西安電子科技大學通院微機原理第一章ppt.ppt

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1,2019/12/18,肖瀟xiaoxiao@xiaozju@手機：15202435293QQ:150066297MSN:xiaozju@辦公室：東大樓318,2019/12/18,2,第1章概述,,3,2019/12/18,第1章概述,1.1緒論1.2計算機系統(tǒng)的硬、軟件組成1.3計算機的工作過程和主要性能指標1.4微處理器發(fā)展歷程1.5基礎知識,4,2019/12/18,計算機分類,服務器（Server）工作站（Workstation）臺式機（DesktopPC）筆記本（Notebook）手持設備又稱掌上電腦（HandheldPC）,5,2019/12/18,1.1緒論1.1.1計算機發(fā)展史簡介,1946年2月14日，現(xiàn)代計算機ENIAC(TheElectronicNumericalIntegratorAndComputer)誕生在費城40年代中期，馮諾依曼(1903～1957)參加了賓夕法尼亞大學的小組，1945年設計電子離散可變自動計算機EDVAC(ElectronicDiscreteVariableAutomaticComputer),6,2019/12/18,第一代(1946～1958)：電子管數(shù)字計算機,電子管，主存儲器采用汞延遲線、磁鼓、磁芯；輔助存儲器采用磁帶；軟件主要采用機器語言、匯編語言；應用以科學計算為主，只在重要部門或科學研究部門使用；體積大、耗電大、可靠性差、價格昂貴、維修復雜。,7,2019/12/18,第二代(1958～1964)：晶體管數(shù)字計算機,晶體管，可靠性和性能比提高；主存儲器磁芯；輔助存儲器磁盤軟件出現(xiàn)了各種各樣的高級語言及其編譯程序，還出現(xiàn)了以批處理為主的操作系統(tǒng)；應用以科學計算和各種事務處理為主，并開始用于工業(yè)控制。,8,2019/12/18,第三代(1964～1971)：集成電路數(shù)字計算機,小、中規(guī)模集成電路(SSI、MSI)，主存儲器磁芯，計算機的體積更小、耗電量更少、可靠性和性能比更高；軟件逐漸完善，分時操作系統(tǒng)、會話式語言等多種高級語言都有新的發(fā)展。應用領域日益擴大，用于科學計算，文字處理、企業(yè)管理、自動控制等領域，出現(xiàn)了計算機技術與通信技術相結合的信息管理系統(tǒng)，可用于生產管理、交通管理、情報檢索等領域。,9,2019/12/18,第四代(1971年以后)：大規(guī)模集成電路數(shù)字計算機,采用了大規(guī)模集成電路(LSI)和超大規(guī)模集成電路（VLSI）；計算機發(fā)展到了微型化、耗電極少、可靠性很高的階段第四代計算機的另一個重要分支是以大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路為基礎發(fā)展起來的微處理器和微型計算機。微型計算機大致經(jīng)歷了四個階段,10,2019/12/18,第一階段（1971年～1973年）,微處理器：4004、4040、80081971年Intel公司研制出MCS4微型計算機（CPU為4040，四位機）。后來又推出以8008為核心的MCS-8型,11,2019/12/18,第二階段（1973年～1977年）,8位微處理器：8080、8085、M6800、Z80初期產品有Intel公司的MCS一80型（CPU為8080，八位機）。后期有TRS-80型（CPU為Z80）和APPLE-Ⅱ型（CPU為6502）,12,2019/12/18,第三階段（1978年～1983年）,16位微處理器：8086、8088、80186、80286、M68000、Z8000微型計算機代表產品是IBM-PC（CPU為8088）。本階段的頂峰產品是APPLE公司的Macintosh（1984年）和IBM公司的PC／AT（1984年）微型計算機,13,2019/12/18,第四階段（1983年至今）,32和64位微處理器：80386、80486和Pentium及對應的386、486和Pentium微型計算機產品微型計算機的性能主要取決于它的核心器件——微處理器（CPU）的性能,14,2019/12/18,第五代：智能計算機,將把信息采集、存儲、處理、通信和人工智能結合一起具有形式推理、聯(lián)想、學習和解釋能力；系統(tǒng)結構將突破傳統(tǒng)的馮諾依曼機器的概念，實現(xiàn)高度的并行處理。,15,2019/12/18,1.1.2計算機的特點,記憶能力強計算精度高與邏輯判斷準確高速的處理能力能自動完成各種操作,16,2019/12/18,1.1.3計算機應用領域和發(fā)展方向——計算機應用領域,科學計算（或稱為數(shù)值計算）過程檢測與控制信息管理（數(shù)據(jù)處理）計算機輔助系統(tǒng)計算機輔助設計（CAD）計算機輔助制造（CAM）計算機輔助測試（CAT）計算機輔助教學（CAI）,17,2019/12/18,1.1.3計算機應用領域和發(fā)展方向——計算機的發(fā)展方向,巨型化微型化網(wǎng)絡化智能化,18,2019/12/18,1.1.4計算機語言的發(fā)展,機器語言。是由“0”和“1”組成的二進制數(shù)，二進制是計算機的語言基礎匯編語言。用一些簡潔的英文字母、符號串來替代一個特定的指令的二進制串高級語言。接近于數(shù)學語言或人的自然語言，編出的程序能在所有機器上通用面向對象語言。面向具體的應用功能，也就是對象（object）。其方法就是軟件的集成化。如C++和Java基于規(guī)則的智能化語言。以可視化編程方法為特征，是一種應用的裝配環(huán)境。如VisualC++、VisualBasic,19,2019/12/18,計算機語言的未來發(fā)展趨勢,簡單性：提供最基本的方法來完成指定的任務，只需理解一些基本的概念，就可以用它編寫出適合于各種情況的應用程序；面向對象：提供簡單的類機制以及動態(tài)的接口模型；通過繼承機制，實現(xiàn)了代碼的復用。安全性：用于網(wǎng)絡、分布環(huán)境下有安全機制保證；平臺無關性：與平臺無關的特性使程序可以方便地被移植到網(wǎng)絡上的不同機器、不同平臺。,20,2019/12/18,1.2計算機系統(tǒng)的硬、軟件組成,,21,2019/12/18,計算機結構,22,2019/12/18,1.2.1計算機的硬件組成——計算機主要部件,1964年，美籍匈牙利數(shù)學家馮諾依曼（VonNeumann）提出了存儲程序計算機的設計思想，奠定了現(xiàn)代計算機的結構基礎；從本質上講，存儲程序控制仍是現(xiàn)代計算機的結構基礎，因此統(tǒng)稱為諾依曼型計算機；基本工作原理可概括為“存儲程序”和“程序控制”物理結構上，計算機由微處理器、存儲器和輸入/輸出設備3個部分組成,23,2019/12/18,基于微處理器的PC系統(tǒng)的組成,,24,2019/12/18,存儲器,用來存儲程序、原始數(shù)據(jù)和結果的記憶裝置分為內存和外存兩部分內存容量較小，存取速度較快，一般用來存放當前正在執(zhí)行的程序和數(shù)據(jù)，常用半導體存儲器；外存容量較大，速度較慢，一般用來存放暫時不殘余運行的程序和數(shù)據(jù)，常用硬磁盤和光盤,25,2019/12/18,PC系統(tǒng)的主存儲器映像圖,,26,2019/12/18,主存儲器三個主要部分,TPA。640KB，用于駐留操作系統(tǒng)和其他控制PC系統(tǒng)的程序，TPA也存放任何當前激活的或非激活的系統(tǒng)應用程序，用于系統(tǒng)程序、數(shù)據(jù)、驅動程序和應用程序系統(tǒng)區(qū)。384KB。系統(tǒng)包括BIOSROM或Flash存儲器中的程序，以及視頻RAM的數(shù)據(jù)區(qū)XMS（eXtendedMemorySystem，擴展內存系統(tǒng)）,27,2019/12/18,I/O系統(tǒng),允許微處理器與外部設備進行通信。I/O地址允許PC機訪問64K個不同的I/O設備輸入設備任務：是把程序和原始數(shù)據(jù)送入計算機中，并將它們轉換成計算機內部所能識別和接收的信息方式。如鍵盤、鼠標和掃描儀等。輸出設備任務：是將計算機的運算操作結果以人或其他設備所能接收的形式輸出，其種類繁多，如顯示器、打印機和繪圖儀等,28,2019/12/18,微處理器,PC系統(tǒng)的核心是微處理器。微處理器通過執(zhí)行存儲在存儲器中的程序指令，實現(xiàn)對存儲器和I/O系統(tǒng)的控制運算器。算術邏輯運算部件（ArithmeticandLogiccalUnit,ALU）是對信息進行加工、運算的部件，執(zhí)行算術運算和邏輯運算。運算器的核心是加法器控制器。根據(jù)程序中的命令發(fā)出的各種控制信號，使各部分協(xié)調工作以完成指令所要求的各種操作，是整個計算機的指揮中心,29,2019/12/18,1.2.1計算機的硬件組成——計算機的總線結構,總線是一組能為多個部件服務的公共信息傳送線路，它能分時地發(fā)送與接收各部件的信息PC設計目標是以較小的硬件代價組成具有較強功能的系統(tǒng)，而總線結構正好能滿足這一要求系統(tǒng)總線按傳輸信息的不同分為：地址總線（AddressBus）。由單方向的多根信號線組成，用于CPU向存儲器、外設傳輸?shù)刂沸畔?；?shù)據(jù)總線（DataBus）。由雙方向的多根信號線組成，用于CPU從存儲器、外設讀入數(shù)據(jù)，也可以由CPU向存儲器、外設發(fā)送數(shù)據(jù)；控制總線（ControlBus）。由雙方向的多根信號線組成，用于CPU向存儲器、外設發(fā)送控制命令和從存儲器、外設讀入反饋信息。,30,2019/12/18,單系統(tǒng)總線,,31,2019/12/18,1.2.2馮諾依曼結構與哈佛結構的存儲器設計思想,根據(jù)程序（指令序列）和數(shù)據(jù)的存放形式，存儲器設計思想可分為馮諾依曼結構與哈佛結構,32,2019/12/18,1.馮諾依曼結構,馮諾依曼結構也稱為普林斯頓結構，是一種傳統(tǒng)的存儲器設計思想即指令和數(shù)據(jù)是不加區(qū)別地混合存儲在同一個存儲器中的，共享數(shù)據(jù)總線CPU與共享存儲器間的信息交換成了影響高速計算機和系統(tǒng)性能的“瓶頸”Intel公司的80 x86CPU，ARM公司的ARM7，MIPS公司的MIPS等,33,2019/12/18,馮諾依曼結構存儲器設計,,34,2019/12/18,2.哈佛結構,哈佛結構的指令和數(shù)據(jù)是完全分開的哈佛結構至少有兩組總線：程序存儲器（PM）的數(shù)據(jù)總線和地址總線，以及數(shù)據(jù)存儲器（DM）的數(shù)據(jù)總線和地址總線由于指令和數(shù)據(jù)分開存放，可以使指令和數(shù)據(jù)有不同的數(shù)據(jù)寬度Motorola公司的MC68系列，ARM公司的ARM9、ARM10和ARM11。大多數(shù)數(shù)字信號處理器（DSP）,35,2019/12/18,哈佛結構存儲器設計,,36,2019/12/18,應用,現(xiàn)代微型計算機中的高速緩沖存儲器（Cache）采用哈佛結構，將Cache分為指令Cache和數(shù)據(jù)Cache兩個部分將馮諾依曼結構和哈佛結構結合起來，不僅可以提高存儲器的利用率，而且可以提高程序執(zhí)行的效率，縮短指令執(zhí)行的時鐘周期,37,2019/12/18,1.2.3計算機軟件系統(tǒng),軟件：為了運行、管理和維修計算機所編制的各種程序的總和軟件分為系統(tǒng)軟件和應用軟件兩大類系統(tǒng)軟件：使用和管理計算機的各種軟件統(tǒng)，為用戶使用機器提供方便，擴大機器功能，提高工作效率應用軟件：是由用戶利用計算機及其系統(tǒng)軟件編制的解決實際應用問題的程序,38,2019/12/18,計算機組成示意圖,,