第1章微型計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)如何？計(jì)算機(jī)中的指令是如何執(zhí)行的？第3頁/共34頁 教材：微機(jī)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(shí)：64學(xué)時(shí)理論課程+16學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)課程+1周課程設(shè)計(jì) 課程特點(diǎn)：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(shí)踐上掌握微型計(jì)算機(jī)的基本組成、原理、接口技術(shù)，建立微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用系

2、統(tǒng)的概念，具有微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的初步開發(fā)能力。微機(jī)原理與應(yīng)用第4頁/共34頁參考教材：微型計(jì)算機(jī)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(jī)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(jī)原理與接口技術(shù)課程內(nèi)容： 第1章 微型計(jì)算機(jī)概述 第2章 計(jì)算機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)的表示方法 第3章 微型計(jì)算機(jī)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(jì) 第7章 微型計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器 第8章 微型計(jì)算機(jī)輸入/輸出接口技術(shù) 第9章 微型計(jì)算機(jī)中斷技術(shù) 第10章 微型計(jì)算機(jī)并行接口技術(shù) 第

3、11章 可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器 第12章 微型計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)概述 1.1 計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理 1.2 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 1.3 微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程與應(yīng)用 1.4 微型計(jì)算機(jī)的基本特點(diǎn)與主要性能指標(biāo)第8頁/共34頁1.1 計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理 1.1.1 計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 1.1.2 計(jì)算機(jī)的基本工作原理第9頁/共34頁1.1.1 計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)內(nèi)部的存儲(chǔ)器中存放程序的概念，這是所有現(xiàn)代電計(jì)算機(jī)內(nèi)部的存

4、儲(chǔ)器中存放程序的概念，這是所有現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)的范式，被稱為子計(jì)算機(jī)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(chǔ)程序計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)程序計(jì)算機(jī)，又稱為通用計(jì)算機(jī)。，又稱為通用計(jì)算機(jī)。 馮馮 諾依曼結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)的主要特點(diǎn)包括：諾依曼結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)的主要特點(diǎn)包括：1.1.計(jì)算機(jī)由計(jì)算機(jī)由運(yùn)算器運(yùn)算器、存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器、控制器控制器和和輸入輸入/ /輸出輸出五個(gè)五個(gè)部件組成。部件組成。2.2.存儲(chǔ)器以存儲(chǔ)器以二進(jìn)制二進(jìn)制形式存儲(chǔ)指令和數(shù)據(jù)。形式存儲(chǔ)指令和數(shù)據(jù)。3.3.存儲(chǔ)程序工作方式：存儲(chǔ)器一維線性編址，按址存存儲(chǔ)程序工作方式：存儲(chǔ)器一維線性編址，按址存取，指令

5、從存儲(chǔ)器逐條取出，串行執(zhí)行。取，指令從存儲(chǔ)器逐條取出，串行執(zhí)行。第10頁/共34頁馮諾依曼計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 第11頁/共34頁1.1.2 計(jì)算機(jī)的基本工作原理 程序，是指完成某項(xiàng)任務(wù)的計(jì)算機(jī)指令序列。當(dāng)要完成該項(xiàng)任務(wù)時(shí)，通過輸入設(shè)備將指令序列和原始數(shù)據(jù)輸入到計(jì)算機(jī)的內(nèi)存儲(chǔ)器中。計(jì)算機(jī)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(chǔ)器中取出數(shù)據(jù)進(jìn)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(dòng)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(jìn)行下去，直至全部指令執(zhí)行完畢。 由此可見，計(jì)算機(jī)的工作方式取決于它的兩個(gè)基本能力：一是能存儲(chǔ)程序，二是能自動(dòng)執(zhí)行程序。計(jì)算機(jī)是利用內(nèi)存儲(chǔ)

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(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)l 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)的各個(gè)物理部件的總稱，它是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)快速、可靠、自動(dòng)工作的物質(zhì)基礎(chǔ)。l 軟件是計(jì)算機(jī)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(hù)計(jì)算機(jī)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(gè)友好的操作界面和工作平臺(tái)。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(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的基本組成 微型計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)包括微處理器、存儲(chǔ)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(jìn)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(yùn)算器和寄存器組三個(gè)主要部分組成，它是由控制器、運(yùn)算器和寄存器組三個(gè)主要部分組成，它是計(jì)算機(jī)的核心部件。計(jì)算機(jī)的核心部件。1.1.控制器控制器：控制器是計(jì)算機(jī)的指揮中心：控制器是計(jì)算機(jī)的指揮中心, ,它的作用是從存它的作用是從存儲(chǔ)器中取出指令儲(chǔ)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(yùn)算器運(yùn)算器：運(yùn)算器又稱算術(shù)邏輯單元：運(yùn)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(jìn)制進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯是用二進(jìn)制進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算的部件。運(yùn)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(gè)存儲(chǔ)單元，用內(nèi)部的若干個(gè)存儲(chǔ)單元，用來存放參加運(yùn)算的二進(jìn)制數(shù)據(jù)以及保存運(yùn)算結(jié)果。來存放參加運(yùn)算的二進(jìn)制數(shù)據(jù)以及保存運(yùn)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(yùn)算器：運(yùn)算器：CPU的核心，算術(shù)邏輯運(yùn)算部件的核心，算術(shù)邏輯運(yùn)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(chǔ)器 l 計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器由計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器由內(nèi)存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)器（簡稱內(nèi)存）和（簡稱內(nèi)存）和外存儲(chǔ)器外存儲(chǔ)器（簡稱外存）兩部分組成。這里講的存儲(chǔ)器是指內(nèi)存儲(chǔ)（簡稱外存）兩部分組成。這里講的存儲(chǔ)器是指內(nèi)存儲(chǔ)器，它用來存放計(jì)算機(jī)的指令和數(shù)據(jù)。器，它用來存放計(jì)算機(jī)的指令和數(shù)據(jù)。l 存儲(chǔ)器以存儲(chǔ)單元為單位線性編址存儲(chǔ)器以存儲(chǔ)單元為單位線性編址,CPU按地址讀按地址讀/寫存寫存儲(chǔ)單元中的內(nèi)容儲(chǔ)單元中的內(nèi)容,通常一個(gè)存儲(chǔ)單元可存放通常一個(gè)存儲(chǔ)單元可存放8位二進(jìn)制數(shù)位二進(jìn)制數(shù)(即一個(gè)字節(jié)即一個(gè)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(chǔ)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(jī)與外界聯(lián)系的設(shè)備，是微機(jī)與外界聯(lián)系的設(shè)備，也為外設(shè)。計(jì)算機(jī)通過外設(shè)獲得各種外界信息也為外設(shè)。計(jì)算機(jī)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(yùn)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(yùn)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(jī)等，常用的輸出設(shè)備有顯示器、打印機(jī)、掃描儀、攝像機(jī)等，常用的輸出設(shè)備有顯示器、打印機(jī)、繪圖儀等。繪圖儀等。l 微機(jī)與微機(jī)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(shí)質(zhì)上是將外設(shè)連接到總線上的一組接口實(shí)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(hào)線的集合是一組信號(hào)線的集合, ,是在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)各部是在計(jì)算機(jī)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(chǔ)器、存儲(chǔ)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(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)傳輸數(shù)據(jù)信息。進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)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(hào)、時(shí)序信號(hào)：控制總線用于傳送控制信號(hào)、時(shí)序信號(hào)和狀態(tài)信號(hào)等。和狀態(tài)信號(hào)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(duì)而對(duì)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(jì)算機(jī)、微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)微處理器、微型計(jì)算機(jī)、微型計(jì)算機(jī)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(chǔ)器存儲(chǔ)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(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)系系 統(tǒng)統(tǒng)微微 型型計(jì)算機(jī)計(jì)算

15、機(jī)(主機(jī)主機(jī))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(jī)、掃描儀打印機(jī)、掃描儀第22頁/共34頁1.2.2 IBM PC/XT 機(jī)硬件系統(tǒng) 第23頁/共34頁1.3微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程與應(yīng)用 1.3.1微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程 1.3.2微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用 第24頁/共34頁1.3.1微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程 IBM PC 第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)ENIAC 第25頁/共34頁計(jì)算機(jī)發(fā)展簡史計(jì)算機(jī)發(fā)展簡史電子管計(jì)算機(jī)電子管計(jì)算機(jī)(19461956) 晶體管計(jì)算機(jī)晶體管計(jì)算機(jī)(19571964)集成電路計(jì)算機(jī)集成電路計(jì)算機(jī)(19651970

16、)超大規(guī)模集成超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)電路計(jì)算機(jī)(1971至今至今)l 用機(jī)器語言、匯編語言編寫程用機(jī)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(jí)語言開始使用高級(jí)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(yùn)行速度提高運(yùn)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(chǔ)器采用半導(dǎo)體存儲(chǔ)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(diǎn)點(diǎn)

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

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(jì)算機(jī)概述：微型計(jì)算機(jī)概述：第三代：16位機(jī)發(fā)展階段時(shí)間：19781985年代表產(chǎn)品：Intel8086/8088、80186、80286、MC6800、Z8000字長：16位特點(diǎn)：指令系統(tǒng)豐富，采用多級(jí)中斷、多種尋址方式，段式存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，配有強(qiáng)大的系統(tǒng)軟件。應(yīng)用：工業(yè)控制第四代：32位機(jī)發(fā)展階段時(shí)間：19851992年代表產(chǎn)品：Intel 80386、80486字長：32位特點(diǎn)：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(jī)涌上市場(chǎng)，如COMPAQ、DELL等可執(zhí)行多任務(wù)、多用戶操作。應(yīng)用：辦公自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)

19、環(huán)境第28頁/共34頁微型計(jì)算機(jī)概述：微型計(jì)算機(jī)概述：第五代：64位機(jī)主生及發(fā)展階段時(shí)間：1992至今代表產(chǎn)品：Intel Pentium、Itanium字長：64位特點(diǎn)：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(shí)等多媒體能力和通信上的應(yīng)用。應(yīng)用：辦公自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。第29頁/共34頁1.3.2微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用 微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用已滲透到社會(huì)的各行各業(yè)，其主要應(yīng)用領(lǐng)域如下：l 科學(xué)計(jì)算(或數(shù)值計(jì)算)l 數(shù)據(jù)處理(或信息處理)l 輔助技術(shù)(或計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造) 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) CAD 計(jì)算機(jī)輔助制造 CAM 計(jì)算機(jī)輔助教學(xué) CAIl 過程控制(或?qū)崟r(shí)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(jì)算機(jī)的基本特點(diǎn)