微機(jī)原理-計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)

微機(jī)原理-計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)計(jì)算機(jī)概述與發(fā)展歷程計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成與結(jié)構(gòu)微處理器及其工作原理存儲(chǔ)器類(lèi)型與層次結(jié)構(gòu)輸入輸出設(shè)備及接口技術(shù)總線與數(shù)據(jù)傳輸方式中斷與異常處理機(jī)制contents目錄計(jì)算機(jī)概述與發(fā)展歷程CATALOGUE01計(jì)算機(jī)定義計(jì)算機(jī)是一種能夠按照程序運(yùn)行，自動(dòng)、高速處理數(shù)據(jù)的電子設(shè)備。計(jì)算機(jī)分類(lèi)根據(jù)處理數(shù)據(jù)的方式，計(jì)算機(jī)可分為模擬計(jì)算機(jī)和數(shù)字計(jì)算機(jī)；根據(jù)規(guī)模和功能，計(jì)算機(jī)可分為巨型計(jì)算機(jī)、大型計(jì)算機(jī)、小型計(jì)算機(jī)和微型計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)定義及分類(lèi)機(jī)械計(jì)算機(jī)時(shí)代電磁式計(jì)算機(jī)時(shí)代電子計(jì)算機(jī)時(shí)代微型化與普及化發(fā)展歷程回顧0102030417世紀(jì)，人們開(kāi)始利用齒輪等機(jī)械裝置進(jìn)行簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)運(yùn)算。19世紀(jì)，人們開(kāi)始利用電磁感應(yīng)原理制造計(jì)算機(jī)。20世紀(jì)40年代，第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)誕生，標(biāo)志著電子計(jì)算機(jī)時(shí)代的開(kāi)始。隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)逐漸微型化，并逐漸普及到各個(gè)領(lǐng)域。自動(dòng)控制利用計(jì)算機(jī)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程或其他系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)、控制和優(yōu)化，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量?？茖W(xué)計(jì)算利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行大規(guī)模數(shù)值計(jì)算和模擬分析，廣泛應(yīng)用于氣象、物理、化學(xué)等領(lǐng)域。數(shù)據(jù)處理利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、加工、分析和表達(dá)，廣泛應(yīng)用于企業(yè)管理、政府辦公等領(lǐng)域。輔助設(shè)計(jì)利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)，提高設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量。人工智能利用計(jì)算機(jī)模擬人類(lèi)的智能行為，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互和智能決策。當(dāng)代計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成與結(jié)構(gòu)CATALOGUE02硬件系統(tǒng)組成負(fù)責(zé)執(zhí)行指令和處理數(shù)據(jù)，是計(jì)算機(jī)的核心部件。用于存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)，分為內(nèi)存和外存。用于輸入輸出數(shù)據(jù)，如鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、顯示器等。連接各個(gè)硬件部件，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和控制信號(hào)傳遞。中央處理器存儲(chǔ)器輸入輸出設(shè)備總線系統(tǒng)軟件包括操作系統(tǒng)、編譯器等，用于管理和控制計(jì)算機(jī)硬件資源。應(yīng)用軟件包括辦公軟件、游戲軟件等，用于滿足用戶特定的需求。編程語(yǔ)言用于編寫(xiě)軟件程序，如C、Java、Python等。軟件系統(tǒng)組成指令集計(jì)算機(jī)能夠執(zhí)行的指令集合，不同的指令集對(duì)應(yīng)不同的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)。尋址方式確定操作數(shù)所在位置的方式，包括直接尋址、間接尋址、寄存器尋址等。指令格式指令的格式包括操作碼和操作數(shù)，操作碼指定要執(zhí)行的操作，操作數(shù)指定操作數(shù)所在的位置。指令集與尋址方式微處理器及其工作原理CATALOGUE03微處理器是計(jì)算機(jī)的核心部件，它負(fù)責(zé)執(zhí)行計(jì)算機(jī)程序中的指令，控制計(jì)算機(jī)的各個(gè)部分協(xié)調(diào)工作。微處理器具有高速運(yùn)算、低功耗、集成度高、可編程等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各類(lèi)電子設(shè)備中。微處理器基本概念及特點(diǎn)主要特點(diǎn)微處理器ARM系列ARM系列微處理器由英國(guó)ARM公司開(kāi)發(fā)，主要應(yīng)用于移動(dòng)設(shè)備、嵌入式系統(tǒng)等領(lǐng)域。MIPS系列MIPS系列微處理器由美國(guó)MIPS公司開(kāi)發(fā)，主要用于高性能的嵌入式系統(tǒng)。x86系列x86系列微處理器由英特爾公司開(kāi)發(fā)，是目前使用最廣泛的微處理器之一，常見(jiàn)于個(gè)人電腦、服務(wù)器等。常見(jiàn)微處理器類(lèi)型介紹控制邏輯微處理器的控制邏輯負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)指令的執(zhí)行、存儲(chǔ)器訪問(wèn)和輸入輸出操作，確保計(jì)算機(jī)各個(gè)部分協(xié)調(diào)工作。指令執(zhí)行微處理器通過(guò)執(zhí)行一系列指令來(lái)執(zhí)行程序，指令由操作碼和操作數(shù)組成，操作碼指示指令的操作類(lèi)型，操作數(shù)則提供操作所需的參數(shù)或數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)器訪問(wèn)微處理器需要訪問(wèn)存儲(chǔ)器來(lái)讀取或?qū)懭霐?shù)據(jù)，它通過(guò)地址總線來(lái)指定存儲(chǔ)器的地址，通過(guò)數(shù)據(jù)總線來(lái)傳輸數(shù)據(jù)。輸入輸出操作微處理器通過(guò)輸入輸出接口與外部設(shè)備進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入和輸出。工作原理剖析存儲(chǔ)器類(lèi)型與層次結(jié)構(gòu)CATALOGUE04123可隨時(shí)讀/寫(xiě)，斷電后數(shù)據(jù)丟失。隨機(jī)訪問(wèn)存儲(chǔ)器（RAM）只能讀出數(shù)據(jù)，不能寫(xiě)入數(shù)據(jù)，斷電后數(shù)據(jù)不丟失。只讀存儲(chǔ)器（ROM）用于提高CPU訪問(wèn)內(nèi)存的速度，位于CPU和內(nèi)存之間。高速緩存存儲(chǔ)器（Cache）主存儲(chǔ)器（內(nèi)存）類(lèi)型及特點(diǎn)硬盤(pán)存儲(chǔ)容量較小，讀寫(xiě)速度較慢，價(jià)格較低。軟盤(pán)光盤(pán)U盤(pán)01020403存儲(chǔ)容量較大，讀寫(xiě)速度較快，價(jià)格適中。存儲(chǔ)容量大，讀寫(xiě)速度快，但價(jià)格較高。存儲(chǔ)容量大，讀寫(xiě)速度較快，價(jià)格適中。輔助存儲(chǔ)器（外存）類(lèi)型及特點(diǎn)利用高速存儲(chǔ)器作為CPU訪問(wèn)內(nèi)存的緩沖區(qū)，以提高CPU訪問(wèn)內(nèi)存的速度。緩存技術(shù)原理在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，通常采用多級(jí)緩存結(jié)構(gòu)，包括L1、L2、L3等緩存級(jí)別，以實(shí)現(xiàn)更快的訪問(wèn)速度。緩存技術(shù)的使用可以有效提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能和效率。緩存技術(shù)的應(yīng)用緩存技術(shù)原理及應(yīng)用輸入輸出設(shè)備及接口技術(shù)CATALOGUE05用于輸入字符、數(shù)字和命令，是最常見(jiàn)的輸入設(shè)備之一。鍵盤(pán)用于選擇屏幕上的對(duì)象、輸入坐標(biāo)和執(zhí)行命令，提高用戶交互的效率和準(zhǔn)確性。鼠標(biāo)將紙質(zhì)文檔轉(zhuǎn)化為數(shù)字格式，便于存儲(chǔ)、傳輸和編輯。掃描儀結(jié)合了顯示和輸入功能，適用于移動(dòng)設(shè)備和交互式展示。觸摸屏常見(jiàn)輸入設(shè)備類(lèi)型及功能介紹用于顯示文本、圖像和視頻，是用戶與計(jì)算機(jī)交互的主要界面。顯示器打印機(jī)投影儀音響將計(jì)算機(jī)中的信息以紙質(zhì)形式輸出，滿足各種文檔打印需求。用于展示大屏幕圖像和視頻，常用于會(huì)議、教學(xué)和娛樂(lè)場(chǎng)合。播放聲音，提供音頻輸出，增強(qiáng)多媒體體驗(yàn)效果。常見(jiàn)輸出設(shè)備類(lèi)型及功能介紹按順序一位一位地傳輸數(shù)據(jù)，速度較慢，但連接線少，適合遠(yuǎn)距離通信。串行接口多位數(shù)據(jù)同時(shí)傳輸，速度較快，但連接線較多，適合近距離高速傳輸。并行接口通用串行總線接口，支持熱插拔和即插即用功能，廣泛用于各種設(shè)備連接。USB接口基于高速串行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接，用于連接高速存儲(chǔ)和顯卡等設(shè)備，提供高帶寬和低延遲的數(shù)據(jù)傳輸。PCIe接口I/O接口技術(shù)原理剖析總線與數(shù)據(jù)傳輸方式CATALOGUE0603總線標(biāo)準(zhǔn)為了規(guī)范總線的規(guī)格和性能，制定了一些總線標(biāo)準(zhǔn)，如ISA、EISA、PCI、AGP等。01總線定義總線是連接計(jì)算機(jī)各部件的一組公共信號(hào)線，是計(jì)算機(jī)中傳送信息的重要通道。02總線分類(lèi)根據(jù)傳輸方式，總線可分為單向總線和雙向總線；根據(jù)連接的部件，總線可分為片內(nèi)總線、系統(tǒng)總線和外總線。總線基本概念及分類(lèi)方法并行傳輸數(shù)據(jù)各位同時(shí)傳送，需要較短的傳輸線，適用于近距離通信，但電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜。同步傳輸數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)塊為單位進(jìn)行傳輸，每個(gè)數(shù)據(jù)塊包含同步字符或起始位、多個(gè)數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)位和停止位。異步傳輸數(shù)據(jù)以字符為單位進(jìn)行傳輸，每個(gè)字符包含起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗(yàn)位和停止位。串行傳輸數(shù)據(jù)一位一位地順序傳送，需要較長(zhǎng)的傳輸線，但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)容易。數(shù)據(jù)傳輸方式簡(jiǎn)介同步傳輸速度快，適用于高速通信；異步傳輸速度慢，適用于低速通信。速度同步傳輸可靠性高，因?yàn)槊總€(gè)字符都有起始位和停止位；異步傳輸可靠性低，因?yàn)樾枰~外的控制線來(lái)檢測(cè)字符的起始位和停止位?？煽啃酝絺鬏旊娐窂?fù)雜，成本較高；異步傳輸電路簡(jiǎn)單，成本較低。成本同步和異步傳輸方式對(duì)比中斷與異常處理機(jī)制CATALOGUE07中斷是計(jì)算機(jī)在執(zhí)行程序過(guò)程中，出現(xiàn)某些突發(fā)事件或異常情況時(shí)，CPU暫時(shí)停止當(dāng)前程序的執(zhí)行，轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應(yīng)的處理程序，處理完畢后再返回原程序繼續(xù)執(zhí)行。中斷基本概念根據(jù)中斷源的不同，中斷可以分為硬中斷和軟中斷；根據(jù)中斷的性質(zhì)，中斷可以分為可屏蔽中斷和不可屏蔽中斷；根據(jù)中斷的處理方式，中斷可以分為同步中斷和異步中斷。中斷分類(lèi)方法中斷基本概念和分類(lèi)方法異常處理機(jī)制01異常處理機(jī)制是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)用來(lái)處理程序運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的異常情況的一種機(jī)制。當(dāng)程序運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)異常時(shí)，系統(tǒng)會(huì)調(diào)用相應(yīng)的異常處理程序來(lái)處理這些異常。異常處理流程02當(dāng)異常發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)首先會(huì)保存當(dāng)前程序的上下文信息，然后轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應(yīng)的異常處理程序。在異常處理程序執(zhí)行完畢后，系統(tǒng)會(huì)恢復(fù)被中斷程序的上下文信息，并繼續(xù)執(zhí)行被中斷的程序。異常處理的作用03異常處理機(jī)制可以用來(lái)處理程序運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的各種異常情況，如除數(shù)為零、訪問(wèn)違規(guī)等。通過(guò)異常處理機(jī)制，系統(tǒng)可以保證程序的正確性和穩(wěn)定性。異常處理機(jī)制剖析中斷和異常是操作系統(tǒng)中非常重要的概念，它們?cè)诓僮飨到y(tǒng)的實(shí)現(xiàn)中起著至關(guān)重要的作用。首先，中斷和異常是實(shí)現(xiàn)多任務(wù)并發(fā)執(zhí)行的基礎(chǔ)。在操作系統(tǒng)中，多個(gè)任務(wù)可能會(huì)同時(shí)運(yùn)行，而這些任務(wù)可能會(huì)因?yàn)楦鞣N事件而產(chǎn)生中斷或異常。通過(guò)中斷和異常處理機(jī)制，操作系統(tǒng)可以及時(shí)地響應(yīng)這