衛(wèi)星計算機原理與接口技術(shù)-PPT

1、第一章微型計算機概述微機原理與接口技術(shù)1微型計算機系統(tǒng)概述微型計算機系統(tǒng)概述馮馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)諾依曼體系結(jié)構(gòu)2微型計算機的組成微型計算機的組成3微型計算機的應用微型計算機的應用4總目錄總目錄第第1章微型計算機概述章微型計算機概述 1.1 1.1 微型計算機系統(tǒng)概述微型計算機系統(tǒng)概述 微型計算機是指以大規(guī)模、超大規(guī)模集成微型計算機是指以大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路為主要部件的微處理器為核心，配以存儲電路為主要部件的微處理器為核心，配以存儲器、輸入器、輸入/輸出接口電路及系統(tǒng)總線所制造出輸出接口電路及系統(tǒng)總線所制造出的計算機系統(tǒng)。的計算機系統(tǒng)。一、微型計算機的發(fā)展概況一、微型計算機的發(fā)展概況1946年

2、第一臺計算機在美國問世。年第一臺計算機在美國問世。以后，人們接觸最多的是微型計算機，以后，人們接觸最多的是微型計算機，它誕生于它誕生于20世紀世紀70年代，其發(fā)展以微處理器年代，其發(fā)展以微處理器的發(fā)展為主要標志。的發(fā)展為主要標志。1、第一臺電子數(shù)字計算機 ENIAC：1946年美國賓夕法尼亞大學制造。 Electronic Numerical Integrator and Calculator 狀況：有狀況：有18,800個電子管，重個電子管，重30噸，占地噸，占地150m2，耗電，耗電150kw，5000次次/秒的加法。秒的加法。1、第一臺電子數(shù)字計算機（續(xù)1）1、第一臺電子數(shù)字計算機（續(xù)2

3、） ENIAC：1946年美國賓夕法尼亞大學制造。 Electronic Numerical Integrator and Calculator 電子數(shù)字計算機是近代重大科學成就之一。 自從1946年第一臺電子計算機問世以來， 經(jīng)歷了電子管、 晶體管、 集成電路和大規(guī)模、 超大規(guī)模集成電路等幾個發(fā)展階段。2、微處理器的出現(xiàn) 運算器（Arithmetic logic unit） 控制器（Control Unit） 寄存器組(Registers) 以及連接三者的內(nèi)部總線，集成在一個芯片上。叫做微處理器。 又叫中央處理器（Central Processing Unit） 簡稱簡稱 CPU分 代第一代

4、年份字長芯片的集成度軟件典型的芯片197119724/8位2250個管/片以上機器語言、簡單匯編語言Intel 4004Intel 8008第二代197319778位匯編程序高級語言、(FORTRAN PL/M等BASIC操作系統(tǒng)第三代1978198316位匯編語言高級語言操作系統(tǒng)第四代PentiumPII PIII P41981199232位第五代199332位9000個管/片以上29000個管/片以上1550萬個管/片以上Intel 8080,8085MC 6800Z-80Intel 8086,8088MC 68000Z-8000Intel 80386,80486 MC 68020操作系統(tǒng)

5、高級語言軟件硬化操作系統(tǒng)高級語言軟件硬化高達330萬個管/片 3、微處理器的發(fā)展史、微處理器的發(fā)展史第六代19952001Pentium64位550萬個管/片操作系統(tǒng)高級語言軟件硬化 微型計算機的發(fā)展是以微處理器微型計算機的發(fā)展是以微處理器的發(fā)展來表征的。的發(fā)展來表征的。 微處理器的集成度每隔微處理器的集成度每隔1818個月就個月就會翻一番，芯片的性能也隨之提會翻一番，芯片的性能也隨之提高一倍。高一倍。 -摩爾定律摩爾定律Gordon E. Moore，Intel公司的創(chuàng)始人之一公司的創(chuàng)始人之一CPU的發(fā)展1971年1977年是微處理器發(fā)展的早期階段: 字長為4位或8位，集成度約為300010

6、000晶體管/片，微處理器的主頻為0.15MHz。Intel 4004l1971年：Intel 4004，是世界上第一片單片微處理器。l4位微處理器，尋址空間為4096個半字節(jié), 指令系統(tǒng)包括45條指令。CPU的發(fā)展 1972年：年：Intel 8008，是世界，是世界上第一片上第一片8位微處理器。位微處理器。 8008采用了采用了10 m生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)工藝，集成度為集成度為3500個晶體管，工個晶體管，工作頻率為作頻率為200KHz。Intel 8008CPU的發(fā)展 1974年：年：Intel 8080采用了采用了6 m生產(chǎn)工藝，集成度為生產(chǎn)工藝，集成度為6000個晶體管，主頻為個晶體管，主

7、頻為2MHz。1975年年4月，月，MITS公司推出了以公司推出了以8080為為CPU的世界的世界 上第一臺個人計算機上第一臺個人計算機Altair 8800。Altair 8800的的 BASIC語言解釋器是語言解釋器是Bill Gates編寫的。編寫的。CPU的發(fā)展 1976年：年：Intel 8085Intel公司生產(chǎn)的最后一種公司生產(chǎn)的最后一種8位通用位通用微處理器，微處理器，8085的工作頻率提的工作頻率提高到高到5MHz，指令系統(tǒng)的指令，指令系統(tǒng)的指令數(shù)上升到數(shù)上升到246條。條。 1977年：Z80，Zilog公司，8位機，優(yōu)于8080，8085CPU的發(fā)展1978年年-Inte

8、l 采用了采用了3 m工藝，集成了工藝，集成了29,000個個晶體管，工作頻率為晶體管，工作頻率為4.77 MHz。它的寄存器和數(shù)據(jù)總線均為它的寄存器和數(shù)據(jù)總線均為16位，位，地址總線為地址總線為20位，從而使尋址空間位，從而使尋址空間達達1MB。同時，。同時，CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)也有很大的改進，采用了流水線結(jié)也有很大的改進，采用了流水線結(jié)構(gòu)，并設(shè)置了構(gòu)，并設(shè)置了6字節(jié)的指令預取隊字節(jié)的指令預取隊列。列。第一代：第一代：8086/8088（1978年年-1981年）年）CPU的發(fā)展 1979年年-Intel8088 除了它的數(shù)據(jù)總線為除了它的數(shù)據(jù)總線為8位以外，其余均與位以外，其余均與8

9、086相同。相同。8088采用采用8位數(shù)據(jù)總線是為了利用當時現(xiàn)有的位數(shù)據(jù)總線是為了利用當時現(xiàn)有的8位設(shè)位設(shè)備控制芯片。由于備控制芯片。由于8088內(nèi)部支持內(nèi)部支持16位運算，而與位運算，而與I/O之間傳輸為之間傳輸為8位，故位，故8088稱為準稱為準16位微處理器。位微處理器。 1981年年8月，月，IBM公司推出以公司推出以8088為為CPU的世的世界上第一臺界上第一臺16位微型計算機位微型計算機IBM 5150 Personal Computer，即著名的，即著名的IMB PC。CPU的發(fā)展 采用采用1.5 m工藝，集成了工藝，集成了134,000個晶體個晶體管，工作頻率為管，工作頻率為6

10、MHz。80286的數(shù)據(jù)總的數(shù)據(jù)總線仍然為線仍然為16位，但是地址總線增加到位，但是地址總線增加到24位，使存儲器尋址空間達到位，使存儲器尋址空間達到16MB。19851985年年IBMIBM公司推出以公司推出以8028680286為為CPUCPU的微型計算的微型計算 機機IBM PC/ATIBM PC/AT，并制定了一個新的開放系統(tǒng)總，并制定了一個新的開放系統(tǒng)總 線結(jié)構(gòu)，這就是的工業(yè)標準結(jié)構(gòu)（線結(jié)構(gòu)，這就是的工業(yè)標準結(jié)構(gòu)（ISAISA）。該結(jié)）。該結(jié) 構(gòu)提供了一個構(gòu)提供了一個1616位、高性能的位、高性能的I/OI/O擴展總線。擴展總線。第二代：第二代：8028680286（19821982

11、年年-1984-1984年）年）CPU的發(fā)展第三代：第三代：80386（1985年年-1988年）年）第一個實用的第一個實用的32位微處理器，采位微處理器，采用了用了1.5 m工藝，集成了工藝，集成了275,000個晶體管，工作頻率達到個晶體管，工作頻率達到16MHz。80386的內(nèi)部寄存器、數(shù)據(jù)總的內(nèi)部寄存器、數(shù)據(jù)總線和地址總線都是線和地址總線都是32位的。通過位的。通過32位的地址總線，位的地址總線，80386的可尋的可尋址空間達到址空間達到4GB。這時由。這時由32位微位微處理器組成的微型計算機已經(jīng)達處理器組成的微型計算機已經(jīng)達到超級小型機的水平。到超級小型機的水平。CPU的發(fā)展第四代：

12、第四代：80486（1989年年-1992年）年）采用采用1 m工藝，集成了工藝，集成了120萬個萬個晶體管，工作頻率為晶體管，工作頻率為25MHz。80486把把80386的內(nèi)部結(jié)構(gòu)做了的內(nèi)部結(jié)構(gòu)做了修改，大約有一半的指令在一個修改，大約有一半的指令在一個時鐘周期內(nèi)完成，而不是原來的時鐘周期內(nèi)完成，而不是原來的兩個，這樣兩個，這樣80486的處理速度一的處理速度一般比般比80386快快2到到3倍。倍。80486DX=80386+80387+CACHE80486DX=80386+80387+CACHECPU的發(fā)展第五代：第五代：Pentium（1993年年-1997年）年）第一代第一代Pent

13、iumPentium處理器（以處理器（以P5P5代稱，代稱，19931993年）采用年）采用0.80.8 m m工工藝，集成了藝，集成了310310萬個晶體管，工作頻率為萬個晶體管，工作頻率為60MHz/66MHz60MHz/66MHz。第二代第二代PentiumPentium處理器（以處理器（以P54CP54C代稱，代稱，19941994年）采用年）采用0.60.6 m m工藝，工作頻率為工藝，工作頻率為90MHz/100MHz90MHz/100MHz。第三代第三代Pentium MMXPentium MMX（以（以P55CP55C代稱代稱19971997年）增加了年）增加了5757條多條多

14、媒體指令，媒體指令，采用采用0.35 m工藝。工藝。Pentium的來歷 希臘文五（penta）+加拉丁文中代表名詞的后綴ium。 人們預測INTEL下一代CPU為Intel80586。 在美國是不能用阿拉伯數(shù)字注冊商標的。 不能再讓AMD和其他公司用同樣的名字來搶自己的飯碗了。 用拉丁文去注冊商標。 Pentium PRO（1995年年11月月1日日 ）采用了一種新的總線接口采用了一種新的總線接口Socket 8 。Pentium Pro的工作頻率有150/166/180和200MHz四種，都具有16KB的一級緩存和256KB的二級緩存。達到了440 MIPS 的處理能力和5.5 M個晶體管

15、。 CPU的發(fā)展第六代：第六代：Pentium II（1997年年5月月7日日 ）采用采用SLOT1架構(gòu)，通過單邊插接卡（架構(gòu)，通過單邊插接卡（SEC）與主）與主板相連。板相連。SEC卡盒將卡盒將CPU內(nèi)核和二級高速緩存封內(nèi)核和二級高速緩存封裝在一起，二級高速緩存的工作速度是處理器內(nèi)裝在一起，二級高速緩存的工作速度是處理器內(nèi)核工作速度的一半。核工作速度的一半。 Pentium III（1999年年2月月26日日 ）英特爾發(fā)布英特爾發(fā)布Pentium III 450MHz、Pentium III 500MHz處理器。處理器。同時采用了同時采用了0.25微米工藝微米工藝技術(shù)技術(shù),核心由核心由950

16、萬個晶體萬個晶體管組成管組成 。CPU的發(fā)展第七代：第七代： Pentium 4（ 2000年年11月月 ）是繼是繼1995年出品的年出品的Pentium Pro之后的第一款重新之后的第一款重新設(shè)計過的處理器，這一新的架構(gòu)稱做設(shè)計過的處理器，這一新的架構(gòu)稱做NetBurst。 Pentium 4處理器集成了4200萬個晶體管，并且開始采用0.18微米進行制造，初始速度就達到了1.5GHz。 CPU的發(fā)展Pentium 4 Prescott 2M 內(nèi)核（內(nèi)核（ 2005年第一季度年第一季度 ）它包含了嶄新的它包含了嶄新的64位技術(shù)（位技術(shù)（AMD64的實現(xiàn)，英特的實現(xiàn)，英特爾稱為爾稱為EM64T

17、）、）、XD、EIST（英特爾增強（英特爾增強SpeedStep技術(shù)）以及技術(shù)）以及2MB的的L2緩存。緩存。 CPU的發(fā)展Pentium D Smithfield內(nèi)核（內(nèi)核（ 2005年年4月月 ）D 處理器是用于臺式機的處理器是用于臺式機的雙內(nèi)核雙內(nèi)核處理器處理器(Dual )。它在一個物理處理器內(nèi)包含兩個完整的執(zhí)行內(nèi)核它在一個物理處理器內(nèi)包含兩個完整的執(zhí)行內(nèi)核，這兩個內(nèi)核以相同的頻率運行。兩個內(nèi)核共享，這兩個內(nèi)核以相同的頻率運行。兩個內(nèi)核共享相同的封裝和芯片組相同的封裝和芯片組/內(nèi)存接口。內(nèi)存接口。 工藝 90納米。時鐘速度 2.8GHz到3.2GHz前端總線 800 MHzCPU的發(fā)展

18、Pentium EE Smithfield內(nèi)核（內(nèi)核（ 2005年年4月月 ）Pentium EE 指的是Pentium Extreme Edition 。Pentium EE和Pentium D的最大區(qū)別就是Pentium EE支持超線程技術(shù)HT,而Pentium D則不支持。 CPU主頻：3.2GHz制作工藝：90納米核心數(shù)量：雙核心核心代號：SmithfieldCPU的發(fā)展第八代：第八代：INTEL Core 2 DUO（ 2006年年7月月27日日 ）早期的酷睿是基于筆記本處理器的 ?？犷?是一個跨平臺的構(gòu)架體系，包括服務(wù)器版、桌面版、移動版三大領(lǐng)域。 CPU主頻：2.4 GHz 制作

19、工藝：65納米核心數(shù)量：雙核心核心代號：Conroe（扣肉）（扣肉） CPU的發(fā)展Tick-Tock發(fā)展戰(zhàn)略發(fā)展戰(zhàn)略 Tick-Tock是Intel公司發(fā)展微處理器芯片設(shè)計制造業(yè)務(wù)的一種發(fā)展戰(zhàn)略模式，在20072007年年正式提出。 Tick-Tock”的名稱源于時鐘秒針行走時所發(fā)出的聲響。 Tick-Tock發(fā)展戰(zhàn)略發(fā)展戰(zhàn)略 每一次“Tick”代表著一代微架構(gòu)的處理器芯片制程制程的更新的更新，意在處理器性能幾近相同的情況下，縮小芯片面積、減小能耗和發(fā)熱量； 而每一次“Tock”代表著在上一次“Tick”的芯片制程的基礎(chǔ)上，更新微處理器架構(gòu)更新微處理器架構(gòu)，提升性能。 一般一次“Tick-To

20、ck”的周期為兩年，“Tick”占一年，“Tock”占一年。 Intel指出：Tick-Tock發(fā)展戰(zhàn)略發(fā)展戰(zhàn)略 2007年Intel推出的45nm工藝制程處理器（Penryn） 2008年Intel推出新微構(gòu)架Nehalem 2009年Intel推出的32nm工藝處理器（Westmere） 2010年Intel推出微構(gòu)架Sandy Bridge INTEL Core 2 Quad （2008年8月 ）Kentsfield是英特爾第一代四核心處理器是英特爾第一代四核心處理器 ?；旧纤怯蓛蓚€Conroe核心合并于一塊基板上組成。最早的兩個型號分別為屬于Core 2 Extreme的QX670

21、0，及屬于Core 2 Quad的Q6600。CPU主頻：2.4GHzFSB : 1066MHz 核心數(shù)量：四核心核心代號：KentsfieldCPU的發(fā)展INTEL Core i7 （2008年11月17日 ）Nehalem是英特爾是英特爾i7第一代處理器第一代處理器 。45nm制程，32nm制程產(chǎn)品隨后上線 。新的1366針腳接口 CPU主頻：3.2GHz FSB : 1066MHz 核心數(shù)量：1-4核心微架構(gòu) ： NehalemCPU的發(fā)展INTEL Core i5 （2009年9月1日 ）Nehalem是英特爾是英特爾i5第一代處理器第一代處理器 。45nm制程。接口采用LGA 115

22、6。CPU主頻：3.2GHz FSB : 1066MHz 核心數(shù)量：1-4核心微架構(gòu) ： NehalemCPU的發(fā)展INTEL Core i3 （2010年1月）集成核顯：集成核顯：GPU-HD Graphics 接口：LGA 1156 CPU主頻：2.93GHz DMI： 2.5GT/s 核心數(shù)量：雙核心四線程微架構(gòu) ： NehalemCPU的發(fā)展INTEL Core i四代架構(gòu)的命名四代架構(gòu)的命名第第1代代Westmere架構(gòu)架構(gòu) 如：如：Core i3-390M第第2代代Sandy Bridge架構(gòu)架構(gòu) 如：如：Core i3-2350M 第第3代代Ivy Bridge架構(gòu)架構(gòu) 如：如：

23、Core i3-3130M 第第4代代Haswell架構(gòu)架構(gòu) 如：如：Core i3-4110M CPU的發(fā)展Tick-Tock發(fā)展戰(zhàn)略發(fā)展戰(zhàn)略 2007年11月 Intel推出45nm工藝處理器（Penryn） 2008年11月 Intel推出新微構(gòu)架Nehalem 2010年1月Intel推出的32nm工藝處理器（Westmere） 2011年1月Intel推出微構(gòu)架Sandy Bridge 2012年4月Intel推出22nm工藝（Ivy Bridge ） 2013年6月Intel推出微構(gòu)架Haswell 2014年9月Intel推出14nm工藝（Broadwell） Intel cor

24、e 第5代的架構(gòu)為Broadwell處理器 英特爾第五代CPU曝全新命名，告別i3/i5/i7 2014年9月6日首發(fā)Intel Core M處理器處理器 針對平板市場。直面針對平板市場。直面ARM。工藝：14nm功耗：4.5WCPU的發(fā)展 Intel core 第5代的架構(gòu)為Broadwell處理器CPU的發(fā)展二、微型計算機的特點和應用二、微型計算機的特點和應用 微型計算機除具有一般電子數(shù)字計算機的微型計算機除具有一般電子數(shù)字計算機的快速、精確和通用等許多優(yōu)點外，還具有獨自快速、精確和通用等許多優(yōu)點外，還具有獨自的特點：的特點：(1) 體積小、重量輕、功耗低體積小、重量輕、功耗低(2) 可靠

25、性高、對使用環(huán)境要求低可靠性高、對使用環(huán)境要求低(3) 結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計靈活、適應性強結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計靈活、適應性強(4) 性能價格比高性能價格比高1.微型計算機特點微型計算機特點2. 微型計算機的應用領(lǐng)域微型計算機的應用領(lǐng)域科學計算科學計算過程控制過程控制信息處理信息處理人工智能人工智能網(wǎng)絡(luò)通信網(wǎng)絡(luò)通信計算機輔助技術(shù)計算機輔助技術(shù)三、微型計算機的分類三、微型計算機的分類1. 按處理器同時處理數(shù)據(jù)的位數(shù)或字長分：按處理器同時處理數(shù)據(jù)的位數(shù)或字長分：4位機位機、8位機、位機、16位機、位機、32位機、位機、64位機位機2. 按結(jié)構(gòu)類型分：按結(jié)構(gòu)類型分：單片微型機、單片微型機、 單板微型機單板微型機微

26、型計算機微型計算機3. 按用途分：按用途分：(1) 個人計算機個人計算機(PC機機)(2) 工作站服務(wù)器工作站服務(wù)器(3) 網(wǎng)絡(luò)計算機網(wǎng)絡(luò)計算機(簡稱簡稱NC)2. 按體積大小分：按體積大小分：(1) 臺式機臺式機(又稱桌上型又稱桌上型)(2) 便攜式便攜式(又稱可移動微機、筆記本型、又稱可移動微機、筆記本型、膝上型、口袋型、掌上型和鋼筆型膝上型、口袋型、掌上型和鋼筆型)四、微型計算機的主要性能指標四、微型計算機的主要性能指標通常所說的計算機運算速度通常所說的計算機運算速度(平均運算速度平均運算速度)，是指每秒鐘所能執(zhí)行的指令條數(shù)，一般用是指每秒鐘所能執(zhí)行的指令條數(shù)，一般用“百百萬條指令秒萬條

27、指令秒”(MIPS)來描述。來描述。1. 運算速度運算速度2. 字長字長存儲器分為內(nèi)存儲器和外存儲器兩類。內(nèi)存儲器分為內(nèi)存儲器和外存儲器兩類。內(nèi)存儲器也簡稱內(nèi)存或主存，是存儲器也簡稱內(nèi)存或主存，是CPU可以直接訪可以直接訪問的存儲器，內(nèi)存大小反映了計算機即時存儲問的存儲器，內(nèi)存大小反映了計算機即時存儲信息的能力；外存儲器通常是指硬盤信息的能力；外存儲器通常是指硬盤(包括內(nèi)包括內(nèi)置硬盤和移動硬盤置硬盤和移動硬盤)。3. 存儲器的容量存儲器的容量以上只是一些主要性能指標，還須綜合考以上只是一些主要性能指標，還須綜合考慮其他因素。慮其他因素。 1.2 1.2 馮馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)諾依曼體系結(jié)構(gòu) 現(xiàn)代計

28、算機結(jié)構(gòu)仍然是現(xiàn)代計算機結(jié)構(gòu)仍然是在馮在馮諾依曼提出的計算機諾依曼提出的計算機邏輯結(jié)構(gòu)和存儲程序概念基邏輯結(jié)構(gòu)和存儲程序概念基礎(chǔ)上建立起來的。礎(chǔ)上建立起來的。一、計算機的基本結(jié)構(gòu)一、計算機的基本結(jié)構(gòu)馮馮諾依曼思想：存儲程序原理諾依曼思想：存儲程序原理 用二進制表示數(shù)據(jù)和指令；用二進制表示數(shù)據(jù)和指令； 程序與數(shù)據(jù)事先存儲在內(nèi)存儲器中；程序與數(shù)據(jù)事先存儲在內(nèi)存儲器中； 運算器、存儲器、控制器、輸入與輸出運算器、存儲器、控制器、輸入與輸出設(shè)備組成硬件系統(tǒng)，它是計算機連續(xù)工設(shè)備組成硬件系統(tǒng)，它是計算機連續(xù)工作的基礎(chǔ)。作的基礎(chǔ)。1946年，馮年，馮諾依曼提出諾依曼提出EDVAC計算方案，計算方案，體現(xiàn)了

29、五部分的計算設(shè)計思想。體現(xiàn)了五部分的計算設(shè)計思想。輸入設(shè)備輸入設(shè)備運算器運算器輸出設(shè)備輸出設(shè)備存儲器存儲器控制器控制器馮馮諾依曼計算機的基本結(jié)構(gòu)諾依曼計算機的基本結(jié)構(gòu)1.一系列基本操作命令一系列基本操作命令程序程序二、計算機的工作原理二、計算機的工作原理2. “ “機器指令機器指令“的概念的概念3. 計算機的存儲程序控制方式的工作原理：計算機的存儲程序控制方式的工作原理：一是一是存儲程序存儲程序，二是，二是程序控制程序控制。這一原理決定了人們使用計算機的主這一原理決定了人們使用計算機的主要方式要方式編寫程序和執(zhí)行程序。編寫程序和執(zhí)行程序。1.普林斯頓結(jié)構(gòu)：普林斯頓結(jié)構(gòu)：三、三、普林斯頓結(jié)構(gòu)與哈

30、佛結(jié)構(gòu)普林斯頓結(jié)構(gòu)與哈佛結(jié)構(gòu) 馮馮諾伊曼結(jié)構(gòu)，也稱普林斯頓結(jié)構(gòu)，是一種諾伊曼結(jié)構(gòu)，也稱普林斯頓結(jié)構(gòu)，是一種將將程序存儲器和和數(shù)據(jù)存儲器數(shù)據(jù)存儲器合并在一起的存合并在一起的存儲器結(jié)構(gòu)。儲器結(jié)構(gòu)。程序指令存儲地址和數(shù)據(jù)存儲地址指向同一程序指令存儲地址和數(shù)據(jù)存儲地址指向同一個存儲器的不同物理位置，因此程序指令和個存儲器的不同物理位置，因此程序指令和數(shù)據(jù)的寬度相同。數(shù)據(jù)的寬度相同。馮.諾伊曼結(jié)構(gòu)的處理器使用同一個存儲器，經(jīng)由同一個總線傳輸，如下圖所示： 哈佛結(jié)構(gòu)是一種將程序指令存儲和數(shù)據(jù)存儲分開的存儲器結(jié)構(gòu)。 中央處理器首先到程序指令存儲器中讀取程序指令內(nèi)容，解碼后得到數(shù)據(jù)地址，再到相應的數(shù)據(jù)存儲器中

31、讀取數(shù)據(jù)，并進行下一步的操作（通常是執(zhí)行）。 程序指令存儲和數(shù)據(jù)存儲分開，可以使指令和數(shù)據(jù)有不同的數(shù)據(jù)寬度。2 2、哈佛結(jié)構(gòu)、哈佛結(jié)構(gòu) 使用兩個獨立的存儲器模塊，分別存儲指令和數(shù)據(jù)，每個存儲模塊都不允許指令和數(shù)據(jù)并存； 使用獨立的兩條總線，分別作為CPU與每個存儲器之間的專用通信路徑，而這兩條總線之間毫無關(guān)聯(lián)。哈佛結(jié)構(gòu)處理器有兩個明顯的特點：哈佛結(jié)構(gòu)處理器有兩個明顯的特點： 后來，又提出了改進的哈佛結(jié)構(gòu)，如下圖所示: 使用兩個獨立的存儲器模塊，分別存儲指令和數(shù)據(jù)，每個存儲模塊都不允許指令和數(shù)據(jù)并存，以便實現(xiàn)并行處理； 具有一條獨立的地址總線和一條獨立的數(shù)據(jù)總線，利用公用地址總線訪問兩個存儲模塊

32、（程序存儲模塊和數(shù)據(jù)存儲模塊），公用數(shù)據(jù)總線則被用來完成程序存儲模塊或數(shù)據(jù)存儲模塊與CPU之間的數(shù)據(jù)傳輸； 兩條總線由程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分時共用。其結(jié)構(gòu)特點為：其結(jié)構(gòu)特點為： 在典型情況下，完成一條指令需要3個步驟，即：取指令、指令譯碼和執(zhí)行指令。 圖 馮.諾曼結(jié)構(gòu)處理器指令流的定時關(guān)系示意圖圖 哈佛結(jié)構(gòu)處理器指令流的定時關(guān)系示意圖 1.3 1.3 微型計算機組成微型計算機組成微型計算機系統(tǒng)包括微型計算機系統(tǒng)包括硬件系統(tǒng)硬件系統(tǒng)和和軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)。硬件系統(tǒng)硬件系統(tǒng)：構(gòu)成計算機的實體。它包括微處：構(gòu)成計算機的實體。它包括微處理器、存儲器、理器、存儲器、I/O接口、系統(tǒng)總接口、系統(tǒng)總線、外部

33、設(shè)備和電源。線、外部設(shè)備和電源。軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)：在計算機上運行的各種程序。它：在計算機上運行的各種程序。它包括系統(tǒng)軟件和應用軟件。包括系統(tǒng)軟件和應用軟件。一、微型計算機的系統(tǒng)與系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)一、微型計算機的系統(tǒng)與系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)硬件系統(tǒng)：硬件系統(tǒng)：微處理器微處理器存儲器存儲器I/O接口接口系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線算術(shù)邏輯單元算術(shù)邏輯單元控制器控制器寄存器寄存器ROMRAMROMEPROME2PROMSRAMDRAM并行接口并行接口串行接口串行接口輔助接口輔助接口數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線地址總線地址總線控制總線控制總線外部設(shè)備外部設(shè)備I/O接口接口模擬量模擬量I/O接口接口開關(guān)量接口開關(guān)量接口鍵盤、顯示器、打印

34、機鍵盤、顯示器、打印機外存儲器外存儲器軟、硬磁盤軟、硬磁盤光盤光盤A/DD/A操作系統(tǒng)操作系統(tǒng) Dos, Windows, UNIX, LINUX語言處理程序語言處理程序 Turbo C 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) FoxPro、Oracle文字處理軟件文字處理軟件 Wps、Word表格處理軟件表格處理軟件 Excel輔助設(shè)計軟件輔助設(shè)計軟件 Auto CAD用戶編制的實際程序用戶編制的實際程序軟件系統(tǒng)：軟件系統(tǒng)： 微型計算機系統(tǒng)從小到大可分為微處理器、微型計算機系統(tǒng)從小到大可分為微處理器、微型計算機、微型計算機系統(tǒng)三個層次結(jié)構(gòu)，微型計算機、微型計算機系統(tǒng)三個層次結(jié)構(gòu)，如圖所示如圖所示運算器控制器寄

35、存器RAMROMI/O端口I/O端口微型計算機系統(tǒng)微型計算機微處理器電源系統(tǒng)軟件系統(tǒng)I/O設(shè)備I/O設(shè)備簡介：簡介：1. 微處理器微處理器(也稱微處理機，也稱微處理機，Microprocessor)2. 微型計算機微型計算機(Microcomputer)3. 微型計算機系統(tǒng)微型計算機系統(tǒng)(Microcomputer System)二、微型計算機的硬件結(jié)構(gòu)二、微型計算機的硬件結(jié)構(gòu) 微型計算機由微處理器、存儲器、輸入微型計算機由微處理器、存儲器、輸入/輸輸出接口構(gòu)成，它們之間由系統(tǒng)總線連接。出接口構(gòu)成，它們之間由系統(tǒng)總線連接。ROMCPURAMI/O接口外部設(shè)備電源時鐘脈沖電路ABDBCB 整個微

36、機的核心是微處理器整個微機的核心是微處理器(p, MPU)，也，也稱稱CPU。它包含算術(shù)邏輯部件。它包含算術(shù)邏輯部件ALU、寄存器組、寄存器組及控制部件。及控制部件。ALU ： 算術(shù)運算、邏輯運算算術(shù)運算、邏輯運算寄寄 存存 器：器：存放操作數(shù)、中間結(jié)果、地址、標存放操作數(shù)、中間結(jié)果、地址、標志等信息志等信息控制部件：控制部件：整個機器控制中心，包括程序計整個機器控制中心，包括程序計數(shù)器數(shù)器IP、指令寄存器、指令寄存器IR、指令譯、指令譯碼器碼器ID、控制信息產(chǎn)生電路。、控制信息產(chǎn)生電路?？偩€控制部件算術(shù)邏輯部件寄存器組MPUI/O接口電路ROMRAM外部設(shè)備存儲器微機的存儲器分為：微機的存儲

37、器分為：主存和輔存主存和輔存主存主存(內(nèi)存內(nèi)存)：用于存放當前正在運行的程序和正用于存放當前正在運行的程序和正待處理數(shù)據(jù)。待處理數(shù)據(jù)。(CPU內(nèi)部內(nèi)部cache，主，主板上的內(nèi)存板上的內(nèi)存, 造價高，速度快，存造價高，速度快，存儲容量小儲容量小) 輔存輔存(外存外存)：存放暫不運行的程序和輸入處理的存放暫不運行的程序和輸入處理的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)，(主機箱內(nèi)或主機箱外，造主機箱內(nèi)或主機箱外，造價低，容量大，可長期保存，但價低，容量大，可長期保存，但速度慢速度慢)微型計算機常用的輸入設(shè)備有鍵盤、鼠標、微型計算機常用的輸入設(shè)備有鍵盤、鼠標、數(shù)字化儀、圖像掃描儀、數(shù)碼相機等。數(shù)字化儀、圖像掃描儀、數(shù)碼相機等

38、。微型計算機常用的輸出設(shè)備有液晶顯微型計算機常用的輸出設(shè)備有液晶顯示器、打印機和繪圖儀等。示器、打印機和繪圖儀等。由于各種外設(shè)的工作速度、驅(qū)動方式差別由于各種外設(shè)的工作速度、驅(qū)動方式差別很大，無法與很大，無法與CPU直接匹配，所以不可能把它們簡單直接匹配，所以不可能把它們簡單地連到系統(tǒng)總線，需要有一個接口電路充當它們和地連到系統(tǒng)總線，需要有一個接口電路充當它們和CPU間的橋梁，通過該電路完成信號的變換、數(shù)據(jù)的間的橋梁，通過該電路完成信號的變換、數(shù)據(jù)的緩沖、與緩沖、與CPU聯(lián)絡(luò)等工作。在微機系統(tǒng)中，較復雜的聯(lián)絡(luò)等工作。在微機系統(tǒng)中，較復雜的I/O接口電路一般都做在電路板上，這種電路板又稱為接口電

39、路一般都做在電路板上，這種電路板又稱為“卡卡(Card)”，由卡的一側(cè)，由卡的一側(cè) 引出連接外界的插座，另一引出連接外界的插座，另一側(cè)側(cè) 做成插入端，只要將它們插入總線槽做成插入端，只要將它們插入總線槽(I/O通道通道)就連就連到了系統(tǒng)總線。到了系統(tǒng)總線。 所謂所謂“總線總線”，是指傳遞信息的一組公用，是指傳遞信息的一組公用導線。系統(tǒng)總線導線。系統(tǒng)總線(System Bus)是指從處理器子系是指從處理器子系統(tǒng)引出的若干信號線，統(tǒng)引出的若干信號線，CPU通過它們與存儲器通過它們與存儲器和和I/O設(shè)備進行信息交換。系統(tǒng)總線一般分為三設(shè)備進行信息交換。系統(tǒng)總線一般分為三組：組：數(shù)據(jù)總線：數(shù)據(jù)總線：D

40、B(Data Bus)地址總線：地址總線：AB(Address Bus)控制總線：控制總線：CB(Control Bus)地址總線地址總線(Address Bus)： 傳送地址信息、傳送地址信息、CPU在在AB總線上輸出將總線上輸出將要訪問的內(nèi)存單元或要訪問的內(nèi)存單元或I/O端口地址、該總線為端口地址、該總線為單向，地址總線的位數(shù)決定了單向，地址總線的位數(shù)決定了CPU可以直接可以直接尋址的內(nèi)存單元范圍。尋址的內(nèi)存單元范圍。數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線(Data Bus)： 傳送數(shù)據(jù)信息的總線。在傳送數(shù)據(jù)信息的總線。在CPU進行讀操進行讀操作時，內(nèi)存或外設(shè)的數(shù)據(jù)通過作時，內(nèi)存或外設(shè)的數(shù)據(jù)通過DB總線送往總線

41、送往CPU；在；在CPU進行寫操作時，進行寫操作時，CPU數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)通過DB總線送往內(nèi)存或外設(shè)，所以該總線為雙向總線送往內(nèi)存或外設(shè)，所以該總線為雙向總線?？偩€?？刂瓶偩€控制總線(Control Bus)： 傳送控制信息的總線。其中，有些信號傳送控制信息的總線。其中，有些信號線將線將CPU的控制信號和狀態(tài)信號送往外設(shè)，的控制信號和狀態(tài)信號送往外設(shè)，外設(shè)請求或聯(lián)絡(luò)信號送往外設(shè)請求或聯(lián)絡(luò)信號送往CPU，個別信號線，個別信號線兼有以上兩種情況。所以在討論控制總線的兼有以上兩種情況。所以在討論控制總線的傳送方向時要具體到某一個信號，它們可能傳送方向時要具體到某一個信號，它們可能是輸出、輸入或者雙向的。

42、是輸出、輸入或者雙向的。系統(tǒng)總線使用特點：系統(tǒng)總線使用特點：(1) 在某一時刻，只能由一個總線主控設(shè)在某一時刻，只能由一個總線主控設(shè)備控制系統(tǒng)總線，其他總線主控設(shè)備必須放備控制系統(tǒng)總線，其他總線主控設(shè)備必須放棄對總線的控制。棄對總線的控制。(2) 在連接系統(tǒng)的各個設(shè)備中，某一時刻在連接系統(tǒng)的各個設(shè)備中，某一時刻只能有一個發(fā)送者向總線發(fā)送信號，但可以只能有一個發(fā)送者向總線發(fā)送信號，但可以有多個設(shè)備從總線同時獲得信號。有多個設(shè)備從總線同時獲得信號。 1.4 1.4 微型計算機的應用微型計算機的應用 內(nèi)存單元的地址和內(nèi)容簡介：內(nèi)存單元的地址和內(nèi)容簡介：內(nèi)存由許多存儲單元組成，每個內(nèi)存單元可內(nèi)存由許多

43、存儲單元組成，每個內(nèi)存單元可存放一組二進數(shù)。在微機中規(guī)定每個內(nèi)存單元可存放一組二進數(shù)。在微機中規(guī)定每個內(nèi)存單元可存放存放8位二進制數(shù)，即一個內(nèi)存單元存放一個字位二進制數(shù)，即一個內(nèi)存單元存放一個字節(jié)的內(nèi)容，為了區(qū)分各個不同的內(nèi)存單元，就給節(jié)的內(nèi)容，為了區(qū)分各個不同的內(nèi)存單元，就給每個存儲單元編上不同的號碼，即內(nèi)存地址。每個存儲單元編上不同的號碼，即內(nèi)存地址。CPU要訪問某個單元時，先要通過地址總線送要訪問某個單元時，先要通過地址總線送出該單元的地址號。出該單元的地址號。盡管存儲器是按字節(jié)編址的，但實際操作中，盡管存儲器是按字節(jié)編址的，但實際操作中，一個操作數(shù)可以是字節(jié)、字、雙字節(jié)、十字節(jié)等一個操

44、作數(shù)可以是字節(jié)、字、雙字節(jié)、十字節(jié)等各種形式。各種形式。1. 字節(jié)：計算機的基本處理單位，一個字節(jié)字節(jié)：計算機的基本處理單位，一個字節(jié)由由8位二進制位組成位二進制位組成2. 字：通常微機的字長有字：通常微機的字長有8位、位、16位、位、32位、位、64位，故其字數(shù)據(jù)的存放所占內(nèi)存單元的個數(shù)也位，故其字數(shù)據(jù)的存放所占內(nèi)存單元的個數(shù)也不一樣不一樣3. 雙字：即雙字：即2個字個字4. 四字：好四字：好4個字的長度個字的長度地址存放內(nèi)容二進制表示十六進制表示00000H110000101100001000001HC2H18H0001001000008H12H0011010000001H34H01110000FFFFFH70H內(nèi)存單元的地址和內(nèi)容示意圖內(nèi)存單元的地址和內(nèi)容示意圖PC(Personal Co