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2005年1月,版權所有天津大學電子信息工程學院課件制作組,微型計算機系統(tǒng)與接口,艾德才等編著中國水利水電出版社,21世紀高職高專新概念教材,2005年1月,版權所有天津大學電子信息工程學院課件制作組,本書遵照教育部的要求，教材內容緊跟時代，把微機領域內的最新技術反映到我們的本科生課堂上來，時時處處注意到教材內容的知識性、先進性和系統(tǒng)性的特點。,2005年1月,版權所有天津大學電子信息工程學院課件制作組,,知識性：本書涵蓋了目前世界上微機領域內最先進的技術知識:包括分支轉移預測技術超標量執(zhí)行技術微機的流水線操作技術高速緩沖存儲器技術分段存儲管理技術分頁存儲管理技術浮點數(shù)據(jù)處理技術高速總線傳輸技術等。它們構成了各種高性能軟件的載體。,2005年1月,版權所有天津大學電子信息工程學院課件制作組,,先進性：計算機技術飛速發(fā)展，新技術層出不窮。本教材的教學內容描述的是世界上最新的微型計算機理念、技術和知識，展示給學生的是目前微機領域里的頂尖技術及其實現(xiàn)過程，以啟迪學生的想象力、創(chuàng)造力。,2005年1月,版權所有天津大學電子信息工程學院課件制作組,,系統(tǒng)性：計算機本身就是一個由硬件和軟件組成的龐大的復雜系統(tǒng)。其中包括有豐富的知識和先進的技術。目前絕大多數(shù)流行的系統(tǒng)軟件和各種應用軟件是以Pentium為平臺開發(fā)出來的，了解計算機軟件的載體——硬件及其組成、工作原理、以及軟件是怎樣依附于硬件的，從而達到對計算機系統(tǒng)（軟件、硬件）基本知識的融會貫通。,2005年1月,版權所有天津大學電子信息工程學院課件制作組,第1章微處理機系統(tǒng)概論,1.1微處理機的發(fā)展微處理機出現(xiàn)于20世紀70年代初，是大規(guī)模集成電路發(fā)展的產(chǎn)物。在這以前，計算機的發(fā)展經(jīng)歷了電子管計算機時期、晶體管計算機時期、中小規(guī)模集成電路計算機時期。大規(guī)模集成電路于1970年研制成功，并開始以它作為計算機的主要功能部件。此時計算機進入了大規(guī)模集成電路時期，計算機的微型化成為可能。微型計算機的發(fā)展是以微處理機的發(fā)展來表征的。將傳統(tǒng)計算機的運算器和控制器集成在一塊大規(guī)模集成電路芯片上作為中央處理部件（CPU），稱為微處理機。微型計算機是以微處理機為核心，再配上存儲器、接口電路等芯片構成的。微處理機一經(jīng)問世，就以體積小、重量輕、價格低廉、可靠性高、結構靈活、適應性強和應用面廣等一系列優(yōu)點占領世界計算機市場，并得到廣泛應用，成為現(xiàn)代社會不可缺少的主要工具。,2005年1月,版權所有天津大學電子信息工程學院課件制作組,1946年，世界上第一臺電子數(shù)字計算機ENIAC在美國賓州誕生；同年，貝爾實驗室的Schockley博士發(fā)明了被譽為“20世紀最偉大發(fā)明”的晶體管；今天，Internet盛行、信息高速公路初見端倪，信息技術在近半個世紀內以令人炫目的速度繁衍、演化著。在這場改變人類生存方式的變革中，CPU以其作為計算機“大腦”和“心臟”這一核心地位而始終處于變革風暴的前沿。說到CPU的發(fā)展，就以Intel產(chǎn)品為例加以說明。正是由于IBM選定了Intel的芯片作為其個人計算機IBMPC的CPU，從此Intel的發(fā)展之路在很大程度上反映了CPU發(fā)展之路、PC機的發(fā)展歷史。,2005年1月,版權所有天津大學電子信息工程學院課件制作組,1965年，摩爾（G.Moore）經(jīng)統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，集成電路內芯片的晶體管數(shù)目，幾乎每隔18個月到24個月，其集成度就要翻一翻。這條未經(jīng)嚴格證明但又千真萬確的“金科玉律”，經(jīng)過近30年的檢驗，始終表現(xiàn)出令人驚異的準確性。Intel于1971年順利開發(fā)出全球第一塊微處理器--4004芯片。這項突破性的發(fā)明當時被用于一種計算器中。這一創(chuàng)舉開始了人類將智能內嵌于電腦和無生命設備的歷程。,2005年1月,版權所有天津大學電子信息工程學院課件制作組,1．1971年:全球第一塊微處理器40044004主要用來處理算術運算，它集成了2300多個晶體管，具有4位帶寬，工作頻率為108kHz，尋址空間只有640B。2．新一代8位微處理器8080在1974年,推出了新一代8位微處理器——8080。8080集成了6000個晶體管，其時鐘頻率為2MHz。8080是一個劃時代的產(chǎn)品，它的誕生，使得Intel有了自己真正意義上的微處理器．3.第一代微處理機——16位的8086CPU。它的出現(xiàn)成為20世紀70年代微處理機發(fā)展過程中的重要分水嶺。8086是真正16位CPU，其內集成進了29000個晶體管，主頻速率達5MHz/8MHz/10MHz，尋址空間達到了1MB，第一次超過640KB。8088是8086的一個簡化版本，時鐘頻率為4.77MHz，它將8位數(shù)據(jù)總線獨立出來，減少了管腳，因此成本也較低。1979年，Intel的這兩款CPU，得到藍色巨人IBM的青睞，由于IBM采用Intel的8086與8088作為個人計算機IBMPC的CPU。個人計算機PC時代從此誕生。,2005年1月,版權所有天津大學電子信息工程學院課件制作組,4．第二代微處理機——16位的80286CPU80286芯片于1982年2月1日正式發(fā)布，總線帶寬為16位，集成了13萬多個晶體管，因此性能也有了很大的提高，主頻達到了20MHz。5．第三代微處理機——32位的80386CPU1985年10月，Intel推出它的第三代微處理機——32位的80386DX。80386DX是一塊集成進了27.5萬個晶體管的全32位微處理機，其時鐘頻率達到33MHz，數(shù)據(jù)總線和地址總線均為32位，具有4GB的物理尋址能力。6．第四代微處理機——32位的80486CPU80486微處理機于1989年4月正式發(fā)布。這是一款在一片芯片內集成進了120萬個晶體管的CPU，是Intel第一次將微處理機的晶體管數(shù)目突破100萬只。7．第五代微處理機——32位的PentiumIntel在1993年推出了全新一代的高性能處理機Pentium。Pentium芯片內部集成進310萬個晶體管，單是最初版本的66MHz的Pentium微處理機運算性能，就比33MHz的80486DX高出3倍多，而100MHz的Pentium則比33MHz的80486DX快6～8倍。較之后輩的Pentium微處理機，這種Pentium微處理機又叫經(jīng)典奔騰（ClassicPentium）。,2005年1月,版權所有天津大學電子信息工程學院課件制作組,8．高能奔騰（PentiumPro）Intel于1996年推出了新x86系列CPU——PentiumPro。PentiumPro芯片內部集成進550萬個晶體管，內部時鐘頻率為133MHz。9．多能奔騰（PentiumMMX）1996年底Intel又推出了Pentium系列的改進版本，也就是平常所說的PentiumMMX（多能奔騰）。MMX技術是Intel最新發(fā)明的一項多媒體增強指令集技術，它的英文全稱可以翻譯成“多媒體擴展指令集”。MMX是Intel公司在1996年為增強PentiumCPU在音像、10．二代奔騰PentiumⅡ1997年5月，Intel推出了與PentiumPro同一個檔次的PentiumⅡ。PentumⅡ有一系列的不同檔次的產(chǎn)品，其中第一代的產(chǎn)品就是PentiumⅡKlamath芯片。作為PentiumⅡ的第一代芯片，它運行在66MHz總線上，主頻分233MHz、266MHz、300MHz和333MHz四種。由于它代表了Pentium系列機當時的最高性能，所以將其稱之為二代奔騰Pentium。,2005年1月,版權所有天津大學電子信息工程學院課件制作組,11．PentiumⅢ應該把PentiumⅢ稱之為“多能奔騰二代處理機”（PentiumIIProcessorwithMMX2Technology）。Intel于1999年2月發(fā)布了PentiumⅢ芯片——Katmai，作為第一款專為提高用戶的互聯(lián)網(wǎng)計算體驗而設計的微處理機，使用戶能夠盡享豐富的音頻、視頻、動畫和栩栩如生的三維效果。針對不同需求，PentiumⅢ推出了移動PentiumⅢ和PentiumⅢXeon（至強）處理機。12．Pentium4Pentium4是Intel新一代高性能32位微處理機，在體系結構上，Pentium4完全不同于它的前輩機PentiumII和PentiumⅢ。PentiumII和PentiumⅢ采用的是與PentiumPro相同的P6結構形式，而Pentium4采用的則是NetBurst的新式處理機結構。采用NetBurst機構是為了加快以突發(fā)方式傳送數(shù)據(jù)速度，如流媒體、MP3播放程序和視頻壓縮程序等的傳送速度。專家們指出：“該設計意味著從傳統(tǒng)整數(shù)運算性能（如標準的商業(yè)應用程序）向媒體運算性能變遷的重大革新”。但是NetBurst仍然是由開發(fā)P6的原班人馬完成的。,2005年1月,版權所有天津大學電子信息工程學院課件制作組,1.2微處理機硬件結構,從第一臺電子計算機問世以來，它的更新?lián)Q代實質上是硬件的更新?lián)Q代。就其基本工作原理而言，都是存儲程序控制的原理，其基本結構屬于馮諾依曼型計算機，即電子數(shù)字計算機。它至少應由運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸入設備五部分組成。原始的馮.諾依曼機在結構上是以運算器和控制器為中心，但隨著計算機系統(tǒng)結構的設計實踐和發(fā)展，已逐步演變到以存儲器為中心的結構。其基本結構如圖1.1所示。,2005年1月,版權所有天津大學電子信息工程學院課件制作組,圖1.1計算機基本結構,2005年1月,版權所有天津大學電子信息工程學院課件制作組,1.2.1寄存器寄存器是中央處理器（CPU）中的一個非常重要的部件，根據(jù)其功能和作用，寄存器可以分為以下幾類：1）基本寄存器；2）系統(tǒng)級寄存器；3）浮點寄存器；4）調試和測試寄存器等。這里著重介紹基本寄存器，包括通用寄存器、指令寄存器、標志寄存器和段寄存器。,2005年1月,版權所有天津大學電子信息工程學院課件制作組,1.通用寄存器以80486為例，共配置了8個32位的通用寄存器供程序員使用。這八個32位的寄存器不僅可以保存32位數(shù)據(jù)，以便支持32位的數(shù)據(jù)操作，還可以進行16位的操作，以便與Intel系列16位機兼容。所以可以把這八個32位通用寄存器的低半段看成是八個16位的通用寄存器。在進行地址計算和進行絕大多數(shù)算術運算及邏輯運算時，這8個寄存器都可以使用，只有少數(shù)幾條指令要使用專用寄存器保存其操作數(shù)。,2005年1月,版權所有天津大學電子信息工程學院課件制作組,2.指令指針寄存器EIP像80486微處理機，其指令指針寄存器是一個32位寄存器，如圖1.2所示。在指令指針寄存器內存放的是當前代碼段內下一條要執(zhí)行指令的偏移量。這個偏移量是相對于目前正在運行的代碼段寄存器CS而言的。偏移量加上當前段的地址，形成了下一條指令的地址。由指令指針寄存器的性質決定了程序設計人員不能直接使用這個寄存器。它是由控制轉移類指令、中斷處理過程和異常事故處理過程隱含地控制著的。,圖1.2指令址針寄存器,2005年1月,版權所有天津大學電子信息工程學院課件制作組,3.標志寄存器標志寄存器是一個32位寄存器，如圖1.3所示。它的作用是用來存放有關80486微處理機的狀態(tài)標志信息、控制標志信息及系統(tǒng)標志信息。狀態(tài)標志信息報告了算術運算類指令在執(zhí)行完以后的機器狀態(tài)；控制標志信息僅有一個DF標志，用來控制串操作過程中執(zhí)行方向問題，即用來決定是給目標變址寄存器EDI、源變址寄存器ESI增正值（增值）還是增負值（減值）的問題。系統(tǒng)標志信息用來控制輸入/輸出、屏蔽中斷、調試、任務轉換和控制保護方式與虛擬8086方式間的轉換等操作。,2005年1月,版權所有天津大學電子信息工程學院課件制作組,80486的標志寄存器,2005年1月,版權所有天津大學電子信息工程學院課件制作組,4.段寄存器段寄存器也叫選擇符，它們的名字和用途分別是：代碼段寄存器CS、數(shù)據(jù)段寄存器DS、堆棧段寄存器SS、附加數(shù)據(jù)段寄存器ES、附加數(shù)據(jù)段寄存器FS、附加數(shù)據(jù)段寄存器GS。因為段寄存器內保存的是16位的段選擇符，這就是將段寄存器稱之為段選擇符的原因。每個段都有一個描述符與之對應，描述符給出了每個段的基址、界限以及其他一些段屬性。,2005年1月,版權所有天津大學電子信息工程學院課件制作組,1.2.2算術和邏輯部件ALU,運算器即是執(zhí)行算術運算和邏輯運算部件ALU，它的主要任務是對信息進行加工處理。在設計一臺計算機的指令系統(tǒng)及硬件結構時，就應確定運算器能夠實現(xiàn)哪些算術和邏輯運算。我們常把各種算術運算操作歸結為相加和移位的兩個最基本的操作，這就是運算器以加法器為核心的原因。ALU能夠處理數(shù)據(jù)的位數(shù)和計算機有關，如Z80單板機，其ALU是8位的；8086微處理機的ALU是16位的；80386、80486的ALU則是32位的。,2005年1月,版權所有天津大學電子信息工程學院課件制作組,1．2．3控制器,微處理機是按程序中每一條指令的要求，在控制器的統(tǒng)一指揮下工作的。控制器是微處理機工作的指揮和控制中心，了解控制器的工作原理有助于了解微機的全部工作過程。控制器除包括有程序計數(shù)器PC和指令寄存器IR外，其內還配備有：（1）指令譯碼器指令譯碼器主要是對指令寄存器中的操作碼進行分析解釋，產(chǎn)生相應的控制信號，有的機器也需要對尋址方式字段進行譯碼，用以產(chǎn)生有效地址所需的信號。（2）時序部件是產(chǎn)生各種時序信號的部件。計算機完成一條指令的過程是通過執(zhí)行若干個微操作來實現(xiàn)的，而且各個微操作的執(zhí)行順序又有嚴格的要求。時序部件用來產(chǎn)生一系列的時序信號，可以保證各個微操作的執(zhí)行順序。（3）微操作控制信號形成部件微操作控制信號形成部件是用來產(chǎn)生各種微操作控制信號的。所謂微操作，即計算機中最簡單的且不能再分解的操作，如打開某個控制門、清除寄存器等。復雜操作是通過執(zhí)行一系列微操作實現(xiàn)的。（4）中斷機構中斷機構是專門用于處理計算機運行過程中所出現(xiàn)的異常情況和某些請求的部件。中斷機構由硬件和軟件組成。請求中斷的事件稱為中斷源。中斷源的種類很多，如外設引起的中斷、運算器產(chǎn)生的中斷、存儲器產(chǎn)生的中斷等。,2005年1月,版權所有天津大學電子信息工程學院課件制作組,1．2．4存儲器,存儲器就是用來存儲程序和原始數(shù)據(jù)等信息的部件。正是有了存儲器，計算機才有了對信息的記憶功能。馮諾依曼的計算機概念的核心就是存儲程序控制。計算機的存儲器又可以分為兩大類：一類叫內部存儲器，簡稱為內存或主存；另一類叫外部存儲器，簡稱為外存。,2005年1月,版權所有天津大學電子信息工程學院課件制作組,1．3計算機軟件組成,計算機的軟件包括：計算機運行時所需的各種程序，以及描述程序功能、性能、設計、內部結構及如何操作與使用的文檔資料。軟件是計算機系統(tǒng)的靈魂，沒有配備任何軟件的“裸機”是無法使用。沒有配備足夠的軟件，計算機的功能就不能淋漓盡致地發(fā)揮出來，計算機的應用范圍也將因此而大大縮小。組成計算機的軟件可分為：系統(tǒng)軟件和應用軟件兩大類。,2005年1月,版權所有天津大學電子信息工程學院課件制作組,1.操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)（OperatingSystem）是直接運行在裸機上的最基本的系統(tǒng)軟件，任何其它軟件都必須在操作系統(tǒng)的支持下才能運行，它是系統(tǒng)軟件的核心。操作系統(tǒng)的作用是協(xié)調管理計算機系統(tǒng)的各種軟件、硬件資源，使之有效地被使用；組織協(xié)調計算機的運行，實現(xiàn)計算機運行自動化；為用戶提供方便、靈活、友好的用戶界面。PC機使用的操作系統(tǒng)目前最流行的是微軟公司的Windows系列和UNIX類的操作系統(tǒng)。,2005年1月,版權所有天津大學電子信息工程學院課件制作組,Windows操作系統(tǒng)這是目前PC機上最流行的操作系統(tǒng)，它采用了以窗口(Window)、圖標（Icon）、菜單（Menu）、指示器（Pointer）為特征的圖形用戶界面，使用戶能方便的使用PC機，減輕用戶記憶與理解操作命令的負擔。已經(jīng)發(fā)行的Windows操作系統(tǒng)有Windows3.1、Windows3.2、WindowsforWorkgroup、Windows95、Windows98、以及WindowsNT、Windows2000、WindowsXP等許多版本。,2005年1月,版權所有天津大學電子信息工程學院課件制作組,UNIX操作系統(tǒng)UNIX操作系統(tǒng)是一個通用的、交互的分時系統(tǒng)，由美國貝爾實驗室在PDP-11系列機上研制而成。UNIX具有以下特點：?適應性強：可安裝在微型計算機、超級微型計算機、小型機、工作站、中型計算機以至大型計算機等不同計算機系統(tǒng)上。?功能強：UNIX是一個多用戶系統(tǒng)，可支持多用戶終端。UNIX又是多任務系統(tǒng)，具有前、后臺作業(yè)處理的功能。?易移植：只要對應用程序做簡單的修改，即可由一個系統(tǒng)移植到另一個系統(tǒng)上。?用戶界面友好：用戶在終端上可使用shell命令直接與系統(tǒng)對話。?安全保密措施強：該系統(tǒng)是一個集權式的系統(tǒng)，可有效保護系統(tǒng)和用戶的資源免受破壞和侵襲。?系統(tǒng)的支持軟件豐富：軟件支持環(huán)境有分時多用戶環(huán)境、圖形軟件環(huán)境、數(shù)據(jù)庫軟件、CAD軟件包及網(wǎng)絡環(huán)境等。?與MS-DOS的軟件兼容。,2005年1月,版權所有天津大學電子信息工程學院課件制作組,2．語言處理程序計算機的硬件系統(tǒng)只能直接識別并執(zhí)行用二進制的0，1代碼表示的機器指令編寫的程序（機器語言程序）。但直接用機器指令編寫程序要經(jīng)過專門訓練，程序難讀、難懂、易出錯，檢錯、糾錯也很費時、費力，限制了計算機的應用。匯編語言（符號語言）是用直觀、形象便于記憶的字母、符號，代替0、1編碼的機器指令，如ADD,SUB…。用匯編語言編寫程序簡單，改善了程序的可讀性，提高了使用效率。使用匯編語言編寫的程序（匯編語言程序）計算機不能直接識別，必須通過翻譯，將其變?yōu)闄C器語言程序后，計算機才能理解并執(zhí)行，完成這種翻譯功能的程序叫做匯編程序。匯編語言是面向機器的低級語言。,2005年1月,版權所有天津大學電子信息工程學院課件制作組,高級語言——能表達解題算法的面向應用問題的語言。高級語言直觀通用，使用高級語言編程，可以不必了解機器的結構，從而大大有利于推廣使用計算機。高級語言的發(fā)展經(jīng)歷了以下幾個階段。初級階段：代表語言是1954年問世的FORTRAN,它主要面向科學計算和工程計算。第二階段：可視為結構化程序設計階段，其代表是1968年問世的PASCAL語言，它定義了一個真正的標準語言，按嚴謹?shù)慕Y構化程序編程，具有豐富的數(shù)據(jù)類型，寫出的程序易讀懂，易檢查錯誤。第三階段：面向對象程序設計階段，其代表語言是C++。近年來隨著網(wǎng)絡技術的不斷發(fā)展，又出現(xiàn)了更適應網(wǎng)絡環(huán)境的面向對象的JAVA語言，而且隨著Internet技術的發(fā)展和應用，JAVA語言越來越受到人們普遍歡迎。但是計算機不能識別用高級語言編寫的程序（高級語言程序），需要借助于編譯程序或解釋程序進行轉換，機器才能理解、執(zhí)行。匯編程序、編譯程序和解釋程序統(tǒng)稱為語言處理程序，用于把人們編制的高級語言、匯編語言源程序，轉換為機器能夠理解的目標程序，只有目標程序才能在計算機上運行。,2005年1月,版權所有天津大學電子信息工程學院課件制作組,3．數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是實現(xiàn)有組織地、動態(tài)地存儲大量關聯(lián)數(shù)據(jù)，并方便用戶訪問的計算機軟、硬件資源組成的計算機系統(tǒng)。它由以下四部分組成。①硬件資源：即計算機的硬件系統(tǒng)，CPU、主存儲器、輔助存儲器及外部設備等。②軟件資源：包括操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS，管理數(shù)據(jù)庫的軟件）和應用程序等。③數(shù)據(jù)庫：數(shù)據(jù)的匯集，它們以一定的組織形式存儲在存儲介質上（例如硬盤）。④數(shù)據(jù)庫管理員：管理數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的專門人員，負責數(shù)據(jù)庫的規(guī)劃、設計、協(xié)調和管理工作。數(shù)據(jù)庫是在數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的集中管理下，有較高的數(shù)據(jù)獨立性，較少的數(shù)據(jù)冗余，相互間有聯(lián)系的數(shù)據(jù)集合。有四種類型的數(shù)據(jù)庫：層次數(shù)據(jù)庫，網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫，關系數(shù)據(jù)庫和面向對象數(shù)據(jù)庫。,2005年1月,版權所有天津大學電子信息工程學院課件制作組,4．實用程序與軟件工具實用程序是指一些日常使用的輔助性、工具性程序，它們提供給用戶各種實用功能。如文件管理、系統(tǒng)的配置與初始設定、系統(tǒng)資源的管理、系統(tǒng)的診斷和調試、程序與文本的準備與編輯、各類程序之間的裝配與連接、程序的調試與測試等。軟件工具則是指一類對軟件開發(fā)特別有用的工具程序，它們可用來幫助用戶對其他程序進行開發(fā)、修復或者優(yōu)化性能等。系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設計、項目管理、文檔生成和質量保證中都需要軟件工具的支持。,2005年1月,版權所有天津大學電子信息工程學院課件制作組,1．3．2應用軟件,應用軟件是計算機用戶在各自的應用領域中開發(fā)和使用的程序。由于計算機的應用極其廣泛，所以這類軟件種類繁多，不勝枚舉。如：科學計算類程序、工程設計類程序、數(shù)據(jù)處理類程序、信息管理類程序等等。在應用軟件中有的通用應用軟件非常流行，例如，文字處理軟件、電子表格軟件、繪圖軟件、網(wǎng)路通信軟件等。表1.1列出了PC機有代表性的通用應用軟件。,2005年1月,版權所有天津大學電子信息工程學院課件制作組,表1.1有代表性的通用軟件,2005年1月,版權所有天津大學電子信息工程學院課件制作組,1.4數(shù)據(jù)單位表示,1．4．1數(shù)據(jù)單位1.位(Bit)位是二進制數(shù)據(jù)的最小單位，一個二進制位只能表示兩個狀態(tài)，即21=2。要表示的信息如果很大，就要把更多的二進制位聯(lián)合起來組成一個整體。每增加一位，所表示的數(shù)的量就增加一倍，像ASCII碼用7位二進制位的組合碼所能表示的數(shù)是27=128。而用8位二進制位的組合碼所能表示的數(shù)則是28=256。,2005年1月,版權所有天津大學電子信息工程學院課件制作組,2.字節(jié)(Byte)字節(jié)在微機系統(tǒng)內是常用的一個名詞、技術術語，常用B表示之。字節(jié)被規(guī)定成是由8個二進制信息組成的一個數(shù)據(jù)單位，也就是說，1字節(jié)=8二進制位，即1Byte=8bit。字節(jié)是計算機內用來表示數(shù)據(jù)的一種單位。通常，在一個字節(jié)內存放一個ASCII碼，2個字節(jié)即可用來存放一個漢字國標碼。在給計算機內的存儲器地址進行編碼時，就采用了給每一個字節(jié)分配一個地址編碼的存儲器地址編碼方案。,2005年1月,版權所有天津大學電子信息工程學院課件制作組,3字(Word)通常，把計算機在進行數(shù)據(jù)處理時，一次存取加工和傳送的數(shù)據(jù)長度稱為字。一個字可以是由一個或幾個字節(jié)組成。由于字長是計算機一次所能處理的實際位數(shù)多少，決定了計算機數(shù)據(jù)處理的速率，是衡量計算機性能的重要標志之一，通常字長越長，計算機的性能也就會越強。不同計算機的字長是不相同的，像Pentium的前輩機8086、80286就是16位的微處理機，而80386、80486則是32位的微處理機。就微處理機而論，說到字，就是每16位二進制數(shù)構成一個字。也就是說，一個字是由兩個字節(jié)組成。即1字=2個字節(jié)=16個bit。它是由連續(xù)存放的兩個相鄰的字節(jié)組成，是從16位微處理機那里繼承下來的一個概念。,2005年1月,版權所有天津大學電子信息工程學院課件制作組,4雙字(DoubleWord)雙字，就是兩個字。也就是說，雙字是由兩個16位的二進制數(shù)據(jù)組成，即由32位二進制數(shù)據(jù)組成。所以，1雙字=2個字=4個字節(jié)=32個bit。它是由連續(xù)存放的四個相鄰的字節(jié)、或者說是由兩個相鄰的字組成。由于歷史的原因，是繼字之后又延續(xù)、拓寬下來的一個概念.在微處理機系統(tǒng)內，它是一個非常重要的數(shù)據(jù)形式，在程序設計時經(jīng)常要用到32位的雙字。在32位微處理機系統(tǒng)內，使用32位的雙字進行算術運算，比起16位的微處理機其運送精度大為提高。32位的數(shù)據(jù)可以以浮點形式和整數(shù)形式表示非常大的數(shù)或非常小的數(shù)。,2005年1月,版權所有天津大學電子信息工程學院課件制作組,5.四字(QuadWord)所謂四字，就是由2個32位的雙字、或者說是由4個16位二進制數(shù)、或者說是由8個字節(jié)、或者說是由64位二進制數(shù)據(jù)組成，1四字=2個雙字=4個字=8個字節(jié)=64個bit，它可以存放非常大數(shù)據(jù)。它是由連續(xù)存放的8個相鄰的字節(jié)、或者說是由4個相鄰的字組成，可以滿足非常高精度的需要。,2005年1月,版權所有天津大學電子信息工程學院課件制作組,1．4．2表示存儲器容量的計量單位,在微處理機系統(tǒng)內，存儲器容量的大小通常是以字節(jié)數(shù)量的多少表示。目前常用的計量單位有3種，他們分別是KB、MB、GB、TB。1．KBKB是kilobyte的縮寫，是千字節(jié)的意思，其中K表示千，B表示字節(jié)。相當于10的3次方，即103=1024。用二進制表示則相當于2的10次方，即210=1024，要用10位二進制數(shù)表示。在16位微處理機系統(tǒng)內，常用K作為存儲容量的量度單位。目前常用K作為文件大小的量度單位。在以Pentium為平臺的32位微處理機系統(tǒng)內，它的高速緩沖存儲器Cache的容量常用KB量度。,2005年1月,版權所有天津大學電子信息工程學院課件制作組,2．MBMB是megabyte的縮寫，是兆字節(jié)的意思，其中M表示兆，B表示字節(jié)。相當于10的6次方，即106=1024K=10241024。用二進制表示則相當于2的20次方，即220=1M=1024K，要用20位二進制數(shù)表示。目前，在以Pentium為平臺的32位微處理機系統(tǒng)內，它的存儲器容量常用MB量度。像在以Pentium4為平臺的微處理機內，存儲器配置通常為128MB、256MB或512MB不等。,2005年1月,版權所有天津大學電子信息工程學院課件制作組,3．GBGB是gigabyte的縮寫，是吉字節(jié)的意思，其中G表示1024M，B表示字節(jié)。相當于10的9次方，即109=1024M=10241024K=102410241024。用二進制表示，則相當于2的30次方，即230=1024M=10241024K，要用30位二進制數(shù)來表示。目前，在以Pentium為平臺的32位微處理機系統(tǒng)內，它的硬盤存儲器容量常用GB量度。像在以Pentium4為平臺的微處理機內，配置的硬盤存儲器通常為20GB、40GB或80GB不等。,2005年1月,版權所有天津大學電子信息工程學院課件制作組,4．TBTB是terabyte的縮寫，是太拉字節(jié)的意思，其中T表示1024G，B表示字節(jié)。相當于10的12次方，即1012=1024G=10241024M=102410241024K=1024102410241024。用二進制表示則相當于2的40次方，即240=1024G，要用40位二進制數(shù)來表示。目前，在以Pentium為平臺的32位微處理機系統(tǒng)內，它的虛擬存儲容量可用TB量度。像在以Pentium為平臺的微處理機內，它的虛擬存儲空間可達64MMB=641024K1024KB=6410241024MB=641024GB=64TB。,2005年1月,版權所有天津大學電子信息工程學院課件制作組,1．4．3．編址與尋址,微處理機系統(tǒng)內的存儲器，說到底是由一個個存儲單元組成的，為了對存儲器進行有條不紊的操作和高效的管理，給每個存儲單元都編上一個號，也就是說給每一個存儲單元都分配一個地址碼，俗稱給存儲器地址“編址”。經(jīng)過編址之后的存儲器在邏輯上就形成了一線性地址空間，在這種情況下，存儲器中就可以存放各種各樣的信息了。微處理機在進行數(shù)據(jù)的存取操作時，首先要給出欲存取數(shù)據(jù)的地址，然后再由硬件的地址譯碼部件找到數(shù)據(jù)所在的存儲器地址，這樣一個過程被稱之為“尋址”。只有找到數(shù)據(jù)所在的存儲器地址，才可以存取所需的數(shù)據(jù)。,2005年1月,版權所有天津大學電子信息工程學院課件制作組,1.5微處理機主要性能指標,衡量一臺微型計算機好壞的主要技術指標如下：（1）字長字長是指微型計算機能直接處理的二進制數(shù)的位數(shù)。字長越長，運算精度越高，功能越強（支持的指令越多），主存容量可以越大。字長一般是字節(jié)的倍數(shù)。目前微機的字長以32位為主，高檔微機將會很快發(fā)展到64位。（2）主頻主頻是指微型計算機中CPU的時鐘頻率。主頻的大小在很大程度上決定了微機運算的速度。主頻的單位是MHz（兆赫）。例如80386的主頻為20～50MHz，80486機的主頻為25～100MHz，Pentium（奔騰）的主頻為66～750MHz，目前Pentium4的主頻可高達3GHz以上。,2005年1月,版權所有天津大學電子信息工程學院課件制作組,（3）內存容量內存容量是指微型計算機所能存儲信息的字節(jié)數(shù)。內存容量越大，能存儲的信息就越多，運行的軟件功能就越豐富，信息處理能力就越強，目前微機的內存容量從128ＭＢ到512ＭＢ，甚至多達1GB。（4）存取周期微型計算機內主存完成一次讀/寫操作所需的時間稱為存儲器的存取時間，連續(xù)進行兩次讀/寫所需的最短時間稱為存儲器的存取周期。存取周期越短，則存取速度越快。存取周期的大小影響計算機的運算速度。（5）運算速度運算速度是指微機每秒所能執(zhí)行的指令條數(shù)，單位用MIPS（百萬條指令/秒）。因此執(zhí)行不同類型的指令所需時間不同，因此用各種指令的平均執(zhí)行時間及相應指令運行的比例綜合計算，作為衡量運算速度的標準。目前微機的運算速度已達200～3000MIPS，甚至更高。,2005年1月,版權所有天津大學電子信息工程學院課件制作組,1．6RISC和CISC,1．6．1復雜指令系統(tǒng)計算機—CISC學過匯編語言的都知道，每一種CPU都有屬于它自己的指令系統(tǒng)。CPU正是通過執(zhí)行一系列的特定的指令來滿足應用程序的某種要求。某一系列的CPU，如Intelx86系列機，為了增加新的功能，就必須增加新的指令；另一方面，為了保持向上兼容，又必須保留原有的指令。每條指令又有若干個不同的操作字段，用來選擇要操作的數(shù)據(jù)類型和存放的位置(是在寄存器中還是在內存儲器中)。這就意味著一個較大的指令系統(tǒng)和復雜的尋址技術。即所謂“復雜指令系統(tǒng)計算機”(CISC)。由于超大規(guī)模集成電路VLSI技術的日臻成熟，計算機硬件的成本不斷下降，而軟件成本卻在不斷地上升，為了進一步提高操作系統(tǒng)的效率和微機的性能，就要在指令系統(tǒng)中增加更多的指令和功能更強的復雜的指令。而且還要盡可能的使指令系統(tǒng)與高級語言的語義相近，以便于編譯程序對高級語言的編譯和進一步地降低軟件成本。另外，為了使新的微機與它的前輩機在軟件上兼容，指令系統(tǒng)則只能擴充，而不能減去任何一條指令，因此使得Intel系列微機的指令系統(tǒng)越來越復雜。像在Pentium微處理機指令系統(tǒng)內不僅繼承下它的前輩機的所有指令，而且又增加了Cache的指令和諸如8字節(jié)比較和交換等指令，指令數(shù)達300余。,2005年1月,版權所有天津大學電子信息工程學院課件制作組,1．6．2精簡指令系統(tǒng)計算機—RISC,“精簡指令系統(tǒng)計算機”(RISC)的核心思想則是通過簡化指令來使計算機的結構更加簡單、合理，從而提高CPU的運算速度。解決途徑就是減少微處理機指令總數(shù)和減少指令操作的時鐘周期數(shù)。經(jīng)過當時的技術比較測試表明，處于同樣工藝水平的芯片，RISC的運行速度要比CISC快3-5倍。經(jīng)過對CISC體系結構計算機的深入研究之后，得出著名的“8020結論”：即在CISC指令系統(tǒng)的計算機中，20%的指令在各種應用程序中的出現(xiàn)頻率占整個指令系統(tǒng)的80%。基于這一研究，他們提出了RISC計算機。并使其迅速走紅IT界，大有“山雨欲來風滿樓”的趨勢。RISC的出現(xiàn)打亂了Intel的發(fā)展計劃。是繼續(xù)沿襲x86的CISC體系結構、還是另辟蹊徑開發(fā)RISC類微處理機芯片，曾進行過激烈的爭論，公司決定雙管齊下，在繼續(xù)開發(fā)CISC芯片的同時，投入大量的人力物力著手研制RISC類微處理機芯片。一方面，公司繼續(xù)執(zhí)行自己的戰(zhàn)略計劃，開發(fā)x86的下一個版本—80486；另一方面，則著手研制自己的RISC芯片--860。,