第2章 微型计算机概论

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1、第2章微型计算机概论2.1计算机概论2.2微型计算机2.38086微处理器2.1计算机概论2.1.1计算机硬件基本结构目前计算机硬件体系结构基本上还是经典的冯·诺依曼结构，由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备等五个基本部分组成。2.1.2计算机工作原理冯·诺依曼提出的计算机组成和工作方式的基本思想：（1）计算机由运算器、控制器、存储器、输入和输出设备五大部分组成。（2）数据和指令以二进制代码形式不加区别地存放在存储器中，地址码也为二进制形式；计算机能自动区分指令和数据。（3）编写好的程序事先

2、存入存储器。控制器根据存放在存储器中的指令序列即程序来工作，由程序计数器（PC，ProgramCounter）控制指令的执行顺序。控制器具有判断能力，能根据计算结果选择不同的动作流程。指令与程序的概念指令是命令计算机完成某种基本操作的代码。将各种算术运算、逻辑运算及存储器的读、写等作为基本操作，为每一个基本操作规定一个代码，这个代码被称为指令。当需要计算机完成某项任务时，就将其分解成一系列的基本操作并用指令来表示，预先存放到存储器中。计算机工作时就逐条执行指令，完成一系列的基本操作，从而完成整个任务

3、。我们把能完成某项任务的指令序列称为程序。执行指令的过程使用计算机时，首先要将程序存储，即将指令序列存放到存储器。然后在计算机工作时，控制器从存储器逐条取出指令、分析指令并执行指令。执行指令时，控制器依次发出各种控制命令信号给其他部件，使运算器完成某种算术、逻辑运算或作寄存器与存储器之间的数据传送，输入和输出等。计算机的工作过程就是执行指令的过程。2.1.3计算机的性能指标1.字长：字长是CPU交换、加工和存放信息时其信息位的最基本长度，它通常与寄存器、运算器、传输线的宽度相一致。2.存储容量：存储

4、器（通常指内存储器）是计算机存放二进制信息的“仓库”，由若干存储单元组成。存储单元的编号称做存储单元地址（是二进制的数字码）。存储容量与CPU构成的系统能够访问的存储单元数有关。存储单元的数目是由传送地址信息的传输线的条数决定的。3.指令系统：一台计算机所固有的基本操作指令的集合，称为该计算机的指令系统。4.运算速度：计算机完成一个具体任务所花费的时间就是完成该任务的时间指标，时间越短，表明计算机的速度越高。但是计算机各种指令执行时间是不一样的。以每秒执行基本指令的条数来大致地反映计算机的运算速度。

5、单位为百万条指令。5.系统配置：包括软件及外设配置2.1.4CISC和RISC为了提高计算机性能，人们使CPU有更大的指令系统、更多的专用寄存器、更多的寻址方式和更强的指令计算功能等，即CPU的结构沿着不断复杂化的方向发展。后来，将它们称为复杂指令集计算机（CISC，ComplexInstructionSetComputer）。CISC技术通过增强指令功能提高计算机的性能，指令码不等长，指令数量多。CISC技术的复杂性在于硬件，在于CPU芯片中控制器部分的设计与实现。自PC机诞生以来，主流产品一直使

6、用Intel公司的CPU或其它公司生产兼容产品，而Intel公司的CPU沿用了CISC技术。1980年提出了精简指令集计算机（RISC，ReducedInstructionSetComputer）的概念，另觅提高计算机性能的途径。RISC具有简单的指令集，指令少、指令码等长，寻址方式少、指令功能简单；强调寄存器的使用，CPU配备大量的通用寄存器（常称为寄存器文件registerfile），以编译技术优化寄存器的使用；强调对指令流水线的优化，采用超标量、超级流水线。通过简化指令系统使控制器结构简单，进

7、而提高指令执行速度。RISC技术的复杂性在于软件，在于编译程序的编写与优化。2.2微型计算机2.2.1微处理器、微型计算机和微型计算机系统微处理器（Microprocessor）也被称为微处理机，它是微型计算机的核心部件，但并不是微型计算机。微处理器包括算术逻辑部件ALU、控制部件CU和寄存器组R三个基本部分和内部总线。相当于图2.1中一般计算机系统结构中的运算器和控制器的组合，一般又称为中央处理器——CPU（CentralProcessingUnit）。微型计算机（MicroComputer）简称

8、为微机，它是以微处理器为核心，加上由大规模集成电路制作的存储器M（ROM和RAM）、I/O（输入／输出）接口和系统总线组成的。由于微处理器在微型计算机中的重要性，其性能很大程度上决定了微型计算机的性能。微型计算机系统（MicroComputerSystem）是以微型计算机为核心，再配以相应的外围设备,电源、辅助电路和控制微型计算机工作的软件而构成的完整的计算系统。软件分为系统软件和应用软件两大类。系统软件是用来支持应用软件的开发与运行的，它包括操作系统、标准实用程序和