第一章 微型计算机概述
文档属性
| 名称 | 第一章 微型计算机概述 |  | |
| 格式 | rar | ||
| 文件大小 | 43.4KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 其它版本 | ||
| 科目 | 信息技术（信息科技） | ||
| 更新时间 | 2009-10-23 16:49:00 | ||
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文档简介
(共22张PPT)
第一章 微型计算机概述
一.冯 诺伊曼计算机基本结构(冯氏结构)
1.“存储程序”概念的产生及其重要意义。
ENIAC（Electronic Numerrical Integrator And Computer）
——不具备“存储程序”的功能
EDVAC（Electronic Discrete Variable Automatic Computer）
——采用“存储程序”的概念，并付诸实现， “开创了整个程序设计时代的到来”
2.冯氏计算机结构： P2
二.计算机的基本组成框图及功能部件简介
1.框图（计算机的一般结构模型） P2图1.1
2.主要功能部件
存储器
控
制
逻
辑
RD
WR
地址寄存器
地址译码器
数据寄存器
…
000……00H
FFF……FFH
1 0 1 0 1 0 0 1 0
MAR
存储体
MDR
运算器
控制器
输入设备
输出设备
三.计算机的工作流程
1.模型机结构
2.指令的执行过程(P7)
模型机结构简图
控制逻辑阵列
指令译码器ID
指令寄存器IR
累加寄存器A
ALU
标志寄存器FR
程序计数器PC
地址寄存器MAR
数据寄存器MDR
微操作控制信号
存储器
CPU
系统总线（BUS）
…
存储体
+1
*注：I/O接口电路在图中省略未画
四.微处理器、微型计算机和微型计算机系统
（Microprocessor,Microcomputer,Microcomputer System）
微机系统
硬件
软件
微处理器
应用软件
系统软件
外设
微型计算机
主存储器
I/O接口电路
系统总线
ALU
控制单元
并行I/O接口
串行I/O接口
AB
RAM
DB
CB
ROM
寄存器组
1.微处理器 也称微处理机，由一片或几片大规模集成电路组成的具有控制器和运算器功能的中央处理器，统称微处理器。
例如：
Intel 8080,8085;
Intel 8086,80286,80386,80486;
Pentitum,Pentium II(P6),Pentium III,Pentium IV.
Zilog Z80; Z8000; Z80000.
Motorola MC6800(8位),MC68000（16位）,MC68020(32位)
Power PC 620(64位)
四.微处理器、微型计算机和微型计算机系统（续）
（Microprocessor,Microcomputer,Microcomputer System）
1.Moore定律： “晶体管的大小将以指数速率变小，而集成到芯片上的晶体管数目将2－3年【18－24个月】翻一番。”
－－Gordon Moore，1965
* Gordon Moore－－Inter公司的创始人，著名半导体科学家。
四.微处理器、微型计算机和微型计算机系统（续）
（Microprocessor,Microcomputer,Microcomputer System）
1978年 8086 2.9万 （3万）
1982年 80286 13.5万
1985年 80386 32万
1990年 80486 120万
1993年 Pentium 320万
1996年 Pentium Pro 550万
1997年2月 Pentium II 750万，300MHz
1999年 Pentium III
2000年(4季度) Pentium IV 4200万，1.4GHz(0.18um工艺)
Bill Gates在《未来之路》中曾提到，假若Moore定律能再持续20年…..
其他新型技术，如激光计算机。
从计算机结构及信息理论方面，“非冯结构”（神经网络－－仿人脑的思维和记忆模型），更便于处理某些智能型问题。
四.微处理器、微型计算机和微型计算机系统（续）
（Microprocessor,Microcomputer,Microcomputer System）
微处理器具有运算和控制功能，是整个微型计算机的核心，也称中央处理器CPU（Central Processing Unit）。
注意，微处理器并不是一台完整的计算机，要构成一台完整的计算机（主机），还需要有：存储器、I/O接口及系统总线。
微处理器的主要功能部件
（1）算术逻辑部件（ALU）：用来进行算术和逻辑运算。
例如，SUB AL，5； AND AL，FEH；ADD AL，10；OR AL，01H；
（2）累加器：运算前存放操作数，运算后存放运算结果。输入/输出指令也通过累加器来完成。
例如：IN AL，50H； OUT 51H，AL；
（3）程序计数器（Program Counter--PC），也称指令计数器（Instruction Counter），由它指出下一条要执行指令所在存储单元的地址，具有加1计数的功能。
（4）指令寄存器：用来存放从存储器中取出的指令码。
（5）指令译码器：对指令码进行译码，确定指令的操作（如加、减、移位等）。
（6）时序和控制部件
四.微处理器、微型计算机和微型计算机系统（续）
（Microprocessor,Microcomputer,Microcomputer System）
1.特点：
2.分类：可以从不同角度进行分类
按字长分,可分为4位~64位;
按组装形式,可分为“单片、单板、多板式”微型计算机。
3.微型计算机(主机)的基本结构
“CPU+存储器+I/O接口+系统总线”。
五.微型计算机
CPU
I/O
接口
控制总线
存储器
地址总线
外围设备
数据总线
微型计算机的各个部件之间通过三组不同的总线相连
它们是：
数据总线（Data Bus --DB）--双向
地址总线（Address Bus---AB）--单向
控制总线（Control Bus—CB）--双向
总线是计算机的部件与部件之间传输信息的公共通路，它能分时地发送和接收各部件的信息。总线不仅仅是一组传输线，它还包括与数据传输有关的控制逻辑。所以，在一个计算机系统中，总线应被看成一个独立的部件。
五.微型计算机（续）
4.微型计算机的主要技术指标
(1)字长:参与运算的数的位数.它决定着计算机的内部寄存器、加法器及数据总线（数据通路）的位数。有4位，8位，16位，32位，64位等。
(2)主存容量:主存储器所能存储信息的总量。通常以字节数(Byte)来表示。例：内存128MB。有时也用到“位容量”----2pXq.
(3)运算速度:有不同的计量方法和测试标准。
MIPS(Million Instruction Per Second)
(4)平均无故障运行时间(可靠性)
MTBF(Mean Time Between Failures),平均无故障间隔时间
(5)性能/价格比
五.微型计算机（续）
五.微型计算机（续）
5.性能测试标准：
*SPEC(Standard Performance Evaluation Corporation)
—美国标准性能评价协会
SPEC发表的第一套标准化测试基准程序（Benchmarks）是SPEC89
*iCOMP(intel Comparative Microprocessor Performance)
—微处理器性能比较指数体系。
1992，iCOMP Index 1.0版；
1996，iCOMP 2.0版
五.微型计算机（续）-- Intel 微处理器性能评估
微处理器种类日趋繁多，应用也日益广泛，单靠CPU型号和主频已远不能充分说明处理器的性能。为此，Intel制定并发展了iCOMP指数体系，通过它希望能给处理器性能一个较为科学、公正的评价。
iCOMP Index 1.0和2.0
为向一般用户提供一个理解和比较Intel微处理器性能相对差异的易用工具，Intel公司与1992年推出了iCOMP微处理器性能比较指数体系。这后来被称为iCOMP Index1.0(版)。
iCOMP Index1.0考虑了那个时期桌面计算机系统的应用，综合了九项评估项目：适用于DOS应用的16位整数运算，适用于CAD/CAM的16位浮点运算，适用于UNIX应用的32位整数运算和32位浮点运算，适用于多媒体应用的16位和32位视频运算，以及16位和32位图形处理。每项制定了测试基准BM（benchmark）,并分别予以不同的权值P，如表1-6所示。注意，他的视频运算和图形处理的权值为0，Intel当时的打算是随着多媒体和3D动画应用的普及将来再逐渐改变权值分配。
五.微型计算机（续）-- Intel 微处理器性能评估
表1-6 iCOMP 1.0的评估条件
评估项目 测试基准 权值(P)
16位整数运算 ZD Labs CPUmix 67%
16位浮点运算 Whetstone 2%
16位浮点运算 ZD Labs CPUmix 1%
32位整数运算 SPEC int92 25%
32位浮点运算 SPEC fp 92 5%
16位视频运算 ZD Labs/SPEC int92 0%
32位视频运算 ZD Labs/SPEC int92 0%
16位图形运算 ZD Labs/SPEC int92 0%
32位图形运算 ZD Labs/SPEC int92 0%
五.微型计算机（续）-- Intel 微处理器性能评估
iCOMP Index1.0以不含FPU的主频25MHz的80486(486SX-25)作为性能测试的底值(Base)，即它的iCOMP值为100。以如下公式计算某类型处理器的iCOMP值：
其中Base-BMi代表486SX_25在第i项下的测试值， BMi 代表被测处理器在第i项下的实测值，Pi为第i项的权值。
五.微型计算机（续）-- Intel 微处理器性能评估
早期某些主频Pentium处理器的测试，按前式加权平均计算出的iCOMP1.0值列于下表
CPU类型 主频(MHz) 外总线时钟频率(MHz) 倍频因子 iCOMP1.0指数
Pentium-60 60 60 1 510
Pentium-66 66 66 1 567
Pentium-75 75 50 1.5 610
Pentium-90 90 60 1.5 735
Pentium-100 100 66 1.5 815
AH
AL
CS
BH
BL
CH
CL
DH
DL
BP
SI
DI
SP
DS
ES
SS
EFlags
EIP
EAX
EBX
ECX
EDX
EBP
ESI
EDI
ESP
General Registers
Each short block is 8-bits long
Segment Registers
AX
BX
CX
DX
Flags Register
Instruction Pointer Register
Some of the registers in the Pentium
Microcode
ROM
Floating
Point
Unit
Data Cache
8KB
Code Cache
8KB
ALU
ALU
1
1
0
1
1
1
0
1
0
1
0
0
0
0
0
1
0
1
0
1
pentium
Execution Unit
Instruction Prefetch
Decode Unit
64-bit data bus
32-bit address bus
control bus
Bus Interface
32
32
32
32
32
256bits
Registers
(16&32bits wide)
Understanding Personal Computers
Internal view of a Pentium(simplified)
谢谢大家
第一章 微型计算机概述
一.冯 诺伊曼计算机基本结构(冯氏结构)
1.“存储程序”概念的产生及其重要意义。
ENIAC（Electronic Numerrical Integrator And Computer）
——不具备“存储程序”的功能
EDVAC（Electronic Discrete Variable Automatic Computer）
——采用“存储程序”的概念，并付诸实现， “开创了整个程序设计时代的到来”
2.冯氏计算机结构： P2
二.计算机的基本组成框图及功能部件简介
1.框图（计算机的一般结构模型） P2图1.1
2.主要功能部件
存储器
控
制
逻
辑
RD
WR
地址寄存器
地址译码器
数据寄存器
…
000……00H
FFF……FFH
1 0 1 0 1 0 0 1 0
MAR
存储体
MDR
运算器
控制器
输入设备
输出设备
三.计算机的工作流程
1.模型机结构
2.指令的执行过程(P7)
模型机结构简图
控制逻辑阵列
指令译码器ID
指令寄存器IR
累加寄存器A
ALU
标志寄存器FR
程序计数器PC
地址寄存器MAR
数据寄存器MDR
微操作控制信号
存储器
CPU
系统总线（BUS）
…
存储体
+1
*注：I/O接口电路在图中省略未画
四.微处理器、微型计算机和微型计算机系统
（Microprocessor,Microcomputer,Microcomputer System）
微机系统
硬件
软件
微处理器
应用软件
系统软件
外设
微型计算机
主存储器
I/O接口电路
系统总线
ALU
控制单元
并行I/O接口
串行I/O接口
AB
RAM
DB
CB
ROM
寄存器组
1.微处理器 也称微处理机，由一片或几片大规模集成电路组成的具有控制器和运算器功能的中央处理器，统称微处理器。
例如：
Intel 8080,8085;
Intel 8086,80286,80386,80486;
Pentitum,Pentium II(P6),Pentium III,Pentium IV.
Zilog Z80; Z8000; Z80000.
Motorola MC6800(8位),MC68000（16位）,MC68020(32位)
Power PC 620(64位)
四.微处理器、微型计算机和微型计算机系统（续）
（Microprocessor,Microcomputer,Microcomputer System）
1.Moore定律： “晶体管的大小将以指数速率变小，而集成到芯片上的晶体管数目将2－3年【18－24个月】翻一番。”
－－Gordon Moore，1965
* Gordon Moore－－Inter公司的创始人，著名半导体科学家。
四.微处理器、微型计算机和微型计算机系统（续）
（Microprocessor,Microcomputer,Microcomputer System）
1978年 8086 2.9万 （3万）
1982年 80286 13.5万
1985年 80386 32万
1990年 80486 120万
1993年 Pentium 320万
1996年 Pentium Pro 550万
1997年2月 Pentium II 750万，300MHz
1999年 Pentium III
2000年(4季度) Pentium IV 4200万，1.4GHz(0.18um工艺)
Bill Gates在《未来之路》中曾提到，假若Moore定律能再持续20年…..
其他新型技术，如激光计算机。
从计算机结构及信息理论方面，“非冯结构”（神经网络－－仿人脑的思维和记忆模型），更便于处理某些智能型问题。
四.微处理器、微型计算机和微型计算机系统（续）
（Microprocessor,Microcomputer,Microcomputer System）
微处理器具有运算和控制功能，是整个微型计算机的核心，也称中央处理器CPU（Central Processing Unit）。
注意，微处理器并不是一台完整的计算机，要构成一台完整的计算机（主机），还需要有：存储器、I/O接口及系统总线。
微处理器的主要功能部件
（1）算术逻辑部件（ALU）：用来进行算术和逻辑运算。
例如，SUB AL，5； AND AL，FEH；ADD AL，10；OR AL，01H；
（2）累加器：运算前存放操作数，运算后存放运算结果。输入/输出指令也通过累加器来完成。
例如：IN AL，50H； OUT 51H，AL；
（3）程序计数器（Program Counter--PC），也称指令计数器（Instruction Counter），由它指出下一条要执行指令所在存储单元的地址，具有加1计数的功能。
（4）指令寄存器：用来存放从存储器中取出的指令码。
（5）指令译码器：对指令码进行译码，确定指令的操作（如加、减、移位等）。
（6）时序和控制部件
四.微处理器、微型计算机和微型计算机系统（续）
（Microprocessor,Microcomputer,Microcomputer System）
1.特点：
2.分类：可以从不同角度进行分类
按字长分,可分为4位~64位;
按组装形式,可分为“单片、单板、多板式”微型计算机。
3.微型计算机(主机)的基本结构
“CPU+存储器+I/O接口+系统总线”。
五.微型计算机
CPU
I/O
接口
控制总线
存储器
地址总线
外围设备
数据总线
微型计算机的各个部件之间通过三组不同的总线相连
它们是：
数据总线（Data Bus --DB）--双向
地址总线（Address Bus---AB）--单向
控制总线（Control Bus—CB）--双向
总线是计算机的部件与部件之间传输信息的公共通路，它能分时地发送和接收各部件的信息。总线不仅仅是一组传输线，它还包括与数据传输有关的控制逻辑。所以，在一个计算机系统中，总线应被看成一个独立的部件。
五.微型计算机（续）
4.微型计算机的主要技术指标
(1)字长:参与运算的数的位数.它决定着计算机的内部寄存器、加法器及数据总线（数据通路）的位数。有4位，8位，16位，32位，64位等。
(2)主存容量:主存储器所能存储信息的总量。通常以字节数(Byte)来表示。例：内存128MB。有时也用到“位容量”----2pXq.
(3)运算速度:有不同的计量方法和测试标准。
MIPS(Million Instruction Per Second)
(4)平均无故障运行时间(可靠性)
MTBF(Mean Time Between Failures),平均无故障间隔时间
(5)性能/价格比
五.微型计算机（续）
五.微型计算机（续）
5.性能测试标准：
*SPEC(Standard Performance Evaluation Corporation)
—美国标准性能评价协会
SPEC发表的第一套标准化测试基准程序（Benchmarks）是SPEC89
*iCOMP(intel Comparative Microprocessor Performance)
—微处理器性能比较指数体系。
1992，iCOMP Index 1.0版；
1996，iCOMP 2.0版
五.微型计算机（续）-- Intel 微处理器性能评估
微处理器种类日趋繁多，应用也日益广泛，单靠CPU型号和主频已远不能充分说明处理器的性能。为此，Intel制定并发展了iCOMP指数体系，通过它希望能给处理器性能一个较为科学、公正的评价。
iCOMP Index 1.0和2.0
为向一般用户提供一个理解和比较Intel微处理器性能相对差异的易用工具，Intel公司与1992年推出了iCOMP微处理器性能比较指数体系。这后来被称为iCOMP Index1.0(版)。
iCOMP Index1.0考虑了那个时期桌面计算机系统的应用，综合了九项评估项目：适用于DOS应用的16位整数运算，适用于CAD/CAM的16位浮点运算，适用于UNIX应用的32位整数运算和32位浮点运算，适用于多媒体应用的16位和32位视频运算，以及16位和32位图形处理。每项制定了测试基准BM（benchmark）,并分别予以不同的权值P，如表1-6所示。注意，他的视频运算和图形处理的权值为0，Intel当时的打算是随着多媒体和3D动画应用的普及将来再逐渐改变权值分配。
五.微型计算机（续）-- Intel 微处理器性能评估
表1-6 iCOMP 1.0的评估条件
评估项目 测试基准 权值(P)
16位整数运算 ZD Labs CPUmix 67%
16位浮点运算 Whetstone 2%
16位浮点运算 ZD Labs CPUmix 1%
32位整数运算 SPEC int92 25%
32位浮点运算 SPEC fp 92 5%
16位视频运算 ZD Labs/SPEC int92 0%
32位视频运算 ZD Labs/SPEC int92 0%
16位图形运算 ZD Labs/SPEC int92 0%
32位图形运算 ZD Labs/SPEC int92 0%
五.微型计算机（续）-- Intel 微处理器性能评估
iCOMP Index1.0以不含FPU的主频25MHz的80486(486SX-25)作为性能测试的底值(Base)，即它的iCOMP值为100。以如下公式计算某类型处理器的iCOMP值：
其中Base-BMi代表486SX_25在第i项下的测试值， BMi 代表被测处理器在第i项下的实测值，Pi为第i项的权值。
五.微型计算机（续）-- Intel 微处理器性能评估
早期某些主频Pentium处理器的测试，按前式加权平均计算出的iCOMP1.0值列于下表
CPU类型 主频(MHz) 外总线时钟频率(MHz) 倍频因子 iCOMP1.0指数
Pentium-60 60 60 1 510
Pentium-66 66 66 1 567
Pentium-75 75 50 1.5 610
Pentium-90 90 60 1.5 735
Pentium-100 100 66 1.5 815
AH
AL
CS
BH
BL
CH
CL
DH
DL
BP
SI
DI
SP
DS
ES
SS
EFlags
EIP
EAX
EBX
ECX
EDX
EBP
ESI
EDI
ESP
General Registers
Each short block is 8-bits long
Segment Registers
AX
BX
CX
DX
Flags Register
Instruction Pointer Register
Some of the registers in the Pentium
Microcode
ROM
Floating
Point
Unit
Data Cache
8KB
Code Cache
8KB
ALU
ALU
1
1
0
1
1
1
0
1
0
1
0
0
0
0
0
1
0
1
0
1
pentium
Execution Unit
Instruction Prefetch
Decode Unit
64-bit data bus
32-bit address bus
control bus
Bus Interface
32
32
32
32
32
256bits
Registers
(16&32bits wide)
Understanding Personal Computers
Internal view of a Pentium(simplified)
谢谢大家
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