西安邮电学院计算机系系统结构教研室2009.8第1章微型计算机系统导论1.1引言2.计算机的应用范围概括起来说，计算机主要用于科学计算、信息（数据）处理和过程控制等领域。科学计算数据处理过程控制科学计算特点：①采用高级语言编程；②时间不会影响结果的有效性；③不需要专门的输入输出设备。信息处理和过程控制特点：①采用高级语言和汇编语言编程，并要求有较高的程序设计能力；②对系统的实时性要求很高；③需要专门的输入和输出设备。1.2计算机的发展概况1.计算机的发展计算机的发展依赖于电子技术，特别是微电子技术的发展。(1)计算机从诞生至今已经历了四代，现在正在开发第五代：①电子管计算机②晶体管计算机③集成电路计算机④大规模、超大规模集成电路计算机机械计算机①电子管计算机①电子管计算机②晶体管计算机③集成电路计算机④大规模、超大规模集成电路计算机④大规模、超大规模集成电路计算机④大规模、超大规模集成电路计算机④大规模、超大规模集成电路计算机现在的计算机属于第四代计算机：大规模、超大规模集成电路计算机。未来的计算机。。。2.计算机的发展趋势朝两个方向：①巨型机:每秒上亿次(容量大，速度快)②微型机:台式机、笔记本机、单板机、单片机、掌上机等（易普及，应用广）3.微型计算机是由微处理器（CPU）、存储器、I/O接口电路组成的计算机。其核心是微处理器，也称CPU。它的发展几乎每两年翻一番。目前已经到了第五代：①4位或低档8位微处理器Intel4004或8008CPU②中高档8位微处理器Intel8080CPU③16位高档微处理器Intel8086、80286④32位高档微处理器Intel80386、80486⑤64位高档微处理器Intel80586(Pentium)、PowerPC1.3微型计算机硬件系统微型计算机是指以微处理器为核心，配上存储器、输入/输出接口电路等所组成的计算机，又称为主机。运算器（ALU）控制器（CU）寄存器阵列（RA）1.3.1基于总线的微型计算机硬件系统到目前为止，计算机仍沿用1940年由冯·诺依曼首先提出的体系结构。其基本设计思想为：简单地讲，就是：①系统组成——五大部件②工作方式——程序控制③信息形式——二进制数微型计算机体系结构的特点之一是采用了总线结构，通过总线将微处理器、存储器、I/O接口电路连接起来，而输入/输出设备则是通过I/O接口实现微机的信息交换，如图1.3所示。所谓总线，是计算机中各功能部件间传递信息的公共通道。根据所传送的信息类型不同，总线分为三种：①地址总线AD（AddressBus）：单向，由CPU发出到存储器或I/O端口。②数据总线DB（DataBus）：双向，由CPU送出或送往CPU。③控制总线CB（ControlBus）：整体双向，个体单向，传送方向固定。1.3.2微处理器微处理器由运算器(ALU)、控制器(CU)、和寄存器阵列(RA)三部分组成，如图1.4所示。1.运算器运算器又称算术逻辑单元(ALU，ArithmeticLogicUnit)，用来进行算术或逻辑运算以及多位循环等操作。2.控制器控制器又称控制单元(CU，ControlUnit)，是全机的指挥控制中心。它负责把指令逐条从存储器中取出，经译码分析后向全机发出取数、执行、存数等控制命令，以保证正确完成程序所要求的功能。它应包括：①指令寄存器IR(InstructionRegister)：用来存放从存储器取出的将要执行的指令码。②指令译码器ID(InstructionDecoder)：用来对指令寄存器IR中的指令操作码字段(指令中用来说明指令功能的字段)进行译码，以确定该指令应执行什么操作。③可编程逻辑阵列PLA(ProgrammableLogicArray)：用来产生取指令和执行指令所需要的各种微操作控制信号，并经过控制总线CB送往有关部件，从而使计算机完成相应的操作。3.内部寄存器寄存器阵列RA(RegisterArray)实际上相当于微处理器内部的RAM。微处理器内部的寄存器有以下作用：○可避免频繁访问存储器○缩短指令长度和指令执行时间○提高机器的运行速度○方便程序设计虽然不同计算机的CPU中其RA会有所不同，但一般至少要有以下几个寄存器。①程序计数器PC(ProgramCounter)：程序计数器有时也被称为指令指针IP(InstructionPointer)。它被用来存放下一条要执行指令所在存储单元的地址。②地址寄存器AR(AddressRegister)：地址寄存器用来存放正要取出的指令的地址或操作数的