微機(jī)原理與接口技術(shù)(版)課件

1微機(jī)原理與接口技術(shù)大家好！1微機(jī)原理與接口技術(shù)大家好！2課程目標(biāo)掌握：微型計(jì)算機(jī)的基本工作原理匯編語言程序設(shè)計(jì)方法微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)建立微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的整體概念，形成微機(jī)系統(tǒng)軟硬件開發(fā)的初步能力2課程目標(biāo)掌握：計(jì)算機(jī)發(fā)展至今有這種趨勢:組成越來越復(fù)雜、功能越來越強(qiáng)、應(yīng)用越來越容易這是建立在無數(shù)專業(yè)軟件開發(fā)者艱苦努力所開發(fā)出的大量語言、軟件工具基礎(chǔ)之上電子、信息類專業(yè)的大學(xué)生，不能停留在與普通用戶一樣僅會“使用”計(jì)算機(jī)的層面，而應(yīng)能創(chuàng)造性地利用計(jì)算機(jī)的硬件、軟件資源,開發(fā)、設(shè)計(jì)出高效的解決實(shí)際應(yīng)用問題的系統(tǒng)。要達(dá)此目的，除需學(xué)習(xí)高級語言外，還必須對計(jì)算機(jī)的組成、工作原理以及計(jì)算機(jī)與外部的信息交換方式、對外部系統(tǒng)的接口技術(shù)有深入的了解計(jì)算機(jī)發(fā)展至今有這種趨勢:組成越來越復(fù)雜、功能越來越強(qiáng)、應(yīng)本課程涉及了兩大部分：1.硬件部分：微型計(jì)算機(jī)的組成（要具體到寄存器的層次）及各部分的功能（以8086為例）微型計(jì)算機(jī)的工作原理微型計(jì)算機(jī)與外設(shè)間的信息交換技術(shù)及對外設(shè)的控制、接口技術(shù)、系統(tǒng)擴(kuò)展方法2.軟件部分：匯編語言及其程序設(shè)計(jì)（面對寄存器層次硬件的編程）在如此深入的層面上理解計(jì)算機(jī)的工作原理，不單純是為了知識，而是很多應(yīng)用必須建立在此基礎(chǔ)上，掌握了匯編語言編程技術(shù)才能充分利用計(jì)算機(jī)的潛力。本課程涉及了兩大部分：1.硬件部分：微型計(jì)算機(jī)的計(jì)算機(jī)是由各種電子器件組成的能夠自動、高速、精確地進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算、邏輯控制和信息處理的現(xiàn)代化設(shè)備，被廣泛應(yīng)用于科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)（信息）處理和過程控制等領(lǐng)域。

計(jì)算機(jī)在科學(xué)計(jì)算中的應(yīng)用有以下特點(diǎn)：

1、完成科學(xué)計(jì)算一般用高級語言編程。

2、科學(xué)計(jì)算沒有很強(qiáng)的實(shí)時性要求。

3、計(jì)算中需要的數(shù)據(jù)通常不是從現(xiàn)場實(shí)時采集的，計(jì)算結(jié)果一般也不完成對外界的控制功能，因而不需要有完成數(shù)據(jù)采集任務(wù)的輸入設(shè)備，也不需要有控制功能的輸出設(shè)備與其計(jì)算機(jī)相連。

計(jì)算機(jī)是由各種電子器件組成的能夠自動、高速、精

計(jì)算機(jī)在信息處理和過程控制應(yīng)用領(lǐng)域較復(fù)雜，有如下特點(diǎn):實(shí)時性要求高，則要求程序更精練，運(yùn)行更快。

1、對系統(tǒng)的實(shí)時性要求很高

要將專用輸入輸出設(shè)備與計(jì)算機(jī)連接并編程控制（稱為接口）

2、通常需用專門的輸入設(shè)備將有關(guān)信息輸入計(jì)算機(jī)，用專門的輸出設(shè)備輸出處理結(jié)果或?qū)Ρ豢貙ο髮?shí)施控制。匯編語言編的程序比用高級語言編的效率高僅具備高級語言編程方面的知識而不了解計(jì)算機(jī)硬件不能勝任計(jì)算機(jī)在信息處理和過程控制應(yīng)用領(lǐng)域較復(fù)雜，有如下7教材及實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書教材：《微機(jī)原理與接口技術(shù)》（第3版）.馮博琴，吳寧主編.清華大學(xué)出版社實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書《微機(jī)原理與接口技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書》（講義）陳文革，吳寧，夏秦編.西安交通大學(xué)《微機(jī)原理與接口技術(shù)題解及實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)》（第3版）.吳寧，陳文革編.清華大學(xué)出版社7教材及實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書教材：

第一臺電子數(shù)字式計(jì)算機(jī)ENIAC于1946年2月15日在美國賓夕法尼亞大學(xué)正式投入運(yùn)行，它是電子數(shù)值積分計(jì)算機(jī)(TheElectronicNumbericalIntergratorandComputer)。引言

計(jì)算機(jī)和微處理器發(fā)展概述第一臺電子數(shù)字式計(jì)算機(jī)ENIAC于1946年

ENIAC用了17468個真空電子管耗電174千瓦，占地170平方米，重達(dá)30噸每秒鐘可進(jìn)行5000次加法運(yùn)算。ENIAC用了17468個真空電子管耗電174千瓦，占地19

計(jì)算機(jī)的發(fā)展與電子技術(shù)，特別是微電子技術(shù)密切相關(guān)。通常按照構(gòu)成計(jì)算機(jī)的電子器件及其電路的變革，把計(jì)算機(jī)劃分為若干“代”來標(biāo)志計(jì)算機(jī)的發(fā)展。電子管計(jì)算機(jī)（1946-1956）、晶體管計(jì)算機(jī)（1957-1964）、中小規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)（1965-1970）和大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)（1971-至今）。計(jì)算機(jī)的發(fā)展已經(jīng)歷了哪幾代?

目前，各國正研制和開發(fā)第五代“非馮·諾依曼”計(jì)算機(jī)和第六代“神經(jīng)”計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)的發(fā)展與電子技術(shù)，特別是微電子技術(shù)密切

微型計(jì)算機(jī)屬于第四代計(jì)算機(jī)，它和其他計(jì)算機(jī)的主要區(qū)別在于：它的中央處理器CPU采用了超大規(guī)模集成電路技術(shù)，將CPU的各功能部件集成在一塊硅片上。

20世紀(jì)70年代初期，由于微電子技術(shù)和超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，導(dǎo)致了以微處理器為核心的微型計(jì)算機(jī)的誕生。

微處理器(MicroprocessorUnit，MPU)

，是微計(jì)算機(jī)中的中央處理單元(CentralProcessingUnit)，簡稱CPU。它是將計(jì)算機(jī)的控制邏輯和運(yùn)算單元集成在一個芯片上實(shí)現(xiàn)的。通常，微處理器中不包含內(nèi)存儲器及輸入/輸出接口電路。內(nèi)存儲器是獨(dú)立于CPU之外的芯片或芯片組；輸入/輸出接口電路也常獨(dú)立地做在一個芯片上。由于輸入/輸出設(shè)備的多樣性，使得接口電路各有特色。微型計(jì)算機(jī)屬于第四代計(jì)算機(jī)，它和其他計(jì)算機(jī)的主要區(qū)別在

從外表看，微型計(jì)算機(jī)的CPU是矩形或方形的塊狀物，通過眾多管腳與主板相連。不過這是CPU的外衣——CPU的封裝。而內(nèi)部，CPU的核心是一片不到1/4英寸的薄硅晶片(英文名稱為die，核心)。左邊是揭了蓋可以看到核心的處理器

在這小小的硅片上，密布著數(shù)以百萬計(jì)的晶體管，它們好像大腦的神經(jīng)元，相互配合協(xié)調(diào)，完成著各種復(fù)雜的運(yùn)算和操作。從外表看，微型計(jì)算機(jī)的CPU是矩形或方形的塊狀物，通微處理器和微機(jī)發(fā)展極快，幾乎每兩年集成度翻一番，每24年更新?lián)Q代一次，現(xiàn)已進(jìn)入第五、六代。

Intel發(fā)布的第一顆處理器4004僅包含2千多個晶體管，而前三年發(fā)布的Pentium8400EE處理器包含超過2.3億萬個晶體管，集成度提高了十萬倍.單個CPU的核心硅片大小沒有增大，甚至更小了，這要求不斷改進(jìn)制造工藝，以便能生產(chǎn)出更精細(xì)的電路結(jié)構(gòu)。最新的處理器采用的是0.065微米技術(shù)制造，即常說的0.065微米線寬。

微處理器和微機(jī)發(fā)展極快，幾乎每兩年集成度翻一目前Intel正設(shè)計(jì)六核心處理器Dunnington來替代目前的45nm四核心處理器Harpertown。Dunnington在一塊郵票大小的芯片內(nèi)部封裝了三個雙核處理器核心。

Intel的65nm四核安騰處理器（Tukwila）達(dá)到20億個晶體管。目前Intel正設(shè)計(jì)六核心處理器Dunnington來1.第一代——4位或低檔8位微處理器

典型產(chǎn)品是Intel公司1971年研制成功的4004（4位CPU）及1972年推出的低檔8位CPU8008。

集成度約為2300只晶體管/片。指令系統(tǒng)較簡單，運(yùn)算能力差，速度慢（平均指令執(zhí)行時間為1020s,每秒執(zhí)行6萬條指令）。軟件主要用機(jī)器語言及簡單的匯編語言編寫。

這是Intel4004

1.第一

2．

第二代——中高檔8位微處理器

典型產(chǎn)品有1974年Intel公司生產(chǎn)的8080，Zilog公司生產(chǎn)的Z80、Motorola公司生產(chǎn)的MC6800以及Intel公司1976年推出的8085。它們均具有16位地址總線。

集成度為9千余只晶體管/片，指令的平均執(zhí)行時間為12s,速度比第一代快10倍,指令系統(tǒng)相對較完善，已具有典型的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)以及中斷、存儲器直接存取(DMA)功能?？墒褂脜R編語言及BASIC、FORTRAN等高級語言編程。

這是Intel80802．

第二代——中高檔8位微處理器

3．第三代——16位微處理器

典型產(chǎn)品是1978年Intel公司的8086、Zilog公司的Z8000和Motorola公司的MC6800。它們均具有20位地址總線。

集成度為29000個晶體管/片,可用時鐘頻率為4.77、8、10MHz,每秒可執(zhí)行80萬條指令,尋址范圍1M,有近300條指令。

具有豐富的指令系統(tǒng)、多級中斷系統(tǒng)、多處理機(jī)系統(tǒng)、段式存儲器管理以及硬件乘除法器等。這是Intel8086

3．第三代——16位微處理器典型產(chǎn)品是197

1982年，Intel公司在8086基礎(chǔ)上研制出性能更優(yōu)越的16位微處理器芯片80286。

集成了13.4萬個晶體管，有24位地址總線,主頻20MHz,每秒可執(zhí)行270萬條指令。并具有多任務(wù)系統(tǒng)所必須的任務(wù)切換功能、存儲器管理功能以及各種保護(hù)功能，支持1GB以上的虛擬內(nèi)存。

一年后Intel公司推出8088.其指令系統(tǒng)與8086完全兼容，內(nèi)部結(jié)構(gòu)仍為16位，但外部數(shù)據(jù)總線是8位的。

以8088為CPU組成了IBMPC、PC/XT等準(zhǔn)16位微型計(jì)算機(jī),由于其性能價(jià)格比高，很快占領(lǐng)了市場。

以80286為CPU組成IBMPC/AT高檔16位微機(jī)1982年，Intel公司在8086基礎(chǔ)上研制

4．第四代——32位高檔微處理器

1985年，Intel推出32位微處理器80386，集成了275000個晶體管，每秒可執(zhí)行6百萬條指令,32位地址總線,指令系統(tǒng)與80286兼容。

80386有兩種結(jié)構(gòu)80386SX和80386DX，SX內(nèi)部結(jié)構(gòu)為32位，外部數(shù)據(jù)總線為16位，采用80287作為協(xié)處理器。DX內(nèi)部結(jié)構(gòu)、外部數(shù)據(jù)總線皆為32位，采用80387作為協(xié)處理器。4．第四代——32位高檔微處理器

1990年，Intel在80386基礎(chǔ)上研制出新一代32位微處理器芯片80486，集成了120萬個晶體管，地址總線仍然為32位，主頻25MHz(后繼型號可達(dá)100MHz)，指令執(zhí)行速度可達(dá)20MIPS(百萬條/每秒)以上。

80486相當(dāng)于把80386、80387及8KBCache集成在一塊芯片上，性能比80386有較大提高。1990年，Intel在80386基礎(chǔ)上研制

5.第五代——64位高檔微處理器

Pentium集成了300多萬個晶體管，數(shù)據(jù)總線64位，地址總線36位，其主頻有50MHz、66MHz、133MHz、和166MHz等，指令執(zhí)行速度可達(dá)100MIPS(每秒1億條)以上。

典型產(chǎn)品是1993年Intel推出的Pentium(奔騰，Intel586)以及IBM、Apple和Motorola三家公司聯(lián)合生產(chǎn)的PowerPC。Pentium

芯片5.第五代——64位高檔微處理器

精簡指令集計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)是指令規(guī)整，這使指令譯碼電路簡單，譯碼速度快；指令系統(tǒng)中只設(shè)置了使用頻率較高的指令，因而指令條數(shù)少，指揮指令執(zhí)行的控制邏輯電路簡單，執(zhí)行速度快。

與精簡指令集計(jì)算機(jī)對應(yīng)的是復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)CISC，Intel的Pentium微處理器及其以前的微處理器產(chǎn)品都屬于CISC。

Pentium有兩條超標(biāo)量流水線，兩個并行執(zhí)行單元及雙高速緩沖存儲器。

PowerPC是一種精簡指令集計(jì)算機(jī)（RISC），也是一種性能優(yōu)異的64位微處理器，它也采用了先進(jìn)的超標(biāo)量流水線技術(shù)及雙高速緩沖存儲器。精簡指令集計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)是指令規(guī)整，這使指令譯1995年11月,Intel發(fā)布PentiumPro,其主頻為160MHz、200MHz，指令執(zhí)行速度可達(dá)440MIPS(每秒4.4億條)。1997年1月,Intel發(fā)布PentiumMMX,主頻有166MHz、200MHz、233MHz、266MHz,它在以前的X86指令基礎(chǔ)上增加了57條多媒體指令.PentiumProPentiumMMX1995年11月,Intel發(fā)布PentiumPro,其1997年5月,Intel發(fā)布PentiumII,主頻可達(dá)266MHz(后繼型號可達(dá)333MHz)，執(zhí)行速度可達(dá)466MIPS(每秒4.66億條)以上PentiumII內(nèi)部集成了750萬個晶體管，并整合了MMX指令集技術(shù)。此時，并首次引入了S.E.C封裝(SingleEdgeContact)技術(shù)，將高速緩存與處理器整合在一塊PCB板上。

1997年5月,Intel發(fā)布PentiumII,主頻可達(dá)1999年2月,Intel發(fā)布PentiumIII,主頻有450MHz、800MHz執(zhí)行速度可達(dá)1000MIPS(每秒10億條).采用0.25微米制造工藝，擁有32K一級緩存和512K二級緩存

.包含MMX指令和Intel自己的“

3D”指令SSE

1999年2月,Intel發(fā)布PentiumIII,主頻有2000年11月,Intel發(fā)布PentiumIV,主頻有1.4GHz、1.5GHz(后繼型號已達(dá)3.4GHz).采用0.18微米鋁導(dǎo)線工藝，配合低溫半導(dǎo)體介質(zhì)技術(shù)制成，是一顆具有超級深層次管線化架構(gòu)的處理器。

PentiumIV設(shè)計(jì)中采用了很多新技術(shù),在理論上，PentiumIV是完美無缺，可是實(shí)際狀況卻遠(yuǎn)非Intel想象的那么簡單。第一代PentiumIV可以說是Intel近幾年內(nèi)的最大失敗。P4耗電驚人,其最致命的硬傷是發(fā)熱量很大,頻率提升困難.

2000年11月,Intel發(fā)布PentiumIV,主頻有

第二代0.09微米制程的Pentium

M處理器將二級緩存（L2

Cache）倍增到2MB，是第一代Pentium

M數(shù)量的兩倍，晶體管數(shù)量也暴增到1億4千萬個。

2003年Intel發(fā)布了PentiumM處理器,一種專為移動計(jì)算而優(yōu)化的全新體系結(jié)構(gòu)，是兼顧高性能和低功耗的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。PentiumM

主頻有1.4GHz、1.5GHz、1.6GHz等，后繼型號已達(dá)2.13GHz，采用的是0.13微米制造技術(shù),集成了7700萬個晶體管.頻率為2.13GHz采用了2MB二級緩存的PentiumM770在05年1月上市。第二代0.09微米制程的Pentium

M處理2006年2月,Intel公司的比單核心P4還便宜的廉價(jià)雙核心CPUPD805上市.

為了加強(qiáng)競爭的砝碼，

Intel處理器正進(jìn)行一次新的換代，從2005年起到2006年中期，處理器的生產(chǎn)工藝全面轉(zhuǎn)向65nm制程。生產(chǎn)出更小的核心芯片，芯片散熱問題得到緩解，時鐘頻率也有新的提升。

2006年2月,Intel公司的比單核心P4還便宜的廉價(jià)

1940年由數(shù)學(xué)家馮.諾依曼首先提出的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)，其基本設(shè)計(jì)思想為：①以二進(jìn)制形式表示指令和數(shù)據(jù)。②程序和數(shù)據(jù)事先存放在存儲器中，計(jì)算機(jī)在工作時能夠高速地從存儲器中取出指令加以執(zhí)行。③由運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備等五大部件組成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

到目前為止，計(jì)算機(jī)仍沿用馮.諾依曼的體系結(jié)構(gòu)。1940年由數(shù)學(xué)家馮.諾依曼首先提出的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)，其基30第1章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)概論主要內(nèi)容：微機(jī)系統(tǒng)的組成計(jì)算機(jī)中的編碼、數(shù)制及其轉(zhuǎn)換無符號二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算運(yùn)算中的溢出機(jī)器數(shù)的表示及運(yùn)算基本邏輯門及譯碼器30第1章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)概論主要內(nèi)容：31一、微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)微型機(jī)的工作原理微機(jī)系統(tǒng)的基本組成31一、微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)微型機(jī)的工作原理321.

計(jì)算機(jī)的工作原理馮?

諾依曼計(jì)算機(jī)的工作原理存儲程序工作原理321.計(jì)算機(jī)的工作原理馮?諾依曼計(jì)算機(jī)的工作原理33存儲程序原理將計(jì)算過程描述為由許多條指令按一定順序組成的程序，并放入存儲器保存指令按其在存儲器中存放的順序執(zhí)行；由控制器控制整個程序和數(shù)據(jù)的存取以及程序的執(zhí)行。33存儲程序原理將計(jì)算過程描述為由許多條指令按一定順序組成的34馮?諾依曼計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)運(yùn)算器存儲器控制器輸入設(shè)備輸出設(shè)備34馮?諾依曼計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)運(yùn)算器存儲器控制器輸入設(shè)備輸35馮?諾依曼機(jī)的工作過程內(nèi)存中的程序指令1指令2指令n┇分析獲取操作數(shù)執(zhí)行存放結(jié)果┇程序計(jì)數(shù)器PC地址CPU取出操作數(shù)35馮?諾依曼機(jī)的工作過程內(nèi)存中的程序指令1指令2指令n36馮?諾依曼機(jī)的工作過程取一條指令的工作過程：將指令所在地址賦給程序計(jì)數(shù)器PC；PC內(nèi)容送到地址寄存器AR，PC自動加1；把AR的內(nèi)容通過地址總線送至內(nèi)存儲器，經(jīng)地址譯碼器譯碼，選中相應(yīng)單元。CPU的控制器發(fā)出讀命令。在讀命令控制下，把所選中單元的內(nèi)容（即指令操作碼）讀到數(shù)據(jù)總線DB。把讀出的內(nèi)容經(jīng)數(shù)據(jù)總線送到數(shù)據(jù)寄存器DR。指令譯碼因?yàn)槿〕龅氖侵噶畹牟僮鞔a，故數(shù)據(jù)寄存器DR把它送到指令寄存器IR，然后再送到指令譯碼器ID36馮?諾依曼機(jī)的工作過程取一條指令的工作過程：馮?諾依曼機(jī)的特點(diǎn)和不足特點(diǎn)：程序存儲，共享數(shù)據(jù)，順序執(zhí)行屬于順序處理機(jī)，適合于確定的算法和數(shù)值數(shù)據(jù)的處理。不足：與存儲器間有大量數(shù)據(jù)交互，對總線要求很高；執(zhí)行順序有程序決定，對大型復(fù)雜任務(wù)較困難；以運(yùn)算器為核心，處理效率較低；由PC控制執(zhí)行順序，難以進(jìn)行真正的并行處理。37馮?諾依曼機(jī)的特點(diǎn)和不足特點(diǎn)：37典型的非馮?諾依曼機(jī)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)流驅(qū)動的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)當(dāng)指令具有所需數(shù)據(jù)、且輸出端沒有數(shù)據(jù)時就可執(zhí)行。38DataflowImageProcessingSystem典型的非馮?諾依曼機(jī)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)流驅(qū)動的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)38Dat392.系統(tǒng)組成主機(jī)硬件系統(tǒng)外設(shè)微機(jī)系統(tǒng)系統(tǒng)軟件軟件系統(tǒng)應(yīng)用軟件CPU存儲器輸入/輸出接口總線392.系統(tǒng)組成微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成框圖硬件微型機(jī)系統(tǒng)外圍設(shè)備過程控制I/O通道A/D,D/A轉(zhuǎn)換器開關(guān)量等外部設(shè)備鍵盤、鼠標(biāo)等輸入設(shè)備顯示器、打印機(jī)等輸出設(shè)備軟驅(qū)、硬盤及磁帶等外存儲器主機(jī)輸入輸出(I/O)接口電路微處理器(CPU)運(yùn)算器(算術(shù)邏輯運(yùn)算單元ALU)控制器(控制單元CU)寄存器陣列(RA)內(nèi)存儲器RAM,ROM,EPROMEEPROM,Cash等系統(tǒng)軟件軟件用戶（應(yīng)用）軟件微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成框圖硬件微型機(jī)系統(tǒng)外圍設(shè)備過程控制I

微型計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)采用總線結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)中的各部件與CPU以及各部件之間均通過系統(tǒng)總線連接。微處理器(CPU)定時電路輸入設(shè)備輸出設(shè)備I/O接口ROMRAM微型計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

主機(jī)三總線地址總線AB數(shù)據(jù)總線DB外設(shè)控制總線CB何謂總線？定時電路輸入設(shè)備輸出設(shè)備I/O接口ROMRAM微型42微處理器微處理器簡稱CPU，是計(jì)算機(jī)的核心。主要包括：

運(yùn)算器控制器寄存器組42微處理器微處理器簡稱CPU，是計(jì)算機(jī)的核心。43存儲器定義：用于存放計(jì)算機(jī)工作過程中需要操作的數(shù)據(jù)和程序。43存儲器定義：44有關(guān)內(nèi)存儲器的幾個概念內(nèi)存單元的地址和內(nèi)容內(nèi)存容量內(nèi)存的操作內(nèi)存的分類44有關(guān)內(nèi)存儲器的幾個概念內(nèi)存單元的地址和內(nèi)容45

內(nèi)存單元的地址和內(nèi)容內(nèi)存按單元組織每單元都對應(yīng)一個地址，以方便對單元的尋址1011011038F04H內(nèi)存地址單元內(nèi)容45

內(nèi)存單元的地址和內(nèi)容內(nèi)存按單元組織1011046內(nèi)存容量內(nèi)存容量：所含存儲單元的個數(shù)，以字節(jié)為單位內(nèi)存容量的大小依CPU的尋址能力而定實(shí)地址模式下為CPU地址信號線的位數(shù)46內(nèi)存容量內(nèi)存容量：47內(nèi)存操作讀：將內(nèi)存單元的內(nèi)容取入CPU，原單元內(nèi)容不改變；寫：CPU將信息放入內(nèi)存單元，單元中原來的內(nèi)容被覆蓋。47內(nèi)存操作讀：48內(nèi)存儲器的分類隨機(jī)存取存儲器（RAM）只讀存儲器（ROM）按工作方式可分為48內(nèi)存儲器的分類隨機(jī)存取存儲器（RAM）按工作方49輸入/輸出接口接口是CPU與外部設(shè)備間的橋梁CPUI/O接口外設(shè)49輸入/輸出接口接口是CPU與外部設(shè)備間的橋梁CPUI/O50接口的分類串行接口并行接口數(shù)字接口模擬接口輸入接口輸出接口50接口的分類串行接口數(shù)字接口輸入接口51接口的功能數(shù)據(jù)緩沖寄存；信號電平或類型的轉(zhuǎn)換；實(shí)現(xiàn)主機(jī)與外設(shè)間的運(yùn)行匹配。51接口的功能數(shù)據(jù)緩沖寄存；52總線基本概念分類工作原理常用系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn)及其主要技術(shù)指標(biāo)（具體內(nèi)容見后續(xù)課程）52總線基本概念53軟件系統(tǒng)軟件：為運(yùn)行、管理和維護(hù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或?yàn)閷?shí)現(xiàn)某一功能而編寫的各種程序的總和及其相關(guān)資料。系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件操作系統(tǒng)編譯系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)工具軟件軟件53軟件系統(tǒng)軟件：系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件操作系統(tǒng)軟件54二、計(jì)算機(jī)中的數(shù)制和編碼數(shù)制和編碼的表示各種計(jì)數(shù)制之間的相互轉(zhuǎn)換54二、計(jì)算機(jī)中的數(shù)制和編碼數(shù)制和編碼的表示551.常用計(jì)數(shù)法

十進(jìn)制（D）二進(jìn)制（B）十六進(jìn)制（H）551.常用計(jì)數(shù)法56例：234.98D或（234.98）D1101.11B或（1101.11）BABCD.BFH或（ABCD.BF）H56例：234.98D或（234.98）D572.各種進(jìn)制數(shù)間的轉(zhuǎn)換非十進(jìn)制數(shù)到十進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換十進(jìn)制到非十進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換二進(jìn)制與十六進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換

572.各種進(jìn)制數(shù)間的轉(zhuǎn)換非十進(jìn)制數(shù)到十進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換58非十進(jìn)制數(shù)到十進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換按相應(yīng)的權(quán)值表達(dá)式展開例：1011.11B=1×23+0×22+1×21+1×20+1×2-1+1×2-2

=8+2+1+0.5+0.25=11.755B.8H=5×161+11×160+8×16-1

=80+11+0.5=91.558非十進(jìn)制數(shù)到十進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換按相應(yīng)的權(quán)值表達(dá)式展開59十進(jìn)制到非十進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換到二進(jìn)制的轉(zhuǎn)換：對整數(shù)：除2取余；對小數(shù)：乘2取整。到十六進(jìn)制的轉(zhuǎn)換：對整數(shù)：除16取余；對小數(shù)：乘16取整。59十進(jìn)制到非十進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換到二進(jìn)制的轉(zhuǎn)換：60二進(jìn)制與十六進(jìn)制間的轉(zhuǎn)換用4位二進(jìn)制數(shù)表示1位十六進(jìn)制數(shù)例：25.5=

11001.1B=

19.8H11001010.0110101B=CA.6AH60二進(jìn)制與十六進(jìn)制間的轉(zhuǎn)換用4位二進(jìn)制數(shù)表示1位十六進(jìn)制數(shù)613.

計(jì)算機(jī)中的編碼BCD碼用二進(jìn)制編碼表示的十進(jìn)制數(shù)ASCII碼西文字符編碼613.計(jì)算機(jī)中的編碼BCD碼62BCD碼壓縮BCD碼用4位二進(jìn)制碼表示一位十進(jìn)制數(shù)每4位之間有一個空格擴(kuò)展BCD碼用8位二進(jìn)制碼表示一位十進(jìn)制數(shù)，每4位之間有一個空格。62BCD碼壓縮BCD碼63BCD碼與二進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換先轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)，再轉(zhuǎn)換二進(jìn)制數(shù)；反之同樣。例：（00010001.00100101）BCD=11.25=（1011.01）B63BCD碼與二進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換先轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)，再轉(zhuǎn)換二64ASCII碼西文字符的編碼，一般用7位二進(jìn)制碼表示。D7位為校驗(yàn)位，默認(rèn)情況下為0。要求：理解校驗(yàn)位的作用熟悉0---F的ASCII碼64ASCII碼西文字符的編碼，一般用7位二進(jìn)制碼表示。65ASCII碼的奇偶校驗(yàn)奇校驗(yàn)加上校驗(yàn)位后編碼中“1”的個數(shù)為奇數(shù)。例：A的ASCII碼是41H（1000001B）以奇校驗(yàn)傳送則為C1H（11000001B）偶校驗(yàn)加上校驗(yàn)位后編碼中“1”的個數(shù)為偶數(shù)。上例若以偶校驗(yàn)傳送，則為41H。65ASCII碼的奇偶校驗(yàn)奇校驗(yàn)66三、無符號二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算算術(shù)運(yùn)算邏輯運(yùn)算無符號數(shù)有符號數(shù)二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算66三、無符號二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算算術(shù)運(yùn)算無符號數(shù)二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算67主要內(nèi)容無符號二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)運(yùn)算無符號數(shù)的表達(dá)范圍運(yùn)算中的溢出問題無符號數(shù)的邏輯運(yùn)算基本邏輯門和譯碼器67主要內(nèi)容無符號二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)運(yùn)算681.無符號數(shù)的算術(shù)運(yùn)算加法運(yùn)算1+1=0（有進(jìn)位）減法運(yùn)算0-1=1（有借位）乘法運(yùn)算除法運(yùn)算681.無符號數(shù)的算術(shù)運(yùn)算加法運(yùn)算69乘除運(yùn)算例00001011×0100=00101100B

00001011÷0100=00000010B

即：商=00000010B

余數(shù)=11B69乘除運(yùn)算例00001011×0100702.無符號數(shù)的表示范圍：

0≤

X≤2n-1若運(yùn)算結(jié)果超出這個范圍，則產(chǎn)生溢出。對無符號數(shù)：運(yùn)算時，當(dāng)最高位向更高位

有進(jìn)位（或借位）時則產(chǎn)生

溢出。702.無符號數(shù)的表示范圍：71[例]：

最高位向前有進(jìn)位，產(chǎn)生溢出71[例]：最高位向前有進(jìn)位，產(chǎn)生溢出723.邏輯運(yùn)算與、或、非、異或掌握：與、或、非門邏輯符號和邏輯關(guān)系（真值表）；與非門、或非門的應(yīng)用。723.邏輯運(yùn)算與、或、非、異或73“與”、“或”運(yùn)算“與”運(yùn)算：任何數(shù)和“0”相“與”，結(jié)果為0?！盎颉边\(yùn)算：任何數(shù)和“1”相“或”，結(jié)果為1。&&≥1≥173“與”、“或”運(yùn)算“與”運(yùn)算：&&≥1≥174“非”、“異或”運(yùn)算“非”運(yùn)算按位求反“異或”運(yùn)算相同則為0，相異則為174“非”、“異或”運(yùn)算“非”運(yùn)算754.

譯碼器掌握74LS138譯碼器各引腳功能輸入端與輸出端關(guān)系（真值表）754.譯碼器掌握74LS138譯碼器7674LS138譯碼器G1G2AG2BCBAY0Y7????主要引腳及功能7674LS138譯碼器G1G2AG2BCBAY0Y777三、機(jī)器數(shù)（有符號數(shù)）的運(yùn)算77三、機(jī)器數(shù)（有符號數(shù)）的運(yùn)算78計(jì)算機(jī)中符號數(shù)的表示機(jī)器數(shù)計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)構(gòu)成：符號位+真值“0”表示正“1”表示負(fù)78計(jì)算機(jī)中符號數(shù)的表示機(jī)器數(shù)“0”表示正79[例]

+52=+0110100=0

0110100

符號位真值-52=-0110100=1

0110100符號位真值79[例]+52=+0110100=00801.

符號數(shù)的表示機(jī)器數(shù)的表示方法：原碼反碼補(bǔ)碼801.符號數(shù)的表示機(jī)器數(shù)的表示方法：81原碼最高位為符號位（用“0”表示正，用“1”表示負(fù)），其余為真值部分。優(yōu)點(diǎn)：真值和其原碼表示之間的對應(yīng)關(guān)系簡單，容易理解；缺點(diǎn)：計(jì)算機(jī)中用原碼進(jìn)行加減運(yùn)算比較困難0的表示不唯一。81原碼最高位為符號位（用“0”表示正，用“1”表示負(fù)），其82數(shù)0的原碼8位數(shù)0的原碼：+0=00000000

-0=10000000即：數(shù)0的原碼不唯一。82數(shù)0的原碼8位數(shù)0的原碼：+0=0000000083反碼對一個機(jī)器數(shù)X：若X>0，則[X]反=[X]原若X<0，則[X]反=對應(yīng)原碼的符號位不變，數(shù)值部分按位求反83反碼對一個機(jī)器數(shù)X：84[例]X=-52=-0110100[X]原=10110100[X]反=1100101184[例]X=-52=-0110100850的反碼：[+0]反=00000000[-0]反=11111111即：數(shù)0的反碼也不是唯一的。850的反碼：[+0]反=0086補(bǔ)碼定義：若X>0，則[X]補(bǔ)=[X]反=[X]原若X<0，則[X]補(bǔ)=[X]反+186補(bǔ)碼定義：87[例]X=–52=–0110100[X]原=10110100[X]反=11001011[X]補(bǔ)=[X]反+1=1100110087[例]X=–52=–0110100880的補(bǔ)碼：[+0]補(bǔ)=[+0]原=00000000[-0]補(bǔ)=[-0]反+1=11111111+1=100000000

對8位字長，進(jìn)位被舍掉880的補(bǔ)碼：[+0]補(bǔ)=[+0]原=0000000089特殊數(shù)10000000對無符號數(shù):（10000000）B=128在原碼中定義為：-0在反碼中定義為：-127在補(bǔ)碼中定義為：-12889特殊數(shù)10000000對無符號數(shù):（10000000）B90符號數(shù)的表示范圍對8位二進(jìn)制數(shù)：原碼：-127~+127反碼：-127~+127補(bǔ)碼：-128~+12790符號數(shù)的表示范圍對8位二進(jìn)制數(shù)：912.符號二進(jìn)制數(shù)與十進(jìn)制的轉(zhuǎn)換對用補(bǔ)碼表示的二進(jìn)制數(shù)：1）求出真值2）進(jìn)行轉(zhuǎn)換912.符號二進(jìn)制數(shù)與十進(jìn)制的轉(zhuǎn)換對用補(bǔ)碼表示的二進(jìn)制數(shù)：92[例]：補(bǔ)碼數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)[X]補(bǔ)=00101110B

正數(shù)所以：真值=0101110B

X=+46[X]補(bǔ)=11010010B

負(fù)數(shù)所以：真值不等于-1010010B而是：X=[[X]補(bǔ)]補(bǔ)=[11010010]補(bǔ)=-0101110=-4692[例]：補(bǔ)碼數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)[X]補(bǔ)=00101110933.符號數(shù)的算術(shù)運(yùn)算通過引進(jìn)補(bǔ)碼，可將減法運(yùn)算轉(zhuǎn)換為加法運(yùn)算。即：[X+Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)+[Y]補(bǔ)[X-Y]補(bǔ)=[X+(-Y)]補(bǔ)=[X]補(bǔ)+[-Y]補(bǔ)注：運(yùn)算時符號位須對齊933.符號數(shù)的算術(shù)運(yùn)算通過引進(jìn)補(bǔ)碼，可將減法運(yùn)算轉(zhuǎn)換為加94[例]X=-0110100，Y=+1110100，求X+Y=？[X]原=10110100[X]補(bǔ)=[X]反+1=11001100[Y]補(bǔ)=[Y]原=01110100[X+Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)+[Y]補(bǔ)

=11001100+01110100=01000000X+Y=+100000094[例]X=-0110100，Y=+1110100，求X+95符號數(shù)運(yùn)算中的溢出問題兩個帶符號二進(jìn)制數(shù)相加或相減時，若運(yùn)算結(jié)果超出可表達(dá)范圍，則產(chǎn)生溢出溢出的判斷方法：最高位進(jìn)位狀態(tài)次高位進(jìn)位狀態(tài)＝1，則結(jié)果溢出95符號數(shù)運(yùn)算中的溢出問題兩個帶符號二進(jìn)制數(shù)相加或相減時，若96[例]：若：X=01111000，Y=01101001則：X+Y=次高位向最高位有進(jìn)位，而最高位向前無進(jìn)位，產(chǎn)生溢出。（事實(shí)上，兩正數(shù)相加得出負(fù)數(shù)，結(jié)果出錯）96[例]：若：X=01111000，Y=0110100197結(jié)束語：第1章難點(diǎn)：

補(bǔ)碼的概念及其運(yùn)算謝謝大家！97結(jié)束語：第1章難點(diǎn)：謝謝大家！98微機(jī)原理與接口技術(shù)大家好！1微機(jī)原理與接口技術(shù)大家好！99課程目標(biāo)掌握：微型計(jì)算機(jī)的基本工作原理匯編語言程序設(shè)計(jì)方法微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)建立微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的整體概念，形成微機(jī)系統(tǒng)軟硬件開發(fā)的初步能力2課程目標(biāo)掌握：計(jì)算機(jī)發(fā)展至今有這種趨勢:組成越來越復(fù)雜、功能越來越強(qiáng)、應(yīng)用越來越容易這是建立在無數(shù)專業(yè)軟件開發(fā)者艱苦努力所開發(fā)出的大量語言、軟件工具基礎(chǔ)之上電子、信息類專業(yè)的大學(xué)生，不能停留在與普通用戶一樣僅會“使用”計(jì)算機(jī)的層面，而應(yīng)能創(chuàng)造性地利用計(jì)算機(jī)的硬件、軟件資源,開發(fā)、設(shè)計(jì)出高效的解決實(shí)際應(yīng)用問題的系統(tǒng)。要達(dá)此目的，除需學(xué)習(xí)高級語言外，還必須對計(jì)算機(jī)的組成、工作原理以及計(jì)算機(jī)與外部的信息交換方式、對外部系統(tǒng)的接口技術(shù)有深入的了解計(jì)算機(jī)發(fā)展至今有這種趨勢:組成越來越復(fù)雜、功能越來越強(qiáng)、應(yīng)本課程涉及了兩大部分：1.硬件部分：微型計(jì)算機(jī)的組成（要具體到寄存器的層次）及各部分的功能（以8086為例）微型計(jì)算機(jī)的工作原理微型計(jì)算機(jī)與外設(shè)間的信息交換技術(shù)及對外設(shè)的控制、接口技術(shù)、系統(tǒng)擴(kuò)展方法2.軟件部分：匯編語言及其程序設(shè)計(jì)（面對寄存器層次硬件的編程）在如此深入的層面上理解計(jì)算機(jī)的工作原理，不單純是為了知識，而是很多應(yīng)用必須建立在此基礎(chǔ)上，掌握了匯編語言編程技術(shù)才能充分利用計(jì)算機(jī)的潛力。本課程涉及了兩大部分：1.硬件部分：微型計(jì)算機(jī)的計(jì)算機(jī)是由各種電子器件組成的能夠自動、高速、精確地進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算、邏輯控制和信息處理的現(xiàn)代化設(shè)備，被廣泛應(yīng)用于科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)（信息）處理和過程控制等領(lǐng)域。

計(jì)算機(jī)在科學(xué)計(jì)算中的應(yīng)用有以下特點(diǎn)：

1、完成科學(xué)計(jì)算一般用高級語言編程。

2、科學(xué)計(jì)算沒有很強(qiáng)的實(shí)時性要求。

3、計(jì)算中需要的數(shù)據(jù)通常不是從現(xiàn)場實(shí)時采集的，計(jì)算結(jié)果一般也不完成對外界的控制功能，因而不需要有完成數(shù)據(jù)采集任務(wù)的輸入設(shè)備，也不需要有控制功能的輸出設(shè)備與其計(jì)算機(jī)相連。

計(jì)算機(jī)是由各種電子器件組成的能夠自動、高速、精

計(jì)算機(jī)在信息處理和過程控制應(yīng)用領(lǐng)域較復(fù)雜，有如下特點(diǎn):實(shí)時性要求高，則要求程序更精練，運(yùn)行更快。

1、對系統(tǒng)的實(shí)時性要求很高

要將專用輸入輸出設(shè)備與計(jì)算機(jī)連接并編程控制（稱為接口）

2、通常需用專門的輸入設(shè)備將有關(guān)信息輸入計(jì)算機(jī)，用專門的輸出設(shè)備輸出處理結(jié)果或?qū)Ρ豢貙ο髮?shí)施控制。匯編語言編的程序比用高級語言編的效率高僅具備高級語言編程方面的知識而不了解計(jì)算機(jī)硬件不能勝任計(jì)算機(jī)在信息處理和過程控制應(yīng)用領(lǐng)域較復(fù)雜，有如下104教材及實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書教材：《微機(jī)原理與接口技術(shù)》（第3版）.馮博琴，吳寧主編.清華大學(xué)出版社實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書《微機(jī)原理與接口技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書》（講義）陳文革，吳寧，夏秦編.西安交通大學(xué)《微機(jī)原理與接口技術(shù)題解及實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)》（第3版）.吳寧，陳文革編.清華大學(xué)出版社7教材及實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書教材：

第一臺電子數(shù)字式計(jì)算機(jī)ENIAC于1946年2月15日在美國賓夕法尼亞大學(xué)正式投入運(yùn)行，它是電子數(shù)值積分計(jì)算機(jī)(TheElectronicNumbericalIntergratorandComputer)。引言

計(jì)算機(jī)和微處理器發(fā)展概述第一臺電子數(shù)字式計(jì)算機(jī)ENIAC于1946年

ENIAC用了17468個真空電子管耗電174千瓦，占地170平方米，重達(dá)30噸每秒鐘可進(jìn)行5000次加法運(yùn)算。ENIAC用了17468個真空電子管耗電174千瓦，占地1106

計(jì)算機(jī)的發(fā)展與電子技術(shù)，特別是微電子技術(shù)密切相關(guān)。通常按照構(gòu)成計(jì)算機(jī)的電子器件及其電路的變革，把計(jì)算機(jī)劃分為若干“代”來標(biāo)志計(jì)算機(jī)的發(fā)展。電子管計(jì)算機(jī)（1946-1956）、晶體管計(jì)算機(jī)（1957-1964）、中小規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)（1965-1970）和大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)（1971-至今）。計(jì)算機(jī)的發(fā)展已經(jīng)歷了哪幾代?

目前，各國正研制和開發(fā)第五代“非馮·諾依曼”計(jì)算機(jī)和第六代“神經(jīng)”計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)的發(fā)展與電子技術(shù)，特別是微電子技術(shù)密切

微型計(jì)算機(jī)屬于第四代計(jì)算機(jī)，它和其他計(jì)算機(jī)的主要區(qū)別在于：它的中央處理器CPU采用了超大規(guī)模集成電路技術(shù)，將CPU的各功能部件集成在一塊硅片上。

20世紀(jì)70年代初期，由于微電子技術(shù)和超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，導(dǎo)致了以微處理器為核心的微型計(jì)算機(jī)的誕生。

微處理器(MicroprocessorUnit，MPU)

，是微計(jì)算機(jī)中的中央處理單元(CentralProcessingUnit)，簡稱CPU。它是將計(jì)算機(jī)的控制邏輯和運(yùn)算單元集成在一個芯片上實(shí)現(xiàn)的。通常，微處理器中不包含內(nèi)存儲器及輸入/輸出接口電路。內(nèi)存儲器是獨(dú)立于CPU之外的芯片或芯片組；輸入/輸出接口電路也常獨(dú)立地做在一個芯片上。由于輸入/輸出設(shè)備的多樣性，使得接口電路各有特色。微型計(jì)算機(jī)屬于第四代計(jì)算機(jī)，它和其他計(jì)算機(jī)的主要區(qū)別在

從外表看，微型計(jì)算機(jī)的CPU是矩形或方形的塊狀物，通過眾多管腳與主板相連。不過這是CPU的外衣——CPU的封裝。而內(nèi)部，CPU的核心是一片不到1/4英寸的薄硅晶片(英文名稱為die，核心)。左邊是揭了蓋可以看到核心的處理器

在這小小的硅片上，密布著數(shù)以百萬計(jì)的晶體管，它們好像大腦的神經(jīng)元，相互配合協(xié)調(diào)，完成著各種復(fù)雜的運(yùn)算和操作。從外表看，微型計(jì)算機(jī)的CPU是矩形或方形的塊狀物，通微處理器和微機(jī)發(fā)展極快，幾乎每兩年集成度翻一番，每24年更新?lián)Q代一次，現(xiàn)已進(jìn)入第五、六代。

Intel發(fā)布的第一顆處理器4004僅包含2千多個晶體管，而前三年發(fā)布的Pentium8400EE處理器包含超過2.3億萬個晶體管，集成度提高了十萬倍.單個CPU的核心硅片大小沒有增大，甚至更小了，這要求不斷改進(jìn)制造工藝，以便能生產(chǎn)出更精細(xì)的電路結(jié)構(gòu)。最新的處理器采用的是0.065微米技術(shù)制造，即常說的0.065微米線寬。

微處理器和微機(jī)發(fā)展極快，幾乎每兩年集成度翻一目前Intel正設(shè)計(jì)六核心處理器Dunnington來替代目前的45nm四核心處理器Harpertown。Dunnington在一塊郵票大小的芯片內(nèi)部封裝了三個雙核處理器核心。

Intel的65nm四核安騰處理器（Tukwila）達(dá)到20億個晶體管。目前Intel正設(shè)計(jì)六核心處理器Dunnington來1.第一代——4位或低檔8位微處理器

典型產(chǎn)品是Intel公司1971年研制成功的4004（4位CPU）及1972年推出的低檔8位CPU8008。

集成度約為2300只晶體管/片。指令系統(tǒng)較簡單，運(yùn)算能力差，速度慢（平均指令執(zhí)行時間為1020s,每秒執(zhí)行6萬條指令）。軟件主要用機(jī)器語言及簡單的匯編語言編寫。

這是Intel4004

1.第一

2．

第二代——中高檔8位微處理器

典型產(chǎn)品有1974年Intel公司生產(chǎn)的8080，Zilog公司生產(chǎn)的Z80、Motorola公司生產(chǎn)的MC6800以及Intel公司1976年推出的8085。它們均具有16位地址總線。

集成度為9千余只晶體管/片，指令的平均執(zhí)行時間為12s,速度比第一代快10倍,指令系統(tǒng)相對較完善，已具有典型的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)以及中斷、存儲器直接存取(DMA)功能?？墒褂脜R編語言及BASIC、FORTRAN等高級語言編程。

這是Intel80802．

第二代——中高檔8位微處理器

3．第三代——16位微處理器

典型產(chǎn)品是1978年Intel公司的8086、Zilog公司的Z8000和Motorola公司的MC6800。它們均具有20位地址總線。

集成度為29000個晶體管/片,可用時鐘頻率為4.77、8、10MHz,每秒可執(zhí)行80萬條指令,尋址范圍1M,有近300條指令。

具有豐富的指令系統(tǒng)、多級中斷系統(tǒng)、多處理機(jī)系統(tǒng)、段式存儲器管理以及硬件乘除法器等。這是Intel8086

3．第三代——16位微處理器典型產(chǎn)品是197

1982年，Intel公司在8086基礎(chǔ)上研制出性能更優(yōu)越的16位微處理器芯片80286。

集成了13.4萬個晶體管，有24位地址總線,主頻20MHz,每秒可執(zhí)行270萬條指令。并具有多任務(wù)系統(tǒng)所必須的任務(wù)切換功能、存儲器管理功能以及各種保護(hù)功能，支持1GB以上的虛擬內(nèi)存。

一年后Intel公司推出8088.其指令系統(tǒng)與8086完全兼容，內(nèi)部結(jié)構(gòu)仍為16位，但外部數(shù)據(jù)總線是8位的。

以8088為CPU組成了IBMPC、PC/XT等準(zhǔn)16位微型計(jì)算機(jī),由于其性能價(jià)格比高，很快占領(lǐng)了市場。

以80286為CPU組成IBMPC/AT高檔16位微機(jī)1982年，Intel公司在8086基礎(chǔ)上研制

4．第四代——32位高檔微處理器

1985年，Intel推出32位微處理器80386，集成了275000個晶體管，每秒可執(zhí)行6百萬條指令,32位地址總線,指令系統(tǒng)與80286兼容。

80386有兩種結(jié)構(gòu)80386SX和80386DX，SX內(nèi)部結(jié)構(gòu)為32位，外部數(shù)據(jù)總線為16位，采用80287作為協(xié)處理器。DX內(nèi)部結(jié)構(gòu)、外部數(shù)據(jù)總線皆為32位，采用80387作為協(xié)處理器。4．第四代——32位高檔微處理器

1990年，Intel在80386基礎(chǔ)上研制出新一代32位微處理器芯片80486，集成了120萬個晶體管，地址總線仍然為32位，主頻25MHz(后繼型號可達(dá)100MHz)，指令執(zhí)行速度可達(dá)20MIPS(百萬條/每秒)以上。

80486相當(dāng)于把80386、80387及8KBCache集成在一塊芯片上，性能比80386有較大提高。1990年，Intel在80386基礎(chǔ)上研制

5.第五代——64位高檔微處理器

Pentium集成了300多萬個晶體管，數(shù)據(jù)總線64位，地址總線36位，其主頻有50MHz、66MHz、133MHz、和166MHz等，指令執(zhí)行速度可達(dá)100MIPS(每秒1億條)以上。

典型產(chǎn)品是1993年Intel推出的Pentium(奔騰，Intel586)以及IBM、Apple和Motorola三家公司聯(lián)合生產(chǎn)的PowerPC。Pentium

芯片5.第五代——64位高檔微處理器

精簡指令集計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)是指令規(guī)整，這使指令譯碼電路簡單，譯碼速度快；指令系統(tǒng)中只設(shè)置了使用頻率較高的指令，因而指令條數(shù)少，指揮指令執(zhí)行的控制邏輯電路簡單，執(zhí)行速度快。

與精簡指令集計(jì)算機(jī)對應(yīng)的是復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)CISC，Intel的Pentium微處理器及其以前的微處理器產(chǎn)品都屬于CISC。

Pentium有兩條超標(biāo)量流水線，兩個并行執(zhí)行單元及雙高速緩沖存儲器。

PowerPC是一種精簡指令集計(jì)算機(jī)（RISC），也是一種性能優(yōu)異的64位微處理器，它也采用了先進(jìn)的超標(biāo)量流水線技術(shù)及雙高速緩沖存儲器。精簡指令集計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)是指令規(guī)整，這使指令譯1995年11月,Intel發(fā)布PentiumPro,其主頻為160MHz、200MHz，指令執(zhí)行速度可達(dá)440MIPS(每秒4.4億條)。1997年1月,Intel發(fā)布PentiumMMX,主頻有166MHz、200MHz、233MHz、266MHz,它在以前的X86指令基礎(chǔ)上增加了57條多媒體指令.PentiumProPentiumMMX1995年11月,Intel發(fā)布PentiumPro,其1997年5月,Intel發(fā)布PentiumII,主頻可達(dá)266MHz(后繼型號可達(dá)333MHz)，執(zhí)行速度可達(dá)466MIPS(每秒4.66億條)以上PentiumII內(nèi)部集成了750萬個晶體管，并整合了MMX指令集技術(shù)。此時，并首次引入了S.E.C封裝(SingleEdgeContact)技術(shù)，將高速緩存與處理器整合在一塊PCB板上。

1997年5月,Intel發(fā)布PentiumII,主頻可達(dá)1999年2月,Intel發(fā)布PentiumIII,主頻有450MHz、800MHz執(zhí)行速度可達(dá)1000MIPS(每秒10億條).采用0.25微米制造工藝，擁有32K一級緩存和512K二級緩存

.包含MMX指令和Intel自己的“

3D”指令SSE

1999年2月,Intel發(fā)布PentiumIII,主頻有2000年11月,Intel發(fā)布PentiumIV,主頻有1.4GHz、1.5GHz(后繼型號已達(dá)3.4GHz).采用0.18微米鋁導(dǎo)線工藝，配合低溫半導(dǎo)體介質(zhì)技術(shù)制成，是一顆具有超級深層次管線化架構(gòu)的處理器。

PentiumIV設(shè)計(jì)中采用了很多新技術(shù),在理論上，PentiumIV是完美無缺，可是實(shí)際狀況卻遠(yuǎn)非Intel想象的那么簡單。第一代PentiumIV可以說是Intel近幾年內(nèi)的最大失敗。P4耗電驚人,其最致命的硬傷是發(fā)熱量很大,頻率提升困難.

2000年11月,Intel發(fā)布PentiumIV,主頻有

第二代0.09微米制程的Pentium

M處理器將二級緩存（L2

Cache）倍增到2MB，是第一代Pentium

M數(shù)量的兩倍，晶體管數(shù)量也暴增到1億4千萬個。

2003年Intel發(fā)布了PentiumM處理器,一種專為移動計(jì)算而優(yōu)化的全新體系結(jié)構(gòu)，是兼顧高性能和低功耗的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。PentiumM

主頻有1.4GHz、1.5GHz、1.6GHz等，后繼型號已達(dá)2.13GHz，采用的是0.13微米制造技術(shù),集成了7700萬個晶體管.頻率為2.13GHz采用了2MB二級緩存的PentiumM770在05年1月上市。第二代0.09微米制程的Pentium

M處理2006年2月,Intel公司的比單核心P4還便宜的廉價(jià)雙核心CPUPD805上市.

為了加強(qiáng)競爭的砝碼，

Intel處理器正進(jìn)行一次新的換代，從2005年起到2006年中期，處理器的生產(chǎn)工藝全面轉(zhuǎn)向65nm制程。生產(chǎn)出更小的核心芯片，芯片散熱問題得到緩解，時鐘頻率也有新的提升。

2006年2月,Intel公司的比單核心P4還便宜的廉價(jià)

1940年由數(shù)學(xué)家馮.諾依曼首先提出的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)，其基本設(shè)計(jì)思想為：①以二進(jìn)制形式表示指令和數(shù)據(jù)。②程序和數(shù)據(jù)事先存放在存儲器中，計(jì)算機(jī)在工作時能夠高速地從存儲器中取出指令加以執(zhí)行。③由運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備等五大部件組成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

到目前為止，計(jì)算機(jī)仍沿用馮.諾依曼的體系結(jié)構(gòu)。1940年由數(shù)學(xué)家馮.諾依曼首先提出的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)，其基127第1章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)概論主要內(nèi)容：微機(jī)系統(tǒng)的組成計(jì)算機(jī)中的編碼、數(shù)制及其轉(zhuǎn)換無符號二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算運(yùn)算中的溢出機(jī)器數(shù)的表示及運(yùn)算基本邏輯門及譯碼器30第1章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)概論主要內(nèi)容：128一、微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)微型機(jī)的工作原理微機(jī)系統(tǒng)的基本組成31一、微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)微型機(jī)的工作原理1291.

計(jì)算機(jī)的工作原理馮?

諾依曼計(jì)算機(jī)的工作原理存儲程序工作原理321.計(jì)算機(jī)的工作原理馮?諾依曼計(jì)算機(jī)的工作原理130存儲程序原理將計(jì)算過程描述為由許多條指令按一定順序組成的程序，并放入存儲器保存指令按其在存儲器中存放的順序執(zhí)行；由控制器控制整個程序和數(shù)據(jù)的存取以及程序的執(zhí)行。33存儲程序原理將計(jì)算過程描述為由許多條指令按一定順序組成的131馮?諾依曼計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)運(yùn)算器存儲器控制器輸入設(shè)備輸出設(shè)備34馮?諾依曼計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)運(yùn)算器存儲器控制器輸入設(shè)備輸132馮?諾依曼機(jī)的工作過程內(nèi)存中的程序指令1指令2指令n┇分析獲取操作數(shù)執(zhí)行存放結(jié)果┇程序計(jì)數(shù)器PC地址CPU取出操作數(shù)35馮?諾依曼機(jī)的工作過程內(nèi)存中的程序指令1指令2指令n133馮?諾依曼機(jī)的工作過程取一條指令的工作過程：將指令所在地址賦給程序計(jì)數(shù)器PC；PC內(nèi)容送到地址寄存器AR，PC自動加1；把AR的內(nèi)容通過地址總線送至內(nèi)存儲器，經(jīng)地址譯碼器譯碼，選中相應(yīng)單元。CPU的控制器發(fā)出讀命令。在讀命令控制下，把所選中單元的內(nèi)容（即指令操作碼）讀到數(shù)據(jù)總線DB。把讀出的內(nèi)容經(jīng)數(shù)據(jù)總線送到數(shù)據(jù)寄存器DR。指令譯碼因?yàn)槿〕龅氖侵噶畹牟僮鞔a，故數(shù)據(jù)寄存器DR把它送到指令寄存器IR，然后再送到指令譯碼器ID36馮?諾依曼機(jī)的工作過程取一條指令的工作過程：馮?諾依曼機(jī)的特點(diǎn)和不足特點(diǎn)：程序存儲，共享數(shù)據(jù)，順序執(zhí)行屬于順序處理機(jī)，適合于確定的算法和數(shù)值數(shù)據(jù)的處理。不足：與存儲器間有大量數(shù)據(jù)交互，對總線要求很高；執(zhí)行順序有程序決定，對大型復(fù)雜任務(wù)較困難；以運(yùn)算器為核心，處理效率較低；由PC控制執(zhí)行順序，難以進(jìn)行真正的并行處理。134馮?諾依曼機(jī)的特點(diǎn)和不足特點(diǎn)：37典型的非馮?諾依曼機(jī)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)流驅(qū)動的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)當(dāng)指令具有所需數(shù)據(jù)、且輸出端沒有數(shù)據(jù)時就可執(zhí)行。135DataflowImageProcessingSystem典型的非馮?諾依曼機(jī)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)流驅(qū)動的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)38Dat1362.系統(tǒng)組成主機(jī)硬件系統(tǒng)外設(shè)微機(jī)系統(tǒng)系統(tǒng)軟件軟件系統(tǒng)應(yīng)用軟件CPU存儲器輸入/輸出接口總線392.系統(tǒng)組成微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成框圖硬件微型機(jī)系統(tǒng)外圍設(shè)備過程控制I/O通道A/D,D/A轉(zhuǎn)換器開關(guān)量等外部設(shè)備鍵盤、鼠標(biāo)等輸入設(shè)備顯示器、打印機(jī)等輸出設(shè)備軟驅(qū)、硬盤及磁帶等外存儲器主機(jī)輸入輸出(I/O)接口電路微處理器(CPU)運(yùn)算器(算術(shù)邏輯運(yùn)算單元ALU)控制器(控制單元CU)寄存器陣列(RA)內(nèi)存儲器RAM,ROM,EPROMEEPROM,Cash等系統(tǒng)軟件軟件用戶（應(yīng)用）軟件微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成框圖硬件微型機(jī)系統(tǒng)外圍設(shè)備過程控制I

微型計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)采用總線結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)中的各部件與CPU以及各部件之間均通過系統(tǒng)總線連接。微處理器(CPU)定時電路輸入設(shè)備輸出設(shè)備I/O接口ROMRAM微型計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

主機(jī)三總線地址總線AB數(shù)據(jù)總線DB外設(shè)控制總線CB何謂總線？定時電路輸入設(shè)備輸出設(shè)備I/O接口ROMRAM微型139微處理器微處理器簡稱CPU，是計(jì)算機(jī)的核心。主要包括：

運(yùn)算器控制器寄存器組42微處理器微處理器簡稱CPU，是計(jì)算機(jī)的核心。140存儲器定義：用于存放計(jì)算機(jī)工作過程中需要操作的數(shù)據(jù)和程序。43存儲器定義：141有關(guān)內(nèi)存儲器的幾個概念內(nèi)存單元的地址和內(nèi)容內(nèi)存容量內(nèi)存的操作內(nèi)存的分類44有關(guān)內(nèi)存儲器的幾個概念內(nèi)存單元的地址和內(nèi)容142

內(nèi)存單元的地址和內(nèi)容內(nèi)存按單元組織每單元都對應(yīng)一個地址，以方便對單元的尋址1011011038F04H內(nèi)存地址單元內(nèi)容45

內(nèi)存單元的地址和內(nèi)容內(nèi)存按單元組織10110143內(nèi)存容量內(nèi)存容量：所含存儲單元的個數(shù)，以字節(jié)為單位內(nèi)存容量的大小依CPU的尋址能力而定實(shí)地址模式下為CPU地址信號線的位數(shù)46內(nèi)存容量內(nèi)存容量：144內(nèi)存操作讀：將內(nèi)存單元的內(nèi)容取入CPU，原單元內(nèi)容不改變；寫：CPU將信息放入內(nèi)存單元，單元中原來的內(nèi)容被覆蓋。47內(nèi)存操作讀：145內(nèi)存儲器的分類隨機(jī)存取存儲器（RAM）只讀存儲器（ROM）按工作方式可分為48內(nèi)存儲器的分類隨機(jī)存取存儲器（RAM）按工作方146輸入/輸出接口接口是CPU與外部設(shè)備間的橋梁CPUI/O接口外設(shè)49輸入/輸出接口接口是CPU與外部設(shè)備間的橋梁CPUI/O147接口的分類串行接口并行接口數(shù)字接口模擬接口輸入接口輸出接口50接口的分類串行接口數(shù)字接口輸入接口148接口的功能數(shù)據(jù)緩沖寄存；信號電平或類型的轉(zhuǎn)換；實(shí)現(xiàn)主機(jī)與外設(shè)間的運(yùn)行匹配。51接口的功能數(shù)據(jù)緩沖寄存；149總線基本概念分類工作原理常用系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn)及其主要技術(shù)指標(biāo)（具體內(nèi)容見后續(xù)課程）52總線基本概念150軟件系統(tǒng)軟件：為運(yùn)行、管理和維護(hù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或?yàn)閷?shí)現(xiàn)某一功能而編寫的各種程序的總和及其相關(guān)資料。系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件操作系統(tǒng)編譯系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)工具軟件軟件53軟件系統(tǒng)軟件：系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件操作系統(tǒng)軟件151二、計(jì)算機(jī)中的數(shù)制和編碼數(shù)制和編碼的表示各種計(jì)數(shù)制之間的相互轉(zhuǎn)換54二、計(jì)算機(jī)中的數(shù)制和編碼數(shù)制和編碼的表示1521.常用計(jì)數(shù)法

十進(jìn)制（D）二進(jìn)制（B）十六進(jìn)制（H）551.常用計(jì)數(shù)法153例：234.98D或（234.98）D1101.11B或（1101.11）BABCD.BFH或（ABCD.BF）H56例：234.98D或（234.98）D1542.各種進(jìn)制數(shù)間的轉(zhuǎn)換非十進(jìn)制數(shù)到十進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換十進(jìn)制到非十進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換二進(jìn)制與十六進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換

572.各種進(jìn)制數(shù)間的轉(zhuǎn)換非十進(jìn)制數(shù)到十進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換155非十進(jìn)制數(shù)到十進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換按相應(yīng)的權(quán)值表達(dá)式展開例：1011.11B=1×23+0×22+1×21+1×20+1×2-1+1×2-2

=8+2+1+0.5+0.25=11.755B.8H=5×161+11×160+8×16-1

=80+11+0.5=91.558非十進(jìn)制數(shù)到十進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換按相應(yīng)的權(quán)值表達(dá)式展開156十進(jìn)制到非十進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換到二進(jìn)制的轉(zhuǎn)換：對整數(shù)：除2取余；對小數(shù)：乘2取整。到十六進(jìn)制的轉(zhuǎn)換：對整數(shù)：除16取余；對小數(shù)：乘16取整。59十進(jìn)制到非十進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換到二進(jìn)制的轉(zhuǎn)換：157二進(jìn)制與十六進(jìn)制間的轉(zhuǎn)換用4位二進(jìn)制數(shù)表示1位十六進(jìn)制數(shù)例：25.5=

11001.1B=

19.8H11001010.0110101B=CA.6AH60二進(jìn)制與十六進(jìn)制間的轉(zhuǎn)換用4位二進(jìn)制數(shù)表示1位十六進(jìn)制數(shù)1583.

計(jì)算機(jī)中的編碼BCD碼用二進(jìn)制編碼表示的十進(jìn)制數(shù)ASCII碼西文字符編碼613.計(jì)算機(jī)中的編碼BCD碼159BCD碼壓縮BCD碼用4位二進(jìn)制碼表示一位十進(jìn)制數(shù)每4位之間有一個空格擴(kuò)展BCD碼用8位二進(jìn)制碼表示一位十進(jìn)制數(shù)，每4位之間有一個空格。62BCD碼壓縮BCD碼160BCD碼與二進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換先轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)，再轉(zhuǎn)換二進(jìn)制數(shù)；反之同樣。例：（00010001.00100101）BCD=11.25=（1011.01）B63BCD碼與二進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換先轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)，再轉(zhuǎn)換二161ASCII碼西文字符的編碼，一般用7位二進(jìn)制碼表示。D7位為校驗(yàn)位，默認(rèn)情況下為0。要求：理解校驗(yàn)位的作用熟悉0---F的ASCII碼64ASCII碼西文字符的編碼，一般用