微型计算机技术 主讲教师：张德煌 三峡大学计算机科学与技术系 6455283 6392292

学习目标与要求： 使学生获得计算机硬件技术的基础知识、基本思想和基本方法技能，培养学生利用计算机硬件为主、从硬件与软件的结合上处理问题的思维方式和分析、解决本专业领域问题（或一般实际问题）的初步能力，为进一步学习和应用相关方面的新知识、新技术打下必要基础。 全面学习掌握以Intel 8086为CPU的微处理器、存储器系统、I/O接口、中断系统、DMA系统、可编程接口芯片、总线系统及常规外设系统。 要求：通过学习，有初步 系统设计/扩展能力 实际动手能力 工程实践能力 创新思维能力 自我学习能力

特点 知识单元和知识点多，而学时数相对少 理论性系统性和工程性实践性都很强 数学推导、证明少，逻辑推理、判断多 所以既好学，又难学

教材: 参考教材: 《微型计算机技术》，孙德文主编，高等教育出版社 雷丽文《微机原理与接口技术》电子工出版社出版 马群生《微计算机技术》清华大学出版社 杨素行《微型计算机系统原理及应用》清华大学出版社 姚燕南《微型计算机原理》西安电子科技大学出版社 刘乐善《微型计算机接口技术原理及应用》华中科技大学出版社 《80X86/Pentium处理器硬件、软件及接口技术教程》，（美）WALTER A.TRIEBEL 著，王克义等译，清华大学出版社

教学环节: 课堂教学：约54学时 讲 授：第一、二、三、四、五、六、七、八章 上机实验：不少于10小时，要求完成实验教程中的5个基本 实验。 讲 授：第一、二、三、四、五、六、七、八章 上机实验：不少于10小时，要求完成实验教程中的5个基本 实验。 作 业：每次课后布置作业，每周批改一次。

1．1关于微型计算机的简单介绍 计算机的五大部分： 运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。 系统总线 内存储器 控制器 运算器 2、微处理器（Microprocessor）运算器和控制器集成在一块集成电路芯片上。 中央处理器 (微处理器) CPU(MPU) 一、定义 1、CPU（Central Processing Unit）——运算器和控制器，称为中央处理器。 接 口 大容量 外存储器 输入设备 输出设备

3、微型计算机（Microcomputer）以微处理器为核心，配以内存、输入输出（I／O）和相应的外围设备（如打印机、显示器、磁盘机和磁带机等）而构成的裸机。 4、微型计算机系统（Microcomputer System）微型计算机配以系统软件和应用软件而构成的系统。

二、微处理器、微型计算机、微型计算机系统关系 运算器 控制器 寄存器组 微处理器 内存贮器 输入输出接口 微型计算机 输入输出设备、电源、机箱等 系统、及应用软件 微型计算机系统

三、计算机、微处理器发展简况 计算机得益于是微电子技术的发展，一般分四个价段。 第一代：电子管计算机 第一台计算机ENIAC ，1946年在美国问世。 150吨、150KW、二层楼高。 第二代：晶体管计算机。 第三代：中小规模集成电路计算机 第四代：大规模集成电路计算机 微型计算机是第四代计算机，随集成电路工艺和计算机技术的发展而发展。

第一代，1971年开始。4位和低档8位微处理器的时期，其典型产品有： 71年 10月，Intel 4004（4位微处理器） 72年3月，Intel 8008。集成度 2000个管／片，PMOS工艺，10μm光刻技术。

第二代，1973年开始。8位微处理器时期，典型产品有： 73年，Intel： Intel 8080 74年3月 Motorola：MC6800；MC6502 75、76年 Zilog： Z80 ；

第二代，1973年开始。8位微处理器时期，典型产品有： Intel 8085集成度为5400管子／片，6μm光刻技术。

第三代，1978年开始。16位微处理器时期，其典型产品有： 78年．Intel 8086 首个16位机、20位地址线、1M地址空间。

第三代，1978年开始。16位微处理器时期，其典型产品有： 79年，Zilog：Z8000 Motorola：MC68000 Intel 80286 集成度为68000管子／片，3μm光刻技术。 数学协处理器80287 80287

80386 第四代，1981年开始，32位微处理器时期，其典型产品有： 83年 Zilog: Z80000 84年 Motorola: MC68020 85年 Intel: Intel 80386， 集成度 27.5万管子／片，1.2μm光刻技术。 80386后出现了许多高性能的 32位微处理器。 数学协处理器80387 80387

第四代，1981年开始，32位微处理器时期，其典型产品有： 89年 Intel公司 Intel80486， 89年 Motorola公司MC68030，MC68040 集成度都已超过100万管子／片， 主振频率达25－120MHz。

第四代，1981年开始，32位微处理器时期，其典型产品有： 93年 Intel Pentium 集成度都已超过100万管子／片，主振频率达 200MHz。

95年，Pentium Pro（高能奔腾）集成度达550万／片，同片L2Cache256KB。 PC机的主流芯片Intel 80X86系列 95年，Pentium Pro（高能奔腾）集成度达550万／片，同片L2Cache256KB。 97年， Pentium MMX（多能奔腾、简称 MMX）。 80386后32位微处理器的发展进入鼎盛时期

97年5月， Pentium II（PII）MMX指令集的 Pentium Pro，Slot1接口。 片上同频32K LI Cache，板上1/2主频 512K L2 Cache，兼容MMX，外频 100M。 99年3月， Pentium III，片上同频32K LI Cache和 512K L2 Cache，兼容MMX，新增70条指令SSE（Streaming SIMD Extensions），其外频为 100M，并向 133MHz外频发展。 80386后32位微处理器的发展进入鼎盛时期

Old Celeron Celeron

2001年，Pentium IV（奔腾IV，P4）主时钟达2000MHz 2002年，P4主时钟已达2800MHz。 2003年，3.06GHz的P4，采用了超线程（HT）技术，在一颗物理核心中整合了两颗逻辑核心，大大提高处理器的效率 。在高负载的多任务应用中能显出其效能。 不久将推出64位机，进入一个新的微处理机的发展时代。 80386后32位微处理器的发展进入鼎盛时期 首款支持超线程处理器：Pentium 4 3.06GHz

0.09微米光刻工艺，三级缓存，其中一级缓存与二级缓存都是装载于核心内部，容量分别为32KB与96KB。三级缓存容量达到了2MB或4MB。 64位机，进入一个新的微处理机的发展时代。 Itanium(安腾) Intel的第一款64位处理器 0.09微米光刻工艺，三级缓存，其中一级缓存与二级缓存都是装载于核心内部，容量分别为32KB与96KB。三级缓存容量达到了2MB或4MB。 80386后32位微处理器的发展进入鼎盛时期

工作频率为2.2GHZ，集成1MB L2 CACHE，Socket754封装 64位机，进入一个新的微处理机的发展时代。 Hammer 3400+ AMD第一款64位处理器 0.13微米或90纳米光刻工艺 工作频率为2.2GHZ，集成1MB L2 CACHE，Socket754封装 80386后32位微处理器的发展进入鼎盛时期

技术俗语： 主频 ：CPU内部时钟频率，运算时的工作频率。 外频 ：系统总线的工作频率，具体是指CPU与芯片组之间的总线速度。 倍频 ：CPU主频的计算方式为：主频 = 外频 × 倍频。

技术俗语 缓存（Cache） ：存储CPU经常使用的数据、指令的高速存贮器。可分一级缓存和二级缓存。 一级缓存（L1）：集成在CPU内部，CPU处理数据过程中数据和指令的暂时保存，与CPU同频。486的8K到当今的32K 二级缓存（L2）：在CPU外部放置一高速存储器。分同频和不同频。CPU读取数据时，先L1再L2，然后内存，最后是外存储器。

几个技术俗语： 光刻精度：微米（μm），精度越高，连接线也越细，集成度越高，功耗越小。现已达0.13 μm。 MMX：（MultiMedia Extensions，多媒体扩展指令）第一代SIMD指令集，可以增强浮点和多媒体运算的速度。 SSE：(Streaming SIMD Extensions，单一指令多数据流扩展) 第二代SIMD指令集，有70条指令。

微型计算机的分类 按组装形式和系统规模划分，常见的微型计算机有单片机、单板机和个人计算机。 单片机：“微控制器”（Micro controller）或“嵌入式计算机”（Embedded Computer）。将CPU、RAM、ROM、I／0接口、模拟／数字（A／D）和数字／模拟（D／A）转换器集成在一个芯片上的计算机。 常用的单片机：Intel MCS－51系列（8031、8051、8751） Intel MCS—96系列（8096、8796、 8098） 单板机：将CPU、RAM、I／0接口、模拟／数字（A／D）和数字／模拟（D／A）转换器以及监控ROＭ程序等安装在一块印刷电路板上构成的计算机系统。 Intel 8086为 CPU的 TP－86，Z80 CPU的 TP—801等等，广泛应用于生产过程的实时控制及教学实验。 个人计算机：（Personal Computer）由微处理器芯片装成的、便于搬动而且不需要维护的计算机系统。 第一台个人计算机，1977年推出的Apple II；1981年IBM推出的IBM－PC（8086）；1984年继续推出增强型的IBM－PC／AT机（80286）。

课后作业： P6 1.1 1.2 1.3