河北工程微机原理综述

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1、第一章第一章 概述概述 1.1 计算机构成 1.2 计算机硬件系统 1.3 计算机软件系统 1.4 微型计算机的工作过程 1.5 微型计算机的发展 学学 习习 目目 的的 u了解计算机的发展 u掌握微处理器、微型计算机和微型 计算机系统的组成 u熟悉微型计算机的总线结构特点 本章学习目的本章学习目的 重重 点点 u微处理器、微型计算机 微型计算机系统的组成 u微型计算机的总线结构 难难 点点 u微型计算机的总线结构 本章重点、难点本章重点、难点 1.1.1 台式计算机构成 u中央处理器CPU 系统主板 u内存 硬盘 软盘 u显示卡 显示器 u光盘存储器 u声卡与音像 网卡 u机箱、鼠标、键盘

2、1.1 计算机构成 1.1 计算机构成 1.1 计算机构成 中央处理器中央处理器CPU:CPU:中央处理单元中央处理单元CPUCPU（ Central Processing UnitCentral Processing Unit）是一台计算机的心脏，）是一台计算机的心脏， 它主要是由它主要是由运算器运算器和和控制器控制器构成，是用来解释指构成，是用来解释指 令并进行运算的。评价令并进行运算的。评价CPUCPU的指标的指标主频主频和和缓存。缓存。 1.1 计算机构成 1.1 计算机构成 系统主板系统主板: :主板是机箱中最大的一块集成电路主板是机箱中最大的一块集成电路 板，在它上面集成有板，在它

3、上面集成有CPUCPU插座、内存插座、扩展插座、内存插座、扩展 板（通信板卡、显示卡、声卡、网卡等）插座板（通信板卡、显示卡、声卡、网卡等）插座 、输入输出系统、总线系统、电源接口、输入输出系统、总线系统、电源接口等，在等，在 组装一台计算机时，主板是一个母体，其它部组装一台计算机时，主板是一个母体，其它部 件或直接插接在主板上，或通过电缆电线连接件或直接插接在主板上，或通过电缆电线连接 在主板上。在主板上。 1.1 计算机构成 1.1 计算机构成 内存内存: :在现代微机中把内存用内存条的形状提在现代微机中把内存用内存条的形状提 供，在计算机主板上有一个一个的内存扩展插供，在计算机主板上有一

4、个一个的内存扩展插 槽，内存条就是插在这些内存扩展槽上的。槽，内存条就是插在这些内存扩展槽上的。 1.1 计算机构成 软盘软盘: :软磁盘存储器是由软磁盘存储器是由软盘驱动器软盘驱动器、软盘控软盘控 制器制器以及以及软盘盘片软盘盘片三部分组成的。三部分组成的。 1.1 计算机构成 硬盘硬盘: :硬盘是办公用微机及家用微机的主要外硬盘是办公用微机及家用微机的主要外 存储器设备，一个完整的硬盘由存储器设备，一个完整的硬盘由驱动器、控制驱动器、控制 器、盘片器、盘片三大部分组成。三大部分组成。 1.1 计算机构成 显示卡显示卡: :它是它是主机主机与与显示器显示器之间的接口，它接之间的接口，它接 收

5、收CPUCPU和内存发送来的信息，将这些信息处理和内存发送来的信息，将这些信息处理 并转换后向显示器发送视频信号和同步信号。并转换后向显示器发送视频信号和同步信号。 显示器显示器: :显示器技术的发展是伴随着电视技术显示器技术的发展是伴随着电视技术 和计算机技术的发展而发展的，它是现在微机和计算机技术的发展而发展的，它是现在微机 的最主要的输出设备。的最主要的输出设备。 1.1 计算机构成 光盘存储器光盘存储器: :光盘存储器是光盘存储器是光盘光盘和和光盘驱动器光盘驱动器 的统称，光盘是利用光学方式进行读写信息操的统称，光盘是利用光学方式进行读写信息操 作方式的介质。光盘的信息存储格式同磁盘类

6、作方式的介质。光盘的信息存储格式同磁盘类 似，也是分轨道（这里不能说磁道）、扇区、似，也是分轨道（这里不能说磁道）、扇区、 记录信息的字节，但它的轨道不是像磁盘那样记录信息的字节，但它的轨道不是像磁盘那样 的同心圆，而是螺旋型由中心向外散布。的同心圆，而是螺旋型由中心向外散布。 1.1 计算机构成 声卡和音箱声卡和音箱: :声卡像其它扩展卡一样，也是插在声卡像其它扩展卡一样，也是插在 主板上的总线扩展槽上的，在声卡露出机箱的主板上的总线扩展槽上的，在声卡露出机箱的 部分留有接音箱、耳机、麦克风的插口。部分留有接音箱、耳机、麦克风的插口。 1.1 计算机构成 网卡网卡: :网卡也称为网络接口卡，

7、它插在主板上的网卡也称为网络接口卡，它插在主板上的 总线扩展槽上。总线扩展槽上。 1.1 计算机构成 机箱机箱: :机箱是用来固定计算机主板，并将所有机箱是用来固定计算机主板，并将所有 设备装在其中的设备。设备装在其中的设备。 鼠标：鼠标：鼠标是一种坐标定位输入设备，分为鼠标是一种坐标定位输入设备，分为 机械式、光电式等机械式、光电式等。 键盘：键盘：键盘是数字和字符输入装置，它是从早键盘是数字和字符输入装置，它是从早 期的机械式打字机的基础上演变过来的输入设备。期的机械式打字机的基础上演变过来的输入设备。 1.1 计算机构成 计算机是由硬件与软件两大子系统组成。 硬件与软件二者密不可分，缺一

8、不可。硬件 提供物资基础，软件提供最终实现手段。 1.2.1 计算机的组成 1.2 计算机硬件系统 1.2 计算机硬件系统 1.2 计算机硬件系统 1. 微型计算机系统的概念 u微型计算机：指以微处理器为核心，配上 存储器、输入/输出接口电路等所组成的计 算机（又称为主机）。 u微型计算机系统：指以微型计算机为中心 ，配以相应的外围设备、电源和辅助电路 （统称为硬件）以及指挥计算机工作的系 统软件所构成的系统。 2. MP、MC、MCS 相互关系 微处理器MP 、微型计算机MC和微型计算机系统MCS ，这是三个含义不同但又有着密切依存关系。 (1).微处理器uP或MP(MicroProcess

9、or) 在一片超大规模集成电路上，将运算器和控制器集成 在一起，称微处理器。有时简称CPU. (2).微型计算机MC(MicroComputer) 以微处理器为核心; 存储器 输入输出接口I/O及辅助电路. 通过总线与其它部件相连. 1.2 计算机硬件系统 (3) 微型计算机系统 微型计算机系统（ MicroComputer System),简称MCS。 以微型计算机为核心 外围设备（输入输出设备） 电源 系统软件 1.2 计算机硬件系统 (4) MP、MC、MCS 的相互关系 图1.1 微型计算机系统的组成 1.2 计算机硬件系统 1.计算机的组成-冯诺依曼结构 实现自动计算的思想是程序控制

10、 程序人编写的计算步骤，程序预先存储在存储器中。存 储器还用于暂存参与计算的数和计算结果等数据。 1.2.2 基于总线的微型计算机硬件系统 以二进制形式表示指令和数据 程序和数据事先存放在存储器中，计算机在工作 时能够高速地从存储器中取出指令加以执行 由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设 备等五大部件组成计算机硬件系统 1.2 计算机硬件系统 输 入 设 备 控制器 输 出 设 备 CPU 存储器 运算器ALU u运算器 运算器是进行运算的部件。运算包括算术运算和逻辑运 算。一般简称ALU。 u控制器 控制器通过对指令的译码，控制自身和其它部分运行。 1.2 计算机硬件系统 u存储器 存

11、储器是存储数据和指令的部件。其物理容量(大小)是 固定的，以字节为单位(B)。 u输入设备： 典型的输入设备是键盘。 u输出设备： 输入与输出设备是计算机与外界进行信息交换的场所， 它们与计算机通过I/O接口实现信息的交换。 典型的输出设备是显示器。 1.2 计算机硬件系统 2微型计算机硬件系统组成 微处理器：进行算数 运算和逻辑运算。 存储器：存储程序、 数据、符号等 I/O接口：使外设 与微机相连。 1.2 计算机硬件系统 （1）总线：总线是连接多个功能部件的一组公共信号线， 微机中各功能部件之间的信息是通过总线传输。 数据总线DB：装载数据和指令代码。总线宽度：总 线中 信号线的条数。

12、地址总线AB：装载地址信号。宽度由CPU所能直接 访问的存储空间容量而定。 控制总线CB：CPU向其他部件传送控制信号，其他 部件向CPU传送状态信号和请求信号。宽度各异。 1.2 计算机硬件系统 （2）微处理器CPU:由运算器、控制器、寄存 器3部分组成。实现运算和控制功能。 计算机的核心部件； 用来实现指令的自动装入和自动执行； 实现计算机本身的自动化。 1.2 计算机硬件系统 地址信号 标 志 寄存器 指令寄存器 数据暂存器 控制电路 指令译码器 地 址 寄 存 器 指 令 指 针 寄存器 R1 R2 R3 R4 寄存器组 运 算 器 IP 数据信号 控制信号 ALU ALU 控制器 1

13、.2 计算机硬件系统 ALU OI2 I1 AL PC ID IR PLA F AR DR RA 256字节 RAM 存储器 算术逻辑 标志寄存器 程序寄存器 地址寄存器 数据寄存器 指令寄存器 累加器 寄存器阵列 指令译码器 1.2 计算机硬件系统 运算器：又称算术逻辑单元（ALU），用来进行算术 或逻辑运算以及移位循环等操作。 控制器：又称控制单元（CU），是全机的指挥控制中 心。它负责把指令逐条从存储器中取出，经译码分析 后向全机发出 取数、执行、存数等控制命令，以保证 正确完成程序所要求的功能。 指令寄存器IR：用来存放从存储器取出的将要执行的 指令码。 指令译码器ID：用来对指令寄存

14、器IR中的指令操作码 字段进行译码，以确定该指令应执行什么 操作。 可编程逻辑阵列PLA：用来产生取指令所需要的各种 微操作的控制信号，并经过控制总线CB送往有关部件 ，从而使计算机完成相应的操作。 1.2 计算机硬件系统 内部寄存器： 程序计数器PC：有时称为指令指针IP，它被用来存放 下一条要执行指令所在存储单元的地址。 地址寄存器AR：用来存放正要取出的指令的地址或数 据操作数的地址。 数据缓冲寄存器DR：用来暂时存放指令或数据。 累加器A：它是使用最频繁的一个寄存器。 标志寄存器FLAGS：有时也称为程序状态字（PSW） ，用来存放执行算术运算指令、逻辑运算指令或测试 指令后建立的各种

15、状态码内容以及对CPU操作进行 控制的控制信息。 寄存器阵列RA：相当于微处理器内部的RAM。 1.2 计算机硬件系统 uALU：算术逻辑单元：执行算术和逻辑运算的装置 。 uPC：程序寄存器：保存下一条指令地址。自动加1 。 uF：标志寄存器：是有一些标志位组成。 uIR：指令寄存器：存储当前正在译码、执行的指令 。 uDR：数据寄存器：存储内存读出的内容。 uAR：地址寄存器：由它把要寻址的单元的地址通过 地址总线送至存储器。 uPSW：状态字寄存器：存储前一时刻指令执行的状 态标志。 uSP：堆栈指针：保存断点地址和现场信息。 指令执行过程：取指，分析指令，执行指令。 1.2 计算机硬件系统 (3)存储器：由CPU之外的半导体存储器芯片组成， 存放程序、操作数、运算的中间结果和最终数据 。 00单元 01单元 02单元 03单元 04单元 FF单元 地址译码器 地址 内容 00 01 02 03 FF 控制 CPU来的 控制信号 AB DB 1）存储器的结构 1.2 计算机硬件系统 n根 C P U 地址线AB 数据线DB 控制线CB 地 址 译 码 器 11001100 00110011 10101010 11110000 10001000 地址00.0000 地址00.0001 地址00.0010 地址00.