1.3 計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及其整機(jī)工作原理計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及其整機(jī)工作原理一、一、計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)_計(jì)算機(jī)的五大部分計(jì)算機(jī)的五大部分：運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。系統(tǒng)總線接接 口口接接 口口接接 口口2、微處理器（微處理器（Microprocessor）運(yùn)算器和控制器集成在一塊集成電路芯片上。運(yùn)算器和控制器集成在一塊集成電路芯片上。1、CPU（Central Processing Unit）運(yùn)算器和控制器，稱為中央處理器。運(yùn)算器和控制器，稱為中央處理器。二、計(jì)算機(jī)的整機(jī)工作原理二、計(jì)算機(jī)的整機(jī)工作原理1.運(yùn)算器運(yùn)算器的結(jié)構(gòu)和功能的結(jié)構(gòu)和功能 包括算術(shù)邏輯部件包括算術(shù)邏輯部件(Arithmetic Logic Unit，ALU)累加器累加器(Accumulator，AL)操作數(shù)暫存器及標(biāo)志寄存器操作數(shù)暫存器及標(biāo)志寄存器(Flags)。在控制器的控制下直接運(yùn)算的部件，如算術(shù)運(yùn)算（加、在控制器的控制下直接運(yùn)算的部件，如算術(shù)運(yùn)算（加、減、乘、除）、邏輯運(yùn)算減、乘、除）、邏輯運(yùn)算（與、或、非、異或）。（與、或、非、異或）。2.控制器控制器的結(jié)構(gòu)和功能的結(jié)構(gòu)和功能 指令指針指令指針I(yè)P(Instruction Pointer)指令寄存器指令寄存器IR(Instruction Register)指令譯碼器指令譯碼器ID(Instruction Decode)內(nèi)存地址寄存器內(nèi)存地址寄存器MAR(Memory Address Register)定時與控制部件定時與控制部件TC(Timing and Control)二、計(jì)算機(jī)的整機(jī)工作原理二、計(jì)算機(jī)的整機(jī)工作原理2.控制器控制器的結(jié)構(gòu)和功能的結(jié)構(gòu)和功能計(jì)算機(jī)將程序中的指令按解題順序預(yù)先存放在內(nèi)存中。執(zhí)行計(jì)算機(jī)將程序中的指令按解題順序預(yù)先存放在內(nèi)存中。執(zhí)行程序時把這些指令自動按順序逐條取出并執(zhí)行。程序時把這些指令自動按順序逐條取出并執(zhí)行。指令指針指令指針I(yè)P在程序開始執(zhí)行時，賦程序的起始地址。然后，在程序開始執(zhí)行時，賦程序的起始地址。然后，IP便自動加指向下一個指令字節(jié)地址，保證指令的順序執(zhí)行。便自動加指向下一個指令字節(jié)地址，保證指令的順序執(zhí)行?？刂破魍瓿梢粭l指令的全過程需要三個步驟：控制器完成一條指令的全過程需要三個步驟：取指令取指令，取出當(dāng)前要執(zhí)行的指令。，取出當(dāng)前要執(zhí)行的指令。分析指令分析指令，分析確定計(jì)算機(jī)應(yīng)進(jìn)行什么操作。，分析確定計(jì)算機(jī)應(yīng)進(jìn)行什么操作。執(zhí)行指令執(zhí)行指令，發(fā)系列控制信號，指揮有關(guān)部分完成操作。，發(fā)系列控制信號，指揮有關(guān)部分完成操作。由此可見，控制器的工作過程就是取指令、分析指令和執(zhí)行由此可見，控制器的工作過程就是取指令、分析指令和執(zhí)行指令的過程。周而復(fù)始地重復(fù)這一過程，就構(gòu)成了執(zhí)行指令序列指令的過程。周而復(fù)始地重復(fù)這一過程，就構(gòu)成了執(zhí)行指令序列(程序程序)的自動控制過程。的自動控制過程。1000:0100 B86400 MOV AX,0064H1000:0103 050001 ADD AX,0100H1000:0106 A30020 MOV 2000H,AX指令執(zhí)行過程指令執(zhí)行過程1.4 計(jì)算機(jī)、微處理器發(fā)展簡況計(jì)算機(jī)、微處理器發(fā)展簡況第一代：電子管計(jì)算機(jī)第一代：電子管計(jì)算機(jī) 第一臺計(jì)算機(jī)第一臺計(jì)算機(jī)ENIAC，1946年在美國問世。年在美國問世。150噸、噸、150KW、二層樓高。二層樓高。計(jì)算機(jī)得益于微電子技術(shù)的發(fā)展，一般分四個價段。第二代：晶體管計(jì)算機(jī)。第二代：晶體管計(jì)算機(jī)。第三代：中小規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)第三代：中小規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)第四代：大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)第四代：大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī) 微型計(jì)算機(jī)是第微型計(jì)算機(jī)是第四四代計(jì)算機(jī)，代計(jì)算機(jī)，隨集成電路工藝和計(jì)算機(jī)技術(shù)隨集成電路工藝和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展。的發(fā)展而發(fā)展。u計(jì)算機(jī)、微處理器發(fā)展簡況計(jì)算機(jī)、微處理器發(fā)展簡況微處理器的發(fā)展微處理器的發(fā)展74年年3月月 Motorola：MC6800；MC650275、76年年 Zilog：Z80；第二代，第二代，1973年開始年開始。8位位微處理器時期，典型產(chǎn)品有：微處理器時期，典型產(chǎn)品有：73年，年，Intel：Intel 8080主頻：主頻：2M，尋址，尋址64K，首個個人微機(jī)首個個人微機(jī)Altair8800(牛郎星）其牛郎星）其BASIC語言由比爾語言由比爾蓋蓋茨開發(fā)。茨開發(fā)。Intel 8085集成度為集成度為5400管子片，管子片，6m光刻技術(shù)。光刻技術(shù)。第三代，第三代，1978年開始年開始。16位位微處理器時期，其典型產(chǎn)品有：微處理器時期，其典型產(chǎn)品有：78年年6月發(fā)布月發(fā)布Intel 8086 79年發(fā)布年發(fā)布Intel 8088、20位地址線、位地址線、1M地址空間。地址空間。81年年8月首個月首個16位機(jī)位機(jī)IBM PC5150，8088CPU，16K內(nèi)存、內(nèi)存、160K5.25軟驅(qū)、軟驅(qū)、11.5英寸單顯。價格英寸單顯。價格3045美元。美元。79年，年，Zilog：Z8000 Motorola：MC6800082年，年，Intel 80286集成度為集成度為68000管子片，管子片，3m光刻技術(shù)。光刻技術(shù)。數(shù)學(xué)協(xié)處理器數(shù)學(xué)協(xié)處理器802878028780386第四代，第四代，1981年開始年開始，32位位微處理器時期，其典型產(chǎn)品有：微處理器時期，其典型產(chǎn)品有：83年年Zilog:Z8000084年年Motorola:MC6802085年年Intel:Intel 80386，集成度集成度 27.5萬管子片，萬管子片，1.2m光刻技術(shù)。光刻技術(shù)。80386后出現(xiàn)了許多高性能的后出現(xiàn)了許多高性能的 32位微處理器。位微處理器。數(shù)學(xué)協(xié)處理器數(shù)學(xué)協(xié)處理器8038780387 89年年 Intel公司公司 Intel80486，89年年 Motorola公司公司MC68030，MC68040 集成度都已超過集成度都已超過100萬管子片，萬管子片，主振頻率達(dá)主振頻率達(dá)25120MHz。93年年 Intel Pentium集成度都已超過集成度都已超過100萬管子片，主振頻率達(dá)萬管子片，主振頻率達(dá) 200MHz。PC機(jī)的主流芯片機(jī)的主流芯片Intel 80X86系列系列95年，年，Pentium Pro（高能奔騰）集成度達(dá)（高能奔騰）集成度達(dá)550萬片，同片萬片，同片L2Cache256KB。97年初，年初，Pentium MMX（多能奔騰、簡稱（多能奔騰、簡稱 MMX）。）。97年年5月，月，Pentium II（PII）MMX指令集的指令集的 Pentium Pro，Slot1接口。接口。片上同頻片上同頻32K L1 Cache，板上，板上1/2主頻主頻 512K L2 Cache，兼容，兼容MMX，外頻，外頻 100M。99年年3月，月，Pentium III，片上同頻，片上同頻32K L1 Cache和和 512K L2 Cache，兼容，兼容MMX，新增，新增70條指令條指令SSE（Streaming SIMD Extensions），其外頻為），其外頻為 100M，并向，并向 133MHz外頻發(fā)展。外頻發(fā)展。Old Celeron Celeron 2000年，年，Pentium IV（奔騰（奔騰IV，P4）主時鐘達(dá)）主時鐘達(dá)2000MHz2002年，年，P4主時鐘已達(dá)主時鐘已達(dá)2800MHz。2003年，年，3.06GHz的的P4，采用了超線程（，采用了超線程（HT）技術(shù)）技術(shù),在一顆物理在一顆物理核心中整合了兩顆邏輯核心，大大提高了處理器的效率核心中整合了兩顆邏輯核心，大大提高了處理器的效率。在高負(fù)在高負(fù)載的多任務(wù)應(yīng)用中能顯出其高效能。載的多任務(wù)應(yīng)用中能顯出其高效能。不久即推出不久即推出64位機(jī)，進(jìn)入一個新的微處理機(jī)的發(fā)展時代。位機(jī)，進(jìn)入一個新的微處理機(jī)的發(fā)展時代。64位機(jī)位機(jī)，進(jìn)入一個新的微處理機(jī)的發(fā)展時代。，進(jìn)入一個新的微處理機(jī)的發(fā)展時代。64位機(jī)位機(jī)，進(jìn)入一個新的微處理機(jī)的發(fā)展時代。，進(jìn)入一個新的微處理機(jī)的發(fā)展時代。雙核雙核，進(jìn)入一個新的微處理機(jī)的發(fā)展時代。，進(jìn)入一個新的微處理機(jī)的發(fā)展時代。微型計(jì)算機(jī)的分類微型計(jì)算機(jī)的分類按組裝形式和系統(tǒng)規(guī)模劃分，常見的微型計(jì)算機(jī)有按組裝形式和系統(tǒng)規(guī)模劃分，常見的微型計(jì)算機(jī)有單片機(jī)單片機(jī)、單板機(jī)單板機(jī)和和個人計(jì)個人計(jì)算機(jī)算機(jī)。個人計(jì)算機(jī)：個人計(jì)算機(jī)：（Personal Computer）由微處理器芯片裝成的、便于搬動而且）由微處理器芯片裝成的、便于搬動而且不需要維護(hù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。不需要維護(hù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。第一臺個人計(jì)算機(jī)，第一臺個人計(jì)算機(jī)，1977年推出的年推出的Apple II；1981年年IBM推出的推出的IBMPC（8086）；）；1984年繼續(xù)推出增強(qiáng)型的年繼續(xù)推出增強(qiáng)型的IBMPCAT機(jī)（機(jī)（80286）。）。單片機(jī)：單片機(jī)：“微控制器微控制器”（Micro controller）或）或“嵌入式計(jì)算機(jī)嵌入式計(jì)算機(jī)”（Embedded Computer）。將）。將CPU、RAM、ROM、IO接口、模擬數(shù)字接口、模擬數(shù)字（AD）和數(shù)字模擬（）和數(shù)字模擬（DA）轉(zhuǎn)換器集成在一個芯片上的計(jì)算機(jī)。）轉(zhuǎn)換器集成在一個芯片上的計(jì)算機(jī)。常用的單片機(jī)：常用的單片機(jī)：Intel MCS51系列（系列（8031、8051、8751）Intel MCS96系列（系列（8096、8796、8098）單板機(jī)：單板機(jī)：將將CPU、RAM、I0接口、模擬數(shù)字（接口、模擬數(shù)字（AD）和數(shù)字模擬（）和數(shù)字模擬（DA）轉(zhuǎn)換器以及監(jiān)控）轉(zhuǎn)換器以及監(jiān)控RO程序等安裝在一塊印刷電路板上的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。程序等安裝在一塊印刷電路板上的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。Intel 8086為為 CPU的的 TP86，Z80 CPU的的 TP801等等，廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)過等等，廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)過程的實(shí)時控制及教學(xué)實(shí)驗(yàn)。程的實(shí)時控制及教學(xué)實(shí)驗(yàn)。課后作業(yè)：課后作業(yè)：P37 15、17 演講完畢，謝謝觀看！