太原理工大学微机原理精品第1章要点.ppt

根据微型计算机体积的大小分为: 台式电脑（Desktop PC） 笔记本电脑（Notebook PC） 平板电脑（Tablet PC） 手持电脑（Handheld PC） 微型计算机的体积虽然很小，但其结构和工作原理与其他型号的计算机基本类似。 由于大规模集成电路的发展，微型计算机的功能越来越强大，应用范围也越来越广泛。 现在的微机不仅用于家庭和大部分的工作场合，它的高端产品已用于网络服务器。 §1.1 微型计算机的发展 微型计算机的发展通常是以微处理器的发展为基础的 微处理器（Processor）是计算机的运算和控制核心，即中央处理单元（Central Processing Unit，CPU） 通常采用一块大规模集成电路芯片。 它代表着整个微型计算机的性能目的性 微处理器技术的快速发展推动着整个微型计算机技术的发展和更新换代 § 1.1.1微处理器的发展 衡量处理器的性能的技术参数： 字长（Word Length）：表明处理器每个时间单位可以处理的二进制位数，如一次运算或传输的位数。 时钟频率：表明处理器的处理速度，反应了处理器的基本时间单位。 集成度：表明了处理器的生产工艺水平，通常用芯片上集成的晶体管数来表达。 在微处理器的发展历程中，字长是微处理器换代的一个重要指标，从4位、8位、16位、32位到64位，微处理器的发展经历了七代： 1. 第一代微处理器(1971-1973) 1971年，Intel公司成功地设计了世界上第一个微处理器——4位微处理器Intel 4004 寻址范围：4096个4位宽存储单元(半字节单元，nibble) 45条指令、每秒5万条指令 主要用于视频游戏和基于微处理器的小型控制系统中。 1971年末，又推出了8位微处理器8008 增加了3条指令(总计48条)、寻址空间扩展到16KB 该阶段的计算机工作速度较慢，没有操作系统，只有汇编语言。主要用于工业仪表、过程控制。 2. 第二代微处理器（1974-1977） Intel 8080/8085、Zilog公司的Z-80和Motorola公司的M6800 与第一代微处理器相比，集成度提高了1～4倍； 运算速度提高了10～15倍； 指令系统相对比较完善，已具备典型的计算机体系结构及中断、直接存储器存取等功能。 微处理器8080，采用NMOS工艺，集成约5000个晶体管，8位数据线，16位地址线，2MHz时钟频率，70多条指令； 1974年，基于8080的个人计算机Altair 8800问世。微软公司(Microsoft) 创始人Bill Gates为这种PC机开发了BASIC语言解释程序。 3. 第三代微处理器（1978-1984） 1978 年，Intel公司推出16位微处理器8086 1979年又推出了准16位微处理器8088，它们的内部结构基本上完全一样： 数据总线：16位、16位数据的运算和处理 地址总线：20位、寻址空间均为1MB 时钟频率：5MHz、运行速度达到2.5MIPS。 8088内部数据总线为16位、外部数据总线为8位 在8086/8088的设计中，引入了两个重要的概念： 指令流水线技术: 加快了指令流的执行速度 存储器分段技术。为现代微处理器应用虚拟存储器技术奠定了基础。 3. 第三代微处理器（1978-1984） 1983年，Intel公司推出了增强型的16位微处理器80286，它的最大主频为20MHz，内、外部数据传输均为16位， 24位地址线，内存寻址能力为16MB。 可工作于两种方式： 一种是与8086工作方式一样的实模式（Real Mode），在实方式下，80286可以运行曾经在8086上开发的各种程序，包括应用程序和系统程序； 另一种是保护方式（Protected Mode）。在保护方式下，80286支特存储管理、保护机制和多任务管理的硬件支持，这些传统上由操作系统实现的功能在处理器硬件支持下实现，使微机系统的性能得到极大提高。 IBM公司将80286微处理器用在采用先进技术的IBM PC/AT微机中。在四个方面有显著的改进： 支持更大的内存、能够模拟内存空间； 能同时运行多个任务、提高了处理速度。 4. 第四代微处理器（1985-1992） 32位微处理器时代，典型产品有80386和80486 Windows操作系统可以运行的最低配置就是以80386为处理器的32位PC机。 Windows操作系统采用保护方式，其MS-DOS命令行（环境）就是虚拟8086方式，而80386以前的DOS操作系统是实方式。 1990年Intel还生产了一种适应便携机节能要求的低功耗芯片，为其增加了一种新的系统管理方式（System Management Mode，SMM）。当微处理器进入这种方式后，会根据所处的环境自动减速或停止运行