计算机硬件技术基础

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1、11重庆大学光电工程学院郑 伟Email： 重庆大学光电工程学院郑 伟Email： 计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础2本课程是理工类非计算机本科专业的一门选修 基础课，是研究计算机硬件系统的应用学科。本课程的主要任务是，通过对主流机种中代 表性、典型性、上下兼容性均较好的PC/486为主 要背景机的学习，使学生掌握计算机硬件技术的 基本知识，培养学生利用计算机解决本专业及相 关领域实际问题的能力。（一）课程的目的、性质和任务（一）课程的目的、性质和任务23教材：教材： 杨天怡编，计算机硬件技术基础，重庆大学出版社，2002年实验教材实验教材： 黄勤编，计算机硬件技术基础实验教程，重庆大学出

2、版社， 2002年学习指导书：学习指导书： 黄勤编，计算机硬件技术基础学习指导，重庆大学出版社， 2002年参考教材：参考教材： 尹建华编. 微型计算机原理与接口技术. 高等教育出版社，2003年 徐晨编. 微型计算机原理与应用. 高等教育出版社，2004年 张菊鹏编，计算机硬件技术基础，清华大学出版社，2000年（二）教材（二）教材41概论1概论 微机的结构与基本工作原理；现代先进计算机技术；微机的主要性能指 标；典型微机系统。 280x86的体系结构280x86的体系结构 内部结构；工作方式及方式转换；引脚功能。 380486微处理器指令系统380486微处理器指令系统 寻址方式；指令系统

3、 4. 汇编语言程序设计4. 汇编语言程序设计 汇编语言指令；模块化程序设计基础；汇编语言程序设计。 5存储器5存储器 存储器的分级分类；微机内存的构成原理以及高速缓冲存储器、虚拟存 储器原理；80486的存储器结构及存储管理。 6I/O方式及典型接口芯片6I/O方式及典型接口芯片 I/O方式；80486的中断系统及中断控制器8259A、定时计数器8254、并行 I/O接口8255A的编程与应用；多功能外围集成芯片82380的原理结构；串行 通信的基本概念及串行接口芯片8250。 7人机接口7人机接口 键盘接口；LED接口；其它人机设备接口原理。 8总线8总线（三）教学内容（三）教学内容 理论

4、教学内容理论教学内容35综合4并行接口综合应用并行接口综合 应用9设计4LED接口LED接口8设计4键盘接口键盘接口7设计4并行输入输出接口编程应用并行输入 输出 接口6验证+设 计4定时器及其应用定时器5设计4子程序设计子程序4设计4循环程序设计循环程序3设计4分支程序设计分支程序2验证4上机环境、指令系统熟悉及简单程 序设计简单程序1实验类型学 时实验内容实验项目序 号（三）教学内容（三）教学内容 实验教学内容实验教学内容6（四）考核方式（四）考核方式理论教学部分占70%，实验教学部分 占30%，理论教学部分笔试，实验教学部 分以完成实际操作的方式考核。（五）公共邮箱（五）公共邮箱登录网址

5、 用 户 名： 密码：cqugd2008dz47目标和基本要求目标和基本要求? 学习目标学习目标介绍微机的基本知识以及微机系统的结构、工作原理、 主要性能指标和现代微机的先进技术。介绍微机的基本知识以及微机系统的结构、工作原理、 主要性能指标和现代微机的先进技术。介绍微机的基本知识以及微机系统的结构、工作原理、 主要性能指标和现代微机的先进技术。介绍微机的基本知识以及微机系统的结构、工作原理、 主要性能指标和现代微机的先进技术。?学习要求学习要求通过本章的学习，要求了解微机的基本结构、简单工作 过程及现代微机的基本知识。通过本章的学习，要求了解微机的基本结构、简单工作 过程及现代微机的基本知识

6、。通过本章的学习，要求了解微机的基本结构、简单工作 过程及现代微机的基本知识。通过本章的学习，要求了解微机的基本结构、简单工作 过程及现代微机的基本知识。第一章 微型计算机基础第一章 微型计算机基础8第一节微型计算机的组成第一节微型计算机的组成第二节微型计算机的硬件结构及简单工作过程第二节微型计算机的硬件结构及简单工作过程第三节微型计算机中的先进计算机技术第三节微型计算机中的先进计算机技术第四节微型计算机的主要性能指标及典型微型计算机第四节微型计算机的主要性能指标及典型微型计算机第一章 微型计算机基础第一章 微型计算机基础讲授内容讲授内容59?硬件：硬件：微处理器、存储器、总线接口电路、 I/

7、O设备、电源和机械构件等。?软件：软件：系统软件和应用软件。系统软件：系统软件是使用和管理计算机的软件。 主要包括：操作系统（DOS、WINDOWS、UNIX 和LINUX等）、各种程序设计语言（BASIC、C、 PASCAL等）、编译程序和说明书。应用软件：应用软件则是用户根据自己的需要，为 解决某一实际问题而编制的程序，如企业的财 务管理、人事管理，设备状态监测的数据采集 与处理等。第一节微型计算机的组成第一节微型计算机的组成一、微型计算机系统的组成一、微型计算机系统的组成硬件和软件两大部分组成硬件和软件两大部分组成10微处理器(Microprocessor)一般也称为CPU(或MPU),

8、它是整 个系统的核心部件,本身具有运算功能和控制功能.微型计算机(Microcomputer)是以处理器为核心,加上内部存 储器、输入/输出接口和系统总线构成。微型计算机系统(Microcomputer System)是以微型计算机为 核心，再配上相应的外围设备、电源、辅助电路和软件而构 成的完整的计算机系统。从微型计算机系统构成的角度来看,分三个层次: 从微型计算机系统构成的角度来看,分三个层次: 微处理器-微型计算机-微型计算机系统微处理器-微型计算机-微型计算机系统第一节微型计算机的组成第一节微型计算机的组成611微 型 计 算 机 系 统外围设备软件第一节微型计算机的组成第一节微型计算

9、机的组成微 型 计 算 机存储器（ROM、RAM）输入/输出接口系统总线微 处 理 器算术逻辑部件累加器、寄存器控制部件内部总线12输入设备输入设备存储器存储器输出设备输出设备运算器运算器控制器控制器原始数据结果数据数据流控制流冯冯.诺依曼（诺依曼（Von neumann) “程序存储程序存储”工作原理工作原理第一节微型计算机的组成第一节微型计算机的组成冯诺依曼设计思想可以简要地概括为以下三点：计算机应包括运算器、存储器、控制器、输入和输出设备五大基本部件。 计算机内部应采用二进制来表示指令和数据。 每条指令一般具有一个操作码和一个 地址码。其中操作码表示运算性质，地址码指出操作数在存储器中的

10、地址。 将编好的程序送人内存储器中，然后启动计算机工作， 计算机勿需操作人员干预， 能自动逐条取出指令和执行指令。713按冯.诺依曼的设计,计算机应能自动执行程序,而执行程 序又归结为逐条执行指令。第一节微型计算机的组成第一节微型计算机的组成执行指令又可分为以下四个基本操作：取出指令：从内存某个地址中取出要执行的指令送到CPU内 部的指令寄存器暂存；分析指令：把保存在指令寄存器中的指令送到指令译码器， 译出该指令对应的微操作；执行指令：根据指令译码，向各个部件发出相应控制信号， 完成指令规定的各类操作；形成下一条指令地址：为执行下一条指令做好准备。141.存储器1.存储器 存储器是计算机中存储

11、程序程序和数据数据的部件。计算机的存储器分为两大部分，一部分为内部存储器或主存储器，简称内存内存或主存；另一部分为外部存储器或辅助存储器，简称外存外存或辅存。1024B为1KB 1024KB为1MB 1024MB为1GB 1024GB为1TB 1024B为1KB 1024KB为1MB 1024MB为1GB 1024GB为1TB 描述存储器存储二进制信息量多少的指标。存储二进制信息的基本单位是位（bit，b）位（bit，b）。一般把8个二进制位组成的通用基本单元叫作字节（Byte，B）字节（Byte，B）。微型计算机中通常以字节为单位表示存储容量。存储容量存储容量描述存储器工作快慢程度的指标，它

12、指信息存入存入存储器和从存储器中取出取出所需要的时间。存储速度存储速度存储类型存储类型半导体存储器磁记录存储器光盘存储器第一节微型计算机的组成第一节微型计算机的组成 二、微型计算机的硬件组成二、微型计算机的硬件组成8152.微处理器2.微处理器微处理器是微型计算机的运算运算和控制控制指挥中心。不同的微处理器，其性能有所不同，但基本组成是相同的，由运算器运算器、控制器控制器和寄寄存器阵列存器阵列三个主要部件组成。第一节微型计算机的组成第一节微型计算机的组成16 运算器 运算器执行算术运算和逻辑运算的部件，由累加器累加器（Accumulator， A）、暂存器暂存器（Temporary，TMP）、

13、算术逻辑单元算术逻辑单元（Arithmatic Logic Unit，ALU）、标志寄存器标志寄存器（Flag Registers，F）和一些逻 辑电路组成。CF进位标志CF进位标志CF=1 运算时产生了进/借位0 运算时无进/借位ZF零标志ZF零标志ZF=1 运算结果为0 0 运算结果非零SF符号标志SF符号标志SF=1 运算结果为负0 运算结果为正AF辅助进位标志AF辅助进位标志AF=1 运算时有辅助进/借位0 运算时无辅助进/借位PF奇偶标志PF奇偶标志PF=1 运算结果中“1”的个数为偶数0 运算结果中“1”的个数为奇数OF溢出标志OF溢出标志OF=1 有溢出0 无溢出第一节微型计算机

14、的组成第一节微型计算机的组成917 控制器 控制器 控制器是指令执行部件，包括取指令取指令、分析指令（指令译码）分析指令（指令译码）和 执行指令执行指令，由指令寄存器（Instruction Register，IR）、指令译码器 （Instruction Decoder，ID）和定时控制电路（Timing and Control） 等组成。 寄存器阵列 寄存器阵列寄存器阵列主要包含两类寄存器，一是通用寄存器通用寄存器，供用户使用； 二是一些用途固定的专用寄存器专用寄存器，如程序计数器、堆栈指示器。程序计数器PC程序计数器PC用于存放下一条要执行的指令在存储器中存放的地址。堆栈和堆栈指示器SP堆

15、栈和堆栈指示器SP堆栈是一块设在内存中按先进后出（First In Last Out，FILO）原 则组织的存储区域，用于存放数据。数据存入栈区称为压入（PUSH），压入（PUSH）， 从栈区中取出数据称为弹出（POP）弹出（POP）。第一节微型计算机的组成第一节微型计算机的组成18堆栈指示器SP用于指示当前栈顶元素所在的位 置，无论是压栈还是弹栈 总是在栈顶进行的。随着 对堆栈的压入和弹出操 作，SP的值会自动变化，NN-1N-K+1N-K堆栈区 （K个单元）SP数据存放方式为 先进后出(FILO)3.输入输出设备3.输入输出设备输入设备输入设备输出设备输出设备三、微型计算机的软件组成三、微

16、型计算机的软件组成计算机的软件包含系统软件系统软件和应用软件应用软件两部分。系统软件是使用和管理计算机的软件，如操作系统、数据库管理系统、网络管理系统以及 各种语言处理程序、系统维护程序等。应用软件则是用户根据自己的需 要，为解决某一实际问题而编制的程序，如企业的财务管理、人事管 理，设备状态监测的数据采集与处理等。第一节微型计算机的组成第一节微型计算机的组成1019第一节微型计算机的组成第一节微型计算机的组成龙芯系列微处理器采用的是 MIPS 指令集，支持 Linux 、 Vxworks 、 Windows-CE 等多种 操作系统32位硅知识产权（IP）产品。它 具有功耗低、面积小和性能高的 特点，适合多种嵌入式领域的广 泛应用20第一节微型计算机的组成第一节微型计算机的组成CQ8401 SoC是重庆神州龙芯科技有限公司推出