第三部分+微機(jī)系統(tǒng)概述

1、微機(jī)系統(tǒng)概述(計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ))1 計(jì)算機(jī)硬件基本組成外外部部設(shè)設(shè)備備接接口口主存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器運(yùn)算器運(yùn)算器控制器控制器輸入設(shè)備輸入設(shè)備輸出設(shè)備輸出設(shè)備外存儲(chǔ)器外存儲(chǔ)器計(jì)算機(jī)程序計(jì)算機(jī)程序原始數(shù)據(jù)原始數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果計(jì)算結(jié)果指令或數(shù)據(jù)指令或數(shù)據(jù)控制信號(hào)控制信號(hào)2 指令系統(tǒng)ADD AX,BX操作碼操作碼地址碼地址碼MOV AX，1234HMOV AX，BX MOV AX，8054H MOV，AX SI3 中央處理器(CPU)運(yùn)算器: 算術(shù)和邏輯運(yùn)算控制器:整個(gè)系統(tǒng)的指揮中心，使運(yùn)算器、存儲(chǔ)器和I/O設(shè)備等部件構(gòu)成一個(gè)有機(jī)整體。u 運(yùn)算器 之 u 運(yùn)算器 之 與門與門 或門或門 非門（反相器）非門（反相器

2、） 異或門異或門 與非門與非門RD SD QQ12觸發(fā)器是計(jì)算機(jī)中廣泛采用的一類邏輯電路，它具有觸發(fā)器是計(jì)算機(jī)中廣泛采用的一類邏輯電路，它具有兩種穩(wěn)定狀態(tài)，可用來(lái)存儲(chǔ)一位兩種穩(wěn)定狀態(tài)，可用來(lái)存儲(chǔ)一位“1”和和“0”，我們經(jīng)，我們經(jīng)常使用的寄存器就是由若干個(gè)觸發(fā)器構(gòu)成，可以存儲(chǔ)常使用的寄存器就是由若干個(gè)觸發(fā)器構(gòu)成，可以存儲(chǔ)若干位二進(jìn)制數(shù)據(jù)。若干位二進(jìn)制數(shù)據(jù)。基本觸發(fā)器可由兩個(gè)輸入、輸出交叉連接的與非門組基本觸發(fā)器可由兩個(gè)輸入、輸出交叉連接的與非門組成：成：輸入輸入輸出輸出Qn+1RDSD01010111Q00不確定不確定 兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)之和是兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)之和是逐位相加逐位相加求得的，且每位求得的，

3、且每位的和（的和（Si）是由本位的被加數(shù)（）是由本位的被加數(shù)（Ai）、加數(shù)）、加數(shù)（Bi）和低位來(lái)的進(jìn)位（）和低位來(lái)的進(jìn)位（Ci-1）所確定。根據(jù)二）所確定。根據(jù)二進(jìn)制加法規(guī)則，我們可以列出求一位二進(jìn)制數(shù)進(jìn)制加法規(guī)則，我們可以列出求一位二進(jìn)制數(shù)之和的所有之和的所有8種情況，見下表。種情況，見下表。表中，表中， Si表示本位和，表示本位和，Ci表示本位向高位的進(jìn)表示本位向高位的進(jìn)位。位。前四行（前四行（Ci-1=0）為低位向本位無(wú)進(jìn)位的情況，）為低位向本位無(wú)進(jìn)位的情況，后四行（后四行（Ci-1=1）為低位向本位有進(jìn)位的情況。）為低位向本位有進(jìn)位的情況。全加器的邏輯結(jié)構(gòu)全加器的邏輯結(jié)構(gòu) CiAi+

4、Ci-1BiSi 8位加法器的組成框圖位加法器的組成框圖 67C70C5C0A7B7A6B6A0B0C-1S0S6S7加法器加法器全加器全加器C6u加法器是運(yùn)算器的核心，是運(yùn)算器的重要組成部分，因?yàn)樵谟?jì)算機(jī)中減法運(yùn)算、乘法運(yùn)算和除法運(yùn)算均可以轉(zhuǎn)化為加法運(yùn)算和移位操作。加法和移位是最基本的操作，各種算術(shù)運(yùn)算都可以歸結(jié)為加法和移位這兩個(gè)最基本的操作。運(yùn)算器的基本組成就是加法器。通用寄通用寄存器存器暫存器暫存器暫存器暫存器暫存器暫存器狀態(tài)寄存器狀態(tài)寄存器CPU內(nèi)部總線內(nèi)部總線ALU8086CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)控制器的功能：控制器的功能： 計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程就是計(jì)算機(jī)中程序的運(yùn)計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程就是計(jì)算

5、機(jī)中程序的運(yùn)行過(guò)程，也就是程序中的一條條指令的執(zhí)行行過(guò)程，也就是程序中的一條條指令的執(zhí)行過(guò)程。指令的執(zhí)行要經(jīng)歷過(guò)程。指令的執(zhí)行要經(jīng)歷取指令、分析指令取指令、分析指令、執(zhí)行指令、執(zhí)行指令三個(gè)階段。三個(gè)階段?？刂破鞴ぷ鞯目刂破鞴ぷ鞯臅r(shí)間依據(jù)時(shí)間依據(jù)是時(shí)序信號(hào)（由時(shí)序是時(shí)序信號(hào)（由時(shí)序部件產(chǎn)生），控制器工作的部件產(chǎn)生），控制器工作的邏輯依據(jù)邏輯依據(jù)是程序是程序中的指令?？刂破鞯墓ぷ鬟^(guò)程就是中的指令?？刂破鞯墓ぷ鬟^(guò)程就是在合適的在合適的時(shí)刻產(chǎn)生合適的電信號(hào)的過(guò)程時(shí)刻產(chǎn)生合適的電信號(hào)的過(guò)程。也就是說(shuō)，。也就是說(shuō)，控制器的功能就是按照指令的要求，在正確控制器的功能就是按照指令的要求，在正確的時(shí)刻，產(chǎn)生需要

6、的控制信號(hào)，以控制計(jì)算的時(shí)刻，產(chǎn)生需要的控制信號(hào)，以控制計(jì)算機(jī)各個(gè)部分的工作。機(jī)各個(gè)部分的工作?？刂破鞯墓δ埽嚎刂破鞯墓δ埽嚎刂破鞯慕M成：控制器的組成：控制器由控制器由指令部件、時(shí)序部件、控制信指令部件、時(shí)序部件、控制信號(hào)形成部件和中斷控制邏輯號(hào)形成部件和中斷控制邏輯組成。組成。 80386的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)4 存儲(chǔ)器CPU高速緩存高速緩存(Cache)主存（內(nèi)存）主存（內(nèi)存）輔存（外存）輔存（外存）存儲(chǔ)器的層次機(jī)構(gòu)存儲(chǔ)器的層次機(jī)構(gòu)在這個(gè)層次結(jié)構(gòu)最上端是在這個(gè)層次結(jié)構(gòu)最上端是CPU中的中的通用寄存器通用寄存器，它，它們?yōu)閭優(yōu)镃PU提供了最快的訪問數(shù)據(jù)的手段，但其容量提供了最快的訪問數(shù)據(jù)的手段

7、，但其容量也是最小的。再往下是也是最小的。再往下是高速緩沖存儲(chǔ)器高速緩沖存儲(chǔ)器。高速緩存。高速緩存的存取時(shí)間很短，但容量小、每位價(jià)格貴；其次是的存取時(shí)間很短，但容量小、每位價(jià)格貴；其次是內(nèi)存內(nèi)存；外存外存的存取時(shí)間最長(zhǎng)、容量最大、每位價(jià)格的存取時(shí)間最長(zhǎng)、容量最大、每位價(jià)格最便宜。高速緩沖存儲(chǔ)器的高速可以彌補(bǔ)內(nèi)存在速最便宜。高速緩沖存儲(chǔ)器的高速可以彌補(bǔ)內(nèi)存在速度方面的不足，而外存的大容量可以彌補(bǔ)內(nèi)存在容度方面的不足，而外存的大容量可以彌補(bǔ)內(nèi)存在容量方面的不足。所以，具有層次結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)系統(tǒng)可量方面的不足。所以，具有層次結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)高速度和大容量，而且價(jià)格合理。以實(shí)現(xiàn)高速度和大容量，而且價(jià)

8、格合理。目前計(jì)算機(jī)系統(tǒng)廣泛采用具有層次結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)系統(tǒng)目前計(jì)算機(jī)系統(tǒng)廣泛采用具有層次結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)系統(tǒng)。從。從CPU（包含少量的寄存器）到輔存，存取速度（包含少量的寄存器）到輔存，存取速度依次減慢，但存儲(chǔ)容量依次增大。依次減慢，但存儲(chǔ)容量依次增大。 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器 之之 主存（內(nèi)存）主存（內(nèi)存）內(nèi)存是計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要部件，它存放內(nèi)存是計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要部件，它存放CPU當(dāng)前當(dāng)前需要的程序和數(shù)據(jù)。內(nèi)存由很多存儲(chǔ)單元組成，需要的程序和數(shù)據(jù)。內(nèi)存由很多存儲(chǔ)單元組成，為了識(shí)別它們，給每個(gè)存儲(chǔ)單元都賦予一個(gè)編號(hào)為了識(shí)別它們，給每個(gè)存儲(chǔ)單元都賦予一個(gè)編號(hào)，稱為，稱為單元地址單元地址。CPU通過(guò)單元的地址來(lái)存取該通過(guò)

9、單元的地址來(lái)存取該單元的信息（即指令或數(shù)據(jù)）。單元的信息（即指令或數(shù)據(jù)）。每個(gè)存儲(chǔ)單元可存放若干個(gè)二進(jìn)制位。一般計(jì)算每個(gè)存儲(chǔ)單元可存放若干個(gè)二進(jìn)制位。一般計(jì)算機(jī)中，機(jī)中，每個(gè)單元存放每個(gè)單元存放8個(gè)二進(jìn)制位（個(gè)二進(jìn)制位（1個(gè)字節(jié)，用個(gè)字節(jié)，用B表示）表示）。我們稱內(nèi)存可以容納的二進(jìn)制數(shù)據(jù)量為。我們稱內(nèi)存可以容納的二進(jìn)制數(shù)據(jù)量為內(nèi)存的容量。內(nèi)存的容量。內(nèi)存與內(nèi)存與CPU的連接的連接 ：控制總線控制總線（Read，Write等）等） CPUMDRMAR內(nèi)存內(nèi)存最大內(nèi)存為最大內(nèi)存為2k個(gè)單元，字長(zhǎng)個(gè)單元，字長(zhǎng)為為n位位K位地址總線位地址總線 n位數(shù)據(jù)總線位數(shù)據(jù)總線 CPU通過(guò)通過(guò)地址總線地址總線來(lái)指

10、定要訪問的內(nèi)存單元的地來(lái)指定要訪問的內(nèi)存單元的地址?？梢姷刂房偩€上能傳送多少個(gè)不同的信息，址?？梢姷刂房偩€上能傳送多少個(gè)不同的信息，CPU就可以對(duì)多少個(gè)內(nèi)存單元或外設(shè)進(jìn)行尋址。就可以對(duì)多少個(gè)內(nèi)存單元或外設(shè)進(jìn)行尋址。一個(gè)一個(gè)CPU有有N根地址總線，則這樣的根地址總線，則這樣的CPU最多可最多可以尋找以尋找N個(gè)內(nèi)存單元。個(gè)內(nèi)存單元。CPU與內(nèi)存之間的數(shù)據(jù)傳送是通過(guò)與內(nèi)存之間的數(shù)據(jù)傳送是通過(guò)數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線來(lái)進(jìn)來(lái)進(jìn)行的。數(shù)據(jù)總線的寬度影響行的。數(shù)據(jù)總線的寬度影響CPU和外界的數(shù)據(jù)傳和外界的數(shù)據(jù)傳送速度。送速度。8位數(shù)據(jù)總線一次可以傳送一個(gè)位數(shù)據(jù)總線一次可以傳送一個(gè)8位二進(jìn)位二進(jìn)制數(shù)據(jù)制數(shù)據(jù)控制總線控

11、制總線傳送控制信號(hào)。有多少根控制總線，就傳送控制信號(hào)。有多少根控制總線，就意味著意味著CPU提供了對(duì)外部器件的多少種控制。所提供了對(duì)外部器件的多少種控制。所以，控制總線的寬度決定了以，控制總線的寬度決定了CPU對(duì)外部器件的控對(duì)外部器件的控制能力。制能力。5 輸入輸出系統(tǒng)I/O輸入輸出設(shè)備（也稱外部設(shè)備、輸入輸出設(shè)備（也稱外部設(shè)備、I/O設(shè)備）是設(shè)備）是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與人（或其它系統(tǒng)）之間進(jìn)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與人（或其它系統(tǒng)）之間進(jìn)行信息交換的設(shè)備。行信息交換的設(shè)備。輸入輸出設(shè)備通過(guò)其輸入輸出設(shè)備通過(guò)其接口接口與主機(jī)交換信息，與主機(jī)交換信息，輸入輸出設(shè)備的接口接收來(lái)自輸入輸出設(shè)備的接口接收來(lái)自CPU

12、的命令，的命令，轉(zhuǎn)換成能控制該設(shè)備工作的控制信號(hào)，以控轉(zhuǎn)換成能控制該設(shè)備工作的控制信號(hào)，以控制輸入輸出設(shè)備完成主機(jī)所要求的輸入或輸制輸入輸出設(shè)備完成主機(jī)所要求的輸入或輸出操作。出操作。主機(jī)和外設(shè)之間的信息交換方式經(jīng)歷了由簡(jiǎn)主機(jī)和外設(shè)之間的信息交換方式經(jīng)歷了由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，由低級(jí)到高級(jí)，由集中管理到分單到復(fù)雜，由低級(jí)到高級(jí)，由集中管理到分散管理的發(fā)展過(guò)程。散管理的發(fā)展過(guò)程。按其發(fā)展的先后，以及外設(shè)與主機(jī)并行工作按其發(fā)展的先后，以及外設(shè)與主機(jī)并行工作的程度，通常把的程度，通常把I/O控制方式分為控制方式分為四種四種工作工作方式：方式： 程序直接控制方式程序直接控制方式、中斷控制方式中斷控制方式、直接

13、存直接存儲(chǔ)器存?。▋?chǔ)器存取（DMA）方式）方式和和通道控制方式通道控制方式輸入輸出控制方式輸入輸出控制方式1程序直接控制方式程序直接控制方式這種方式又稱為這種方式又稱為程序查詢方式程序查詢方式，它是完全通過(guò)，它是完全通過(guò)CPU執(zhí)行程序來(lái)完成輸入輸出的。執(zhí)行程序來(lái)完成輸入輸出的。2中斷控制方式中斷控制方式為使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)各部件并行工作，從而提高系統(tǒng)的工為使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)各部件并行工作，從而提高系統(tǒng)的工作效率，特別是充分發(fā)揮作效率，特別是充分發(fā)揮CPU的高速運(yùn)算能力，并的高速運(yùn)算能力，并使使CPU能夠響應(yīng)外設(shè)隨機(jī)出的請(qǐng)求，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)都能夠響應(yīng)外設(shè)隨機(jī)出的請(qǐng)求，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)都設(shè)置了中斷系統(tǒng)。設(shè)置了中斷系統(tǒng)。

14、3.直接存儲(chǔ)器存?。ㄖ苯哟鎯?chǔ)器存取（DMA）方式）方式直接存儲(chǔ)器存?。ㄖ苯哟鎯?chǔ)器存?。―MA）用于高速外設(shè)的數(shù)據(jù)傳送，）用于高速外設(shè)的數(shù)據(jù)傳送，如硬盤與如硬盤與CPU之間的數(shù)據(jù)傳送。之間的數(shù)據(jù)傳送。4.通道控制方式通道控制方式在大型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，采用通道控制方式。通道就是在大型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，采用通道控制方式。通道就是一臺(tái)處理機(jī)。通道受主機(jī)的委托來(lái)管理外設(shè)與主機(jī)之一臺(tái)處理機(jī)。通道受主機(jī)的委托來(lái)管理外設(shè)與主機(jī)之間的信息交換，一個(gè)通道能管理若干臺(tái)外設(shè)。間的信息交換，一個(gè)通道能管理若干臺(tái)外設(shè)。 接口輸入輸入/輸出接口（輸出接口（I/O接口）的作用接口）的作用（1）計(jì)算機(jī)外設(shè)的特點(diǎn)）計(jì)算機(jī)外設(shè)的特點(diǎn)外設(shè)

15、工作速度遠(yuǎn)比主機(jī)速度慢，兩者甚至相差外設(shè)工作速度遠(yuǎn)比主機(jī)速度慢，兩者甚至相差好幾個(gè)數(shù)量級(jí)。好幾個(gè)數(shù)量級(jí)。外設(shè)與主機(jī)采用的數(shù)據(jù)格式、傳送方式不同。外設(shè)與主機(jī)采用的數(shù)據(jù)格式、傳送方式不同。主機(jī)通常采用二進(jìn)制編碼，數(shù)據(jù)采用并行傳送方主機(jī)通常采用二進(jìn)制編碼，數(shù)據(jù)采用并行傳送方式，而外設(shè)有的采用式，而外設(shè)有的采用ASCII編碼，數(shù)據(jù)是串行傳編碼，數(shù)據(jù)是串行傳送的。送的。各種外設(shè)的電氣特性（如電平的極性和幅度）各種外設(shè)的電氣特性（如電平的極性和幅度）也不相同。也不相同。外設(shè)處于和外設(shè)處于和CPU異步的工作狀態(tài)。各種外設(shè)的異步的工作狀態(tài)。各種外設(shè)的操作在很大程度上相對(duì)獨(dú)立于操作在很大程度上相對(duì)獨(dú)立于CPU之

16、外，跟之外，跟CPU的步調(diào)不一致。的步調(diào)不一致。 由于上述特點(diǎn)，任何外設(shè)由于上述特點(diǎn)，任何外設(shè)要連接到計(jì)算機(jī)上工作，就要連接到計(jì)算機(jī)上工作，就必須用必須用接口接口電路作為外設(shè)和電路作為外設(shè)和主機(jī)之間的主機(jī)之間的“橋梁橋梁”，才能，才能將外設(shè)與主機(jī)匹配起來(lái)進(jìn)行將外設(shè)與主機(jī)匹配起來(lái)進(jìn)行工作。每一臺(tái)外設(shè)都有自己工作。每一臺(tái)外設(shè)都有自己的接口。接口也稱適配器、的接口。接口也稱適配器、設(shè)備控制卡、輸入輸出控制設(shè)備控制卡、輸入輸出控制器。器。內(nèi)存內(nèi)存ABDBCB設(shè)備譯碼設(shè)備譯碼器器狀態(tài)寄存狀態(tài)寄存器器控制邏輯電控制邏輯電路路數(shù)據(jù)緩沖寄存數(shù)據(jù)緩沖寄存器器控制寄存控制寄存器器設(shè)備驅(qū)動(dòng)電路設(shè)備驅(qū)動(dòng)電路外部設(shè)備外

17、部設(shè)備CPU外 設(shè) 接外 設(shè) 接口口接口的組成接口的組成接口的基本功能接口的基本功能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)緩沖。在外設(shè)接口中要設(shè)置一個(gè)或?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)緩沖。在外設(shè)接口中要設(shè)置一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)緩沖寄存器，從而達(dá)到主機(jī)和外設(shè)多個(gè)數(shù)據(jù)緩沖寄存器，從而達(dá)到主機(jī)和外設(shè)之間速度匹配的目的。之間速度匹配的目的。提供狀態(tài)寄存器，用來(lái)保存設(shè)備的工作狀態(tài)提供狀態(tài)寄存器，用來(lái)保存設(shè)備的工作狀態(tài)，以備，以備CPU在需要時(shí)查詢。在需要時(shí)查詢。識(shí)別主機(jī)是否選中該接口及其所連接的外設(shè)識(shí)別主機(jī)是否選中該接口及其所連接的外設(shè)。為此接口中要設(shè)置設(shè)備譯碼器。為此接口中要設(shè)置設(shè)備譯碼器。接收主機(jī)發(fā)來(lái)的各種控制信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)外接收主機(jī)發(fā)來(lái)的各種控制信號(hào)，以

18、實(shí)現(xiàn)對(duì)外設(shè)的控制操作。為此，接口中要設(shè)置控制寄設(shè)的控制操作。為此，接口中要設(shè)置控制寄存器，以存放主機(jī)發(fā)來(lái)的控制字。存器，以存放主機(jī)發(fā)來(lái)的控制字。實(shí)現(xiàn)主機(jī)與外設(shè)之間的通信控制。為此，接實(shí)現(xiàn)主機(jī)與外設(shè)之間的通信控制。為此，接口中要包括控制邏輯電路?？谥幸刂七壿嬰娐?。接口的分類接口的分類按信息的傳送方式，可將接口分為按信息的傳送方式，可將接口分為串行接口串行接口和和并行接口并行接口。串行接口以串行方式（即逐位傳送方式，傳串行接口以串行方式（即逐位傳送方式，傳送一個(gè)字節(jié)需要送一個(gè)字節(jié)需要8次，每次傳送次，每次傳送1位）與外設(shè)位）與外設(shè)交換數(shù)據(jù)，它可以將主機(jī)送出的并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)交換數(shù)據(jù)，它可以將主機(jī)送

19、出的并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為串行數(shù)據(jù)送給外設(shè)，或把外設(shè)的串行數(shù)化為串行數(shù)據(jù)送給外設(shè)，或把外設(shè)的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為并行數(shù)據(jù)送給主機(jī)。串行接口一般據(jù)轉(zhuǎn)化為并行數(shù)據(jù)送給主機(jī)。串行接口一般用來(lái)連接慢速的、以串行方式工作的設(shè)備，用來(lái)連接慢速的、以串行方式工作的設(shè)備，如鍵盤；如鍵盤；并行接口以并行方式（即按字節(jié)或字傳送方并行接口以并行方式（即按字節(jié)或字傳送方式）與外設(shè)交換數(shù)據(jù)，并行接口一般連接高式）與外設(shè)交換數(shù)據(jù)，并行接口一般連接高速的、以并行方式工作的外設(shè)。速的、以并行方式工作的外設(shè)。6 總線如前所述，計(jì)算機(jī)的各部件之間的硬連接是如前所述，計(jì)算機(jī)的各部件之間的硬連接是通過(guò)總線實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)總線實(shí)現(xiàn)的?？偩€是構(gòu)成計(jì)算機(jī)系

20、統(tǒng)的總線是構(gòu)成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的骨架骨架，總線結(jié)構(gòu)是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)廣為使用的一，總線結(jié)構(gòu)是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)廣為使用的一種信息傳送方式，它可以減少信息傳輸線的種信息傳送方式，它可以減少信息傳輸線的數(shù)量，提高系統(tǒng)的可靠性，增加系統(tǒng)的靈活數(shù)量，提高系統(tǒng)的可靠性，增加系統(tǒng)的靈活性，性，便于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的積木化便于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的積木化。u什么是總線什么是總線所謂總線是連接計(jì)算機(jī)各個(gè)功能部件之間或計(jì)算機(jī)所謂總線是連接計(jì)算機(jī)各個(gè)功能部件之間或計(jì)算機(jī)之間的一束公共信息傳輸線，它是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中傳之間的一束公共信息傳輸線，它是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中傳送信息的公共途徑。送信息的公共途徑。總線（總線（BUS）由地址總線（由地址總線（AB）、數(shù)據(jù)總線（

21、）、數(shù)據(jù)總線（DB）和控制總線（）和控制總線（CB）組成。）組成。 u總線的分類總線的分類CPU內(nèi)部總線：這種總線連接內(nèi)部總線：這種總線連接CPU內(nèi)部的各寄存器內(nèi)部的各寄存器及運(yùn)算部件，是一個(gè)芯片內(nèi)的總線。及運(yùn)算部件，是一個(gè)芯片內(nèi)的總線。系統(tǒng)總線：這種總線連接計(jì)算機(jī)的各個(gè)功能部件，系統(tǒng)總線：這種總線連接計(jì)算機(jī)的各個(gè)功能部件，如如CPU、內(nèi)存和各種、內(nèi)存和各種I/O 接口，是計(jì)算機(jī)主機(jī)內(nèi)部的接口，是計(jì)算機(jī)主機(jī)內(nèi)部的總線總線通訊總線：這種總線連接主機(jī)與外部設(shè)備，是主機(jī)通訊總線：這種總線連接主機(jī)與外部設(shè)備，是主機(jī)與外設(shè)之間的總線。與外設(shè)之間的總線。 如：如：PCI總線、總線、AGP總線、總線、USB

22、總線等總線等7 微處理器和微型計(jì)算機(jī)微機(jī)的概念微機(jī)的概念什么是微機(jī)？即微型計(jì)算機(jī)，它是以大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路為主要部即微型計(jì)算機(jī)，它是以大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路為主要部件，以集成了計(jì)算機(jī)主要部件件，以集成了計(jì)算機(jī)主要部件控制器和運(yùn)算器的微處理控制器和運(yùn)算器的微處理器為核心所構(gòu)造出的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。其核心是微處理器器為核心所構(gòu)造出的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。其核心是微處理器（ Microprocessor ，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱MPU）。）。微機(jī)就是微機(jī)就是PC機(jī)嗎？機(jī)嗎？PC機(jī)只是微機(jī)中的一種，是我們最熟悉、最典型的微機(jī)機(jī)只是微機(jī)中的一種，是我們最熟悉、最典型的微機(jī)產(chǎn)品產(chǎn)品 微機(jī)的覆蓋范圍微機(jī)的覆蓋范圍任何電子產(chǎn)品，

23、只要包含了任何電子產(chǎn)品，只要包含了CPU、存儲(chǔ)器及、存儲(chǔ)器及I/O，且價(jià)格，且價(jià)格不高，都可以看作是微機(jī)不高，都可以看作是微機(jī)典型例子典型例子電子詞典、手機(jī)、電子詞典、手機(jī)、mp3、電視機(jī)、全自動(dòng)洗衣機(jī)、電視機(jī)、全自動(dòng)洗衣機(jī) 微型計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)組成微型計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)組成運(yùn)算器運(yùn)算器 控制器控制器 寄存器組寄存器組 內(nèi)存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)器 總線總線 輸入輸出輸出輸入輸出輸出 接口電路接口電路外部設(shè)備外部設(shè)備 軟件軟件微處理器微處理器微型計(jì)算機(jī)微型計(jì)算機(jī)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)區(qū)別區(qū)別3個(gè)概念個(gè)概念其它相關(guān)概念：?jiǎn)伟鍣C(jī)：?jiǎn)伟鍣C(jī)：將整個(gè)微型計(jì)算機(jī)的硬件將整個(gè)微型計(jì)算機(jī)的硬件(包括鍵盤等包括鍵盤等)集成在一

24、塊印刷電集成在一塊印刷電路板上，即為單板計(jì)算機(jī)；如早期的路板上，即為單板計(jì)算機(jī)；如早期的Z80、Intel 8080等等單片機(jī)：?jiǎn)纹瑱C(jī)：整個(gè)計(jì)算機(jī)的硬件（包括存儲(chǔ)器、輸入輸出接口等）都集整個(gè)計(jì)算機(jī)的硬件（包括存儲(chǔ)器、輸入輸出接口等）都集成在一個(gè)芯片中，即稱為單片機(jī)。成在一個(gè)芯片中，即稱為單片機(jī)。典型的如典型的如Intel 8051以及現(xiàn)在流行的以及現(xiàn)在流行的ARM芯片芯片。 嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)任何電子產(chǎn)品，只要包含了任何電子產(chǎn)品，只要包含了CPU、存儲(chǔ)器及、存儲(chǔ)器及I/O，都可以，都可以看作是嵌入式系統(tǒng)（宏觀上也包括看作是嵌入式系統(tǒng)（宏觀上也包括PC機(jī)）。機(jī)）。計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)：計(jì)算機(jī)的發(fā)展

25、趨勢(shì)：功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)無(wú)處不在的計(jì)算機(jī)無(wú)處不在的計(jì)算機(jī)80X86微型計(jì)算機(jī)的概要?dú)v史微型計(jì)算機(jī)的概要?dú)v史1946年，世界上出現(xiàn)第一臺(tái)數(shù)字式電子計(jì)年，世界上出現(xiàn)第一臺(tái)數(shù)字式電子計(jì)算機(jī)算機(jī)ENIAC（電子數(shù)據(jù)和計(jì)算器）（電子數(shù)據(jù)和計(jì)算器）發(fā)展到以大規(guī)模集成電路為主要部件的第發(fā)展到以大規(guī)模集成電路為主要部件的第四代，產(chǎn)生了四代，產(chǎn)生了微型計(jì)算機(jī)微型計(jì)算機(jī)1971年，年，Intel公司設(shè)計(jì)了世界上第一個(gè)微公司設(shè)計(jì)了世界上第一個(gè)微處理器芯片處理器芯片Intel4004，開創(chuàng)了一個(gè)全新的，開創(chuàng)了一個(gè)全新的計(jì)算機(jī)時(shí)代計(jì)算機(jī)時(shí)代微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展第第1代代：4位和低檔位和低檔8位

26、微機(jī)位微機(jī)400440408008第第2代代：中高檔：中高檔8位微機(jī)位微機(jī)Z80、I8085、M6800，Apple-II微機(jī)微機(jī)第第3代代：16位微機(jī)位微機(jī)8086808880286，IBM PC系列機(jī)系列機(jī)第第4代代：32位微機(jī)位微機(jī)8038680486PentiumPentium II / III / 432位位PC機(jī)、機(jī)、Macintosh機(jī)、機(jī)、PS/2機(jī)機(jī)第第5代代：64位微機(jī)位微機(jī)酷睿、酷睿、AMD 64、64位位RISC微處理器芯片微處理器芯片目前絕大部分目前絕大部分PC機(jī)的機(jī)的CPU都是都是64位的位的80X86系列系列CPU簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介Intel 80 x86系列處理器系列處理

27、器80386803868048680486奔騰奔騰奔騰奔騰II奔騰奔騰4802868028680868086奔騰奔騰III酷?？犷?0044004IA-32處理器處理器安騰安騰Intel 8086和和80888086/8088可以說(shuō)是現(xiàn)代微處理器的可以說(shuō)是現(xiàn)代微處理器的“開山開山鼻祖鼻祖”，今天的，今天的P4、i系列以及系列以及IA-64，其，其基本架構(gòu)都來(lái)自于它，并必將延續(xù)。基本架構(gòu)都來(lái)自于它，并必將延續(xù)。8086發(fā)布于發(fā)布于1978年，初始頻率年，初始頻率8MHz，有，有著著16位位的數(shù)據(jù)總線及的數(shù)據(jù)總線及20位的位的尋址能力。尋址能力。8088于于1981年推出，除年推出，除外部數(shù)據(jù)總線

28、是外部數(shù)據(jù)總線是8位位的之外，其它與的之外，其它與8086基本完全相同基本完全相同（8088內(nèi)部指令隊(duì)列為內(nèi)部指令隊(duì)列為4個(gè)字節(jié)個(gè)字節(jié),8086為為6個(gè)個(gè)字節(jié)）。字節(jié)）。處理器總線處理器總線數(shù)據(jù)總線（數(shù)據(jù)總線（DB：Data Bus）處理器與存儲(chǔ)器或外設(shè)交換信息的通道處理器與存儲(chǔ)器或外設(shè)交換信息的通道個(gè)數(shù)個(gè)數(shù)(條數(shù)條數(shù))是一次能夠傳送數(shù)據(jù)的二進(jìn)制位數(shù)是一次能夠傳送數(shù)據(jù)的二進(jìn)制位數(shù) 地址總線（地址總線（AB：Address Bus）指定存儲(chǔ)器或外設(shè)的具體單元指定存儲(chǔ)器或外設(shè)的具體單元個(gè)數(shù)反映訪問的主存儲(chǔ)器容量或外設(shè)范圍個(gè)數(shù)反映訪問的主存儲(chǔ)器容量或外設(shè)范圍控制總線（控制總線（CB：Control

29、Bus）控制處理器數(shù)據(jù)傳送等操作控制處理器數(shù)據(jù)傳送等操作例如例如 存儲(chǔ)器讀信號(hào)（MEMR）、存儲(chǔ)器寫（MEMW） 外設(shè)讀（IOR）、外設(shè)寫（IOW）地址條數(shù)與主存容量地址條數(shù)與主存容量Intel80 x86地址條數(shù)地址條數(shù)存儲(chǔ)容量存儲(chǔ)容量8086201MB8088201MB802862416MBIA-32324GB一個(gè)信號(hào)對(duì)應(yīng)一個(gè)信號(hào)對(duì)應(yīng)兩種狀態(tài)：高或低兩種狀態(tài)：高或低兩種編碼：兩種編碼：1或或0N：2N1KB210 B1024 B1MB220 B1024 KB1GB230 B1024 MB8086/8088的功能結(jié)構(gòu)的功能結(jié)構(gòu) 8086的的內(nèi)部結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)從功能上分成兩個(gè)單元從功能上分成兩個(gè)

30、單元1. 執(zhí)行單元執(zhí)行單元EU負(fù)責(zé)指令的譯碼、執(zhí)行和數(shù)據(jù)的運(yùn)算負(fù)責(zé)指令的譯碼、執(zhí)行和數(shù)據(jù)的運(yùn)算包括包括ALU、通用寄存器組、狀態(tài)標(biāo)志寄存器等、通用寄存器組、狀態(tài)標(biāo)志寄存器等2. 總線接口單元總線接口單元BIU管理管理8086與系統(tǒng)總線的接口與系統(tǒng)總線的接口負(fù)責(zé)負(fù)責(zé)CPU對(duì)存儲(chǔ)器和外設(shè)進(jìn)行訪問對(duì)存儲(chǔ)器和外設(shè)進(jìn)行訪問包括地址加法器（形成包括地址加法器（形成20位地址）、指令隊(duì)列位地址）、指令隊(duì)列緩沖器（緩沖器（8088為為4個(gè)字節(jié)，個(gè)字節(jié)，8086為為6個(gè)字節(jié)）、個(gè)字節(jié)）、總線控制電路等總線控制電路等80888088采用采用40針的針的DIP封封裝，工作頻率約為裝，工作頻率約為8MHz，微處理器集

31、成了大約微處理器集成了大約29000個(gè)晶體管個(gè)晶體管80868086的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)8028680286于于82年推出，年推出，24位位AB，16位位DB，時(shí)鐘時(shí)鐘820MHz，集成度，集成度13.5萬(wàn)，為滿足多萬(wàn)，為滿足多任務(wù)系統(tǒng)的需要而設(shè)計(jì)，采用了兩種新的任務(wù)系統(tǒng)的需要而設(shè)計(jì)，采用了兩種新的內(nèi)存管理技術(shù)（虛擬內(nèi)存和保護(hù)模式）以內(nèi)存管理技術(shù)（虛擬內(nèi)存和保護(hù)模式）以使用和管理更多資源。使用和管理更多資源。與與8086的顯著的區(qū)別的顯著的區(qū)別: 地址線和數(shù)據(jù)線不再分時(shí)復(fù)用地址線和數(shù)據(jù)線不再分時(shí)復(fù)用, 簡(jiǎn)化了硬件設(shè)簡(jiǎn)化了硬件設(shè)計(jì)計(jì);引入存儲(chǔ)管理中的虛存管理機(jī)制。通過(guò)引入存儲(chǔ)管理中的虛存管理機(jī)制

32、。通過(guò)“虛地虛地址址”和和“保護(hù)保護(hù)”兩重功能對(duì)存儲(chǔ)器管理提供了兩重功能對(duì)存儲(chǔ)器管理提供了支持支持, 加強(qiáng)了對(duì)多用戶加強(qiáng)了對(duì)多用戶/多任務(wù)運(yùn)行的管理能力。多任務(wù)運(yùn)行的管理能力。8038680386劃時(shí)代的產(chǎn)品，開創(chuàng)了劃時(shí)代的產(chǎn)品，開創(chuàng)了32位微機(jī)的先河。位微機(jī)的先河。8 5 年 推 出 ，年 推 出 ， 3 2 位 內(nèi) 外位 內(nèi) 外 D B ， 3 2 位位 A B ，1650MHz，27.5萬(wàn)集成度，萬(wàn)集成度，132腳腳4列直插，列直插，直接尋址能力直接尋址能力4GB，并可管理，并可管理64TB的虛存的虛存（通過(guò)虛地址方式）。（通過(guò)虛地址方式）。 存儲(chǔ)器管理：在存儲(chǔ)器管理：在286基礎(chǔ)上增加

33、了虛擬基礎(chǔ)上增加了虛擬8086方方式，使其能更好地執(zhí)行多任務(wù)處理。式，使其能更好地執(zhí)行多任務(wù)處理。 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：包括結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：包括EU、BIU、指令預(yù)取部件、指、指令預(yù)取部件、指令譯碼部件令譯碼部件IU、存儲(chǔ)器管理部件等、存儲(chǔ)器管理部件等六部分組成六部分組成80386的功能結(jié)構(gòu)圖的功能結(jié)構(gòu)圖 碼獲取/頁(yè)表獲取三輸入加法器描述符高速度緩沖存儲(chǔ)器界限和屬性PLA加法器頁(yè)高速緩沖存儲(chǔ)器控制和屬性PLA線性地址總線物理地址總線請(qǐng)求判優(yōu)器分段部件MMU分頁(yè)部件總線接口部件BIU控制地址驅(qū)動(dòng)器流水線總線寬度控制MUX收發(fā)器預(yù)取器/界驗(yàn)校驗(yàn)器HOLD，INTR， NMDDRROR，BUSYRESET，HLDA

34、BE0BE31A1A31M/IO，D/CW/R，LOCKADS，NA，BSIG，READYD0D3116字節(jié)預(yù)取隊(duì)列指令譯碼 器已譯碼指令隊(duì)列內(nèi)部控 制總線位移量總線保護(hù)檢測(cè)部件控制ROM譯碼和定序狀態(tài)標(biāo)志桶形移位器ALU乘/除硬件寄存器組ALU控制執(zhí)行部件指令譯 碼器指令預(yù)取3232ALUALU總線有效地址總線有效地址總線CPU3232323432804868048689年推出，標(biāo)準(zhǔn)年推出，標(biāo)準(zhǔn)32位機(jī)，時(shí)鐘位機(jī)，時(shí)鐘40100MHz，168腳腳PGA封裝，封裝，120萬(wàn)集成度。萬(wàn)集成度。從結(jié)構(gòu)組成上看，從結(jié)構(gòu)組成上看，486相當(dāng)于以相當(dāng)于以386為核心，增為核心，增加了加了8K的的CACH

35、E和相當(dāng)于和相當(dāng)于80387的片內(nèi)浮點(diǎn)協(xié)的片內(nèi)浮點(diǎn)協(xié)處理器處理器，以及增加了面向多處理機(jī)的機(jī)構(gòu)。但，以及增加了面向多處理機(jī)的機(jī)構(gòu)。但從程序設(shè)計(jì)角度來(lái)看，其體系結(jié)構(gòu)幾乎沒變。從程序設(shè)計(jì)角度來(lái)看，其體系結(jié)構(gòu)幾乎沒變。 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：在結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：在386的的6個(gè)功能部件基礎(chǔ)上，增加個(gè)功能部件基礎(chǔ)上，增加了了Cache和和FPU兩部分，其中多個(gè)部分都可以兩部分，其中多個(gè)部分都可以獨(dú)立并行工作，構(gòu)成流水線。獨(dú)立并行工作，構(gòu)成流水線。 80486相對(duì)于相對(duì)于386386，486486主要是增加了主要是增加了8K8K的的CacheCache及將及將FPUFPU集成到集成到CPUCPU中中高速緩沖存儲(chǔ)器控制器8K

36、Cache轉(zhuǎn)換監(jiān)視緩沖器頁(yè)轉(zhuǎn)換器物理地址線性地址段轉(zhuǎn)換器段寄存器段描述符高速緩沖存儲(chǔ)器乘法除法ALU桶形移位器通用寄存器數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)整數(shù)部件分段部件分頁(yè)部件浮點(diǎn)控制浮點(diǎn)寄存器和堆?？刂票Ｗo(hù)測(cè)試部件指令譯碼指令字微碼入口指針浮點(diǎn)部件 控制部件指令譯碼部件預(yù)取預(yù)取隊(duì)列預(yù)取部件Cache部件總線接口總線尺寸控制猝發(fā)控制奇偶生成和控制寫緩沖器數(shù)據(jù)地址總線請(qǐng)求預(yù)取的代碼地址總線地址總線323232323264位內(nèi)部部件轉(zhuǎn)輸總線線性地址硬件的微指令Pentium Pentium93年推出，時(shí)鐘年推出，時(shí)鐘60200MHz，內(nèi)部，內(nèi)部DB 32位，外部位，外部DB 64位，位，AB 32位，位，296引腳，是引

37、腳，是Intel為迎接為迎接Windows 95和多和多媒體時(shí)代而全新設(shè)計(jì)的。媒體時(shí)代而全新設(shè)計(jì)的。 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 超標(biāo)量流水線：超標(biāo)量流水線：P P 與與Pentium Pro同屬同屬P6系列系列,在后者的基礎(chǔ)上增加了在后者的基礎(chǔ)上增加了MMX功能，采用功能，采用0.35um/0.25um工藝，工藝，750萬(wàn)集度。萬(wàn)集度。 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 將MMX技術(shù)加至P6中并采用新的包裝； 使用單邊接觸盒式封裝SEC：即Slot 1。 雙16KB的一級(jí)CacheCeleron：Intel為抵制為抵制K6占領(lǐng)低端市場(chǎng)而推出的低價(jià)占領(lǐng)低端市場(chǎng)而推出的低價(jià)CPU，最初只是簡(jiǎn)單地將最初只是簡(jiǎn)單地將

38、P中的二級(jí)中的二級(jí)Cache去掉。因此性能較去掉。因此性能較低。低。 X E O N ： 9 8 年年 6 月 開 始 推 出 ， 用 于 服 務(wù) 器 ， 擁 有月 開 始 推 出 ， 用 于 服 務(wù) 器 ， 擁 有512KB2MB的二級(jí)的二級(jí)Cache，且與，且與CPU同頻。同頻。P P 在在PII基礎(chǔ)上增加了基礎(chǔ)上增加了70條條SSE（Streaming SIMD Extension）指令，讓）指令，讓CPU可對(duì)多個(gè)數(shù)可對(duì)多個(gè)數(shù)據(jù)同時(shí)進(jìn)行浮點(diǎn)運(yùn)算（據(jù)同時(shí)進(jìn)行浮點(diǎn)運(yùn)算（4個(gè)個(gè)32位浮點(diǎn)數(shù)）；位浮點(diǎn)數(shù)）；片內(nèi)有片內(nèi)有128位序列號(hào)，以標(biāo)識(shí)每一部電腦，以位序列號(hào)，以標(biāo)識(shí)每一部電腦，以用于電子商務(wù)

39、的安全認(rèn)證。用于電子商務(wù)的安全認(rèn)證。什么是什么是SIMD？即單指令多數(shù)據(jù)，也就是一條指令同時(shí)處理多即單指令多數(shù)據(jù)，也就是一條指令同時(shí)處理多個(gè)數(shù)據(jù)，主要用于處理多媒體數(shù)據(jù)。個(gè)數(shù)據(jù)，主要用于處理多媒體數(shù)據(jù)。P4P4P4是最新的是最新的IA-32結(jié)構(gòu)的微處理器，主要有以結(jié)構(gòu)的微處理器，主要有以下特性：下特性：第一個(gè)基于第一個(gè)基于NetBurst微結(jié)構(gòu)的微結(jié)構(gòu)的CPU，該結(jié)構(gòu)允，該結(jié)構(gòu)允許許CPU運(yùn)行在更高的時(shí)鐘速度上；（運(yùn)行在更高的時(shí)鐘速度上；（400MHz的前端總線）的前端總線）支持超線程技術(shù)；支持超線程技術(shù)； 注意：超線程不同于超標(biāo)量。注意：超線程不同于超標(biāo)量。 超標(biāo)量是指超標(biāo)量是指CPU內(nèi)部有

40、兩條以上的流水線，這樣，內(nèi)部有兩條以上的流水線，這樣，CPU在一個(gè)指令周期內(nèi)可以執(zhí)行一條以上的指令；在一個(gè)指令周期內(nèi)可以執(zhí)行一條以上的指令； 超線程則是指超線程則是指CPU內(nèi)部可以同時(shí)運(yùn)行兩個(gè)線程；內(nèi)部可以同時(shí)運(yùn)行兩個(gè)線程；支持支持SSE21.2.3 Intel 64處理器處理器1. Intel 64結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)64位線性地址空間，支持位線性地址空間，支持40位物理地址空間位物理地址空間32位擴(kuò)展工作方式（位擴(kuò)展工作方式（IA-32e）8個(gè)附加的通用寄存器、個(gè)附加的通用寄存器、8個(gè)附加的個(gè)附加的SIMD多媒多媒體寄存器、體寄存器、64位通用寄存器和位通用寄存器和64位指令指針等位指令指針等2. I

41、ntel Core微結(jié)構(gòu)微結(jié)構(gòu)提高了性能并降低了功耗提高了性能并降低了功耗多核處理器的基礎(chǔ)多核處理器的基礎(chǔ) 3. 多核技術(shù)（多核技術(shù)（Multi-core）一個(gè)芯片上制作兩個(gè)或多個(gè)處理器執(zhí)行核心一個(gè)芯片上制作兩個(gè)或多個(gè)處理器執(zhí)行核心我國(guó)的微型計(jì)算機(jī)我國(guó)的微型計(jì)算機(jī)方舟方舟-1”：2001年年4月由中芯公司推出月由中芯公司推出0.25微米工藝，微米工藝，166MHz時(shí)鐘，時(shí)鐘，32位字長(zhǎng)位字長(zhǎng)我國(guó)首枚具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的實(shí)用化我國(guó)首枚具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的實(shí)用化CPU應(yīng)用：網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)、嵌入式設(shè)備等應(yīng)用：網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)、嵌入式設(shè)備等“龍芯龍芯1號(hào)號(hào)”：32位字長(zhǎng)，位字長(zhǎng)，2002年年9月問世月問世達(dá)到國(guó)際達(dá)

42、到國(guó)際97年前后水平，等同于年前后水平，等同于P2 2660.18微米，微米，400萬(wàn)集成度，萬(wàn)集成度，2億次億次/秒速度秒速度應(yīng)用：曙光龍騰服務(wù)器、無(wú)線應(yīng)用：曙光龍騰服務(wù)器、無(wú)線PDA等等“龍芯龍芯2號(hào)號(hào)”： 2004年問世年問世64位字長(zhǎng)，時(shí)鐘位字長(zhǎng)，時(shí)鐘500MHz性能接近性能接近P4，與國(guó)外差距縮小為，與國(guó)外差距縮小為3年年“龍芯龍芯3號(hào)號(hào)”： 8內(nèi)核，目前已應(yīng)用于曙光內(nèi)核，目前已應(yīng)用于曙光6000A千萬(wàn)億次超級(jí)服務(wù)器中千萬(wàn)億次超級(jí)服務(wù)器中處理器的基本性能指標(biāo)處理器的基本性能指標(biāo)字長(zhǎng)（字長(zhǎng)（Word）處理器每個(gè)時(shí)間單位處理的二進(jìn)制數(shù)據(jù)位數(shù)處理器每個(gè)時(shí)間單位處理的二進(jìn)制數(shù)據(jù)位數(shù)例如一次進(jìn)

43、行運(yùn)算、傳輸?shù)奈粩?shù)例如一次進(jìn)行運(yùn)算、傳輸?shù)奈粩?shù)時(shí)鐘頻率時(shí)鐘頻率處理器的處理速度處理器的處理速度反映處理器的基本時(shí)間單位反映處理器的基本時(shí)間單位運(yùn)算速度運(yùn)算速度：指計(jì)算機(jī)每秒內(nèi)能夠執(zhí)行的指指計(jì)算機(jī)每秒內(nèi)能夠執(zhí)行的指令條數(shù)，單位為令條數(shù)，單位為MIPSMIPS。也常用主頻來(lái)標(biāo)稱。也常用主頻來(lái)標(biāo)稱運(yùn)算速度。運(yùn)算速度。MIPS(Million Instructions Per Second)：?jiǎn)巫珠L(zhǎng)定點(diǎn)指令平均執(zhí)行速度 Million Instructions Per Second的縮寫，每秒處理的百萬(wàn)級(jí)的機(jī)器語(yǔ)言指令數(shù)。如：一個(gè)Intel80386 電腦可以每秒處理3百萬(wàn)到5百萬(wàn)機(jī)器語(yǔ)言指令，即我們

44、可以說(shuō)80386是3到5MIPS的CPU處理器的基本性能指標(biāo)處理器的基本性能指標(biāo)u集成度集成度: :芯片上集成的晶體管數(shù)量芯片上集成的晶體管數(shù)量, ,表明處理器表明處理器的生產(chǎn)工藝水平的生產(chǎn)工藝水平u主存容量：主存容量：指計(jì)算機(jī)中的內(nèi)部存儲(chǔ)器（指計(jì)算機(jī)中的內(nèi)部存儲(chǔ)器（RAMRAM和和ROMROM）的容量。是影響整機(jī)性能的重要因）的容量。是影響整機(jī)性能的重要因素。素。u存取時(shí)間和讀寫時(shí)間存取時(shí)間和讀寫時(shí)間：存取時(shí)間指的是存儲(chǔ)：存取時(shí)間指的是存儲(chǔ)器接收到指令后從準(zhǔn)備數(shù)據(jù)到將數(shù)據(jù)發(fā)送出器接收到指令后從準(zhǔn)備數(shù)據(jù)到將數(shù)據(jù)發(fā)送出的時(shí)間，針對(duì)的是存儲(chǔ)器；讀寫時(shí)間指的是的時(shí)間，針對(duì)的是存儲(chǔ)器；讀寫時(shí)間指的是C

45、PUCPU發(fā)出讀存儲(chǔ)器的命令到接收到數(shù)據(jù)的時(shí)發(fā)出讀存儲(chǔ)器的命令到接收到數(shù)據(jù)的時(shí)候，針對(duì)候，針對(duì)CPUCPU。微型計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)微型計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)控制總線控制總線CB數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線DB地址總線地址總線AB系系統(tǒng)統(tǒng)總總線線形形成成處處理理器器子子系系統(tǒng)統(tǒng)I/O設(shè)備設(shè)備I/O接口接口存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線BUSI/O設(shè)備設(shè)備I/O接口接口計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)用用 戶戶 層層高高 級(jí)級(jí) 語(yǔ)語(yǔ) 言言 層層匯匯 編編 語(yǔ)語(yǔ) 言言 層層操操 作作 系系 統(tǒng)統(tǒng) 層層 機(jī)機(jī) 器器 層層控控 制制 層層數(shù)數(shù) 字字 電電 路路 層層 應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件 系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件 軟硬件界面軟硬件界面物

46、理機(jī)物理機(jī)虛擬機(jī)虛擬機(jī)硬件硬件固件固件硬件直接執(zhí)行硬件直接執(zhí)行Level 0 (門電路、電子線路門電路、電子線路)Level 1 (微程序或硬布線微程序或硬布線)Level 2 (指令集結(jié)構(gòu)指令集結(jié)構(gòu)ISA)Level 3 (操作系統(tǒng)、庫(kù)代碼操作系統(tǒng)、庫(kù)代碼)Level 4 (匯編語(yǔ)言代碼匯編語(yǔ)言代碼)Level 5 (C+，Java，等，等)Level 6 (可執(zhí)行程序可執(zhí)行程序)本課件由匯編網(wǎng)（）制作提供1.1 機(jī)器語(yǔ)言n機(jī)器語(yǔ)言是機(jī)器指令的集合。n機(jī)器指令展開來(lái)講就是一臺(tái)機(jī)器可以正確執(zhí)行的命令。本課件由匯編網(wǎng)（）制作提供1.1 機(jī)器語(yǔ)言n指令：01010000 (PUSH AX)n電平脈

47、沖： 本課件由匯編網(wǎng)（）制作提供1.1 機(jī)器語(yǔ)言n以后我們提到的計(jì)算機(jī)是指由CPU 和其他受CPU 直接或間接控制的芯片、器件、設(shè)備組成的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；n比如我們最常見的PC 機(jī)。本課件由匯編網(wǎng)（）制作提供1.1 機(jī)器語(yǔ)言n程序員們將 0、1 數(shù)字編程的程序代碼打在紙帶或卡片上，1打孔，0不打孔，再將程序通過(guò)紙帶機(jī)或卡片機(jī)輸入計(jì)算機(jī)，進(jìn)行運(yùn)算。n示例 應(yīng)用8086CPU完成運(yùn)算： S = 768 + 12288 1280本課件由匯編網(wǎng)（）制作提供1.1 機(jī)器語(yǔ)言nS = 768 + 12288 - 1280n機(jī)器碼： 101100000000000000000011 00000101000000

48、0000110000 001011010000000000000101 n假如將程序錯(cuò)寫成以下這樣，請(qǐng)找處錯(cuò)誤： 101100000000000000000011 000001010000000000110000 000101101000000000000101本課件由匯編網(wǎng)（）制作提供1.2 匯編語(yǔ)言的產(chǎn)生n匯編語(yǔ)言的主體是匯編指令。n匯編指令和機(jī)器指令的差別在于指令的表示方法上。匯編指令是機(jī)器指令便于記憶的書寫格式。n匯編指令是機(jī)器指令的助記符。本課件由匯編網(wǎng)（）制作提供1.2 匯編語(yǔ)言的產(chǎn)生n機(jī)器指令： 1000100111011000n操作：寄存器BX的內(nèi)容送到AX中n匯編指令：MOV

49、 AX,BXn這樣的寫法與人類語(yǔ)言接近，便于閱讀和記憶。本課件由匯編網(wǎng)（）制作提供寄存器n寄存器：簡(jiǎn)單的講是CPU中可以存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的器件，一個(gè)CPU中有多個(gè)寄存器。nAX是其中一個(gè)寄存器的代號(hào)，nBX是另一個(gè)寄存器的代號(hào)。n更詳細(xì)的內(nèi)容我們?cè)谝院蟮恼n程中將會(huì)講到。本課件由匯編網(wǎng)（）制作提供1.2 匯編語(yǔ)言的產(chǎn)生n計(jì)算機(jī)能讀懂的只有機(jī)器指令，那么如何讓計(jì)算機(jī)執(zhí)行程序員用匯編指令編寫的程序呢？本課件由匯編網(wǎng)（）制作提供用匯編語(yǔ)言編寫程序的工作過(guò)程本課件由匯編網(wǎng)（）制作提供1.3 匯編語(yǔ)言的組成n匯編語(yǔ)言由以下3類組成：n1、匯編指令（機(jī)器碼的助記符）n2、偽指令 （由編譯器執(zhí)行）n3、其它符號(hào)（由編

50、譯器識(shí)別）n匯編語(yǔ)言的核心是匯編指令，它決定了匯編語(yǔ)言的特性。 本課件由匯編網(wǎng)（）制作提供1.4 存儲(chǔ)器nCPU 是計(jì)算機(jī)的核心部件它控制整個(gè)計(jì)算機(jī)的運(yùn)作并進(jìn)行運(yùn)算，要想讓一個(gè)CPU 工作，就必須向它提供指令和數(shù)據(jù)。n指令和數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)器中存放，也就是平時(shí)所說(shuō)的內(nèi)存。本課件由匯編網(wǎng)（）制作提供1.4 存儲(chǔ)器n在一臺(tái)PC機(jī)中內(nèi)存的作用僅次于CPU。n離開了內(nèi)存，性能再好的CPU也無(wú)法工作。本課件由匯編網(wǎng)（）制作提供1.4 存儲(chǔ)器n磁盤不同于內(nèi)存，磁盤上的數(shù)據(jù)或程序如果不讀到內(nèi)存中，就無(wú)法被CPU 使用。本課件由匯編網(wǎng)（）制作提供1.5 指令和數(shù)據(jù)n指令和數(shù)據(jù)是應(yīng)用上的概念。n在內(nèi)存或磁盤上，指令和

51、數(shù)據(jù)沒有任何區(qū)別，都是二進(jìn)制信息。本課件由匯編網(wǎng)（）制作提供1.5 指令和數(shù)據(jù)n二進(jìn)制信息： 1000100111011000 89D8H （數(shù)據(jù)） 1000100111011000 MOV AX,BX （程序）本課件由匯編網(wǎng)（）制作提供1.6 存儲(chǔ)單元n存儲(chǔ)器被劃分為若干個(gè)存儲(chǔ)單元，每個(gè)存儲(chǔ)單元從0開始順序編號(hào)；n例如： 一個(gè)存儲(chǔ)器有128個(gè)存儲(chǔ)單元， 編號(hào)從0127。 如右圖示：本課件由匯編網(wǎng)（）制作提供1.6 存儲(chǔ)單元n對(duì)于大容量的存儲(chǔ)器一般還用以下單位來(lái)計(jì)量容量（以下用B來(lái)代表Byte）：n1KB=1024Bn1MB=1024KBn1GB=1024MBn1TB=1024GBn磁盤的容量

52、單位同內(nèi)存的一樣，實(shí)際上以上單位是微機(jī)中常用的計(jì)量單位。本課件由匯編網(wǎng)（）制作提供1.7 CPU對(duì)存儲(chǔ)器的讀寫nCPU要想進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫，必須和外部器件（標(biāo)準(zhǔn)的說(shuō)法是芯片）進(jìn)行三類信息的交互：n存儲(chǔ)單元的地址（地址信息）n器件的選擇，讀或?qū)懨睿刂菩畔ⅲ﹏讀或?qū)懙臄?shù)據(jù)（數(shù)據(jù)信息）本課件由匯編網(wǎng)（）制作提供1.7 CPU對(duì)存儲(chǔ)器的讀寫n那么CPU是通過(guò)什么將地址、數(shù)據(jù)和控制信息傳到存儲(chǔ)芯片中的呢？n電子計(jì)算機(jī)能處理、傳輸?shù)男畔⒍际请娦盘?hào)，電信號(hào)當(dāng)然要用導(dǎo)線傳送。本課件由匯編網(wǎng)（）制作提供1.7 CPU對(duì)存儲(chǔ)器的讀寫nCUP的內(nèi)部總線和系統(tǒng)總線：n物理上：一根根導(dǎo)線的集合；n邏輯上劃分為： n地

53、址總線n數(shù)據(jù)總線n控制總線n圖示本課件由匯編網(wǎng)（）制作提供1.7 CPU對(duì)存儲(chǔ)器的讀寫n總線在邏輯上劃分的圖示：本課件由匯編網(wǎng)（）制作提供1.7 CPU對(duì)存儲(chǔ)器的讀寫nCPU在內(nèi)存中讀或?qū)懙臄?shù)據(jù)演示：n讀演示n寫演示n從上面我們知道CPU是如何進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫的?？墒俏覀?nèi)绾蚊钣?jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫呢？本課件由匯編網(wǎng)（）制作提供1.7 CPU對(duì)存儲(chǔ)器的讀寫本課件由匯編網(wǎng)（）制作提供1.7 CPU對(duì)存儲(chǔ)器的讀寫本課件由匯編網(wǎng)（）制作提供1.7 CPU對(duì)存儲(chǔ)器的讀寫n對(duì)于8086CPU，下面的機(jī)器碼能夠完成從3號(hào)單元讀數(shù)據(jù)：n機(jī)器碼： 101000000000001100000000n含義：從3號(hào)單元

54、讀取數(shù)據(jù)送入寄存器AXnCPU接收這條機(jī)器碼后將完成上面所述的讀寫工作。本課件由匯編網(wǎng)（）制作提供1.7 CPU對(duì)存儲(chǔ)器的讀寫n機(jī)器碼難于記憶，用匯編指令來(lái)表示，情況如下：n機(jī)器碼：101000000000001100000000n對(duì)應(yīng)的匯編指令：MOV AX,3n含義：傳送3號(hào)單元的內(nèi)容到AX本課件由匯編網(wǎng)（）制作提供1.8 地址總線nCPU是通過(guò)地址總線來(lái)指定存儲(chǔ)單元的。n地址總線上能傳送多少個(gè)不同的信息，CPU就可以對(duì)多少個(gè)存儲(chǔ)單元進(jìn)行尋址。本課件由匯編網(wǎng)（）制作提供1.8 地址總線n地址總線發(fā)送地址信息演示本課件由匯編網(wǎng)（）制作提供1.8 地址總線本課件由匯編網(wǎng)（）制作提供1.8 地址

55、總線n一個(gè)CPU有N根地址總線，則可以說(shuō)這個(gè)CPU的地址總線的寬度為N。n這樣的CPU最多可以尋找的N次方個(gè)內(nèi)存單元。本課件由匯編網(wǎng)（）制作提供1.9 數(shù)據(jù)總線nCPU與內(nèi)存或其它器件之間的數(shù)據(jù)傳送是通過(guò)數(shù)據(jù)總線來(lái)進(jìn)行的。n數(shù)據(jù)總線的寬度決定了CPU和外界的數(shù)據(jù)傳送速度。本課件由匯編網(wǎng)（）制作提供1.9 數(shù)據(jù)總線n我們來(lái)分別看一下它們向內(nèi)存中寫入數(shù)據(jù)89D8H時(shí)，是如何通過(guò)數(shù)據(jù)總線傳送數(shù)據(jù)的：n8088CPU數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)傳送情況n8086CPU數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)傳送情況本課件由匯編網(wǎng)（）制作提供1.9 數(shù)據(jù)總線 8位數(shù)據(jù)總線上傳送的信息本課件由匯編網(wǎng)（）制作提供1.9 數(shù)據(jù)總線 16位數(shù)據(jù)總

56、線上傳送的信息本課件由匯編網(wǎng)（）制作提供1.10 控制總線nCPU對(duì)外部器件的控制是通過(guò)控制總線來(lái)進(jìn)行的。在這里控制總線是個(gè)總稱，控制總線是一些不同控制線的集合。n有多少根控制總線，就意味著CPU提供了對(duì)外部器件的多少種控制。所以，控制總線的寬度決定了CPU對(duì)外部器件的控制能力。n控制總線上發(fā)送的控制信息本課件由匯編網(wǎng)（）制作提供1.10 控制總線本課件由匯編網(wǎng)（）制作提供1.10 控制總線n前面所講的內(nèi)存讀或?qū)懨钍怯蓭赘刂凭€綜合發(fā)出的：n其中有一根名為讀信號(hào)輸出控制線負(fù)責(zé)由CPU 向外傳送讀信號(hào)，CPU 向該控制線上輸出低電平表示將要讀取數(shù)據(jù)；n有一根名為寫信號(hào)輸出控制線負(fù)責(zé)由CPU向外

57、傳送寫信號(hào)。本課件由匯編網(wǎng)（）制作提供1.1節(jié)1.10節(jié) 小結(jié)n（1）匯編指令是機(jī)器指令的助記符，同機(jī)器指令一一對(duì)應(yīng)。n（2）每一種CPU都有自己的匯編指令集。本課件由匯編網(wǎng)（）制作提供1.1節(jié)1.10節(jié) 小結(jié)n（3）CPU可以直接使用的信息在存儲(chǔ)器中存放。n（4）在存儲(chǔ)器中指令和數(shù)據(jù)沒有任何區(qū)別，都是二進(jìn)制信息。本課件由匯編網(wǎng)（）制作提供1.1節(jié)1.10節(jié) 小結(jié)n（5）存儲(chǔ)單元從零開始順序編號(hào)。n（6）一個(gè)存儲(chǔ)單元可以存儲(chǔ) 8 個(gè) bit （用作單位寫成“b”），即 8 位二進(jìn)制數(shù)。n（7）1B = 8b1KB = 1024B 1MB = 1024KB 1GB = 1024MB本課件由匯編網(wǎng)

58、（）制作提供1.1節(jié)1.10節(jié) 小結(jié)（續(xù)）n（8）每一個(gè)CPU芯片都有許多管腳，這些管腳和總線相連。也可以說(shuō)，這些管腳引出總線。一個(gè)CPU可以引出三種總線的寬度標(biāo)志了這個(gè)CPU的不同方面的性能：n地址總線的寬度決定了CPU的尋址能力；n數(shù)據(jù)總線的寬度決定了CPU與其它器件進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)的一次數(shù)據(jù)傳送量；n控制總線寬度決定了CPU對(duì)系統(tǒng)中其它器件的控制能力。本課件由匯編網(wǎng)（）制作提供1.11 內(nèi)存地址空間（概述）n什么是內(nèi)存地址空間呢？n一個(gè)CPU的地址線寬度為10，那么可以尋址1024個(gè)內(nèi)存單元，這1024個(gè)可尋到的內(nèi)存單元就構(gòu)成這個(gè)CPU的內(nèi)存地址空間。下面深入討論。n首先需要介紹兩部分基本

59、知識(shí)，主板和接口卡。本課件由匯編網(wǎng)（）制作提供1.12 主板n在每一臺(tái)PC機(jī)中，都有一個(gè)主板，主板上有核心器件和一些主要器件。n這些器件通過(guò)總線（地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線）相連。本課件由匯編網(wǎng)（）制作提供1.13 接口卡n計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，所有可用程序控制其工作的設(shè)備，必須受到CPU的控制。nCPU對(duì)外部設(shè)備不能直接控制，如顯示器、音箱、打印機(jī)等。直接控制這些設(shè)備進(jìn)行工作的是插在擴(kuò)展插槽上的接口卡。本課件由匯編網(wǎng)（）制作提供1.14 各類存儲(chǔ)器芯片n從讀寫屬性上看分為兩類：隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）和只讀存儲(chǔ)器（ROM）n從功能和連接上分類：n隨機(jī)存儲(chǔ)器RAMn裝有BIOS的ROMn接口卡上的RAM

60、nPC機(jī)中各類存儲(chǔ)器的邏輯連接情況本課件由匯編網(wǎng)（）制作提供1.14 各類存儲(chǔ)器芯片n裝有BIOS的ROM BIOS：Basic Input/Output System，基本輸入輸出系統(tǒng)。 BIOS是由主板和各類接口卡（如：顯卡、網(wǎng)卡等）廠商提供的軟件系統(tǒng)，可以通過(guò)它利用該硬件設(shè)備進(jìn)行最基本的輸入輸出。在主板和某些接口卡上插有存儲(chǔ)相應(yīng)BIOS的ROM。本課件由匯編網(wǎng)（）制作提供本課件由匯編網(wǎng)（）制作提供1.15 內(nèi)存地址空間n上述的那些存儲(chǔ)器在物理上是獨(dú)立的器件。n但是它們?cè)谝韵聝牲c(diǎn)上相同： 1、都和CPU的總線相連。 2、CPU對(duì)它們進(jìn)行讀或?qū)懙臅r(shí)候都通過(guò)控制線發(fā)出內(nèi)存讀寫命令。本課件由匯編