā)程序非常耗費時間匯編語言：20世紀(jì)50年代用助記符代替二進(jìn)制碼編程仍然很不容易高級語言：1957年后FORTRAN，用公式解決數(shù)學(xué)問題COBOL,廣泛用于商業(yè)程序設(shè)計BASIC,C/C++,PASCAL,VISUALBASIC,VC++程序設(shè)計的進(jìn)步機(jī)器語言：118例：把操作數(shù)0F03AH送給A機(jī)器語言：101111110011101011110000匯編語言：MOVA,0F03AH高級語言:A=0F03AH1111000000111010A例：把操作數(shù)0F03AH送給A11110000001111191．科學(xué)計算在大型的系統(tǒng)工程中，往往需要大量的計算。比如天氣預(yù)報：全國甚至全世界各個地域的溫度、濕度、各個不同高度的大氣數(shù)據(jù)、地域地理數(shù)據(jù)，反正是驚人的數(shù)據(jù)量集中到大型計算中心，進(jìn)行大規(guī)模的數(shù)據(jù)運算，得出今后不同時期的天氣概率。2．過程控制這里往往用在生產(chǎn)、軍事領(lǐng)域。這樣的計算機(jī)實時采集外界的數(shù)據(jù)，并且盡量快的加以處理，用事先定義好的應(yīng)對方式加以響應(yīng)和控制相關(guān)部件。比如化工生產(chǎn)當(dāng)中的各個管道的壓力溫度流量必須在一定的范圍內(nèi)，這是各個探頭實時采集以上數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)不對時立刻控制相關(guān)閥門加以處理。計算機(jī)的主要應(yīng)用領(lǐng)域1．科學(xué)計算計算機(jī)的主要應(yīng)用領(lǐng)域1203．信息處理計算機(jī)不僅能處理數(shù)值數(shù)據(jù)和字符信息，還能處理圖形、圖象、聲音、動畫等各種信息。在業(yè)務(wù)處理、情報處理、辦公自動化、管理和決策方面，計算機(jī)都得到了廣泛的應(yīng)用，如管理信息系統(tǒng)（MIS），決策支持系統(tǒng)（DSS）等。4．計算機(jī)輔助設(shè)計、輔助制造和輔助教學(xué)計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD），計算機(jī)輔助制造（CAM），計算機(jī)輔助教學(xué)（CAI），這些都是新興的行業(yè)，利用計算機(jī)在這些傳統(tǒng)領(lǐng)域的拓展，大大縮短了制造業(yè)的設(shè)計制造周期。5．人工智能（AI）用計算機(jī)代替人類的某些腦力勞動。3．信息處理121位(BIT/BInarydigiT):二進(jìn)制位，這是計算機(jī)中最小的數(shù)據(jù)單位。一個二進(jìn)制位只能表示兩種狀態(tài)(0或1)。在計算機(jī)系統(tǒng)中，都是由0、1組成的信息數(shù)據(jù)流。字節(jié)(Byte)：1字節(jié)=8位。這是計算機(jī)中用得最多的數(shù)據(jù)單位。計算機(jī)中常用的數(shù)據(jù)單位位(BIT/BInarydigiT):二進(jìn)制位，這是計算122千字節(jié)(KB/Kilo-Bytes)：1KB=210字節(jié)=1024字節(jié)。這個數(shù)據(jù)單位現(xiàn)在用的比較少了。百萬字節(jié)(MB/Mega-Bytes)：1MB=1024KB=220字節(jié)=1048567字節(jié)。“MB”現(xiàn)在常用于指內(nèi)存的容量，例如256MB、512MB；顯示存儲器的容量，例如128MB、256MB；軟盤的容量，例如1.44MB字(Word)：字的長度是指計算機(jī)在存儲、傳輸或操作時，作為一個單元的一組二進(jìn)制位。因此，不同的計算機(jī)系統(tǒng)的字的長度是不一樣的。例如，8086、80286CPU的字長是16位，80386、80486CPU的字長是32位。千字節(jié)(KB/Kilo-Bytes)：1KB=210字節(jié)=1123十億字節(jié)(GB/Giga-Bytes)：1GB=1024MB=230字節(jié)=1073741824字節(jié)?！癎B”現(xiàn)在主要用于指硬盤的容量，目前常用的硬盤都在60GB以上萬億字節(jié)(TB/Trillion-Bytes)：1TB=1024GB=240字節(jié)=1099511627776字節(jié)。十億字節(jié)(GB/Giga-Bytes)：1GB=1024MB1241.2微型計算機(jī)系統(tǒng)微處理器微型計算機(jī)微型計算機(jī)系統(tǒng)微機(jī)性能指標(biāo)

1.2微型計算機(jī)系統(tǒng)微處理器125馮.諾依曼對計算機(jī)基本原理的闡述：必須有一個存儲器，程序和數(shù)據(jù)都以二進(jìn)制代碼的形式存放在存儲器中，在形式上指令和數(shù)據(jù)是沒有區(qū)別的，程序在執(zhí)行的過程中也可以和數(shù)據(jù)一樣進(jìn)行處理和修改。必須有一個控制器。在它的控制下，將指令依次從存儲器中取出，然后對其進(jìn)行解釋和執(zhí)行。每條指令都由操作碼、操作數(shù)地址和運算結(jié)果地址組成。必須有一個運算器。用來完成所需的算術(shù)運算和邏輯運算。必須有輸入和輸出設(shè)備。用以進(jìn)行人機(jī)通信，而且人機(jī)之間的指令、數(shù)據(jù)及運算結(jié)果的交換是沒有限制的。馮.諾依曼對計算機(jī)基本原理的闡述：必須有一個存儲器，程序和126微型計算機(jī)的組成CPU存儲器I/O接口I/O設(shè)備地址總線AB數(shù)據(jù)總線DB控制總線CBI/O總線控制面向系統(tǒng)單總線結(jié)構(gòu)：微型計算機(jī)的組成CPU存儲器I/O接口I/O設(shè)備地址總線AB127微型計算機(jī)的系統(tǒng)組成運算器

控制器寄存器組

內(nèi)存儲器總線輸入輸出接口電路外部設(shè)備軟件微處理器微型計算機(jī)微型計算機(jī)系統(tǒng)微處理器、微型計算機(jī)、微型計算機(jī)系統(tǒng)之間的關(guān)系微型計算機(jī)的系統(tǒng)組成運算器控制器內(nèi)存儲器128計算機(jī)系統(tǒng)硬件主機(jī)處理器(CPU)軟件外圍設(shè)備運算器控制器存儲器(內(nèi)存)RAMROM外部設(shè)備輔助設(shè)備輸入設(shè)備(鍵盤、掃描儀、語音識別儀…)輸出設(shè)備(顯示器、打印機(jī)、繪圖儀、…)輔助存儲器(磁帶、磁盤、光盤)輸入/輸出接口(PIO、SIO、CTC、ADC、DAC…)(I/O接口)總線(AB、DB、CB)系統(tǒng)軟件(操作系統(tǒng)，編輯、編譯程序，故障診斷,監(jiān)控程序…)應(yīng)用軟件(科學(xué)計算，工業(yè)控制，數(shù)據(jù)處理…)程序設(shè)計語言(機(jī)器語言、匯編語言、高級語言)電源電路時鐘電路計算機(jī)系統(tǒng)硬件處理器軟件外圍設(shè)備運算器存儲器RAM外部設(shè)備輔129內(nèi)部數(shù)據(jù)總線控制總線數(shù)據(jù)總線地址總線暫存器累加器ALU標(biāo)志寄存器指令寄存指令譯碼時序和控制邏輯通用寄存器組地址寄存器組地址總線控制數(shù)據(jù)總線控制微處理器（CPU）的基本結(jié)構(gòu)算術(shù)邏輯單元（運算器）指令處理單元（控制器）寄存器組內(nèi)部數(shù)據(jù)總線控制總線數(shù)據(jù)總線地址總線暫存器累加器ALU標(biāo)志寄130英特爾微處理器芯片80386PentiumPentium4微處理器英特爾微處理器芯片80386PentiumPentium41318086/8088內(nèi)部結(jié)構(gòu)8086/8088內(nèi)部結(jié)構(gòu)132存儲器存儲器是用來存儲信息的部件。存儲器的性能指標(biāo)：存儲容量存取速度計算機(jī)的存儲器分為2大類：內(nèi)部存儲器，簡稱內(nèi)存或主存。又分為：RAM隨機(jī)存取存儲器：SRAM、DRAMROM只讀存儲器：ROM、PROM、EPROM、EEPROM外部存儲器，簡稱外存：硬盤、軟盤、磁帶、光盤另外，還有CACHERAM存儲器存儲器是用來存儲信息的部件。存儲器的性能指標(biāo)：133C語言程序設(shè)計-課件134擴(kuò)展內(nèi)存XMS系統(tǒng)區(qū)384KBTPA640KBCPUPC系統(tǒng)的存儲器映象Cache主存輔存海存內(nèi)存外存存儲管理方式：實模式保護(hù)模式V86模式常規(guī)內(nèi)存1MB擴(kuò)展內(nèi)存系統(tǒng)區(qū)384KBTPACPUPC系統(tǒng)的存儲器135奇地址8位8MBFFFFFF微處理器的物理存儲系統(tǒng)（一）偶地址8位8MBFFFFFED7～D0D15～D800000000000116位機(jī)（8086/8088）1MB16位機(jī)（80286）16MB奇地址8位FFFFFF微處理器的物理存儲系統(tǒng)（一）偶地址136存儲體48位1GBFFFFFFFF微處理器的物理存儲系統(tǒng)（二）存儲體38位1GBFFFFFFFED23～D16D31～D2480386DX（4GB）80486SX（4GB）80486DX（4GB）0000000200000003存儲體28位1GBFFFFFFFDD15～D800000001存儲體18位1GBFFFFFFFCD7～D00000000032位機(jī)存儲體48位FFFFFFFF微處理器的物理存儲系統(tǒng)（二）存137I/O接口用于CPU(或存儲器)與外設(shè)之間的信息交換最常用的簡單輸入輸出接口芯片主要有緩存器和鎖存器：緩沖器：74LS244、74LS245鎖存器：74LS373其它：可編程中斷控制器8259A可編程計數(shù)器/定時器8253/8254可編程外圍接口芯片8255A串行通信和可編程接口芯片8250A模數(shù)（A/D）和數(shù)模（D/A）轉(zhuǎn)換器DMA控制器8237AI/O接口用于CPU(或存儲器)與外設(shè)之間的信息交換138I/O設(shè)備輸入設(shè)備串行通信設(shè)備軟盤、硬盤鼠標(biāo)CD－ROM鍵盤掃描儀DVD輸出設(shè)備打印機(jī)（針打、激光、噴墨）軟盤、硬盤繪圖儀顯示器I/O設(shè)備輸入設(shè)備輸出設(shè)備139總線(BUS) 在計算機(jī)系統(tǒng)中，各個部件之間傳送信息的公共通路叫總線。從總線的不同使用角度可以分為以下幾類：內(nèi)部總線：微處理器內(nèi)部各個部件之間傳送信息的通路。元件級總線：連接計算機(jī)系統(tǒng)中主要部件的總線。有AB、DB、CB。系統(tǒng)總線：指在印刷電路板上連接各插件的公共通路。有ISA：16位標(biāo)準(zhǔn)總線，8MB/SEISA：擴(kuò)展工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)總線，適用于32位機(jī)，33MB/SVESA：全開放通用局部總線，適用于486機(jī)，支持高速視頻卡操作，32/64位，132MB/SPCI：外圍元件互聯(lián)，32/64位，支持Pentium機(jī)，時鐘頻率33MHz，132MB/SAGP：高速圖形接口，用于視頻、顯示，時鐘頻率66MHz，133MB/S總線(BUS) 在計算機(jī)系統(tǒng)中，各個部件之間傳送信息的公共140外部總線：USB：通用串行總線，用于鍵盤、鼠標(biāo)、聲卡，10MB/SEIARS－232總線IEEE－488總線IEEE－1394外部總線：141PC機(jī)上的總線