第1章微計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述

1、考核方法考核方法u課堂成績(jī)與出勤：課堂成績(jī)與出勤：20%u個(gè)人作業(yè)個(gè)人作業(yè) ：15%u團(tuán)隊(duì)作業(yè)：團(tuán)隊(duì)作業(yè)：15%u期末考試：期末考試：50%課堂表現(xiàn)與出勤：課堂表現(xiàn)與出勤：1、缺一次課扣、缺一次課扣3分，分，5次缺課取消該課程成績(jī)；次缺課取消該課程成績(jī)；2、遲到一次扣、遲到一次扣1.5分，早退視同缺課；分，早退視同缺課；3、課堂主動(dòng)回答問(wèn)題一次正確加、課堂主動(dòng)回答問(wèn)題一次正確加1分；若點(diǎn)名分；若點(diǎn)名回答問(wèn)題則正確加回答問(wèn)題則正確加0.5分，錯(cuò)誤不扣分。分，錯(cuò)誤不扣分。學(xué)習(xí)方法很重要學(xué)習(xí)方法很重要n課堂：課堂：聽(tīng)講與理解、適當(dāng)筆記聽(tīng)講與理解、適當(dāng)筆記n課后：課后：認(rèn)真復(fù)習(xí)、獨(dú)立完成作業(yè)認(rèn)真復(fù)習(xí)、

2、獨(dú)立完成作業(yè)n實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)：勤于思考、勇于實(shí)踐勤于思考、勇于實(shí)踐第1章 微計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述教學(xué)重點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)n微計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成微計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成n微機(jī)中數(shù)的表示方法微機(jī)中數(shù)的表示方法計(jì)算機(jī)的基本組成和工作原理微處理器、微計(jì)算機(jī)、微處理器系統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)的基本組成微計(jì)算機(jī)實(shí)例微型計(jì)算機(jī)中數(shù)的編碼和字符的表示1.1 計(jì)算機(jī)的基本組成和工作原理 人腦的簡(jiǎn)單計(jì)算 復(fù)雜計(jì)算一、計(jì)算機(jī)的基本組成一、計(jì)算機(jī)的基本組成記錄原始數(shù)據(jù)和算題保存中間結(jié)果作具體的計(jì)算 控制作用 保存和輸出最終結(jié)果計(jì)算結(jié)果計(jì)算結(jié)果或可識(shí)別信息或可識(shí)別信息程序程序原始數(shù)據(jù)原始數(shù)據(jù)或各種信息或各種信息運(yùn)算器運(yùn)算器存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器控制器控制器輸出設(shè)備

3、輸出設(shè)備輸入設(shè)備輸入設(shè)備數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)控制命令控制命令計(jì)算機(jī)中的信息：計(jì)算機(jī)中的信息：二、計(jì)算機(jī)的工作原理二、計(jì)算機(jī)的工作原理例：例：23111361717 指令1指令2指令3指令n數(shù)據(jù)21數(shù)據(jù)12數(shù)據(jù)117數(shù)據(jù)13地址地址程序程序數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)中間結(jié)果中間結(jié)果最終結(jié)果最終結(jié)果Step1:將解題步驟和數(shù)據(jù)輸入存儲(chǔ)器中；Step2:計(jì)算機(jī)開(kāi)始順序執(zhí)行指令； 取23、11到運(yùn)算器相乘，結(jié)果暫存入存儲(chǔ)器；取136、17相除，結(jié)果也放入存儲(chǔ)器暫存；最后將暫存的兩個(gè)結(jié)果在運(yùn)算器中相減。Step3:將結(jié)果輸出；Step4:停機(jī)。1.2 微處理器、微計(jì)算機(jī)、微處理器系統(tǒng)微處理器、微計(jì)算機(jī)、微處理器系統(tǒng)n微處理器（CPU

4、） 微縮的中央處理器，大規(guī)模集成電路。n微型計(jì)算機(jī) （CPURAMROMI/O接口）以及相應(yīng)的輔助電路。 單片機(jī)、微機(jī)系統(tǒng)。n微處理器系統(tǒng) 以微處理器為核心構(gòu)成的專用系統(tǒng)，嵌入式系統(tǒng)。運(yùn)算器運(yùn)算器 控制器控制器 寄存器組寄存器組 內(nèi)存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)器 輔助電路輔助電路 輸入輸出接口電路輸入輸出接口電路外部設(shè)備外部設(shè)備 軟件軟件微型計(jì)算機(jī)微型計(jì)算機(jī)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)微處理器微處理器一、一、 計(jì)算機(jī)的發(fā)展計(jì)算機(jī)的發(fā)展n1946年，世界上出現(xiàn)第一臺(tái)數(shù)字式電子計(jì)年，世界上出現(xiàn)第一臺(tái)數(shù)字式電子計(jì)算機(jī)算機(jī)ENIAC（電子數(shù)據(jù)和計(jì)算器）（電子數(shù)據(jù)和計(jì)算器）n發(fā)展到以大規(guī)模集成電路為主要部件的第發(fā)展到以

5、大規(guī)模集成電路為主要部件的第四代，產(chǎn)生了微型計(jì)算機(jī)四代，產(chǎn)生了微型計(jì)算機(jī)n1971年，年，Intel公司設(shè)計(jì)了世界上第一個(gè)公司設(shè)計(jì)了世界上第一個(gè)微處理器芯片微處理器芯片Intel4004，開(kāi)創(chuàng)了一個(gè)全新，開(kāi)創(chuàng)了一個(gè)全新的計(jì)算機(jī)時(shí)代的計(jì)算機(jī)時(shí)代二、二、 微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展n第第1代代：4位和低檔位和低檔8位微機(jī)位微機(jī)400440408008n第第2代代：中高檔：中高檔8位微機(jī)位微機(jī)Z80、I8085、M6800，Apple-II微機(jī)微機(jī)n第第3代代：16位微機(jī)位微機(jī)8086808880286，IBM PC系列機(jī)系列機(jī)n第第4代代：32位微機(jī)位微機(jī)8038680486PentiumP

6、entium II Pentium III Pentium 432位位PC機(jī)、機(jī)、Macintosh機(jī)機(jī)n第第5代代：64位微機(jī)位微機(jī)Itanium Pentium D （雙核）（雙核） Intel Core （ 酷睿雙核）酷睿雙核）酷?？犷7、i5、i3處理器處理器 摩爾定律：摩爾定律：每過(guò)每過(guò)18個(gè)月微處理器的性個(gè)月微處理器的性能提高一倍，價(jià)格下降能提高一倍，價(jià)格下降50%。微處理器微處理器CPU存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器RAM接口電路接口電路時(shí)鐘時(shí)鐘外設(shè)外設(shè)外設(shè)外設(shè)接口電路接口電路存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器ROM數(shù)據(jù)總線（雙向）數(shù)據(jù)總線（雙向）地址總線（單向）地址總線（單向）控制總線控制總線三、典型微處理器系統(tǒng)三

7、、典型微處理器系統(tǒng)n數(shù)據(jù)總線DBCPU讀操作時(shí)，外部數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)總線送往CPU CPU寫(xiě)操作時(shí)，CPU數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)總線送往外部數(shù)據(jù)線的多少?zèng)Q定了一次能夠傳送數(shù)據(jù)的位數(shù)n地址總線AB輸出將要訪問(wèn)的內(nèi)存單元或I/O端口的地址地址線的多少?zèng)Q定了系統(tǒng)直接尋址存儲(chǔ)器的范圍 16條地址線尋址216 65536個(gè)不同地址。n控制總線CB協(xié)調(diào)系統(tǒng)中各部件的操作，有輸出控制、輸入狀態(tài)等信號(hào)控制總線決定了系統(tǒng)總線的特點(diǎn)，例如功能、適應(yīng)性等13 微型計(jì)算機(jī)的基本組成微型計(jì)算機(jī)的基本組成2.外圍設(shè)備外圍設(shè)備1.微計(jì)算機(jī)主板微計(jì)算機(jī)主板CPU內(nèi)存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)器I/o接口電路：接口電路：系統(tǒng)總線：系統(tǒng)總線：算術(shù)邏輯單元算術(shù)

8、邏輯單元控制器控制器寄存器陣列寄存器陣列ROMRAMcache并行并行I/O、串行、串行I/OPC總線、總線、ISA、PCI3.電源、機(jī)箱電源、機(jī)箱外部設(shè)備：外部設(shè)備：輸入輸入/輸出設(shè)備、外存儲(chǔ)器輸出設(shè)備、外存儲(chǔ)器過(guò)程過(guò)程I/O通道通道 硬件系統(tǒng)1. 系統(tǒng)軟件q監(jiān)控程序系統(tǒng)開(kāi)機(jī)啟動(dòng) BIOS，即微機(jī)的基本輸入輸出系統(tǒng)(Basic Input-Output System)，是集成在主板上的一個(gè)ROM芯片，其中保存有微機(jī)系統(tǒng) 最重要的基本輸入/輸出程序、系統(tǒng)信息設(shè)置、開(kāi)機(jī)上電自檢程序和系統(tǒng)啟動(dòng)自檢程序。q操作系統(tǒng)協(xié)調(diào)管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的各種軟件、硬件資源；協(xié)調(diào)計(jì)算機(jī)的運(yùn)行；為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和用戶之間提供接

9、口。 軟件系統(tǒng)2. 程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言 用來(lái)編寫(xiě)程序的語(yǔ)言。 機(jī)器語(yǔ)言 能夠直接被計(jì)算機(jī)識(shí)別和執(zhí)行的語(yǔ)言。用二進(jìn)制代碼編寫(xiě)。 匯編語(yǔ)言 用助記符表示的機(jī)器語(yǔ)言。初級(jí)語(yǔ)言。能夠直接控制硬件。 高級(jí)語(yǔ)言 算法語(yǔ)言。BASIC、C/C+、JAVA等。3. 語(yǔ)言處理程序 是翻譯計(jì)算機(jī)的各種語(yǔ)言而設(shè)置的一組程序。 匯編程序 翻譯匯編語(yǔ)言用。把匯編語(yǔ)言源程序翻譯成機(jī)器語(yǔ)言目標(biāo)程序。 編譯程序 將某種語(yǔ)言的程序（源程序）翻譯成機(jī)器語(yǔ)言的目標(biāo)程序。如FORTRAN，C等。4.應(yīng)用軟件 是計(jì)算機(jī)用戶在各自領(lǐng)域中開(kāi)發(fā)和使用的程序。 微機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特殊性微機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特殊性n軟件的固化軟件的固化 將軟件固化于半導(dǎo)體固定存

10、儲(chǔ)器中。如將軟件固化于半導(dǎo)體固定存儲(chǔ)器中。如 BIOSBIOS。n總線結(jié)構(gòu)總線結(jié)構(gòu)總線是連接多個(gè)部件的信息傳輸線，是各種總線是連接多個(gè)部件的信息傳輸線，是各種部件共享的傳輸介質(zhì)。部件共享的傳輸介質(zhì)。 微機(jī)內(nèi)的4級(jí)總線結(jié)構(gòu)： 片內(nèi)總線： CPU芯片內(nèi)部總線。 片總線為元件級(jí)總線，是專門給CPU用的，CPU的各個(gè)引腳所連接的就是片總線。片總線包括地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線，即所謂三總線結(jié)構(gòu)。 系統(tǒng)總線：實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中插件板與插件板之間的連接。如PCI、ISA等。 外部總線：用于系統(tǒng)之間的連接。微機(jī)與其他設(shè)備的連接。USB、RS-232等。1.4 微計(jì)算機(jī)實(shí)例微計(jì)算機(jī)實(shí)例286286主板主板支持

11、支持Core i7/Core i5的主板的主板CPU處理子處理子系統(tǒng)系統(tǒng)RAM子系統(tǒng)ROM子系統(tǒng)I/O芯片和芯片和I/O接口接口總線擴(kuò)展槽總線擴(kuò)展槽286286主板主板ATX主板主板支持支持P4微處理器微處理器n芯片組 是“南橋”和“北橋”的統(tǒng)稱，就是把以前復(fù)雜的電路和元件最大限度地集成在幾顆芯片內(nèi)的芯片組。 是CPU與周邊設(shè)備溝通的橋梁。北橋芯片管理CPU、高速緩存、主存儲(chǔ)器和PCI總線間的信息傳送。一般來(lái)說(shuō)，芯片組的名稱就是以北橋芯片的名稱來(lái)命名的。 南橋芯片是對(duì)所有的I/O接口或中斷請(qǐng)求進(jìn)行管理，對(duì)DMA傳輸?shù)目刂疲?fù)責(zé)系統(tǒng)的定時(shí)與計(jì)數(shù)等。 nCPU及其插座 主流的CPU插座主要有Soc

12、ket370、 Socket 423、Socket 478和Socket A幾種。 ZIF（Zero Insertion Force，零撥插力式）插座，它可以讓零件（這里指的是CPU）可以輕松插進(jìn)插座，也可以拆下來(lái)。插座旁的固定桿，可以在插進(jìn)零件后將其固定。nBIOS和CMOS RAM芯片 BIOS采用FLASH ROM，具有電可擦除的功能。它是硬件與軟件之間的一個(gè)接口，負(fù)責(zé)解決硬件的即時(shí)需求，并按軟件對(duì)硬件的操作要求具體執(zhí)行。CMOS RAM也是固定在計(jì)算機(jī)主板上的。用作微機(jī)的實(shí)時(shí)時(shí)鐘，提供系統(tǒng)日期、時(shí)間，保存用戶口令以及系統(tǒng)的硬件配置參數(shù)。由于是RAM芯片，它必須由主板上的電池供電來(lái)保持芯

13、片中的數(shù)據(jù)。 n內(nèi)存儲(chǔ)器插槽 DDR(Double Data Rate)：雙數(shù)據(jù)速率；DIMM(Dual In-line Memory Module)：雙面引腳內(nèi)存；n產(chǎn)生各種時(shí)鐘頻率的電路時(shí)鐘頻率，是提供電腦定時(shí)信號(hào)的一個(gè)源，這個(gè)源產(chǎn)生不同頻率的基準(zhǔn)信號(hào)，用來(lái)同步CPU的每一步操作。 CPU時(shí)鐘（外頻）：CPU主頻外頻倍頻USB時(shí)鐘：驅(qū)動(dòng)USB總線，48MHZSDRAM時(shí)鐘Super I/O時(shí)鐘：24MHZPCI時(shí)鐘AGP時(shí)鐘n總線擴(kuò)展槽 PCI插槽、AGP插槽n串行接口 9針D型插座n并行接口 25針D型插座n其他插座軟磁盤驅(qū)動(dòng)器：34針插座IDE插座：40針USB插座：4針PS/2鼠標(biāo)接

14、口：6針圓形插孔，綠色PS/2鍵盤接口： 6針圓形插孔，紫色聲卡插孔：Mic、Line Out、Line In15 微型計(jì)算機(jī)中數(shù)的編碼和字符的表示1.5.1 常用的名詞術(shù)語(yǔ)常用的名詞術(shù)語(yǔ)1.5.2 數(shù)的表示法數(shù)的表示法1.5.3 字符的表示法字符的表示法1.5.1常用的名詞術(shù)語(yǔ)常用的名詞術(shù)語(yǔ)n位位(Bit) 指一個(gè)二進(jìn)制位。指一個(gè)二進(jìn)制位。n字節(jié)字節(jié)(Byte) 指相鄰的指相鄰的8個(gè)二進(jìn)制位。個(gè)二進(jìn)制位。n字字 2個(gè)字節(jié)，個(gè)字節(jié)，16位。位。n雙字、四字、雙四字雙字、四字、雙四字 32位、位、64位、位、128位。位。1.5.2 數(shù)的表示法數(shù)的表示法1.進(jìn)位進(jìn)數(shù)制進(jìn)位進(jìn)數(shù)制可用數(shù)碼進(jìn)位基數(shù)0

15、K-10 1 2 3 45 6 7 8 9ABCDEF0 1 2 34 5 6 7 0 10 1 2 3 45 6 7 8 9逢逢K進(jìn)進(jìn)1逢逢16進(jìn)進(jìn)1逢逢8進(jìn)進(jìn)1逢逢2進(jìn)進(jìn)1逢逢10進(jìn)進(jìn)1K168210K進(jìn)制進(jìn)制十六進(jìn)制十六進(jìn)制八進(jìn)制八進(jìn)制二進(jìn)制二進(jìn)制十進(jìn)制十進(jìn)制進(jìn)位制數(shù)的表示：n二進(jìn)制數(shù)用B或b結(jié)尾n八進(jìn)制數(shù)用Q或q結(jié)尾n十進(jìn)制數(shù)可不用結(jié)尾字母，也可用D或d結(jié)尾n十六進(jìn)制數(shù)用H或h結(jié)尾2. 機(jī)器數(shù) 數(shù)在計(jì)算機(jī)中的二進(jìn)制表示形式。n無(wú)符號(hào)數(shù) 機(jī)器數(shù)的所有二進(jìn)制位都用來(lái)表示數(shù)值。n有符號(hào)數(shù) 有符號(hào)數(shù)的符號(hào)位（最高位）用0和1來(lái)表示，一般用0表示正，用1表示負(fù)。但由于數(shù)值部分的表示方法不同，有符

16、號(hào)數(shù)可有三種表示方法，分別叫做原碼、反碼和補(bǔ)碼。有符號(hào)數(shù)運(yùn)算時(shí)的溢出問(wèn)題有符號(hào)數(shù)運(yùn)算時(shí)的溢出問(wèn)題補(bǔ)碼的表示范圍補(bǔ)碼的表示范圍 2n-1X 2n-11例如：例如：(+72)+(+98) 01001000B + 01100010B 10101010B -863. BCD碼（十進(jìn)制數(shù)的二進(jìn)制編碼）采用二進(jìn)制數(shù)對(duì)每一位十進(jìn)制數(shù)字進(jìn)行編碼的方法來(lái)表示一個(gè)十進(jìn)制數(shù)。 壓縮BCD碼(組合式)：每一位用4位二進(jìn)制表示，一字節(jié)表示兩位十進(jìn)制數(shù)。 (1001 0110)BCD=(96)10 非壓縮BCD碼(非組合式)：1字節(jié)表示一位十進(jìn)制數(shù)，只用低4位表示09。 (00001000)BCD=(8)10BCD碼的加

17、減運(yùn)算碼的加減運(yùn)算n用用BCD碼求碼求38+49 0011 1000 + 0100 1001 1000 0001 81原因：原因：u十進(jìn)制數(shù)加法十進(jìn)制數(shù)加法“逢十進(jìn)一逢十進(jìn)一”u二進(jìn)制數(shù)運(yùn)算，二進(jìn)制數(shù)運(yùn)算，4 4位為一組時(shí)，位為一組時(shí)，“逢十六進(jìn)一逢十六進(jìn)一”例如：用例如：用BCD碼求碼求 25+37 0010 0101 25+ 0011 0111 370101 1100 低低 4 位滿足規(guī)則位滿足規(guī)則1+ 0000 0110 加加 6 修正修正0110 0010 62 結(jié)果正確結(jié)果正確 例如：例如：用用BCD碼求碼求 38+49 0011 1000 38+ 0100 1001 491000

18、0001 低低 4 位滿足規(guī)則位滿足規(guī)則 2+ 0000 0110 加加 6 修正修正1000 0111 87結(jié)果正確結(jié)果正確 例如：例如：用用BCD碼求碼求 94+7 1001 0100 94+ 0000 0111 71001 1011 低低4位滿足位滿足規(guī)則規(guī)則 1+ 0000 0110 加加6修正修正1010 0001 高高4位滿足規(guī)則位滿足規(guī)則 3+ 0110 0000 加加6修正修正10000 0001 101 結(jié)果正確結(jié)果正確 1.5.3 字符的表示法字符的表示法 在計(jì)算機(jī)中，字符同樣用在計(jì)算機(jī)中，字符同樣用二進(jìn)制編碼的形式表二進(jìn)制編碼的形式表示，即每一個(gè)字符被賦予一個(gè)唯一固定的二進(jìn)制示，即每一個(gè)字符被賦予一個(gè)唯一固定的二進(jìn)制編碼編碼，為了統(tǒng)一，人們制定了編碼標(biāo)準(zhǔn)。目前，為了統(tǒng)一，人們制定了編碼標(biāo)準(zhǔn)。目前，一般都是采用美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼，它使用一般都是采用美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼，它使用七位七位二進(jìn)制編碼二進(jìn)制編碼來(lái)表示一個(gè)符號(hào)，通常把它稱為來(lái)表示一個(gè)符號(hào)，通常把它稱為ASCIIASCII碼碼。由于用七位碼來(lái)表示一個(gè)符號(hào)，故該編碼方。由于用七位碼來(lái)表示一個(gè)符號(hào)，故該編碼方案 中 共 有案 中 共 有 1 2 81 2 8 個(gè) 符 號(hào) （個(gè) 符 號(hào) （ 2 27 7= 1 2 8= 1 2 8 ） ， 編 號(hào) 從） ， 編 號(hào) 從 (0000000)(00