微型计算机概述

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,西北师大 计算机系,*,课程内容,本课程在学科内容和教学计划中的地位,看看这门课，看看这本书。,微机原理课程包含的基本内容：微处理器、指令及汇编、存储、接口（包括串行接口、并行接口、定时和计数等）、中断电路、DMA等。是本课程学习的重点，其中各种接口是本课程的难点。其余内容在计算机组成原理中已经涉及。,所选取教材和本课程的关系：内容的吻合程度。如何学习本课程：理解原理、注重实验、举一反三。,9/21/2024,1,微型计算机概述,微型计算机的基本概念,微型计算机的硬件结构,微型计算机的软件结构,微型计算机系统组成及性能指标,微型计算机的发展概况,微型计算机的应用,微型计算机的分类,微机中应用的先进技术,9/21/2024,2,微型计算机的基本概念,微型计算机属于,第四代,计算机的一个分支,微处理器,微型计算机,微型计算机系统,单片机与单板机及其他,9/21/2024,3,微处理器,Microprocessor，简称MP或者P，是将运算器和控制器集成在一片集成电路上组成的CPU，是微型计算机的核心部件，包括运算器、控制器、寄存器组和总线接口等。,将微处理器和存储器也称为微处理机,现在的微处理器中经常包括数学协处理器，CACHE存储器，接口和控制部件等,9/21/2024,4,微型计算机,Micro Computer，简称MC或者C，是以微处理器为核心，加上内存、输入输出接口电路和系统总线组成的裸机，也叫微型机或者微机,9/21/2024,5,微型计算机系统,Micro Computer System，简称MCS或者CS，是以微型计算机为核心，配以外部设备、电源、辅助电路和软件而组成的完整的计算机系统,9/21/2024,6,微处理器、微型计算机和微型计算机系统三者关系,运算器 寄存器组,控制器 内部总线,内存储器 系统总线,输入输出输出,接口电路,微处理器,微型计算机,微型计算机系统,9/21/2024,7,单片机,：指把MPU、RAM、ROM、I/O接口电路、定时计数器等功能部件集成在一块芯片之上的计算机，也叫微控制器或者嵌入式计算机（参看后图）。,单板机,：指把MPU、RAM、ROM、I/O接口电路和一些简单外设以及监控程序固件等集成在一块印刷电路板上所构成的计算机系统,个人计算机,：指由微处理器芯片装成的、便于搬动而且不需要维护的计算机系统,PC工作站,：是一种微型化的功能强大的计算机，由高性能主机、高分辨率显示器、高速I/O,9/21/2024,8,设备以及其他必要的仪器设备组合而成。它综合了微型机和大型机的有点，可连网,PC服务器,：功能更强大，侧重于网络应用，一般要安装NOS和网络连接设备以及网络应用软件，强调可靠性,9/21/2024,9,微型计算机的硬件结构,处理器子系统,DB数据总线,CB控制总线,I/O器接口,I/O器接口,存储器,存储器,AB控制总线,9/21/2024,10,数学协处理器,也称为数值数学协处理器/数字数据处理器NDP( Numeral and Data Processor)或者浮点运算器FPU, 但因为它与CPU共享同一总线并且共享相同的指令流，所以更多地被称为数值协处理器。是为了增强主处理器的数学处理功能，与主CPU配套使用的专用微处理器，一般有浮点，双字长等多种数据类型的三角函数、对数、指数等运算指令，可提升主CPU的处理速度。,9/21/2024,11,9/21/2024,12,微型计算机的软件系统,系统软件,应用软件,9/21/2024,13,微型计算机系统组成及性能指标,微型计算机系统的组成（P4 图1.2或下页）,微型计算机系统的主要性能指标,字长,运算速度,存储器容量,总线类型和速度,主板、配置、,9/21/2024,14,微型计算机系统,硬件,微型计算机,（,主机,）,微处理器,(,CPU,),软件,外围设备,运算器,控制器,存储器,(内存),RAM,ROM,外部设备,辅助设备,输入设备,(键盘、扫描仪、语音识别仪),输出设备,(显示器、打印机、绘图仪、),辅助存储器,(磁带、磁盘、光盘),输入/输出接口,(PIO、SIO、CTC、ADC、DAC),(,I/O接口,),总线,(AB、DB、CB),系统软件,(操作系统，编辑、编译程序，故障诊断,监控程序),应用软件,(科学计算，工业控制，数据处理),程序设计语言,(机器语言、汇编语言、高级语言),电源电路,时钟电路,9/21/2024,15,字长,指CPU能一次性直接处理的二进制数据位数，全称是机器字长。,一般情况下，字长越长，处理能力越强，功能越多，运算精度越高，存储容量也大,机器字长可默认情况下可观察其核心寄存器的位数。注意：不是数据总线的位数,9/21/2024,16,运算速度,通常以单位时间内各类指令的平均执行条数来衡量，比如MIPS每秒百万条 指令数；MFLOPS（Million of FLOating-Point operrations Per Second)；GIPS等,目前也常用处理器的时钟频率（也称主频）来衡量,双核(双核处理器是指在一个处理器上集成两个运算核心，从而提高计算能力 ) / 多核的影响,9/21/2024,17,存储器容量,包括主存容量、高速缓冲存储器容量和外存容量等等。一般, 存储器容量较大，性能相对较好,9/21/2024,18,总线类型和速度,总线类型通常指系统总线和外部总线的类型,总线速度包括CPU的总线速度和系统总线的速度,CPU总线速度决定CPU以外的各个部件的最高运行速度,总线速度常用总线频率表示,9/21/2024,19,主板和芯片组类型,主板和芯片组类型不同，则性能表现也不同，一般的，一类主板和芯片组支持一类CPU。,8086芯片与386芯片组,815与845及915芯片组,9/21/2024,20,外设配置,外设的性能直接影响微机的整体性能,USB接口(USB是英文Universal Serial Bus的缩写，中文含义是“通用串行总线”。它不是一种新的总线标准，而是应用在PC领域的接口技术。),红外、蓝牙与无线网卡,9/21/2024,21,软件配置,不同的软件配置影响到系统的性能发挥,DOS 与 WINDOWS,LINUX 与 WINDOWS,9/21/2024,22,微型计算机的发展概况,基本阶段的划分,PC系列机与80X86系列CPU,9/21/2024,23,9/21/2024,24,9/21/2024,25,微型计算机的应用,科学计算,信息处理,工业控制,CMIS,CAD / CAM / CAT / CAPP / MIS,人工智能,电子商务,9/21/2024,26,按微处理器的位数,根据所使用的微处理器的字长，目前微型计算机可分为4位机、8位机、16位机、32位机及64位机,按结构：单片机、多片机,按组装方式：单板机、多板机,按外形：台式机、笔记本等,微型机的分类,9/21/2024,27,微机中应用的先进计算机技术,微程序控制技术,流水线技术,高速缓冲存储器技术,虚拟存储器技术,乱序执行技术,（out-of-order execution），是指CPU允许将多条指令不按程序规定的顺序分开发送给各相应电路单元处理的技术。这样将根据个电路单元的状态和各指令能否提前执行的具体情况分析后，将能提前执行的指令立即发送给相应电路单元执行，在这期间不按规定顺序执行指令，然后由重新排列单元将各执行单元结果按指令顺序重新排列。采用乱序执行技术的目的是为了使CPU内部电路满负荷运转并相应提高了CPU的运行程序的速度。,分枝技术,（branch）,指令进行运算时需要等待结果，一般无条件分枝只需要按指令顺序执行，而条件分枝必须根据处理后的结果，再决定是否按原先顺序进行。,精简指令系统计算机,多媒体技术,多核技术,多处理器技术,堆栈技术,中断技术,直接存储存取技术,多寄存器技术,并行处理哈佛结构,整片集成技术,9/21/2024,28,本章重点,MPU,、,MC,、,MCS,的概念,微型计算机的软硬件结构,微型计算机的工作原理,微型计算机系统的组成,微型计算机系统的性能指标,9/21/2024,29,