微型计算机精品概述资料

1、微型计算机精品(jn pn)概述2013年4月24日共五十二页第1章 微型(wixng)计算机概述本章要点1.1 微型(wixng)计算机的发展与应用1.2 微型计算机组成1.3 计算机的分类和性能指标1.4 多媒体技术2013年4月24日共五十二页本章(bn zhn)要点了解微型计算机的发展掌握计算机系统组成掌握计算机系统的层次结构理解微型计算机的工作原理(yunl)及指令执行过程掌握微型计算机常用术语 2013年4月24日共五十二页本章(bn zhn)重点与难点重点：微型计算机的基本组成微型计算机的工作原理微型计算机常用术语(shy)难点：微型计算机的工作原理返回本章首页2013年4月24

2、日共五十二页1.1 概述(i sh)1.1.1 计算机的发展简史1.1.2 微型计算机的特点(tdin)1.1.3 微型计算机的应用2013年4月24日共五十二页1.1.1 计算机的发展(fzhn)简史 1946年，第一台计算机在美国诞生。60多年来，根据(gnj)计算机采用的逻辑元件来分，计算机经历了电子管计算机时代、晶体管计算机时代、集成电路计算机时代、大规模及超大规模集成电路计算机时代，如图1-1所示。 图1-1 计算机采用的逻辑元件2013年4月24日共五十二页1.1.1 计算机的发展(fzhn)简史 20世纪70年代初，随着大规模集成电路(jchng-dinl)的出现，原来体积很大的

3、中央处理器电路集成为一个只有十几平方毫米的半导体芯片，其称为微处理器。微处理器的出现，开创了微型计算机的新时代。微型计算机是第四代计算机的典型代表。 微处理器是计算机的核心部件，它的性能在很大程度上决定了微型计算机的性能。因此，微型计算机的发展是以微处理器的发展来更新换代的。2013年4月24日共五十二页第一代4位和低档8位机Intel 4004/8008第二代中高档8位机8080/8085、Z80、MC6800第三代16位机Intel 8086、Z8000、80286第四代32位机80386、80486第五代32位机Intel Pentium（1971-1973）主要应用于各种袖珍计算器、家

4、电、交通灯控制(kngzh)等简单控制(kngzh)领域 （1973-1978）广泛用于数据处理、工业(gngy)控制智能仪器仪表及家电等各个领域 （1978-1983）（1984-1992）（1993-1999）特点：1、速度越来越快。2、容量越来越大。3、功能越来越强。第六代64位机和双核Intel Intanium、Pentium D、Pentium EE、（2000年以后） 2013年4月24日共五十二页1.1.2 微型(wixng)计算机的特点计算机的主要特点表现在以下几个方面。1. 运算速度快运算速度是计算机的一个重要性能指标。计算机的运算速度通常用每秒钟执行定点加法的次数或平均每

5、秒钟执行指令的条数来衡量。计算机的运算速度已由早期的每秒几千次发展到现在的最高可达每秒万亿次甚至更高。2. 计算精度高在科学研究和工程设计中，对计算的结果精度有很高的要求。一般的计算工具只能达到几位有效数字(如过去常用的四位(s wi)数学用表、八位数学用表等)，而计算机对数据的结果精度可达到十几位、几十位有效数字，根据需要甚至可达到任意的精度。2013年4月24日共五十二页1.1.2 微型(wixng)计算机的特点3. 存储容量大计算机的存储器可以存储大量数据，这使计算机具有了“记忆”功能。目前计算机的存储容量越来越大，已高达千兆数量级的容量。4. 具有逻辑判断功能计算机的运算器除了能够完成

6、基本的算术运算外，还具备(jbi)比较、判断等逻辑运算的功能。这种能力是计算机能处理逻辑推理问题的前提。5. 自动化程度高，通用性强由于计算机的工作方式是将程序和数据先存放在机内，工作时按程序规定的操作，一步一步地自动完成，一般无须人工干预，因而自动化程度高。这一特点是一般计算工具所不具备的。计算机通用性的特点表现在几乎能求解自然科学和社会科学中一切类型的问题，能广泛地应用各个领域。2013年4月24日共五十二页1.1.3 微型(wixng)计算机的应用1. 科学计算早期的计算机主要用于科学计算。目前，科学计算仍然是计算机的一个重要应用领域。由于计算机具有很高的运算速度和运算精度，使得过去用手

7、工无法完成的计算变为可能。随着计算机技术的发展，计算机的计算能力越来越强，计算速度越来越快，计算精度也越来越高。利用计算机进行数值计算，可以节省大量时间、人力和物力。2. 过程检测与控制利用计算机对工业生产过程中的某些信号自动进行检测，并把检测到的数据存入(cn r)计算机，再根据需要对这些数据进行处理，这样的系统称为计算机检测系统。但一般来说，实际的工业生产过程是一个连续的过程，往往既需要用计算机进行检测，又需要用计算机进行控制。例如：在化工、电力和冶金等生产过程中，用计算机自动采集各种参数，监测并及时控制生产设备的工作状态；在导弹、卫星的发射中，用计算机随时精确地控制飞行轨道与姿态；在热处

8、理加工中，用计算机随时检测与控制炉窑的温度；在对人有害的工作场所，用计算机来监控机器人自动工作等。特别是微型计算机进入仪器仪表后所构成的智能化仪器仪表，将工业自动化推向了一个更高的水平。利用计算机进行控制，可以节省劳动力、减轻劳动强度、提高劳动生产效率，并且还可以节省生产原料、减少能源消耗、降低生产成本。2013年4月24日共五十二页3. 信息管理信息管理是目前计算机应用最广泛的一个领域。所谓信息管理，是指利用计算机来加工、管理和操作任何形式的数据资料，如企业管理、物资管理、报表(bobio)统计、账目计算和信息情报检索等。当今社会是一个信息化的社会，将计算机用于信息管理，为办公自动化、管理自

9、动化和社会自动化创造了最有利的条件。国内外大量的机构已经建立了自己的管理信息系统(MIS)；一些生产企业开始采用制造资源规划软件(MRP)；商业流通领域则逐步使用电子信息交换系统(EDI)，即所谓的无纸贸易。2013年4月24日共五十二页4. 计算机辅助系统计算机用于辅助设计、辅助制造和辅助教学统称为计算机辅助系统。计算机辅助设计(CAD)是指利用计算机来帮助设计人员进行工程设计，以提高设计工作的自动化程度，节省人力和物力。用计算机进行辅助设计，不仅速度快，而且质量高，为缩短产品的开发周期与提高产品质量创造了有利条件。计算机辅助制造(CAM)是指利用计算机进行生产设备的管理、控制与操作，从而(

10、cng r)提高产品质量、降低生产成本以及缩短生产周期，并且还大大改善了工作人员的工作条件。计算机辅助教学(CAI)是指利用计算机帮助学习的系统，它将教学内容、教学方法以及学习情况等信息存储在计算机中，使学生能够轻松自如地从中学到所需要的知识。2013年4月24日共五十二页1.2 微型(wixng)计算机的组成微型计算机系统包括硬件和软件(run jin)两大部分。硬件（Hardware）是指构成计算机的实在的物理设备，是看得见、摸得着的物体，就像人的躯体。软件（Software）一般是指在计算机上运行的程序（广义的软件还包括由计算机管理的数据和以及有关的文档资料），是指示计算机工作的命令，就

11、像人的思想。微型计算机主要是指微型计算机的硬件系统，当然其核心是微处理器。PC机是微型计算机常用的一种。2013年4月24日共五十二页1.1.3 微型(wixng)计算机系统的组成2013年4月24日共五十二页2013年4月24日共五十二页1微处理器微机的核心是微处理器，也就是微机的中央处理器。它是采用大规模集成电路技术生产的半导体芯片，芯片内集成了控制器、运算器和若干高速存储单元（即寄存器）。高性能微处理器内部非常复杂，例如运算器中不仅有基本的整数运算器、还有浮点处理单元甚至多媒体数据运算单元，控制器包括存储管理单元、代码保护机制等。微处理器及其支持电路构成了微机系统的控制中心，对系统的各个

12、部件进行(jnxng)统一的协调和控制。2013年4月24日共五十二页2存储器存储器（Memory）是存放程序和数据的部件(bjin)。高性能微机的存储系统由微处理器内部的寄存器（Register）、高速缓冲存储器（Cache）、主板上的主存储器和以外设形式出现的辅助存储器构成。2013年4月24日共五十二页3I/O接口(ji ku)和I/O设备I/O设备是指微机(wi j)上配备的输入（Input）设备和输出（Output）设备，也称外部设备或外围设备，简称外设（Peripheral），其作用是让用户与微机实现交互。微机上配置的标准输入设备是键盘，标准输出设备是显示器，二者又合称为控制台。微

13、机还可选择鼠标器、打印机、绘图仪、扫描仪等I/O设备。作为外部存储器驱动装置的磁盘驱动器，既是输出设备，又是输入设备。2013年4月24日共五十二页4系统总线总线（Bus）是指传递信息的一组公用导线。这里的系统总线（System Bus）是指微机系统中，微处理器与存储器和I/O设备(shbi)进行信息交换的公共通道。总线有几十条到百十条信号线，2013年4月24日共五十二页（续）这些(zhxi)总线信号一般可分为3组：（1）地址总线（Address Bus，AB）（2）数据总线（Data Bus，DB）（3）控制总线（Control Bus，CB）2013年4月24日共五十二页1.2.2 个人

14、(grn)微机结构主要由4部分(b fen)组成。（1）微处理器（2）主存储器（3）I/O接口（4）系统总线2013年4月24日共五十二页2013年4月24日共五十二页1.3.1 微型(wixng)计算机的分类微型计算机按照它的应用对象可以分为以下三类： 单片机：将微处理器、部分存储器、输入输出接口都集成在一块集成电路芯片上，一块芯片就构成了一台计算机，它被广泛应用于汽车、家电、工业过程控制、智能仪器仪表等领域。单板机：将计算机的各个部分都组装在一块印制电路板上，包括微处理器/存储器/输入输出接口，还有简单的七段发光二极管显示器、小键盘、插座等。它适于进行生产(shngchn)过程的控制，也可

15、以直接在实验板上操作，适用于教学。 PC机：目前人们广泛使用的个人计算机 2013年4月24日共五十二页1.2 硬件(yn jin)系统1.2.1 中央处理器的组成1.2.2 存储器1.2.3 总线（Bus)1.2.4 输入(shr)输出接口(Input/Output Interface)返回本章首页2013年4月24日共五十二页1.2.1 中央处理器的组成(z chn) 中央处理器（CPU）由运算器、控制器和寄存器阵列组成，是整个(zhngg)硬件系统的核心。微型机中将运算器、控制器和寄存器等相关部件集成在一块芯片中，又叫微处理器，通过专门的CPU插座安置在主板上。 2013年4月24日共五

16、十二页1.2.1 中央处理器的组成(z chn)1.运算器 计算机中加工和处理数据的功能部件(bjin)。主要包括算术逻辑部件(bjin)（ALU），用于对数据进行加工处理，进行算术和逻辑运算。 ALU数据寄存器1#数据寄存器2#存储器外设图1-4 运算器的逻辑结构2013年4月24日共五十二页1.2.1 中央处理器的组成(z chn)2.控制器 控制(kngzh)器具有控制(kngzh)和指挥计算机内各功能部件协同动作，完成计算机程序的功能。它包括：程序计数器（PC）：存放下一条将要执行的指令所在存储单元的地址。指令寄存器（IR）：保存当前正在执行的一条指令。指令译码器（ID）：将指令的操作

17、码翻译成机器能识别的命令信号。时序信号发生器：根据指令译码器（ID）产生的命令信号产生具体的控制信号。3.寄存器阵列 包括一组通用寄存器组和专用寄存器。 2013年4月24日共五十二页1.2.2 存储器 存储器是计算机系统中的一种记忆设备，用来存放程序、数据、运算结果以及各种需要(xyo)保存的信息。包括：内存高速缓存外存2013年4月24日共五十二页1.2.3 总线(zn xin)（Bus)按总线(zn xin)的层次结构微处理器级总线系统级总线外设总线 2按总线传送信息的类别地址总线数据总线控制总线 2013年4月24日共五十二页1.2.4 输入(shr)输出接口(Input/Output

18、 Interface) 主机与外部设备之间的信息交换是通过输入/输出接口来进行的。输人/输出接口简称(jinchng)I/O接口，由图1-5可以看出，接口在这里起着主机与外部设备之间数据通信的“桥梁”的作用。 图1-5 微型计算机的硬件系统功能模块 2013年4月24日共五十二页1.3 微型计算机的一般工作(gngzu)原理1.3.1 程序和指令1.3.2 存储(cn ch)程序工作原理1.3.3 微型计算机的工作过程返回本章首页2013年4月24日共五十二页1.3.1 程序(chngx)和指令 冯诺依曼提出计算机由5个部分组成，即运算器、控制器、存储器、输人设备和输出设备；计算机内采用二进制

19、；计算机采用程序存储和程序控制的工作方式(fngsh)，即事先把程序加载到计算机的存储器中，当机器加电并启动后，计算机便会自动按照程序的要求进行工作。 2013年4月24日共五十二页1.3.1 程序(chngx)和指令 所谓程序，就是为实现某项既定的任务而向计算机发出的一组有一定(ydng)顺序的基本操作命令的集合。这些基本操作命令就称为指令。指令由操作码和操作数两部分组成，即操作性质（如加、减、乘、除、比较大小等）和参加操作的对象（如数据或数据存放的地址等）。机器指令的集合称为指令系统。 2013年4月24日共五十二页1.3.2 存储程序(chngx)工作原理 存储程序和程序控制原理的基本点

20、就是指令驱动，即按照任务要求事先编好程序，然后把程序和所需的数据输入计算机存储器中保存起来。当机器启动时，根据内部指令指针给出的程序第一条指令的地址，控制器就可依据程序指定的逻辑顺序从存储器中一条条周而复始地读取指令、分析(fnx)指令、执行指令，直到完成全部指令操作为止。这样就能自动连续地完成程序所描述的全部工作，即控制器通过指令流的串行驱动实现程序控制。 2013年4月24日共五十二页1.3.3 微型计算机的工作(gngzu)过程 计算机每执行(zhxng)一条指令，都包含着两个基本的步骤，即取指令、译码和执行(zhxng)指令。2013年4月24日共五十二页1.3.3 微型(wixng)

21、计算机的工作过程在进行计算前，应做如下工作：（1）、用助记符号指令(zhlng)（汇编语言）编写程序（源程序）；（2）、用汇编软件（汇编程序）将源程序汇编成计算机能识别的机器语言程序；（3）、将数据和程序通过输入设备送入存储器中存放。2013年4月24日共五十二页1.3.3 微型计算机的工作(gngzu)过程完成5+6=？的程序：MOV A，05H /B0H 05H ；把05送入累加器AADD A，06H /04H 06H ；06与A中内容相加， 结果存入累加器AHLT /F4H ；停止所有操作。2013年4月24日共五十二页1.3.3 微型计算机的工作(gngzu)过程1、取指令阶段的执行过

22、程：（设程序从00H开始存放）（1）、将程序计数器（PC或IP）的内容送地址寄存器AR。（2）、程序计数器PC的内容自动加1变为01H，为取下一条指令作好准备。（3）、地址寄存器AR将00H通过地址总线送至存储器地址译码器译码，选中00H单元。（4）、CPU发出“读”命令。（5）、所选中的00单元的内容B0H读至数据总线DB上。（6）、经数据总线DB，读出的B0H送至数据寄存器DR。（7）、数据寄存器DR将其内容送至指令寄存器IR中，经过译码CPU“识别(shbi)”出这个操作码为“MOV A，05H”指令，于是控制器发出执行这条指令的各种控制命令。2013年4月24日共五十二页1.3.3 微

23、型(wixng)计算机的工作过程PCARALUABDRIRIDPLA00H100H200 B0H01 05H02 04H03 06H04 F4H34读命令B0H56B0H7控制信号（取第一条指令操作示意图）2013年4月24日共五十二页1.3.3 微型(wixng)计算机的工作过程2、执行指令阶段(jidun)的执行过程：（1）、将程序计数器（PC或IP）的内容送地址寄存器AR。（2）、程序计数器PC的内容自动加1变为02H，为取下一条指令作好准备。（3）、地址寄存器AR将01H通过地址总线送至存储器地址译码器译码，选中01H单元。（4）、CPU发出“读”命令。（5）、所选中的01H单元的内容

24、05H读至数据总线DB上。（6）、经数据总线DB，读出的05H送至数据寄存器DR。（7）、由控制码计算机已知到读出的是立即数，并要求将它送入累加器A中，所以数据寄存器DR通过内部总线将05H送入累加器A中。2013年4月24日共五十二页1.3.3 微型计算机的工作(gngzu)过程PCARALUABDRIRIDPLA02H101H200 B0H01 05H02 04H03 06H04 F4H34读命令05H567控制信号05H（执行第一条指令操作示意图）2013年4月24日共五十二页例：计算(j sun)1+2=?汇编语言程序 对应的机器指令 对应的操作MOV AL, 1 10110000 将

25、立即数1传送到累加寄存器AL中 00000001ADD Al, 2 00000100 计算两个(lin )数的和，结果存放到AL中 00000010MOV 0008, AL 10100010 将AL中的数传送到地址单元0008 00001001 00000000HLT 11110100 停机1.3.3 微型计算机的工作过程2013年4月24日共五十二页1.3.3 微型计算机的工作(gngzu)过程2013年4月24日共五十二页1.4 微型(wixng)计算机常用术语1数据单位位（bit，b）：“位”是计算机所能处理的最小数据单位，它只能有两种状态：“0”或“1”。 字节（Byte，B）：1个字

26、节包含8个二进制位(8 bit) ，通常缩写为B 1 KB210=1024 B 1 MB220=1024 KB 1 GB230=1024 MB 1 TB240=1024 GB字（Word）：微处理器一次可以直接处理的二进制数码(shm)位数的基本单位。微处理器的字长有4位、8位、16位、32位和64位等 2013年4月24日共五十二页1.4 微型(wixng)计算机常用术语2.兼容性系统兼容(jin rn)向上兼容向下兼容3.主频主频外频倍频系数4MIPS：每秒钟能执行多少百万条指令。2013年4月24日共五十二页1.4 微型计算机常用(chn yn)术语5微处理器的生产工艺 在硅材料上生产微

27、处理器时内部各元器件间连接线的宽度，一般以m为单位，目前微处理器的生产工艺已经达到(d do)0.18m。6微处理器的集成度 微处理器芯片上集成的晶体管的密度。7. 寻址空间与实际存储容量 寻址空间由CPU地址总线的根数决定。实际存储容量是主板上实际插的内存芯片的存储容量，小于或等于寻址空间，根据需要进行选择。 2013年4月24日共五十二页1.4.2 计算机的性能指标评价计算机性能是一个复杂的问题，早期只限于字长、运算速度和存储容量3大指标。目前要考虑的因素有如下几个方面(fngmin)。(1) 主频主频很大程度上决定了计算机的运行速度，它的单位是兆赫兹(MHz)。例如Intel 8086/

28、8088为4.77MHz，而Pentium IV芯片可以达到3GHz以上。(2) 字长字长决定了计算机的运算精度、指令字长度、存储单元长度等，可以是8/16/32/64/128位(bit)。2013年4月24日共五十二页(3) 运算速度衡量计算机运算速度的早期方法(fngf)是每秒执行加法指令的次数，现在通常用等效速度。等效速度由各种指令平均执行时间以及对应的指令运行比例计算得出，即用加权平均法求得。它的单位是每秒百万指令(MIPS，Million Instructions Per Second)。另外，还有利用所谓“标准程序”在不同的机器上运行所得到的实测速度。(4) 存储容量以字为单位的计算机常以字数乘字长来表明存储容量，以字节(1Byte=8bit)为单位的计算机则常以字节数表示存储容量。习惯上常将1024B(210)简称为1KB(Kilobyte，千字节)，1024KB(220)简称为1MB(Megabyte，兆字节)，1024MB(230)简称为1GB(Gigabyte，吉字节)，1024GB(240)简称为1TB(Trillionbyte，万亿字节，太字