《微机原理课件ch》课件

微机原理课件概述本课件旨在帮助你深入理解计算机的基本原理，包括硬件和软件体系结构、指令系统、存储器管理、输入输出等关键概念。计算机硬件系统构成核心部件中央处理器(CPU)、内存、主板、硬盘。输入输出设备键盘、鼠标、显示器、打印机、网络接口。其他组件电源、散热器、机箱、连接线缆。计算机基本操作原理指令执行CPU按照程序指令逐条执行操作，包括数据读取、数据处理和结果写入等。数据传输数据在CPU、内存和I/O设备之间传输，通过总线进行数据交换。地址寻址CPU通过地址寻址方式访问内存，找到所需的数据和指令。中断机制中断机制用于处理突发事件，提高系统效率。数据表示和运算二进制表示计算机使用二进制数表示数据，使用0和1来表示所有信息。逻辑运算计算机通过逻辑运算处理数据，例如AND、OR和NOT运算。算术运算计算机执行算术运算，例如加法、减法、乘法和除法。运算器组成和功能算术逻辑单元(ALU)执行算术运算和逻辑运算，如加减乘除、比较、移位等。通用寄存器组临时存储数据和运算结果，方便CPU快速访问。程序计数器(PC)记录下一条指令的地址，控制指令执行顺序。状态寄存器(PSW)存储运算结果的标志位，指示运算结果的性质，如正负、进位、溢出等。存储器的种类和特点主存储器也被称为内存或RAM，用于存储CPU正在执行的程序和数据。辅助存储器用于长期保存数据，如硬盘、光盘、U盘等，速度较慢但容量较大。高速缓存位于CPU与主存储器之间，用于存储CPU频繁访问的数据，速度快但容量小。存储器的工作原理1寻址存储器通过地址访问数据2读写读操作获取数据，写操作写入数据3刷新动态RAM需要周期性刷新存储器的访问方式随机存取每个存储单元都有一个唯一的地址，可以通过地址直接访问任何存储单元。顺序存取数据按顺序存取，只能访问当前位置的下一个存储单元。直接存取数据存取需要通过一个地址表，通过地址表查找地址才能访问存储单元。输入输出系统概述计算机的输入输出系统是连接计算机与外部世界的桥梁，负责接收来自外部世界的各种信息并将其传递给计算机进行处理，并将处理结果输出到外部世界。数据传输输入输出系统负责将数据从外部设备传输到计算机内部，或将数据从计算机内部传输到外部设备。设备控制输入输出系统负责控制外部设备的操作，例如控制打印机的打印操作，或控制扫描仪的扫描操作。输入输出设备简介键盘键盘是输入设备中最常用的，可以将字符、数字、符号等信息输入计算机。鼠标鼠标是主要的定位设备，用于控制光标移动和选择对象。显示器显示器是主要输出设备，用于显示计算机处理的结果。打印机打印机是将计算机数据打印到纸张上的输出设备。中断处理机制1硬件中断由硬件设备发出，例如键盘按下、硬盘访问完成等。2软件中断由程序指令触发，例如除零错误、溢出错误等。3中断向量表存储着各中断服务程序的入口地址，用于快速定位中断处理程序。中断的类型和优先级可屏蔽中断可以通过软件或硬件方式屏蔽。如键盘中断，可以被屏蔽。不可屏蔽中断无法被屏蔽，通常用于紧急情况，如电源故障或硬件错误。中断优先级用于解决多个中断同时发生时的处理顺序，优先级高的中断优先被处理。中断响应流程1中断向量表查找对应中断类型的中断处理程序地址2中断服务程序执行中断处理程序3中断屏蔽暂时禁用中断，防止其他中断干扰4中断识别确定中断来源5中断请求外设向CPU发送中断信号总线概述及分类定义总线是连接计算机系统各个部件的“信息传输通道”，用来传送数据、地址、控制信号。分类数据总线：传输数据地址总线：传输地址信息控制总线：传输控制信号总线的基本功能1数据传输总线是计算机系统中各部件之间进行数据传输的公共通道，负责在CPU、内存、外设等部件之间传递数据。2地址传递总线用于传递访问存储器或外设的地址信息，CPU通过地址总线选择要访问的存储单元或外设。3控制信号传递总线传递控制信号用于协调各个部件的工作，例如读写操作、数据传输方向、中断请求等。总线仲裁机制1集中式仲裁仲裁器集中处理2分布式仲裁各设备平等竞争3链式仲裁按优先级分配4计数器定时仲裁轮流使用总线常见总线标准PCIExpress高速串行总线，用于连接高速设备，如显卡、存储控制器等。USB通用串行总线，用于连接各种外设，如键盘、鼠标、打印机等。SATA串行ATA，用于连接硬盘、光驱等存储设备。CPU组成和功能算术逻辑运算单元(ALU)执行算术和逻辑运算，如加减乘除、比较、逻辑运算等。控制单元(CU)控制CPU的工作流程，负责解释指令、协调各部件工作。寄存器组临时存储数据和指令，提高CPU的运算速度。CPU工作流程1取指从内存中获取指令2译码将指令转换为CPU可执行的指令格式3执行执行指令并更新程序计数器4写回将执行结果写入内存或寄存器指令系统和寻址方式1指令格式指令格式包含操作码和操作数，用于指示CPU执行的操作和操作的对象。2寻址方式寻址方式决定指令如何获取操作数，例如立即寻址、寄存器寻址、直接寻址等。3指令类型指令类型包括数据传送、算术运算、逻辑运算、控制转移等，用于实现各种功能。指令流水线技术指令分解将一条指令分解成多个子步骤。流水线执行不同的子步骤在不同的执行单元同时进行。提高效率通过并行处理，提高指令执行速度。存储器层次结构速度速度越快，成本越高。容量容量越大，成本越低。成本成本决定了存储器的使用场景和范围。Cache的作用和工作原理缓存可以显著提高系统性能。缓存利用了程序访问数据的局部性原理。缓存通常分为多个层级，根据访问速度和容量不同。虚拟存储器技术地址空间扩展虚拟存储器允许程序使用比物理内存更大的地址空间，从而克服了物理内存容量的限制。多道程序设计通过虚拟存储器技术，可以将多个程序的部分装入内存，提高内存利用率，并支持多道程序设计。程序共享同一程序或库文件可以被多个用户共享，节省内存空间，提高系统效率。I/O系统设计策略提高数据传输速率确保数据同步和一致性增强I/O系统安全性DMA技术工作原理1设备请求外设需要进行数据传输时，会向DMA控制器发出请求。2地址和数据传输控制DMA控制器获取外设的地址和数据传输控制信息。3数据传输DMA控制器直接控制内存和外设之间的數據传输，无需CPU干预。4传输完成通知数据传输完成后，DMA控制器会向CPU发送中断信号。总线协议案例分析PCIExpress高带宽，高速数据传输，支持多种设备，广泛应用于现代计算机系统。USB通用串行总线，灵活易用，可连接多种外设，支持热插拔，广泛应用于个人电脑和移动设备。微机原理课件总结回顾回顾课程重点，巩固知识体系1计算机系统概述硬件和软件的交互2CPU和存储器信息处理和存储的核心3输入输出系统数据交换的桥梁思考问题及延伸探讨本课程的学习，不仅是为了掌握微机原理的理论知识，更重要的是要将其应用于实际问题中，并不断探索新技术的发展趋势。在学习过程中，可以思考以下问题：1.如何将微机原理知识应用到具体的项目开发中？2.未来计算机技术发展趋势如何？3.如何更好地理解和掌握计算机系统的复杂性？除了以上问题，还可以进行以下方面的延伸探讨：1.嵌入式系统与微机原理的关系。2.云计算与微机原理的关系。3.人工智能与微机原理的关系。