Presentation is loading. Please wait.

Presentation is loading. Please wait.

第一章 微型计算机系统概述 1.1 计算机的发展与应用 微型计算机的发展与分类 微型计算机的应用

Similar presentations


Presentation on theme: "第一章 微型计算机系统概述 1.1 计算机的发展与应用 微型计算机的发展与分类 微型计算机的应用"— Presentation transcript:

1 第一章 微型计算机系统概述 1.1 计算机的发展与应用 1.1.1 微型计算机的发展与分类 1.1.2 微型计算机的应用
微型计算机的发展与分类 微型计算机的应用 1.2微型计算机系统的构成 微型计算机的硬件系统 微型计算机的软件系统 1.3 PC机系列体系结构 基于8088 PC总线的微机结构 基于80286 ISA总线的微机结构 基于80386 ISA总线的微机结构 基于80486 EISA总线的微机结构 基于Pentium ISA/PCI总线的微机结构

2 1.1 计算机的发展与应用 人类第一台数字电子计算机:1946 年,美国宾夕法尼亚大学研
制出。取名为:ENIAC(Electronic numerical integrator and calculator)。 由著名数学家:冯·诺依曼,推出了新的计算机系统结构,提出采 用二进制、存储程序及在程序控制下执行的理念 。 第一代:1946年-1957年。 器件:电子管,磁芯和磁鼓存储器。 软件采用:机器语言和汇编语言,没有OS。 内存容量:仅为几KB。 运算速度:每秒5000 次的加法运算。 体积:非常非常庞大,用6楼计算机大楼。造价昂贵 性能:非常非常很差

3 采用集成电路:内存采用磁芯和半导体,磁盘外存 运算速度:可达每秒几十万次到每秒几百万次; 体积:更进一步大大减小、只用1个大房间。
第二代:1957年-1965年 采用晶体管:磁芯内存,磁盘外存,内存容量增至几十KB 运算速度:每秒十万次。 体积:大大减小,用1层楼,计算机中心。 造价:价格降低、昂贵。 性能:大大提高。 软件采用高级言:COBOL、FORTRAN、ALGOL 等高级高级语言。 第三代: 1965年-1971年 采用集成电路:内存采用磁芯和半导体,磁盘外存 运算速度:可达每秒几十万次到每秒几百万次; 体积:更进一步大大减小、只用1个大房间。 价格更低。 软件:广泛采用了操作系统 。

4 第四代:1971年-现在 采用:超)大规模的集成电路。 微机诞生:1972年,4004, INTEL,BILL.盖次 运算速度:每秒上亿次的浮点运算 除了操作系统广泛采用外,产生了网络操作系统,数据库管理系统。

5 1.1.1微型计算机的发展及分类 1.微型计算机的发展 第一代(1971年-1972年):
71 年推出了 4 位低档微机,其代表产品有 Intel 4004 72 年推出了 8 位 Intel 8008。 只有 48 条指令,时钟频率 500KHz;集成度每片 3500个晶体管。 第二代:1973年-1977年 推出 8 位中高档微机, Intel 公司代表产品 8080、8085 Motorola 公司的 M6800 Zilog 公司的Z80。

6 第三代:1978年-1984年 推出 16 位微机 Intel 公司代表产品 8086/8088 Motorola 公司的 M68000 Zilog 公司的 Z8000。 1981年著名的 IBM 公司,推出了 IBM/PC/XT 1984 年将之扩展为 IBM/PC/AT(Advance Technology) 1984 年 Intel 公司推出了新的一代 16 位 微处理器。

7 第四代: 1985年-1999年 1985 年 Intel 公司推出了32位的 微处理器 每片的集成度每片达 27.5 万晶体管 运行速度:每秒完成 500万指令(MIPS) 1989 年 Intel 公司推出了80486 微处理器 每片的集成度达 25 万晶体管 1993 年 Intel公司推出了 Pentium 芯片 每片的集成度达 310 万晶体管 运行速度:每秒完成 90MIPS 指令 1995 年 Intel 公司推出了Pentium Pro 芯片

8 每片的集成度达 550 万晶体管 其内装有125KB/512KB高速缓存 CACHE 运行速度每秒完成 300MIPS 指令 1996 年将多媒体技术 MMX 用于 Pentium,推出多能奔腾芯片MMX Pentium; 1997 年又将 MMX 技术用于 Pentium Pro,推出 Pentium II 1999 年 Intel 公司,推出了 Pentium III; 2000 年 3 月推出 Pentium 4。 第五代 2000年-现在, 新一代 64 位的微处理器芯片已经诞生。

9 2. 微型计算机的分类 常见的分类方式生要有 4 种:
按字长来分:8 位微机,16 位微机,32 位微机和 64 位微机。 按用途来分:自动控制机和数据处理机。 按芯片型号分: 286 微机,386 微机,486 微机和 Pentium微机。 按组装的形式分:单片机,单板机和多板机。

10 (1)单片机: 将 CPU 、RAM、ROM、定时器、并行接口、串行接口、有的芯片还集成了 A/D、D/A 转换电路,集成在一块大规模集成电路的芯片上,这个芯片就是一台微型机器,简称为单片机。 其程序一般固化在 ROM 中直接运行; 一般采用标准总线和总线插板组成方式,由厂方提供大量的系列化的总线功能模板,供用户自己选择; 主要用于工业自动化控制,仪器仪表及家用电器。 产品有Intel 公司的 MCS8051、8096P; Motorola 公司的 MC68HC05、MC68HC11 等。

11 (2)单板机: CPU、存储器、I/O 接口及简单输入输出设备(主要是指小键盘和 LED)装在同一块印刷电路板上而组成的一台微型机器,简称为单板机。 有简单的 I/O 设备; 用机器语言、汇编语言进行编程 常用于一些较为简单的控制系统和进行教学 用Z80 芯片装配成 TP801,国内常见。 (3)多板机: 将 CPU、存储器、I/O 接口、驱动电路、电源分别制作成不同的印刷电路板,将这些电路板插在主板上的插槽上,由系统总线相连,所构成的计算机系统。 多板机的应用程序、系统程序,存放在硬盘上 功能很强,广泛应用的多板机有:IBM PC/XT、IBM PC/AT,PC286、PC386、PC486、Pentium系列。

12 微型计算机的应用 1. 科学计算和数据处理 科学研究领域,如卫星轨道的计算、天气预报和地震勘探; 工程设计,如大水坝的设计;社会经济管理,如进行经济普查; 2. 生产控制和试验控制 工农业生产的自动化,国防、交通实时监测、控制和管理,利用 计算机可大大地高生产效率。 3. 计算机辅助设计 飞机制造、机械制造、建筑工程设计、集成电路设计,这些 复杂的设计活中,使用计算机来进行辅助设计可以极在地提高设计的 效率,提高质量,提高自化的水平。 4. 办公自动化 政府事业单位、军队部门的信息化,企业的材料管理、生产管理, 金融系统贷业务、证券市场的电子化,采用计算机和计算机网络技术, 可实现管理的自动化和无纸化。

13 多媒体的教学已经成为学校进行教学的一个重要手段,网络教学、网络医疗网络会议都是计算机和计算机网络技术的应用。 6. 娱乐
5. 文化教育 多媒体的教学已经成为学校进行教学的一个重要手段,网络教学、网络医疗网络会议都是计算机和计算机网络技术的应用。 6. 娱乐 多媒体技术在电影电视节目的设计、制作、合成,是计算机应用的很好事例。 返回本章目录

14 1.2 微型计算机的系统构成 1.2.1 微型计算机的硬件系统 微型计算机的硬件系统的构成框图,包括微处理器 CPU 子系统、
系统总线、存储器、I/O 接口及 I/O 设备,见图 。 1. 微处理器子系统 微处理器(MPU)也称为中央处理机 CPU,采用大规模集 成电路技术制作的芯片,CPU 内有控制器、运算器和寄存器;CPU 执行指令、进行运算、控制协调整个微机系统。 2. 存储器 用来存放程序和数据信息,分为主存储器(内存)和辅存储 器(外存);主存由半导体制成,存放当前正在执行的程序、数据 和已经处理过的数据,它造价高、速度快、容量小;辅存包括硬盘 和光盘,用来存放暂不运行的程序和暂不处理的数据,它造价低、 速度慢、容量大,可长期保存。

15 3. I/O 设备,见图1.1 输入设备和输出设备简称为 I/O 设备,也称为外围设备或外设, 是微机进行输入和输出的工具和手段;通常微机配制标准的 I/O 设 备,包括显示器 CRT 和键盘,合称为控制台;微机上可选配鼠标、 打印机、绘图仪、扫描仪等,作为外存的硬盘可看成输入设备,也可 看成输出设备。 4. I/O 接口 众多的外部设备,其工作速度差别很大,其驱动的方法不相同, 无法直接与 CPU 进行连接,它们必须通过 I/O 接口电路来与CPU 相连。I/O 接口的作用:在外设与 CPU 之间进行数据缓冲,配匹速 度,变换信号;各种外设接口,均作成相应的电路插板,俗称 “卡”。 通常所说的显卡、声卡、打印卡。

16 系统软件本身不能解决用户自己的应用问题,人们针对某项应 用所编制的,解决用户实际问题的程序;如财会软件。 2. 系统软件
微型计算机的软件系统,见图1.2 1. 应用软件 系统软件本身不能解决用户自己的应用问题,人们针对某项应 用所编制的,解决用户实际问题的程序;如财会软件。 2. 系统软件 系统软件最重要的当属操作系统 OS (Operating System),基 本作用是:负责管理整个系统的全部资源(指硬件资源和软件资源),具体为 CPU、微机的软件系统由系统软件和应用软件组成。存储器、I/O 设备等硬件资源,管理文件、目录、任务、进程等软件资源;方便用户,用户通过操作系统提供的各种功能来使用计算机,而不需要熟悉计算机的硬件。 操作系统通常由生产厂家提供,如早期的单用操作系统 MSDOS,多用户的 UNIX 和基于图形用户界面的 Window。

17 系统软件中还有语言处理程序,计算机语言是使用者与计算 机之间进行交流的工具;人们将要计算机来完成的事件编写成程序输
入给计算机;计算机通过执行用户的程序来完成用户的工作。其中广 泛使用的语言有 C 语言、VB、VC、Java 等,机器只能运行机器语 言。 返回本章目录

18 1.3   PC 机系列体系结构 基于 8088 PC 总线的微机结构 8088 微处理机,作为第一代机的 CPU,通过地址总线、数据总线和控制总线对整个机器进行调试和控制,其体系结构,如图 1.3 。 处理器:采用 4.77M 的工作频率,该频率通过 8284 对 MHz 的晶体振荡 3 分频而得到的;每个时钟周期 210nm。 协处理器:8088 在最大模式下可配接 8087协处理器用来进行浮点运算,使浮点运算速度提高 100 倍。 3. 存储器:64K 的 ROM 早期存放 32K 的 Basic 解释程序,另 32K 固化 BIOS,包括上电自检程序、系统引导程序、日时钟管理程序和基本的 I/O 设备的驱动程序 4. RAM 内存:IBM PC/XT 的主板上可接插 640K 的内存。 /8254 可编程定时计数器:该片提供 3 个通道。通道 0 每 55ms 向 CPU 发一个时钟中断信号,通过计数,用来计算时 钟的时间;通道1 用于 DRAM 的刷新;通道2 输出方波到扬声器。

19 负责对外部的中断进行优先排队,将最高级中断求发向 CPU 。 7. 8250 串行通信控制器:实现串行到并行,并行到串行的转 换。
见图1.3。 可编程的中断控制器:用于 8 级中断优先权的控制, 负责对外部的中断进行优先排队,将最高级中断求发向 CPU 。 串行通信控制器:实现串行到并行,并行到串行的转 换。 DMA 控制器:提供有 4 个通道起先高速数据传送。 通道0 用于动态存储器的刷新;通道1 留给用户;通道2 用于 软盘与内存的 DMA 传送;通道3 用于硬盘与内存的 DMA 传送。 并行接口:提供 3个 8 位的并行端口。 A 端口用于读取键盘按键的扫描码。B 端口用于控制,包括键 盘接口电路的串行并行之间的转换和扬声器的发声。C 端口用于读 取系统状态,包括系统配置信息;如内存容量、显示器的类型、软 盘驱动器的个数等。 10. I/O 扩展槽:PC/XT 上有 8 个 62 线的扩展槽。

20 1.3.2 基于 的 ISA 总线的微机结构 PC/AT 为 PC/XT 的扩展型,采用 作 CPU,80286 微处理器有 24 根地址线,物理寻址空间 64K,16 根数据线;软 盘驱动电路作在主板上,可选择 5.25 英寸的软盘驱动 3.5 英寸的 软盘驱动器、20M 以上的硬盘驱动器;其体系结构见图1.4 。 1. 数字运算协处理器 :进行浮点运算。 2. 定时控制器 8254:有 3 个 16 位的定时计数通道。 3. 中断控制器重 8259:两个联级可管理 15 个外中断源。其 中 IRQ0 级中断分配给 定时器0,用来维持系统时钟的运行;IRQ1 级中断用于键盘;IRQ8 用于实时时钟,IRQ13 级用于协处理器。 其余的中断连到 I/O 通道,如 IRQ3 用于串行口 COM1;IRQ4 用 于串行口 COM2;IRQ7 用于打印机。

21 见图1.4 4. DMA 控制器8237:PC/AT 微机,在PC/XT 的基础上又连了一个DMA 控制器,又得到了3个DMA通道:即 通道5-通道7,支持16位的数据 DMA传送;而其它通道仍用于8位数据的DMA传送。 5. CMOS 芯片:采用 Motorola 公司生产的 M 芯片,其内含的实时时钟为系统提供年、月、日、星期、时、分、秒信息;防止丢失信息保证实时时钟的准确性,该芯片由后备电池供电。 6. 内存:系统板上安装了 256K 或 512K 的 RAM,以后扩展为 640K。 7. ROM BIOS:系统板上安装了64K 的 ROM,可扩展到128K 。 8. I/O 扩展槽:为保持与 PC 机的兼容性,保留了原来 62 线的总线插槽,在插槽的另一端增加了36 线,新插槽,合拼成 98 线的称为 “AT总线”,就是 ISA 总线。这样在 即 AT 的主板上有 6 个 98 线的 ISA 总线,有 2 个 62 线的 XT 总线。 9. 并行接口:没有采用 8255 芯片,为保持与 PC/XT 的兼容,键盘接口电路由 8042 微控制器;系统信息由 CMOS ROM 芯片提供。

22 1.3.3 基于 的 ISA 总线的微机结构 采用了 Intel 公司的 微处理器的80386机器,80387协处理器用于浮点运算;采用 ISA 总线来连接系统中的各个部件;具有高速缓冲器 CACHE,采用一组多功能芯片代替原来的单功能的接口控制芯片;80386 微机体系结构见图1.5 1. 采用 ISA 总线: 代替原来的 PC 总线,性能上兼容 PC/AT总线,并且是一个公开的总线协议。 2. 系统系统芯片由几个多功能芯片组成: 芯片组代替PC/XT机中的多个单功能芯片组;由 85C320AT 总线信号控制器、85C310 Cache 存储器控制器、85C330 数缓冲器、82C206 集成外围控制器组成的芯片组。 3. 支持 24 位地址线,16 位数据线: 15 级硬件中断、7 个DMA 通道。

23 4. 采用单列式 SIMM 存储组件: 进行封装的动态存储器作为内存条,主板支持单条 256K、1M,总容量可达到 16M。
见图1.5。 4. 采用单列式 SIMM 存储组件: 进行封装的动态存储器作为内存条,主板支持单条 256K、1M,总容量可达到 16M。 微机有 8 个 8位的扩展槽:6个 6位的扩展槽。 6. 核心逻辑芯片: 将 CPU 的局部总线与 ST/ISA、XT 总线进行隔离,速度慢的 ROM BIOS 、键盘、鼠标连接到系统核心逻辑上,高速的主存储、高速缓存 Cache 直接连接到 CPU 的局部总线上,核心逻辑将 2 个 DMA 控制器 8237 以级联方式组合,2 个中断控制器也以级联方式组合。

24 1. 总线:时针为 8M,总线宽度 32 位,最高的数据传输率为33M 。
1.3.4 基于 的 EISA 总线的微机结构 80486 微机采用了 Intel 公司的 微处理器,内集成了协处理器 80387,前期采用总线 ISA 其结构,后来采用了EISA (扩展的工业标准结构) 总线标准,功能上、电气上能连接PC/XT 微机、PC/AT 微机的 ISA 总线相兼容,其体系结构框图见图1.6。 1. 总线:时针为 8M,总线宽度 32 位,最高的数据传输率为33M 。 2. 采用单列式存储器组件: SIMM 封装的 DRAM 内存条,支持 256K、1M 、4M 的单条。 3. 采用一组多功能芯片: 系统系统芯片由几个多功能芯片组成的芯片组,代替 PC/XT 机中的多个单功能芯片;由 82C461、系统控制器、82C362 总线控制器、82C465 Cache 控制器等集成外围控制组成芯片组。 采用单项列式存储器: 组件 SIMM 封装的动态存储器内存条,支持单项条256KB、1MB、4MB,总容量可达32MB。

25 见图1.6 5. 机内除有多个 ISA 总线标准 8位、16 位扩展槽外。还有多个 EISA 标准的 32 位扩展槽;VESA 总线插槽较贵,一般用于高档的微机和服务器中。 6. 地址线支持 32位: 可寻址 4GB 的存储空间,也支持64KB的 I/O 端口寻址,支持 11级中断, 7. 32 位数据线: 支持 8位、16位、32 位的数据存取。

26 1.3.5 基于 Pentium 的 ISA/PCI 总线: 南桥北桥的微机体系结构
Pentium 机的体系结构,改变了主板的结构,使微机体系结构发生了根本性的变化,根据各个部件处理、传输信息的速度,采用了3级总线结构:CPU总线、局部总线(PCI)和系统总线(ISA)。 CPU总线 64 位数据线,32 位的地址线,66MHZ (或者100MHZ) 的总线时钟频率;局部总线(PCI)为 32 位(或 64 位)数据/地址 分时复用同步总线,通过北桥芯片与速度更高的 CPU 相连;系统总线为 16 位数据线,20 位地址线。系统总线为 16 位数据线,20 位地址线;这种设计提高了微机的性能。桥路芯片起到了速度缓冲、电平转换和控制协议的转换作用;Pentium 微型机系统结构框图 见图1.7 。 1. 南桥芯片 82371:与 IDE 接口、ISA 总线等低速设备相连,南桥芯片用来管理系统中的低速设备。

27 2. 北桥芯片 82439HX:与 CPU、内存、L2(二级高速缓存)CACHE、局部总线等高速设备相连,南桥芯片用来管理系统中的高速设备。
见图1.7。 2. 北桥芯片 82439HX:与 CPU、内存、L2(二级高速缓存)CACHE、局部总线等高速设备相连,南桥芯片用来管理系统中的高速设备。 3.有一个 IDE 接口,一个 USB 接口,一个红外线接口:这种结构设计,即使微处理器及局部总线发生了变动,只需改变北桥芯片,而不影响众多的外围芯片系列。 本章结束返回目录

28 图1.1 微型计算机的硬件系统组成 返回14 返回15

29 图1.2 微型计算机系统组成 返回16

30 图 PC/XT 微机体系结构图 返回18 返回19

31 图 PC/AT 微机体系结构图 返回20 返回21

32 图 微机体系结构图 返回22 返回23

33 图 EISA微机系统结构图 返回24 返回25

34 图 1.7 典型的Pentium 微机系统结构图 返回26 返回27


Download ppt "第一章 微型计算机系统概述 1.1 计算机的发展与应用 微型计算机的发展与分类 微型计算机的应用"

Similar presentations


Ads by Google