1微型計(jì)算機(jī)原理-概述資料講解

第一章概述1.1計(jì)算機(jī)構(gòu)成1.2計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)1.3計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)1.4微型計(jì)算機(jī)的工作過程1.5微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展學(xué)習(xí)目的了解計(jì)算機(jī)的發(fā)展掌握微處理器、微型計(jì)算機(jī)和微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成熟悉微型計(jì)算機(jī)的總線結(jié)構(gòu)特點(diǎn)本章學(xué)習(xí)目的重點(diǎn)微處理器、微型計(jì)算機(jī)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成微型計(jì)算機(jī)的總線結(jié)構(gòu)難點(diǎn)微型計(jì)算機(jī)的總線結(jié)構(gòu)本章重點(diǎn)、難點(diǎn)1.1計(jì)算機(jī)構(gòu)成中央處理器——CPU:中央處理單元—CPU（CentralProcessingUnit）是一臺計(jì)算機(jī)的心臟，它主要是由運(yùn)算器和控制器構(gòu)成，是用來解釋指令并進(jìn)行運(yùn)算的。評價(jià)CPU的指標(biāo)主頻和緩存。1.1計(jì)算機(jī)構(gòu)成1.1計(jì)算機(jī)構(gòu)成

系統(tǒng)主板:主板是機(jī)箱中最大的一塊集成電路板，在它上面集成有CPU插座、內(nèi)存插座、擴(kuò)展板（通信板卡、顯示卡、聲卡、網(wǎng)卡等）插座、輸入輸出系統(tǒng)、總線系統(tǒng)、電源接口等，在組裝一臺計(jì)算機(jī)時(shí)，主板是一個(gè)母體，其它部件或直接插接在主板上，或通過電纜電線連接在主板上。1.1計(jì)算機(jī)構(gòu)成1.1計(jì)算機(jī)構(gòu)成

內(nèi)存:在現(xiàn)代微機(jī)中把內(nèi)存用內(nèi)存條的形狀提供，在計(jì)算機(jī)主板上有一個(gè)一個(gè)的內(nèi)存擴(kuò)展插槽，內(nèi)存條就是插在這些內(nèi)存擴(kuò)展槽上的。1.1計(jì)算機(jī)構(gòu)成

軟盤:軟磁盤存儲器是由軟盤驅(qū)動(dòng)器、軟盤控制器以及軟盤盤片三部分組成的。1.1計(jì)算機(jī)構(gòu)成

硬盤:硬盤是辦公用微機(jī)及家用微機(jī)的主要外存儲器設(shè)備，一個(gè)完整的硬盤由驅(qū)動(dòng)器、控制器、盤片三大部分組成。1.1計(jì)算機(jī)構(gòu)成

顯示卡:它是主機(jī)與顯示器之間的接口，它接收CPU和內(nèi)存發(fā)送來的信息，將這些信息處理并轉(zhuǎn)換后向顯示器發(fā)送視頻信號和同步信號。

顯示器:顯示器技術(shù)的發(fā)展是伴隨著電視技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的，它是現(xiàn)在微機(jī)的最主要的輸出設(shè)備。1.1計(jì)算機(jī)構(gòu)成

光盤存儲器:光盤存儲器是光盤和光盤驅(qū)動(dòng)器的統(tǒng)稱，光盤是利用光學(xué)方式進(jìn)行讀寫信息操作方式的介質(zhì)。光盤的信息存儲格式同磁盤類似，也是分軌道（這里不能說磁道）、扇區(qū)、記錄信息的字節(jié)，但它的軌道不是像磁盤那樣的同心圓，而是螺旋型由中心向外散布。1.1計(jì)算機(jī)構(gòu)成

聲卡和音箱:聲卡像其它擴(kuò)展卡一樣，也是插在主板上的總線擴(kuò)展槽上的，在聲卡露出機(jī)箱的部分留有接音箱、耳機(jī)、麥克風(fēng)的插口。1.1計(jì)算機(jī)構(gòu)成

網(wǎng)卡:網(wǎng)卡也稱為網(wǎng)絡(luò)接口卡，它插在主板上的總線擴(kuò)展槽上。1.1計(jì)算機(jī)構(gòu)成

機(jī)箱:機(jī)箱是用來固定計(jì)算機(jī)主板，并將所有設(shè)備裝在其中的設(shè)備。

鼠標(biāo)：鼠標(biāo)是一種坐標(biāo)定位輸入設(shè)備，分為機(jī)械式、光電式等。

鍵盤：鍵盤是數(shù)字和字符輸入裝置，它是從早期的機(jī)械式打字機(jī)的基礎(chǔ)上演變過來的輸入設(shè)備。1.1計(jì)算機(jī)構(gòu)成計(jì)算機(jī)是由硬件與軟件兩大子系統(tǒng)組成。硬件與軟件二者密不可分，缺一不可。硬件提供物資基礎(chǔ)，軟件提供最終實(shí)現(xiàn)手段。1.2.1計(jì)算機(jī)的組成1.2計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)1.2計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)1.2計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)1.微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的概念微型計(jì)算機(jī)：指以微處理器為核心，配上存儲器、輸入/輸出接口電路等所組成的計(jì)算機(jī)（又稱為主機(jī)）。微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：指以微型計(jì)算機(jī)為中心，配以相應(yīng)的外圍設(shè)備、電源和輔助電路（統(tǒng)稱為硬件）以及指揮計(jì)算機(jī)工作的系統(tǒng)軟件所構(gòu)成的系統(tǒng)。2.MP、MC、MCS相互關(guān)系

微處理器MP、微型計(jì)算機(jī)MC和微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)MCS，這是三個(gè)含義不同但又有著密切依存關(guān)系。(1).微處理器uP或MP(MicroProcessor)在一片超大規(guī)模集成電路上，將運(yùn)算器和控制器集成在一起，稱微處理器。有時(shí)簡稱CPU.(2).微型計(jì)算機(jī)MC(MicroComputer)以微處理器為核心;存儲器輸入輸出接口I/O及輔助電路.通過總線與其它部件相連.1.2計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)(3)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（MicroComputerSystem),簡稱MCS。以微型計(jì)算機(jī)為核心外圍設(shè)備（輸入輸出設(shè)備）電源

系統(tǒng)軟件1.2計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)(4)MP、MC、MCS的相互關(guān)系圖1.1微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成1.2計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)1.計(jì)算機(jī)的組成-馮·諾依曼結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)算的思想是——程序控制程序——人編寫的計(jì)算步驟，程序預(yù)先存儲在存儲器中。存儲器還用于暫存參與計(jì)算的數(shù)和計(jì)算結(jié)果等數(shù)據(jù)。1.2.2基于總線的微型計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)以二進(jìn)制形式表示指令和數(shù)據(jù)程序和數(shù)據(jù)事先存放在存儲器中，計(jì)算機(jī)在工作時(shí)能夠高速地從存儲器中取出指令加以執(zhí)行由運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備等五大部件組成計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)

1.2計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)輸入設(shè)備控制器輸出設(shè)備

CPU

存儲器運(yùn)算器ALU運(yùn)算器運(yùn)算器是進(jìn)行運(yùn)算的部件。運(yùn)算包括算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。一般簡稱ALU?？刂破骺刂破魍ㄟ^對指令的譯碼，控制自身和其它部分運(yùn)行。1.2計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)存儲器存儲器是存儲數(shù)據(jù)和指令的部件。其物理容量(大小)是固定的，以字節(jié)為單位(B)。輸入設(shè)備：典型的輸入設(shè)備是鍵盤。輸出設(shè)備：輸入與輸出設(shè)備是計(jì)算機(jī)與外界進(jìn)行信息交換的場所，它們與計(jì)算機(jī)通過I/O接口實(shí)現(xiàn)信息的交換。典型的輸出設(shè)備是顯示器。1.2計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)2．微型計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)組成微處理器：進(jìn)行算數(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。存儲器：存儲程序、數(shù)據(jù)、符號等I/O接口：使外設(shè)與微機(jī)相連。1.2計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)（1）總線：總線是連接多個(gè)功能部件的一組公共信號線，微機(jī)中各功能部件之間的信息是通過總線傳輸。數(shù)據(jù)總線DB：裝載數(shù)據(jù)和指令代碼?？偩€寬度：總線中信號線的條數(shù)。地址總線AB：裝載地址信號。寬度由CPU所能直接訪問的存儲空間容量而定?？刂瓶偩€CB：CPU向其他部件傳送控制信號，其他部件向CPU傳送狀態(tài)信號和請求信號。寬度各異。1.2計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)（2）微處理器CPU:由運(yùn)算器、控制器、寄存器3部分組成。實(shí)現(xiàn)運(yùn)算和控制功能。

計(jì)算機(jī)的核心部件；用來實(shí)現(xiàn)指令的自動(dòng)裝入和自動(dòng)執(zhí)行；實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)本身的自動(dòng)化。1.2計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)地址信號標(biāo)志寄存器指令寄存器數(shù)據(jù)暫存器控制電路指令譯碼器地址寄存器指令指針寄存器R1R2R3R4寄存器組運(yùn)算器IP數(shù)據(jù)信號控制信號ALUALU控制器1.2計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)ALUOI2I1ALPCIDIRPLA…FARDRRA256字節(jié)RAM存儲器算術(shù)邏輯標(biāo)志寄存器程序寄存器地址寄存器數(shù)據(jù)寄存器指令寄存器累加器寄存器陣列指令譯碼器1.2計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)運(yùn)算器：又稱算術(shù)邏輯單元（ALU），用來進(jìn)行算術(shù)或邏輯運(yùn)算以及移位循環(huán)等操作?？刂破鳎河址Q控制單元（CU），是全機(jī)的指揮控制中心。它負(fù)責(zé)把指令逐條從存儲器中取出，經(jīng)譯碼分析后向全機(jī)發(fā)出取數(shù)、執(zhí)行、存數(shù)等控制命令，以保證正確完成程序所要求的功能。

指令寄存器IR：用來存放從存儲器取出的將要執(zhí)行的指令碼。指令譯碼器ID：用來對指令寄存器IR中的指令操作碼字段進(jìn)行譯碼，以確定該指令應(yīng)執(zhí)行什么操作。

可編程邏輯陣列PLA：用來產(chǎn)生取指令所需要的各種微操作的控制信號，并經(jīng)過控制總線CB送往有關(guān)部件，從而使計(jì)算機(jī)完成相應(yīng)的操作。1.2計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)內(nèi)部寄存器：程序計(jì)數(shù)器PC：有時(shí)稱為指令指針I(yè)P，它被用來存放下一條要執(zhí)行指令所在存儲單元的地址。地址寄存器AR：用來存放正要取出的指令的地址或數(shù)據(jù)操作數(shù)的地址。數(shù)據(jù)緩沖寄存器DR：用來暫時(shí)存放指令或數(shù)據(jù)。累加器A：它是使用最頻繁的一個(gè)寄存器。標(biāo)志寄存器FLAGS：有時(shí)也稱為程序狀態(tài)字（PSW），用來存放執(zhí)行算術(shù)運(yùn)算指令、邏輯運(yùn)算指令或測試指令后建立的各種狀態(tài)碼內(nèi)容以及對CPU操作進(jìn)行控制的控制信息。寄存器陣列RA：相當(dāng)于微處理器內(nèi)部的RAM。1.2計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)ALU：算術(shù)邏輯單元：執(zhí)行算術(shù)和邏輯運(yùn)算的裝置。PC：程序寄存器：保存下一條指令地址。自動(dòng)加1。F：標(biāo)志寄存器：是有一些標(biāo)志位組成。IR：指令寄存器：存儲當(dāng)前正在譯碼、執(zhí)行的指令。DR：數(shù)據(jù)寄存器：存儲內(nèi)存讀出的內(nèi)容。AR：地址寄存器：由它把要尋址的單元的地址通過地址總線送至存儲器。PSW：狀態(tài)字寄存器：存儲前一時(shí)刻指令執(zhí)行的狀態(tài)標(biāo)志。SP：堆棧指針：保存斷點(diǎn)地址和現(xiàn)場信息。指令執(zhí)行過程：取指，分析指令，執(zhí)行指令。1.2計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)(3)存儲器：由CPU之外的半導(dǎo)體存儲器芯片組成，存放程序、操作數(shù)、運(yùn)算的中間結(jié)果和最終數(shù)據(jù)。00單元01單元02單元03單元04單元FF單元地址譯碼器地址內(nèi)容00010203FF控制CPU來的控制信號ABDB1）存儲器的結(jié)構(gòu)1.2計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)n根CPU地址線AB數(shù)據(jù)線DB控制線CB地址譯碼器1100110000110011101010101111000010001000地址00...0000地址00...0001地址00...0010地址00...0011地址11…1111內(nèi)存結(jié)構(gòu)示意圖1.2計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)讀2）讀操作10011001（99H)11100111（E7H）00110001（31H）10000100（84H）01100000（60H）地址譯碼器地址內(nèi)容00010203FF控制ABDB10011001（99H）040484H10011001（99H)11100111（E7H）00110001（31H）10000100（84H）01100000（60H）地址譯碼器地址內(nèi)容00010203FF控制ABDB10011001（99H）041.2計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)寫3）寫操作10011001（99H)11100111（E7H）00110001（31H）01100000（60H）地址譯碼器地址內(nèi)容00010203FF控制ABDB10011001（99H）040484H10011001（99H)11100111（E7H）00110001（31H）01100000（60H）地址譯碼器地址內(nèi)容00010203FF控制ABDB10011001（99H）0410011001（99H)11100111（E7H）00110001（31H）10000100（84H）01100000（60H）地址譯碼器地址內(nèi)容00010203FF控制ABDB10011001（99H）041.2計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)（4）I/O設(shè)備及其接口電路：輸入設(shè)備將程序、原始數(shù)據(jù)和現(xiàn)場信息送給計(jì)算機(jī)；輸出設(shè)備將計(jì)算機(jī)的計(jì)算和處理結(jié)果或回答信號以各種形式表現(xiàn)出來。外設(shè)與CPU間的硬件連線和信息交換要經(jīng)接口電路。

接口電路：是微處理器與I/O設(shè)備聯(lián)系的必經(jīng)之路，具有協(xié)調(diào)和轉(zhuǎn)換功能。種類很多。1.2計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)1.3微型計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)軟件分為兩大類：系統(tǒng)軟件和用戶軟件。

裸機(jī)操作系統(tǒng)語言處理程序（解釋、編譯）各種標(biāo)準(zhǔn)程序庫數(shù)據(jù)庫管理應(yīng)用軟件服務(wù)性支撐軟件軟硬件層次應(yīng)當(dāng)指出，硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)是相輔相成的，共同構(gòu)成微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，缺一不可。1.3計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)1.4微型計(jì)算機(jī)的工作過程一、指令和程序1、指令：指令是用來指揮和控制計(jì)算機(jī)執(zhí)行某種操作的命令。一條指令包括兩個(gè)基本組成部分，即操作碼和地址碼。2、指令系統(tǒng)：一臺計(jì)算機(jī)所能識別和執(zhí)行的全部指令的集合稱為該計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)。3、程序：完成或解決某一特定問題而編寫的指令序列稱為程序。通常用二進(jìn)制代碼形式組成的指令序列稱為機(jī)器語言程序，即目標(biāo)程序。1.4微型計(jì)算機(jī)的工作過程4、匯編語言程序：用助記符形式組成的指令序列稱為匯編語言程序，或符號程序。例如：助記符ADD表示加法指令A(yù)DDAX,BX的二進(jìn)制代碼為0000001111000011

1.4微型計(jì)算機(jī)的工作過程二、計(jì)算機(jī)的基本工作流程

1.模型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)。輸入設(shè)備運(yùn)算器存儲器控制器輸出設(shè)備數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)控制信號數(shù)據(jù)控制信號控制信號控制信號指令1.4微型計(jì)算機(jī)的工作過程2.CPU結(jié)構(gòu)

控制單元I/O控制邏輯工作寄存器組ALU暫存數(shù)據(jù)和結(jié)果算術(shù)和邏輯運(yùn)算分析和執(zhí)行指令1.4微型計(jì)算機(jī)的工作過程3.指令的執(zhí)行過程

第一步：取指第二步：分析第三步：執(zhí)行

1.4微型計(jì)算機(jī)的工作過程例：

MOVAL,07HADDAL,10HLT1

10110001(MOVAL,n)00000111(n=7)2

00001000(ADDAL,n)00001010(n=10)3

11111110(HLT)00000111地址內(nèi)容000102031011000104……000010000000101011111110MOVAL,nn=7ADDAL,nn=10HLT1.4微型計(jì)算機(jī)的工作過程IDIRPLA…DRALUOI2I1AL00000000BLARPC00000111000102031011000104……000010000000101011111110000000001000000012003讀101100014510110001610110001710110001(MOVAL,n)1.4微型計(jì)算機(jī)的工作過程IDIRPLA…DRALUOI2I1AL00000001BLARPC00000111000102031011000104……000010000000101011111110000000011000000102013讀000001114500000111600000111700000111(n=7)1.4微型計(jì)算機(jī)的工作過程IR…IDPLADRALUOI2I1AL00000010BLARPC00000111000102031011000104……000010000000101011111110000000101000000112023讀000010004500001000600001000700001000(ADDAL,n)1.4微型計(jì)算機(jī)的工作過程IR…IDPLADRALUOI2I1AL00000011BLARPC00000111000102031011000104……000010000000101011111110000000111000001002033讀000010104500001010600000111700001010(n=10)AL00010001891.4微型計(jì)算機(jī)的工作過程4、計(jì)算機(jī)的工作流程（1）編制程序（2）啟動(dòng)計(jì)算機(jī)（3）輸出結(jié)果1.4微型計(jì)算機(jī)的工作過程1.5微計(jì)算機(jī)的發(fā)展1.3.1.計(jì)算機(jī)的發(fā)展

1946年，世界上第一臺計(jì)算機(jī)誕生于美國賓夕法尼亞大學(xué)的莫爾學(xué)院.第一代：（1946-1957）：電子管第二代：（1957-1964）：晶體管第三代：（1965-1971）：中小規(guī)模集成電路管第四代：（1970-1992）：超大規(guī)模集成電路1.5微計(jì)算機(jī)的發(fā)展1.3微計(jì)算機(jī)的發(fā)展微處理器的發(fā)展：第一階段（1971-1972）：PMOS4004、8008，四位、八位字長低檔CPU指令周期：2毫秒（us）,時(shí)鐘：2.5~4MHZ集成度：2000只晶體管/片第二階段（1973-1978）：8080/8085、Z80，M6800，八位中高檔CPU指令周期：1~2us,時(shí)鐘：2.5~5MHZ集成度：10000只晶體管/片第三階段（1978-1981）：PMOS8086，Z8000，M6800，十六位字長CPU.指令周期：0.5us,時(shí)鐘：5~10MHZ集成度：30000只晶體管/片。1.3微計(jì)算機(jī)的發(fā)展第四階段（1981-1993）：三十二位微處理器：80386、80486、MC68010、MC68020。指令周期：0.1us，時(shí)鐘：16~20MHZ，集成度:15~50萬管/片。第五階段1993年以來：32位機(jī)Pentium——?jiǎng)潟r(shí)代的微處理器投入使用.時(shí)鐘：60~150MHZ，集成度310萬只/管以上內(nèi)部數(shù)據(jù)總線是32位，外部數(shù)據(jù)總線為64位，使一個(gè)總線周期的數(shù)據(jù)傳輸量提高一倍。1.3微計(jì)算機(jī)