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1、第一章 微型计算机系统概述,本章学习目标 了解计算机的发展历程和主要性能指标。理解“冯诺依曼”体系结构和工作原理。熟悉未来计算机的发展趋势和主要应用领域。掌握微型计算机的基本组成结构。掌握计算机硬件和软件的功能以及相互依赖关系。,1.1微型计算机系统简介,微型计算机发展史 微型计算机的CPU系统分为两大系列：Zilog生产的Z8000,Motorola MC68000系列和Intel 80X86系列，本书主要讲解Intel 80X86系列微型计算机。1946年，在美国宾夕法尼亚大学研制出世界上第一台电子计算机ENIAC。这台电子计算机初露头角，便在计算圆周率上大显身手。英国数学家契依列用了15
2、年时间，于1873年将圆周率的值计算到小数点后的707位，这是人工计算圆周率的最高纪录。电子计算机ENIAC每秒钟能做5000次加减运算，仅用几十分钟就打破了这项纪录。ENIAC重30t，用17468个真空管，70000个电阻器，占地约140m2，耗电174kW，稳定工作时间只有几小时。而现在功能与它相当的计算机仅重60g，耗电只需0.7W，可以长时间连续工作。CPU可以按组成的元件划分，也可以按CPU生产年代进行划分。,1按所采用的逻辑元件可划分为4代 第1代（19461957年），电子管计算机，也叫真空管计算机，采用电子管做主要元器件，所有指令与数据都用“1”或“0”来表示，分别对应电子器
3、件的“接通”与“关断“，这就是计算机可以理解的机器语言。内存储器采用磁芯，外存储器有纸带、卡片、磁带、磁鼓等，内存容量仅几千字节，运算速度仅为每秒几千次。输入输出主要用穿孔卡，速度很慢。第一代计算机大多用于科学计算。第2代（19581964年），晶体管计算机，它的主要逻辑元件是晶体管。内存储器普遍采用磁芯，外存储器用磁带和磁盘等，这就使存储容量增大，可靠性提高。晶体管有一系列优点：体积小、重量轻、耗电省、速度快、寿命长、价格低、功能强。用它做计算机的开关元件使机器的结构与性能都发生了新的飞跃。这时，汇编语言取代了机器语言，出现了高级程序设计语言，如ALGOL60,FORTRAN,COBOL等。
4、应用领域也扩大到数据处理和事务管理中。,第3代（19651970年），中小规模集成电路计算机，它的主要逻辑元件是中小规模集成电路。所谓集成电路，是指将晶体管、电阻、电容等电子元件构成的电路微型化，并集成在一块如同指甲大小的硅片上。用半导体存储器取代磁芯存储器，内存容量大幅度增加，运算速度为每秒几十万次至几百万次。高级程序设计语言在这一时期得到了很大发展，出现了操作系统和会话式语言。计算机开始广泛应用于各个领域。第4代（1970年至今），大规模或超大规模集成电路计算机，它的主要逻辑元件是大规模或超大规模集成电路。不仅使计算机进一步微型化，而且提高了性能，降低了价格，为其广泛应用创造了条件。运算速
5、度达到每秒几百万次以上，操作系统不断完善，计算机网络时代开始。,2按CPU的生产年代可划分为7代 目前的计算机均以Intel公司的X86系列或其他与之兼容的CPU。从第1代PC问世至今，CPU已发展到第7代，相应产生了7个档次的计算机系列。第1代，1981年，IBM公司推出的采用8088为CPU的IBM PC/XT机，作为第1代计算机的代表，它是准16位微型计算机。第1代计算机主要流行于20世纪80年代中期。第2代，1985年，IBM公司推出了IBM PC/AT机，标志着第2代计算机的诞生。该机采用80286为CPU，它是标准的16位CPU计算机，内存容量配置可达16MB，其数据处理和存储能力
6、都得到了明显提高，可以运行多任务操作系统，是20世纪80年代末的主流机型。第3代，1987年，Intel公司推出了80386微处理器（80386处理器分为SX和DX,DX性能优于SX)，标志着32位CPU计算机的诞生，内存容量配置可达232=4096MB,由该档次CPU组装的计算机称为386计算机。第4代，1987年，Intel公司推出了80486微处理器，它也分为SX和DX两个档次，这就是通常所说的486计算机。第5代，1993年，Intel公司推出了Pentium微处理器，标志着第5代计算机的诞生；1997年，Intel公司又推出了多功能Pentium MMX处理器，这就是通常所说的奔腾计
7、算机。,第6代，1998年，Intel公司推出了Pentium.Celeron，后来又推出了Pentium.Pentium N，均为第6代CPU，这标志着第6代计算机的诞生。第7代，2003年，AMD公司推出了面向台式机的64位处理器Athlon 64，标志着64位计算机的诞生。2005年，Intel公司和AMD公司相继发布了台式机的双核心CPU、三核心CPU和四核心CPU，至此，计算机进入了多核心的第7代。,AMD 超微半导体公司（Advanced Micro Devices）,1.1.2 微处理器的性能特点 1971年，Intel公司开发出了第一代微处理器4004。它是一个4位的微处理器，
8、自身含有计算和逻辑功能，由2250个MOS晶体管构成，每秒内能够执行约6万次操作。含有一个累加器，16个用作暂存数据的寄存器，可寻址640字节的内存，指令集含有45条指令。4004作为一般处理器来讲，功能还不够强，只能作为计数器的核心来使用。但它是一种新思想的第一代产物。自从4004微处理器诞生以来，CPU技术发展迅速。由于不同型号CPU的指标不同，决定了其硬件系统的档次也不同。如表1-1所示为近年来常见的CPU型号及其主要指标。,计算机的发展趋势 目前计算机的发展方向是：巨型化、微型化、网络化、智能化和新概念计算机。1巨型化 巨型化是指使计算机系统运算速度更高、存储容量更大、功能更完善。巨型
9、机主要用于尖端科技和国防系统的研究与开发，它的研制集中体现了一个国家科学技术发展的水平。目前巨型机“蓝色基因/P”已经达到每秒3000万亿次浮点运算，它在航空航天、军事工业、气象、人工智能等几十个学科领域发挥着巨大的作用，特别是在复杂的大型科学计算领域，而且其他的机种难以与之抗衡。2微型化 微型化得益于大规模和超大规模集成电路的飞速发展。微处理器自1971年问世以来，发展非常迅猛，几乎每隔两三年就会更新换代一次，这也使以微处理器为核心的微型计算机性能不断提升。据统计，仅在2007年第3季度全球销售的PC就达到6850万台。另外，便于携带的笔记本电脑、掌上型计算机以及形形色色的嵌入式专用计算机也
10、不断推出。,08年,世界前三名是：1.安置在美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室的“蓝色基因L”，研制者为美国IBM公司，浮点运算速度为每秒280.6万亿次；2.安置在美国橡树岭国家实验室的“美洲虎”，研制者为美国克雷公司，浮点运算速度为每秒101.7万亿次；3.安置在美国桑迪亚国家实验室的“红色风暴”，研制者为克雷公司，浮点运算速度为每秒101.4万亿次中国最快的是曙光4000A，它的运算速度超过了每秒10万亿次（10TFops），是目前中国最快的超级计算机,13年,国际组织日公布了最新全球超级计算机强排行榜榜单，中国国防科学技术大学研制的“天河二号”以每秒.千万亿次的浮点运算速度，成为全球最快的超
11、级计算机。相比之下，美国能源部下属橡树岭国家实验室的“泰坦”从上次第一名降至本次第二名，其运算速度为.千万亿次。专家们表示，由于“天河二号”的速度比第二名快近一倍，中国有可能保持桂冠至少一年时间。今后，全球最快超级计算机的位置将可能出现由中美日三国计算机交替把持的局面,3网格化 目前大部分计算机实现了联网，即利用现代通信技术和计算机技术把分布在不同地点的计算机互连起来，按照网络协议相互通信，初步实现了共享数据和软硬件资源的目的。但是信息的搜索和整合还需要手工完成，效率较低。网格（Grid）技术可以更好地管理网上资源，它把整个互联网虚拟成一台空前强大的一体化信息系统，犹如一台巨型机，并在这个动态
12、变化的网络环境中，实现计算资源、存储资源、数据资源、信息资源、知识资源、专家资源的全面共享。从而使用户从中享受可灵活控制的、智能的、协作式的信息服务，并获得前所未有的便捷性和超强能力。目前，世界上的主要国家和地区都把发展网格技术提到了战略高度，纷纷投入巨资，抢占战略制高点。4.智能化 智能化就是要求计算机具有模拟人的思维和感觉的能力，也是第5代计算机要实现的目标。智能化的研究领域包括：自然语言的生成与理解、模式识别、自动定理证明、自动程序设计、专家系统、学习系统、智能机器人等。目前己研制出多种具有人的部分智能的机器人，可以代替人在一些危险的工作岗位上工作。有人预测，家庭智能化的机器人将是继PC
13、之后，下一个家庭普及的信息化产品。,5新概念计算机 尽管目前计算机的发展日新月异，但从本质上来说，其所采用的基本元件仍然未超出4代机的范畴。随着技术的创新和发展，一些新概念计算机也陆续出现，有的甚至开始走出实验室，进入应用领域。1)神经计算机：模仿人类大脑功能的神经计算机已经开发成功，它标志着电子计算机的发展进入了一个新的时期。与以逻辑为主的计算机不同，神经计算机本身可以判断对象的性质与状态，并能采取相应的行动，而且它可同时并行处理实时变化的大量数据，并得出结论。以往的信息处理系统只能处理条理清晰、经络分明的数据，而人的大脑却具有处理支离破碎、含糊不清信息的灵活性。另外，神经计算机的信息不是存
14、在于存储器中，而是存储在神经元之间的联络网中的。若有节点断裂，计算机仍有重建资料的能力。同时，它还具有联想记忆、视觉和声音识别能力，具有与人脑类似的智慧和灵活性。它能识别文字、符号、图形、语言以及声纳和雷达收到的信号，判读支票，对市场进行估计，分析新产品，进行医学诊断，控制智能机器人，实现汽车和飞行器的自动驾驶，发现和识别军事目标，进行智能指挥等。,2)超导计算机：随着高温超导技术的迅速发展，科学家们正试图寻找出一种“高温”甚至“室温”的超导材料。一旦找到这些材料，人们就可以利用它来制成超导开关器件和超导存储器，再利用这些器件制成超导计算机。超导计算机的运算速度比现在的电子计算机快 100倍，
15、而电能消耗仅是电子计算机的千分之一。如果有一台中型计算机每小时耗电10kW，那么，一台超导计算机只需一节干电池就可以工作。3)光子计算机：现有的计算机是由电子来传递和处理信息的。光子计算机用光子取代电子，通过光纤进行数据传输、运算和存储。光子计算机用不同波长的光表示数据，这远胜于电子计算机中通过“0”、+1状态变化进行的二进制运算，可以对复杂度高、计算量大的任务实现快速的并行处理，光子计算机将使运算速度在目前基础上以指数级提升。,4)生物计算机：人类利用遗传工程技术仿制出以具有“开”与“关”功能的蛋白质分子作为元件的计算机。它体积小，功效高。在1mm2的面积上可容纳几亿个电路，比目前的集成电路
16、小得多，用它制成的计算机己经不是现在计算机的形状了，它可以隐藏在桌角、墙壁或地板等地方。当生物计算机的内部芯片出现故障时，不需要人工干预就能自我修复。它需要很少的能量就可以工作，而且电路间也没有信号干扰。所以，生物计算机具有永久性和很高的可靠性。5)量子计算机：它是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。经典计算机的基本信息单位为比特（(bit)，运算对象是各种比特序列。与此类似，量子计算机的基本信息单位是量子比特，运算对象是量子比特序列。经典计算机和量子计算机之间存在一个关键的区别：传统计算机遵循着众所周知的经典物理规律，而量子计算机则是遵循着独一无二的量子
17、动力学规律来实现信息处理的新模式。迄今为止，世界上还没有真正意义上的量子计算机。,微型计算机应用领域 计算机的应用领域己渗透到社会的各行各业，正在改变着传统的工作、学习和生活方式，推动着社会的发展。计算机的主要应用领域如下。1科学计算（或数值计算）科学计算是指利用计算机来完成科学研究和工程技术中提出的数学问题的计算。在现代科学技术工作中，科学计算问题是大量的、复杂的。利用计算机的高速计算、大存储容量和连续运算的能力可以实现人工无法解决的各种科学计算问题。2数据处理（或信息处理）数据处理是对各种数据进行收集、存储、整理、分类、统计、加工、利用、传播等一系列活动的统称。据统计，80以上的计算机主要
18、用于数据处理，这类工作的工作量大而且应用范围广泛，决定了计算机应用的主导方向。数据处理从简单到复杂已经历了3个发展阶段，如下所列。1)电子数据处理，它是以文件系统为手段，实现一个部门内的单项管理。2)管理信息系统，它是以数据库技术为工具，实现一个部门的全面管理，以提高工作效率。,3)决策支持系统，它是以数据库、模型库和方法库为基础，帮助管理决策者提高决策水平，改善运营策略的正确性与有效性。目前，数据处理己广泛地应用于办公自动化、企事业计算机辅助管理与决策、情报检索、图书管理、电影电视动画设计、会计电算化等各行各业。信息正在形成独立的产业，多媒体技术使信息展现在川门面前的不仅是数字和文字，也有声
19、形并茂的声音和图像信息。3辅助技术（或计算和A助设计与制造）计算机辅助技术包括CAD.CAM和CAI等。（1)计算机辅助设计（Computer Aided Design CAD)计算机辅助设计是利用计算机系统辅助设计人员进行工程或产品设计，以实现最佳设计效果的一种技术。它己广泛应用于飞机、汽车、机械、电子、建筑和轻工等领域。例如，在电子计算机的设计过程中，利用CAD技术进行体系结构模拟、逻辑模拟、插件划分、自动布线等，从而极大地提高了设计工作的自动化程度。又如，在建筑设计过程中，可以利用CAD技术进行力学计算、结构计算、绘制建筑图纸等，这样不但提高了设计速度，而且可以极大提高设计质量。,(2)
20、计算机辅助制造（Computer Aided Manufacturing,CAM）计算机辅助制造是利用计算机系统进行生产设备的管理、控制和操作的过程。例如，在产品的制造过程中，用计算机控制机器的运行，处理生产过程中所需的数据，控制和处理材料的流动以及对产品进行检测等。使用CAM技术可以提高产品质量，降低成本，缩短生产周期，提高生产率和改善劳动条件。将CAD和CAM技术集成，实现设计生产自动化，这种技术被称为计算机集成制造系统（CIMS)，它的实现将真正做到无人化工厂（或车间）。(3）计算机辅助教学（Computer Aided Instruction,CAI)计算机辅助教学是利用计算机系统使用
21、课件来进行教学。课件可以使用制作工具或高级语言来开发制作，它能引导学生循序渐进地学习，使他们轻松自如地从课件中学到所需要的知识。CAI的主要特色是交互教育、个别指导和因人施教。,4过程控制（或实时控制）过程控制是利用计算机及时采集检测数据，按最优值迅速地对控制对象进行自动调节或自动控制。采用计算机进行过程控制，不仅可以极大提高控制的自动化水平，而且可以提高控制的及时性和准确性，从而改善劳动条件、提高产品质量及合格率。因此，计算机过程控制己在机械、冶金、石油、化工、纺织、水电、航天等部门得到广泛应用。例如，在汽车工业方面，利用计算机控制机床和整个装配流水线，不仅可以实现精度要求高、形状复杂的零件
22、加工自动化，而且可以使整个车间或工厂实现自动化。5人工智能（或智能模拟）人工智能（Artificial Intelligence,AI）是计算机模拟人类的智能活动，如感知、判断、理解、学习、问题求解和图像识别等。现在人工智能的研究已取得不少成果，有些已开始走向实用阶段。例如，能模拟高水平医学专家进行疾病诊疗的专家系统，具有一定思维能力的智能机器人等。6网络应用 计算机技术与现代通信技术的结合构成了计算机网络。计算机网络的建立，不仅解决了一个单位、一个地区、一个国家计算机与计算机之间的通信，各种软、硬件资源的共享，也极大促进了国际间的文字、图像、视频和声音等各类数据的传输与处理。,1.2微型计算
23、机系统的基本组成,一个完整的微型计算机系统应该包括硬件系统和软件系统两大部分。随着计算机技术的飞速发展，计算机的硬件和软件正朝着相互渗透和相互融合的方向发展，在计算机系统中，硬件与软件之间的分界线越来越模糊。而且计算机硬件和计算机软件既相互依存，又互为补充。可以这样说，硬件是计算机系统的躯体，软件是计算机的头脑和灵魂。一般微型计算机系统的整体结构如图1-1所示。,计算机硬件系统由5大部分组成：运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备。计算机软件可分为系统软件和应用软件两大类。1)系统软件：系统软件是计算机必备的，用以实现计算机系统的管理、控制、运行、维护，并完成应用程序的装入、编译等任务。系
24、统软件与具体应用无关，是在系统一级上提供的服务。常用的系统软件有操作系统、编译程序、语言处理程序、系统支撑软件和数据库管理系统等，如下所列。操作系统：DOS,Windows 95/98/2000/XP/2003/Vista,Windows 7,Windows NT,OS/2,UNIX,Linux等。编译程序：机器语言、汇编语言和高级语言。数据库管理系统：FoxPro,Access,Oracle,Sybase,DB2和Informix等。2）应用软件：应用软件是为了解决计算机应用中的实际问题而编制的程序。它包括商品化的通用软件和实用软件，也包括用户自己编制的各种应用程序。,资料:Foxpro V
25、isual FoxPro原名FoxBase，最初是由美国Fox Software公司于1988年推出的数据库产品，在DOS上运行，与xBase系列兼容。FoxPro是FoxBase的加强版，最高版本曾出过2.6。之后于1992年，Fox Software公司被Microsoft收购，加以发展，使其可以在Windows上运行，并且更名为 Visual FoxPro。FoxPro比FoxBASE在功能和性能上又有了很大的改进，主要是引入了窗口、按纽、列表框和文本框等控件，进一步提高了系统的开发能力。美国甲骨文公司Oracle公司是全球最大的信息管理软件及服务供应商，成立于1977年，总部位于美国加
26、州.Sybase 赛贝斯公司（美国数据库产品公司）INFORMIX是IBM公司出品的关系数据库管理系统（RDBMS）家族。作为一个集成解决方案，它被定位为作为IBM在线事务处理（OLTP）旗舰级数据服务系统。,微型计算机硬件和软件概述 1硬件 1945年，美籍匈牙利科学家冯诺依曼提出了一个“存储程序”的计算机方案。这个方案包含以下3个要点。1)采用二进制数的形式表示数据和指令。2）将指令和数据存放在存储器中。3)计算机硬件由控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设备5部分组成。冯诺依曼工作原理的核心是“程序存储”和“程序控制”，就是通常所说的“顺序存储程序”概念。它的基本工作原理如图1-2所示
27、。,下面简要介绍根据冯诺依曼原理划分的计算机5种硬件组成。(1)中央处理器同时具有控制和处理功能的关键部件 微处理器（中央处理器，CPU）是计算机中最关键的部件，是由超大规模集成电路(VLSI）工艺制成的芯片，并由控制器、运算器、寄存器组和辅助部件组成。1)控制器：起控制作用的部分，是硬件系统的指挥部。它负责从存储器中取出指令、分析指令、确定指令类型并对指令进行译码，按时间先后顺序负责向其他各部件发出控制信号，保证各部件协调工作。2)运算器：处理数据的部分。它又称算术逻辑单元（Arithmetic Logic Unit,ALU)。运算器是用来进行算术运算和逻辑运算的元件。3)寄存器组：用来存放
28、当前运算所需的各种操作数、地址信息、中间结果等内容。将数据暂时存于CPU内部寄存器中，加快了CPU的操作速度。通常寄存器组的速度远远超过内存，所以能有效提高CPU的运行效率。,(2）存储器存放程序和数据的部件 存储器是计算机的记忆部件，负责存储程序和数据，并根据控制命令提供这些程序和数据。存储器分两大类：一类和计算机的运算器、控制器直接相连，称为主存储器（内部存储器），简称为计算机的主存（内存）；另一类存储设备称为辅助存储器（外部存储器），简称为辅存（外存）。内部存储器分为只读存储器ROM(Read Only Memory）和随机存储器RAM(RandomAccess Memory).ROM主
29、要用来存放固定不变的程序和数据，如BIOS程序，这种存储器中的信息只能读出而不能随意写入，厂商制造时用特殊方法写入，断电信息不会丢失；RAM是一种可读写存储器，其内容可以随时根据需要读出，可随时重新写入新的信息，断电后信息丢失。外部存储器主要用来长期存储那些暂时不用的程序和数据。特点是存储容量大、可靠性高，在断电后也可永久地保存信息。外存包括软盘存储器、硬盘存储器、光盘存储器、磁带存储器等几大类。其中，光盘分为3类：只读型光盘ROM(CD-ROM/DVD-ROM)、一次写入型光盘Record(CD-R/DVD-R)、可擦写型光盘RW(CD-RW/DVD-RW)。,(3)输入设备向计算机输入程序
30、和数据的设备 输入设备是向计算机输入程序、数据和命令的部件，它的主要功能是把原始数据和处理这些数据的程序转换为计算机能够识别的二进制代码。常见的输入设备包括键盘、鼠标、扫描仪、光笔、数字化仪、数码相机、话筒等。(4)输出设备计算机向用户输出处理结果的设备 输出设备是用来输出经过计算机运算或处理后所得的结果，并将结果以字符、数据、图形等人们能够识别的形式输出。常见的输出设备有显示器、打印机、投影仪、绘图仪、声音输出设备等。,2软件 除了硬件系统外，微型计算机还必须配备优秀的软件系统才能发挥其性能软件系统又可以分为系统软件和应用软件两大类。(1)系统软件 系统软件是管理、监控、维护计算机资源（包括
31、硬件与软件）的软件。它包括操作系统、高级语言的编译和解释程序、各种语言处理程序、系统支撑软件（微机的监控管理程序、调试程序、故障检查和诊断程序）、各种数据库管理系统以及工具软件等。1)操作系统：操作系统在系统软件中处于核心地位，其他系统软件要在操作系统的支持下工作。常用的操作系统有DOS,Windows 95/98/2000/XP/2003/Vista,Windows 7,Windows NT,OS/2,UNIX,Linux等。2)程序设计语言：它是软件系统的重要组成部分，而相应的各种语言处理程序属于系统软件。程序设计语言一般分为机器语言、汇编语言、高级语言和第4代语言共4类。,机器语言：机器
32、语言是最底层的计算机语言，是用二进制代码指令表达的计算机语言，能被计算机硬件直接识别并执行，由操作码和操作数组成。机器语言程序编写的难度较大且不容易移植，即针对一种计算机编写的机器语言程序不能在另一种计算机上运行。汇编语言：汇编语言是用助记符代替操作码，用地址符代替操作数的一种面向机器的低级语言，一条汇编指令对应一条机器指令。由于汇编语言采用了助记符，它比机器语言易于修改、编写、阅读，但用汇编语言编写的程序（称汇编语言源程序）机器不能直接执行，必须使用汇编程序把它翻译成机器语言即目标程序后，才能被机器理解、执行，这个编译过程称为汇编。,高级语言：直接面向过程的程序设计语言称为高级语言，它与具体
33、的计算机硬件无关，用高级语言编写的源程序可以直接运行在不同机型上，因而具有通用性。计算机不能直接识别和运行高级语言，必须经过“翻译”。所谓“翻译”是指由一种特殊程序把源程序转换为机器码，这种特殊程序就是语言处理程序。高级语言的翻译方式有两种：一种是“编译方式”，另一种是“解释方式”。编译方式是通过编译程序将整个高级语言源程序翻译成目标程序（.OBJ)，再经过连接程序生成为可以运行的程序（.EXE)；解释方式是通过解释程序边解释边执行，不产生可执行程序。最常用的高级语言有Basic,Fortran,等。,第4代语言：面向对象的编程语言，一般有可视化、网络化、多媒体等功能。目前较流行的第4代编程语
34、言有Visual Basic,Visual C+,Java,Visual FoxPro,Delphi,Power Builder等。3)各种程序设计语言的处理程序：如把汇编语言转换为机器语言的汇编程序，把高级语言转换为机器语言的编译程序或解释程序和作为软件研制开发工具的编辑程序、装配连接程序以及数据库管理程序等。4)工具软件：又称服务软件，如机器的监控管理程序、调试程序、故障检查程序和诊断程序等。这些工具软件为用户编制计算机程序及使用计算机提供了很大的方便。(2）应用软件 应用软件是用户为了解决实际问题而编制的各种程序。如各种工程计算、模拟过程、辅助设计和管理程序、文字处理和各种图形处理软件等
35、。在微机中常用的应用软件有各种CAD软件、Microsoft Office 2000/2003,PhotoShop,IE等。,资料,powerbuilder-简介PowerBuilder是著名的数据库应用开发工具生产厂商PowerSoft公司推出的产品（PowerSoft现已被数据库厂商Sybase所收购），它完全按照客户机/服务器体系结构研制设计，在客户机/服务器结构中，它使用在客户机中，作为数据库应用程序的开发工具而存在。由于PowerBuilder采用了面向对象和可视化技术，提供可视化的应用开发环境，使得我们利用PowerBuilder，可以方便快捷地开发出利用后台服务器中的数据和数据库
36、管理系统的数据库应用程序。Delphi，是Windows平台下著名的快速应用程序开发工具(Rapid Application Development，简称RAD)。它的前身，即是DOS时代盛行一时的“BorlandTurbo Pascal”，最早的版本由美国Borland（宝兰）公司于1995年开发。,微型计算机结构 典型的微型计算机结构如图1-3所示。如图1-3所示的是微机系统的外部结构。图中可见外部信息的传送是通过总线进行的，由于采用了这种总线结构，微机系统中存储器和外设之间可直接进行信息的传输，也就是常说的DMA(Direct Memory Access)。微机系统的内部结构将在后面章节
37、中介绍。,1.2.3 RISC和CISC 目前，微处理器体系结构从指令组成意义上来看基本分成两大类：一类是CISC（complex instruction set computer）复杂指令集计算机）体系结构，另一类是RISC（Reduced Instruction-Set Computer）精简指令集计算机）体系结构。复杂指令系统：在微型计算机的体系组成结构上是以复杂指令为主设计的计算机，在指令的运行过程中按指令的复杂程度来指挥计算机完成各条指令。由于各条指令复杂程度不同，分配的时钟周期各不相同，执行指令所需时间就不相同。CISC体系的指令集由微程序来实现，即每一个操作由若干微操作的程序组合
38、来实现，所以CISC可以使用微指令编程的方式实现多种和功能复杂的指令。,精简指令系统：不管计算机的指令如何复杂，都能在一个计算机时钟周期内完成，计算速度快，指令集简单。RISC是从CISC的基础上发展起来的。对CISC的测试表明，其中占资源20的简单指令在程序中出现的频率达到80%，而其余占资源80的复杂指令出现的频率只有20%，造成资源的极大浪费。再加上复杂的指令系统必然增加硬件实现的复杂性，从而增加了研制时间和成本。因此，RISC应运而生。在RISC体系的指令集中，它的每一条指令直接由硬布线实现。即它的每条指令原则上由自己的一套逻辑时序电路直接实现，所以单条指令的实现所占用的硬件资源较多。
39、因为该体系没有能采用增加单条指令的功能或高位的指令语义，也没有增加指令的条数，而是集中于它的精简指令集上。,不论是CISC体系还是RISC体系，它们本质上都属于冯诺依曼体系结构范畴。因此具有冯诺依曼体系的如下制约。1)操作瓶颈制约：因为冯。诺依曼体系结构本质包括串行性和顺序性的控制机理，对数据和资源的控制及仲裁均是人为决定的，所以构成了时间和空间的极大开销，造成冯氏数据流的拥塞。2）算法的制约：冯氏体系的重大贡献在于将所有应用问题建立在四则运算和逻辑运算的组合算法，并以寄存器为基本模型的存储体系上，但它在基本操作的控制上仍是一种串行机制，不具备构造一个并行算法的基础。在串行的模型上去建立并行算
40、法必定会带来困难和效率的损失。3）存储模型的制约：存储模型在冯诺依曼体系结构中是一种被动式的访问机制，不能真正地体现人类在并行操作行为中经常反映的无破坏性操作和平等交互赋值运行的需求，因此冯诺依曼的存储模型结构仅能在运行时以空间为代价进行复制或以时间为代价进行选择来替代这种制约。这将对提高信息处理能力有很大的限制。由于CISC和RISC体系结构持续发展具有局限性，人们开始进行其他微处理器体系结构及其相关技术的研究，主要包括超长指令字（VLIW)、单芯片多处理器、多线程超标量、处理器存储器祸合等。,VLIW指的是一种指令集设计思想与技术，它利用编译器把若干个简单的、无相互依赖的操作压缩到同一个非
41、常长的指令字中。当超长指令字从cache或主存读取到处理器时，可以容易地分割出各个操作，并一次性分别分派到多个独立的执行单元中并行执行。单芯片多处理器体系。随着VLSI工艺水平的提高，在0.25mm工艺下，单片可以集成20个21 064(32KB cache)；在2010年的0.07mm工艺下，单片可以集成60个21 164水平的微处理器。将来SMP（对称多处理器）系统可以完全集成在一个芯片内。多线程技术结合了指令级现场交换和顺序调度技术。线程是一组静态排序的指令序列，一旦第一条指令开始执行，后续指令即开始执行而不中断。线程是执行调度的基本单位，多个线程可以并发（并行）执行，以达到互相隐藏延迟
42、操作和提高并行度的效果。密切关注：复杂指令集和精简指令集系统是两种不同的计算机结构，两者互不兼容。,1.3习题与综合练习 1解释和区别下列名词术语。（1)微处理器（MP)、微型计算机（MC）和微型计算机系统（MCS).(2）硬件、软件。(3）字节、字、字长。(4）指令指针、指令寄存器、指令译码器、状态寄存器。(5)存储单元、存储内容、存储地址、存储容量。(6)RAM.ROM、软件固化。2.冯诺依曼计算机结构的特点是什么？3简述计算机系统中复杂指令集和精简指令集的特点和用途。4.CPU是计算机系统中的重要部件，试说明CPU的结构和功能。5微型计算机由哪几部分组成？各部分的作用是什么？请画出组成原理示意图。6试说明输入设备和输出设备的作用，并举出几个常用的UO设备实例。7简述不同年代微处理器的结构特点、性能指标和未来发展趋势。,
