《微机原理 第四版 高职计算机应用技术专业 米昶第1章 微型计算机简介》由会员分享，可在线阅读，更多相关《微机原理 第四版 高职计算机应用技术专业 米昶第1章 微型计算机简介（86页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、米昶 孙杰 苑伟 编著,微 机 原 理 （第四版）,大连理工出版社,第1章 微型计算机简介（目录）,1.1 微型计算机系统概述 1.1.1 微型计算机的体系结构和系统构成 1.1.2 微机系统的主要性能指标 1.1.3 微型计算机的基本工作过程 1.1.4 微型计算机的应用及发展,1.2 微处理器概述 1.2.1 Intel IA-32架构处理器的起源和发展 1.2.2 Intel IA-32架构处理器简介 1.2.3 其他主流的微处理器简介,1.3 PC系列微型计算机基本结构 1.3.1 PC系列微机的发展简史和结构演化 1.3.2 IBM PC/AT微机的基本结构 1.3.3 80386/
2、80486微机的基本结构 1.3.4 现代微机的基本结构,1.4 主板芯片组简述 1.4.1 主板芯片组的起源 1.4.2 Intel 芯片组 1.4.3 其他主流芯片组简介,计算机是一种能够按照事先存储的程序，自动、高速地对数据进行输入、处理、输出和存储的系统。 计算机能够完成的基本操作及主要功能为： 输入：接受由输入设备（如键盘）提供的数据 处理：对数据、字符、图像等各种类型的数据进行操作，按指定的方式进行转换 输出：将处理所产生的结果（信息）由输出设备进行输出 存储：程序和数据的存储,1.1 微型计算机系统概述,1.1.1 微型计算机的体系结构和系统构成,以上4种基本操作通常被称为IPO
3、S循环，它反映了计算机进行数据处理的基本步骤，即输入（Input）、处理 (Processing)、输出 (Output）和存储(Storage)，如图1.1所示。,图1.1计算机系统示意图,1.1 微型计算机系统概述,从系统组成的角度看，一个微型计算机系统包括硬件和软件两大部分。其中微机硬件系统无论是8位机、16位机、32位机还是更高档的64位机，它们的基本组成结构相似，由处理器子系统、系统总线、存储器、I/O接口和I/O设备等组成，如图1.2所示。,1.1 微型计算机系统概述,1.1 微型计算机系统概述,处理器子系统 是由微处理器及其支持电路一起构成微机系统的，是微机系统的控制中心，对系统
4、各个部件进行统一的协调和控制。,1.1 微型计算机系统概述,存储器分为主存和外存两类 主存也称内存，速度快，但容量小、造价高，主要存放当前正在运行的程序和正待处理的数据。主存通常在主机内的主板上，CPU可以通过总线直接存取。外存也称为辅存，容量大、造价低、信息可长期保存，但速度慢，主要存放当前暂不运行的程序和暂不处理的数据。外存安装在主机箱内或主机箱外，CPU通过I/O接口进行存取。,1.1 微型计算机系统概述,I/O设备 也称外部设备或外围设备，或简称外设，其功能是为微机提供具体的输入输出手段。一般外设需要有I/O接口电路来充当它们和CPU间的桥梁，通过该电路来完成信号变换、数据缓冲、与CP
5、U联络等工作。,1.1 微型计算机系统概述,微型计算机的硬件系统是由主机系统和外部设备两部分组成的，下面分别予以介绍。 1、主机系统 微型计算机的主机系统主要包括微处理器、内存储器、输入输出接口和系统总线等部分，具体结构见图1.3。,1.1 微型计算机系统概述,1.1 微型计算机系统概述,2、微型计算机的外部设备 微型计算机的外部设备包括外存储器、输入设备和输出设备等，如图1.4所示。,1.1 微型计算机系统概述,1.1 微型计算机系统概述,外存储器 外存储器又称辅助存储器或辅存，是计算机系统中除内存储器外，以计算机能接受的形式存储信息的其他媒体，如磁盘存储器、光盘存储器、U盘等。它们的特点是
6、能长期保存数据，而且设备价格便宜，存储量大。,1.1 微型计算机系统概述,输入设备 输入设备是计算机外部设备之一，是向计算机输送数据的设备。其功能是将计算机程序、文本、图形、图像、声音以及现场采集的各种数据转换为计算机能处理的数据形式并输送到计算机。常见的输入设备有键盘和鼠标等。,1.1 微型计算机系统概述,输出设备 输出设备是将计算机中的数据信息传送到外部媒介，并转化成某种人们所认识的表示形式。在微型计算机中，最常用的输出设备有显示器和打印机。,1.1 微型计算机系统概述,1.1.2 微机系统的主要性能指标,微型计算机的主要性能指标有以下一些内容: 字长 字长以二进制位为单位，是CPU能够同
7、时处理的二进制数据的位数，它直接关系到计算机的计算精度、功能和运算能力。微机字长一般都是以2的幂次为单位，如4位、8位、16位、32位和64位等。,1.1 微型计算机系统概述,运算速度 计算机的运算速度（平均运算速度）是指每秒钟所能执行的指令条数，一般用百万条指令/秒（MIPS）来描述。因为微机执行不同类型指令所需时间是不同的，通常用各类指令的平均执行时间和相应指令的运行比例综合计算，作为衡量微机运行速度的标准。目前微机的运行速度已达200 MIPS300MIPS。,1.1 微型计算机系统概述,时钟频率（主频） 时钟频率是指CPU在单位时间（秒）内发出的脉冲数。通常，时钟频率以兆赫（MHz）或
8、吉赫（GHz）为单位。一般的时钟频率越高，其运算速度就越快。,1.1 微型计算机系统概述,内存容量 内存一般以KB或MB、GB为单位。内存容量反映了内存储器存储数据的能力。存储容量越大，其处理数据的范围就越广，运算速度一般也就越快。,1.1 微型计算机系统概述,存取周期 对内存储器进行一次完整的读写操作所需的时间称为存取周期，即从发出一次读写命令到能够发出下一次读写命令所需要的最短时间。对于破坏性读写存储器（如动态半导体存储器DRAM等），存取周期包括存取时间、重写时间和恢复时间三部分。存取周期的大小影响微机运行速度。微机内存储器的存取周期一般在几十到几百纳秒（ns，即10-9秒）,1.1 微
9、型计算机系统概述,1.1.3 微型计算机的基本工作过程,计算机的基本结构是由美藉匈牙利科学家冯.诺依曼于1946年提出的。迄今为止所有投入实用的计算机都是按冯.诺依曼的提出的结构体系和工作原理设计制造的，故又统称为“冯.诺依曼型计算机”。,1.1 微型计算机系统概述,冯.诺依曼型计算机的工作原理：(如图1.8所示) 存储程序 将要执行的程序和数据事先编成二进制形式的编码存入主存储器中； 程序控制 执行时，由CPU调用主存储器中的程序和数据进行运算。,1.1 微型计算机系统概述,1.1 微型计算机系统概述,1.1.4 微型计算机的应用及发展,归纳起来可分为以下几个方面： 科学计算 (数值计算)
10、科学计算也称数值计算。计算机最开始是为解决科学研究和工程设计中遇到的大量数学问题的数值计算而研制的计算工具。随着现代科学技术的进一步发展，数值计算在现代科学研究中的地位不断提高，在尖端科学领域中，显得尤为重要。,1.1 微型计算机系统概述,数据处理 (信息处理) 在科学研究和工程技术中，会得到大量的原始数据，其中包括大量图片、文字、声音等信息处理就是对数据进行收集、分类、排序、存储、计算、传输、制表等操作。 自动控制 自动控制是指通过计算机对某一过程进行自动操作，它不需人工干预，能按人预定的目标和预定的状态进行过程控制。所谓过程控制是指对操作数据进行实时采集、检测、处理和判断，按最佳值进行调节
11、的过程。目前被广泛用于操作复杂的钢铁企业、石油化工业、医药工业等生产中。,1.1 微型计算机系统概述,计算机辅助设计和辅助教学 计算机辅助设计(Computer Aided Design，简称CAD )是指借助计算机的帮助，人们可以自动或半自动地完成各类工程设计工作。目前CAD技术已应用于飞机设计、船舶设计、建筑设计、机械设计、大规模集成电路设计等。 人工智能方面的研究和应用 人工智能(Artificial Intelligence，简称AI )。人工智能是指计算机模拟人类某些智力行为的理论、技术和应用。人工智能是计算机应用的一个新的领域，这方面的研究和应用正处于发展阶段，在医疗诊断、定理证明
12、、语言翻译、机器人等方面，已有了显著的成效。,1.1 微型计算机系统概述,多媒体技术应用 随着电子技术特别是通信和计算机技术的发展，人们已经有能力把文本、音频、视频、动画、图形和图像等各种媒体综合起来，构成一种全新的概念“多媒体” (Multimedia )。在医疗、教育、商业、银行、保险、行政管理、军事、工业、广播和出版等领域中，多媒体的应用发展很快。,1.1 微型计算机系统概述,1.2 微处理器概述,如果把计算机比作人，那么CPU就是人的大脑。CPU的发展非常迅速，个人电脑从8088(XT)发展到现在的Pentium 4时代，只经过了不到二十年的时间。从生产技术来说，最初的 8088集成了
13、29000个晶体管，而Pentium的集成度超过了2810万个晶体管；CPU的运行速度，以MIPS(百万个指令每秒)为单位，8088是0.75MIPS，到高能奔腾时已超过了1000MIPS。从工作原理来看，不管什么样的CPU，其内部结构归纳起来一般都可以分为控制单元、逻辑单元和存储单元三大部分，这三个部分相互协调，对命令和数据进行分析、判断、运算并控制计算机各部分协调工作。,1.2.1 Intel IA-32架构处理器的起源和发展,CPU从最初发展至今已经有三十多年的历史了，这期间，按照其处理信息的字长，CPU可以分为：4位微处理器、8位微处理器、16位微处理器、32位微处理器以及64位微处理
14、器，可以说个人电脑的发展是随着CPU的发展而前进的。,1.2 微处理器概述,4位和8位微处理器 1971年，Intel公司推出了世界上第一款微处理器4004，这是第一个可用于微型计算机的四位微处理器，它包含2300个晶体管，随后Intel又推出了性能更强的8位处理器8008，见图1.9。,1.2 微处理器概述,1.2 微处理器概述,16位微处理器 1978年Intel公司生产的8086是第一个16位的微处理器。作为第三代微处理器的起点，8086微处理器最高主频速度为8MHz，具有16位数据通道，内存寻址能力为1MB。与此同时Intel还生产出与之相配合的数学协处理器i8087，这两种芯片使用相
15、互兼容的指令集，统一称之为 x86指令集。1979年，Intel公司又开发出了8088处理器，见图1.10。8086和8088在芯片内部均采用16位数据传输，所以都称为16位微处理器。1981年，美国IBM公司将8088处理器用于其研制的个人计算机中（称为IBM PC）见图1.10右图，从而开创了全新的微型计算机时代。,1.2 微处理器概述,1.2 微处理器概述,1982年，Intel公司在8086的基础上，研制出了80286处理器，见图1.11。80286 CPU集成了大约130000个晶体管，最大主频达到了20MHz。从总体来看，80286在以下四个方面比它的前辈有显著的改进： 支持更大的
16、内存； 能够模拟内存空间； 能同时运行多个任务； 提高了处理速度,1.2 微处理器概述,32位微处理器 1985年10月17日，Intel划时代的产品80386DX正式发布了，其内部包含27.5万个晶体管，时钟频率为12.5MHz，见图1.12。,1.2 微处理器概述,1989年，Intel推出性能更强的80486处理器，见图1.13。,1.2 微处理器概述,它首次实破了100万个晶体管的界限，达到了120万个晶体管，使用1微米的制造工艺。1993年Intel公司把自己的新一代586 CPU产品命名为Pentium(奔腾)，以此区别AMD和Cyrix等其他公司的产品，见图1.14。,1.2 微处理器概述,为提高多媒体处理能力，Intel公司在1996年底发布了多能奔腾 (Pentium MMX) ，它的正式名称是“带有MMX技术的Pentium处理器” ，见图1.15。,1.2 微处理器概述,Pentium Pro(高能奔腾，686级的CPU)的核心架构代号为P6，见图1.16。,1.2 微处理器概述,1998年4月16日，Intel第一个支持100M
