計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成含教材章內(nèi)容PPT課件

1、目錄1.微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成2.計(jì)算機(jī)中信息表示方法3.計(jì)算機(jī)中運(yùn)算與部件4.中央處理器5.指令系統(tǒng)與匯編語言6.存儲器7.計(jì)算機(jī)輸入/輸出1第1頁/共46頁課程目標(biāo) 了解和掌握計(jì)算機(jī)中信息的表示和處理方法 建立微機(jī)系統(tǒng)的整體概念 掌握微型機(jī)硬件系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理 掌握Intel 8086基本指令系統(tǒng)，并了解匯編語言程序方法 掌握微機(jī)的輸入輸出技術(shù)2第2頁/共46頁說明教材：計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ) 馬洪連主編，大連理工大學(xué)出版社考核方式：平時(shí)作業(yè)+實(shí)驗(yàn) 30% 期末考試 70%3第3頁/共46頁1.微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成 1.1 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述 1.2 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成 1.3 微型計(jì)算機(jī) 1.4 計(jì)算

2、機(jī)常用外圍設(shè)備 1.5 外存儲設(shè)備4第4頁/共46頁1.1 1.1 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述典型微機(jī)構(gòu)成主機(jī)箱鍵盤鼠標(biāo)打印機(jī)顯示器5第5頁/共46頁現(xiàn)代家庭、辦公用計(jì)算機(jī)構(gòu)成現(xiàn)代家庭、辦公用計(jì)算機(jī)構(gòu)成6第6頁/共46頁主機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)電源主板托架：固定硬盤、光驅(qū)、軟驅(qū)7第7頁/共46頁主板構(gòu)成CPU插座內(nèi)存插槽PCI總線ISA總線電池電纜插座8第8頁/共46頁接口（適配器）接口（適配器）用于連接主機(jī)與外設(shè)用于連接主機(jī)與外設(shè)9第9頁/共46頁軟件類型系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件10第10頁/共46頁11計(jì)算機(jī)的發(fā)展概況 電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展： 電子管計(jì)算機(jī)（1946-1956） 晶體管計(jì)算機(jī)（1957-1964

3、） 中小規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)（1965-1970） 超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)（1971-今） 電子計(jì)算機(jī)按其性能分類： 大中型計(jì)算機(jī)/巨型計(jì)算機(jī)（Mainframe Computer） 小型計(jì)算機(jī)（Minicomputer） 微型計(jì)算機(jī)（Microcomputer） 單片計(jì)算機(jī)（Single-Chip Microcomputer） 微型計(jì)算機(jī)的核心：微處理器(中央處理器CPU)第11頁/共46頁12Intel微處理器的發(fā)展簡況代代發(fā)表發(fā)表年份年份字長字長(bits)(bits)型號型號線寬線寬( ( m)m)晶體管數(shù)晶體管數(shù)( (萬個(gè)萬個(gè)) )時(shí)鐘頻率時(shí)鐘頻率(MHz)(MHz)速度速度(MIPS

4、)(MIPS)一一19711971197219724 48 8400440048008800850500.20.20.30.3110.060.06二二197419748 88080808020200.50.52-42-40.50.5三三197819781982198216168086/80888086/808880286802862-32-32.92.913134.77-104.77-108-208-201300300七七20022002? ?6464ItaniumItanium ? ?0.080.08CPU:2.5KCPU:2.5KCache:30KCache:30K800(20800(20

5、條指條指令令/CLOCK)/CLOCK)30003000第12頁/共46頁13Intel 4004Intel第一塊CPU 4004, 4位主理器, 主頻108kHz,運(yùn)算速度0.06MIPs, 集成晶體管2,300個(gè),10微米制造工藝, 最大尋址內(nèi)存640 bytes,生產(chǎn)日期1971年11月.第13頁/共46頁14Intel 80088008, 8位主理器, 主頻200kHz, 運(yùn)算速度0.06MIPs,集成晶體管3,500個(gè),10微米制造工藝,最大尋址內(nèi)存16KB,生產(chǎn)日期1972年4月. 第14頁/共46頁15Intel 80808080, 8位主理器,主頻2M,運(yùn)算速度0.64MIPs

6、,集成晶體管6,000個(gè),6微米制造工藝,最大尋址內(nèi)存64KB,生產(chǎn)日期1974年4月.第15頁/共46頁16Intel 80868086, 16位主理器,主頻4.77/8/10MHZ,運(yùn)算速度0.75MIPs,集成晶體管29,000個(gè),3微米制造工藝,最大尋址內(nèi)存1MB,生產(chǎn)日期1978年6月.第16頁/共46頁17Intel 80286, 80386Intel 80286 Intel 80386第17頁/共46頁18Intel 80486第18頁/共46頁19Intel Pentium第19頁/共46頁20Intel Pentium MMX, PROIntel Pentium MMXInt

7、el Pentium PRO第20頁/共46頁21Intel Pentium II, III, IVPentium IIPentium IIIPentium IV第21頁/共46頁22Intel Itanium里程碑似的64位時(shí)代到來Itanium 第22頁/共46頁1.2 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成微處理器微處理器存儲器I/O接口總線 硬件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)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)算機(jī)( (主主機(jī)機(jī)) )外 設(shè)ALU寄存器控制器鍵盤、鼠標(biāo)顯示器軟驅(qū)、硬盤、光驅(qū) 打印機(jī)、掃描儀系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件23第23頁/共46頁馮諾依曼計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)指令流控制命令數(shù)據(jù)流運(yùn)算器運(yùn)算器輸出設(shè)備輸出設(shè)備控

8、制器控制器輸入設(shè)備輸入設(shè)備存儲器存儲器24第24頁/共46頁微機(jī)硬件系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)存儲器I/O接口輸入設(shè)備I/O接口地址總線地址總線 ABAB輸出設(shè)備CPU數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線 DBDB控制總線控制總線 CBCBI/O接口AB: Address Bus，DB: Data Bus，CB: Control Bus外圍設(shè)備25第25頁/共46頁硬件系統(tǒng)邏輯功能 微處理器：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)核心，執(zhí)行指令，進(jìn)行控制和運(yùn)算。 存儲器：記憶設(shè)備，存放數(shù)據(jù)和程序。分為主存、輔存。 I/O接口：主機(jī)與外設(shè)進(jìn)行信息交換的“橋梁”。 總線：信息的傳輸通道（CPU總線、系統(tǒng)總線、外設(shè)總線）。 外設(shè)：實(shí)現(xiàn)信息在計(jì)算機(jī)中的輸入輸出。

9、26第26頁/共46頁主板組成框圖CPU北橋南橋RAMCacheAGPCRTBIOSKBD，Mouse串行/并行接口HDD/CDROM(IDE)FDDUSBPCIISA前端總線/CPU總線接口卡外設(shè)總線擴(kuò)展槽27第27頁/共46頁主板功能構(gòu)成 芯片組：一組固定在主板上的一組IC，用于控制和協(xié)調(diào)整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行。 高速緩存（Cache） CMOS：存放系統(tǒng)運(yùn)行所必需的配置信息和參數(shù)，由電池供電。 系統(tǒng)BIOS 上電自檢POST從0FFFF0H處開始讀取和執(zhí)行指令； 系統(tǒng)初始化SysInitIC初始化、設(shè)置中斷向量表及中斷向量，將操作系統(tǒng)中的初始引導(dǎo)程序裝入內(nèi)存，啟動操作系統(tǒng)； 系統(tǒng)設(shè)置Set

10、up裝入或更新CMOS中的信息28第28頁/共46頁 ISA總線：16位總線 PCI總線：32位總線 AGP接口：圖形加速端口 內(nèi)存接口：擴(kuò)展內(nèi)存容量 IDE、EIDE：連接外存（硬盤、光驅(qū)等） 并行、串行接口 鼠標(biāo)、鍵盤 USB總線v總線接口29第29頁/共46頁1.3 微型計(jì)算機(jī) 字長：指CPU一次運(yùn)算二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)。字長標(biāo)志著機(jī)器處理數(shù)據(jù)的精度，通常是8的倍數(shù)。 主頻率：時(shí)鐘脈沖的頻率，控制CPU工作的節(jié)拍是影響計(jì)算機(jī)運(yùn)行速度的重要參數(shù)。 存儲器容量：計(jì)算機(jī)所能存放的字節(jié)數(shù)，包括主存和外存。 運(yùn)算速度：每秒所能執(zhí)行的指令條數(shù)MIPS 外設(shè)擴(kuò)展能力：計(jì)算機(jī)配接各種外設(shè)的可能性、靈活性和適應(yīng)

11、性。微機(jī)主要性能指標(biāo)30第30頁/共46頁微機(jī)新技術(shù)應(yīng)用 微程序技術(shù)：指令由微程序構(gòu)成，加快微處理器的更新?lián)Q代。 RISC技術(shù)：簡化指令和CPU結(jié)構(gòu)，減少指令的執(zhí)行周期數(shù)，加快機(jī)器的執(zhí)行速度。 流水線技術(shù)：將指令分解為多步，各步重疊并行操作。 Cache與虛擬存儲技術(shù)：提高存儲器的操作速度、擴(kuò)大存儲空間。 亂步執(zhí)行技術(shù)：允許指令按照不同于程序中指定的順序發(fā)送給執(zhí)行部件去執(zhí)行，縮短程序的執(zhí)行時(shí)間。31第31頁/共46頁1.4 計(jì)算機(jī)常用外圍設(shè)備 外設(shè)：計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)中主機(jī)以外的硬件設(shè)備。 功能：實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的信息類型轉(zhuǎn)換和輸入輸出。 類型 輸入設(shè)備 輸出設(shè)備 外部存儲設(shè)備32第32頁/共46頁

12、常用輸入設(shè)備 鍵盤：輸入字符和代碼。 鼠標(biāo)：控制顯示器上光標(biāo)的移動。 掃描儀：將圖形和字符轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制圖像數(shù)據(jù)。 觸摸屏：可直接對顯示屏幕上的可選內(nèi)容進(jìn)行選定。特點(diǎn)是內(nèi)容簡單、使用直觀方便。 手寫板：板狀傳感器，可記錄筆尖移動軌跡，供計(jì)算機(jī)進(jìn)一步處理（輸入文字等） 攝像頭：計(jì)算機(jī)圖像輸入裝置。 語音輸入：計(jì)算機(jī)音頻輸入裝置。33第33頁/共46頁鍵盤 功能：進(jìn)行字符和圖形輸入。 操作步驟： 判斷有無按鍵動作 識別有動作的鍵 將相應(yīng)的鍵碼送給主機(jī)34第34頁/共46頁電子掃描編碼原理循環(huán)循環(huán)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器時(shí)鐘時(shí)鐘發(fā)生器發(fā)生器ROM接接口口矩陣鍵盤矩陣鍵盤換檔控制換檔控制消消抖抖電電路路行行譯譯碼碼

13、器器列譯碼器列譯碼器鍵盤矩陣鍵盤矩陣D0D1D2D3D4D5D6D735第35頁/共46頁常用輸出設(shè)備 顯示器：輸出字符、代碼和圖形。 打印機(jī)：針式、噴墨、激光 繪圖儀36第36頁/共46頁（1）顯示器主要指標(biāo) 分辨率：指顯示器所能表示的像素個(gè)數(shù)，取決于顯象管熒光粉的粒度、熒光屏的尺寸和CRT電子束的聚焦能力。分辨率越高，圖像越清晰。 顏色數(shù)：每個(gè)像素可以顯示出的顏色總數(shù)。 掃描方式：隔行掃描與逐行掃描。 屏幕尺寸與可視區(qū)域 對比度：指圖像（字符）和背景的濃度差。37第37頁/共46頁（2）顯示適配器 連接主機(jī)與顯示器，將顯示緩沖區(qū)送出的信息轉(zhuǎn)換為視頻控制信號。 構(gòu)成：顯示緩沖存儲器、字符發(fā)生

14、器ROM、顯示控制電路等。 顯存功能：存放顯示內(nèi)容；存放顯示內(nèi)容屬性。 顯存容量：與分辨率、顏色數(shù)相關(guān)字符方式Vmin2行數(shù)列數(shù)圖形方式Vmin一幀顯示點(diǎn)數(shù)色彩數(shù)38第38頁/共46頁（3）顯示適配器標(biāo)準(zhǔn) MDA：單色字符顯示適配器。914點(diǎn)陣，80列25行，720350像素。 CGA：彩色圖形/字符適配器。 320200像素，4種顏色。 EGA：兼容MDA和CGA標(biāo)準(zhǔn)。圖形方式為540350像素，16種顏色。 VGA：字符916點(diǎn)陣，圖形 640480像素、16種顏色或320200像素、256種顏色。掃描頻率31.5kHz，刷新頻率60Hz Super-VGA：兼容上述標(biāo)準(zhǔn)，支持102410

15、24像素光柵，每像素點(diǎn)24位顏色深度，刷新頻率75Hz。39第39頁/共46頁（4）字符顯示器 刷新存儲器：存放顯示信息ASCII碼，其存放地址與顯示位置相關(guān)。 字符發(fā)生器：實(shí)現(xiàn)編碼到字形的轉(zhuǎn)換 光標(biāo)控制：確定光標(biāo)在屏幕上的位置。接接口口電電路路刷新存儲器刷新存儲器字符發(fā)生器字符發(fā)生器并并/串轉(zhuǎn)換串轉(zhuǎn)換定時(shí)控制電路定時(shí)控制電路光標(biāo)邏輯光標(biāo)邏輯場同步場同步驅(qū)動驅(qū)動行同步行同步驅(qū)動驅(qū)動CRT顯示器顯示器40第40頁/共46頁RAM主主機(jī)機(jī)面板開關(guān)面板開關(guān)接接口口1接口接口2ROM控制程序控制程序ROM字庫字庫針數(shù)據(jù)形成電路針數(shù)據(jù)形成電路打印頭驅(qū)動電路打印頭驅(qū)動電路打印電磁鐵打印電磁鐵微微處處理理器

16、器輸輸紙紙控控制制字字庫庫控控制制面面板板顯顯示示接接口口電電路路（5 5）針式打印控制系統(tǒng)原理圖41第41頁/共46頁顯影器顯影器（6）激光打印機(jī)結(jié)構(gòu)硒鼓硒鼓供紙盒供紙盒激光源激光源聚焦鏡聚焦鏡進(jìn)紙輥進(jìn)紙輥清掃劑清掃劑清電燈清電燈充電電暈充電電暈消電電暈消電電暈定影輥定影輥分離電輥分離電輥轉(zhuǎn)印電輥轉(zhuǎn)印電輥優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 激光打印機(jī)是非擊打式硬拷貝輸出設(shè)激光打印機(jī)是非擊打式硬拷貝輸出設(shè)備，輸出速度快，印字質(zhì)量高，可使用普備，輸出速度快，印字質(zhì)量高，可使用普通紙張。其印字分辨率達(dá)到每英寸通紙張。其印字分辨率達(dá)到每英寸300個(gè)點(diǎn)個(gè)點(diǎn)以上，緩沖存儲器容量一般在以上，緩沖存儲器容量一般在1MB以上，以上

17、，對漢字或圖形對漢字或圖形/圖像輸出，是理想的輸出設(shè)圖像輸出，是理想的輸出設(shè)備，因而在辦公自動化及輕印刷系統(tǒng)中得備，因而在辦公自動化及輕印刷系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。到了廣泛的應(yīng)用。操作過程：充電、曝光、顯影、轉(zhuǎn)印、定操作過程：充電、曝光、顯影、轉(zhuǎn)印、定影、消電、清粉影、消電、清粉42第42頁/共46頁1.5 1.5 外部存儲設(shè)備外部存儲設(shè)備 性質(zhì)：輔助存儲器 特點(diǎn)：容量大、可靠性高、單位存儲量價(jià)格低，非易失性，信息保存時(shí)間長。 種類： 磁存儲設(shè)備 光存儲設(shè)備43第43頁/共46頁外存儲器硬盤及硬盤驅(qū)動器光盤可移動外存閃存盤（U盤）移動硬盤44第44頁/共46頁虛擬光驅(qū) 虛擬光驅(qū)是一種模擬（CD-ROM)工作的工具軟件，可以生成和電腦上所安裝的光驅(qū)功能相