第1章微计算机系统概述

1、考核方法考核方法u课堂成绩与出勤：课堂成绩与出勤：20%u个人作业个人作业 ：15%u团队作业：团队作业：15%u期末考试：期末考试：50%课堂表现与出勤：课堂表现与出勤：1、缺一次课扣、缺一次课扣3分，分，5次缺课取消该课程成绩；次缺课取消该课程成绩；2、迟到一次扣、迟到一次扣1.5分，早退视同缺课；分，早退视同缺课；3、课堂主动回答问题一次正确加、课堂主动回答问题一次正确加1分；若点名分；若点名回答问题则正确加回答问题则正确加0.5分，错误不扣分。分，错误不扣分。学习方法很重要学习方法很重要n课堂：课堂：听讲与理解、适当笔记听讲与理解、适当笔记n课后：课后：认真复习、独立完成作业认真复习、

2、独立完成作业n实验：实验：勤于思考、勇于实践勤于思考、勇于实践第1章 微计算机系统概述教学重点教学重点n微计算机系统的组成微计算机系统的组成n微机中数的表示方法微机中数的表示方法计算机的基本组成和工作原理微处理器、微计算机、微处理器系统微型计算机的基本组成微计算机实例微型计算机中数的编码和字符的表示1.1 计算机的基本组成和工作原理 人脑的简单计算 复杂计算一、计算机的基本组成一、计算机的基本组成记录原始数据和算题保存中间结果作具体的计算 控制作用 保存和输出最终结果计算结果计算结果或可识别信息或可识别信息程序程序原始数据原始数据或各种信息或各种信息运算器运算器存储器存储器控制器控制器输出设备

3、输出设备输入设备输入设备数据数据控制命令控制命令计算机中的信息：计算机中的信息：二、计算机的工作原理二、计算机的工作原理例：例：23111361717 指令1指令2指令3指令n数据21数据12数据117数据13地址地址程序程序数据数据中间结果中间结果最终结果最终结果Step1:将解题步骤和数据输入存储器中；Step2:计算机开始顺序执行指令； 取23、11到运算器相乘，结果暂存入存储器；取136、17相除，结果也放入存储器暂存；最后将暂存的两个结果在运算器中相减。Step3:将结果输出；Step4:停机。1.2 微处理器、微计算机、微处理器系统微处理器、微计算机、微处理器系统n微处理器（CPU

4、） 微缩的中央处理器，大规模集成电路。n微型计算机 （CPURAMROMI/O接口）以及相应的辅助电路。 单片机、微机系统。n微处理器系统 以微处理器为核心构成的专用系统，嵌入式系统。运算器运算器 控制器控制器 寄存器组寄存器组 内存储器内存储器 辅助电路辅助电路 输入输出接口电路输入输出接口电路外部设备外部设备 软件软件微型计算机微型计算机微型计算机系统微型计算机系统微处理器微处理器一、一、 计算机的发展计算机的发展n1946年，世界上出现第一台数字式电子计年，世界上出现第一台数字式电子计算机算机ENIAC（电子数据和计算器）（电子数据和计算器）n发展到以大规模集成电路为主要部件的第发展到以

5、大规模集成电路为主要部件的第四代，产生了微型计算机四代，产生了微型计算机n1971年，年，Intel公司设计了世界上第一个公司设计了世界上第一个微处理器芯片微处理器芯片Intel4004，开创了一个全新，开创了一个全新的计算机时代的计算机时代二、二、 微型计算机的发展微型计算机的发展n第第1代代：4位和低档位和低档8位微机位微机400440408008n第第2代代：中高档：中高档8位微机位微机Z80、I8085、M6800，Apple-II微机微机n第第3代代：16位微机位微机8086808880286，IBM PC系列机系列机n第第4代代：32位微机位微机8038680486PentiumP

6、entium II Pentium III Pentium 432位位PC机、机、Macintosh机机n第第5代代：64位微机位微机Itanium Pentium D （双核）（双核） Intel Core （ 酷睿双核）酷睿双核）酷睿酷睿i7、i5、i3处理器处理器 摩尔定律：摩尔定律：每过每过18个月微处理器的性个月微处理器的性能提高一倍，价格下降能提高一倍，价格下降50%。微处理器微处理器CPU存储器存储器RAM接口电路接口电路时钟时钟外设外设外设外设接口电路接口电路存储器存储器ROM数据总线（双向）数据总线（双向）地址总线（单向）地址总线（单向）控制总线控制总线三、典型微处理器系统三

7、、典型微处理器系统n数据总线DBCPU读操作时，外部数据通过数据总线送往CPU CPU写操作时，CPU数据通过数据总线送往外部数据线的多少决定了一次能够传送数据的位数n地址总线AB输出将要访问的内存单元或I/O端口的地址地址线的多少决定了系统直接寻址存储器的范围 16条地址线寻址216 65536个不同地址。n控制总线CB协调系统中各部件的操作，有输出控制、输入状态等信号控制总线决定了系统总线的特点，例如功能、适应性等13 微型计算机的基本组成微型计算机的基本组成2.外围设备外围设备1.微计算机主板微计算机主板CPU内存储器内存储器I/o接口电路：接口电路：系统总线：系统总线：算术逻辑单元算术

8、逻辑单元控制器控制器寄存器阵列寄存器阵列ROMRAMcache并行并行I/O、串行、串行I/OPC总线、总线、ISA、PCI3.电源、机箱电源、机箱外部设备：外部设备：输入输入/输出设备、外存储器输出设备、外存储器过程过程I/O通道通道 硬件系统1. 系统软件q监控程序系统开机启动 BIOS，即微机的基本输入输出系统(Basic Input-Output System)，是集成在主板上的一个ROM芯片，其中保存有微机系统 最重要的基本输入/输出程序、系统信息设置、开机上电自检程序和系统启动自检程序。q操作系统协调管理计算机系统的各种软件、硬件资源；协调计算机的运行；为计算机系统和用户之间提供接

9、口。 软件系统2. 程序设计语言 用来编写程序的语言。 机器语言 能够直接被计算机识别和执行的语言。用二进制代码编写。 汇编语言 用助记符表示的机器语言。初级语言。能够直接控制硬件。 高级语言 算法语言。BASIC、C/C+、JAVA等。3. 语言处理程序 是翻译计算机的各种语言而设置的一组程序。 汇编程序 翻译汇编语言用。把汇编语言源程序翻译成机器语言目标程序。 编译程序 将某种语言的程序（源程序）翻译成机器语言的目标程序。如FORTRAN，C等。4.应用软件 是计算机用户在各自领域中开发和使用的程序。 微机系统结构的特殊性微机系统结构的特殊性n软件的固化软件的固化 将软件固化于半导体固定存

10、储器中。如将软件固化于半导体固定存储器中。如 BIOSBIOS。n总线结构总线结构总线是连接多个部件的信息传输线，是各种总线是连接多个部件的信息传输线，是各种部件共享的传输介质。部件共享的传输介质。 微机内的4级总线结构： 片内总线： CPU芯片内部总线。 片总线为元件级总线，是专门给CPU用的，CPU的各个引脚所连接的就是片总线。片总线包括地址总线、数据总线和控制总线，即所谓三总线结构。 系统总线：实现计算机系统中插件板与插件板之间的连接。如PCI、ISA等。 外部总线：用于系统之间的连接。微机与其他设备的连接。USB、RS-232等。1.4 微计算机实例微计算机实例286286主板主板支持

11、支持Core i7/Core i5的主板的主板CPU处理子处理子系统系统RAM子系统ROM子系统I/O芯片和芯片和I/O接口接口总线扩展槽总线扩展槽286286主板主板ATX主板主板支持支持P4微处理器微处理器n芯片组 是“南桥”和“北桥”的统称，就是把以前复杂的电路和元件最大限度地集成在几颗芯片内的芯片组。 是CPU与周边设备沟通的桥梁。北桥芯片管理CPU、高速缓存、主存储器和PCI总线间的信息传送。一般来说，芯片组的名称就是以北桥芯片的名称来命名的。 南桥芯片是对所有的I/O接口或中断请求进行管理，对DMA传输的控制，负责系统的定时与计数等。 nCPU及其插座 主流的CPU插座主要有Soc

12、ket370、 Socket 423、Socket 478和Socket A几种。 ZIF（Zero Insertion Force，零拨插力式）插座，它可以让零件（这里指的是CPU）可以轻松插进插座，也可以拆下来。插座旁的固定杆，可以在插进零件后将其固定。nBIOS和CMOS RAM芯片 BIOS采用FLASH ROM，具有电可擦除的功能。它是硬件与软件之间的一个接口，负责解决硬件的即时需求，并按软件对硬件的操作要求具体执行。CMOS RAM也是固定在计算机主板上的。用作微机的实时时钟，提供系统日期、时间，保存用户口令以及系统的硬件配置参数。由于是RAM芯片，它必须由主板上的电池供电来保持芯

13、片中的数据。 n内存储器插槽 DDR(Double Data Rate)：双数据速率；DIMM(Dual In-line Memory Module)：双面引脚内存；n产生各种时钟频率的电路时钟频率，是提供电脑定时信号的一个源，这个源产生不同频率的基准信号，用来同步CPU的每一步操作。 CPU时钟（外频）：CPU主频外频倍频USB时钟：驱动USB总线，48MHZSDRAM时钟Super I/O时钟：24MHZPCI时钟AGP时钟n总线扩展槽 PCI插槽、AGP插槽n串行接口 9针D型插座n并行接口 25针D型插座n其他插座软磁盘驱动器：34针插座IDE插座：40针USB插座：4针PS/2鼠标接

14、口：6针圆形插孔，绿色PS/2键盘接口： 6针圆形插孔，紫色声卡插孔：Mic、Line Out、Line In15 微型计算机中数的编码和字符的表示1.5.1 常用的名词术语常用的名词术语1.5.2 数的表示法数的表示法1.5.3 字符的表示法字符的表示法1.5.1常用的名词术语常用的名词术语n位位(Bit) 指一个二进制位。指一个二进制位。n字节字节(Byte) 指相邻的指相邻的8个二进制位。个二进制位。n字字 2个字节，个字节，16位。位。n双字、四字、双四字双字、四字、双四字 32位、位、64位、位、128位。位。1.5.2 数的表示法数的表示法1.进位进数制进位进数制可用数码进位基数0

15、K-10 1 2 3 45 6 7 8 9ABCDEF0 1 2 34 5 6 7 0 10 1 2 3 45 6 7 8 9逢逢K进进1逢逢16进进1逢逢8进进1逢逢2进进1逢逢10进进1K168210K进制进制十六进制十六进制八进制八进制二进制二进制十进制十进制进位制数的表示：n二进制数用B或b结尾n八进制数用Q或q结尾n十进制数可不用结尾字母，也可用D或d结尾n十六进制数用H或h结尾2. 机器数 数在计算机中的二进制表示形式。n无符号数 机器数的所有二进制位都用来表示数值。n有符号数 有符号数的符号位（最高位）用0和1来表示，一般用0表示正，用1表示负。但由于数值部分的表示方法不同，有符

16、号数可有三种表示方法，分别叫做原码、反码和补码。有符号数运算时的溢出问题有符号数运算时的溢出问题补码的表示范围补码的表示范围 2n-1X 2n-11例如：例如：(+72)+(+98) 01001000B + 01100010B 10101010B -863. BCD码（十进制数的二进制编码）采用二进制数对每一位十进制数字进行编码的方法来表示一个十进制数。 压缩BCD码(组合式)：每一位用4位二进制表示，一字节表示两位十进制数。 (1001 0110)BCD=(96)10 非压缩BCD码(非组合式)：1字节表示一位十进制数，只用低4位表示09。 (00001000)BCD=(8)10BCD码的加

17、减运算码的加减运算n用用BCD码求码求38+49 0011 1000 + 0100 1001 1000 0001 81原因：原因：u十进制数加法十进制数加法“逢十进一逢十进一”u二进制数运算，二进制数运算，4 4位为一组时，位为一组时，“逢十六进一逢十六进一”例如：用例如：用BCD码求码求 25+37 0010 0101 25+ 0011 0111 370101 1100 低低 4 位满足规则位满足规则1+ 0000 0110 加加 6 修正修正0110 0010 62 结果正确结果正确 例如：例如：用用BCD码求码求 38+49 0011 1000 38+ 0100 1001 491000

18、0001 低低 4 位满足规则位满足规则 2+ 0000 0110 加加 6 修正修正1000 0111 87结果正确结果正确 例如：例如：用用BCD码求码求 94+7 1001 0100 94+ 0000 0111 71001 1011 低低4位满足位满足规则规则 1+ 0000 0110 加加6修正修正1010 0001 高高4位满足规则位满足规则 3+ 0110 0000 加加6修正修正10000 0001 101 结果正确结果正确 1.5.3 字符的表示法字符的表示法 在计算机中，字符同样用在计算机中，字符同样用二进制编码的形式表二进制编码的形式表示，即每一个字符被赋予一个唯一固定的二进制示，即每一个字符被赋予一个唯一固定的二进制编码编码，为了统一，人们制定了编码标准。目前，为了统一，人们制定了编码标准。目前，一般都是采用美国标准信息交换码，它使用一般都是采用美国标准信息交换码，它使用七位七位二进制编码二进制编码来表示一个符号，通常把它称为来表示一个符号，通常把它称为ASCIIASCII码码。由于用七位码来表示一个符号，故该编码方。由于用七位码来表示一个符号，故该编码方案 中 共 有案 中 共 有 1 2 81 2 8 个 符 号 （个 符 号 （ 2 27 7= 1 2 8= 1 2 8 ） ， 编 号 从） ， 编 号 从 (0000000)(00