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1、1.3 计算机的基本结构及其整机工作原理,一、计算机的基本结构_计算机的五大部分： 运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。,内存储器,中央处理器 (微处理器) CPU(MPU),二、计算机的整机工作原理,1.运算器的结构和功能 包括算术逻辑部件(Arithmetic Logic Unit，ALU) 累加器(Accumulator，AL) 操作数暂存器及标志寄存器(Flags)。 在控制器的控制下直接运算的部件，如算术运算（加、减、乘、除）、逻辑运算 （与、或、非、异或）。,2.控制器的结构和功能 指令指针IP(Instruction Pointer) 指令寄存器IR(Instructio
2、n Register) 指令译码器ID(Instruction Decode) 内存地址寄存器MAR(Memory Address Register) 定时与控制部件TC(Timing and Control),二、计算机的整机工作原理,2.控制器的结构和功能 计算机将程序中的指令按解题顺序预先存放在内存中。执行程序时把这些指令自动按顺序逐条取出并执行。 指令指针IP在程序开始执行时，赋程序的起始地址。然后，IP便自动加指向下一个指令字节地址，保证指令的顺序执行。 控制器完成一条指令的全过程需要三个步骤： 取指令，取出当前要执行的指令。 分析指令，分析确定计算机应进行什么操作。 执行指令，发系
3、列控制信号，指挥有关部分完成操作。 由此可见，控制器的工作过程就是取指令、分析指令和执行指令的过程。周而复始地重复这一过程，就构成了执行指令序列(程序)的自动控制过程。,1.4 计算机、微处理器发展简况,第一代：电子管计算机 第一台计算机ENIAC ，1946年在美国问世。150吨、150KW、二层楼高。,计算机得益于微电子技术的发展，一般分四个价段。,第二代：晶体管计算机。 第三代：中小规模集成电路计算机 第四代：大规模集成电路计算机 微型计算机是第四代计算机，随集成电路工艺和计算机技术的发展而发展。,计算机、微处理器发展简况,微处理器的发展,71年 10月，Intel 4004（4位微处理
4、器）仅用于计算器样品研制，改进型为4040,72年3月，Intel 8008。集成3500晶体管，10m光刻技术。16K寻址空间，主频200K,第一代，1971年开始。4位和低档8位微处理器的时期，其典型产品有：,第二代，1973年开始。8位微处理器时期，典型产品有：,73年，Intel：Intel 8080 主频：2M，寻址64K，首个个人微机Altair8800(牛郎星）其BASIC语言由比尔盖茨开发。,Intel 8085集成度为5400管子片，6m光刻技术。,第三代，1978年开始。16位微处理器时期，其典型产品有： 78年6月发布Intel 8086 79年发布Intel 8088
5、、20位地址线、1M地址空间。 81年8月首个16位机IBM PC5150，8088CPU，16K内存、160K5.25软驱、11.5英寸单显。价格3045美元。,79年，Zilog：Z8000 Motorola：MC68000 82年，Intel 80286 集成度为68000管子片，3m光刻技术。,数学协处理器80287,80287,数学协处理器80387,80387,89年 Intel公司 Intel80486， 89年 Motorola公司MC68030，MC68040 集成度都已超过100万管子片， 主振频率达25120MHz。,93年 Intel Pentium 集成度都已超过10
6、0万管子片，主振频率达 200MHz。,PC机的主流芯片Intel 80X86系列 95年，Pentium Pro（高能奔腾）集成度达550万片，同片L2Cache256KB。 97年初， Pentium MMX（多能奔腾、简称 MMX）。,97年5月， Pentium II（PII）MMX指令集的 Pentium Pro，Slot1接口。 片上同频32K L1 Cache，板上1/2主频 512K L2 Cache，兼容MMX，外频 100M。 99年3月， Pentium III，片上同频32K L1 Cache和 512K L2 Cache，兼容MMX，新增70条指令SSE（Stream
7、ing SIMD Extensions），其外频为 100M，并向 133MHz外频发展。,Old Celeron,Celeron,2000年，Pentium IV（奔腾IV，P4）主时钟达2000MHz 2002年，P4主时钟已达2800MHz。 2003年，3.06GHz的P4，采用了超线程（HT）技术,在一颗物理核心中整合了两颗逻辑核心，大大提高了处理器的效率 。在高负载的多任务应用中能显出其高效能。 不久即推出64位机，进入一个新的微处理机的发展时代。,首款支持超线程处理器：Pentium 4 3.06GHz,64位机，进入一个新的微处理机的发展时代。,Itanium(安腾) Inte
8、l的第一款64位处理器,0.09微米光刻工艺，三级缓存，其中一级缓存与二级缓存都是装载于核心内部，容量分别为32KB与96KB。三级缓存容量达到了2MB或4MB。,64位机，进入一个新的微处理机的发展时代。,Hammer 3400+ AMD第一款64位处理器,0.13微米或90纳米光刻工艺 工作频率为2.2GHZ，集成1MB L2 CACHE，Socket754封装,双核，进入一个新的微处理机的发展时代。,Intel酷睿2双核E7400,45纳米光刻工艺 工作频率为2.83GHZ 接口类型: LGA 775 一级数据缓存64KB 一级指令缓存64KB 二级缓存容量3072KB,微型计算机的分类
9、 按组装形式和系统规模划分，常见的微型计算机有单片机、单板机和个人计算机。,个人计算机：（Personal Computer）由微处理器芯片装成的、便于搬动而且不需要维护的计算机系统。 第一台个人计算机，1977年推出的Apple II；1981年IBM推出的IBMPC（8086）；1984年继续推出增强型的IBMPCAT机（80286）。,单片机：“微控制器”（Micro controller）或“嵌入式计算机”（Embedded Computer）。将CPU、RAM、ROM、IO接口、模拟数字（AD）和数字模拟（DA）转换器集成在一个芯片上的计算机。 常用的单片机：Intel MCS51系列（8031、8051、8751） Intel MCS96系列（8096、8796、 8098）,单板机：将CPU、RAM、I0接口、模拟数字（AD）和数字模拟（DA）转换器以及监控RO程序等安装在一块印刷电路板上的计算机系统。 Intel 8086为 CPU的 TP86，Z80 CPU的 TP801等等，广泛应用于生产过程的实时控制及教学实验。,课后作业： P37 15、17,
