《微型计算机系统与接口》第1章.ppt

2005年1月,版权所有天津大学电子信息工程学院课件制作组,微型计算机系统与接口,艾德才等编著中国水利水电出版社,21世纪高职高专新概念教材,2005年1月,版权所有天津大学电子信息工程学院课件制作组,本书遵照教育部的要求，教材内容紧跟时代，把微机领域内的最新技术反映到我们的本科生课堂上来，时时处处注意到教材内容的知识性、先进性和系统性的特点。,2005年1月,版权所有天津大学电子信息工程学院课件制作组,知识性：本书涵盖了目前世界上微机领域内最先进的技术知识:包括分支转移预测技术超标量执行技术微机的流水线操作技术高速缓冲存储器技术分段存储管理技术分页存储管理技术浮点数据处理技术高速总线传输技术等。它们构成了各种高性能软件的载体。,2005年1月,版权所有天津大学电子信息工程学院课件制作组,先进性：计算机技术飞速发展，新技术层出不穷。本教材的教学内容描述的是世界上最新的微型计算机理念、技术和知识，展示给学生的是目前微机领域里的顶尖技术及其实现过程，以启迪学生的想象力、创造力。,2005年1月,版权所有天津大学电子信息工程学院课件制作组,系统性：计算机本身就是一个由硬件和软件组成的庞大的复杂系统。其中包括有丰富的知识和先进的技术。目前绝大多数流行的系统软件和各种应用软件是以Pentium为平台开发出来的，了解计算机软件的载体硬件及其组成、工作原理、以及软件是怎样依附于硬件的，从而达到对计算机系统（软件、硬件）基本知识的融会贯通。,2005年1月,版权所有天津大学电子信息工程学院课件制作组,第1章微处理机系统概论,1.1微处理机的发展微处理机出现于20世纪70年代初，是大规模集成电路发展的产物。在这以前，计算机的发展经历了电子管计算机时期、晶体管计算机时期、中小规模集成电路计算机时期。大规模集成电路于1970年研制成功，并开始以它作为计算机的主要功能部件。此时计算机进入了大规模集成电路时期，计算机的微型化成为可能。微型计算机的发展是以微处理机的发展来表征的。将传统计算机的运算器和控制器集成在一块大规模集成电路芯片上作为中央处理部件（CPU），称为微处理机。微型计算机是以微处理机为核心，再配上存储器、接口电路等芯片构成的。微处理机一经问世，就以体积小、重量轻、价格低廉、可靠性高、结构灵活、适应性强和应用面广等一系列优点占领世界计算机市场，并得到广泛应用，成为现代社会不可缺少的主要工具。,2005年1月,版权所有天津大学电子信息工程学院课件制作组,1946年，世界上第一台电子数字计算机ENIAC在美国宾州诞生；同年，贝尔实验室的Schockley博士发明了被誉为“20世纪最伟大发明”的晶体管；今天，Internet盛行、信息高速公路初见端倪，信息技术在近半个世纪内以令人炫目的速度繁衍、演化着。在这场改变人类生存方式的变革中，CPU以其作为计算机“大脑”和“心脏”这一核心地位而始终处于变革风暴的前沿。说到CPU的发展，就以Intel产品为例加以说明。正是由于IBM选定了Intel的芯片作为其个人计算机IBMPC的CPU，从此Intel的发展之路在很大程度上反映了CPU发展之路、PC机的发展历史。,2005年1月,版权所有天津大学电子信息工程学院课件制作组,1965年，摩尔（G.Moore）经统计发现，集成电路内芯片的晶体管数目，几乎每隔18个月到24个月，其集成度就要翻一翻。这条未经严格证明但又千真万确的“金科玉律”，经过近30年的检验，始终表现出令人惊异的准确性。Intel于1971年顺利开发出全球第一块微处理器-4004芯片。这项突破性的发明当时被用于一种计算器中。这一创举开始了人类将智能内嵌于电脑和无生命设备的历程。,2005年1月,版权所有天津大学电子信息工程学院课件制作组,11971年:全球第一块微处理器40044004主要用来处理算术运算，它集成了2300多个晶体管，具有4位带宽，工作频率为108kHz，寻址空间只有640B。2新一代8位微处理器8080在1974年,推出了新一代8位微处理器8080。8080集成了6000个晶体管，其时钟频率为2MHz。8080是一个划时代的产品，它的诞生，使得Intel有了自己真正意义上的微处理器3.第一代微处理机16位的8086CPU。它的出现成为20世纪70年代微处理机发展过程中的重要分水岭。8086是真正16位CPU，其内集成进了29000个晶体管，主频速率达5MHz/8MHz/10MHz，寻址空间达到了1MB，第一次超过640KB。8088是8086的一个简化版本，时钟频率为4.77MHz，它将8位数据总线独立出来，减少了管脚，因此成本也较低。1979年，Intel的这两款CPU，得到蓝色巨人IBM的青睐，由于IBM采用Intel的8086与8088作为个人计算机IBMPC的CPU。个人计算机PC时代从此诞生。,2005年1月,版权所有天津大学电子信息工程学院课件制作组,4第二代微处理机16位的80286CPU80286芯片于1982年2月1日正式发布，总线带宽为16位，集成了13万多个晶体管，因此性能也有了很大的提高，主频达到了20MHz。5第三代微处理机32位的80386CPU1985年10月，Intel推出它的第三代微处理机32位的80386DX。80386DX是一块集成进了27.5万个晶体管的全32位微处理机，其时钟频率达到33MHz，数据总线和地址总线均为32位，具有4GB的物理寻址能力。6第四代微处理机32位的80486CPU80486微处理机于1989年4月正式发布。这是一款在一片芯片内集成进了120万个晶体管的CPU，是Intel第一次将微处理机的晶体管数目突破100万只。7第五代微处理机32位的PentiumIntel在1993年推出了全新一代的高性能处理机Pentium。Pentium芯片内部集成进310万个晶体管，单是最初版本的66MHz的Pentium微处理机运算性能，就比33MHz的80486DX高出3倍多，而100MHz的Pentium则比33MHz的80486DX快68倍。较之后辈的Pentium微处理机，这种Pentium微处理机又叫经典奔腾（ClassicPentium）。,2005年1月,版权所有天津大学电子信息工程学院课件制作组,8高能奔腾（PentiumPro）Intel于1996年推出了新x86系列CPUPentiumPro。PentiumPro芯片内部集成进550万个晶体管，内部时钟频率为133MHz。9多能奔腾（PentiumMMX）1996年底Intel又推出了Pentium系列的改进版本，也就是平常所说的PentiumMMX（多能奔腾）。MMX技术是Intel最新发明的一项多媒体增强指令集技术，它的英文全称可以翻译成“多媒体扩展指令集”。MMX是Intel公司在1996年为增强PentiumCPU在音像、10二代奔腾Pentium1997年5月，Intel推出了与PentiumPro同一个档次的Pentium。Pentum有一系列的不同档次的产品，其中第一代的产品就是PentiumKlamath芯片。作为Pentium的第一代芯片，它运行在66MHz总线上，主频分233MHz、266MHz、300MHz和333MHz四种。由于它代表了Pentium系列机当时的最高性能，所以将其称之为二代奔腾Pentium。,2005年1月,版权所有天津大学电子信息工程学院课件制作组,11Pentium应该把Pentium称之为“多能奔腾二代处理机”（PentiumIIProcessorwithMMX2Technology）。Intel于1999年2月发布了Pentium芯片Katmai，作为第一款专为提高用户的互联网计算体验而设计的微处理机，使用户能够尽享丰富的音频、视频、动画和栩栩如生的三维效果。针对不同需求，Pentium推出了移动Pentium和PentiumXeon（至强）处理机。12Pentium4Pentium4是Intel新一代高性能32位微处理机，在体系结构上，Pentium4完全不同于它的前辈机PentiumII和Pentium。PentiumII和Pentium采用的是与PentiumPro相同的P6结构形式，而Pentium4采用的则是NetBurst的新式处理机结构。采用NetBurst机构是为了加快以突发方式传送数据速度，如流媒体、MP3播放程序和视频压缩程序等的传送速度。专家们指出：“该设计意味着从传统整数运算性能（如标准的商业应用程序）向媒体运算性能变迁的重大革新”。但是NetBurst仍然是由开发P6的原班人马完成的。,2005年1月,版权所有天津大学电子信息工程学院课件制作组,1.2微处理机硬件结构,从第一台电子计算机问世以来，它的更新换代实质上是硬件的更新换代。就其基本工作原理而言，都是存储程序控制的原理，其基本结构属于冯诺依曼型计算机，即电子数字计算机。它至少应由运算器、控制器、存储器、输入设备和输入设备五部分组成。原始的冯.诺依曼机在结构上是以运算器和控制器为中心，但随着计算机系统结构的设计实践和发展，已逐步演变到以存储器为中心的结构。其基本结构如图1.1所示。,2005年1月,版权所有天津大学电子信息工程学院课件制作组,图1.1计算机基本结构,2005年1月,版权所有天津大学电子信息工程学院课件制作组,1.2.1寄存器寄存器是中央处理器（CPU）中的一个非常重要的部件，根据其功能和作用，寄存器可以分为以下几类：1）基本寄存器；2）系统级寄存器；3）浮点寄存器；4）调试和测试寄存器等。这里着重介绍基本寄存器，包括通用寄存器、指令寄存器、标志寄存器和段寄存器。,2005年1月,版权所有天津大学电子信息工程学院课件制作组,1.通用寄存器以80486为例，共配置了8个32位的通用寄存器供程序员使用。这八个32位的寄存器不仅可以保存32位数据，以便支持32位的数据操作，还可以进行16位的操作，以便与Intel系列16位机兼容。所以可以把这八个32位通用寄存器的低半段看成是八个16位的通用寄存器。在进行地址计算和进行绝大多数算术运算及逻辑运算时，这8个寄存器都可以使用，只有少数几条指令要使用专用寄存器保存其操作数。,2005年1月,版权所有天津大学电子信息工程学院课件制作组,2.指令指针寄存器EIP像80486微处理机，其指令指针寄存器是一个32位寄存器，如图1.2所示。在指令指针寄存器内存放的是当前代码段内下一条要执行指令的偏移量。这个偏移量是相对于目前正在运行的代码段寄存器CS而言的。偏移量加上当前段的地址，形成了下一条指令的地址。由指令指针寄存器的性质决定了程序设计人员不能直接使用这个寄存器。它是由控制转移类指令、中断处理过程和异常事故处理过程隐含地控制着的。,图1.2指令址针寄存器,2005年1月,版权所有天津大学电子信息工程学院课件制作组,3.标志寄存器标志寄存器是一个32位寄存器，如图1.3所示。它的作用是用来存放有关80486微处理机的状态标志信息、控制标志信息及系统标志信息。状态标志信息报告了算术运算类指令在执行完以后的机器状态；控制标志信息仅有一个DF标志，用来控制串操作过程中执行方向问题，即用来决定是给目标变址寄存器EDI、源变址寄存器ESI增正值（增值）还是增负值（减值）的问题。系统标志信息用来控制输入/输出、屏蔽中断、调试、任务转换和控制保护方式与虚拟8086方式间的转换等操作。,2005年1月,版权所有天津大学电子信息工程学院课件制作组,80486的标志寄存器,2005年1月,版权所有天津大学电子信息工程学院课件制作组,4.段寄存器段寄存器也叫选择符，它们的名字和用途分别是：代码段寄存器CS、数据段寄存器DS、堆栈段寄存器SS、附加数据段寄存器ES、附加数据段寄存器FS、附加数据段寄存器GS。因为段寄存器内保存的是16位的段选择符，这就是将段寄存器称之为段选择符的原因。每个段都有一个描述符与之对应，描述符给出了每个段的基址、界限以及其他一些段属性。,2005年1月,版权所有天津大学电子信息工程学院课件制作组,1.2.2算术和逻辑部件ALU,运算器即是执行算术运算和逻辑运算部件ALU，它的主要任务是对信息进行加工处理。在设计一台计算机的指令系统及硬件结构时，就应确定运算器能够实现哪些算术和逻辑运算。我们常把各种算术运算操作归结为相加和移位的两个最基本的操作，这就是运算器以加法器为核心的原因。ALU能够处理数据的位数和计算机有关，如Z80单板机，其ALU是8位的；8086微处理机的ALU是16位的；80386、80486的ALU则是32位的。,2005年1月,版权所有天津大学电子信息工程学院课件制作组,123控制器,微处理机是按程序中每一条指令的要求，在控制器的统一指挥下工作的。控制器是微处理机工作的指挥和控制中心，了解控制器的工作原理有助于了解微机的全部工作过程。控制器除包括有程序计数器PC和指令寄存器IR外，其内还配备有：（1）指令译码器指令译码器主要是对指令寄存器中的操作码进行分析解释，产生相应的控制信号，有的机器也需要对寻址方式字段进行译码，用以产生有效地址所需的信号。（2）时序部件是产生各种时序信号的部件。计算机完成一条指令的过程是通过执行若干个微操作来实现的，而且各个微操作的执行顺序又有严格的要求。时序部件用来产生一系列的时序信号，可以保证各个微操作的执行顺序。（3）微操作控制信号形成部件微操作控制信号形成部件是用来产生各种微操作控制信号的。所谓微操作，即计算机中最简单的且不能再分解的操作，如打开某个控制门、清除寄存器等。复杂操作是通过执行一系列微操作实现的。（4）中断机构中断机构是专门用于处理计算机运行过程中所出现的异常情况和某些请求的部件。中断机构由硬件和软件组成。请求中断的事件称为中断源。中断源的种类很多，如外设引起的中断、运算器产生的中断、存储器产生的中断等。,2005年1月,版权所有天津大学电子信息工程学院课件制作组,124存储器,存储器就是用来存储程序和原始数据等信息的部件。正是有了存储器，计算机才有了对信息的记忆功能。冯诺依曼的计算机概念的核心就是存储程序控制。计算机的存储器又可以分为两大类：一类叫内部存储器，简称为内存或主存；另一类叫外部存储器，简称为外存。,2005年1月,版权所有天津大学电子信息工程学院课件制作组,13计算机软件组成,计算机的软件包括：计算机运行时所需的各种程序，以及描述程序功能、性能、设计、内部结构及如何操作与使用的文档资料。软件是计算机系统的灵魂，没有配备任何软件的“裸机”是无法使用。没有配备足够的软件，计算机的功能就不能淋漓尽致地发挥出来，计算机的应用范围也将因此而大大缩小。组成计算机的软件可分为：系统软件和应用软件两大类。,2005年1月,版权所有天津大学电子信息工程学院课件制作组,1.操作系统操作系统（OperatingSystem）是直接运行在裸机上的最基本的系统软件，任何其它软件都必须在操作系统的支持下才能运行，它是系统软件的核心。操作系统的作用是协调管理计算机系统的各种软件、硬件资源，使之有效地被使用；组织协调计算机的运行，实现计算机运行自动化；为用户提供方便、灵活、友好的用户界面。PC机使用的操作系统目前最流行的是微软公司的Windows系列和UNIX类的操作系统。,2005年1月,版权所有天津大学电子信息工程学院课件制作组,Windows操作系统这是目前PC机上最流行的操作系统，它采用了以窗口(Window)、图标（Icon）、菜单（Menu）、指示器（Pointer）为特征的图形用户界面，使用户能方便的使用PC机，减轻用户记忆与理解操作命令的负担。已经发行的Windows操作系统有Windows3.1、Windows3.2、WindowsforWorkgroup、Windows95、Windows98、以及WindowsNT、Windows2000、WindowsXP等许多版本。,2005年1月,版权所有天津大学电子信息工程学院课件制作组,UNIX操作系统UNIX操作系统是一个通用的、交互的分时系统，由美国贝尔实验室在PDP-11系列机上研制而成。UNIX具有以下特点：适应性强：可安装在微型计算机、超级微型计算机、小型机、工作站、中型计算机以至大型计算机等不同计算机系统上。功能强：UNIX是一个多用户系统，可支持多用户终端。UNIX又是多任务系统，具有前、后台作业处理的功能。易移植：只要对应用程序做简单的修改，即可由一个系统移植到另一个系统上。用户界面友好：用户在终端上可使用shell命令直接与系统对话。安全保密措施强：该系统是一个集权式的系统，可有效保护系统和用户的资源免受破坏和侵袭。系统的支持软件丰富：软件支持环境有分时多用户环境、图形软件环境、数据库软件、CAD软件包及网络环境等。与MS-DOS的软件兼容。,2005年1月,版权所有天津大学电子信息工程学院课件制作组,2语言处理程序计算机的硬件系统只能直接识别并执行用二进制的0，1代码表示的机器指令编写的程序（机器语言程序）。但直接用机器指令编写程序要经过专门训练，程序难读、难懂、易出错，检错、纠错也很费时、费力，限制了计算机的应用。汇编语言（符号语言）是用直观、形象便于记忆的字母、符号，代替0、1编码的机器指令，如ADD,SUB。用汇编语言编写程序简单，改善了程序的可读性，提高了使用效率。使用汇编语言编写的程序（汇编语言程序）计算机不能直接识别，必须通过翻译，将其变为机器语言程序后，计算机才能理解并执行，完成这种翻译功能的程序叫做汇编程序。汇编语言是面向机器的低级语言。,2005年1月,版权所有天津大学电子信息工程学院课件制作组,高级语言能表达解题算法的面向应用问题的语言。高级语言直观通用，使用高级语言编程，可以不必了解机器的结构，从而大大有利于推广使用计算机。高级语言的发展经历了以下几个阶段。初级阶段：代表语言是1954年问世的FORTRAN,它主要面向科学计算和工程计算。第二阶段：可视为结构化程序设计阶段，其代表是1968年问世的PASCAL语言，它定义了一个真正的标准语言，按严谨的结构化程序编程，具有丰富的数据类型，写出的程序易读懂，易检查错误。第三阶段：面向对象程序设计阶段，其代表语言是C+。近年来随着网络技术的不断发展，又出现了更适应网络环境的面向对象的JAVA语言，而且随着Internet技术的发展和应用，JAVA语言越来越受到人们普遍欢迎。但是计算机不能识别用高级语言编写的程序（高级语言程序），需要借助于编译程序或解释程序进行转换，机器才能理解、执行。汇编程序、编译程序和解释程序统称为语言处理程序，用于把人们编制的高级语言、汇编语言源程序，转换为机器能够理解的目标程序，只有目标程序才能在计算机上运行。,2005年1月,版权所有天津大学电子信息工程学院课件制作组,3数据库管理系统数据库管理系统是实现有组织地、动态地存储大量关联数据，并方便用户访问的计算机软、硬件资源组成的计算机系统。它由以下四部分组成。硬件资源：即计算机的硬件系统，CPU、主存储器、辅助存储器及外部设备等。软件资源：包括操作系统、数据库管理系统（DBMS，管理数据库的软件）和应用程序等。数据库：数据的汇集，它们以一定的组织形式存储在存储介质上（例如硬盘）。数据库管理员：管理数据库系统的专门人员，负责数据库的规划、设计、协调和管理工作。数据库是在数据库管理系统的集中管理下，有较高的数据独立性，较少的数据冗余，相互间有联系的数据集合。有四种类型的数据库：层次数据库，网状数据库，关系数据库和面向对象数据库。,2005年1月,版权所有天津大学电子信息工程学院课件制作组,4实用程序与软件工具实用程序是指一些日常使用的辅助性、工具性程序，它们提供给用户各种实用功能。如文件管理、系统的配置与初始设定、系统资源的管理、系统的诊断和调试、程序与文本的准备与编辑、各类程序之间的装配与连接、程序的调试与测试等。软件工具则是指一类对软件开发特别有用的工具程序，它们可用来帮助用户对其他程序进行开发、修复或者优化性能等。系统分析、系统设计、项目管理、文档生成和质量保证中都需要软件工具的支持。,2005年1月,版权所有天津大学电子信息工程学院课件制作组,132应用软件,应用软件是计算机用户在各自的应用领域中开发和使用的程序。由于计算机的应用极其广泛，所以这类软件种类繁多，不胜枚举。如：科学计算类程序、工程设计类程序、数据处理类程序、信息管理类程序等等。在应用软件中有的通用应用软件非常流行，例如，文字处理软件、电子表格软件、绘图软件、网路通信软件等。表1.1列出了PC机有代表性的通用应用软件。,2005年1月,版权所有天津大学电子信息工程学院课件制作组,表1.1有代表性的通用软件,2005年1月,版权所有天津大学电子信息工程学院课件制作组,1.4数据单位表示,141数据单位1.位(Bit)位是二进制数据的最小单位，一个二进制位只能表示两个状态，即21=2。要表示的信息如果很大，就要把更多的二进制位联合起来组成一个整体。每增加一位，所表示的数的量就增加一倍，像ASCII码用7位二进制位的组合码所能表示的数是27=128。而用8位二进制位的组合码所能表示的数则是28=256。,2005年1月,版权所有天津大学电子信息工程学院课件制作组,2.字节(Byte)字节在微机系统内是常用的一个名词、技术术语，常用B表示之。字节被规定成是由8个二进制信息组成的一个数据单位，也就是说，1字节=8二进制位，即1Byte=8bit。字节是计算机内用来表示数据的一种单位。通常，在一个字节内存放一个ASCII码，2个字节即可用来存放一个汉字国标码。在给计算机内的存储器地址进行编码时，就采用了给每一个字节分配一个地址编码的存储器地址编码方案。,2005年1月,版权所有天津大学电子信息工程学院课件制作组,3字(Word)通常，把计算机在进行数据处理时，一次存取加工和传送的数据长度称为字。一个字可以是由一个或几个字节组成。由于字长是计算机一次所能处理的实际位数多少，决定了计算机数据处理的速率，是衡量计算机性能的重要标志之一，通常字长越长，计算机的性能也就会越强。不同计算机的字长是不相同的，像Pentium的前辈机8086、80286就是16位的微处理机，而80386、80486则是32位的微处理机。就微处理机而论，说到字，就是每16位二进制数构成一个字。也就是说，一个字是由两个字节组成。即1字=2个字节=16个bit。它是由连续存放的两个相邻的字节组成，是从16位微处理机那里继承下来的一个概念。,2005年1月,版权所有天津大学电子信息工程学院课件制作组,4双字(DoubleWord)双字，就是两个字。也就是说，双字是由两个16位的二进制数据组成，即由32位二进制数据组成。所以，1双字=2个字=4个字节=32个bit。它是由连续存放的四个相邻的字节、或者说是由两个相邻的字组成。由于历史的原因，是继字之后又延续、拓宽下来的一个概念.在微处理机系统内，它是一个非常重要的数据形式，在程序设计时经常要用到32位的双字。在32位微处理机系统内，使用32位的双字进行算术运算，比起16位的微处理机其运送精度大为提高。32位的数据可以以浮点形式和整数形式表示非常大的数或非常小的数。,2005年1月,版权所有天津大学电子信息工程学院课件制作组,5.四字(QuadWord)所谓四字，就是由2个32位的双字、或者说是由4个16位二进制数、或者说是由8个字节、或者说是由64位二进制数据组成，1四字=2个双字=4个字=8个字节=64个bit，它可以存放非常大数据。它是由连续存放的8个相邻的字节、或者说是由4个相邻的字组成，可以满足非常高精度的需要。,2005年1月,版权所有天津大学电子信息工程学院课件制作组,142表示存储器容量的计量单位,在微处理机系统内，存储器容量的大小通常是以字节数量的多少表示。目前常用的计量单位有3种，他们分别是KB、MB、GB、TB。1KBKB是kilobyte的缩写，是千字节的意思，其中K表示千，B表示字节。相当于10的3次方，即103=1024。用二进制表示则相当于2的10次方，即210=1024，要用10位二进制数表示。在16位微处理机系统内，常用K作为存储容量的量度单位。目前常用K作为文件大小的量度单位。在以Pentium为平台的32位微处理机系统内，它的高速缓冲存储器Cache的容量常用KB量度。,2005年1月,版权所有天津大学电子信息工程学院课件制作组,2MBMB是megabyte的缩写，是兆字节的意思，其中M表示兆，B表示字节。相当于10的6次方，即106=1024K=10241024。用二进制表示则相当于2的20次方，即220=1M=1024K，要用20位二进制数表示。目前，在以Pentium为平台的32位微处理机系统内，它的存储器容量常用MB量度。像在以Pentium4为平台的微处理机内，存储器配置通常为128MB、256MB或512MB不等。,2005年1月,版权所有天津大学电子信息工程学院课件制作组,3GBGB是gigabyte的缩写，是吉字节的意思，其中G表示1024M，B表示字节。相当于10的9次方，即109=1024M=10241024K=102410241024。用二进制表示，则相当于2的30次方，即230=1024M=10241024K，要用30位二进制数来表示。目前，在以Pentium为平台的32位微处理机系统内，它的硬盘存储器容量常用GB量度。像在以Pentium4为平台的微处理机内，配置的硬盘存储器通常为20GB、40GB或80GB不等。,2005年1月,版权所有天津大学电子信息工程学院课件制作组,4TBTB是terabyte的缩写，是太拉字节的意思，其中T表示1024G，B表示字节。相当于10的12次方，即1012=1024G=10241024M=102410241024K=1024102410241024。用二进制表示则相当于2的40次方，即240=1024G，要用40位二进制数来表示。目前，在以Pentium为平台的32位微处理机系统内，它的虚拟存储容量可用TB量度。像在以Pentium为平台的微处理机内，它的虚拟存储空间可达64MMB=641024K1024KB=6410241024MB=641024GB=64TB。,2005年1月,版权所有天津大学电子信息工程学院课件制作组,143编址与寻址,微处理机系统内的存储器，说到底是由一个个存储单元组成的，为了对存储器进行有条不紊的操作和高效的管理，给每个存储单元都编上一个号，也就是说给每一个存储单元都分配一个地址码，俗称给存储器地址“编址”。经过编址之后的存储器在逻辑上就形成了一线性地址空间，在这种情况下，存储器中就可以存放各种各样的信息了。微处理机在进行数据的存取操作时，首先要给出欲存取数据的地址，然后再由硬件的地址译码部件找到数据所在的存储器地址，这样一个过程被称之为“寻址”。只有找到数据所在的存储器地址，才可以存取所需的数据。,2005年1月,版权所有天津大学电子信息工程学院课件制作组,1.5微处理机主要性能指标,衡量一台微型计算机好坏的主要技术指标如下：（1）字长字长是指微型计算机能直接处理的二进制数的位数。字长越长，运算精度越高，功能越强（支持的指令越多），主存容量可以越大。字长一般是字节的倍数。目前微机的字长以32位为主，高档微机将会很快发展到64位。（2）主频主频是指微型计算机中CPU的时钟频率。主频的大小在很大程度上决定了微机运算的速度。主频的单位是MHz（兆赫）。例如80386的主频为2050MHz，80486机的主频为25100MHz，Pentium（奔腾）的主频为66750MHz，目前Pentium4的主频可高达3GHz以上。,2005年1月,版权所有天津大学电子信息工程学院课件制作组,（3）内存容量内存容量是指微型计算机所能存储信息的字节数。内存容量越大，能存储的信息就越多，运行的软件功能就越丰富，信息处理能力就越强，目前微机的内存容量从128到512，甚至多达1GB。（4）存取周期微型计算机内主存完成一次读/写操作所需的时间称为存储器的存取时间，连续进行两次读/写所需的最短时间称为存储器的存取周期。存取周期越短，则存取速度越快。存取周期的大小影响计算机的运算速度。（5）运算速度运算速度是指微机每秒所能执行的指令条数，单位用MIPS（百万条指令/秒）。因此执行不同类型的指令所需时间不同，因此用各种指令的平均执行时间及相应指令运行的比例综合计算，作为衡量运算速度的标准。目前微机的运算速度已达2003000MIPS，甚至更高。,2005年1月,版权所有天津大学电子信息工程学院课件制作组,16RISC和CISC,161复杂指令系统计算机CISC学过汇编语言的都知道，每一种CPU都有属于它自己的指令系统。CPU正是通过执行一系列的特定的指令来满足应用程序的某种要求。某一系列的CPU，如Intelx86系列机，为了增加新的功能，就必须增加新的指令；另一方面，为了保持向上兼容，又必须保留原有的指令。每条指令又有若干个不同的操作字段，用来选择要操作的数据类型和存放的位置(是在寄存器中还是在内存储器中)。这就意味着一个较大的指令系统和复杂的寻址技术。即所谓“复杂指令系统计算机”(CISC)。由于超大规模集成电路VLSI技术的日臻成熟，计算机硬件的成本不断下降，而软件成本却在不断地上升，为了进一步提高操作系统的效率和微机的性能，就要在指令系统中增加更多的指令和功能更强的复杂的指令。而且还要尽可能的使指令系统与高级语言的语义相近，以便于编译程序对高级语言的编译和进一步地降低软件成本。另外，为了使新的微机与它的前辈机在软件上兼容，指令系统则只能扩充，而不能减去任何一条指令，因此使得Intel系列微机的指令系统越来越复杂。像在Pentium微处理机指令系统内不仅继承下它的前辈机的所有指令，而且又增加了Cache的指令和诸如8字节比较和交换等指令，指令数达300余。,2005年1月,版权所有天津大学电子信息工程学院课件制作组,162精简指令系统计算机RISC,“精简指令系统计算机”(RISC)的核心思想则是通过简化指令来使计算机的结构更加简单、合理，从而提高CPU的运算速度。解决途径就是减少微处理机指令总数和减少指令操作的时钟周期数。经过当时的技术比较测试表明，处于同样工艺水平的芯片，RISC的运行速度要比CISC快3-5倍。经过对CISC体系结构计算机的深入研究之后，得出著名的“8020结论”：即在CISC指令系统的计算机中，20%的指令在各种应用程序中的出现频率占整个指令系统的80%。基于这一研究，他们提出了RISC计算机。并使其迅速走红IT界，大有“山雨欲来风满楼”的趋势。RISC的出现打乱了Intel的发展计划。是继续沿袭x86的CISC体系结构、还是另辟蹊径开发RISC类微处理机芯片，曾进行过激烈的争论，公司决定双管齐下，在继续开发CISC芯片的同时，投入大量的人力物力着手研制RISC类微处理机芯片。一方面，公司继续执行自己的战略计划，开发x86的下一个版本80486；另一方面，则着手研制自己的RISC芯片-860。,