盧偉《計(jì)算機(jī)原理》themicrocomputerprinciple-ch課件

盧偉《計(jì)算機(jī)原理》課件目錄計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述微處理器存儲器輸入輸出設(shè)備總線與接口數(shù)據(jù)表示與處理CONTENTS01計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述CHAPTER計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程19世紀(jì)，使用齒輪等機(jī)械裝置，計(jì)算能力有限。20世紀(jì)40年代，第一臺電子計(jì)算機(jī)誕生，具備更強(qiáng)大的計(jì)算能力。20世紀(jì)70年代，個人計(jì)算機(jī)出現(xiàn)，計(jì)算機(jī)開始普及。20世紀(jì)90年代，互聯(lián)網(wǎng)的興起，使計(jì)算機(jī)成為獲取信息、交流溝通的重要工具。機(jī)械計(jì)算機(jī)時(shí)代電子計(jì)算機(jī)時(shí)代微型計(jì)算機(jī)時(shí)代互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代輸入設(shè)備輸出設(shè)備存儲器處理器計(jì)算機(jī)的組成結(jié)構(gòu)01020304鍵盤、鼠標(biāo)、攝像頭等，用于向計(jì)算機(jī)輸入數(shù)據(jù)和命令。顯示器、打印機(jī)等，用于顯示或輸出計(jì)算機(jī)處理結(jié)果。硬盤、內(nèi)存等，用于存儲數(shù)據(jù)和程序。CPU，負(fù)責(zé)執(zhí)行程序中的指令和處理數(shù)據(jù)。二進(jìn)制數(shù)制處理器按照程序中的指令執(zhí)行操作，處理數(shù)據(jù)并輸出結(jié)果。指令執(zhí)行數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)總線01020403連接各個部件，傳輸數(shù)據(jù)和控制信號。計(jì)算機(jī)內(nèi)部采用二進(jìn)制數(shù)制進(jìn)行運(yùn)算和存儲。數(shù)據(jù)以二進(jìn)制形式存儲在存儲器中，根據(jù)需要被讀取和寫入。計(jì)算機(jī)的工作原理02微處理器CHAPTER運(yùn)算器負(fù)責(zé)執(zhí)行算術(shù)和邏輯運(yùn)算?？刂破髫?fù)責(zé)控制微處理器的操作流程。寄存器組用于存儲運(yùn)算結(jié)果和待處理數(shù)據(jù)?？偩€接口負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)傳輸和地址尋址。微處理器的結(jié)構(gòu)123微處理器能夠直接執(zhí)行的指令，如加法、減法等。機(jī)器指令將機(jī)器指令與操作數(shù)結(jié)合，形成可執(zhí)行的匯編指令。匯編指令通過編譯器將高級語言程序轉(zhuǎn)換為匯編指令，再由匯編器轉(zhuǎn)換為機(jī)器指令。高級語言指令指令系統(tǒng)從內(nèi)存中讀取指令并存入指令寄存器。取指令對指令進(jìn)行譯碼，確定需要執(zhí)行的操作和操作數(shù)。譯碼根據(jù)譯碼結(jié)果，由運(yùn)算器完成相應(yīng)的運(yùn)算或邏輯操作。執(zhí)行根據(jù)需要訪問內(nèi)存或輸入輸出設(shè)備。訪存微處理器的操作過程微處理器的性能指標(biāo)微處理器一次能處理的二進(jìn)制位數(shù)，通常以32位或64位表示。字長用于存儲經(jīng)常訪問的指令和數(shù)據(jù)，提高訪問速度。高速緩存微處理器的能耗，通常以功率或能量效率表示。功耗微處理器每秒鐘執(zhí)行的時(shí)鐘周期數(shù)，反映了處理速度。主頻03存儲器CHAPTER用于存儲當(dāng)前運(yùn)行中的程序和數(shù)據(jù)，包括隨機(jī)存取存儲器（RAM）和只讀存儲器（ROM）。主存儲器輔助存儲器緩沖存儲器用于存儲長期保存的數(shù)據(jù)和程序，如硬盤、光盤、U盤等。用于暫時(shí)存儲數(shù)據(jù)和指令，提高數(shù)據(jù)傳輸速度，如CPU內(nèi)部的緩存。030201存儲器的分類分類靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器（SRAM）和動態(tài)隨機(jī)存取存儲器（DRAM）。用途主要用作計(jì)算機(jī)的主存儲器，存放運(yùn)行中的程序和數(shù)據(jù)。特點(diǎn)可隨時(shí)讀寫，讀寫速度與存儲單元的位置無關(guān)。隨機(jī)存取存儲器（RAM）分類掩膜只讀存儲器（MaskROM）、可編程只讀存儲器（PROM）、可擦除可編程只讀存儲器（EPROM）和電可擦除可編程只讀存儲器（EEPROM）。特點(diǎn)只能讀出數(shù)據(jù)，不能寫入數(shù)據(jù)。用途主要用于存放計(jì)算機(jī)啟動程序、微處理器核芯程序等重要信息。只讀存儲器（ROM）高速、小容量的存儲器，用于暫時(shí)存放CPU頻繁訪問的數(shù)據(jù)和指令。特點(diǎn)利用程序訪問的局部性原理，將CPU近期訪問的數(shù)據(jù)預(yù)先讀取并保存在Cache中，以提高CPU訪問數(shù)據(jù)的速度。工作原理CPU內(nèi)部緩存、主板緩存、硬盤緩存等。用途010203高速緩存（Cache）04輸入輸出設(shè)備CHAPTER鍵盤是用戶向計(jì)算機(jī)輸入數(shù)據(jù)和命令的主要設(shè)備，通過按鍵將字符、數(shù)字等數(shù)據(jù)輸入到計(jì)算機(jī)中。鍵盤鼠標(biāo)是一種圖形化輸入設(shè)備，用戶可以通過移動鼠標(biāo)和點(diǎn)擊鼠標(biāo)按鈕來選擇、拖動和激活屏幕上的對象。鼠標(biāo)掃描儀可以將紙質(zhì)文檔轉(zhuǎn)化為數(shù)字格式，通過掃描儀可以將文字、圖像等信息輸入到計(jì)算機(jī)中。掃描儀觸摸屏是一種交互式輸入設(shè)備，用戶可以通過觸摸屏幕來輸入數(shù)據(jù)和命令，常見于移動設(shè)備和自助服務(wù)終端。觸摸屏輸入設(shè)備顯示器顯示器是計(jì)算機(jī)的主要輸出設(shè)備，用于顯示文字、圖像和視頻等信息。打印機(jī)打印機(jī)可以將計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)輸出到紙張上，實(shí)現(xiàn)硬拷貝輸出。投影儀投影儀可以將計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)投影到屏幕上，常用于會議和教學(xué)演示。音頻設(shè)備音頻設(shè)備包括揚(yáng)聲器和耳機(jī)等，用于輸出計(jì)算機(jī)中的音頻信息。輸出設(shè)備中斷方式當(dāng)輸入/輸出設(shè)備完成一項(xiàng)任務(wù)時(shí)，會向CPU發(fā)送一個中斷信號，CPU會暫停當(dāng)前工作轉(zhuǎn)去處理輸入/輸出設(shè)備的中斷請求。DMA方式是一種允許某些硬件子系統(tǒng)在沒有CPU干預(yù)下向主存?zhèn)鬏敂?shù)據(jù)的技術(shù)。輸入/輸出處理機(jī)方式是一種將輸入/輸出設(shè)備和CPU分離的設(shè)計(jì)思想，輸入/輸出處理機(jī)專門負(fù)責(zé)輸入/輸出數(shù)據(jù)的傳輸和控制?？偩€方式是一種將多個設(shè)備連接到同一條數(shù)據(jù)線上，通過數(shù)據(jù)總線實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂品绞?。直接?nèi)存存?。―MA）方式輸入/輸出處理機(jī)方式總線方式輸入輸出控制方式05總線與接口CHAPTER分類系統(tǒng)總線、I/O總線、外總線功能數(shù)據(jù)傳輸、地址傳輸、控制傳輸、信息交互總線的分類與功能信號類型并行信號、串行信號錯誤檢測與糾正奇偶校驗(yàn)、循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC）數(shù)據(jù)格式單字節(jié)數(shù)據(jù)、多字節(jié)數(shù)據(jù)傳輸方式同步傳輸、異步傳總線的通信協(xié)議1帶寬總線的傳輸速率，單位為Mbps或Gbps延遲總線上傳輸信號所需的時(shí)間，單位為ns或us負(fù)載能力總線上可連接的設(shè)備數(shù)量兼容性不同總線標(biāo)準(zhǔn)之間的互操作性或連接性總線的性能指標(biāo)06數(shù)據(jù)表示與處理CHAPTER二進(jìn)制是計(jì)算機(jī)中基本的數(shù)制，每一位只有0和1兩種狀態(tài)。在計(jì)算機(jī)中，二進(jìn)制數(shù)通常用8位、16位、32位或64位等不同位數(shù)來表示。二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算包括加法、減法、乘法和除法等基本運(yùn)算，以及位移運(yùn)算、邏輯運(yùn)算等特殊運(yùn)算。這些運(yùn)算在計(jì)算機(jī)中都是由硬件電路實(shí)現(xiàn)的。二進(jìn)制數(shù)的表示與運(yùn)算二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算二進(jìn)制數(shù)的表示十進(jìn)制數(shù)的表示十進(jìn)制是我們?nèi)粘Ｉ钪凶畛Ｓ玫臄?shù)制，每一位有0-9共10種狀態(tài)。在計(jì)算機(jī)中，十進(jìn)制數(shù)可以通過各種編碼方式來表示，如ASCII碼、Unicode碼等。十進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算十進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算包括加法、減法、乘法和除法等基本運(yùn)算，同樣適用于十進(jìn)制數(shù)。在計(jì)算機(jī)中，十進(jìn)制數(shù)可以通過軟件實(shí)現(xiàn)運(yùn)算，但運(yùn)算速度較慢。十進(jìn)制數(shù)的表示與運(yùn)算字符和字符串的表示與處理字符的表示字符是計(jì)算機(jī)中存儲和傳輸信息的基本單位，包括字母、數(shù)字、標(biāo)點(diǎn)符號等。在計(jì)算機(jī)中，字符通常用ASCII碼或Unicode碼來表示。字符串的處理字符串是由字符組成的序列。在計(jì)算機(jī)中，字符串的處理包括字符串的查找、替換、排序等操作，這些操作可以通過各種字符串處理函數(shù)或算法實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)壓縮是指通過特定的算