计算机硬件技术基础第一章 黄勤 重大
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八音盒设计课程设计说明书
1概述设计一个八音盒，以扬声器作为发声装置，用16个LED小灯作为显示装置，以4x4键盘作为功能按键，八音盒中预存4首不同节拍的乐曲，用户可以选择播放模式。
播放时在单色LED显示器上显示出所播曲目的编号和曲目名称，16个小灯随着音乐节拍变化而变化。
1.1组员分工张磊：软件编程于海彬：软件编程，显示模块彭彬：曲目乐谱编码，曲目播放模块以及实验报告代涛：硬件焊接，以及实验报告1.2操作说明键1：播放曲目1键2：播放曲目2键3：播放曲目3键4：播放曲目4键0：暂停/恢复播放键5：终止播放键6：随机播放2设计方案2.2系统功能播放分两种模式：随机播放和选择播放。
随机播放从4首预存曲目中随机选出一首曲目播放，选择播放模式由用户指定要播放的曲目。
播放时可以暂停播放或终止播放。
按下暂停/恢复键可暂停或恢复播放，按下终止键可以终止播放。
播放时在单色LED显示器上显示出所播曲目的编号和曲目名称。
播放时16个小灯随着音乐节拍变化而变化，小灯的具体亮灭模式自行设定。
2.2设计思路首先确定4x4键盘的扫描程序，然后编写发声程序，将歌曲录入尝试播放，确定各按键功能，编写数码管程序显示歌曲名称，利用寄存器外拓接口，控制小灯随频率变化亮灭。
2.3键盘的识别键盘的确定功能，就是判断键盘中的那一个键按下，确定所在行列位置。
通常采用逐行（或逐列）扫描查询识别。
具体过程是：依次轮流是列线中的一列输出低电平，其它三位为高电平，再在相应的顺次读行输出口的电平状态，如某行为低电平，则该行与置为低电平的列线相交叉处的按键即为闭合的按键，对应的在单片机内部进行调用播放歌的序号。
按键去抖动，通常采用软件延时的方法：在第一次检测到有键按下时，执行一段延时10ms的子程序后，再确认电平是否仍保持闭合状态电平，如果保持闭合状态电平，则确认真正有键按下，进行相应处理工作，消除了抖动的影响。
2.4音乐盒显示部分七段LED数码管构成“日”字形，还有一只发光二极管作为小数点。
计算机硬件技术基础(第一章)
程序的执行过程如下： (1)取指令——PC的内容(2000H)送地址总线，主存2000H单元内容读 入控制器，PC的内容自动增1； 执行指令——控制器译码所取(MOV AX，[2010H])指令，发出控制 信号，完成取 2010H单元中的内容a送寄存器AX的操作。 (2)取指令——PC的内容(2001H)送地址总线，主存2001H单元内容读 入控制器，PC的 内容自动增1； 执行指令——控制器译码所取(ADD AX，[2020H])指令，发出控制信 号，完成取2020H单元中的内容b，并和已存放AX中的2010H单元内 容相加，再送寄存器AX的操作。 (3)取指令——PC的内客(2002H)送地址总线，主存2002H单元内容读 入控制器，PC的内容自动增1； 执行指令——控制器译码所取(ADD AX，[2020H])指令，发出控制信 号，完成将已存放a+b结果的寄存器AX的内容存入2030H存储单元的 操作。
图1.2
以单总线连接的计算机框图
二、计算机软件
1. 软件的组成与分类
程序+文档=软件 计算机语言
机器语言 汇编语言 高级语言
系统软件 用来管理整个计算机系统
软 件
应用软件 按任务需要编制成的各种程序
三. 计算机系统的层次结构
虚拟机器 M4 虚拟机器 M3
用编译程序翻译 成汇编语言程序
1.5 计算机系统的性能指标
主要性能指标
字长 数据通路宽度 主存容量 运算速度（CPU速度）
1.5 计算机系统的性能指标
衡量CPU速度，通常有以下两种方式：
第一种方式是使用CPU主频，即系统主频。 第二种方式是使用CPU每一秒钟能执行的指令条数来 表示，单位是MIPS(Million Instructions Per Second)。
图1.2
以单总线连接的计算机框图
二、计算机软件
1. 软件的组成与分类
程序+文档=软件 计算机语言
机器语言 汇编语言 高级语言
系统软件 用来管理整个计算机系统
软 件
应用软件 按任务需要编制成的各种程序
三. 计算机系统的层次结构
虚拟机器 M4 虚拟机器 M3
用编译程序翻译 成汇编语言程序
1.5 计算机系统的性能指标
主要性能指标
字长 数据通路宽度 主存容量 运算速度（CPU速度）
1.5 计算机系统的性能指标
衡量CPU速度，通常有以下两种方式：
第一种方式是使用CPU主频，即系统主频。 第二种方式是使用CPU每一秒钟能执行的指令条数来 表示，单位是MIPS(Million Instructions Per Second)。
计算机硬件基础第1章资料
Vcc
电阻值—〉 电压值—〉
运算、存
电压值
二进制
储、显示等
Ro
电信
Ui
号转 接口
R
换电
电路
计算机
路
2020/9/11
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计算机硬件技术基础
第一章 计算机数字电路基础
1.1、数字量与数字运算基础
2、数字量
数字量：是一种在时间上或空间离散的，不连续，随机发生在某一 瞬间，数字大小和变化都是以某一最小数量的整数倍为单位。
易于硬件实现计算 例如： Y=A•B (A=1，B=1，F=1 否则为0) Y=A+B (A=0，B=0，F=0 否则为1)
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计算机硬件技术基础
3、逻辑代数
第一章 计算机数字电路基础
2）逻辑代数的基本运算
逻辑加：Y=A+B 0+0=0；1+0=1；0+1=1；1+1=1
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计算机硬件技术基础
主要知识点：
1. 掌握计算机电路本质：逻辑运算、逻辑电路、 时序电路、指令。
2. 计算机硬件的构成与工作原理。 3. CPU：控制器、运算器、寄存器。 4. 内存：硬件扩展结构 5. 总线：结构与工作原理 6. 输入/输出；串行接口、并行接口；通用和专
用。 7. 外设：输入/出设备；专用设备、通用设备
1、逻辑电路与逻辑运算关系
•由输入通过各种逻辑关系，产生结果并输出的 过程，称为逻辑运算过程（也成为逻辑控制）。
•由这些数字构成的运算称为逻辑运算；由基本 逻辑运算关系组成（简单、复杂的逻辑关系）。
2020/9/11
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计算机硬件技术基础
计算机基础第一章课件优秀课件
• 信息技术是关于信息的产生、发送、传输、接 受、变换、识别、控制等应用技术的总称。
• 计算机技术是信息技术的核心。计算机作为信 息处理工具，在信息存储、处理、交流传播等 方面起着核心作用。
• 信息高速公路是国家信息基础设施NII(National Information Infrastructure)和全球信息基础设 GII(GlobalInformationInfrastructure)的总称信 息高速公路”是指在现代技术条件下建设的一 个以超大容量光纤传输网为骨干，以高性能计 算机为枢纽，以多媒体终端为联接和操作手段 的地区、国家间的高速度、全方位、大容量、 交互式智能综合信息网络系统。
（2）微型化：是指在保证功能的同时体积更小 ，更适合移动的环境和便携式终端。先进材料 是发展高技术产业的物质基础，随着21世纪的 材料科技的发展，信息功能材料、纳米材料、 生物材料等将在21世纪得到进一步的开发和广 泛的应用。计算机将迅速向微型化嵌入式的方 向发展。
（3）网络化：计算机网络是计算机技术发展的 又一重要分支，是现代通信技术与计算机技术 相结合的产物。网络化就是利用现代通信技术 和计算机技术，将分布在不同地点的计算机连 接起来，按照网络协议互相通信，共享软件、 硬件和数据资源。
1.1 计算机信发展 • 1.1.3 计算机的分类 • 1.1.4 计算机的应用
• 信息技术是用于信息的获取、处理、传输、储 存等相关技术的总称，其中包括多媒体技术、
网络技术、光导纤维技术、集成电路技术和传 感技术等，至20世纪末信息产业的产值已占各 种产业产值总和的20%，信息产业仍将是21世 纪全球经济中规模最宏大、最具有活力的产业 ，21世纪的信息科技仍将是发展最迅速、影响 最广泛的科技领域。
• 2．第二代：晶体管计算 (1957-1964) • 3．第三代：集成电路计算机 (1964-
• 计算机技术是信息技术的核心。计算机作为信 息处理工具，在信息存储、处理、交流传播等 方面起着核心作用。
• 信息高速公路是国家信息基础设施NII(National Information Infrastructure)和全球信息基础设 GII(GlobalInformationInfrastructure)的总称信 息高速公路”是指在现代技术条件下建设的一 个以超大容量光纤传输网为骨干，以高性能计 算机为枢纽，以多媒体终端为联接和操作手段 的地区、国家间的高速度、全方位、大容量、 交互式智能综合信息网络系统。
（2）微型化：是指在保证功能的同时体积更小 ，更适合移动的环境和便携式终端。先进材料 是发展高技术产业的物质基础，随着21世纪的 材料科技的发展，信息功能材料、纳米材料、 生物材料等将在21世纪得到进一步的开发和广 泛的应用。计算机将迅速向微型化嵌入式的方 向发展。
（3）网络化：计算机网络是计算机技术发展的 又一重要分支，是现代通信技术与计算机技术 相结合的产物。网络化就是利用现代通信技术 和计算机技术，将分布在不同地点的计算机连 接起来，按照网络协议互相通信，共享软件、 硬件和数据资源。
1.1 计算机信发展 • 1.1.3 计算机的分类 • 1.1.4 计算机的应用
• 信息技术是用于信息的获取、处理、传输、储 存等相关技术的总称，其中包括多媒体技术、
网络技术、光导纤维技术、集成电路技术和传 感技术等，至20世纪末信息产业的产值已占各 种产业产值总和的20%，信息产业仍将是21世 纪全球经济中规模最宏大、最具有活力的产业 ，21世纪的信息科技仍将是发展最迅速、影响 最广泛的科技领域。
• 2．第二代：晶体管计算 (1957-1964) • 3．第三代：集成电路计算机 (1964-
计算机硬件技术基础第01章
约翰.冯.诺依曼介绍(1903-1957)
1903年12月28日生于匈牙利的布达佩斯， 父亲是一个银行家，家境富裕． 1921年一1923年在苏黎世大学学习． 1926年以优异的成绩获得了布达佩斯大学
数学博士学位. 1927年一1929年冯•诺依曼相继在柏林大学
和汉堡大学担任数学讲师。 1930年接受了普林斯顿大学客座教授的职
第 47 页
一、符号位的数字化 1.实用的数据有正数和负数，因计算机内部的硬件
只能表示两种物理状态（用0和1表示），因此实 用数据的正号“+”或负号“-”，在机器里就用 一位二进制的0或1来区别。这就是数的符号位数 字化。
第 48 页
2.通常这个符号放在二进制数的最高位，称符号位 ，以0代表符号“+”，以1代表符号“-”。
第 12 页
第 13 页
二、 微型计算机核心部件CPU的发展(Intel)
第 14 页
第 15 页
1.1.3 微型计算机的应用和特点
一、微型计算机的应用方面。 1.科学计算 2.过程检测与控制 3.信息管理 4.计算机辅助系统
注：实际上微型机的应该远不止这四个方面。
第 16 页
二、微型计算机的特点 1.高性能、低价格。 2.体积小，功耗低。 3.可靠性高。 4.应用面广泛。 注：这些特点导致了大型机，中型机，小型机甚至
第01章 微型计算机系统概述
1.1 微型计算机的发展历程
自1981年美国IBM公司推出第一代微型计算机 IBM-PC以来，微型机以其执行功能强大、性价比 高、轻便小巧等特点迅速进入社会各个领域，且 新的技术不断推出、产品快速换代，发展的气势 磅礴，无与伦比。本节从主要从微型机的结构发 展和微型机的核心部件CPU等发展角度，来观察微 型计算机的发展历程。
黄勤单片机第一章课件
3
单片机技术的发展趋势
就其发展趋势来看，单片机主要是向高性能、大容量、 就其发展趋势来看，单片机主要是向高性能、大容量、微型 系统化等方面发展。 化、系统化等方面发展。 CPU的改进 CPU的改进 （1）采用双CPU结构，提高处理能力 采用双CPU结构， CPU结构 （2）增加数据总线宽度，内部采用16位数据总线。 增加数据总线宽度，内部采用16位数据总线。 16位数据总线 （3）串行总线结构，菲利浦公司的I2C总线（Inter－ 串行总线结构，菲利浦公司的I2C总线（Inter－ I2C总线 Icbus）。用两根信号线代替现行的8位数据总线。 ）。用两根信号线代替现行的 Icbus）。用两根信号线代替现行的8位数据总线。 存储器的发展
单片机原理及应用
黄勤，李楠 等编著 黄勤， 清华大学出版社
目 录
第1章 概论 MCS-51系列单片机的资源配置 第2章 MCS-51系列单片机的资源配置 MCS-51系列单片机的指令系统及回报语 第3章 MCS-51系列单片机的指令系统及回报语 言程序设计 单片机的C 第4章 单片机的C语言 MCS-51系列单片机的片内接口及中断 第5章 MCS-51系列单片机的片内接口及中断 MCS-51系列单片机的扩展技术 第6章 MCS-51系列单片机的扩展技术 第7章 单片机应用系统接口技术 第8章 单片机应用系统设计 第9章 单片机应用系统设计实例
1.3 典型单片机的结构及特点
1 89C51单片机的片内结构单片机的结构及特点 89C51单片机的片内结构单片机的结构及特点 单片机的片内结构 下图是按功能划分的89C51单片机内部功能模块框图， 89C51单片机内部功能模块框图 下图是按功能划分的89C51单片机内部功能模块框图， 各模块及其基本功能为： 各模块及其基本功能为：
计算机硬件技术--第1章-计算机基础知识
《计算机硬件技术基础》
《计算机硬件技术基础》
凌青华
江苏科技大学 计算机科学与工程学 电子信箱： 联系电话：
课程简介
《计算机硬件技术基础》
教育部提出的计算机基础教学三层次结构
计算机应用 计算机技术基础 计算机文化基础
计算计机算硬机件信、息管 软件计理的算基工机础作基和原本多知媒 理与识相及体关基技知本术识技能
• 1989
80486
增强的32位CPU，相当于80386+片内80387+8KB cache， 集成125万个晶体管
• 1993
Pentium(奔腾) 第1片双流水CPU，集成310万个晶体管，内核采用了RISC 技术1995Pentium MMX在Pentium内核基础上改进而成， 集成450万个晶体管，最大特点是增加了57条MMX指令， 目的是提高CPU处理多媒体数据的效率
• 生产年份 Intel产品
• 1971
4004
• 1972
8008
• 1974
• • 1978
8080 8086/8088
• 1980
80186
主要性能说明 第1片4位CPU，采用10微米制程，集成2300个晶体管 第1片8位CPU，集成3500个晶体管，首次装在叫做“Mark8(马克八号)”的机器上，这也是目前已知的最早的家用 电脑 第2代8位CPU，约6000个晶体管，被用于当时一种品牌为 Altair(“牵牛星”——科幻剧)的电脑上。这也是有史 以来第1台知名的个人电脑
3、抓住教学过程中的3个环节
上课时要主动参与、探究
–将上课时的多媒体教案从教师手中转化为自己的认知 工具 ，主动参与、探究；
会设置自学内容
–课后及时复习，拓展课堂内容，通过自学培养自学的 能力；
《计算机硬件技术基础》
凌青华
江苏科技大学 计算机科学与工程学 电子信箱： 联系电话：
课程简介
《计算机硬件技术基础》
教育部提出的计算机基础教学三层次结构
计算机应用 计算机技术基础 计算机文化基础
计算计机算硬机件信、息管 软件计理的算基工机础作基和原本多知媒 理与识相及体关基技知本术识技能
• 1989
80486
增强的32位CPU，相当于80386+片内80387+8KB cache， 集成125万个晶体管
• 1993
Pentium(奔腾) 第1片双流水CPU，集成310万个晶体管，内核采用了RISC 技术1995Pentium MMX在Pentium内核基础上改进而成， 集成450万个晶体管，最大特点是增加了57条MMX指令， 目的是提高CPU处理多媒体数据的效率
• 生产年份 Intel产品
• 1971
4004
• 1972
8008
• 1974
• • 1978
8080 8086/8088
• 1980
80186
主要性能说明 第1片4位CPU，采用10微米制程，集成2300个晶体管 第1片8位CPU，集成3500个晶体管，首次装在叫做“Mark8(马克八号)”的机器上，这也是目前已知的最早的家用 电脑 第2代8位CPU，约6000个晶体管，被用于当时一种品牌为 Altair(“牵牛星”——科幻剧)的电脑上。这也是有史 以来第1台知名的个人电脑
3、抓住教学过程中的3个环节
上课时要主动参与、探究
–将上课时的多媒体教案从教师手中转化为自己的认知 工具 ，主动参与、探究；
会设置自学内容
–课后及时复习，拓展课堂内容，通过自学培养自学的 能力；
计算机硬件技术基础
0.13
550 450 750 850 1000
133-200 166-233 233-450 450-1200 1300-2400
CPU:2.5K 800(20条指令/ Cache:30K 时钟周期)
>300 >3000
1.1.1 摩尔定律
一个高大的“阴影”始终弥漫在英特尔这家半导体领域 利润最高的公司之中，笼罩着整个半导体产业。这就是 ““摩尔定律””，IT产业的第一定律！
CPU
存 I/O 输 储 接入 器 口设
备
输
I/O 接 口
出 设 备
总线 BUS
计算机中传输信息的公共通路称为总线（BUS）。
按照总线上传输信息的不同，总线可分为:
（1）数据总线（DB）: 用来传送数据信息， 它主要连接了CPU与各个部件，是它们之间交换信 息的通路。数据总线是双向的，而具体的传送方向 由CPU控制。
地址11…1111
内存结构示意图
外设和输入/输出接口（I/O接口）
外设的电信号、运行速度与CPU不匹配, 不能与CPU直接相连, 必须通过I/O接口与CPU 相连。
微型计算机常用外围设备有显示器、键盘、鼠标 器及外存储器。外存中常用的有硬磁盘（硬盘）、软 磁盘（软盘）和光盘。如果需要还可以根据用户的要 求配置打印机、绘图仪、投影仪；同时为了联网, 还 可以配置调制解调器等通信设备。
运 算 ALU 器
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。
ALU
IP 指令
指针
地
控制器
址 地址信号 寄
寄存器
存
器
数据暂存器
数据信号
指令寄存器
550 450 750 850 1000
133-200 166-233 233-450 450-1200 1300-2400
CPU:2.5K 800(20条指令/ Cache:30K 时钟周期)
>300 >3000
1.1.1 摩尔定律
一个高大的“阴影”始终弥漫在英特尔这家半导体领域 利润最高的公司之中，笼罩着整个半导体产业。这就是 ““摩尔定律””，IT产业的第一定律！
CPU
存 I/O 输 储 接入 器 口设
备
输
I/O 接 口
出 设 备
总线 BUS
计算机中传输信息的公共通路称为总线（BUS）。
按照总线上传输信息的不同，总线可分为:
（1）数据总线（DB）: 用来传送数据信息， 它主要连接了CPU与各个部件，是它们之间交换信 息的通路。数据总线是双向的，而具体的传送方向 由CPU控制。
地址11…1111
内存结构示意图
外设和输入/输出接口（I/O接口）
外设的电信号、运行速度与CPU不匹配, 不能与CPU直接相连, 必须通过I/O接口与CPU 相连。
微型计算机常用外围设备有显示器、键盘、鼠标 器及外存储器。外存中常用的有硬磁盘（硬盘）、软 磁盘（软盘）和光盘。如果需要还可以根据用户的要 求配置打印机、绘图仪、投影仪；同时为了联网, 还 可以配置调制解调器等通信设备。
运 算 ALU 器
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。
ALU
IP 指令
指针
地
控制器
址 地址信号 寄
寄存器
存
器
数据暂存器
数据信号
指令寄存器
信息处理技术员第一章计算机硬件基础
v 系统软件 v 应用软件
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信息处理技术员第一章计算机硬件基 础
1.1.2计算机的应用
v 科学计算 v 自动控制 v 信息处理 v 计算机辅助设计/辅助制造（CAD/CAM） v 辅助教学和医疗 v 人工智能
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信息处理技术员第一章计算机硬件基 础
1.1.3计算机的分类
外部设备
v 也称外围设备，简称外设，主要包括输入设 备和输出设备。常用外部设备包括键盘、鼠 标、显示器、打印机、绘图仪及扫描仪等。
v 总线：连接计算机中各部件的数据通路。 v 总线包括数据总线(DB)、地址总线(AB)和控
制总线(CB)。
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信息处理技术员第一章计算机硬件基 础
3.计算机的软件系统
v 它的诞生、发展和应用彻底改变了人类社会 的生产、生活学习和娱乐方式。
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信息处理技术员第一章计算机硬件基 础
1.1.1 计算机的组成部件
v 一个完整的计算机系统由硬件系统和软件系统组 成。
v 1、 冯·诺依曼提出的设计思路。主要内容如下：
v (1)计算机由运算器、存储器、控制器、输入设备和输 出设备五大部分组成。
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信息处理技术员第一章计算机硬件基 础
2、八进制转化为十进制
(172)8 ＝ 1× 82＋7× 81＋2× 80 ＝ (122)10
v 3、十六进制转化为十进制 v (5C)16 ＝ 5×161＋12×160 ＝ (92)10
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信息处理技术员第一章计算机硬件基 础
二、十进制转N进制
v 运算器：由算术逻辑部件（ALU）、寄存器组以及一些控制 电路组成。
v 控制器负责对指令进行译码，产生一系列控制信号，指挥和 协调计算机的各个部件有序工作。包括部件如下：
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信息处理技术员第一章计算机硬件基 础
1.1.2计算机的应用
v 科学计算 v 自动控制 v 信息处理 v 计算机辅助设计/辅助制造（CAD/CAM） v 辅助教学和医疗 v 人工智能
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信息处理技术员第一章计算机硬件基 础
1.1.3计算机的分类
外部设备
v 也称外围设备，简称外设，主要包括输入设 备和输出设备。常用外部设备包括键盘、鼠 标、显示器、打印机、绘图仪及扫描仪等。
v 总线：连接计算机中各部件的数据通路。 v 总线包括数据总线(DB)、地址总线(AB)和控
制总线(CB)。
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信息处理技术员第一章计算机硬件基 础
3.计算机的软件系统
v 它的诞生、发展和应用彻底改变了人类社会 的生产、生活学习和娱乐方式。
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信息处理技术员第一章计算机硬件基 础
1.1.1 计算机的组成部件
v 一个完整的计算机系统由硬件系统和软件系统组 成。
v 1、 冯·诺依曼提出的设计思路。主要内容如下：
v (1)计算机由运算器、存储器、控制器、输入设备和输 出设备五大部分组成。
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信息处理技术员第一章计算机硬件基 础
2、八进制转化为十进制
(172)8 ＝ 1× 82＋7× 81＋2× 80 ＝ (122)10
v 3、十六进制转化为十进制 v (5C)16 ＝ 5×161＋12×160 ＝ (92)10
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信息处理技术员第一章计算机硬件基 础
二、十进制转N进制
v 运算器：由算术逻辑部件（ALU）、寄存器组以及一些控制 电路组成。
v 控制器负责对指令进行译码，产生一系列控制信号，指挥和 协调计算机的各个部件有序工作。包括部件如下：
计算机硬件技术基础第一章
后来，由于肖克利与这八位相处不融洽，加上 折腾了两年没搞出什么名堂。这八个人决定一 起离开，去寻找新的雇主。
在一个偶然的机会里，罗克听说了这支不安分 的工作团队。罗克认为，八个人团结在一起的 最佳办法，是让他们组建一家自己的公司，专 门开发尚未成熟的半导体零部件，而不是去某 家大公司寄人篱下。
补充内容：
④ 但这也为他们提出了一个不小的难题:资金。
“当时根本没办法成立公司。没有机制，也没 有风险投资，”罗克回忆道。 31岁的阿瑟·罗克（Arthur Rock）是纽约市 的一位证券分析师，他专门跟踪刚刚起步的电 子行业，克莱纳的父亲是罗克所在的投资银行 海登斯通（Hayden Stone）的客户。
于是，他灵机一动，提出了一个既简单又影 响深远的融资计划。新公司唯一的资产是八个 人共有的专业知识，他们每人将拥有公司资产 的 10%。海登斯通得到其余 20% 的资产。 随后，罗克将寻找一家业已完善的技术公司， 请它为这家新创公司提供 150 万美元贷款作 为启动资本，用以开发第一个产品，同时答应 投资公司今后有权出资买断这家新创公司。
这家新的公司就是英特尔公司。这家全球最 大的微处理器生产厂家由不到550万美元的私 募资金启动，其发展基础是一份只有一页半纸 的商业计划书。罗克在英特尔公司的董事会待 了30年之久。对计算机发展史上最重要的两家 公司的投资足以奠定罗克在风险投资者殿堂中 的位置，但是洛克在其英特尔公司之后又投资 了另外一家萌芽中的计算机公司——苹果公司。
罗克投资苹果公司，并担任董事会成员。但 当苹果公司与摩托罗那联手与英特尔竞争的时 侯，罗克退出苹果，因为英特尔是他的最大的 孩子（如果不算仙童的话），他对英特尔更忠 诚。
另一个有名的Texas Instrument 德州仪 器从贝尔实验室获得了晶体管技术，大量生产 了晶体管收音机和助听器。最后在1955年发明 了Intergrated Circuit 后来也获得了诺贝尔 奖。
计算机硬件技术基础黄勤重大
2.1 2.2
Intel系列微处理器概述 80486微处理器的体系结构
2.1
1.8086 微处理器
Intel系列微处理器概述
8086 是标准16位微处理器，内、外数据总线都为16位。
1)8086微处理器的内部结构
微处理器执行一段程序通常是通过循环往复地执行如下步骤来完成的，即： ①从内存储器中取出一条指令，分析指令操作码 ②内存储器或寄存器中获取操作数（如果指令需要操作数） ③执行指令 ④将结果存入内存储器或寄存器中（如果指令需要） 在8位微处理器中，上述步骤是按一个接一个的顺序串行完成的。
2. 80286微处理器
80286是继8086 之后推出的一种增强型标准 16位微处理器。与8086/8088 相比，它在结构上有很大改进，性能上有明显提高。主要表现在： ① 内部有执行单元（ EU ）、总线单元（ BU ）、指令单元（ IU ）和地 址单元（ AU ） 4 个独立的部分并行操作，可实现 4 级流水线作业，使数据
● W/R
④ 总线宽度控制信号： BS16 BS8
（BS16、BS8）
有效时： 选择16位数据总线 有效时： 选择8位数据总线
若BS8 和BS16无效，就采用32位传送。
⑤ 中断/复位信号： RESET INTR NMI 复位信号 可屏蔽中断请求信号 非屏蔽中断请求信号 高电平有效 上升沿有效
速度大为提高，而且支持多用户、多任务操作。 存储器的物理地址由段基址和段内偏移量组成。
段描述符
3.80386/80486微处理器
80386/80486 是针对多用户和多任务的应用而推出的 32 位微处理器， 与80286相比，它在结构和性能上的主要特点如下：
① 内部寄存器数量明显增加，它具有全32位数据处理能力，还可以进行
硬件技术基础
高等教育出版社
李桂秋 宋维堂 编 2
计算机硬件技术基础
【重点、难点】 1．计算机的基本结构及各部分的基本功能； 2．微型计算机的系统结构； 3．存储容量与地址线位数的关系； 4．机器语言、汇编语言及高级语言及其关系。
高等教育出版社
李桂秋 宋维堂 编 3
计算机硬件技术基础
【内容框架】
计算机系统概述
高等教育出版社
李桂秋 宋维堂 编 16
计算机硬件技术基础
1.2.1 计算机系统 包括硬件系统和软件系统两大部分 一、计算机的硬件系统 计算机硬件：构成计算机的所有物理部件的总称。 由控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设备五部分构成。
高等教育出版社
系统总线：部件之 间相互连接、传输 信息的公共线路。 数据总线（DB） 地址总线（AB） 控制总线（CB）
高等教育出版社
李桂秋 宋维堂 编 27
计算机硬件技术基础
☞ 计算机系统由硬件系统和软件系统组成。 ▶硬件系统主要有控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设备五大部分，
其中控制器是计算机的协调控制中心。 ▶软件系统包括系统软件和应用软件，操作系统是系统软件的核心 。
☞ 计算机的工作过程可分为取指令、分析指令和执行指令三个阶段 。 ☞ 基本字长、存储容量、运算速度、性价比、外设配置是计算机的主 要性能参数。存储容量与地址线之间的对应关系是：n位地址线可寻址 的最大存储空间是2n个，即存储器的容量为2n B。
NMOS工艺：由N沟道MOS管构成的半导体集成电路，速度比PMOS高。
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李桂秋 宋维堂 编 9
计算机硬件技术基础
第三代：1978年—1984年。代表产品有Intel 8086、80286， Zilog 的Z8000，Motorola 的M68000。第三代微处理器的特点 是：16位微处理器，采用HMOS高密度集成半导体工艺技术， 丰富的指令系统，多级中断系统，多寻址方式。
计算机硬件技术基础
考试要求
1.考试分上机考试（20）、笔试（70） 1.考试分上机考试（20）、笔试（70） 考试分上机考试 ）、笔试 2.平时考勤 实验报告（10） 平时考勤, 2.平时考勤,实验报告（10） 3.笔试可带教材 实验指导书和手写笔记, 笔试可带教材、 3.笔试可带教材、实验指导书和手写笔记,不 得带复印件,包括复印的教材. 得带复印件,包括复印的教材. 4.上机考试 只能带2本书( 上机考试: 4.上机考试:只能带2本书(硬件教材和硬件实 验教程) 任何复印件(包括复印的书) 验教程)，任何复印件(包括复印的书)和笔 记本均不能带
教学要求
7.存储器分类及管理方法 7.存储器分类及管理方法 8.中断 概念、中断程序结构、8259A中 中断： 8.中断：概念、中断程序结构、8259A中 断管理芯片 DMA： 9. DMA：了解 8254、 10. 8254、8255A 串口， 11. 串口，了解基本概念 键盘、LED主要是上机用 12. 键盘、LED主要是上机用
教学管理
1.3次迟到为一次旷课，旷课超过3 1.3次迟到为一次旷课，旷课超过3次取消考试 次迟到为一次旷课 资格。 资格。 2.可以书面申请自学 可以书面申请自学， 2.可以书面申请自学，经教务批准后可免考 勤，保留考试资格 3.每次实验前准备好预习报告 每次实验前准备好预习报告， 3.每次实验前准备好预习报告，连同上机签到 册作为指导老师实验考勤依据。 册作为指导老师实验考勤依据。 4.每次实验后撰写实验报告 每次实验后撰写实验报告， 4.每次实验后撰写实验报告，报告册在教材科 购买与接口芯片 6.输入输出方式与接口芯片 中断及中断控制器8259A 中断及中断控制器8259A 可编程定时/计数器8254 可编程定时/计数器8254 并行I/O接口芯片8255A I/O接口芯片 并行I/O接口芯片8255A 7.外设备接口技术 7.外设备接口技术 键盘接口、CRT接口 接口、 键盘接口、CRT接口、其它开关接口 8.总线（简要介绍） 8.总线（简要介绍） 总线
计算机硬件技术第1章
用于服务器和工作站。
AMD
锐龙（Ryzen）系列，如R3、R5、 R7、R9等；霄龙（EPYC）系列，
用于服务器和工作站。
ARM
Cortex-A系列，用于高端智能手 机和平板电脑；Cortex-R系列， 用于实时性要求较高的嵌入式系 统；Cortex-M系列，用于低功
耗嵌入式系统。
03
存储设备
内存储器
05
输出设备
显示器与显卡
显示器类型
常见的显示器类型包括液 晶显示器（LCD）、发光 二极管显示器（LED）和 有机发光二极管显示器 （OLED）等。
显示器参数
分辨率、刷新率、色域覆 盖率和亮度等是评价显示 器性能的重要指标。
显卡功能
显卡是连接主机和显示器 的重要桥梁，负责将CPU 处理后的图像数据转换为 显示器可以识别的信号， 并驱动显示器显示图像。
接口定义
接口（Interface）是计算机系统中两个独立 部件进行信息交换的共享边界。
总线分类
按照功能划分，总线可分为数据总线、地址 总线和控制总线。
接口功能
接口的功能包括寻址与识别、数据缓冲与时 序控制等。
计算机硬件的连接方式
01
02
ห้องสมุดไป่ตู้
03
线路连接方式
通过电缆或导线将计算机 各部件连接起来，实现数 据传输和通信。
算术逻辑单元（ALU）
负责执行各种算术和逻辑运算，如加、 减、乘、除、与、或、非等。
寄存器组
包括通用寄存器、程序计数器 （PC）、堆栈指针（SP）等，用于 暂存数据和地址。
高速缓存（Cache）
位于CPU和主存之间，用于提高数据 访问速度。
CPU的性能指标
主频
AMD
锐龙（Ryzen）系列，如R3、R5、 R7、R9等；霄龙（EPYC）系列，
用于服务器和工作站。
ARM
Cortex-A系列，用于高端智能手 机和平板电脑；Cortex-R系列， 用于实时性要求较高的嵌入式系 统；Cortex-M系列，用于低功
耗嵌入式系统。
03
存储设备
内存储器
05
输出设备
显示器与显卡
显示器类型
常见的显示器类型包括液 晶显示器（LCD）、发光 二极管显示器（LED）和 有机发光二极管显示器 （OLED）等。
显示器参数
分辨率、刷新率、色域覆 盖率和亮度等是评价显示 器性能的重要指标。
显卡功能
显卡是连接主机和显示器 的重要桥梁，负责将CPU 处理后的图像数据转换为 显示器可以识别的信号， 并驱动显示器显示图像。
接口定义
接口（Interface）是计算机系统中两个独立 部件进行信息交换的共享边界。
总线分类
按照功能划分，总线可分为数据总线、地址 总线和控制总线。
接口功能
接口的功能包括寻址与识别、数据缓冲与时 序控制等。
计算机硬件的连接方式
01
02
ห้องสมุดไป่ตู้
03
线路连接方式
通过电缆或导线将计算机 各部件连接起来，实现数 据传输和通信。
算术逻辑单元（ALU）
负责执行各种算术和逻辑运算，如加、 减、乘、除、与、或、非等。
寄存器组
包括通用寄存器、程序计数器 （PC）、堆栈指针（SP）等，用于 暂存数据和地址。
高速缓存（Cache）
位于CPU和主存之间，用于提高数据 访问速度。
CPU的性能指标
主频
计算机硬件技术基础(第三版)
1． 1971：全球第一块微处理器4004芯片 4004主要用来处理算术运算，它集成了2300多个晶体管，具有4 位带宽，工作频率为108KHz，寻址空间只有640B。这些参数和 当今流行的Pentium 4相比，简直就是“小巫见大巫”，但它对 整个微处理器领域的影响，却远在后者之上。
2． 新一代8位微处理器8080 在1974年Intel又推出了新一代8位微处理器芯片—8080。8080
计算机硬件技术基础
（4）Pentium Ⅲ
Intel于1999年2月发布了Pentium Ⅲ芯片。Pentium Ⅲ称为“多能奔腾二代处理机”。CPU主频更达到 733MHz，芯片内集成进了2800万个晶体管，体积更小。 Pentium Ⅲ由于增加了MMX指令，其浮点运算和三维 处理能力明显增强。
采用补码运算主要是为了解决使减法运算变 成加法运算的问题。 补码的减法规则是： [X-Y]补= [X]补+ [-Y]补
计算机硬件技术基础
例：假设机器字长为8位二进制数，计算65 10。
解： [X-Y]补= [65]补+ [-10]补 [65]补=01000001， [-10]补=11110110
01000001
PentiumⅡ虽采用了与Pentium Pro相同的核心结构，增加了MMX指令 集，以加速16位操作系统的执行速度。在PentiumⅡ里面，集成进750万个 晶体管，比Pentium Pro多了200万个晶体管。
Intel将PentiumⅡ上的一级高速缓冲存储器Cache从16KB加倍到32KB， （16KB指令Cache +16KB数据Cache）。
课件使用说明： 1、所用计算机上应装载有flash软件 或插件，本课件的动画要用。 2、单击课件上的箭头按钮，则启动 动画操作。 3、单击课件上的方块按钮，则停止 动画操作。 二者可随时进行交换操作。
2． 新一代8位微处理器8080 在1974年Intel又推出了新一代8位微处理器芯片—8080。8080
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（4）Pentium Ⅲ
Intel于1999年2月发布了Pentium Ⅲ芯片。Pentium Ⅲ称为“多能奔腾二代处理机”。CPU主频更达到 733MHz，芯片内集成进了2800万个晶体管，体积更小。 Pentium Ⅲ由于增加了MMX指令，其浮点运算和三维 处理能力明显增强。
采用补码运算主要是为了解决使减法运算变 成加法运算的问题。 补码的减法规则是： [X-Y]补= [X]补+ [-Y]补
计算机硬件技术基础
例：假设机器字长为8位二进制数，计算65 10。
解： [X-Y]补= [65]补+ [-10]补 [65]补=01000001， [-10]补=11110110
01000001
PentiumⅡ虽采用了与Pentium Pro相同的核心结构，增加了MMX指令 集，以加速16位操作系统的执行速度。在PentiumⅡ里面，集成进750万个 晶体管，比Pentium Pro多了200万个晶体管。
Intel将PentiumⅡ上的一级高速缓冲存储器Cache从16KB加倍到32KB， （16KB指令Cache +16KB数据Cache）。
课件使用说明： 1、所用计算机上应装载有flash软件 或插件，本课件的动画要用。 2、单击课件上的箭头按钮，则启动 动画操作。 3、单击课件上的方块按钮，则停止 动画操作。 二者可随时进行交换操作。
第1章 计算机基础知识
CCUTSOFT
计算机硬件技术基础
第1章 计算机基础知识
工作站——随着 台 式 PC 的 功 能 变 得 越来越强， 越来越强，这一术语 现在通常是指连接到 网络的系统。 网络的系统。
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计算机硬件技术基础
第1章 计算机基础知识
微型计算机——简 微型计算机——简 称微机，也称为“个人 计算机”, 计算机”,英文名为 PC(Personal Computer)。 Computer)。
3.运算速度 3.运算速度
运算速度是指计算机每秒钟能执行多少条指 令，它的单位是百万次/秒。 它的单位是百万次/
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计算机硬件技术基础
第1章 计算机基础知识
4.内存容量 4.内存容量 内存容量，指随机存储器RAM存储容量的大小。 内存容量，指随机存储器RAM存储容量的大小。 计算机可运行程序的大小和程序运行的效率都是由它 决定的，它标志着计算机的工作能力。 5.硬盘容量 5.硬盘容量 硬盘容量反映了计算机存储数据的能力。硬盘容 硬盘容量反映了计算机存储数据的能力。硬盘容 量越大，价格也越贵。计算机存储容量的基本单位是 比特（bit），我们将8个比特称作1 比特（bit），我们将8个比特称作1个字节，即 8bit=1B。 8bit=1B。
第1章 计算机基础知识
第一代电子计算机代表机型IBM650小型机
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计算机硬件技术基础
第1章 计算机基础知识
第二代计算机——晶体管计算机(1958第二代计算机——晶体管计算机(1958-1965)
基本特征是逻辑元件逐步由电子管改为晶体管, 基本特征是逻辑元件逐步由电子管改为晶体管,运 算速度大到每秒几十万次，内存容量扩大到几十KB。 算速度大到每秒几十万次，内存容量扩大到几十KB。 同时, 同时,计算机软件也有了较大的发展， 出现了 FORTRAN、COBOL、ALGOL等高级语言。除了科 FORTRAN、COBOL、ALGOL等高级语言。除了科 学计算外，还用于数据处理和事务处理。
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控制总线CB 用于传送控制信号的一组信号线。它包括微处理器向存 储器发送的读选通信号 RD 、写选通信号 WR，以及外设向 微处理器发送的中断请求信号NMI、INTR等。控制总线的 各位作用不同，且一般都是单向的。
3.微型计算机系统
微机系统各类接口框图
1.2 微型计算机的基本工作过程
1. 微型计算机的主要组成部分及功能 1）微处理器的内部硬件结构
OF溢出标志 OF= 1 0 有溢出 无溢出
1
0
运算结果为负
运算结果为正
若A－B 后有 ZF=1，则 A = B 如：两无符号数A、B进行比较 ： 若A－B 后有 CF=1，则 A ＜ B 若是带符号数进行大小比较，能用CF标志来判断？ 例：A=FFH，B=01H；A－B=FEH，此时CF=0，A＞B？
CF进位标志 CF=
算术逻辑单元
标志寄存器
AF辅助进位标志 AF= 1 0 运算时有辅助进/借位 运算时无辅助进/借位
1
0
运算时产生了进/借位
运算时无进/借位
ZF零标志 ZF= 1 0 运算结果为零 运算结果非零
PF奇偶标志
PF= 1 0 运算结果中“1”的个数为偶数 运算结果中“1”的个数为奇数
SF符号标志 SF=
② A=15D，B=－5D， A－B有：
0 0 0 0 1 1 1 1 B ＋ 0 0 0 0 0 1 0 1 B 0 0 0 1 0 1 0 0 B SF = 0 A ＞B ？
对带符号数的大小判断应先判溢出标志 OF ，即
A－B 后，若OF = 1 则
SF = 1
SF = 0
A ＞ B
A ＜ B
整体概念，使学生具有运用现代微机技术进行软、硬 件设计开发的坚实基础，具有分析解决实际问题的能 力和创新意识。 要求： 既要学会动脑，也要学会动手
课程的作用
该课程为电气信息类、机械自动化、机械电子、化 工自动化、航空航天、智能交通等专业的专业基础课， 在这类专业的课程体系设计中本课程起作承前启后的关 键作用，它前承电工电子学、数字电路、模拟电路课程 ，后起计算机接口技术及应用、嵌入式技术及应用、数 控技术、机器人技术、机械电气控制及自动化、微型传 感器与驱动器等课程，其应用领域涉及汽车、建筑、环 境、医药、交通、材料、半导体、信息处理等众多学科 领域，是一门多学科交叉的基础课程。 前修课程： 电工电子学（数字电路、模拟电路） 后续课程： 计算机综合项目训练等
微处理器是微型计算机的运算和控制指挥中心。它主要由运算器、 控制器和寄存器组三个主要部件以及内总线组成。
① 运算器
由累加器（ Accumulator ， A ）、暂存器（ Temporary ， TMP ）、 算 术 逻 辑 单 元 （ Arithmetic Logic Unit ， ALU ） 、 标 志 寄 存 器 （Flag Registers，F）和一些逻辑电路组成。 累加器
（3）数据总线、地址总线、控制总线
数据总线DB 用于实现CPU与内存储器或I/O设备间的信息交换。DB是
双向总线。DB的位数越多（宽），一次传输的数据信息 量就越大，8位DB一次只能传输1个字节的数据信息，而 64位DB则一次可以传输8个字节的数据信息。
地址总线AB
用来确定 CPU 要访问的内存单元或 I/O 端口的地址信号， 它是由微处理器发出，故 AB 为单向总线。 AB 的位数越宽， 寻址的空间就越大。对于地址总线为 16 位的微处理器而 言，即有 AB15 ～ AB0 16 条地址线，寻址范围为 216=64KB ； 对 于 地 址 总 线 为 32 位 微 处 理 器 而 言 ， 其 寻 址 范 围 为 232=4GB。
方法一：数值与符号分开判断
对带符号数的大小判断有两种方法 方法二：数值与符号同时判断
例：若A＞0 ，B＜0 ，应有A＞B 成立
① A=100D，B=－50D， A－B有： 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 B SF = 1 A＜B ？
任课教师：黄 勤 联系电话：65106554
邮件地址：huangqin@
学习方式： 考试形式：
预习+听课+自学+复习 开卷
考试分数计算： 笔试 70% (期中 10%，期末 60%） 实验 20% 平时 10%
课程教学目的要求
目的:使学生从理论和实践上掌握现代微型计算机的
基本组成、工作原理及典型接口技术，建立微机系统
主 板
电路原理图
模拟电子技术基础、数字电子技术基础、电工电子学
印制电路板图（PCB板图） PCB板制作软件（自学）
印制电路板
计算机综合项目训练
第 1章
㈠ 教学目标
微型计算机基础
介绍微机的基本知识以及微机系统的结构、工作原理、 主要性能指标及应用发展概况。 ㈡ 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。
2.微型计算机基本工作过程
计算机的核心是CPU，了解CPU的工作过程对于理解计算机内部工作原理
非常重要。为了便于理解，下面以模型机执行简单程序为例，说明程序的执 行过程：
取指令、分析指令、执行指令
1.3
1. 二进制
微型计算机的运算基础（复习）
2. 二进制（B）与十进制（D）、十六进制（H）间的转换 3. 带符号数在计算机中的表示方法
若OF = 0 则
SF = 0 SF = 1
A ＞ B A ＜ B
② 控制器
实现取指令、分析指令（指令译码）和执行指令。
③ 寄存器组
寄存器组主要包含两类寄存器，分别是通用寄存器，供用户使用；专 用寄存器，如程序计数器、堆栈指示器。
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）， 从栈区中取出数据称为弹出（POP）。
通常将在计算机中使用的、连同符号位一起数字化了的二进制数称 为机器数。机器数所表达的真实值对应的十进制数叫真值。
4. 原码、反码、补码 5. ASCII码 6. BCD码
分离BCD码、组合BCD码
7. 二进制间的加减运算及逻辑（与、或、异或、非）运算
第 1章
1.1
微型计算机基础
微型计算机的组成
1.2 1.3 1.4
微型计算机的基本工作过程 微型计算机的运算基础 典型微型计算机
1.1
微型计算机的组成
微型计算机系统？
硬件和软件两大部分组成
微型计算机
系统软件、应用软件
1.CPU(中央处理器、微处理器）
运算器、控制器、寄存器组
主要功能：实现运行、计算和控制
堆栈指示器SP用于指 示当前栈顶元素所在的位 SP 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.
┇
N-K N-K+1
数据存放方式为 先进后出(FILO)
┇
N-1 N
堆栈区 （K个单元）
2）存储器
见教材P7 见教材P8
见教材P8
┇
3）输入/输出接口
4）输入输出设备
2.微型计算机
（1）微型计算机的硬件结构特点
微型计算机在硬件上普遍采用总线结构，总线结构使系统构成 方便，并具有很好的可维护性和可扩展性。
根据总线的组织方式，可把微型计算机的硬件结构分为单总线结构、双 总线结构和双层总线结构
（2）总线
所谓总线，就是一组用于信息传输的公共信号线，连在总线上的
所有部件均能使用的公共线路，但使用必须是分时的。按传输信息方 向，总线分为只能单方向传输信息的单向总线和可以双向传送信息的 双向总线。按传输信息类别，总线分为传输数据信息的数据总线 （Data Bus ,DB）、传输地址信息的地址总线（Address Bus ，AB ） 和传输控制信息的控制总线（Control Bus, CB）。
计算机硬件技术基础
学时数安排
讲课： 32学时 实验： 32学时 课程教材:
任课教师：黄 勤 联系电话：65106554
邮件地址：huangqin@
实验课程教材及课外指导:
计算机硬件技术基础（第二版）邹逢兴主编 -----高等教育出版社 微型计算机原理与接口技术项目教程（第2版）杨居义主编 -----清华大学出版社 计算机硬件技术基础学习指导 -----重庆大学出版社 微型计算机原理及接口技术实验教程 -----重庆大学出版社 2015.9