《最新微型计算机原理第1章PPT课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《最新微型计算机原理第1章PPT课件（48页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、微型计算机原理微型计算机原理 第第1章章第第1章章微型计算机概述微型计算机概述微型计算机具有体积小、重量轻、功微型计算机具有体积小、重量轻、功能强、可靠性高、价格低廉等一系列优点，能强、可靠性高、价格低廉等一系列优点，已被广泛应用于社会生活的各个领域。人已被广泛应用于社会生活的各个领域。人们已经越来越依赖于计算机的高速运算、们已经越来越依赖于计算机的高速运算、高可靠性和海量存储，越来越依赖功能完高可靠性和海量存储，越来越依赖功能完善、便捷易用的各类软件，以及连接全球善、便捷易用的各类软件，以及连接全球的计算机网络等等。的计算机网络等等。1.1.2 系系统时钟系统时钟系统时钟CLK(Clock)
2、由石英晶体由石英晶体振荡器振荡器OSC(Oscillator)和专用的时钟处和专用的时钟处理芯片组成理芯片组成,为系统提供所需工作频率的为系统提供所需工作频率的稳定脉冲，使系统各类芯片能够有秩序稳定脉冲，使系统各类芯片能够有秩序地执行程序和命令。地执行程序和命令。1.1.3 中央中央处理理单元元 中中 央央 处 理理 单 元元 CPU(Central ProcessingUnit)完成完成对计算机的各种控制和运算。算机的各种控制和运算。1、运算器、运算器运运算算器器是是执行行算算术运运算算和和逻辑运运算算的的部部件件，其主要任其主要任务是是对数据数据进行加工行加工处理。理。2、控制器、控制器控
3、控制制器器的的主主要要作作用用是是取取出出要要执行行的的每每一一条条指令、然后指令、然后进行指令行指令译码并并执行指令。行指令。3、寄存器、寄存器组寄寄存存器器组是是CPU内内部部的的数数据据存存储器器，包包括括通用寄存器通用寄存器组和和专用寄存器用寄存器组两部分。两部分。4、相关、相关术语（1）流水）流水线技技术在在CPU中中，由由56个个不不同同功功能能的的电路路单元元组成成一一条条指指令令处理理流流水水线，并并将将一一条条指指令令分分成成56步步分分别由由这些些电路路单元元同同步步执行行，使使本本来来要要56个个时钟周周期期才才能能完完成成的一条指令，在一个的一条指令，在一个时钟周期完成
4、。周期完成。（2）超流水）超流水线和超和超标量技量技术超超流流水水线是是指指CPU内内部部的的流流水水线超超过通通常常的的56步步。流流水水线的的步步数数越越多多，完完成成一一条条指指令令的的速速度度就就越越快快。超超标量量(Super-Scalar)是是指指CPU中中有有一一条条以以上上的的流流水水线，并且每并且每时钟周期可以完成一条以上的指令。周期可以完成一条以上的指令。（3）乱序）乱序执行技行技术乱乱序序执行行(Out-of-OrderExecution)是是指指CPU采采用用了了允允许将将多多条条指指令令不不按按程程序序规定定的的顺序序，分分开开发送送给各各相相应电路路单元元处理的技理
5、的技术。 （4）分支）分支预测和推和推测执行技行技术分支预测分支预测(BranchPrediction)是是CPU提前确定可能的程序分支方向。推测执行提前确定可能的程序分支方向。推测执行(SpeculationExecution)依托于分支预测。依托于分支预测。CPU在预测程序是否分支后进行的处理就在预测程序是否分支后进行的处理就是推测执行。是推测执行。1.1.4 存存储器器 存存储器（器（Storage）用于存放程序和数据等。）用于存放程序和数据等。1、随机存随机存储器器随机存随机存储器器RAM是运行程序的空是运行程序的空间。2、只只读存存储器器只只读存存储器器ROM是是非非易易失失性性存存
6、储器器，用用来来存放永久性的程序和数据。存放永久性的程序和数据。3、高速高速缓冲存冲存储器器为了了提提高高CPU的的运运行行速速度度，在在CPU和和常常规主主存存之之间增增设的的一一级（Level1）或或二二级（Level2）高高速速小小容容量量存存储器器，称称为高高速速缓冲存冲存储器（器（Cache）。）。4、辅助存助存储器器由由于于RAM中中的的数数据据关关机机后后会会丢失失，因因此此需需要要将将其其转存存到到不不会会丢失失的的介介质上上，如如磁磁盘、U盘、光光盘等等。这些些磁磁盘、U盘、光光盘等等存存储介介质，就是，就是辅助存助存储器。器。5、虚、虚拟内存内存在运行大的软件时，为了解决内
7、存短在运行大的软件时，为了解决内存短缺的问题，操作系统会把硬盘的一部分当缺的问题，操作系统会把硬盘的一部分当作内存来使用，这就是虚拟内存。作内存来使用，这就是虚拟内存。1.1.5 系系统总线 总线是是计算算机机系系统中中连接接各各功功能能部部件件的的公公共共 信信 息息 通通 道道 ， 主主 要要 有有 地地 址址 总 线AB（AddressBus）、数数据据总线DB（DataBus）和控制）和控制总线CB（ControlBus）。）。1、ISA总线ISA(IndustryStandardArchitecture，工工业标准准体体系系结构构)总线，是是由由美美国国IBM公公司司推推出出的的16
8、位位标准准总线，数数据据传输率率为8MBs。2、MCA总线MCA(Micro-ChannelArchitecture，微微通通道道体体系系结构构)总线，是是由由美美国国IBM公公司司推推出出的的32位位标准准总线。数数据据传输率率为40MBs。3、EISA总线EISA(Extended Industry StandardArchitecture，扩展展工工业标准准体体系系结构构)总线，是是由由Compaq、HP、AST等等多多家家计算算机机公公司司联合合推推出出的的32位位标准准总线，数数据据传输率率为33MBs。4、VESA总线由由视频电子子标准准协会会VESA(VideoElectroni
9、cStandardAssociation)联合合另另外外多多家家公公司司共共同同推推出出的的全全开开放放通通用用的的局局部部总线VL-Bus(VESA Local Bus)，简称称VL总线。该总线是是针对486微微机机开开发的的32位位标准准总线，可可扩充充至至64位位。其其数数据据传输率率最最高可达高可达132M/s。5、PCI总线PCI(PeripheralComponentInterconnect，外外设设互互连连)总总线线，是是由由美美国国Intel公公司司推推出出的的3264位位标标准准总总线线。PCI总总线线是是一一种种与与CPU隔隔离离的的总总线线结结构构，并并能能与与CPU同同
10、时时工工作作，适适应应性性强强，速速度度快快，数数据据 传传 输输 率率 为为 大大 于于1 3 2 M B s。 1.1.6 辅助功能部件助功能部件 辅助助功功能能部部件件由由主主机机板板上上的的若若干干模模块组成成，每每一一个个辅助助模模块都都以以独独特特的的方方式式，去去协助助整个系整个系统运行。运行。11、主控芯片、主控芯片组主主板板上上的的控控制制芯芯片片组基基本本决决定定了了主主板板的的功功能能。芯芯片片组在在BIOS和和操操作作系系统的的共共同同控控制制下下，按按规定定的的技技术和和规范范，为CPU、内内存存、图形形接接口口、IDE接接口口、IO接接口口等等提提供供工工作平台。作
11、平台。2、中断控制器、中断控制器专门的的中中断断控控制制芯芯片片，用用于于处理理中中断断相关事宜。相关事宜。3、DMA控制器控制器可以直接存取内存的芯片，叫直可以直接存取内存的芯片，叫直接存储器取存接存储器取存DMA(DirectMemoryAccess)控制器。控制器。1.1.7 输入入/输出接口出接口输入入/输出出接接口口是是微微型型计算算机机连接接外外部部输入入/输出出设备和和各各种种控控制制对象象并并与与之之进行行信信息息交交换的控制的控制逻辑电路。路。1、输入入/输出接口出接口（1）并行接口）并行接口并并行行接接口口用用于于实现CPU与与外外设之之间的的并并行行数据通信。数据通信。（
12、2）串行接口）串行接口串串行行接接口口用用于于实实现现CPUCPU与与外外设设之之间间的的串串行行通信。通信。 2、扩展槽展槽扩展槽（扩展槽（ExpansionSlot）位于微机）位于微机系统主板上，对内一般汇集了系统的地址系统主板上，对内一般汇集了系统的地址总线、控制总线、数据总线等各种信号通总线、控制总线、数据总线等各种信号通道和电源等，对外则为各种板卡提供了一道和电源等，对外则为各种板卡提供了一个符合某一总线标准的插槽。个符合某一总线标准的插槽。1.2微型微型计算机的算机的应用用1.2.1 网网络与通信与通信计算机最重要的作用，就是用于构建计算机最重要的作用，就是用于构建网络平台，以实现
13、信息共享、资源共享和网络平台，以实现信息共享、资源共享和数据通信等。数据通信等。1.2.2 信息信息处理理依依靠靠快快速速运运算算、准准确确可可靠靠处理理和和海海量量存存储能能力力，微微型型计算算机机可可以以对各各项社社会会活活动、经济活活动、科科学学研研究究等等产生生的的大大量量文文字字、图形形、图像像、视频等等数数据据和和信信息息进行行加加工工、计算算、变换、分分类、存存储、传输、输出出和和控制等。控制等。1.2.3 科学科学计算算 科科学学计算算是是计算算机机的的专长，并并具具有有快快速速、准准确确、可可靠靠等等优点点，已已被被广广泛泛用用于于各各类科科学研究、工程学研究、工程计算、生算
14、、生产生活等。生活等。1.2.4 监测/控制控制计算算机机监测就就是是利利用用计算算机机、传感感器器和和相相关关软件件等等对各各种种客客观环境境、过程程等等进行行数数据采集。据采集。计算算机机控控制制就就是是利利用用计算算机机、传感感器器、执行行机机构构和和相相关关软件件等等，对生生产过程程、设备、航天器等航天器等进行自行自动控制。控制。利利用用计算算机机进行行监测、控控制制，不不仅具具有有准准确确、可可靠靠、不不知知疲疲倦倦等等一一系系列列人人体体无无法法实现的的优点点，更更可可以以替替代代人人体体实现恶劣劣/危危险环境下的各种作境下的各种作业。1.2.5 辅助助设计/制造制造 计算算机机辅
15、助助设计CAD（ComputerAidedDesign）就就是是利利用用计算算机机和和大大量量经过数数字字化化的的相相关关知知识和和经验，实现快快速速的的产品品设计。计算算机机辅助助制制造造CAM（ComputerAidedManufacture）是是利利用用计算算机机控控制制产品品的的加工和制造等。加工和制造等。1.2.6 模模拟/仿真仿真计算算机机模模拟/仿仿真真，为人人们的的学学习、训练、研研究究等等提提供供了了高高效效、安安全全、低低成成本本和和规范范化、化、现代化、智能化的方法和手段。代化、智能化的方法和手段。1.2.7 人工智能人工智能人工智能就是利用计算机的快速计算人工智能就是利
16、用计算机的快速计算能力和大量累积的相关知识和经验等，让能力和大量累积的相关知识和经验等，让计算机模拟人脑进行逻辑思维、逻辑推理、计算机模拟人脑进行逻辑思维、逻辑推理、自主学习、积累知识、知识重构和自我完自主学习、积累知识、知识重构和自我完善，使计算机具有人脑的部分思维功能，善，使计算机具有人脑的部分思维功能，以代替人们解决大量重复的问题、难以解以代替人们解决大量重复的问题、难以解决的问题或至今还不知道该如何解决的问决的问题或至今还不知道该如何解决的问题等。题等。1.3微型微型计算机的算机的发展展1.3.1 微机微机发展的几个展的几个阶段段计算算机机的的发展展经历了了电子子管管计算算机机、半半导
17、体体晶晶体体管管计算算机机、半半导体体中中小小规模模集集成成电路路计算算机机、半半导体体大大规模模/超超大大规模模集集成成电路路计算机等几个算机等几个时代。代。微型计算机的发展大致经历了以下四微型计算机的发展大致经历了以下四个阶段：个阶段：1、4位微型机位微型机阶段段(20世世纪70年代初年代初)4位位微微型型机机使使用用4位位微微处理理器器，如如Intel4004和和Intel4040等。等。2、8位微型机位微型机阶段段(20世世纪70年代中期年代中期) 8位位微微型型机机使使用用位位微微处理理器器，如如Intel80808085、Z80、Motorola6800等。等。3、16位位微微型型
18、机机阶段段(20世世纪70年代末年代末80年代年代) 16位位 微微 型型 机机 使使 用用 16位位 微微 处 理理 器器 ， 如如Intel8086、Motorola68000、Z8000等等16位位和准和准32位微位微处理器。理器。4、32位位微微型型机机阶段段(20世世纪90年代年代)32位微型机使用位微型机使用32位微处理器，位微处理器，并采用了超标量、超流水线和分支预并采用了超标量、超流水线和分支预测等测等RISC技术，使微型机的体系结构技术，使微型机的体系结构发生了重大变化。发生了重大变化。1.3.2 微型微型计算机的未来算机的未来随随着着计算算机机技技术的的不不断断发展展和和个
19、个人人电脑的的日日益益普普及及，电脑将将成成为人人们日日常常生生活活的的必必须品品，电脑和和网网络的的使使用用将将会会越越来来越越简单、方便。方便。目目前前，半半导体体微微处理理器器正正在在向向64位位过渡渡。预计几几年年之之内内，64位位处理理器器将将会会成成为市市场主流。主流。芯芯片片集集成成度度的的不不断断提提高高，传统的的半半导体体芯芯片片计算机将不可避免地会遇到算机将不可避免地会遇到发展极限。展极限。1.3.3 真正的微型真正的微型计算机算机现在在的的微微型型计算算机机是是相相对于于过去去庞大大的的电子子管管计算算机机和和半半导体体分分立立元元件件计算算机机而而被被命命名名为“微微型
20、型计算算机机”的的。以以现在在的的眼眼光光来来看看，“微微型型计算算机机”的的“微微型型”二二个个字字，实在在是是名名不不符符实。未未来来的的生生物物计算算机机、分分子子计算算机机、量量子子计算算机机等等，才才是是真真正正名名副副其其实的微型的微型计算机算机。1、生物、生物计算机算机生生物物计算算机机用用生生物物蛋蛋白白质分分子子芯芯片片替替代代目目前前计算算机机中中使使用用的的半半导体体芯芯片片，使使计算算机机重重量量更更轻、体体积更更小小、速速度度更更快快、容容量量更更大，具有更高的人工智能。大，具有更高的人工智能。2、分子、分子计算机算机分分子子计算算机机凭凭借借分分子子的的纳米米级尺尺寸寸，体体积将将非非常常小小，耗耗电非非常常少少，并并能能更更长期期地地存存储大量信息。大量信息。3、光子、光子计算机算机光光子子计算算机机利利用用光光子子取取代代电子子进行行数数据据运运算、算、传输和存和存储。4、量子、量子计算机算机量量子子计算算机机利利用用处于于多多现实态的的原原子子作作为数据数据进行运算。行运算。当当生生物物计算算机机、分分子子计算算机机、量量子子计算算机机等等真真正正的的微微型型计算算机机进入入实用用阶段段，它它们肯定会肯定会对世界世界产生更生更为巨大的影响。巨大的影响。结束语结束语谢谢大家聆听！谢谢大家聆听！48
