1微型计算机原理--概述.ppt

第一章概述 1 1计算机构成1 2计算机硬件系统1 3计算机软件系统1 4微型计算机的工作过程1 5微型计算机的发展 学习目的了解计算机的发展掌握微处理器 微型计算机和微型计算机系统的组成熟悉微型计算机的总线结构特点 本章学习目的 重点 微处理器 微型计算机微型计算机系统的组成微型计算机的总线结构难点微型计算机的总线结构 本章重点 难点 1 1 1台式计算机构成中央处理器CPU系统主板内存硬盘软盘显示卡显示器光盘存储器声卡与音像网卡机箱 鼠标 键盘 1 1计算机构成 1 1计算机构成 1 1计算机构成 1 1计算机构成 1 1计算机构成 1 1计算机构成 1 1计算机构成 1 1计算机构成 1 1计算机构成 1 1计算机构成 1 1计算机构成 1 1计算机构成 1 1计算机构成 1 1计算机构成 1 1计算机构成 计算机是由硬件与软件两大子系统组成 硬件与软件二者密不可分 缺一不可 硬件提供物资基础 软件提供最终实现手段 1 2 1计算机的组成 1 2计算机硬件系统 1 2计算机硬件系统 1 2计算机硬件系统 1 微型计算机系统的概念 微型计算机 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 微型计算机系统 指以微型计算机为中心 配以相应的外围设备 电源和辅助电路 统称为硬件 以及指挥计算机工作的系统软件所构成的系统 2 MP MC MCS相互关系微处理器MP 微型计算机MC和微型计算机系统MCS 这是三个含义不同但又有着密切依存关系 1 微处理器uP或MP MicroProcessor 在一片超大规模集成电路上 将运算器和控制器集成在一起 称微处理器 有时简称CPU 2 微型计算机MC MicroComputer 以微处理器为核心 存储器输入输出接口I O及辅助电路 通过总线与其它部件相连 1 2计算机硬件系统 3 微型计算机系统 微型计算机系统 MicroComputerSystem 简称MCS 以微型计算机为核心外围设备 输入输出设备 电源系统软件 1 2计算机硬件系统 4 MP MC MCS的相互关系 图1 1微型计算机系统的组成 1 2计算机硬件系统 1 计算机的组成 冯 诺依曼结构 实现自动计算的思想是 程序控制程序 人编写的计算步骤 程序预先存储在存储器中 存储器还用于暂存参与计算的数和计算结果等数据 1 2 2基于总线的微型计算机硬件系统 以二进制形式表示指令和数据程序和数据事先存放在存储器中 计算机在工作时能够高速地从存储器中取出指令加以执行由运算器 控制器 存储器 输入设备和输出设备等五大部件组成计算机硬件系统 1 2计算机硬件系统 运算器运算器是进行运算的部件 运算包括算术运算和逻辑运算 一般简称ALU 控制器控制器通过对指令的译码 控制自身和其它部分运行 1 2计算机硬件系统 存储器存储器是存储数据和指令的部件 其物理容量 大小 是固定的 以字节为单位 B 输入设备 典型的输入设备是键盘 输出设备 输入与输出设备是计算机与外界进行信息交换的场所 它们与计算机通过I O接口实现信息的交换 典型的输出设备是显示器 1 2计算机硬件系统 2 微型计算机硬件系统组成 微处理器 进行算数运算和逻辑运算 存储器 存储程序 数据 符号等 I O接口 使外设与微机相连 1 2计算机硬件系统 1 总线 总线是连接多个功能部件的一组公共信号线 微机中各功能部件之间的信息是通过总线传输 数据总线DB 装载数据和指令代码 总线宽度 总线中信号线的条数 地址总线AB 装载地址信号 宽度由CPU所能直接访问的存储空间容量而定 控制总线CB CPU向其他部件传送控制信号 其他部件向CPU传送状态信号和请求信号 宽度各异 1 2计算机硬件系统 2 微处理器CPU 由运算器 控制器 寄存器3部分组成 实现运算和控制功能 计算机的核心部件 用来实现指令的自动装入和自动执行 实现计算机本身的自动化 1 2计算机硬件系统 1 2计算机硬件系统 算术逻辑 标志寄存器 程序寄存器 地址寄存器 数据寄存器 指令寄存器 累加器 寄存器阵列 指令译码器 1 2计算机硬件系统 运算器 又称算术逻辑单元 ALU 用来进行算术或逻辑运算以及移位循环等操作 控制器 又称控制单元 CU 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 指令寄存器IR 用来存放从存储器取出的将要执行的指令码 指令译码器ID 用来对指令寄存器IR中的指令操作码字段进行译码 以确定该指令应执行什么操作 可编程逻辑阵列PLA 用来产生取指令所需要的各种微操作的控制信号 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 1 2计算机硬件系统 内部寄存器 程序计数器PC 有时称为指令指针IP 它被用来存放下一条要执行指令所在存储单元的地址 地址寄存器AR 用来存放正要取出的指令的地址或数据操作数的地址 数据缓冲寄存器DR 用来暂时存放指令或数据 累加器A 它是使用最频繁的一个寄存器 标志寄存器FLAGS 有时也称为程序状态字 PSW 用来存放执行算术运算指令 逻辑运算指令或测试指令后建立的各种状态码内容以及对CPU操作进行控制的控制信息 寄存器阵列RA 相当于微处理器内部的RAM 1 2计算机硬件系统 ALU 算术逻辑单元 执行算术和逻辑运算的装置 PC 程序寄存器 保存下一条指令地址 自动加1 F 标志寄存器 是有一些标志位组成 IR 指令寄存器 存储当前正在译码 执行的指令 DR 数据寄存器 存储内存读出的内容 AR 地址寄存器 由它把要寻址的单元的地址通过地址总线送至存储器 PSW 状态字寄存器 存储前一时刻指令执行的状态标志 SP 堆栈指针 保存断点地址和现场信息 指令执行过程 取指 分析指令 执行指令 1 2计算机硬件系统 3 存储器 由CPU之外的半导体存储器芯片组成 存放程序 操作数 运算的中间结果和最终数据 1 存储器的结构 1 2计算机硬件系统 1 2计算机硬件系统 读 2 读操作 04 84H 1 2计算机硬件系统 写 3 写操作 04 84H 1 2计算机硬件系统 4 I O设备及其接口电路 输入设备将程序 原始数据和现场信息送给计算机 输出设备将计算机的计算和处理结果或回答信号以各种形式表现出来 外设与CPU间的硬件连线和信息交换要经接口电路 接口电路 是微处理器与I O设备联系的必经之路 具有协调和转换功能 种类很多 1 2计算机硬件系统 1 3微型计算机软件系统 计算机软件分为两大类 系统软件和用户软件 应当指出 硬件系统和软件系统是相辅相成的 共同构成微型计算机系统 缺一不可 1 3计算机软件系统 1 4微型计算机的工作过程 一 指令和程序1 指令 指令是用来指挥和控制计算机执行某种操作的命令 一条指令包括两个基本组成部分 即操作码和地址码 2 指令系统 一台计算机所能识别和执行的全部指令的集合称为该计算机的指令系统 3 程序 完成或解决某一特定问题而编写的指令序列称为程序 通常用二进制代码形式组成的指令序列称为机器语言程序 即目标程序 1 4微型计算机的工作过程 4 汇编语言程序 用助记符形式组成的指令序列称为汇编语言程序 或符号程序 例如 助记符ADD表示加法指令ADDAX BX的二进制代码为0000001111000011 1 4微型计算机的工作过程 二 计算机的基本工作流程1 模型计算机结构 1 4微型计算机的工作过程 2 CPU结构 控制单元 I O控制逻辑 工作寄存器组 ALU 暂存数据和结果 算术和逻辑运算 分析和执行指令 1 4微型计算机的工作过程 3 指令的执行过程 第一步 取指第二步 分析第三步 执行 1 4微型计算机的工作过程 例 MOVAL 07HADDAL 10HLT 110110001 MOVAL n 00000111 n 7 200001000 ADDAL n 00001010 n 10 311111110 HLT 1 4微型计算机的工作过程 00000000 1 00000001 2 00 3 10110001 4 5 10110001 6 10110001 7 10110001 MOVAL n 1 4微型计算机的工作过程 00000001 1 00000010 2 01 3 00000111 4 5 00000111 6 00000111 7 00000111 n 7 1 4微型计算机的工作过程 00000010 1 00000011 2 02 3 00001000 4 5 00001000 6 00001000 7 00001000 ADDAL n 1 4微型计算机的工作过程 00000011 1 00000100 2 03 3 00001010 4 5 00001010 6 00000111 7 00001010 n 10 AL00010001 8 9 1 4微型计算机的工作过程 4 计算机的工作流程 1 编制程序 2 启动计算机 3 输出结果 1 4微型计算机的工作过程 1 5微计算机的发展 1 3 1 计算机的发展1946年 世界上第一台计算机诞生于美国宾夕法尼亚大学的莫尔学院 第一代 1946 1957 电子管第二代 1957 1964 晶体管第三代 1965 1971 中小规模集成电路管第四代 1970 1992 超大规模集成电路 1 5微计算机的发展 1 3微计算机的发展 微处理器的发展 第一阶段 1971 1972 PMOS4004 8008 四位 八位字长低档CPU指令周期 2毫秒 us 时钟 2 5 4MHZ集成度 2000只晶体管 片第二阶段 1973 1978 8080 8085 Z80 M6800 八位中高档CPU指令周期 1 2us 时钟 2 5 5MHZ集成度 10000只晶体管 片第三阶段 1978 1981 PMOS8086 Z8000 M6800 十六位字长CPU 指令周期 0 5us 时钟 5 10MHZ集成度 30000只晶体管 片 1 3微计算机的发展 第四阶段 1981 1993 三十二位微处理器 80386 80486 MC68010 MC68020 指令周期 0 1us 时钟 16 20MHZ 集成度 15 50万管 片 第五阶段1993年以来 32位机Pentium 划时代的微处理器投入使用 时钟 60 150MHZ 集成度310万只 管以上内部数据总线是32位 外部数据总线为64位 使一个总线周期的数据传输量提高一倍 1 3微计算机的发展 第一章小结 计算机组成微型计算机的组成CPU的结构与功能计算机的发展 第一章思考题1 1微处理器 微型计算机和微型计算机系统三者之间有什么不同 1 2微处理器在内部结构上由哪几部分组成 微处理器应具备什么功能 1 3微型计算机采用总线结构有什么优点 填空题 1 数据总线为数据信息在系统模块之间的传输提供通信线路 2 地址总线用来指明数据总线上的数据的地址或地址 3 CPU内部的主要结构包括 运算器 控制器 寄存器和内部总线 2 选择题 1KB表示 A 1000位B 1024位C 1000字节D 1024字节 在计算机中 存储信息速度最快的设备是 A 内存B 高速缓存C 软盘D 硬盘 ROM的特点是 A 存取速度快B 断电后信息仍然保存C 存储容量大D 用户可以随时读写 基于