微机原理课程介绍

奔腾处理器支 持计算机更轻 松的集成“现 实 世 界 ” 数 据，如语音、 声音、手写 体和图片等。 晶体管数量： 310 万 速 度 ： 60MHz 、 66MHz
• P54C
¾0.6μm 生 产 工 艺，集成度330万 个晶体管 • 296引脚的交错 式引脚栅格阵列 (SPGA)封装 • 陶瓷管壳 • 工作电压3.3V • 功耗4W
1972年：Intel 8008 世界上第一片8位 微处理器,采用了 10μm生产工艺。 晶体管数：3500个 工作频率：200KHz
1974年：Intel 8080 世界上第一款个人计算机 Altair 的大脑。 晶体管数量： 6000 速度：2 MHz
1976年： Intel 8085， Intel公司生产的最后一 种8位通用微处理器， 8085的工作频率提高到 5MHz，指令系统的指令数 上升到246条。
80486™ 处理器真正 意味着用户 从命令形式 进 入 到 了 “选中并点 击”的计算 机时代。 速度： 25～50MHz
Pentium（奔腾）处理器
按照80X86的逻辑，80486之后的下一个CPU名 字应是80586，但是Intel公司决定不再采用数 字命名，原因是为了保护商标版权，所以 Intel为了获得新一代CPU的商标专利，将其取 名为Pentium，它来源于希腊字“Pente”，其意 思 为 5 ， 现 在 人 们 习 惯 上 也 将 Pentium 叫 做 586，或称作奔腾586，或称P5（Pentium未正 式命名前的称呼）。
RISC出现在80年代，它的含义是简化指令 系统的计算机，它舍弃不常用的复杂指令，并 充分改进频繁使用的基本指令的实际执行效 率，把微程序控制器改为硬连线控制器，加强 寄存器-寄存器操作指令，从而简化了计算机 结构，提高了性能。后来，RISC技术强调优化 流水线技术，使在一个机器周期内完成一个基 本指令的执行。CISC机器上的软件不能在RISC 系统上运行。
1982年：80286 晶体管数：134,000 速度：6～12.5 MHz 80年代中期到90年代 初，80286一直是微型 计算机的主流CPU。在 这一时期，还诞生了 世界上最早的芯片组 （chipsets）。
• 80386（1985年-1988年）
第一个实用的32位微处理器，采用了1.5μm工艺，集成 了275,000个晶体管，工作频率达到16MHz。80386的 内部寄存器、数据总线和地址总线都是32位的。通过 32位的地址总线，80386的可寻址空间达到4GB。这时 由32位微处理器组成的微型计算机已经达到超级小型 机的水平。
• ENIAC的特点：
¾共用18800多个电子管，1500个继电器 ¾重达30吨 ¾占地170平方米 ¾耗电140千瓦 ¾每秒钟运算5000次加法 ¾存储容量小，只能存20个字长为10位的十进制数 ¾用线路连接的方法来编排程序，因此每次解题都要 依靠人工改接连线，准备时间大大超过实际计算时间
第二代晶体管计算机
• 1947年发明的晶体管，比 电子管功耗少、体积小、 质量轻、工作电压低、工 作可靠性好。 • 1954年，贝尔实验室制成 了第一台晶体管计算机 TRADIC，使计算机体积 大大缩小。 • 1957年，美国研制成功了 全部使用晶体管的计算 TRADIC
第三代集成电路计算机
• 计算机的发明是二十世 纪四十年代的事情，经 过几十年的发展，它已 经成为一门复杂的工程 技术学科，它的应用从 国防、科学计算，到家 庭办公、教育娱乐，无 所不在。
2. 微型计算机系统（MCS）
• 以微型计算机为中心，配以相应的外围设备以 及控制微型计算机工作的软件，就构成了完整 的微型计算机系统。 • 微型计算机如果不配有软件，通常称为裸机 • 软件分为系统软件和应用软件两大类。
二、课程要求
本课程对于基础知识和 基础知识 实践环节都具有较高要求。 实践环节 学生通过本课程的学习，应达到以下要求： 掌握有关微型计算机系统的基础知识。 掌握8086/8088系列微处理器的汇编语言及相关 的编程技术。 掌握80X86系列微型机硬件（CPU、定时器、 存储器、中断系统及并行I/O接口）的基本知 识及相关的编程技术。 完成作业及实践环节所规定的设计、编程和调 试任务。
3. 微型计算机的常用术语和指标
• 主频
• 主频也叫做时钟频率，用来表示微处理器的运行速度， 主频越高表明微处理器运行越快，主频的单位是MHz。 • 早期微处理器的主频与外部总线的频率相同，从 80486DX2开始，主频=外部总线频率×倍频系数 • 外部总线频率频率通常简称为外频，它的单位也是MHz， 外频越高说明微处理器与系统内存数据交换的速度越快 ，因而微型计算机的运行速度也越快。 • 倍频系数是微处理器的主频与外频之间的相对比例系数 • 通过提高外频或倍频系数，可以使微处理器工作在比标 称主频更高的时钟频率上，这就是所谓的超频。
一、课程介绍
本课程是非计算机专业的技术基础课，以IBM公 司PC/XT微机及Intel公司16微处理器8086/8088为 核心，重点介绍微型计算机系统的组成、原理、 软硬件技术及典型应用。 软硬件技术及典型应用 本课程主讲内容： 微型计算机系统基础知识 8086/8088微处理器的基本结构及原理 8086/8088微处理器指令系统及汇编语言设计 存储器及其接口技术 输入/输出接口及中断技术
• P55C—Pentium MMX
• 0.35μm 生产工艺， 集成度450万个晶体管 • 塑料管壳交错引脚栅 格阵列(PPGA)封装 • 296引脚 • Socket 7插座—ZIF 插座 • 321个引脚
• MMX的产生目的，是加快影像、语音、通信等 信号的处理。这些信息有其处理上的基本特 性，如需要使用到大量的矩阵运算、多重数据 的同时包装等。 • MMX技术通过新增设的57条控制指令，可以将 处理数据的方式从以前多条指令到现在的单条 指令就可以解决，因此程序的执行效率可以提 高，使CPU的功能更强，来加快CPU处理的效率。
• 计算机流水线(Computer Pipeline)
把计算机的指令或操作分解成一系列可独立执行的 步，并将多条指令或多个操作的步，按流水线方式 重叠执行的一种工作方式。其特点是多条指令或多 个操作并行处理，虽然每条指令或每个操作的执行 步骤并未减少，但从整体看却加快了指令流进程， 提高了整体处理速度。 80年代初出现RISC后，即把流水线技术作为首选技 术，在RISC中最初的目标是每个时钟周期执行1条指 令，后来提出在1个时钟周期执行多条指令的目标， 于是便出现了超流水线（Superpipelined）、超标量 （Superscalar）等体系结构。
四、补充内容
1. 电子计算机的发展
第一代电子管计算机
世界上第一台现代意义的电子计算机是1946年美国 宾夕法尼亚大学设计制造的ENIAC（Electronic Numerical Integrator and Computer,电子数字 积分机和计算机） 这一庞然大物装有 18,000个电子管， 总重量达30吨， 耗资近50万美元， 不过它还没有引入 CPU的概念。
• 第六代X86系列微型计算机： P6 Pentium Pro、Pentium II、 Pentium III （1996年-2000年）
采 用 奔 腾 II 处 理器，电脑用户 可以捕捉、编辑 并通过互联网与 朋友和家人分享 数字图片；为家 庭电影编辑和添 加文字、音乐或 场景转换；采用 视频电话，通过 标准电话线和互 联网发送视频。 晶体管数：750 万 速度：200MHz、 233MHz 、 266MHz 、 300MHz
奔 腾 III 处 理 器 采 用 了 70 条 新 指令—互联网 SIMD 流指令，显 著增强了高级图 像 、 3D 、 音 频 流 、 视频和语音识别 应用的性能。该 处理器专门设计 用于增强互联网 体验，支持用户 浏览光顾现实的 在线博物馆和商 店、下载优质视 频等。处理器采 用 0.25 微 米 技 术制造。 晶体管数：950 万 速度：650MHz 至 1.2GHz
Gordon E. Moore，Intel公司的 创始人之一
1971年：Intel 4004 世界上第一片单片4位 微处理器，世界第一台 微型计算机是1971年的 MCS-4， 就是利用4004 组成的。 寻址空间：4096字节 指令系统：45条指令 晶体管数量： 2,300 速度：108 KHz
1978年：Intel 8086，采用 了3μm工艺，集成了29,000个 晶体管，工作频率为4.77 MHz。它的寄存器和数据总线 均为16位，地址总线为20 位，
1981年8月，IBM 公司推出以8088 为CPU的世界上 第一台16位微型 计算机—著名的 IMB PC，大获成
功,使英特尔顺利 跻身财富 500 强 之列，《财富》杂 志将该公司评为“ 七十大商业奇迹之 一” 。
• 虽然晶体管比起电子管是一 个明显的进步，但晶体管还 是产生大量的热量，这会损 害计算机内部的敏感部分。 1958年发明了集成电路 (IC)，将三种电子元件结合 到一片小小的硅片上。科学 家使更多的元件集成到单一 的半导体芯片上。于是，计 算机变得更小，功耗更低， 速度更快。这一时期的发展 还包括使用了操作系统，使 得计算机在中心程序的控制 协调下可以同时运行许多不 同的程序。
• 微处理器的生产工艺
• 指在硅材料上生产微处理器时内部各元器 件间连接线的宽度，一般以μm为单位，数 值越小，生产工艺越先进，微处理器的功 耗和发热量越小。 • 目前微处理器的生产工艺已经达到0.13μm
4. 微型计算机的发展
• 微型计算机的发展是以微处理器的发展来体现的 • 微处理器的集成度每隔18个月就会翻一番，芯片 的性能也随之提高一倍 ------摩尔定律
• CISC
CISC是复杂指令集计算机（Complex Instruction Set Computer）的英文缩略语。 是指以微程序为基础、具有较复杂指令系统 的计算机。