《微型計(jì)算機(jī)原理 第1章》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《微型計(jì)算機(jī)原理 第1章（47頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、 微型計(jì)算機(jī)具有體積小、重量輕、功能強(qiáng)、可靠性高、價(jià)格低廉等一系列優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域。人們已經(jīng)越來(lái)越依賴于計(jì)算機(jī)的高速運(yùn)算、高可靠性和海量存儲(chǔ)，越來(lái)越依賴功能完善、便捷易用的各類軟件，以及連接全球的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等等。 1.1 微型計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)1.2 微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用1.3 微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一般由主機(jī)硬件、軟件、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備等四部分組成，如圖1-1所示。 圖1-2 微機(jī)主機(jī)基本結(jié)構(gòu) 計(jì)算機(jī)軟件包括固化在ROM中的基本輸入輸出系統(tǒng)BIOS、操作系統(tǒng)、編譯/解釋程序、診斷程序、程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言、應(yīng)用軟件等。 輸入設(shè)備用于將數(shù)據(jù)輸入到計(jì)算機(jī)中。 輸出設(shè)備把計(jì)算機(jī)

2、加工后的信息輸出給用戶。 系統(tǒng)時(shí)鐘CLK(Clock)由石英晶體振蕩器OSC(Oscillator)和專用的時(shí)鐘處理芯片組成,為系統(tǒng)提供所需工作頻率的穩(wěn)定脈沖，使系統(tǒng)各類芯片能夠有秩序地執(zhí)行程序和命令。 中央處理單元CPU(Central Processing Unit)完成對(duì)計(jì)算機(jī)的各種控制和運(yùn)算。 運(yùn)算器是執(zhí)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算的部件，其主要任務(wù)是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理。 控制器的主要作用是取出要執(zhí)行的每一條指令、然后進(jìn)行指令譯碼并執(zhí)行指令。寄存器組是CPU內(nèi)部的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，包括通用寄存器組和專用寄存器組兩部分。 在CPU中，由56個(gè)不同功能的電路單元組成一條指令處理流水線，并將一條指令分成5

3、6步分別由這些電路單元同步執(zhí)行，使本來(lái)要56個(gè)時(shí)鐘周期才能完成的一條指令，在一個(gè)時(shí)鐘周期完成。 超流水線是指CPU內(nèi)部的流水線超過(guò)通常的56步。流水線的步數(shù)越多，完成一條指令的速度就越快。超標(biāo)量(Super-Scalar)是指CPU中有一條以上的流水線，并且每時(shí)鐘周期可以完成一條以上的指令。 亂序執(zhí)行(Out-of-Order Execution)是指CPU采用了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(yīng)電路單元處理的技術(shù)。 分支預(yù)測(cè)(Branch Prediction)是CPU提前確定可能的程序分支方向。推測(cè)執(zhí)行(Speculation Execution)依托于分支預(yù)測(cè)。CPU在預(yù)

4、測(cè)程序是否分支后進(jìn)行的處理就是推測(cè)執(zhí)行。 存儲(chǔ)器（Storage）用于存放程序和數(shù)據(jù)等。 隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM是運(yùn)行程序的空間。 只讀存儲(chǔ)器ROM是非易失性存儲(chǔ)器，用來(lái)存放永久性的程序和數(shù)據(jù)。 為了提高CPU的運(yùn)行速度，在CPU和常規(guī)主存之間增設(shè)的一級(jí)（Level 1）或二級(jí)（Level 2）高速小容量存儲(chǔ)器，稱為高速緩沖存儲(chǔ)器（Cache）。 由于RAM中的數(shù)據(jù)關(guān)機(jī)后會(huì)丟失，因此需要將其轉(zhuǎn)存到不會(huì)丟失的介質(zhì)上，如磁盤、U盤、光盤等。這些磁盤、U盤、光盤等存儲(chǔ)介質(zhì)，就是輔助存儲(chǔ)器。在運(yùn)行大的軟件時(shí)，為了解決內(nèi)存短缺的問(wèn)題，操作系統(tǒng)會(huì)把硬盤的一部分當(dāng)作內(nèi)存來(lái)使用，這就是虛擬內(nèi)存。 總線是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中

5、連接各功能部件的公共信息通道，主要有地址總線A B（Address Bus）、數(shù)據(jù)總線DB（Data Bus）和控制總線CB（Control Bus）。 ISA(Industry Standard Architecture，工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu))總線，是由美國(guó)IBM公司推出的16位標(biāo)準(zhǔn)總線，數(shù)據(jù)傳輸率為8MBs。 MCA(Micro-Channel Architecture，微通道體系結(jié)構(gòu))總線，是由美國(guó)IBM公司推出的32位標(biāo)準(zhǔn)總線。數(shù)據(jù)傳輸率為40MBs。 EISA(Extended Industry Standard Architecture，擴(kuò)展工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu))總線，是由Compaq、H

6、P、AST等多家計(jì)算機(jī)公司聯(lián)合推出的32位標(biāo)準(zhǔn)總線，數(shù)據(jù)傳輸率為33MBs。 由視頻電子標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)VESA(Video Electronic Standard Association)聯(lián)合另外多家公司共同推出的全開放通用的局部總線VL-Bus(VESA Local Bus)，簡(jiǎn)稱VL總線。該總線是針對(duì)486微機(jī)開發(fā)的32位標(biāo)準(zhǔn)總線，可擴(kuò)充至64位。其數(shù)據(jù)傳輸率最高可達(dá)132M/s。 PCI(Peripheral Component Interconnect，外設(shè)互連)總線，是由美國(guó)Intel公司推出的3264位標(biāo)準(zhǔn)總線。PCI總線是一種與CPU隔離的總線結(jié)構(gòu)，并能與CPU同時(shí)工作，適應(yīng)性強(qiáng)，速度

7、快，數(shù)據(jù)傳輸率為大于1 3 2 M Bs。 輔助功能部件由主機(jī)板上的若干模塊組成，每一個(gè)輔助模塊都以獨(dú)特的方式，去協(xié)助整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行。 1 主板上的控制芯片組基本決定了主板的功能。芯片組在BIOS和操作系統(tǒng)的共同控制下，按規(guī)定的技術(shù)和規(guī)范，為CPU、內(nèi)存、圖形接口、IDE接口、IO接口等提供工作平臺(tái)。 專門的中斷控制芯片，用于處理中斷相關(guān)事宜?？梢灾苯哟嫒?nèi)存的芯片，叫直接存儲(chǔ)器取存DMA(Direct Memory Access)控制器。 輸入/輸出接口是微型計(jì)算機(jī)連接外部輸入/輸出設(shè)備和各種控制對(duì)象并與之進(jìn)行信息交換的控制邏輯電路。 并行接口用于實(shí)現(xiàn)CPU與外設(shè)之間的并行數(shù)據(jù)通信。 串行接口

8、用于實(shí)現(xiàn)CPU與外設(shè)之間的串行通信。 擴(kuò)展槽（Expansion Slot）位于微機(jī)系統(tǒng)主板上，對(duì)內(nèi)一般匯集了系統(tǒng)的地址總線、控制總線、數(shù)據(jù)總線等各種信號(hào)通道和電源等，對(duì)外則為各種板卡提供了一個(gè)符合某一總線標(biāo)準(zhǔn)的插槽。 計(jì)算機(jī)最重要的作用，就是用于構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，以實(shí)現(xiàn)信息共享、資源共享和數(shù)據(jù)通信等。 依靠快速運(yùn)算、準(zhǔn)確可靠處理和海量存儲(chǔ)能力，微型計(jì)算機(jī)可以對(duì)各項(xiàng)社會(huì)活動(dòng)、經(jīng)濟(jì)活動(dòng)、科學(xué)研究等產(chǎn)生的大量文字、圖形、圖像、視頻等數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行加工、計(jì)算、變換、分類、存儲(chǔ)、傳輸、輸出和控制等。 科學(xué)計(jì)算是計(jì)算機(jī)的專長(zhǎng)，并具有快速、準(zhǔn)確、可靠等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛用于各類科學(xué)研究、工程計(jì)算、生產(chǎn)生活等。 計(jì)

9、算機(jī)監(jiān)測(cè)就是利用計(jì)算機(jī)、傳感器和相關(guān)軟件等對(duì)各種客觀環(huán)境、過(guò)程等進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。 計(jì)算機(jī)控制就是利用計(jì)算機(jī)、傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和相關(guān)軟件等，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程、設(shè)備、航天器等進(jìn)行自動(dòng)控制。 利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行監(jiān)測(cè)、控制，不僅具有準(zhǔn)確、可靠、不知疲倦等一系列人體無(wú)法實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，更可以替代人體實(shí)現(xiàn)惡劣/危險(xiǎn)環(huán)境下的各種作業(yè)。 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD（Computer Aided Design）就是利用計(jì)算機(jī)和大量經(jīng)過(guò)數(shù)字化的相關(guān)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)快速的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。 計(jì)算機(jī)輔助制造CAM（Computer Aided Manufacture）是利用計(jì)算機(jī)控制產(chǎn)品的加工和制造等。 計(jì)算機(jī)模擬/仿真，為人們的學(xué)習(xí)、訓(xùn)練、研究

10、等提供了高效、安全、低成本和規(guī)范化、現(xiàn)代化、智能化的方法和手段。 人工智能就是利用計(jì)算機(jī)的快速計(jì)算能力和大量累積的相關(guān)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)等，讓計(jì)算機(jī)模擬人腦進(jìn)行邏輯思維、邏輯推理、自主學(xué)習(xí)、積累知識(shí)、知識(shí)重構(gòu)和自我完善，使計(jì)算機(jī)具有人腦的部分思維功能，以代替人們解決大量重復(fù)的問(wèn)題、難以解決的問(wèn)題或至今還不知道該如何解決的問(wèn)題等。 計(jì)算機(jī)的發(fā)展經(jīng)歷了電子管計(jì)算機(jī)、半導(dǎo)體晶體管計(jì)算機(jī)、半導(dǎo)體中小規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)、半導(dǎo)體大規(guī)模/超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)等幾個(gè)時(shí)代。微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下四個(gè)階段： 4位微型機(jī)使用4位微處理器，如Intel 4004和Intel 4040等。 8位微型機(jī)使用位微處理器，

11、如Intel 80808085、Z80、Motorola 6800等。 16位微型機(jī)使用16位微處理器，如Intel8086、Motorola68000、Z8000等16位和準(zhǔn)32位微處理器。 32位微型機(jī)使用32位微處理器，并采用了超標(biāo)量、超流水線和分支預(yù)測(cè)等RISC技術(shù)，使微型機(jī)的體系結(jié)構(gòu)發(fā)生了重大變化。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展和個(gè)人電腦的日益普及，電腦將成為人們?nèi)粘Ｉ畹谋仨毱?，電腦和網(wǎng)絡(luò)的使用將會(huì)越來(lái)越簡(jiǎn)單、方便。 目前，半導(dǎo)體微處理器正在向64位過(guò)渡。預(yù)計(jì)幾年之內(nèi)，64位處理器將會(huì)成為市場(chǎng)主流。芯片集成度的不斷提高，傳統(tǒng)的半導(dǎo)體芯片計(jì)算機(jī)將不可避免地會(huì)遇到發(fā)展極限。 現(xiàn)在的微型計(jì)算

12、機(jī)是相對(duì)于過(guò)去龐大的電子管計(jì)算機(jī)和半導(dǎo)體分立元件計(jì)算機(jī)而被命名為“微型計(jì)算機(jī)”的。以現(xiàn)在的眼光來(lái)看，“微型計(jì)算機(jī)”的“微型”二個(gè)字，實(shí)在是名不符實(shí)。未來(lái)的生物計(jì)算機(jī)、分子計(jì)算機(jī)、量子計(jì)算機(jī)等，才是真正名副其實(shí)的微型計(jì)算機(jī)。 生物計(jì)算機(jī)用生物蛋白質(zhì)分子芯片替代目前計(jì)算機(jī)中使用的半導(dǎo)體芯片，使計(jì)算機(jī)重量更輕、體積更小、速度更快、容量更大，具有更高的人工智能。 分子計(jì)算機(jī)憑借分子的納米級(jí)尺寸，體積將非常小，耗電非常少，并能更長(zhǎng)期地存儲(chǔ)大量信息。 光子計(jì)算機(jī)利用光子取代電子進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算、傳輸和存儲(chǔ)。 量子計(jì)算機(jī)利用處于多現(xiàn)實(shí)態(tài)的原子作為數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算。 當(dāng)生物計(jì)算機(jī)、分子計(jì)算機(jī)、量子計(jì)算機(jī)等真正的微型計(jì)算機(jī)進(jìn)入實(shí)用階段，它們肯定會(huì)對(duì)世界產(chǎn)生更為巨大的影響。