微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第1章

1、微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)物理與電子科學(xué)學(xué)院岳偉偉Physics_o1 教材o 微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)o 周荷琴 吳秀清 編著 中國科技大學(xué)出版社o2 成績評定o期中考試成績（20%）+平時作業(yè)、出勤成績（20%）+期末考試成績（60%） 第一章第一章 緒論緒論1-1 微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展概況微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展概況1-2 微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用1-3 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1-4 計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)的表示和編碼計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)的表示和編碼1-1 微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展概況微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展概況o1971年，美國年，美國Intel公司研究并制造了公司研究并制造了4004微處理器芯片。該芯片能同時處理微處

2、理器芯片。該芯片能同時處理4位二進(jìn)制數(shù)，集成了位二進(jìn)制數(shù)，集成了2300個晶體管，個晶體管，每秒可進(jìn)行每秒可進(jìn)行6萬次運(yùn)算，成本約為萬次運(yùn)算，成本約為200美美元。它是世界上第一個微處理器芯片，以元。它是世界上第一個微處理器芯片，以它為核心組成的它為核心組成的MCS-4計(jì)算機(jī)，標(biāo)志了計(jì)算機(jī)，標(biāo)志了世界世界第一臺微型計(jì)算機(jī)的第一臺微型計(jì)算機(jī)的誕生誕生。第一代第一代4位和低檔位和低檔8位機(jī)位機(jī)Intel 4004第二代第二代中高檔中高檔8位機(jī)位機(jī)8080/8085、Z80、MC6800第三代第三代16位機(jī)位機(jī)Intel 8086、Z8000、MC68010第四代第四代32位機(jī)位機(jī)80386、804

3、86第五代第五代64位機(jī)位機(jī)Intel Pentium（1971-1973）（1974-1978）（1978-1981）（1983-1992）（1993后）后）特點(diǎn)：特點(diǎn)：1、速度越來越快。、速度越來越快。2、容量越來越大。、容量越來越大。3、功能越來越強(qiáng)。、功能越來越強(qiáng)。幾個概念：o1、晶體管：基于半導(dǎo)體，模電，數(shù)電o2、微處理器o3、時鐘頻率，指令執(zhí)行時間o4、尋址：8位，32位，64位等o5、存儲器o6、總線：地址總線，數(shù)據(jù)總線，控制總線o微機(jī)概念：微機(jī)概念：以大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路構(gòu)以大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路構(gòu)成的微處理器作為核心，配以存儲器、輸入成的微處理器作為核心，配以存儲器、輸

4、入/輸出接口電路及系統(tǒng)總線所制造出的計(jì)算輸出接口電路及系統(tǒng)總線所制造出的計(jì)算機(jī)。機(jī)。o劃分階段的標(biāo)志：劃分階段的標(biāo)志：以字長和微處理器型號。以字長和微處理器型號。1-2 微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用1、科學(xué)計(jì)算和科學(xué)研究、科學(xué)計(jì)算和科學(xué)研究 計(jì)算機(jī)主要應(yīng)用于解決科學(xué)研究和工程技術(shù)中所提出計(jì)算機(jī)主要應(yīng)用于解決科學(xué)研究和工程技術(shù)中所提出的數(shù)學(xué)問題（數(shù)值計(jì)算）。的數(shù)學(xué)問題（數(shù)值計(jì)算）。 2、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)處理 （信息處理）（信息處理）主要是利用計(jì)算機(jī)的速度快和精度高的特點(diǎn)來對數(shù)字主要是利用計(jì)算機(jī)的速度快和精度高的特點(diǎn)來對數(shù)字信息進(jìn)行加工。信息進(jìn)行加工。 3、工業(yè)控制、工業(yè)控制 4 4、計(jì)算機(jī)輔助

5、系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)主要有計(jì)算機(jī)輔助教（計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)主要有計(jì)算機(jī)輔助教（CAICAI）、計(jì)算機(jī)輔）、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（助設(shè)計(jì)（CADCAD）、計(jì)算機(jī)輔助制造（）、計(jì)算機(jī)輔助制造（CAMCAM）、計(jì)算機(jī)輔助）、計(jì)算機(jī)輔助測試（測試（CATCAT）、計(jì)算機(jī)集成制造（）、計(jì)算機(jī)集成制造（CIMSCIMS）等系統(tǒng)。）等系統(tǒng)。 5 5、人工智能人工智能 人工智能主要就是研究解釋和模擬人類智能、智能行為及人工智能主要就是研究解釋和模擬人類智能、智能行為及其規(guī)律的一門學(xué)科，包括智能機(jī)器人，模擬人的思維過其規(guī)律的一門學(xué)科，包括智能機(jī)器人，模擬人的思維過程，計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)等等。其主要任務(wù)是建立智能信

6、息處理程，計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)等等。其主要任務(wù)是建立智能信息處理理論，進(jìn)而設(shè)計(jì)可以展現(xiàn)某些近似于人類智能行為的計(jì)理論，進(jìn)而設(shè)計(jì)可以展現(xiàn)某些近似于人類智能行為的計(jì)算系統(tǒng)。算系統(tǒng)。 1-3 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)o一、微型計(jì)算機(jī)一、微型計(jì)算機(jī)o二、微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)二、微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)o三、三、I/O設(shè)備和設(shè)備和I/O接口接口o四、總線四、總線o五、單片機(jī)、單板機(jī)、五、單片機(jī)、單板機(jī)、 PC機(jī)機(jī)一、微型計(jì)算機(jī)一、微型計(jì)算機(jī)馮馮.諾依曼結(jié)構(gòu)諾依曼結(jié)構(gòu)一、微型計(jì)算機(jī)一、微型計(jì)算機(jī)ABDBCBCPU 存儲器存儲器I/O接口接口外外設(shè)設(shè)（微型計(jì)算機(jī)組成框圖）（微型計(jì)算機(jī)組成框圖） 1、中央處理器的組成、中央處理器的組成中央處理器

7、（中央處理器（CPU）由）由運(yùn)算器運(yùn)算器和和控制器控制器組成。組成。運(yùn)算器：計(jì)算機(jī)中加工和處理數(shù)據(jù)的功能部件。運(yùn)算器：計(jì)算機(jī)中加工和處理數(shù)據(jù)的功能部件。功能：（功能：（1）對數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理，主要包括算術(shù)和邏）對數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理，主要包括算術(shù)和邏 輯運(yùn)算，如加、減、乘、與、或、非運(yùn)算等。輯運(yùn)算，如加、減、乘、與、或、非運(yùn)算等。 （2）暫時存放參與運(yùn)算的數(shù)據(jù)和中間結(jié)果。）暫時存放參與運(yùn)算的數(shù)據(jù)和中間結(jié)果。ALU數(shù)據(jù)寄存器1#數(shù)據(jù)寄存器2#存存儲儲器器外外設(shè)設(shè)控制器控制器控制和指揮計(jì)算機(jī)內(nèi)各功能部件協(xié)同動作，完成計(jì)算機(jī)控制和指揮計(jì)算機(jī)內(nèi)各功能部件協(xié)同動作，完成計(jì)算機(jī)程序功能。程序功能。由程序計(jì)數(shù)器

8、（由程序計(jì)數(shù)器（IP）、指令寄存器（）、指令寄存器（IR）、指令譯碼）、指令譯碼器（器（ID）和時序信號發(fā)生器組成。）和時序信號發(fā)生器組成。（1）程序計(jì)數(shù)器（）程序計(jì)數(shù)器（IP）：程序指令所在單元地址。）：程序指令所在單元地址。（2）指令寄存器（）指令寄存器（IR）：保存當(dāng)前正在執(zhí)行的一條指）：保存當(dāng)前正在執(zhí)行的一條指令。令。（3）指令譯碼器（）指令譯碼器（ID）：將指令的操作碼翻譯成機(jī)器）：將指令的操作碼翻譯成機(jī)器能識別的命令信號。能識別的命令信號。（4）時序信號發(fā)生器：根據(jù)指令譯碼器（）時序信號發(fā)生器：根據(jù)指令譯碼器（ID）產(chǎn)生的）產(chǎn)生的命令信號產(chǎn)生具體的控制信號。命令信號產(chǎn)生具體的控制信

9、號。AH ALBH BLCH CLDH DL SP BP DI SI通通用用寄寄存存器器運(yùn)算寄存器運(yùn)算寄存器ALU標(biāo)志標(biāo)志執(zhí)行部分執(zhí)行部分控制電路控制電路1 2 3 4 5 6 CS DS SS ES IP內(nèi)部寄存器內(nèi)部寄存器I/O控制控制電路電路地址加地址加法器法器20位位16位位8位位指令隊(duì)列緩沖器指令隊(duì)列緩沖器外外總總線線執(zhí)行部件執(zhí)行部件總線接口部件總線接口部件8086CPU結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)圖微處理器微處理器2 存儲器存儲器功能：存放程序和數(shù)據(jù)。功能：存放程序和數(shù)據(jù)。存儲器存儲器內(nèi)存（主存）內(nèi)存（主存）外存（輔存）外存（輔存）RAMROMSRAMDRAMROMEPROME2PROM軟盤、軟盤、

10、硬盤、硬盤、光盤光盤存儲器分為兩大類：主存儲器（主存儲器分為兩大類：主存儲器（主存、內(nèi)存）和輔助存儲器（輔存、外存、內(nèi)存）和輔助存儲器（輔存、外存）。存）。、主存、主存主存儲器也稱為內(nèi)存儲器（簡稱內(nèi)存），它直接與CPU相連接，是計(jì)算機(jī)中的工作存儲器，即當(dāng)前正在運(yùn)行的程序與數(shù)據(jù)都必須存放在主存中。計(jì)算機(jī)工作時，所執(zhí)行的指令及操作數(shù)都是從主存中取出的，處理的結(jié)果則存放入主存中。1234目前主存常用兩類存儲器器件：目前主存常用兩類存儲器器件：RAM和ROM。RAMRAM（Random Access MemoryRandom Access Memory），即），即隨機(jī)存取存隨機(jī)存取存儲器儲器，其內(nèi)容既

11、允許存入（寫）也允許取出（讀），其內(nèi)容既允許存入（寫）也允許取出（讀），使用方便靈活，其缺點(diǎn)是切斷機(jī)器電源時使用方便靈活，其缺點(diǎn)是切斷機(jī)器電源時RAMRAM中的信中的信息會丟失。息會丟失。ROMROM（Read Only MemoryRead Only Memory），即），即只讀存儲器只讀存儲器，其，其中存儲的內(nèi)容只能供反復(fù)讀出，而不能重新寫入，因中存儲的內(nèi)容只能供反復(fù)讀出，而不能重新寫入，因此在此在ROMROM中存放的是固定不變的程序與數(shù)據(jù)，其優(yōu)點(diǎn)中存放的是固定不變的程序與數(shù)據(jù)，其優(yōu)點(diǎn)是切斷機(jī)器供電電源后，是切斷機(jī)器供電電源后，ROMROM中的信息仍然保留，不中的信息仍然保留，不會改變（稱

12、為非易失性存儲器）。會改變（稱為非易失性存儲器）。( (例例BIOS)BIOS)計(jì)算機(jī)的輔存（外存）具有相當(dāng)大的存儲容量計(jì)算機(jī)的輔存（外存）具有相當(dāng)大的存儲容量（幾十（幾十MBMB幾十幾十GBGB）。主要采用）。主要采用磁表面存儲器磁表面存儲器和和光光盤存儲器盤存儲器等設(shè)備組成。磁表面存儲器還可分為磁盤等設(shè)備組成。磁表面存儲器還可分為磁盤和磁帶兩大類（軟磁盤、硬盤）。和磁帶兩大類（軟磁盤、硬盤）。所有外存（輔存）的存儲介質(zhì)（盤片或磁帶）所有外存（輔存）的存儲介質(zhì)（盤片或磁帶）都必須通過機(jī)電裝置才能進(jìn)行信息的存取操作，這都必須通過機(jī)電裝置才能進(jìn)行信息的存取操作，這些機(jī)電裝置稱為驅(qū)動器，例如軟盤驅(qū)

13、動器（軟盤片些機(jī)電裝置稱為驅(qū)動器，例如軟盤驅(qū)動器（軟盤片插在其中讀插在其中讀/ /寫）、硬盤驅(qū)動器、磁帶驅(qū)動器（磁帶寫）、硬盤驅(qū)動器、磁帶驅(qū)動器（磁帶裝在其中讀裝在其中讀/ /寫）和光盤驅(qū)動器（光盤片放在其中工寫）和光盤驅(qū)動器（光盤片放在其中工作）等。作）等。 寄存器陣列寄存器陣列 包括一組通用寄存器組和專用寄存器。包括一組通用寄存器組和專用寄存器。 通用寄存器通用寄存器用于暫存參加運(yùn)算的一個操作數(shù)，例如數(shù)用于暫存參加運(yùn)算的一個操作數(shù)，例如數(shù)據(jù)寄存器可以用來存放據(jù)寄存器可以用來存放8 8位或位或1616位的二進(jìn)制操作數(shù)。位的二進(jìn)制操作數(shù)。這些操作數(shù)可以是參加操作的數(shù)據(jù)，操作的中間結(jié)果，這些操作

14、數(shù)可以是參加操作的數(shù)據(jù)，操作的中間結(jié)果，也可以是操作數(shù)的地址，大部分算術(shù)和邏輯運(yùn)算指令也可以是操作數(shù)的地址，大部分算術(shù)和邏輯運(yùn)算指令都可以使用這些數(shù)據(jù)寄存器。都可以使用這些數(shù)據(jù)寄存器。 專用寄存器專用寄存器通常有指令指針通常有指令指針I(yè)PIP或程序計(jì)數(shù)器或程序計(jì)數(shù)器PCPC和堆棧和堆棧指針指針SPSP等等 輸入輸入/ /輸出設(shè)備簡稱輸出設(shè)備簡稱I/OI/O（Input/OutputInput/Output）設(shè)備）設(shè)備, ,用于計(jì)算機(jī)與外界進(jìn)行通信。用于計(jì)算機(jī)與外界進(jìn)行通信。是指能向計(jì)算機(jī)系統(tǒng)輸入信息的設(shè)備。是指能向計(jì)算機(jī)系統(tǒng)輸入信息的設(shè)備。如鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀等。如鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀等。一般是

15、指能從一般是指能從計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中輸出人可直接識別的信息的設(shè)備。如計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中輸出人可直接識別的信息的設(shè)備。如顯示器、繪圖儀等。顯示器、繪圖儀等。所有輸入所有輸入/ /輸出設(shè)備和外存儲器的操作，是由程輸出設(shè)備和外存儲器的操作，是由程序中的輸入序中的輸入/ /輸出指令或輸入輸出指令或輸入/ /輸出語句統(tǒng)一控制的。輸出語句統(tǒng)一控制的。凡是從外部設(shè)備讀出數(shù)據(jù)向內(nèi)存寫入的操作均稱為凡是從外部設(shè)備讀出數(shù)據(jù)向內(nèi)存寫入的操作均稱為輸入操作；反之，凡是從內(nèi)存讀出數(shù)據(jù)送到外部設(shè)輸入操作；反之，凡是從內(nèi)存讀出數(shù)據(jù)送到外部設(shè)備的均稱為輸出操作。備的均稱為輸出操作。 3、I/O設(shè)備和設(shè)備和I/O接口接口oI/O接口的功能

16、及其組成（1）速度的不匹配。（2）信息格式的不匹配。（3) 信息類型與信號電平的不匹配。（4）時序的不匹配。 微處理機(jī)通過接口與外設(shè)交換信息微處理機(jī)通過接口與外設(shè)交換信息 微處 理機(jī) 接口 電路 外部 設(shè)備 （1）、）、I/O設(shè)備：微機(jī)配備的輸入設(shè)備：微機(jī)配備的輸入/輸出設(shè)備（外設(shè)）。輸出設(shè)備（外設(shè)）。標(biāo)準(zhǔn)輸入標(biāo)準(zhǔn)輸入/輸出設(shè)備（控制臺）：鍵盤和顯示器（輸出設(shè)備（控制臺）：鍵盤和顯示器（CRT）。）。I/O設(shè)備設(shè)備輸入設(shè)備輸入設(shè)備輸出設(shè)備輸出設(shè)備鍵盤鍵盤鼠標(biāo)鼠標(biāo)掃描儀、數(shù)碼相機(jī)掃描儀、數(shù)碼相機(jī)顯示器顯示器打印機(jī)打印機(jī)繪圖儀繪圖儀顯示器顯示器（2）、）、I/O接口：連接外設(shè)備和系統(tǒng)總線，完成信號

17、接口：連接外設(shè)備和系統(tǒng)總線，完成信號轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)緩沖、與轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)緩沖、與CPU進(jìn)行信號聯(lián)絡(luò)等工作。進(jìn)行信號聯(lián)絡(luò)等工作。顯示器卡：完成顯示器與總線的連接。顯示器卡：完成顯示器與總線的連接。聲卡：完成聲音的輸入聲卡：完成聲音的輸入/輸出。輸出。網(wǎng)卡：完成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。網(wǎng)卡：完成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。掃描卡：連接掃描儀到計(jì)算機(jī)。掃描卡：連接掃描儀到計(jì)算機(jī)。調(diào)制解調(diào)器卡：模擬信號與數(shù)字信號相互轉(zhuǎn)換。調(diào)制解調(diào)器卡：模擬信號與數(shù)字信號相互轉(zhuǎn)換。鍵盤接口、打印機(jī)接口等。鍵盤接口、打印機(jī)接口等。232接口：串行數(shù)據(jù)接口。接口：串行數(shù)據(jù)接口。USB接口：通用串行接口。接口：通用串行接口。P微型計(jì)算機(jī)典型系統(tǒng)主板結(jié)構(gòu)

18、圖 總線（總線（BUSBUS）是連接計(jì)算機(jī)中）是連接計(jì)算機(jī)中CPUCPU、內(nèi)存、輔存、各、內(nèi)存、輔存、各種輸入種輸入/ /輸出控制部件的輸出控制部件的。它是計(jì)算機(jī)中用于在各部件間運(yùn)載信息的公共線。它是計(jì)算機(jī)中用于在各部件間運(yùn)載信息的公共線路。路?？偩€分為內(nèi)部總線、元件級總線、系統(tǒng)總線和外部總線。總線分為內(nèi)部總線、元件級總線、系統(tǒng)總線和外部總線。通常是指在通常是指在CPUCPU內(nèi)部各組成部分相互之間交換信內(nèi)部各組成部分相互之間交換信息用的總線。息用的總線。則指的是則指的是CPUCPU、存儲器與各類、存儲器與各類I/OI/O設(shè)備之間相互設(shè)備之間相互交換信息的總線。日常所說的總線一般都指系統(tǒng)總線。交

19、換信息的總線。日常所說的總線一般都指系統(tǒng)總線。外部總線：外部總線：是微機(jī)系統(tǒng)相互之間或微機(jī)系統(tǒng)與其他電子系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)通訊連接的總線。o總線按其傳輸?shù)男盘柗譃?：（元件級總線）o1數(shù)據(jù)總線DB（Data Bus）數(shù)據(jù)總線用于數(shù)據(jù)總線用于CPU與其他部件之間傳送信息，具有三態(tài)控制功與其他部件之間傳送信息，具有三態(tài)控制功能，且是雙向的。能，且是雙向的。 o2地址總線AB（Address Bus）地址總線用于地址總線用于傳送傳送CPU要訪問的存儲單元或要訪問的存儲單元或I/O接口的地址信接口的地址信號。號。該總線為單向總線。該總線為單向總線。 16條地址線可訪問條地址線可訪問 216 = 64 KB。

20、 20條地址線可訪問條地址線可訪問 220 = 1 MB。 1K = 1024B 1M = 1024 KB 1G = 1024 MB o3控制總線CB（Control Bus）控制總線是連控制總線是連接接CPU的控制部件和內(nèi)存、的控制部件和內(nèi)存、I/O設(shè)備等，用來控設(shè)備等，用來控制內(nèi)存和制內(nèi)存和I/O設(shè)備的全部工作。設(shè)備的全部工作?？刂瓶偩€的方向：控制總線的方向：一部分是從一部分是從CPU輸出：通過對指令的譯碼，由輸出：通過對指令的譯碼，由CPU內(nèi)內(nèi)部產(chǎn)生，由部產(chǎn)生，由CPU送到存儲器、輸入送到存儲器、輸入/輸出接口電路和其輸出接口電路和其它部件。如時鐘信號、控制信號等。它部件。如時鐘信號、控

21、制信號等。另一部分是由系統(tǒng)中的部件產(chǎn)生，送往另一部分是由系統(tǒng)中的部件產(chǎn)生，送往CPU，如：中，如：中斷請求信號、總線請求信號斷請求信號、總線請求信號(DMA)、狀態(tài)信號、狀態(tài)信號?？偩€的使用特點(diǎn)：總線的使用特點(diǎn)：1、在某一時刻，只能由一個總線主控設(shè)備來控制總線，、在某一時刻，只能由一個總線主控設(shè)備來控制總線，其它總線主控設(shè)備此時必須放棄對總線的控制。其它總線主控設(shè)備此時必須放棄對總線的控制。2、在連接系統(tǒng)的各個設(shè)備中，在某一時刻只能有一發(fā)、在連接系統(tǒng)的各個設(shè)備中，在某一時刻只能有一發(fā)送者發(fā)送信號，但可以有多個設(shè)備從總線上同時獲得送者發(fā)送信號，但可以有多個設(shè)備從總線上同時獲得信號。信號。3、通過

22、總線插槽與接口板連接。、通過總線插槽與接口板連接。 微機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖微機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 數(shù)據(jù)總線（DB） 控制部線（CB） 地址總線（AB） 中央 處理器 CPU內(nèi)存儲器I/O 接口I/O 接口I/O 設(shè)備I/O 設(shè)備常見微機(jī)系統(tǒng)總線主要參數(shù)表ISA總線oPC機(jī)問世以來，最先推出的系統(tǒng)總線是 PC XT總線，該總線是早期 PC XT機(jī)的系統(tǒng)總線，共有62根信號線，其中數(shù)據(jù)線有8位（簡稱8位總線），地址線有20位，還有若干控制信號線。80286問世之后，這種總線在內(nèi)存尋址和數(shù)據(jù)位寬上不能適應(yīng)286系統(tǒng)的要求，因此，一種新的16位系統(tǒng)總線PC AT總線（即ISA總線）應(yīng)運(yùn)而生，它是一種性能更好些

23、的16位總線，直到現(xiàn)在還在使用。 (工控板）ISA總線的功能o數(shù)據(jù)線16位；o地址線 24位，支持 16 MB存儲器的尋址能力；o硬中斷 11級（IRQ3IRQ7，IRQ9，IRQ10IRQ12，IRQ14IRQ15），DMA通道擴(kuò)充到7個（DERQ1DERQ2，DERQO，DERO5DERO7）PC/AT ISA總線的微機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) PC AT/ISA總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)CPU 局部 總線SIMMS8 位總線后備電池8 個 8 位XT 插槽ISA 總線PC/AT 或 ISA 插槽6 個 16 位AT/ISA 擴(kuò)展槽 主存 DRAM4768MB64K128KROM BIOSCPU80486P

24、C AT/ISA 核心邏輯芯片組內(nèi)含：7 個 DMA 通道15 級中斷時間/計(jì)數(shù)器總線緩沖器擴(kuò)展總線控制器DRAM 與 L2Cache 控制器L2 Cache128K512K8042MPUKBD/Mous控制器實(shí)時時鐘/日歷CMOS RAMISA總線的發(fā)展o工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)（Industry Standard Architecture。ISA）總線 外部設(shè)備互連（外部設(shè)備互連（Peripheral Component Interconnect， PCI ）局部總線標(biāo)準(zhǔn)）局部總線標(biāo)準(zhǔn)局部總線 在個人計(jì)算機(jī)中，局部總線原來是指微處理器周圍的接口，它開始于微處理器引腳，并接到微處理器附近的某些專用芯

25、片，從而形成一個局部范圍的總線，它是一種與微處理器接口的公用接口線。 PCI總線 PCI是一種性能優(yōu)異的局部總線，其數(shù)據(jù)位寬為32位，可以擴(kuò)展到64位以適配奔騰處理器，當(dāng)其運(yùn)行時鐘為33 MHz時，數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)132 MB/S，而位寬為64位時，最大數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)264MB/S。PCI總線概況 PCI總線是通過PCI橋（PCI控制器）與CPU局部總線相連。PCI總線在系統(tǒng)板上的連接PCI總線的微機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 典型典型PCI局部總線的局部總線的PCI/ISA系統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)圖32/64 位 CPU 局部總線SIMMS2 至 3 個PCI 總線PCI 插槽可選擇的主板 PCI 芯片級適配器4

26、 個 8 位 XT 插槽4 個 16 位 ISA 槽CPU （486/Pentium）L2 Cache一般為 512KDRAM 與 L2Cache 控制器局部總線到 PCI橋電路主存 DRAM4768MBLANSCSIIDEPCI 到ISA橋電路（南橋）64K128KROM BIOS8042MPU鍵盤/鼠標(biāo)控制器實(shí)時時鐘CMOS RAMPCI總線的特點(diǎn) 1、由于有PCI橋?qū)CI總線與CPU隔離開來，因此不會造成CPU負(fù)載過重的問題。PCI總線可以帶 10個負(fù)載。 P4主板的外形圖主板的外形圖二、微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)二、微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)任何一個計(jì)算機(jī)系統(tǒng)都是由硬件和軟件組成的。任何一個計(jì)算機(jī)系統(tǒng)都是由

27、硬件和軟件組成的。是指有形的物理設(shè)備，它是計(jì)算機(jī)系是指有形的物理設(shè)備，它是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中實(shí)際物理裝置的總稱，可以是電子的、電磁的、機(jī)統(tǒng)中實(shí)際物理裝置的總稱，可以是電子的、電磁的、機(jī)電的或光學(xué)的元件電的或光學(xué)的元件/ /裝置或者由它們所組成的計(jì)算機(jī)部裝置或者由它們所組成的計(jì)算機(jī)部件。件。例如，計(jì)算機(jī)的處理器芯片、存儲器芯片、底板（母板）、各類擴(kuò)充板卡、機(jī)箱、鍵盤、鼠標(biāo)器、顯示器、打印機(jī)、軟盤、硬盤等都是計(jì)算機(jī)的硬件。計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)指為運(yùn)行、管理、應(yīng)用、維計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)指為運(yùn)行、管理、應(yīng)用、維護(hù)計(jì)算機(jī)所編制的所有程序及文檔的總和。護(hù)計(jì)算機(jī)所編制的所有程序及文檔的總和。依據(jù)功能的不同，軟件分為系統(tǒng)軟件

28、和應(yīng)用軟件兩依據(jù)功能的不同，軟件分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類。大類。是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中不可缺少的主要組成部分。、按其內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類，如、按其內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類，如CISCCISC (復(fù)雜指令復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)）集計(jì)算機(jī)）與與RISC RISC （精簡指令集計(jì)算機(jī)）（精簡指令集計(jì)算機(jī)）計(jì)算計(jì)算機(jī)；單處理機(jī)與多處理機(jī)（并行機(jī)）；機(jī)；單處理機(jī)與多處理機(jī)（并行機(jī)）；1616位機(jī)、位機(jī)、3232位機(jī)或位機(jī)或6464位計(jì)算機(jī)等。位計(jì)算機(jī)等。、計(jì)算機(jī)的性能和作用進(jìn)行分類。、計(jì)算機(jī)的性能和作用進(jìn)行分類。19891989年年1111月月IEEEIEEE提出一個分類報告，它根據(jù)計(jì)算機(jī)在信息提出一個分類報告，它根

29、據(jù)計(jì)算機(jī)在信息處理系統(tǒng)中的地位與作用，考慮到計(jì)算機(jī)分類處理系統(tǒng)中的地位與作用，考慮到計(jì)算機(jī)分類的演變過程和近期可能的發(fā)展趨勢，把計(jì)算機(jī)的演變過程和近期可能的發(fā)展趨勢，把計(jì)算機(jī)分成大類：分成大類：指參與算術(shù)邏輯運(yùn)算的操作數(shù)的二進(jìn)制位數(shù)。指CPU的時鐘頻率，微機(jī)運(yùn)行的速度與主頻有關(guān)。主存儲器的速度用存取周期來衡量。主要技術(shù)指標(biāo)包括：存儲容量、平均等待時間、平均尋道時間、數(shù)據(jù)傳輸速率。五、單片機(jī)、單板機(jī)、五、單片機(jī)、單板機(jī)、 PC機(jī)機(jī)1、單片機(jī)：、單片機(jī)：又稱單片微控制器又稱單片微控制器, ,它不是完成某一個邏輯功它不是完成某一個邏輯功能的芯片能的芯片, ,而是把一個計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個芯片上。概而

30、是把一個計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個芯片上。概括的講：它主要是將微處理器、部分存儲器、輸入輸出接括的講：它主要是將微處理器、部分存儲器、輸入輸出接口都集成在一塊集成電路芯片上，一塊芯片就成了一臺計(jì)口都集成在一塊集成電路芯片上，一塊芯片就成了一臺計(jì)算機(jī)算機(jī) 2、單板機(jī)：、單板機(jī)：將計(jì)算機(jī)的各個部分都組裝在一塊印制電路將計(jì)算機(jī)的各個部分都組裝在一塊印制電路板上，包括微處理器板上，包括微處理器/ /存儲器存儲器/ /輸入輸出接口，還有簡單的輸入輸出接口，還有簡單的七段發(fā)光二極管顯示器、小鍵盤、插座等。功能比單片機(jī)七段發(fā)光二極管顯示器、小鍵盤、插座等。功能比單片機(jī)強(qiáng)，適于進(jìn)行生產(chǎn)過程的控制?？梢灾苯釉趯?shí)驗(yàn)板上

31、操作，強(qiáng)，適于進(jìn)行生產(chǎn)過程的控制?？梢灾苯釉趯?shí)驗(yàn)板上操作，適用于教學(xué)。適用于教學(xué)。 3、PC機(jī)（機(jī)（Personal Computer ） :面向個人單獨(dú)使用的一面向個人單獨(dú)使用的一類微機(jī)，實(shí)現(xiàn)各種計(jì)算、數(shù)據(jù)處理及信息管理等。類微機(jī)，實(shí)現(xiàn)各種計(jì)算、數(shù)據(jù)處理及信息管理等。1.4 計(jì)算機(jī)中的數(shù)制和編碼計(jì)算機(jī)中的數(shù)制和編碼 一、計(jì)算機(jī)中常用的進(jìn)制數(shù)一、計(jì)算機(jī)中常用的進(jìn)制數(shù) 人們最常用的數(shù)是十進(jìn)制數(shù)，計(jì)算機(jī)中采用的是二進(jìn)人們最常用的數(shù)是十進(jìn)制數(shù)，計(jì)算機(jī)中采用的是二進(jìn)制數(shù)，同時有的時候?yàn)榱撕喕M(jìn)制數(shù)據(jù)的書寫，也制數(shù)，同時有的時候?yàn)榱撕喕M(jìn)制數(shù)據(jù)的書寫，也采用八進(jìn)制和十六進(jìn)制表示方法。下面將分別介紹這

32、采用八進(jìn)制和十六進(jìn)制表示方法。下面將分別介紹這幾種常用的進(jìn)制。幾種常用的進(jìn)制。 1、十進(jìn)制數(shù)、十進(jìn)制數(shù) 十進(jìn)制數(shù)是大家熟悉的，用十進(jìn)制數(shù)是大家熟悉的，用0 0，1 1，2 2，8 8，9 9十個不十個不同的符號來表示數(shù)值，它采用的是同的符號來表示數(shù)值，它采用的是“逢十進(jìn)一，借一逢十進(jìn)一，借一當(dāng)十當(dāng)十”的原則。的原則。 2、二進(jìn)制表示法、二進(jìn)制表示法基數(shù)為基數(shù)為1010的記數(shù)制叫十進(jìn)制；基數(shù)為的記數(shù)制叫十進(jìn)制；基數(shù)為2 2的記數(shù)制叫做二的記數(shù)制叫做二進(jìn)制。進(jìn)制。二進(jìn)制數(shù)的計(jì)算規(guī)則是二進(jìn)制數(shù)的計(jì)算規(guī)則是“逢二進(jìn)一，借一當(dāng)二逢二進(jìn)一，借一當(dāng)二”。 二進(jìn)制表示數(shù)值方法如下：二進(jìn)制表示數(shù)值方法如下： N

33、B = Ki * 2i 其中：其中：Ki = 0 或或 1ni=-m例：二進(jìn)制數(shù)例：二進(jìn)制數(shù)1011.1表示如下：表示如下：(1011.1)B= 1 * 23 + 0 * 22 + 1 * 21 + 1 * 20 +1 * 2-1運(yùn)算規(guī)則：運(yùn)算規(guī)則：加法運(yùn)算：加法運(yùn)算：0+0 = 0 0+1 = 1 1+0 = 1 1+1 =10 （逢二進(jìn)一）（逢二進(jìn)一）減法運(yùn)算：減法運(yùn)算：0-0 = 0 10-1 =1 （借位）（借位） 1-0 = 1 1-1 =0乘法運(yùn)算：乘法運(yùn)算：0 * 0 =0 0 * 1 =0 1 * 0 =0 1 * 1 =1除法運(yùn)算除法運(yùn)算0 / 1 =0 1 / 1 =13、

34、八進(jìn)制表示法、八進(jìn)制表示法八進(jìn)制數(shù)是基數(shù)為八的計(jì)數(shù)制。八進(jìn)制數(shù)主要采用八進(jìn)制數(shù)是基數(shù)為八的計(jì)數(shù)制。八進(jìn)制數(shù)主要采用0，1，2，7這八個阿拉伯?dāng)?shù)字。這八個阿拉伯?dāng)?shù)字。八進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算規(guī)則為八進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算規(guī)則為“逢八進(jìn)一，借一當(dāng)八逢八進(jìn)一，借一當(dāng)八”。八進(jìn)制表示數(shù)值方法如下：八進(jìn)制表示數(shù)值方法如下： NO = Ki * 8i 其中：其中：Ki = 0 、1、2、3、4、5、6、7ni=-m例：（例：（467.6)O=4 * 82 + 6 * 81 + 7 * 80 + 6 * 8-14、十六進(jìn)制表示法、十六進(jìn)制表示法基數(shù)為基數(shù)為16，用，用0 - 9 、A - F 十五個字符來數(shù)值，逢十六十五個字符

35、來數(shù)值，逢十六進(jìn)一。進(jìn)一。各位的權(quán)值為各位的權(quán)值為 16i 。二進(jìn)制表示數(shù)值方法如下：二進(jìn)制表示數(shù)值方法如下： NH= Ki * 16i 其中：其中：Ki = 0 - 9 、A - Fni=-m例：（例：（56D.3)H = 5 * 162 + 6 * 161 + 13 * 160 + 3 * 16-1二、進(jìn)制間的轉(zhuǎn)換二、進(jìn)制間的轉(zhuǎn)換1、二進(jìn)制數(shù)和十進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換、二進(jìn)制數(shù)和十進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換（1）、二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)）、二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)方法：按二進(jìn)制數(shù)的位權(quán)進(jìn)行展開相加即可。方法：按二進(jìn)制數(shù)的位權(quán)進(jìn)行展開相加即可。例例:11101.101=124+123+122+021+120+

36、12-1+02-2+12-3=16+8+4+0+1+0.5+0.25+0.125 =29.875 （2）、十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)）、十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)方法：方法：A、將整數(shù)部分和小數(shù)部分分別進(jìn)行轉(zhuǎn)換，然后再把轉(zhuǎn)、將整數(shù)部分和小數(shù)部分分別進(jìn)行轉(zhuǎn)換，然后再把轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行相加。換結(jié)果進(jìn)行相加。B、整數(shù)轉(zhuǎn)換采用除、整數(shù)轉(zhuǎn)換采用除2取余法：用取余法：用2不斷地去除要轉(zhuǎn)換的不斷地去除要轉(zhuǎn)換的數(shù)，直到商為數(shù)，直到商為0。再將每一步所得的余數(shù)，按逆序排列，。再將每一步所得的余數(shù)，按逆序排列，便可得轉(zhuǎn)換結(jié)果。便可得轉(zhuǎn)換結(jié)果。C、小數(shù)轉(zhuǎn)換采用乘、小數(shù)轉(zhuǎn)換采用乘2取整法：每次用取整法：每次用2與小數(shù)部分相乘，與

37、小數(shù)部分相乘，取乘積的整數(shù)部分，再取其小數(shù)部分乘取乘積的整數(shù)部分，再取其小數(shù)部分乘2直到小部分為直到小部分為0。將所取整數(shù)順序放在小數(shù)點(diǎn)后即為轉(zhuǎn)換結(jié)果。將所取整數(shù)順序放在小數(shù)點(diǎn)后即為轉(zhuǎn)換結(jié)果。例：將（例：將（136）D轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。 2 136 余數(shù)（結(jié)果）余數(shù)（結(jié)果） 低位低位 2 68 - 0 2 34 - 0 2 17 - 0 2 8 - 1 2 4 - 0 2 2 - 0 2 1 - 0 0 - 1 高位高位轉(zhuǎn)換結(jié)果：（轉(zhuǎn)換結(jié)果：（136）D=（10001000）B例：將（例：將（0.625)D轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。0.625 * 2 1.25 * 2 0.

38、5 * 2 1.0 取整：取整： 高位高位 低位低位轉(zhuǎn)換結(jié)果：轉(zhuǎn)換結(jié)果：(0.625)D = (0.101)B若出現(xiàn)乘積的小數(shù)部分一直不為若出現(xiàn)乘積的小數(shù)部分一直不為“0”，則可以根據(jù)，則可以根據(jù)計(jì)算精度的要求截取一定的位數(shù)即可。如計(jì)算精度的要求截取一定的位數(shù)即可。如0.6* 2 2、二進(jìn)制數(shù)和八進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)間的轉(zhuǎn)換、二進(jìn)制數(shù)和八進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)間的轉(zhuǎn)換（1）、二進(jìn)制數(shù)到八進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換）、二進(jìn)制數(shù)到八進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換A、二進(jìn)制數(shù)到八進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換采用、二進(jìn)制數(shù)到八進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換采用“三位化一位三位化一位”的方的方法。從小數(shù)點(diǎn)開始向兩邊分別進(jìn)行每三位分一組，向法。從小數(shù)點(diǎn)開始

39、向兩邊分別進(jìn)行每三位分一組，向左不足三位的，從左邊補(bǔ)左不足三位的，從左邊補(bǔ)0；向右不足三位的，從右邊；向右不足三位的，從右邊補(bǔ)補(bǔ)0。B、二進(jìn)制數(shù)到十六進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換采用、二進(jìn)制數(shù)到十六進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換采用“四位化一位四位化一位”的方法。從小數(shù)點(diǎn)開始向兩邊分別進(jìn)行每四位分一組，的方法。從小數(shù)點(diǎn)開始向兩邊分別進(jìn)行每四位分一組，向左不足四位的，從左邊補(bǔ)向左不足四位的，從左邊補(bǔ)0；向右不足四位的，從右；向右不足四位的，從右邊補(bǔ)邊補(bǔ)0。例：將例：將(1000110.01)B轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制數(shù)和十六進(jìn)制數(shù)。轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制數(shù)和十六進(jìn)制數(shù)。 1 000 110 . 01 001 000 110 . 010 ( 1 0 6

40、 . 2 )O二進(jìn)制數(shù)到十六進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換：二進(jìn)制數(shù)到十六進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換：（1000110.01）B = 100 0110 . 01 0100 0110 . 0100(4 6 . 4)H（2）、八進(jìn)制、十六進(jìn)制數(shù)到二進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換）、八進(jìn)制、十六進(jìn)制數(shù)到二進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換方法：采用方法：采用“一位化三位（四位）一位化三位（四位）”的方法。按順序的方法。按順序?qū)懗雒课话诉M(jìn)制（十六進(jìn)制）數(shù)對應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)，所寫出每位八進(jìn)制（十六進(jìn)制）數(shù)對應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)，所得結(jié)果即為相應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)。得結(jié)果即為相應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)。例：將例：將(352.6)o轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。 3 5 2 . 6 011 101 010

41、110 =(11 101 010 . 11)B三、三、 機(jī)器數(shù)的表示機(jī)器數(shù)的表示機(jī)器數(shù)：數(shù)值數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的編碼。機(jī)器數(shù)：數(shù)值數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的編碼。機(jī)器數(shù)的真值：機(jī)器數(shù)所代表的實(shí)際數(shù)值。機(jī)器數(shù)的真值：機(jī)器數(shù)所代表的實(shí)際數(shù)值。常用的編碼方案：原碼、反碼、補(bǔ)碼。常用的編碼方案：原碼、反碼、補(bǔ)碼。1、原碼表示法、原碼表示法原碼：用最高位表示符號，其中：原碼：用最高位表示符號，其中：0-正、正、1-負(fù)，負(fù)，其它位表示數(shù)值的絕對值。其它位表示數(shù)值的絕對值。 例：求例：求X1=1011，X2=-1011的原碼。（的原碼。（8位）位）X1原原=00001011X2原原=10001011 0的表示形式（的表示

42、形式（8位）位）+0原原=00000000-0原原=10000000特點(diǎn)特點(diǎn)A、原碼與真值的對應(yīng)關(guān)系簡單。、原碼與真值的對應(yīng)關(guān)系簡單。B、0的編碼不唯一，處理運(yùn)算不方便。的編碼不唯一，處理運(yùn)算不方便。C、8位數(shù)原碼所表示的范圍：位數(shù)原碼所表示的范圍：-127+1272、反碼表示法、反碼表示法 定義：若定義：若X0 ，則，則 X反反=X原原。 若若X0， 則則 X反反= 對應(yīng)原碼的符號位對應(yīng)原碼的符號位 不變不變 數(shù)值部數(shù)值部 分按位求反。分按位求反。+0反反=00000000 -0反反=1111111+1100111反反=01100111 -1100111反反=10011000 8位反碼所表示

43、的范圍：位反碼所表示的范圍：-127+1273、 補(bǔ)碼表示法補(bǔ)碼表示法正數(shù)的補(bǔ)碼和原碼相同。正數(shù)的補(bǔ)碼和原碼相同。負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼=反碼反碼+1。-0補(bǔ)補(bǔ)= -0反反+1=11111111+1=1 000000000補(bǔ)補(bǔ)=+0補(bǔ)補(bǔ)=-0補(bǔ)補(bǔ)=0000 0000 8位補(bǔ)碼所表示的范圍：位補(bǔ)碼所表示的范圍：-128+127 計(jì)算機(jī)中的數(shù)均為補(bǔ)碼形式。計(jì)算機(jī)中的數(shù)均為補(bǔ)碼形式。特殊數(shù)特殊數(shù)10000000o該數(shù)在原碼中定義為： -0o在反碼中定義為： -127o在補(bǔ)碼中定義為： -128o對無符號數(shù)：(10000000) = 1284、 由補(bǔ)碼求真值由補(bǔ)碼求真值o某內(nèi)存單元的內(nèi)容是D2，為8位二進(jìn)制數(shù)，其所表示的十進(jìn)制數(shù)是多少？ X補(bǔ) = D2H=1 101 0010B X = X補(bǔ)補(bǔ) = 11010010補(bǔ) = - 0101110B= - 2EH 所以：X = - 46- -5、補(bǔ)碼加減運(yùn)算規(guī)則、補(bǔ)碼加減運(yùn)算規(guī)則o通過引進(jìn)補(bǔ)碼，可將減法運(yùn)算轉(zhuǎn)換為加法運(yùn)算。規(guī)則如下：X+Y補(bǔ)=X補(bǔ)+Y補(bǔ) X-Y補(bǔ)=X補(bǔ)+ -