微型計算機概述

1、課程內容本課程在學科內容和教學計劃中的地位,看看這門課，看看這本書。微機原理課程包含的基本內容：微處理器、指令及匯編、存儲、接口（包括串行接口、并行接口、定時和計數等）、中斷電路、DMA等。是本課程學習的重點，其中各種接口是本課程的難點。其余內容在計算機組成原理中已經涉及。所選取教材和本課程的關系：內容的吻合程度。如何學習本課程：理解原理、注重實驗、舉一反三。9/27/20221微型計算機概述微型計算機的基本概念微型計算機的硬件結構微型計算機的軟件結構微型計算機系統(tǒng)組成及性能指標微型計算機的發(fā)展概況微型計算機的應用微型計算機的分類微機中應用的先進技術9/27/20222微型計算機的基本概念微型

2、計算機屬于第四代計算機的一個分支微處理器微型計算機微型計算機系統(tǒng)單片機與單板機及其他9/27/20223微處理器 Microprocessor，簡稱MP或者P，是將運算器和控制器集成在一片集成電路上組成的CPU，是微型計算機的核心部件，包括運算器、控制器、寄存器組和總線接口等。將微處理器和存儲器也稱為微處理機現(xiàn)在的微處理器中經常包括數學協(xié)處理器，CACHE存儲器，接口和控制部件等9/27/20224微型計算機Micro Computer，簡稱MC或者C，是以微處理器為核心，加上內存、輸入輸出接口電路和系統(tǒng)總線組成的裸機，也叫微型機或者微機9/27/20225微型計算機系統(tǒng)Micro Compu

3、ter System，簡稱MCS或者CS，是以微型計算機為核心，配以外部設備、電源、輔助電路和軟件而組成的完整的計算機系統(tǒng)9/27/20226 微處理器、微型計算機和微型計算機系統(tǒng)三者關系運算器 寄存器組控制器 內部總線 內存儲器 系統(tǒng)總線 輸入輸出輸出 接口電路微處理器微型計算機微型計算機系統(tǒng)9/27/20227單片機：指把MPU、RAM、ROM、I/O接口電路、定時計數器等功能部件集成在一塊芯片之上的計算機，也叫微控制器或者嵌入式計算機（參看后圖）。單板機：指把MPU、RAM、ROM、I/O接口電路和一些簡單外設以及監(jiān)控程序固件等集成在一塊印刷電路板上所構成的計算機系統(tǒng)個人計算機：指由微處

4、理器芯片裝成的、便于搬動而且不需要維護的計算機系統(tǒng)PC工作站：是一種微型化的功能強大的計算機，由高性能主機、高分辨率顯示器、高速I/O9/27/20228 設備以及其他必要的儀器設備組合而成。它綜合了微型機和大型機的有點，可連網PC服務器：功能更強大，側重于網絡應用，一般要安裝NOS和網絡連接設備以及網絡應用軟件，強調可靠性9/27/20229微型計算機的硬件結構處理器子系統(tǒng)DB數據總線CB控制總線I/O器接口I/O器接口存儲器存儲器AB控制總線9/27/202210數學協(xié)處理器也稱為數值數學協(xié)處理器/數字數據處理器NDP( Numeral and Data Processor)或者浮點運算器

5、FPU, 但因為它與CPU共享同一總線并且共享相同的指令流，所以更多地被稱為數值協(xié)處理器。是為了增強主處理器的數學處理功能，與主CPU配套使用的專用微處理器，一般有浮點，雙字長等多種數據類型的三角函數、對數、指數等運算指令，可提升主CPU的處理速度。9/27/2022119/27/202212微型計算機的軟件系統(tǒng)系統(tǒng)軟件應用軟件9/27/202213微型計算機系統(tǒng)組成及性能指標微型計算機系統(tǒng)的組成（P4 圖1.2或下頁）微型計算機系統(tǒng)的主要性能指標字長運算速度存儲器容量總線類型和速度主板、配置、9/27/202214微型計算機系統(tǒng)硬件微型計算機（主機）微處理器 (CPU)軟件外圍設備運算器控制

6、器存儲器 (內存)RAMROM外部設備輔助設備 輸入設備(鍵盤、掃描儀、語音識別儀) 輸出設備(顯示器、打印機、繪圖儀、) 輔助存儲器(磁帶、磁盤、光盤)輸入/輸出接口(PIO、SIO、CTC、ADC、DAC) (I/O接口) 總線 (AB、DB、CB)系統(tǒng)軟件(操作系統(tǒng)，編輯、編譯程序，故障診斷,監(jiān)控程序)應用軟件(科學計算，工業(yè)控制，數據處理)程序設計語言(機器語言、匯編語言、高級語言)電源電路時鐘電路9/27/202215字長 指CPU能一次性直接處理的二進制數據位數，全稱是機器字長。 一般情況下，字長越長，處理能力越強，功能越多，運算精度越高，存儲容量也大機器字長可默認情況下可觀察其核

7、心寄存器的位數。注意：不是數據總線的位數9/27/202216運算速度通常以單位時間內各類指令的平均執(zhí)行條數來衡量，比如MIPS每秒百萬條 指令數；MFLOPS（Million of FLOating-Point operrations Per Second)；GIPS等目前也常用處理器的時鐘頻率（也稱主頻）來衡量雙核(雙核處理器是指在一個處理器上集成兩個運算核心，從而提高計算能力 ) / 多核的影響9/27/202217存儲器容量包括主存容量、高速緩沖存儲器容量和外存容量等等。一般, 存儲器容量較大，性能相對較好9/27/202218總線類型和速度總線類型通常指系統(tǒng)總線和外部總線的類型總線速

8、度包括CPU的總線速度和系統(tǒng)總線的速度 CPU總線速度決定CPU以外的各個部件的最高運行速度 總線速度常用總線頻率表示9/27/202219主板和芯片組類型主板和芯片組類型不同，則性能表現(xiàn)也不同，一般的，一類主板和芯片組支持一類CPU。8086芯片與386芯片組815與845及915芯片組9/27/202220外設配置外設的性能直接影響微機的整體性能USB接口(USB是英文Universal Serial Bus的縮寫，中文含義是“通用串行總線”。它不是一種新的總線標準，而是應用在PC領域的接口技術。)紅外、藍牙與無線網卡9/27/202221軟件配置不同的軟件配置影響到系統(tǒng)的性能發(fā)揮DOS

9、與 WINDOWSLINUX 與 WINDOWS9/27/202222微型計算機的發(fā)展概況基本階段的劃分PC系列機與80X86系列CPU9/27/2022239/27/2022249/27/202225微型計算機的應用科學計算信息處理工業(yè)控制CMIS CAD / CAM / CAT / CAPP / MIS人工智能電子商務9/27/202226按微處理器的位數根據所使用的微處理器的字長，目前微型計算機可分為4位機、8位機、16位機、32位機及64位機按結構：單片機、多片機按組裝方式：單板機、多板機按外形：臺式機、筆記本等微型機的分類9/27/202227微機中應用的先進計算機技術微程序控制技術流水線技術高速緩沖存儲器技術虛擬存儲器技術亂序執(zhí)行技術（out-of-order execution），是指CPU允許將多條指令不按程序規(guī)定的順序分開發(fā)送給各相應電路單元處理的技術。這樣將根據個電路單元的狀態(tài)和各指令能否提前執(zhí)行的具體情況分析后，將能提前執(zhí)行的指令立即發(fā)送給相應電路單元執(zhí)行，在這期間不按規(guī)定順序執(zhí)行指令，然后由重新排列單元將各執(zhí)行單元結果按指令順序重新排列。采用亂序執(zhí)行技術的目的是為了使CPU內部電路滿負荷運轉并相應提高了CPU的運行程序的速度。分枝技術（branch）,指令進行運算時需要等待結果，一般無條件分枝只需要按指令順序執(zhí)行，而條件分枝必須根據處理后的結