1、1.3 计算机的基本结构及其整机工作原理,一、计算机的基本结构_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。,内存储器,中央处理器(微处理器)CPU(MPU),二、计算机的整机工作原理,1.运算器的结构和功能包括算术逻辑部件(Arithmetic Logic Unit，ALU)累加器(Accumulator，AL)操作数暂存器及标志寄存器(Flags)。在控制器的控制下直接运算的部件，如算术运算（加、减、乘、除）、逻辑运算（与、或、非、异或）。,2.控制器的结构和功能指令指针IP(Instruction Pointer)指令寄存器IR(Instruction Register
2、)指令译码器ID(Instruction Decode)内存地址寄存器MAR(Memory Address Register)定时与控制部件TC(Timing and Control),二、计算机的整机工作原理,2.控制器的结构和功能计算机将程序中的指令按解题顺序预先存放在内存中。执行程序时把这些指令自动按顺序逐条取出并执行。指令指针IP在程序开始执行时，赋程序的起始地址。然后，IP便自动加指向下一个指令字节地址，保证指令的顺序执行。控制器完成一条指令的全过程需要三个步骤：取指令，取出当前要执行的指令。分析指令，分析确定计算机应进行什么操作。执行指令，发系列控制信号，指挥有关部分完成操作。由此
3、可见，控制器的工作过程就是取指令、分析指令和执行指令的过程。周而复始地重复这一过程，就构成了执行指令序列(程序)的自动控制过程。,1.4 计算机、微处理器发展简况,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。,计算机得益于微电子技术的发展，一般分四个价段。,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。,计算机、微处理器发展简况,微处理器的发展,71年 10月，Intel 4004（4位微处理器）仅用于计算器样品研制，改进型为4040,7
4、2年3月，Intel 8008。集成3500晶体管，10m光刻技术。16K寻址空间，主频200K,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：,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主频：2M，寻址64K，首个个人微机Altair8800(牛郎星）其BASIC语言由比尔盖茨开发。,Intel 8085集成度为5400管子片，6m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6月发布Intel 8086 79年发布Intel 8088、20位地址线、1M地址空间。81年8月首个16位机
5、IBM PC5150，8088CPU，16K内存、160K5.25软驱、11.5英寸单显。价格3045美元。,79年，Zilog：Z8000 Motorola：MC6800082年，Intel 80286集成度为68000管子片，3m光刻技术。,数学协处理器80287,80287,数学协处理器80387,80387,89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25120MHz。,93年 Intel Pentium集成度都已超过100万管子片，主振频率达 200MHz。,PC机的主流芯片Inte
6、l 80X86系列95年，Pentium Pro（高能奔腾）集成度达550万片，同片L2Cache256KB。97年初，Pentium MMX（多能奔腾、简称 MMX）。,97年5月，Pentium II（PII）MMX指令集的 Pentium Pro，Slot1接口。片上同频32K L1 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 L1 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 133MH
7、z外频发展。,Old Celeron,Celeron,2000年，Pentium IV（奔腾IV，P4）主时钟达2000MHz2002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，大大提高了处理器的效率。在高负载的多任务应用中能显出其高效能。不久即推出64位机，进入一个新的微处理机的发展时代。,首款支持超线程处理器：Pentium 4 3.06GHz,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
8、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。,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,双核，进入一个新的微处理机的发展时代。,Intel酷睿2双核E7400,45纳米光刻工艺工作频率为2.83GHZ接口类型:LGA 775 一级数据缓存64KB一级指令缓存64KB二级缓存容量3072KB,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。,个人计算机：（Persona
9、l 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IBMPC（8086）；1984年继续推出增强型的IBMPCAT机（80286）。,单片机：“微控制器”（Micro controller）或“嵌入式计算机”（Embedded Computer）。将CPU、RAM、ROM、IO接口、模拟数字（AD）和数字模拟（DA）转换器集成在一个芯片上的计算机。常用的单片机：Intel MCS51系列（8031、8051、8751）Intel MCS96系列（8096、8796、8098）,单板机：将CPU、RAM、I0接口、模拟数字（AD）和数字模拟（DA）转换器以及监控RO程序等安装在一块印刷电路板上的计算机系统。Intel 8086为 CPU的 TP86，Z80 CPU的 TP801等等，广泛应用于生产过程的实时控制及教学实验。,课后作业：P37 15、17,
