微机原理与接口课件第1章微型计算机的结构及工作原理

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1、第1章微型计算机的结构及工作原理●微型计算机的发展概述●微型计算机组成原理●CPU内部结构及微机的工作过程●微型计算机的主要性能指标及典型配置●微型计算机的运算基础1.1微型计算机的发展概述1.1.1计算机的发展简史1946年，电子计算机ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorandCalculator）在美国（宾夕法尼亚大学）诞生。它装有18800个电子管、7万个电阻器。1万个电容器和6000个开关，重达30吨，占地面积150多平方米，耗电150千瓦。计算机发展经历四代☉第一代

2、计算机：电子管计算机1946年以电子管为逻辑元件☉第二代计算机：晶体管计算机1954年以晶体管为逻辑元件☉第三代计算机：集成电路计算机1964年以中、小规模集成电路为逻辑元件☉第四代计算机：大规模集成电路计算机1970年以超大规模集成电路为逻辑元件☉第五代计算机：智能计算机（非冯.罗依曼机）1.1.2微型计算机的发展微型计算机的发展经历了五代☉第一代微型计算机：1971年（4位和低档8位CPU）☉第二代微型计算机：1973年（中高档8位CPU）☉第三代微型计算机：1978年（16位CPU）☉第四代微型计算机：

3、1985年（32位高档CPU）☉第五代微型计算机：1993年（64位高档CPU）第一代微型计算机：1971年（4位和低档8位CPU）典型产品：Intel4004（1971年，4位CPU），Intel8008（1972年，8位CPU）●工艺：PMOS●集成度：2000个晶体管/片●时钟频率：小于1MHz●平均指令执行时间：10~15s●采用机器语言编程。特点：第二代微型计算机：1973年（高档8位CPU）典型产品：Intel8080（1973年），MotorolaMC6800（1974年），ZilogZ80（

4、1975年），Intel8085（1976年）●工艺：NMOS●集成度：9000个晶体管/片●时钟频率：2~4MHz●平均指令执行时间：1~2s●除汇编语言外，也可使用高级语言（BASIC、FORTRAN、PASCAL）等。特点：第三代微型计算机：1978年（16位CPU）典型产品：Intel8086/8088，ZilogZ8000，MotorolaMC68000，Intel80286●工艺：HMOS●集成度：2万~7万个晶体管/片●时钟频率：4~25MHz●平均指令执行时间：0.5s●具有丰富的指令系统

5、，多级中断系统，还有功能较强的系统软件。特点：第四代微型计算机：1985年（32位高档CPU）典型产品：Intel80386，Intel80486●工艺：CHMOS●集成度：15万~50万个晶体管/片●时钟频率：16~100MHz●平均指令执行时间：0.1s●其中，80386CPU数据总线和地址总线均为32位，寻址能力高达4G字节，采用段页式存储器管理机制，提供带有存储器保护的虚拟存储。采用6级流水线，即取指令，译码，内存管理，执行指令和总线访问并行操作。有快速局部总线，有一套支持的配件。特点：第五代微型

6、计算机：1993年（64位高档CPU）典型产品：PowerPC、IntelPentium、Itanium第五代微处理器使人们对图形图象，实时视频处理，语音识别，CAD/CAM，大规模财务分析，大流量客户机／服务器应用等成为可能。Intel2004年2月1日发布基于Prescott核心的第三代Pentium4处理器。采用0.09微米的制造工艺，拥有一亿两千五百万个晶体管，管线也增加到了31级。配备1MB二级缓存，16KB的数据缓存。2005/02/21：P46XX发布起跳频率为3.2GHz，L2Cache2MB

7、，售价为215欧元1.1.3微型计算机发展趋势CPU速率将继续提升，个人计算机将具有原来的高性能服务器所具有的处理能力。高性能计算机采用分布式共享存储结构。计算机将采用更先进的数据存储技术。外设将走向高性能、网络化和集成化并且更易于携带。输入/输出技术将更加智能化、人性化，人与计算机的交流将更加便捷。1.2微型计算机组成原理一个计算机系统是由硬件系统和软件系统两大部分组成。硬件系统包括五个基本组成部分：运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备。软件系统包括计算机运行所需要的系统软件和用户为解决各种实际问题编

8、制的各种应用软件。运算器存储器控制器输出设备输入设备程序数据处理结果1.2.1微型计算机系统组成一、微型计算机硬件系统输入设备输入接口运算器ALU控制器寄存器阵列CPU芯片输出接口输出设备存储器1.微处理器MPU（MicroprocessorUnit）微处理器只是一个中央处理器(CPU)，由三部分组成：运算器，控制器，内部寄存器阵列。运算器：即算数逻辑部件（ALU）。控制器：整个CPU的指挥