微机原理笔记day01 计算机发展史，和计算机组成部分
目标：微型计算机的基本组成及各部分的功能与作用
计算机的发展历史：
第一代：电子管计算机（1946~1959） 电子管盛行时代，加上人们对计算速度的高要求，使得电子管计算机的诞生成为可能。最终人类历史上第一台计算机“ENIAC”诞生了。
第二代：晶体管计算机（1959~1965） 在这一代，随着晶体管的发展，晶体管代替了电子管，使得计算机的体积大大缩小。
第三代：中小规模集成电路计算机（1965~1971,1K/片） 随着集成电路的发展，使得原来做到板子上的东西可以做到很小的硅片上。集成度达到1K/片。
第四代：大和超大规模集成电路计算机（1971~今，1G/片） 随着大和超大规模集成电路的发展，集成度越来越高，集成度可达1G/片。在这一代，出现了两级分化，即巨型化（巨型机如银行系统，神州系列）和微型化（桌面电脑，掌上电脑，单反等）。
第五代：非冯∙诺依曼计算机 冯∙诺依曼的“存储程序”和“程序控制”是现行计算机的设计基本思想，非冯∙诺依曼计算机设计思想也在不断的研究和发展。如用数据流来控制执行顺序等。
第一代：4位/低档8位微处理器：4004/8008。（1971~1973）
4004：字长4位，2k/片，时钟频率108KHz，6万次运算/秒，寻址空间640B，指令系统简单，价格低廉。
8008：字长8位，3500/片，时钟频率500KHz，基本指令48条。
这一阶段的微型计算机主要用于算术运算，家用电器及简单的控制等。
第二代：8位处理器：8080/8085（1973~1978）
8位 5K~10K/片 时钟频率：2~4MHz 指令系统比较完善，寻址能力有所增强，运算速度大大提高。 这一阶段的微型计算机主要用于教学和实验、工业控制、智能仪表等
第三代：16位微处理器：8086/8088/80286（1978~1985）
8086：采用3μm工艺（即集成电路中的电路线宽是3微米），集成度是2.9万个晶体管，时钟频率达4.77MHz，寄存器和数据总线均为16位，地址总线为20位，寻址空间达1MB。同时，CPU的内部结构也有很大的改进，采用了流水线结构，并设置了6字节的指令预取队列。 8088：除了外部数据总线为8位外，其他与8086基本相同，故8088称为准16位微处理器。
第四代：32位微处理器：80386/486（1985~1993）
80386：32位微处理器， 1.5 μm工艺，集成27.5万个晶体管，时钟频率为33MHz。内部寄存器、数据总线和地址总线都是32位。通过32位地址总线，寻址空间可达4GB。能管理高达64TB虚拟存储空间。 80486： 32位微处理器， 1 μm工艺，集成120万个晶体管。CPU芯片中集成了8KB高速缓冲存储器。
第五代：64位微处理器：Pentium(80586)(1993~1995)
第一代Pentium：0.8 μm工艺，310万个晶体管，工作频率60MHz/66MHz。片内L1 Cache分为I Cache和D Cache，设有两条流水线，提高了指令执行的并行性。 第二代Pentium：0.6 μm工艺，工作频率为90~100MHz 第三代PentiumMMX：增加了57条多媒体指令在系统结构上
第六代：64位多能微处理器Pentium Pro PII~PIV（1995~今）
采用0.6 μm~0.13μm工艺，集成度550~1000万晶体管，时钟频率166MHz~2.8GHz，采用二级高速缓存，一个时钟周期可执行3条指令。 Pentium Pro（高能奔腾），简称P6。P6的创新点是： （a）L2 Cache集成到封装内，微处理器与L2 Cache数据交换频宽大大提高。 （b）采用“无序执行”技术使处理器内部保持很高的指令执行并行度。
计算机的基本组成
计算机是一个由硬件、软件组成的自动控制系统。 硬件：是指物理上存在的实物，是计算机工作的物理基础。 软件：是指由基本操作指令序列构成的程序，指挥计算机工作。 1.2.1计算机硬件组成—五大部件： 中央处理器CPU（控制器和运算器）、存储器、输入/输出设备、输入/输出接口（I/O接口）、系统总线（Bus）。 各大部件通过系统总线连接在一起，总线是各部件之间传输信息的通道。信息通过总线流向各个部件以控制各部件完成自己的功能并与其他各部件协调工作。
计算机的五大部件
1.中央处理器
中央处理器由运算器和控制器组成，简称CPU，是计算机的核心部件，它是微型计算机的运算、控制中心。运算器的基本任务是数据加工，进行算术运算和逻辑运算；控制器主要功能是指令控制、操作控制和时间控制，依据指令指挥各部件有序有效工作。
1.中央处理器CPU
cpu由运算器和控制器组成，除了运算器和控制器之外还有工作寄存器和I/O控制逻辑
控制器：CPU的“指挥机关”，完成指令的读入、寄存、译码和执行。
程序计数器PC：控制指令执行顺序，代表下一条指令存放的位置；
指令寄存器IR：取出指令后，将指令暂时存放在IR中；
指令译码器ID：经过对指令的分析，将指令转换成相应的电平信号；
堆栈指示器SP:是一种特殊的数据结构，特殊的存储数据段，遵循“先进后出”原则，sp表示当前栈顶的位置。
处理机状态字PSW：反映了整个计算机系统的状态，有相应的标准位确定。
ALU：算术逻辑运算单元，完成系统的算术运算和逻辑运算。
工作寄存器，包括地址寄存器和数据寄存器，有各种通用和专用寄存器组成，用来暂存寻址和运算过程中的数据。
I/O控制逻辑：处理与输入输出有关的操作，实现与外设之间的数据交换。
2.存储器（MEM） 存储以二进制形式表示的数据和程序。通常由内存储器和外存储器构成。
内存：可直接和CPU交换信息的存储器称为内存储器，简称内存。用来存放经常使用的程序和数据。常用内存是半导体存储器。
外存：间接和CPU交换信息的存储器，称为外存储器，简称外存。外存容量更大，可存储大量的信息，计算机需要使用外存上数据时，必须先调入内存。计算机中配备大存储容量的磁盘存储器和光盘存储器等都属于外存。
主存储器：是微型计算机中存储程序、原始数据、中间结果和最终结果等各种信息的部件。按其功能和性能，可分为随机存储器和只读存储器，两者共同构成了主存储器。通常说内存容量时主要是指随机存储器，不包括只读存储器。
随机存储器(Random Access Memory, RAM),又称为读/写存储器，用于存放当前参与运算的程序和数据。它的特点是信息可写可读，存取方便，但信息不能长期保存，断电会丢失。
只读存储器(Read Only Memory，ROM)，用于存放各种固定的程序和数据，由生成厂家将开机检测、系统初始化、引导程序、监控程序等固化在其中。它的特点是信息固定不变，只能读出不能重写，关机后原存储信息不会丢失。
存储单元：一个存储单元包含若干个二进制位，每个存储单元都有唯一的编号—地址。存储单元是计算机访问存储器的最小单位，通常是一个字节（8位）或一个字（16位）。
存储器读写操作：
存储器读：CPU从存储器中取出信息。
存储器写：CPU将信息存入存储器。 具体操作：
1）CPU先发出一个确定的单元地址给寄存器；
2）发出读写控制时序信号，对选定的单元进行读写。
输入输出设备（I/O设备） 输入输出设备也称为外围设备，简称外设。
输入设备将人们要求计算机处理的各种形式的信息转换成计算机可以接受的编码形式存入存储器。常用标准输入设备有键盘、鼠标、扫描仪等。
输出设备将计算机处理后的信息以人们希望的形式表现出来。常用标准输出设备有显示器、打印机、绘图仪等。
输入输出接口的主要作用是缓冲和转换，使主机和外设协调工作，保证外设和计算机之间以一定的信号形式和格式收发信息。每种外设都有自己的适配器（接口卡）
由于CPU和外设之间进行信息传送时，存在速度、信息类型、逻辑等方面的问题，必须通过“I/O”接口作为两者之间的桥梁。 微型计算机有多种功能I/O接口，接口电路因外设不同而异。
接口电路特点
接口电路一般由寄存器组、专用寄存器和控制电路等组成，当前的控制指令、通信数据及外围设备的状态信息分别存放在专用存储器或寄存器组中。、
所有的外围设备都通过各自的接口电路连接到微型计算机的系统总线上。
接口电路的通信方式分为并行通信和串行通信。并行通信是将数据各位同时传送，串行通信是将数据一位一位地顺序传送。
系统总线
系统总线分为三类，分别是 数据总线，地址总线，控制总线
数据总线(Data Bus, DB)：用于CPU与主存储器、CPU与I/O接口之间传送数据。一般为双向总线，它的宽度等于计算机的字长。
地址总线(Address Bus, AB)：用于CPU访问主存储器和外围设备时传送相关的地址信号。在计算机中，存储器，输入/输出设备等都有各自的地址，地址总线的带宽决定了寻址能力。
控制总线(Control Bus，CB)：用于传送或接收CPU与主存储器及外围设备之间的控制信号或状态信号。控制信号通过控制总线通往各个设备，使这些设备完成指定操作。状态信号是各个设备发送至CPU的信号。
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