第1章微型計算機概述PPT課件

1、第1頁/共34頁第2頁/共34頁ISA插插槽槽PCI插槽插槽AGP插插槽槽北橋北橋芯片組芯片組南橋南橋芯片組芯片組內(nèi)存插槽內(nèi)存插槽IDE接口接口軟驅(qū)接口軟驅(qū)接口并口連接器并口連接器串口連接器串口連接器ROM BIOS鼠標(biāo)鍵盤鼠標(biāo)鍵盤USB接口接口主板主板電源電源插座插座計算機的結(jié)構(gòu)如何？計算機中的指令是如何執(zhí)行的？第3頁/共34頁 教材：微機原理與接口技術(shù)南京大學(xué)出版社 課程性質(zhì)：專業(yè)基礎(chǔ)課 學(xué)時：64學(xué)時理論課程+16學(xué)時實驗課程+1周課程設(shè)計 課程特點：偏重硬件、軟硬結(jié)合 先修課程：數(shù)字電路、模擬電路 學(xué)習(xí)目標(biāo)：從理論上和實踐上掌握微型計算機的基本組成、原理、接口技術(shù)，建立微型計算機應(yīng)用系

2、統(tǒng)的概念，具有微型計算機應(yīng)用系統(tǒng)的初步開發(fā)能力。微機原理與應(yīng)用第4頁/共34頁參考教材：微型計算機技術(shù)田艾平、王力生、卜艷平編著清華大學(xué)出版社第5頁/共34頁參考習(xí)題集：微機原理與接口技術(shù) 習(xí)題與解析溫陽東、鮑遠(yuǎn)慧編著清華大學(xué)出版社第6頁/共34頁微機原理與接口技術(shù)課程內(nèi)容： 第1章 微型計算機概述 第2章 計算機內(nèi)部數(shù)據(jù)的表示方法 第3章 微型計算機總線系統(tǒng) 第4章 Intel 80 x86系列微處理器 第5章 8086/8088指令系統(tǒng) 第6章 匯編語言程序設(shè)計 第7章 微型計算機存儲器 第8章 微型計算機輸入/輸出接口技術(shù) 第9章 微型計算機中斷技術(shù) 第10章 微型計算機并行接口技術(shù) 第

3、11章 可編程定時/計數(shù)器 第12章 微型計算機串行接口技術(shù) 第13章 模擬輸入輸出技術(shù)第7頁/共34頁第1章 微型計算機概述 1.1 計算機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理 1.2 微型計算機系統(tǒng) 1.3 微型計算機的發(fā)展歷程與應(yīng)用 1.4 微型計算機的基本特點與主要性能指標(biāo)第8頁/共34頁1.1 計算機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理 1.1.1 計算機的基本結(jié)構(gòu) 1.1.2 計算機的基本工作原理第9頁/共34頁1.1.1 計算機的基本結(jié)構(gòu) 1945 1945年年6 6月，美籍匈牙利科學(xué)家馮月，美籍匈牙利科學(xué)家馮 諾依曼提出了在數(shù)字諾依曼提出了在數(shù)字計算機內(nèi)部的存儲器中存放程序的概念，這是所有現(xiàn)代電計算機內(nèi)部的存

4、儲器中存放程序的概念，這是所有現(xiàn)代電子計算機的范式，被稱為子計算機的范式，被稱為“馮馮 諾依曼結(jié)構(gòu)諾依曼結(jié)構(gòu)”。按這一結(jié)構(gòu)。按這一結(jié)構(gòu)建造的電腦稱為建造的電腦稱為存儲程序計算機存儲程序計算機，又稱為通用計算機。，又稱為通用計算機。 馮馮 諾依曼結(jié)構(gòu)計算機的主要特點包括：諾依曼結(jié)構(gòu)計算機的主要特點包括：1.1.計算機由計算機由運算器運算器、存儲器存儲器、控制器控制器和和輸入輸入/ /輸出輸出五個五個部件組成。部件組成。2.2.存儲器以存儲器以二進制二進制形式存儲指令和數(shù)據(jù)。形式存儲指令和數(shù)據(jù)。3.3.存儲程序工作方式：存儲器一維線性編址，按址存存儲程序工作方式：存儲器一維線性編址，按址存取，指令

5、從存儲器逐條取出，串行執(zhí)行。取，指令從存儲器逐條取出，串行執(zhí)行。第10頁/共34頁馮諾依曼計算機的基本結(jié)構(gòu) 第11頁/共34頁1.1.2 計算機的基本工作原理 程序，是指完成某項任務(wù)的計算機指令序列。當(dāng)要完成該項任務(wù)時，通過輸入設(shè)備將指令序列和原始數(shù)據(jù)輸入到計算機的內(nèi)存儲器中。計算機從內(nèi)存中取出第一條指令，控制器按照指令的要求，從內(nèi)存儲器中取出數(shù)據(jù)進行指定的操作，然后再按地址把結(jié)果送到內(nèi)存中去。接下來，再自動取出下一條指令，在控制器的指揮下完成規(guī)定操作。依此進行下去，直至全部指令執(zhí)行完畢。 由此可見，計算機的工作方式取決于它的兩個基本能力：一是能存儲程序，二是能自動執(zhí)行程序。計算機是利用內(nèi)存儲

6、器來存放所要執(zhí)行的程序的，而控制器則依次從內(nèi)存中取出程序的每條指令，加以分析和執(zhí)行，直到完成全部指令序列為止。這就是計算機的存儲程序控制方式的工作原理。這一原理最初是由美籍匈牙利數(shù)學(xué)家馮 諾依曼于19451945年提出來的，故稱為馮 諾依曼原理。第12頁/共34頁1.2 微型計算機系統(tǒng)l 微型計算機系統(tǒng)與傳統(tǒng)的計算機系統(tǒng)一樣，由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成的。l 硬件是組成計算機系統(tǒng)的各個物理部件的總稱，它是計算機系統(tǒng)快速、可靠、自動工作的物質(zhì)基礎(chǔ)。l 軟件是計算機系統(tǒng)中各類程序、有關(guān)文件以及所需數(shù)據(jù)的總稱。軟件系統(tǒng)由系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大部分組成。l 系統(tǒng)軟件是指管理、控制和維護計算機系統(tǒng)

7、資源的程序集合，這些資源包括硬件資源和軟件資源，并為用戶提供一個友好的操作界面和工作平臺。l 應(yīng)用軟件是指為了解決某些具體問題而編制的程序。它包括商品化的通用軟件和專用軟件，也包括用戶自己編制的各種應(yīng)用程序。 第13頁/共34頁1.2.1微型計算機硬件系統(tǒng)的基本組成 微型計算機硬件系統(tǒng)包括微處理器、存儲器、輸入/ /輸出接口與輸入/ /輸出設(shè)備，各部件通過系統(tǒng)總線進行數(shù)據(jù)傳送。第14頁/共34頁一、微處理器 微處理器微處理器（MicroProcessor UnitMicroProcessor Unit，簡稱，簡稱MPUMPU），也稱），也稱為中央處理器（為中央處理器（Central Proce

8、ssing UnitCentral Processing Unit，簡稱，簡稱CPUCPU），），由控制器、運算器和寄存器組三個主要部分組成，它是由控制器、運算器和寄存器組三個主要部分組成，它是計算機的核心部件。計算機的核心部件。1.1.控制器控制器：控制器是計算機的指揮中心：控制器是計算機的指揮中心, ,它的作用是從存它的作用是從存儲器中取出指令儲器中取出指令, ,然后分析指令然后分析指令, ,發(fā)出由該指令規(guī)定的一發(fā)出由該指令規(guī)定的一系列操作命令系列操作命令, ,完成該指令所要求的操作。完成該指令所要求的操作。2.2.運算器運算器：運算器又稱算術(shù)邏輯單元：運算器又稱算術(shù)邏輯單元(Arithm

9、etic and (Arithmetic and Logical Unit, ALU),Logical Unit, ALU),是用二進制進行算術(shù)運算和邏輯是用二進制進行算術(shù)運算和邏輯運算的部件。運算的部件。3.3.寄存器組寄存器組：寄存器組是：寄存器組是CPUCPU內(nèi)部的若干個存儲單元，用內(nèi)部的若干個存儲單元，用來存放參加運算的二進制數(shù)據(jù)以及保存運算結(jié)果。來存放參加運算的二進制數(shù)據(jù)以及保存運算結(jié)果。第15頁/共34頁Intel的某些微處理器采用296引腳的引腳柵格陣列（PGA）陶瓷封裝技術(shù)運算器：運算器：CPU的核心，算術(shù)邏輯運算部件的核心，算術(shù)邏輯運算部件控制器：指揮、協(xié)調(diào)各部件工作控制器：

10、指揮、協(xié)調(diào)各部件工作寄存器組：暫存數(shù)據(jù)寄存器組：暫存數(shù)據(jù)微微處處理理器器第16頁/共34頁二、存儲器 l 計算機的存儲器由計算機的存儲器由內(nèi)存儲器內(nèi)存儲器（簡稱內(nèi)存）和（簡稱內(nèi)存）和外存儲器外存儲器（簡稱外存）兩部分組成。這里講的存儲器是指內(nèi)存儲（簡稱外存）兩部分組成。這里講的存儲器是指內(nèi)存儲器，它用來存放計算機的指令和數(shù)據(jù)。器，它用來存放計算機的指令和數(shù)據(jù)。l 存儲器以存儲單元為單位線性編址存儲器以存儲單元為單位線性編址,CPU按地址讀按地址讀/寫存寫存儲單元中的內(nèi)容儲單元中的內(nèi)容,通常一個存儲單元可存放通常一個存儲單元可存放8位二進制數(shù)位二進制數(shù)(即一個字節(jié)即一個字節(jié))。CPU只能直接訪問

11、內(nèi)存。只能直接訪問內(nèi)存。 第17頁/共34頁常見存儲器：第18頁/共34頁三、輸入/輸出接口與輸入/輸出設(shè)備 l 輸入輸入/輸出設(shè)備輸出設(shè)備(簡稱簡稱I/O設(shè)備設(shè)備)是微機與外界聯(lián)系的設(shè)備，是微機與外界聯(lián)系的設(shè)備，也為外設(shè)。計算機通過外設(shè)獲得各種外界信息也為外設(shè)。計算機通過外設(shè)獲得各種外界信息,并且通過并且通過外設(shè)輸出運算處理結(jié)果。常用的輸入設(shè)備有鍵盤、鼠標(biāo)、外設(shè)輸出運算處理結(jié)果。常用的輸入設(shè)備有鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀、攝像機等，常用的輸出設(shè)備有顯示器、打印機、掃描儀、攝像機等，常用的輸出設(shè)備有顯示器、打印機、繪圖儀等。繪圖儀等。l 微機與微機與I/O設(shè)備必須通過輸入設(shè)備必須通過輸入/輸出接口輸出

12、接口(I/O接口接口)將二者將二者連接起來，連接起來，I/O接口實質(zhì)上是將外設(shè)連接到總線上的一組接口實質(zhì)上是將外設(shè)連接到總線上的一組邏輯電路的總稱。邏輯電路的總稱。 第19頁/共34頁常見輸入輸出設(shè)備：第20頁/共34頁四、系統(tǒng)總線 總線總線(bus)(bus)是一組信號線的集合是一組信號線的集合, ,是在計算機系統(tǒng)各部是在計算機系統(tǒng)各部件之間傳輸?shù)刂?、?shù)據(jù)和控制信息的公共通路。件之間傳輸?shù)刂?、?shù)據(jù)和控制信息的公共通路。 在在CPUCPU、存儲器、存儲器、I/OI/O接口之間傳輸信息的總線稱為接口之間傳輸信息的總線稱為“系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線”。系統(tǒng)總線包括以下三部分。系統(tǒng)總線包括以下三部分。1.1

13、.地址總線地址總線 ABAB：它是單向總線：它是單向總線, ,用于傳送用于傳送CPUCPU發(fā)出的地址發(fā)出的地址信息，以指明與信息，以指明與CPUCPU交換信息的內(nèi)存單元或交換信息的內(nèi)存單元或I/OI/O設(shè)備。設(shè)備。2.2.數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線 DBDB：它是雙向的：它是雙向的, ,用于用于CPUCPU與內(nèi)存或外設(shè)之間與內(nèi)存或外設(shè)之間進行數(shù)據(jù)交換時傳輸數(shù)據(jù)信息。進行數(shù)據(jù)交換時傳輸數(shù)據(jù)信息。3.3.控制總線控制總線 CBCB：控制總線用于傳送控制信號、時序信號：控制總線用于傳送控制信號、時序信號和狀態(tài)信號等。和狀態(tài)信號等。CPUCPU向內(nèi)存或外設(shè)發(fā)出的控制信息、內(nèi)向內(nèi)存或外設(shè)發(fā)出的控制信息、內(nèi)存或外設(shè)

14、向存或外設(shè)向CPUCPU發(fā)出的狀態(tài)信息均可通過它來傳送。作發(fā)出的狀態(tài)信息均可通過它來傳送。作為整體而言為整體而言,CB,CB是雙向的是雙向的, ,而對而對CBCB中的每一根線來說中的每一根線來說, ,它它是單向的。是單向的。 第21頁/共34頁微處理器、微型計算機、微型計算機系統(tǒng)微處理器、微型計算機、微型計算機系統(tǒng)系統(tǒng)軟件：系統(tǒng)軟件：DOS、Windows 95/98/2000應(yīng)用軟件：應(yīng)用軟件：WPS 、 Word、Photoshop微微 處處 理理 器器 CPU 存儲器存儲器(RAM,ROM) I/O接口接口總線總線 硬硬 件件軟軟 件件微微 型型計算機計算機系系 統(tǒng)統(tǒng)微微 型型計算機計算

15、機(主機主機)外外 設(shè)設(shè)ALU寄存器寄存器控制部件控制部件鍵盤、鼠標(biāo)鍵盤、鼠標(biāo)顯示器顯示器軟驅(qū)、硬盤、光驅(qū)軟驅(qū)、硬盤、光驅(qū) 打印機、掃描儀打印機、掃描儀第22頁/共34頁1.2.2 IBM PC/XT 機硬件系統(tǒng) 第23頁/共34頁1.3微型計算機的發(fā)展歷程與應(yīng)用 1.3.1微型計算機的發(fā)展歷程 1.3.2微型計算機的應(yīng)用 第24頁/共34頁1.3.1微型計算機的發(fā)展歷程 IBM PC 第一臺電子計算機ENIAC 第25頁/共34頁計算機發(fā)展簡史計算機發(fā)展簡史電子管計算機電子管計算機(19461956) 晶體管計算機晶體管計算機(19571964)集成電路計算機集成電路計算機(19651970

16、)超大規(guī)模集成超大規(guī)模集成電路計算機電路計算機(1971至今至今)l 用機器語言、匯編語言編寫程用機器語言、匯編語言編寫程l 用于軍事和國防尖端技術(shù)用于軍事和國防尖端技術(shù)l 開始使用高級語言開始使用高級語言l 開始用于工程技術(shù)、數(shù)據(jù)處理和開始用于工程技術(shù)、數(shù)據(jù)處理和 其它科學(xué)領(lǐng)域其它科學(xué)領(lǐng)域l 采用微程序、流水線等技術(shù)，采用微程序、流水線等技術(shù)， 提高運行速度提高運行速度l 出現(xiàn)操作系統(tǒng)、診斷程序等軟件出現(xiàn)操作系統(tǒng)、診斷程序等軟件l 采用半導(dǎo)體存儲器采用半導(dǎo)體存儲器l 采用圖形界面操作系統(tǒng)采用圖形界面操作系統(tǒng)l 器件速度更快器件速度更快, 軟件、外設(shè)更加豐富軟件、外設(shè)更加豐富 主主要要特特點點

17、第26頁/共34頁微型計算機概述：微型計算機概述：微型計算機誕生：20世紀(jì)70年代微型計算機的核心是：微處理器(CPU+寄存器組)每出現(xiàn)一個新的微處理器，就會產(chǎn)生新一代的微型計算機。第一代：4位機發(fā)展和8位機萌芽階段時間：19711973年代表產(chǎn)品：Intel4004和MCS-4微型機字長：4位或8位特點：指令系統(tǒng)比較簡單，運算功能較差，價格低廉應(yīng)用：面向家電、計算機器和二次儀表微型計算機的發(fā)展分為五代：第二代：8位機的發(fā)展階段時間：19731977年代表產(chǎn)品：Intel8080/8085、MC6800、Z80、R6502處理器字長：8位特點：指令系統(tǒng)比較完善，運算速度提高一個數(shù)量級，尋址增強

18、。應(yīng)用：面向家電、智能儀表、工業(yè)控制。第27頁/共34頁微型計算機概述：微型計算機概述：第三代：16位機發(fā)展階段時間：19781985年代表產(chǎn)品：Intel8086/8088、80186、80286、MC6800、Z8000字長：16位特點：指令系統(tǒng)豐富，采用多級中斷、多種尋址方式，段式存儲結(jié)構(gòu)，配有強大的系統(tǒng)軟件。應(yīng)用：工業(yè)控制第四代：32位機發(fā)展階段時間：19851992年代表產(chǎn)品：Intel 80386、80486字長：32位特點：內(nèi)存容量達(dá)1MB以上，硬盤技術(shù)不斷提高，發(fā)展了32位的總線結(jié)構(gòu)，各種品牌機涌上市場，如COMPAQ、DELL等可執(zhí)行多任務(wù)、多用戶操作。應(yīng)用：辦公自動化、網(wǎng)絡(luò)

19、環(huán)境第28頁/共34頁微型計算機概述：微型計算機概述：第五代：64位機主生及發(fā)展階段時間：1992至今代表產(chǎn)品：Intel Pentium、Itanium字長：64位特點：外部數(shù)據(jù)線64位字長，32位以上地址總線，增加了虛擬現(xiàn)實等多媒體能力和通信上的應(yīng)用。應(yīng)用：辦公自動化、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。第29頁/共34頁1.3.2微型計算機的應(yīng)用 微型計算機的應(yīng)用已滲透到社會的各行各業(yè)，其主要應(yīng)用領(lǐng)域如下：l 科學(xué)計算(或數(shù)值計算)l 數(shù)據(jù)處理(或信息處理)l 輔助技術(shù)(或計算機輔助設(shè)計與制造) 計算機輔助設(shè)計 CAD 計算機輔助制造 CAM 計算機輔助教學(xué) CAIl 過程控制(或?qū)崟r控制)l 人工智能(或智能模擬)l 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用第30頁/共34頁1.4 微型計算機的基本特點