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微机原理与汇编语言程序设计(微机原理篇)

第一章微型计算机概论

本章主要介绍微型计算机系统的基本概念、组成、功能、工作原理、特点及计算机内的信息表示和运算,包括微处理器、微型计算机和微型计算机系统的定义、微处理器的发展历程、微型计算机的分类、计算机的运算基础等。

微型计算机简介

微型计算机是计算机设备的一种，相对于其他类型的计算机而言有着体积小、重量轻、价格低、使用灵活、用途广泛等特点，是人们使用最为广泛的一种计算机设备。
1.1.1微处理器、微型计算机和微型计算机系统
很多人对于“计算机”这个概念比较模糊，常常把微处理器、微型计算机和微型计算机系统混为一谈，其实它们有着明确界限的，如图1.1所示。

图1.1微型计算机系统、微型计算机与微处理器

微处理器是指由一片或几片大规模集成电路组成的中央处理部件,包括运算器、控制器和一定数量的寄存器。它具有数学运算、逻辑判断、地址计算等功能，是微型计算机的核心。
微型计算机是指以微处理器为基础，配以内存储器和输入输出接口电路和辅助电路构成的一个相对独立的电路系统。这个电路系统可以是一个独立的集成电路，称为单片机；也可以是一块电路板，称为单板机；还可以是多块以一定方式连接在一起的电路板，常称为“个人计算机”（PersonalComputer）。
微型计算机系统则是指微型计算机在配以相应的外围设备（如键盘、鼠标、显示器、光驱、硬盘等），以及电源、机箱等硬件基础上，安装必要的软件构成的系统，这个系统应具有数据处理、数据存取、数据传输等基本功能。
人们理解的计算机往往只注重硬件，较少注意软件的存在，实际上离开了软件计算机什么事都做不了。
需要注意的是,不要把这里的微处理器与单片机混为一谈,这里所说的微处理器是我们常见的通用CPU(如InterlX86系列)，仅仅包括运算器、控制器和寄存器构成的集成电路，它无法直接与输入输出设备交换程序和数据而工作。单片机虽然也是集成电路形式，但是由于单片机内集成了接口电路、内存储器甚至A/D、D/A转换器等功能部件，使得单片机可以直接与外部存储器、输入输出设备等进行程序和数据交换，可以独立工作，因此单片机不是简单的微处理器，它被看作是一种微型计算机。单片机中集成接口和功能部件的不同常常使其具有一定的专用性。

1.1.2微型计算机的发展

由于微处理器是微型计算机的核心，它决定了微型计算机的处理能力，因此人们往往以微处理器的发展状况来衡量微型计算机的发展水平。世界上第一个微处理器是1971年Interl公司推出的Inter4004微处理器，它集成了2300个晶体管，能实现4位运算，工作频率最高为740kHz。微处理器在经过了30多年的发展后，现在已经实现了集成度高达数亿晶体管，具备64位数据处理能力，工作频率高达几GHz的多内核微处理器。
微处理器发展过程中，根据微处理器位宽的不同，可以将其划分为5代。
第一代（1971~1973年）是4位微处理器和低档8位微处理器时期。典型产品包括：1971年10月的Iterl4004（4位微处理器）；1972年3月的Interl8008（8位微处理器）集成3500个晶体管。
第二代（1973~1978年）是8位微处理器时期。典型产品包括：1973年的Iterl8080，集成600个晶体管；1974年3月的MC6800；1975年的Zilog的Z80；1976年的Iterl8085，集成9000个晶体管。
第三代（1978~1983年）是16位微处理器时期。典型产品包括：1978年的Iterl8086，首枚具有X86架构的CPU，集成2.9万个晶体管；1979年的ZlogZ8000；Motorola的MC68000；1982年的Interl80286。
第四代（1983~2001年）是32位微处理器时期。典型产品包括：1983年Zlog的Z80000；1984年7月Motorola的MC6820；1985年的Iterl80386，集成27.5万个晶体管，时钟最高40MHz；Interl公司以后生产的80486，Pentium（数据线宽度开始成为64位），PentiumPro，PentiumMMX，PentiumII，PentiumIII，Pentium4；AMD公司1995年以后开始生产的K5，K6，Athron，Duron等。
第五代（2001年以后）是64位微处理器时期。典型产品包括：2001年的Interl64位安腾微处理器，2002年安腾2微处理器（IA-64架构，用于服务器）；2003年9月，AMD公司推出用于桌面平台的Athron64系列微处理器；2004年8月，Interl公司推出Pentium4F系列微处理器；2005年5月，AMD公司推出双核64位微处理器Athron64X2；2005年7月Ite