微机基本原理预备知识课件.ppt
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1、微型计算机基本原理 2022年7月21日星期四1一、计算机应用领域一、计算机应用领域 二、计算机分类二、计算机分类三、计算机发展年代划分依据三、计算机发展年代划分依据四、微型计算机的发展四、微型计算机的发展五、数字电路基础知识五、数字电路基础知识六、六、微型计算机系统微型计算机系统微型计算机基本原理微型计算机基本原理微型计算机基本原理 2022年7月21日星期四2一、计算机的应用领域微型计算机基本原理 2022年7月21日星期四3 基于上述的事实,我们再重新思考一下“什么是计算机?”、“什么是PC机?”计算机:是用来计算的仪器,尤指可进行高速数学或逻辑运算或汇编、存储、整理或处理信息的可编程的
2、电子机器。PC机(Personal Computer):是指面向个人用户而设计的没有个性的通用计算机,是计算机中的一种。“计算机计算机”与与“PC机机”微型计算机基本原理 2022年7月21日星期四4二、计算机分类 计算机按性能价格、体积不同可分为六类:1、巨型机:主要用于模拟核武器的爆炸 2、大型机:3、中型机:较大型科研单位,省计算中心 4、小型机:(以前,中小网络的主机,现一般用微机代替)5、微机(PC机)6、单片机微型计算机基本原理 2022年7月21日星期四5三、计算机发展年代划分依据 第一台电子计算机的诞生揭开了现代计算机发展历史的序幕。半个多世纪以来,计算机技术以“万马奔腾”之势
3、,一日千里,迅猛发展。计算机发展的年代划分依据其硬件特征和软件特征:硬件特征是指计算机采用的物理器件 软件特征是指计算机使用的软件环境微型计算机基本原理 2022年7月21日星期四6计算机己发展了四代 第一代:电子管计算机(机器语言、汇编语言)第二代:晶体管计算机(BASIC、FORTRAN)第三代:集成电路计算机(FORTRAN、分时、多用户操作系统)第四代:大规模、超大规模集成电路计算机 (软件工程、数据库)微型计算机基本原理 2022年7月21日星期四7计算机走向新时代 计算机的发展方向:第五代:非冯.诺依曼计算机时代 第六代:神经计算机时代 光计算机时代 生物计算机时代微型计算机基本原
4、理 2022年7月21日星期四8四、微型计算机的发展 微型计算机属于第四代计算机 微型计算机诞生于20世纪70年代 微型计算机特点:体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、价格便宜、使用方面、软件丰富 微型计算机核心是微处理器(CPU)每出现一个新的处理器就会出现新一代的微型计算机微型计算机基本原理 2022年7月21日星期四9INTEL CPU发展史(1)微型计算机基本原理 2022年7月21日星期四10INTEL CPU发展史(2)微型计算机基本原理 2022年7月21日星期四11微型计算机发展趋势(1)1、中央处理器 更小的布线宽度和更多的晶体管 减少布线宽度是提升CPU速度的关键,0.18微
5、米技术、0.13微米技术、0.07微米技术、65纳米技术.届时CPU主频将达到5GHZ,晶体管数量将达到2亿个.更高的总线宽度,超过2GHZ 64位CPU成为主流 双核或多核将成为发展的趋势微型计算机基本原理 2022年7月21日星期四12微型计算机发展趋势(2)2、系统存储器 CPU集成更大的高速二级缓存 内存容量更大 速度更快 硬盘容量也更大 速度更快 DVD-RAM普及微型计算机基本原理 2022年7月21日星期四13微型计算机发展趋势(3)3、多媒体系统 显卡的性能更高 图形技术进一步发展 大尺寸显示器成为主流 数字式音箱占领市场微型计算机基本原理 2022年7月21日星期四14微型计
6、算机发展趋势(4)4、网络 电信网、计算机网(IP网)和广播电视网将 进一步融合 更高速率宽带 无线接入 5、整机 更加趋于个性化。利用蓝牙技术或红外无线技术将减少机箱背后的连线,使主机与外设进行无线通信。微型计算机基本原理 2022年7月21日星期四15五、数字电路基础知识(1)111 1tv5v0微型计算机基本原理 2022年7月21日星期四16数字电路基础知识(2)微型计算机基本原理 2022年7月21日星期四17微 处 理 器存 储 器I/O 接 口系 统 总 线微 机外 设、电 源 机 箱 等程 序 设 计 语 言:机 器 语 言 汇 编 语 言 高 级 语 言系 统 软 件:操 作
7、 系 统、监 控 程 序 与 编 译 解 释 程 序 等应 用 软 件:数 据 库、软 件 包 和 窗 口 软 件 等图 1-7 微 机 系 统 示 意 图微 机 系 统硬 件 系 统软 件 系 统上页上页下页下页回目录回目录六、六、微型计算机系统微型计算机基本原理 2022年7月21日星期四18 到目前为止,计算机仍沿用到目前为止,计算机仍沿用1940年由冯年由冯.诺依曼(冯诺依诺依曼(冯诺依曼是美籍匈牙利数学家,他提出了关于计算机组成和工作方式曼是美籍匈牙利数学家,他提出了关于计算机组成和工作方式的基本设想,冯的基本设想,冯诺依曼设计思想最重要之处在于明确地提出了诺依曼设计思想最重要之处在
8、于明确地提出了“程序存储、顺序控制程序存储、顺序控制”的概念)首先提出的体系结构。其基的概念)首先提出的体系结构。其基本设计思想为:本设计思想为:以二进制形式表示指令和数据。以二进制形式表示指令和数据。程序和数据事先存放在存储器中,计算机在工作时能够程序和数据事先存放在存储器中,计算机在工作时能够高速地从存储器中取出指令加以执行。高速地从存储器中取出指令加以执行。由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备等五由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备等五大部件组成计算机系统。大部件组成计算机系统。(一)基于总线的微型计算机硬件系统(一)基于总线的微型计算机硬件系统微型计算机基本原理 202
9、2年7月21日星期四19微机硬件组成:微机硬件组成:上页上页下页下页回目录回目录CPU微处理器微处理器RAMI/OROM外设外设辅助电路辅助电路CBUSDBUSABUSCBUS:控制总线:控制总线,DBUS:数据总线,双向三态:数据总线,双向三态ABUS:地址总线,单向三态:地址总线,单向三态微型计算机基本原理 2022年7月21日星期四20I/O三态数据缓冲器三态数据缓冲器RAM三态数据缓冲器三态数据缓冲器ROM三态数据缓冲器三态数据缓冲器E1E2E3111000CPUD0 D7数数据据总总线线单向缓冲器单向缓冲器双向缓冲器双向缓冲器双向缓冲器双向缓冲器总线:总线:在在CPU与与其它部件其它
10、部件之间之间信息信息传送的传送的公共通道公共通道(1 1)数据总线)数据总线 “双向三态双向三态”(2 2)地址总线)地址总线 “单向三态单向三态”(3 3)控制总线)控制总线“多选一多选一”地址译码地址译码片选信号片选信号上页上页下页下页回目录回目录P14微型计算机基本原理 2022年7月21日星期四21地址总线地址总线AB定时电路定时电路输入设备输入设备输出设备输出设备I/O接口接口ROMRAM数据总线数据总线DB控制总线控制总线CB微微处处理理器器(CPU)微型计算机硬件系统结构微型计算机基本原理 2022年7月21日星期四22 地址总线地址总线AB(Address Bus):在对存储器
11、或I/O端口进行访问时,传送 由CPU提供的要访问存储单元或I/O端口的地址信息,以便选中要访问的存储单元或I/O端口,是单向总线。数据总线数据总线DB(Data Bus):从存储器取指令或读写操作数,对I/O端口进行读写操作时,指令码或数据信息通过数据总线送往CPU或由CPU送出,是双向总线。控制总线控制总线CB(Control Bus):各种控制或状态信息通过控制总线由CPU送往有关部件,或者从有关部件送往CPU。CB中每根线的传送方向是一定的,图1.3中CB作为一个整体,用双向表示。三大总线说明微型计算机基本原理 2022年7月21日星期四23上页上页下页下页回目录回目录P5运算器运算器
12、控制器控制器(CPU)微机模型组成微型计算机基本原理 2022年7月21日星期四24 运算器由运算器由 算术逻辑单元算术逻辑单元ALU(Arithmetic Logic Unit)累加器累加器A(Accumulator)标志寄存器标志寄存器F(Flag)寄存器组寄存器组 R(Registers)相互之间通过内部总线连接而成。相互之间通过内部总线连接而成。它的主要作用是进行数据它的主要作用是进行数据处理处理与与加工加工 1.1.运算器运算器上页上页下页下页回目录回目录 一)、CPU的内部结构的内部结构微型计算机基本原理 2022年7月21日星期四25 运算器由运算器由 算术逻辑单元算术逻辑单元A
13、LU(Arithmetic Logic Unit)累加器累加器A(Accumulator)标志寄存器标志寄存器F(Flag)寄存器组寄存器组 R(Registers)相互之间通过内部总线连接而成。相互之间通过内部总线连接而成。它的主要作用是进行数据它的主要作用是进行数据处理处理与与加工加工 上页上页下页下页回目录回目录 1.运算器运算器微型计算机基本原理 2022年7月21日星期四26 CU(Control Unit)由:由:程序计数器程序计数器PC(Program Counter)指令寄存器指令寄存器IR(Instruction Register)指令译码器指令译码器ID(Instructi
14、on Decoder)操作控制部件或称为组合逻辑阵列操作控制部件或称为组合逻辑阵列 PLA(Programmed Logic Array)时序发生器(图时序发生器(图1-2中略)等电路组成中略)等电路组成 控制器的主要作用有:控制器的主要作用有:解题程序与原始数据的输入解题程序与原始数据的输入 从内存中取出指令并译码从内存中取出指令并译码 控制运算器对数据信息进行传送与加工控制运算器对数据信息进行传送与加工 运算结果的输出运算结果的输出 外部设备与主机之间的信息交换外部设备与主机之间的信息交换 计算机系统中随机事件的自动处理等计算机系统中随机事件的自动处理等 上页上页下页下页回目录回目录“+1
15、”2.控制器控制器微型计算机基本原理 2022年7月21日星期四27上页上页下页下页(1)累加器)累加器 A(2)数据寄存器)数据寄存器 DR(Data Register)(3)寄存器组)寄存器组 R(4)指令寄存器)指令寄存器 IR、指令译码器、指令译码器 ID操作控制部件操作控制部件 PLA(5)程序计数器)程序计数器 PC(6)地址寄存器)地址寄存器 AR(Address Register)回目录回目录*3.CPU中的主要寄存器中的主要寄存器微型计算机基本原理 2022年7月21日星期四28 4.标志寄存器标志寄存器F 标志寄存器标志寄存器 F 也称程序状态字也称程序状态字 PSW(Pr
16、ogram State Word),是用来存放,是用来存放ALU运算结果的各种特征状态的,运算结果的各种特征状态的,如:运算有无进(借如:运算有无进(借)位、有无溢出、结果是否为零等)位、有无溢出、结果是否为零等 5.堆栈与堆栈指示器堆栈与堆栈指示器SP(Stack Pointer)(1)按照先进后出按照先进后出FILO(First In Last Out)顺序向堆栈读顺序向堆栈读/写数据;写数据;(2)SP始终指向栈顶;始终指向栈顶;(3)堆栈的两种操作压入()堆栈的两种操作压入(PUSH)和弹出(和弹出(POP)它有三个主要特点:它有三个主要特点:上页上页下页下页回目录回目录微型计算机基本
17、原理 2022年7月21日星期四29 存储器存储器 RAM基本结构一般由四个部分组成:基本结构一般由四个部分组成:存储矩阵、地址译码器存储矩阵、地址译码器 读写控制电路、三态双向缓冲器读写控制电路、三态双向缓冲器。上页上页下页下页回目录回目录自自CPU来来的的 CB来自来自CPU的地址的地址 AB往返于往返于CPU的的 DB地地址址译译码码器器控制控制00H01H02H03H .FEHFFH2568存储矩阵存储矩阵三三态态双双向向缓缓冲冲器器地地址址译译码码器器地地址址译译码码器器02H02H“读读”三三态态双双向向缓缓冲冲器器02H按地址访问的一维线性空间按地址访问的一维线性空间二)、存储器
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