[工学]微机原理第1章

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1、微机原理与接口技术主讲人：黄华芳第1章计算机基本知识1.1绪论1.2计算机的发展概述1.3计算机中常用的数制及转换1.4运算基础1.1绪论计算机之父——冯·诺依曼他研究的专业是数学、物理、化学、经济、电子，是上世纪最伟大的全才之一。在经济学方面，冯·诺依曼有突破性成就，被誉为“博弈论之父”；在物理领域，冯·诺依曼在20世纪30年代撰写的《量子力学的数学基础》已经被证明对原子物理学的发展有极其重要的价值；在化学方面也有相当的造诣，曾获苏黎世高等技术学院化学系大学学位。1946年2月15日，世界上第一台电子计算机问世，冯·诺依曼是研制顾问。它由美国宾夕法尼亚大学研制成功，重

2、达30吨，占地170平方米，耗电140千瓦，用了18800多个电子管，每秒钟仅能做5000次加法。运作了九年之久。吃电很凶，据传ENIAC每次一开机，整个费城西区的电灯都为之黯然失色。另外，真空管的损耗率相当高，几乎每15分钟就可能烧掉一支真空管，操作人员须花15分钟以上的时间才能找出坏掉的管子，使用上极不方便。曾有人调侃道：“只要那部机器可以连续运转五天，而没有一只真空管烧掉，发明人就要额手称庆了”。这台计算机有五个基本部件：输入器、输出器、运算器、存储器和控制器，奠定了当代计算机体系结构的基础。其设计思想为：机器内部以二进制形式表示指令和数据；程序和数据事先存放在存

3、储器中，计算机在工作时能够高速地从存储器中取出指令加以执行。几个概念：CPU=控制器＋运算器主机＝CPU＋存储器计算机系统：由硬件系统和软件系统组成。字长：CPU并行处理二进制的数据位数。8位机、16位机、32位机和64位机。1.2计算机的发展概述1.2.1计算机的发展通常根据电子计算机所采用的物理器件的发展来讨论计算机的发展。第一代：电子管计算机时代（1947~1957）。第二代：晶体管计算机时代（1958~1964）。第三代：集成电路计算机时代（1964~1972）。第四代：超大规模集成电路（VLSI）计算机时代（1972年至今）。第五代：智能计算机（1981年至今

4、）。微型计算机（微机）是第四代计算机的典型代表，其核心单元（CPU,CentralProcessingUnit）是微处理器。1.2.2微处理器及微型计算机的发展概况第一代微处理器是以Intel公司1971年推出的4004、4040为代表的4位CPU。第二代微处理器(1973~1977)的数据宽度为8位，Intel的8080、8085，Motorola的M6800以及Zlog公司的Z80是典型代表。第三代微处理器以16位机为代表，基本上是在第二代CPU的基础上发展起来的。其中，8088、8086是在8085的基础上发展来的，M68000是在M6800的基础上发展来的。第四

5、代微处理器以Intel公司1984年10月推出的80386CPU和1989年4月推出的80486CPU为代表，它们是32位CPU。第五代微处理器的发展更加迅猛。1993年3月，被命名为Pentium的微处理机面世；1998年，PentiumII被推向市场。INTELCPU发展历史4004：Intel第一块CPU，4位处理器，主频108KHz，运算速度0.06MIPS（MillionInstructionsPerSecond，每秒百万条指令），集成晶体管2300个，10微米制造工艺，最大寻址内存640B，生产日期1971年11月。INTELCPU发展历史（续）8085：8

6、位处理器，主频5MHz，运算速度0.37MIPS，集成晶体管6500个，3微米制造工艺，最大寻址内存64KB，生产日期1976年。INTELCPU发展历史（续）8086：16位处理器，主频4.77/8/10MHz，运算速度0.75MIPS，集成晶体管29000个，3微米制造工艺，最大寻址内存1MB，生产日期1978年6月。INTELCPU发展历史（续）80486DX/DX2/DX4：32位处理器，主频25/33/50/66/75/100MHz，总线频率33/50/66MHz，运算速度20~60MIPS，集成晶体管1.2M个，1微米制造工艺，168针PGA(插针网格阵列封

7、装技术)，最大寻址内存4GB，缓存8/16/32/64KB，生产日期1989年4月。INTELCPU发展历史（续）Celeron一代：主频266/300MHz，总线频率66MHz，0.25微米制造工艺，生产日期1998年4月。INTELCPU发展历史（续）PentiumIV：478针；至今分为三种核心，Willamette核心(主频1.5G起，前端总线频率400M，0.18微米制造工艺)，Northwood核心(主频1.6~3G，前端总线频率800M，0.09微米制造工艺，二级缓存1M，13条全新指令集SSE3)，Prescott核心(主