機(jī)械電子工程學(xué)院

學(xué)時(shí)：64實(shí)際教學(xué)＋16實(shí)驗(yàn)〔課外上機(jī)16〕學(xué)分：5最終成果構(gòu)成：期中20％＋平常10％＋實(shí)驗(yàn)10％＋期末60％先修課程：<數(shù)字邏輯電路>_______________________________________教師：劉民岷：83202575(O)88872422(H)答疑：周一晚7:00主樓西315微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理及接口技術(shù)1機(jī)械電子工程學(xué)院劉民岷內(nèi)容簡介一、概述〔4學(xué)時(shí)〕二、微處置器與系統(tǒng)構(gòu)造〔10學(xué)時(shí)〕三、80X86指令系統(tǒng)〔8學(xué)時(shí)〕四、宏匯編言語設(shè)計(jì)〔8學(xué)時(shí)〕五、存儲(chǔ)器〔6學(xué)時(shí)〕2機(jī)械電子工程學(xué)院劉民岷六、微機(jī)接口根底〔6學(xué)時(shí)〕九、微機(jī)接口芯片及運(yùn)用〔12學(xué)時(shí)〕七、中斷〔4學(xué)時(shí)〕八、系統(tǒng)總線與接口技術(shù)〔4學(xué)時(shí)〕復(fù)習(xí)/習(xí)題〔2學(xué)時(shí)〕內(nèi)容簡介3機(jī)械電子工程學(xué)院劉民岷第一章概述1.1 信息在計(jì)算機(jī)中的表示1.2 微機(jī)開展概略1.3 微機(jī)系統(tǒng)任務(wù)原理1.4 微機(jī)硬件1.5 微機(jī)軟件1.6 嵌入式系統(tǒng)4機(jī)械電子工程學(xué)院劉民岷1.1信息在計(jì)算機(jī)中的表示——在計(jì)算機(jī)內(nèi)部用二進(jìn)制數(shù)以不同方式編碼表示和存儲(chǔ)信息。1.1.1機(jī)器數(shù)與真值 用“+〞和“-〞表示符號的帶符號數(shù)稱為真值。 用“0〞和“1〞表示符號的帶符號二進(jìn)制〔Binary〕數(shù)稱為機(jī)器數(shù)。 機(jī)器數(shù)除了可以寫成二進(jìn)制的方式外，通常也寫成十六進(jìn)制〔Hex〕的方式。第一章5機(jī)械電子工程學(xué)院劉民岷附十進(jìn)制數(shù)、二進(jìn)制數(shù)與十六進(jìn)制數(shù)DecimalBinaryHexDecimalBinaryHex000000810008100011910019200102101010A300113111011B401004121100C501015131101D601106141110E701117151111F6機(jī)械電子工程學(xué)院劉民岷1.1.2計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)類型位b〔bit〕、字節(jié)B〔Byte〕、字W〔Word〕、雙字DW〔DoubleWord〕、四字QW〔QuardWord〕1bit=1個(gè)二進(jìn)制位1Byte=8bit1Word=2Byte1DoubleWord=2Word=4Byte1QuardWord=4Word……0110110001111110101011001111000001010011bit(1B)Byte(53H)Word(0F053H)DoubleWord(7EACF053H)Quardword低字節(jié)高字節(jié)高字低字第一章數(shù)據(jù)類型的低字節(jié)存放在較低地址處??！7機(jī)械電子工程學(xué)院劉民岷1.1.3原碼、反碼與補(bǔ)碼計(jì)算機(jī)中帶符號數(shù)的表示對于帶符號數(shù)，最高位為符號位，余下的二進(jìn)制數(shù)位表示數(shù)值。符號位用“0〞表示正數(shù)，用“1〞表示負(fù)數(shù)。(2n–1)為n個(gè)1，(2n–1)-|x|為|x|的反碼，所以求負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼可按“按位取反，末位加1〞的方法進(jìn)展。[x]補(bǔ)=x2n-|x|(x<0)x>=0微機(jī)中用補(bǔ)碼表示帶符號數(shù)利用補(bǔ)碼將減法運(yùn)算轉(zhuǎn)化為加法運(yùn)算：X=[[X]補(bǔ)]補(bǔ)[X+Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)+[Y]補(bǔ)[X-Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)+[-Y]補(bǔ)第一章8機(jī)械電子工程學(xué)院劉民岷機(jī)器數(shù)的三種編碼方式原碼反碼補(bǔ)碼設(shè)X=(+-)X1,X2,…,Xi,…,Xn-1，其中Xi為一位二進(jìn)制數(shù)，i=1,2,…,n-1。那么[X]原9機(jī)械電子工程學(xué)院劉民岷8位二進(jìn)制數(shù)十六進(jìn)制數(shù)無符號數(shù)原碼補(bǔ)碼反碼0000000000H0+0+0+00000000101H1+1+1+10000001002H2+2+2+2····································011111017DH125+125+125+125011111107EH126+126+126+126011111117FH127+127+127+1271000000080H128-0-128-1271000000181H129-1-127-1261000001082H130-2-126-125····································11111101FDH253-125-3-211111110FEH254-126-2-111111111FFH255-127-1-0第一章10機(jī)械電子工程學(xué)院劉民岷補(bǔ)碼的益處由于補(bǔ)碼具有運(yùn)算過程簡單、效率高、硬件電路構(gòu)造簡單和便于實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)算等優(yōu)點(diǎn)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的帶符號數(shù)通常都采用補(bǔ)碼表示法X=[[X]補(bǔ)]補(bǔ)[X+Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)+[Y]補(bǔ)[X-Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)+[-Y]補(bǔ)11機(jī)械電子工程學(xué)院劉民岷1.1.4定點(diǎn)數(shù)與浮點(diǎn)數(shù)定點(diǎn)數(shù)—小數(shù)點(diǎn)位置固定〔例如純整數(shù)和純小數(shù)〕浮點(diǎn)數(shù)—小數(shù)點(diǎn)位置不固定〔充分利用有限位數(shù)，擴(kuò)展數(shù)的表示范圍和精度〕浮點(diǎn)數(shù)的表示方法〔IEEE〕SE1E2E3E4…Eib1b2b3b4…bp-1符號指數(shù)尾數(shù)(-1)S2E(b0b1b2b3…bp-1)S=0正數(shù)S=1負(fù)數(shù)小數(shù)點(diǎn)位置與b0=1省略第一章12機(jī)械電子工程學(xué)院劉民岷微機(jī)系統(tǒng)的三種浮點(diǎn)數(shù)類型〔IEEE〕浮點(diǎn)數(shù)中的參數(shù)單精度浮點(diǎn)數(shù)雙精度浮點(diǎn)數(shù)擴(kuò)充精度浮點(diǎn)數(shù)浮點(diǎn)數(shù)長度32位64位80位尾數(shù)長度p23位52位64位符號位S1位1位1位指數(shù)長度E8位11位15位最小指數(shù)-126-1022-16382最大指數(shù)+127+1023+16383指數(shù)的偏移量值+127+1023+16383【例1.3】將十進(jìn)制數(shù)219.125表示成單精度浮點(diǎn)數(shù)。〔P5〕219.125D=11011011.001B=1.101101100127E=7+127=134=10000110B。得到二進(jìn)制表示的規(guī)格化的浮點(diǎn)數(shù)方式：尾數(shù)〔共23位〕，包括隱含的b0共24位指數(shù)符號01000011010110110010000000000000第一章13機(jī)械電子工程學(xué)院劉民岷1.1.5計(jì)算機(jī)中常用碼制1．BCD碼〔BinaryCodedDecimal〕用二進(jìn)制編碼表示十進(jìn)制數(shù)稱為BCD碼。一位十進(jìn)制數(shù)需求用4位二進(jìn)制編碼表示。例如(0100100101111000.000101001001)BCD(4978.149)D緊縮BCD碼：一個(gè)字節(jié)表示兩位十進(jìn)制數(shù)非緊縮BCD碼：一個(gè)字節(jié)表示一位十進(jìn)制數(shù)〔運(yùn)用低四位〕2.ASCII碼美國國家信息交換規(guī)范代碼ASCII〔AmericanStandardCodeforInformationInterchange〕已成為計(jì)算機(jī)字符編碼的國際規(guī)范。

第一章14機(jī)械電子工程學(xué)院劉民岷

012345670NULDLESP0@P`P1SOHDC1!1AQaQ2STXDC2“2BRbR3ETXDC3#3CScS4EOTDC4$4DTdT5ENQNAK%5EUeU6ACKSYN&6FVfV7BELETB‘7GWgW8BSCAN(8HXhX9HTEM)9IYiYALFSUB*:JZjZBVTESC+;K[k{CFFFS,<L\l|DCRGS-=M]m}ESORS.>N^n~FSIUS/?O_oDELNUL空SOH標(biāo)題開場STX正文終了ETX本文終了EOT傳輸終了ENQ訊問ACK成認(rèn)BEL報(bào)警符BS退格HT橫向列表LF換行VT垂直制表FF走紙控制CR回車SO移位輸出SI移位輸入SP空格DLE數(shù)據(jù)鏈換碼DC1設(shè)備控制1DC2設(shè)備控制2DC3設(shè)備控制3DC4設(shè)備控制4NAK否認(rèn)SYN空轉(zhuǎn)同步ETB信息組傳送終了CAN作廢EM紙盡SUB減ESC換碼FS分隔符GS組分隔符RS記錄分隔符US單元分隔符DEL作廢第一章15機(jī)械電子工程學(xué)院劉民岷3.中文編碼中文字符用二個(gè)字節(jié)表示，每個(gè)字節(jié)的最高位置1，余下的14位表示字符，構(gòu)成漢字內(nèi)碼(GB2312-80)。漢字內(nèi)碼是對漢字的獨(dú)一標(biāo)識。漢字輸入碼各種輸入法所采用的漢字編碼統(tǒng)稱為輸入碼漢字內(nèi)碼輸入的漢字在機(jī)器中必需轉(zhuǎn)換為一致的機(jī)內(nèi)碼漢字輸出碼用于輸出漢字字型的點(diǎn)陣編碼第一章16機(jī)械電子工程學(xué)院劉民岷1.2微機(jī)開展概略第一臺(tái)數(shù)字式電子計(jì)算機(jī)：ENIAC1946年2月，賓夕法尼亞尼亞大學(xué)莫爾學(xué)院物理學(xué)博士莫克利和電氣工程師?？颂伛T·諾依曼體系1944，參與改良ENIAC的系列專家會(huì)議，研討新型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)造其執(zhí)筆的報(bào)告中，提出新型計(jì)算機(jī)體系構(gòu)造該體系構(gòu)造沿用至今第一章電子計(jì)算機(jī)之父：馮·諾依曼(J.VonNeumann)(1913-1954)，美籍匈牙利人與愛因斯坦一同被聘為普林斯頓大學(xué)高等研討院的第一批終身教授17機(jī)械電子工程學(xué)院劉民岷阿蘭·圖林——真正的計(jì)算機(jī)之父1912年6月23日出生于英國倫敦，發(fā)明圖林機(jī)；圖林把證明數(shù)學(xué)題的推導(dǎo)過程，轉(zhuǎn)變成為一臺(tái)自動(dòng)機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)過程后，不僅證明了這一數(shù)學(xué)難題，而且用“萬能計(jì)算機(jī)〞的想象，從實(shí)際上證明了制造出通用計(jì)算機(jī)的能夠性。他的“萬能計(jì)算機(jī)〞就是現(xiàn)代通用計(jì)算機(jī)的一種模型，這種機(jī)器只需為它編好程序，就可以承當(dāng)其他機(jī)器能做的任何任務(wù)；1954年6月8日清晨，阿蘭的女管家發(fā)現(xiàn)阿蘭死在本人的床上。床頭柜上有個(gè)吃了一半的蘋果……目前，計(jì)算機(jī)界仍有個(gè)一年一度“圖林獎(jiǎng)〞，由美國計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)〔ACM〕頒發(fā)給世界上最優(yōu)秀的電腦科學(xué)家，它就像科學(xué)界的諾貝爾獎(jiǎng)那樣，是電腦領(lǐng)域的最高榮譽(yù)。18機(jī)械電子工程學(xué)院劉民岷現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)之父--巴貝奇查爾斯巴貝奇〔CharlesBabbage〕〔1792-1871〕，設(shè)計(jì)了差分機(jī)〔DifferenceEngine〕和分析機(jī)〔AnalyticalEngine〕。1822年設(shè)計(jì)出分析機(jī)，分析機(jī)是一種機(jī)械式計(jì)算安裝，有三個(gè)主要部分：第一部分是由許多輪子組成的保管數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)庫；第二部分是運(yùn)算安裝；第三部分是對操作順序進(jìn)展控制并能選擇所需處置的數(shù)據(jù)以及輸出結(jié)果的安裝。巴貝奇還把程序控制的思想引入了分析機(jī)，它的想象是采用穿孔卡片把指令存到存儲(chǔ)庫中，機(jī)器根據(jù)穿孔卡片上孔的圖形確定該執(zhí)行什么指令，并自動(dòng)運(yùn)算。分析機(jī)的構(gòu)造、設(shè)計(jì)思想把現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的構(gòu)造、設(shè)計(jì)思想提了出來，可以說是現(xiàn)代通用計(jì)算機(jī)的雛形。19機(jī)械電子工程學(xué)院劉民岷世界第一位程序員——阿達(dá)阿達(dá)奧古斯塔〔AdaAugusta〕〔1815-1852〕，英國著名詩人拜倫的女兒巴貝奇分析機(jī)方案的堅(jiān)決支持者，她不僅了解了巴貝奇分析機(jī)的思想，還以為假設(shè)有正確的指令，分析機(jī)甚至可以用來作曲、制圖和科學(xué)研討，這在當(dāng)時(shí)是非常大膽的預(yù)見她的最重要的奉獻(xiàn)在于初次為計(jì)算機(jī)編出了程序，其中包括計(jì)算三角函數(shù)的程序、級數(shù)相乘程序、伯努利函數(shù)程序等等。被人們贊譽(yù)為“世界上第一位計(jì)算機(jī)程序員〞。為了留念阿達(dá)奧古斯塔，1981年，美國國防部把他們花了10年時(shí)間研制而成的一種軍用計(jì)算機(jī)言語命名為Ada言語。20機(jī)械電子工程學(xué)院劉民岷第一代1971年Intel40044位2300108KHz每秒6萬次1972年Intel80088位3500基本指令周期為20～50μs第二代1974年Intel80808位60002MHzMC68008位68001976年Z808位100002.5MHz第三代1978年Intel808616位290005MHz／基本指令周期0.5μs1982年Intel8028616位13.4萬基本指令周期0.2μs第四代1985年10月8038632位27.5萬

16-33MHz／3-4MIPS

1989年4月

8048632位120萬33-120MHz/41-54MIPS第五代1993.3.22Pentium32位310萬

75-133MHz0.6μm1995.11.8Pentiumpro32位550萬200MHz/400MIPS1997年P(guān)entiumⅡ32位700萬266MHz/400MIPS1999.2.26PentiumⅢ32位2800萬450MHz1999.2.24AMD-K6-Ⅲ32位2130萬450MHz0.25μm2000.11.24Pentium432位4200萬1.4GHz0.18μm更新……微處置器開展一覽表21機(jī)械電子工程學(xué)院劉民岷奔騰不息晉級不止Intel2004年2月1日發(fā)布基于Prescott中心的第三代Pentium4處置器。采用0.09微米的制造工藝，擁有一億兩千五百萬個(gè)晶體管，管線也添加到了31級。配備1MB二級緩存，16KB的數(shù)據(jù)緩存。2005/02/21：P46XX發(fā)布起跳頻率為3.2GHz，L2Cache2MB，售價(jià)為215歐元2005/02/28第一章22機(jī)械電子工程學(xué)院劉民岷2006年7月27日全球正式發(fā)布的Core2系列處置器23機(jī)械電子工程學(xué)院劉民岷第一章

Pentium4EPentium4Pentium4ExtremeEditionAthlon64Athlon64FX核心PrescottNorthwoodGallatinClawHammerSledgeHammerSocketSocket478Socket478Socket478Socket754Socket940頻率2.8-3.4GHz1.6-3.4GHz3.2-3.4GHz2.0-2.2GHz2.2GHz生產(chǎn)技術(shù)0.09微米，應(yīng)變硅晶技術(shù)0.13微米0.13微米0.13微米，SOI0.13微米，SOI晶體管數(shù)125百萬55百萬178百萬105.9百萬105.9百萬內(nèi)核尺寸m2112131237193193L1數(shù)據(jù)緩存16KB8KB8KB64KB64KBL1指令緩存1200微指令12000微指令2000微指令64KB64KBL2緩存1024KB512KB512KB1024/512KB1024KBL3緩存——2MB——SIMD指令SSE3/SSE2/SSESSE2/SSESSE2/SSESSE2/SSE/

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3DNow！24機(jī)械電子工程學(xué)院劉民岷GordonMoore1965的預(yù)言曾經(jīng)40年了，這條IT第一定律還能走多遠(yuǎn)？1971/11Intel40042300Transistors1978/6Intel808629000Transistors3μm2002/4Pentium4-2.2G55MillionTransistors0.13μm2004/2Prescott3.4GP4125MillionTransistors90nmGordonMooremadehisfamous…第一章25機(jī)械電子工程學(xué)院劉民岷摩爾定律CPU性能每18個(gè)月添加一倍第一章GordonMoore26機(jī)械電子工程學(xué)院劉民岷摩爾定律晶體管數(shù)目每兩年添加一倍4200280070055031012027.513.42.90.490500100015002000250030003500400045001973197819821985198919931995199719992000年萬晶體管第一章27機(jī)械電子工程學(xué)院劉民岷由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大部分組成；數(shù)據(jù)和程序以二進(jìn)制代碼方式存放；控制器根據(jù)存放在存儲(chǔ)器中的程序來任務(wù)。1.3.1微機(jī)系統(tǒng)構(gòu)造微處置器是將運(yùn)算器和控制器以及其它部件集為一體的大規(guī)模集成電路。一臺(tái)計(jì)算機(jī)是以運(yùn)算器為中心，由運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、控制器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備組成。馮·諾依曼構(gòu)造輸入設(shè)備存儲(chǔ)器運(yùn)算器控制器輸出設(shè)備1.3微機(jī)系統(tǒng)任務(wù)原理第一章28機(jī)械電子工程學(xué)院劉民岷哈佛構(gòu)造29機(jī)械電子工程學(xué)院劉民岷微處置器系統(tǒng)的總線構(gòu)造MPURAMROMI/O接口外設(shè)ABDBCB2組成微機(jī)系統(tǒng)的各部分經(jīng)過地址總線AB、數(shù)據(jù)總線DB和控制總線CB聯(lián)絡(luò)在一同。1總線是計(jì)算機(jī)中各類公共信號線的集合，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中各部分聯(lián)絡(luò)的規(guī)范通道。第一章30機(jī)械電子工程學(xué)院劉民岷微處置器系統(tǒng)的總線構(gòu)造MPURAMROMI/O接口外設(shè)ABDBCB微處置器MPU包含運(yùn)算器和控制器，是微機(jī)系統(tǒng)的中心部件。稱為中央處置單元(CPU)存儲(chǔ)器用來存放數(shù)據(jù)和程序；分為只讀存儲(chǔ)器ROM(ReadOnlyMemory)和隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM(RandomAccessMemory)輸入輸出接口又稱為I/O接口(Input/Outputinterface)，是微機(jī)系統(tǒng)與外部設(shè)備交換信息的電路和通道。第一章31機(jī)械電子工程學(xué)院劉民岷總線構(gòu)造MPUMI/O總線MPUI/OM存儲(chǔ)器總線I/O總線單總線雙總線MPU部分I/O部分M緩沖器總線控制邏輯全局全局MI/ODMA控制器雙重總線部分總線全局總線第一章32機(jī)械電子工程學(xué)院劉民岷數(shù)據(jù)總線DB〔DataBus〕用來傳輸數(shù)據(jù)信息，是雙向總線，CPU既可經(jīng)過DB從內(nèi)存或輸入設(shè)備讀入數(shù)據(jù)，又可經(jīng)過DB將內(nèi)部數(shù)據(jù)送至內(nèi)存或輸出設(shè)備。地址總線AB〔AddressBus〕用于傳送CPU發(fā)出的地址信息，是單向總線。目的是指明與CPU交換信息的內(nèi)存單元或I/O設(shè)備。控制總線CB〔ControlBus〕用來傳送控制信號、時(shí)序信號和形狀信息等。其中有的是CPU向內(nèi)存和外設(shè)發(fā)出的信息，有的那么是內(nèi)存或外設(shè)向CPU發(fā)出的信息?？梢姡珻B中每一根線的方向是一定的、單向的，但作為一個(gè)整體那么是雙向的，所以在各種構(gòu)造框圖中，凡涉及到控制總線CB，均以雙向線表示。第一章33機(jī)械電子工程學(xué)院劉民岷以全加器為根底，輔之以移位存放器及相應(yīng)控制邏輯，完成加、減、乘、除四那么運(yùn)算和各種邏輯運(yùn)算存放運(yùn)算操作數(shù)和結(jié)果存放器組(RS)通用存放器組堆棧指針(SP)程序計(jì)數(shù)器(PC)地址緩沖器數(shù)據(jù)緩沖器指令存放器(IR)指令譯碼器(ID)操作控制器(OC)累加器(ACC)累加鎖存器標(biāo)志存放器(FR)暫存器算術(shù)邏輯單元(ALU)根據(jù)指令發(fā)出控制信號地址總線數(shù)據(jù)總線控制總線暫時(shí)存放單元：暫時(shí)存放數(shù)據(jù)和地址指示棧項(xiàng)地址存放下一條要執(zhí)行的指令的地址存放ALU操作結(jié)果的形狀1.3.2微處置器簡化模型第一章34機(jī)械電子工程學(xué)院劉民岷35機(jī)械電子工程學(xué)院劉民岷1.3.3指令概述指令是規(guī)定計(jì)算機(jī)執(zhí)行特定操作的命令。通常條指令包括兩部分：操作碼和地址碼。操作碼指明要完成操作的性質(zhì)，如加、減、乘、除、數(shù)據(jù)傳送、移位等；地址碼指明參與上述規(guī)定操作的數(shù)據(jù)存放地址或操作數(shù)。微型計(jì)算機(jī)每執(zhí)行一條指令都是分成三個(gè)階段進(jìn)展：取指令〔Fetch〕、分析指令〔Decode〕和執(zhí)行指令〔Execute〕。取指令階段的義務(wù)是根據(jù)程序計(jì)數(shù)器PC中的值，從存儲(chǔ)器讀出現(xiàn)行指令,送到指令存放器IR，然后PC自動(dòng)加1指向下一條指令地址。第一章36機(jī)械電子工程學(xué)院劉民岷分析指令階段的義務(wù)是將IR中的指令操作碼譯碼，分析其指令性質(zhì)。如指令要求操作數(shù)，那么尋覓操作數(shù)地址。執(zhí)行指令階段的義務(wù)是取出操作數(shù)，執(zhí)行指令規(guī)定的操作。根據(jù)指令不同還能夠?qū)懭氩僮鹘Y(jié)果。微型機(jī)程序的執(zhí)行過程實(shí)踐上就是周而復(fù)始地完成這三階段操作的過程，直至遇到停機(jī)指令時(shí)才終了整個(gè)機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)。第一章37機(jī)械電子工程學(xué)院劉民岷1.3.4指令例如ORG1000HMOVAL，5CH B0H 5CHADDAL，2EH 04H 2EHJO1009H 70H 03H

MOV[0200H]，AL A2H 00H 02HHLT F4H匯編言語源程序?qū)?yīng)機(jī)器碼地址立刻數(shù)程序執(zhí)行(動(dòng)畫圖有錯(cuò))第一章38機(jī)械電子工程學(xué)院劉民岷1.4微機(jī)硬件1.4.1微機(jī)系統(tǒng)的主要性能目的1字長微機(jī)系統(tǒng)可以直接處置的二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)。2運(yùn)算速度微處置器的主頻/MIPS(MillionInstructionsPerSecond)3、存儲(chǔ)容量包括內(nèi)存容量〔由微處置器的尋址才干決議〕和外存容量。4、外設(shè)擴(kuò)展才干第一章39機(jī)械電子工程學(xué)院劉民岷1.4.2微型計(jì)算機(jī)先進(jìn)技術(shù)1微程序控制技術(shù)根據(jù)要完成的操作控制信號編成假設(shè)干“微指令〞，存放在一個(gè)只讀存儲(chǔ)器里一條機(jī)器指令對應(yīng)一段微指令。運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，一條又一條地讀出這些微指令，從而產(chǎn)生所需求的各種操作控制信號〔微操作〕，使相應(yīng)部件執(zhí)行所規(guī)定的操作。這種利用軟件方法來設(shè)計(jì)硬件的技術(shù)稱作“微程序控制〞2虛擬存儲(chǔ)器技術(shù)一種經(jīng)過硬件和軟件的結(jié)合來擴(kuò)展用戶可用存儲(chǔ)空間的技術(shù)。程序預(yù)先放在外存儲(chǔ)器中，在操作系統(tǒng)的一致管理和調(diào)度下，按某種置換算法依次調(diào)入內(nèi)存儲(chǔ)器被CPU執(zhí)行。第一章40機(jī)械電子工程學(xué)院劉民岷微型計(jì)算機(jī)先進(jìn)技術(shù)流水線技術(shù)是一種將每條指令分解為多步，并讓各步操作重疊進(jìn)展，從而實(shí)現(xiàn)幾條指令并行處置的技術(shù)。Pentium運(yùn)用的6步流水線構(gòu)造〔1〕取指令：CPU從高速緩存或內(nèi)存中取一條指令?！?〕指令譯碼：分析指令性質(zhì)?！?〕地址生成：很多指令要訪問存儲(chǔ)器中的操作數(shù)，操作數(shù)的地址也許在指令字中，也許要經(jīng)過某些運(yùn)算得到?！?〕取操作數(shù)：當(dāng)指令需求操作數(shù)時(shí)，就需再訪問存儲(chǔ)器，對操作數(shù)尋址并讀出?！?〕執(zhí)行指令：由ALU執(zhí)行指令規(guī)定的操作?！?〕存儲(chǔ)或?qū)懟亟Y(jié)果：最后運(yùn)算結(jié)果存放至某一內(nèi)存單元或?qū)懟乩奂悠鰽中。3流水線技術(shù)第一章41機(jī)械電子工程學(xué)院劉民岷微型計(jì)算機(jī)先進(jìn)技術(shù)4高速緩沖存儲(chǔ)器技術(shù)為了加快運(yùn)算速度，普遍在CPU與常規(guī)主存儲(chǔ)器之間增設(shè)了一級或兩級高速小容量存儲(chǔ)器〔Cache〕。將將要執(zhí)行的指令和數(shù)據(jù)復(fù)制到緩存中，加快執(zhí)行速度。動(dòng)態(tài)執(zhí)行是目前CPU主要采用的先進(jìn)技術(shù)之一。采用分支預(yù)測和動(dòng)態(tài)執(zhí)行的主要目的是為了提高CPU的運(yùn)算速度。推測執(zhí)行是依托于分支預(yù)測根底上的，在預(yù)測程序能否分支后所進(jìn)展的處置也就是推測執(zhí)行。推測執(zhí)行技術(shù)的中心就是取指時(shí)，在部分范圍內(nèi)預(yù)先執(zhí)行并判別所取指令的下一條指令最有能夠的位置，Pentium4系列CPU的分支預(yù)測正確率到達(dá)了90%。參考5分支預(yù)測〔branchprediction〕和推測執(zhí)行〔speculationexecution〕第一章42機(jī)械電子工程學(xué)院劉民岷微型計(jì)算機(jī)先進(jìn)技術(shù)6亂序執(zhí)行〔out-of-orderexecution〕CPU根據(jù)各單元電路的空閑形狀和各指令能否提早執(zhí)行的詳細(xì)情況分析后，將能提早執(zhí)行的指令立刻發(fā)送給相應(yīng)電路執(zhí)行。當(dāng)然在各單元不按規(guī)定順序執(zhí)行完指令后還必需由相應(yīng)電路再將運(yùn)算結(jié)果重新按原來程序指定的指令順序陳列后才干前往程序。這種將各條指令不按順序拆散后執(zhí)行的運(yùn)轉(zhuǎn)方式就叫亂序執(zhí)行〔也有叫錯(cuò)序執(zhí)行〕技術(shù)。RISC的指令簡單，CPU在每一周期的義務(wù)單純，因此CPU構(gòu)造簡單，有利于流水作業(yè)。從PentiumPro開場，x86CPU都采用RISC內(nèi)核+CISC到RISC譯碼器的構(gòu)造。當(dāng)今多媒體信息處置對微機(jī)處置高速數(shù)據(jù)流提出了更新、更高要求。為滿足這一要求，在微處置器中參與了新的用于多媒體處置的指令和數(shù)據(jù)類型，支持單指令多數(shù)據(jù)，支持并行處置。7CISC指令集加RISC微構(gòu)造8多媒體技術(shù)第一章43機(jī)械電子工程學(xué)院劉民岷1.4.3微機(jī)系統(tǒng)組成微機(jī)主板電源、機(jī)箱外圍設(shè)備外部設(shè)備外存儲(chǔ)器模擬量I/O：A/D、D/A轉(zhuǎn)換器、開關(guān)量I/O過程I/O通道微處置器內(nèi)存儲(chǔ)器I/O接口電路系統(tǒng)總線算術(shù)邏輯單元控制器存放器陣列只讀存儲(chǔ)器〔ROM〕隨機(jī)存儲(chǔ)器〔RAM〕高速緩存〔Cache〕并行輸入/輸出接口串行輸入/輸出接口磁盤、磁帶光盤、U盤PC總線、ISA、EISA、PCI、AGP鍵盤、鼠標(biāo)、觸摸屏、掃描儀、顯示器、打印機(jī)、繪圖儀、數(shù)碼相機(jī)……輸入/輸出設(shè)備第一章44機(jī)械電子工程學(xué)院劉民岷1存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)和記憶部件，用來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和程序。內(nèi)存單元與地址計(jì)算機(jī)的內(nèi)存儲(chǔ)器是由假設(shè)干內(nèi)存單元組成的，每個(gè)內(nèi)存單元存放一個(gè)字節(jié)的二進(jìn)制信息。內(nèi)存單元的總數(shù)目叫內(nèi)存容量；計(jì)算機(jī)中每個(gè)內(nèi)存單元有獨(dú)一的地址，CPU經(jīng)過地址對指定單元的數(shù)據(jù)進(jìn)展訪問〔讀／寫〕；內(nèi)存容量的大小由CPU的尋址空間決議。尋址空間=2n。內(nèi)存操作讀操作－CPU將內(nèi)存單元的內(nèi)容讀入到CPU；寫操作－CPU將數(shù)據(jù)寫到內(nèi)存單元。內(nèi)存分類ROM、RAM每個(gè)內(nèi)存單元有一個(gè)地址，每個(gè)地址的內(nèi)存單元可存放1字節(jié)的數(shù)據(jù)—內(nèi)存單元的地址和內(nèi)容是不同的概念8086:220=1MBPII:236=64GB第一章45機(jī)械電子工程學(xué)院劉民岷2．外設(shè)及輸入輸出接口第一章46機(jī)械電子工程學(xué)院劉民岷1.4.4微機(jī)系統(tǒng)組成構(gòu)造舉例典型構(gòu)造是主板+CPU+存儲(chǔ)器+外設(shè)。主板及其上的邏輯芯片組承當(dāng)各部件總線銜接和