第一章 微机基本组成与工作原理讲解学习
第一章微型计算机基础
(2)反码表示法
数的最高位表示数的符号,数值部分对于正数 同真值,对于负数是真值各位取反,这种表示法 就叫反码表示法。
1.对于正数: 符号位用0表示,数字位同真值 2.对于负数: 符号位用1表示,数字位为真值 按位取反。
例 x=+91=+10l1011B [x]反=01011011B 例 y=-91=-1011011B [y]反=10100100B “0”的表示:[+0]反=00000000B [-0]反 =11111111B 对于8位机,反码可表示的数的范围:-127~ +127。
0⊕1=1 读作0“异或”1等于1
1⊕0=1 读作1“异或”0等于1
1⊕1=0 读作1“异或”1等于0
例:
10101111
⊕11000010
01101101
1.2.2计算机中带符号数的表示方法
几个概念: 无符号数 机器数
带符号数 真值
机器数的三种表示方法: 原码表示法 反码表示法 补码表示法
(1)原码表示法
将传统计算机的运算器和控制器集成在一块大 规模集成电路芯片上作为中央处理部件,简称为微 处理器(CPU),微型计算机是以微处理器为核心,再 配上存储器、接口电路等芯片构成的。
微处理器按照其功能可以分为两大部分:总线接口单元 (BIU)和执行单元(EU)。 按照计算机CPU、字长和功能划分,经历了5代的演变: ➢ 第一代(1971年~1973年):4位和8位低档微处理器 ➢ 第二代(1974年~1978年):8位中高档微处理器 ➢ 第三代(1978年~1980年):16位微处理器 ➢ 第四代(1981年~1992年):32位微处理器 ➢ 第五代(1993年以后):全新高性能奔腾系列微处理
微机原理PPT(第一、二、三章)
格雷码
相邻两个数之间只有一位不同,常用 于模拟量和数字量之间的转换以及误 差检测等场合。
03
微处理器结构与工作原理
微处理器内部结构剖析
微处理器基本组成
流水线技术
包括运算器、控制器、寄存器等基本 部件。
提高指令执行效率的关键技术之一。
指令执行过程
取指、译码、执行、访存、写回等阶 段。
指令系统概述及分类方法
实现不同进制数之间的转换。
计算机中数的表示方法
原码表示法
将最高位作为符号位,其余各位表示 数值本身。
反码表示法
正数的反码与其原码相同,负数的反 码是在其原码的基础上,符号位不变, 其余各位取反。
补码表示法
正数的补码与其原码相同,负数的补 码是在其原码的基础上,符号位不变, 其余各位取反后加1。
移码表示法
02
计算机中的数与编码
进制数及其转换方法
十进制数
以10为基数,采用0-9共10个 数字符号组成的数值表示方法
。
二进制数
以2为基数,采用0和1两个数字 符号组成的数值表示方法。
十六进制数
以16为基数,采用0-9和A-F共 16个数字符号组成的数值表示 方法。
进制数转换方法
包括整数部分和小数部分的转换 ,通过除基取余法和乘基取整法
微机原理ppt(第一、二 、三章)
目录 CONTENT
• 绪论 • 计算机中的数与编码 • 微处理器结构与工作原理 • 汇编语言程序设计基础 • 输入输出接口技术与应用 • 中断系统与定时/计数器应用
01
绪论
微机原理课程概述
课程性质
微机原理是一门研究微型计算机 基本组成、工作原理、接口技术
及其应用的课程。
nCH1 基础知识(1)已读
2. 存储器M 存储器=内存+外存——存储数据和程序。 内存和CPU直接相连, 存放当前要运行的程序和数据。
特点是存取速度快, 基本上可与CPU处理速度相匹配, 但价
格较贵, 能存储的信息量较小。 外存(也称辅存), 保存暂时不用但又需长期保留的程 序和数据。外存的存取速度相对较慢, 但价格较便宜, 可保 存的信息量大。
存放在外存的程序必须调入内存才能进行。
3、输入/输出接口(I/O接口) 输入/输出(I/O)接口由大规模集成电路组成的I/O器 件构成。 连接主机和相应的I/O设备(如: 键盘、 鼠标、显示器、 打印机等), 使得这些设备和主机之间传送的数据、信息 在形式上和速度上都能匹配。不同的I/O设备必须配置与其 相适应的I/O接口。
5
运 算 器
程 序 计 数 器
累加 器A
1 2 3
地 址 寄 存 器
外部AB
程序存 储器
据 缓 数 器
数据存 储器
内部DB 数
外部DB
寄存器区 指令 寄存 器译 码
4பைடு நூலகம்
外部CB
CPU部分
• 增加MOV A,#9分析: • 0000H 74H 09H MOV A,#9 • 0002H 78H 20H MOV R0,#20H • 0004H 26H ADD A,@R0 (1)00H->PC取指:分析74H执行取立即数 (2)01H->PC取指令(数据)执行存入A • 02H->PC取指:分析78H执行取立即数 • 03H->PC取指令(数据)执行存入R0 • 04H->PC取指:分析26H执行加法
第一章 基础知识(12-01)
要点:
微机基本组成
微机单片化
微机第一章教学讲义
根据需求选择合适的应用软件,注意软件的 安全性和稳定性。
常见应用软件
办公软件、图像处理软件、浏览器等。
应用软件发展趋势
智能化、云化、移动化等。
微机应用软件
应用软件定义
为解决特定问题或满足特定需求而开发的软 件。
应用软件选择
根据需求选择合适的应用软件,注意软件的 安全性和稳定性。
常见应用软件
微机的发展历程与趋势
总结词
微机的发展经历了多个阶段,未来将朝着更加智能化 、个性化、云端化等方向发展。
详细描述
自20世纪70年代第一台微机问世以来,微机的发展经 历了多个阶段。从最初的大型计算机到小型计算机,再 到个人计算机和笔记本电脑,微机的体积越来越小,功 能越来越强大。未来,随着人工智能、物联网、云计算 等技术的不断发展,微机将朝着更加智能化、个性化、 云端化等方向发展。智能化可以使微机更加智能地响应 用户需求,个性化可以让用户根据自己的需求定制微机 ,云端化则可以使微机更加方便地与互联网进行连接和 交互。
总结词
掌握网络基础知识,理解网络协议和拓扑结构。
详细描述
介绍网络的基本概念、分类和拓扑结构,讲解IP地址、DNS、路由器等网络设备 的作用和工作原理,以及TCP/IP协议簇的组成和原理。
微机多媒体应用
总结词
熟悉多媒体技术,掌握音频、视频处 理和流媒体技术。
详细描述
介绍多媒体技术的概念、分类和应用 领域,讲解音频、视频的编码、解码 和压缩技术,以及流媒体技术的原理 和应用。
在软件列表中找到需要卸载的软件,点击卸载按钮进行卸载。
04
微机进阶知识
04
微机进阶知识
微机网络基础
总结词
掌握网络基础知识,理解网络协议和拓扑结构。
微机系统组成及工作原理
VS
输出设备
是计算机硬件系统的终端设备,用于接收 计算机数据的输出显示、打印、声音、控 制外围设备操作等。也是把各种计算结果 数据或信息以数字、字符、图像、声音等 形式表现出来。常见的输出设备有显示器 、打印机、绘图仪、影像输出系统、语音 输出系统、磁记录设备等。
总线与接口
总线
是各种功能部件之间传送信息的公共通信干 线,它是由导线组成的传输线束, 按照计 算机所传输的信息种类,计算机的总线可以 划分为数据总线、地址总线和控制总线,分 别用来传输数据、数据地址和控制信号。总 线是一种内部结构,它是cpu、内存、输入、 输出设备传递信息的公用通道,主机的各个 部件通过总线相连接,外部设备通过相应的 接口电路再与总线相连接,从而形成了计算 机硬件系统。
微机系统组成及工作原理
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目 录
• 微机系统概述 • 微机硬件组成 • 微机软件组成 • 微机工作原理 • 典型微机系统举例分析 • 总结回顾与拓展延伸
目 录
• 微机系统概述 • 微机硬件组成 • 微机软件组成 • 微机工作原理 • 典型微机系统举例分析 • 总结回顾与拓展延伸
设备驱动程序
连接和控制系统硬件设备的软件,如显卡驱动 、打印机驱动等。
数据库管理系统
存储、管理和检索数据的软件,如MySQL、 Oracle等。
系统软件
操作系统
管理硬件资源,提供程序运行环境,如 Windows、Linux等。
设备驱动程序
连接和控制系统硬件设备的软件,如显卡驱动 、打印机驱动等。
数据库管理系统
开发工具
辅助程序员进行软件开发和调试 的工具,如集成开发环境(IDE)、
编译器、调试器等。
版本控制工具
微机组成与工作原理课件
输入/输出接口的功能与类型
功能 数据缓冲:接口中一般设置有数据寄存器,用于数据的暂存和缓冲。
状态检测:接口可以检测外设的状态,如是否准备好、是否忙碌等。
输入/输出接口的功能与类型
• 数据转换:接口可以实现数据格式的转换,如并行数据与串行 数据之间的转换。
输入/输出接口的功能与类型
01
类型
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03
01
_start
02
mov eax, [num1] ; 将num1的值加载到eax寄存器
add eax, [num2] ; 将num2的值加到eax寄存器
03
汇编语言的基本概念与编程示例
• mov [result], eax ; 将结果保存到result变量
汇编语言的基本概念与编程示例
• ; 结束程序
实现人与机器之间的交互:通过指令系统,程序员可以 使用人类可读的指令来控制计算机硬件。
功能
完成各种基本操作:指令系统包括各种基本操作命令, 如算术运算、逻辑运算、数据传输等。
指令格式与寻址方式
指令格式
指令通常由操作码和操作数两部分组 成。操作码指明要执行的操作,操作 数则是操作的对象。
寻址方式
寻址方式指的是如何找到操作数的地 址。常见的寻址方式有立即寻址、直 接寻址、间接寻址、寄存器寻址等。
微机的性能评估指标
01
02
03
04
处理速度
评估微机每秒钟可以执行多少 百万条指令(MIPS)。
存储容量
评估微机的存储器容量,包括 RAM、ROM等。
功耗
评估微机在正常工作状态下的 电能消耗。
可靠性
评估微机的平均无故障时间( MTBF)和故障率。
微型计算机原理
微型计算机原理第一章微型计算机系统导论微型计算机是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(主机)。
微型计算机系统是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(统称硬件)以及指挥计算机工作的系统软件所构成的系统(图见P4)。
冯·诺依曼体系:·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的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。
总线:是指计算机中各功能部件间传送信息的公共通道(单)地址总线AB:在对存储器或I/O端口进行访问时,传送有CPU提供的要访问的存储单位或I/O端口的地址信息。
(双)数据总线DB:从存储器取指令或读写指令对I/O端口进行读写操作时,指令码或或数据信息通过数据总线送往CPU或由CPU送出。
(单)控制总线CB:各种控制或状态信息通过控制总线由CPU送往有关部件,或者从有关部件送往CPU。
微处理器是微型计算机的核心,它是将计算机中的运算器和控制器集成在一块硅片上制成的集成电路芯片,也称为中央处理单元(CPU)。
微处理器由运算器ALU、控制器CU、内部寄存器R三部分组成。
1、运算器:又称算术逻辑单元,用来进行算术或逻辑运算以及移位循环等操作。
参加运算的两个操作数一个来自累加器A,另一个来自内部数据总线,可以是数据缓冲寄存器DR中的内容,也可以是寄存器阵列RA中某个寄存器的内容。
2、控制器:又称控制单元,是全机的指挥中心。
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。
控制器包括:a、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。
当执行一条指令时,先把它从内存取到数据缓冲寄存器DR中,然后再传送到指令寄存器IR中。
b、指令译码器ID:用来对指令寄存器IR中的指令操作码字段进行译码。
微机的组成与基本工作原理课件
定的工作环境。
扩展卡
扩展卡定义
扩展卡是用于扩展微机功能的插卡,如显卡、声卡、网卡等。
扩展卡种类
扩展卡有多种类型,如PCI、PCI-E、AGP、ISA等。
扩展卡功能
扩展卡能够增强微机的特定功能,如图像处理、声音处理、网络 通信等。
电源与机箱
电源定义
电源是为微机提供电力的设备,它负责将交流电转换为直流电供 给微机使用。
人工智能技术与微机的结合
人工智能技术与微机的结合可以实现更加智能化、自 动化的应用和服务。例如,通过机器学习算法对用户 数据进行挖掘和分析,可以实现个性化推荐、智能客 服等功能;通过深度学习算法对图像进行处理和分析 ,可以实现智能图像识别等功能。这些应用和服务可 以提高用户体验和满意度,同时也可以为企业提供更 高效、更智能的解决方案。
内存储器
01
02
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在处理或即将处理的数 据。
读写速度
内存储器的读写速度比硬 盘等外部存储设备要快得 多。
容量
内存储器的容量通常以兆 字节(MB)或千兆字节 (GB)来衡量。
输入输出设备
输入设备
输入设备包括键盘、鼠标、触摸屏、扫描仪等, 用于向计算机输入数据或指令。
CPU的工作流程
CPU从存储器中取出指令并译码,然后根据指令所要求的内容进行运算,并将 运算结果暂存器中,最后把暂存器中的结果送回存储器中,以便以后使用。
03
微机的硬件系统
总线
总线定义
总线是微机系统中各部件之间进行数据传输的公共通道。
总线分类
根据传输速度,总线可分为高速和低速总线;根据连接部件,总线 可分为内部和外部总线。
数据库管理系统是用 于创建、管理和维护 数据库的软件。
第1讲微机基础知识PPT课件
数制及转换 无符号二进制数 有符号二进制数 信息的编码
四、计算机机工作原理
20 /51
二、微机的基本知识 2.3 有符号二进制数
0”+”,1”-”,将符号数码化并放在最左端。 直接用“+”和“-”来表示其正负的数为有符号数的 真值。连同一个符号位在一起的一个数称为机器数。机器数 的长度称为字长。
二进制位数长度 为8,字长为8.
进一步深刻理解微处理器 的工作,并应用汇编语言 实现对微处理器的使用
▪第四~八章 接口及应用 前述内容综合应用
5 /51
第一讲 微机基础知识
内容提要:
一、微机的系统构成(自学) 二、微机的基本知识 三、常用术语解析 四、计算机机工作原理
6 /51
一、微机的系统构成 1.1 基本概念
微机系统由硬件系统和软件系统两大部分构成。 软件系统可分为系统软件和应用软件。 硬件系统从外观上看包括: CPU、内存、各种外存、显卡与显示器、声卡与音箱、网 卡、键盘、鼠标、以及连接上述部件的主板,机箱和电源。
数制的权:某一位所具有的值。如102,101等,不随 位上数字的改变而改变,只是和位置有关。
对于不同的数制,基与权可以相应的改变。
名称
基本数码
逢 十进制 D 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
R 二进制 B 0 1
进 一
八进制O或Q 0 1 2 3 4 5 6 7
十六进制 H 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B CD E F
例6:将二进即制数32171.0114Q0=00011B1转01化0成11八1进.0制01形100B
式。
001→1
010→2
011→3
即 (011010001)2= (321)8
微机原理入门
第一章微型计算机系统概述本章教学重点:1.微型计算机的系统组成2.IBM PC系列机的主板机1.1 微型计算机的发展和应用1.1.1 微型计算机的发展1944年,计算机之父,著名数学家冯诺依曼(Von Neumann)提出了采用二进制计算存储程序并在程序控制下自动执行的思想,并按这一思想提出计算机的模式由五个部件构成:运算、控制、存储、输入、输出,直到今天,基本结构仍然没有大的改变。
1946年,世界上出现第一台数字式电子计算机ENIAC(电子数据积分器),这台计算机用电子管实现,编程通过接插线进行,采用字长10位的十进制计数方式,每秒可进行5000次加法运算。
到今天为止,短短半个世纪,电子计算机发展已经历了四代。
由电子管为逻辑部件到晶闸管,到集成电路,再到大规模、超大规模集成电路为主要部件,同时还在软件方面以操作系统、管理系统等得到了飞速发展。
1971年,Intel公司设计了世界上第一个微处理器芯片Intel4004 ,开创了一个全新的计算机时代—微型计算机时代。
因此,微型计算机就是指这样的计算机:以大规模、超大规模集成电路为主要部件,以集成了计算机主要部件——控制器和运算器的微处理器为核心所构造出的计算机系统。
从1971年的30年间,微型计算机的发展也经过了四代并出现了第五代:第1代(1971-1972):4位和低档8位微机:4004→4040→8008第2代(1973-1977):中高档8位微机:Z80(Zilog公司)、I8085(Intel)、M6800(Motorola),中后期有Apple-II(Apple),MCS-48和MCS-51(Intel)第3代(1978-1984):16位微机:8086/ 8088 →80286,1981年选用8088开发了IBM PC系列机,本书主要介绍就是8088微处理器芯片和IBM-PC系列机,并扩展到第四代的32位微处理器和32位微机系统。
第4代(1985-1999):32位微机80386 →80486→Pentium →Pentium II →Pentium III →Pentium 432位PC机、Macintosh机(Apple)、PS/2机(IBM) 第5代:(2000-至今):64位微机Titanium 、64位RISC微处理器芯片服务器、工作站。
《微机的基础知识》课件
3 网络协议
探讨常用的网络协议,如TCP/IP、HTTP和FTP 等。
4 有线网络和无线网络
比较有线网络和无线网络的优缺点及其适用 场景。
第五章:计算机维护与管理
硬件维护
介绍计算机硬件的维护方法和常见故障的排除。
软件维护
解释常见的软件维护任务,包括安装更新、检查病 毒等。
病毒防范与处理
讨论病毒的威胁、防护措施和应对方法。
自我提高的路径和方法
分享提升自身技能和知识的途径和方法。
第三章:计算机软件
1
操作系统
介绍不同操作系统的特点、功能以及在计算机上的应用。
2
应用软件
探讨常见的办公软件、设计软件以及娱乐软件等。
3
开发工具
介绍常用的编程语言、集成开发环境以及调试工具。
第四章:计算机网络
1 网络基础知识
解释网络的基本概念,包括协议、地址、数 据传输等。
2 网络拓扑
介绍常见的网络拓扑结构,如星型、总线型 和环型。
系统备份与恢复
介绍计算机系统备份和恢复的重要性和方法。
第六章:计算机安全
计算机安全威胁
探讨计算机安全面临的威胁和 风险,如黑Fra bibliotek攻击和网络钓鱼。
防范措施
介绍保护计算机安全的基本措 施,如使用强密码和安全软件。
安全管理
讨论组织内部的安全管理策略, 如访问控制和安全培训。
结束语
微机的未来发展
展望微机技术的发展趋势和应用前景。
《微机的基础知识》PPT 课件
本课件介绍微机的基础知识,包括微机的概述、计算机硬件、计算机软件、 计算机网络、计算机维护与管理以及计算机安全等方面的内容。
第一章:微机的概述
第一章微型计算机基础知识
第一章微型计算机基础知识第一章微型计算机基础知识§1-11-1.1微型计算机微型计算机的组成微型计算机是大规模集成电路发展的产物,自1971年微型计算机问世以来,经过近30年的发展,它的应用范围之广,已达到了惊人的地步。
计算机除在科学计算领域中大显身手外,还在大到航天技术、人造地球卫星,小到家用电器等控制领域中大显神威,可以讲,计算机在现代社会中已是无孔不入。
而在不同领域和不同场合使用的计算机,其组成的形式和外观差异是很大的,如人们通常所见的微型计算机,由主机箱、键盘和显示器等组成,有的还配有打印机等。
也有一些计算机系统的组成与上述组成差别较大,如微电脑控制的家用洗衣机上的计算机,与洗衣机组成一体,没有通常所见的主机箱、键盘和显示器等,但在洗衣机上有塑料薄膜按键用于操作和选择工作状态,用发光二极管的亮灭来指示洗衣机的工作状态,这也是一种形式的计算机系统。
但是,不管计算机系统的形式和外观如何变化,计算机的基本组成结构还是有一定的模式,可以分为五大部分,如图1-1所示,其中最关键的一大部分就是运算器和控制器,它们组成中央处理单元CPU,从广义的角度来讲,只要具有中央处理单元CPU,其他部分不论如何组合,都可认为这就构成了计算机。
1.运算器运算器是计算机对各种代码信息进行处理的主要部件,这好比是人的大脑。
运算器对各种二进制数据进行运算、逻辑判别最后得出结果。
运算器由算术逻辑单元、寄存器、加法器以及一些控制电路等组成。
1-1 总线BUS 输入设备输出设备运算器存储器输入指令输出指令操作指令存取指令控制器图1-1 微型计算机的组成第一章微型计算机基础知识2.控制器控制器是计算机的总指挥部,由控制器发出控制指令,实现计算机各部分之间的有机联系,使计算机各部分能协调一致地工作。
控制器如同马路上的交通警察,控制器由时序电路和一些逻辑电路构成。
3.存储器计算机的存储器分为内存储器和外存储器二部分。
存储器是用于存放计算机程序、计算机参数设置、原始数据、中间结果或最终结果的部件。
微机组成与工作原理讲授内容
“微机组成与工作原理”讲授内容
第一章微机组成与工作原理
通过微机实际组成(CPU、主板、存储器、I/O接口、I/O设备)、原理组成(输入设备、输出设备、运算器、存储器、控制器)、概念组成(CPU、内存储器、I/O接口、I/O设备、总线)讲授微机的基本组成、功能、相互关系,并通过微机上进行的一个运算实例,讲授从程序编制、输入、存储、运算、输出整个过程中,数据流在微机各部件的流动过程、控制过程。
以加深对微机工作过程和工作原理的理解。
第二章微处理器
通过对微机中核心部件微处理器发展过程的讲授,以了解各种CPU的功能、组成、结构及采用的技术,并通过对当前CPU的结构组成、实现新技术的讲解,以明确CPU的特点及发展方向。
通过对微机中断概念、中断处理过程、中断控制器的讲解,了解和掌握中断在微机中的重要性、中断管理和处理的方法及工作原理。
通过对总线的介绍,了解总线的组成、作用,了解和掌握总线上信息的传送过程和控制方法,以加深对总线数据流控制的理解。
第三章存储器
通过对微机中各种存储器分类、特点的讲授,了解各种存储器在微机中所起的作用。
通过对微机存储器系统的组成、工作原理的介绍,了解和掌握Cache存储系统、虚拟存储器的基本工作原理。
通过对存储器芯片与总线的连接、存储器扩展的讲授,了解存储器的组成及工作原理。
第四章I/O设备与I/O接口
通过I/O接口的组成、功能、控制方法的讲授,了解I/O设备的程序、数据I/O过程及I/O工作原理,了解接口卡在微机中的作用,了解微机的串口、并口、USB接口组成,使用方法。
通过微机的检测与控制应用举例介绍,以了解I/O处理过程,了解微机闭环控制的工作原理。
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第一章微机基本组成与工作原理前言“微机组成与工作原理” 是电气信息类本科生教学的主要学科基础课之一,是自动控制、工业自动化、电气技术、电力系统及其自动化、自动化仪表等自动化类专业的一门重要的专业基础课,也是无线电类、机械类等其它许多非自动化类专业的一门专业基础课。
本课程紧密结合电气信息类的专业特点,围绕微型计算机原理和应用主题,以Intelx86CPU为主线,系统介绍微型计算机的基本知识、基本组成、体系结构和工作模式,从而使学生能较清楚的了解微机的结构与工作流程,建立起系统的概念。
在此基础上,课程详细介绍了微机中的常用接口电路原理和应用技术,并对现代微机系统中涉及的总线技术、高速缓存技术、数据传输方法、高性能计算机的体系结构和主要技术作了简要分析。
课程通过课堂教学和一定量的实验教学相结合,使学生建立起“程序存储和程序控制”的牢固概念,培养学生进行微机扩展的应用能力和独立分析问题、解决问题的能力。
通过系统的实践教学锻炼,使学生具有一定的软硬件开发能力,为未来的工作和后继课程的学习打下基础。
通过本课程的学习,使学生了解微型计算机系统的特点、工作原理和组织结构,建立起“程序存储和程序控制”的牢固概念,掌握微型计算机接口技术的基本原理和方法,培养学生进行微机扩展的应用能力和独立分析问题、解决问题的能力。
通过系统的实践教学锻炼,使学生具有一定的软硬件开发能力,为开发和应用微型计算机系统打下良好的理论和实践基础。
第一章微机基本组成与工作原理1.1 微型计算机概况微型计算机属于第四代电子计算机产品,即大规模及超大规模集成电路计算机,是继承电路技术不断发展,芯片集成度不断提高的产物。
我们知道,主机按体积、性能和价格分为巨型机、大型机、中型机、小型机和微型机五类,从其工作原理上来讲,微型机与其它几类计算机并没有本质上的差别。
所不同的是由于微机采用了集成度较高的器件,使得其在结构上具有独特的特点,即将组成计算机硬件系统的两大核心部分—运算器和控制器,集成在一片集成电路芯片上,构成了整个微机系统的核心,称为中央处理器CPU,或者微处理器MPU。
在微处理器的基础上,可以进一步构成微型计算机、微型计算机系统。
微处理器即CPU,是微型机的主要核心部件,由运算器和控制器集成而成,构成微机的运算中心和控制中心。
微型计算机由微处理器、接口、I/O设备通过总线连接而成,是属于微机的硬件组成,必须配置上软件,才能发挥作用。
微型计算机系统由硬件和软件构成,硬件由微处理器、接口、I/O设备通过总线连接而成。
软件由系统软件和应用软件构成。
硬件是基础,软件是灵魂,计算机的功能只有在硬件基础上通过软件才能发挥。
微处理器、微型计算机、微型计算机系统的组成及相互关系见图1-1。
图 1-1 微处理器、微型计算机、微型计算机系统构成图1.1.2 微型计算机的分类按照组装形式和系统规模,可以把微型计算机划分为单片机、单板机和个人计算机。
1.单片机将CPU、部分存储器、部分I/O接口集成在一个芯片上,就构成单片机,见图1-2。
单片机图1-2 单片机组成结构图2.单板机将CPU、存储器、I/O接口及部分I/O设备安装在一个印刷线路上,就构成了单板机。
单板机主要用在过程控制中。
单板机组成结构见图1-2。
图1-2 单板机组成结构图3. 个人计算机PC个人计算机PC:在主板上连接CPU、存储器、I/O接口,再配置上外设而成。
PC个人计算机一词源自于1978年IBM的第一部桌上型计算机型号PC,在此之前有Apple II的个人用计算机。
个人计算机能独立运行、完成特定功能。
今天,个人计算机一词则泛指所有的个人计算机、如桌上型计算机、笔记型计算机、或是兼容于IBM系统的个人计算机等。
PC机与苹果机同属于微型计算机 ,但苹果机只是独家生产,而IBM公司却将其产品的各个模块组件的标准予以公布,从而其他公司可以根据这些接口标准生产具备兼容性的计算机,简称兼容机。
单片机、单板机、个人计算机同属于微型计算机,其差别不过是配置多少而已,其内部结构都基本相同,要了解微机的基本构成及功能,可以通过微型计算机的结构组成、原理组成、概念组成三个方面来学习。
1.2 微型计算机的结构组成典型的微机硬件系统包括主机、输入设备、输出设备、存储设备和功能卡(显卡、声卡、网卡、视屏卡等)。
整个硬件系统采用总线结构,总线主要位于主板上,各部分之间通过总线连接,构成一个有机整体。
1.主板主板是一块印刷电路板,安装在微机机箱内。
主板主要由CPU插座、内存条插槽、总线扩展槽、电源转换器件、芯片组、外设接口等组成。
如图1-3所示,在主板上可以安装CPU、内存条、声卡、网卡、显示卡、硬盘、软驱和光驱等硬件设备。
主板的作用是通过系统总线插槽和各种外设接口,将微机中的各部件紧密地联系在一起,是中央处理器(即CPU)与其他部件连接的桥梁。
主板是属于微机的总线,是传输信息的高速公路,为了实现微机与其它非外设的连接,主板设置有并行接口、串行接口、USB接口、键盘鼠标接口,如果是集成主板,则还有RJ45LAN网线接口,喇叭、话筒连接接口,显示器连接接口。
见图1-4。
USB接口,可以串接一组低速设备到一个统一的USB接口上,支持功能传递,而其通信功能不会受到丝毫影响。
USB接口本身就可以提供电力来源,因此外设可以没有外接电源线。
USB接口支持即插即用功能,用户可以完全摆脱添加或去除外设时总要重新开机的麻烦。
图1-3 主板组成图1-4 主板接口 PS2键盘、鼠标接口 并行接口 串行接口四个USB 接口RJ45LAN接口PCI 插槽AGP 插槽 硬盘或光驱的连接外设接CPU 插座内存插槽芯片组2.微处理器CPUCPU即中央处理单元,也称微处理器,是整个微机系统的核心部件,CPU由运算器和控制器组成。
运算器主要完成各种算术运算和逻辑运算,控制器不具有运算功能,它是微机运行的指挥中心,它按照程序指令的要求,有序地向各个部件发出控制信号,使微机有条不紊地运行。
CPU品质的高低直接决定了一个计算机系统的档次。
衡量CPU品质的一个重要指标是主频,主频标志着计算机的处理速度,以兆赫兹(MHz)为单位,主频越高,CPU的处理速度越快。
3.显卡显示卡又称图形加速卡,其主要作用是控制计算机图形输出,它工作在CPU和显示器之间,是CPU与显示器之间的接口电路,是微机主机与显示器连接的桥梁,显示器只有在显示卡及其驱动程序的支持下,才能显示出色彩艳丽的画面。
显示器的显示方式是由显示卡来控制的。
显示卡必须有显示存储器(VRAM),显存越大,显示卡所能显示的色彩越丰富,分辨率就越高显示卡从系统总线类型上可分为ISA、EISA、VESA、PCI和AGP。
4.网卡网卡也叫网络适配器,是计算机与网络连接的接口电路。
利用网卡可以实现计算机与网络的连接与通讯。
5.声卡声卡是多媒体微机中不可缺少的部件。
声卡提供了录制、编辑和回放数字音频以及进行MIDI音乐合成的功能,玩游戏、播放CD、VCD、DVD都需要声卡的支持。
声卡能将话筒或音响设备输入的声音数字化,存储进计算机;声卡还能将计算机处理过的数字语音还原为模拟信号声音,从喇叭输出。
6.视频卡视频卡用来处理运动图像(如25帧/秒)等视频信息,可以将摄像机送来的视频通过采样、量化、编码压缩等方式转换为数字信息,还能视频数字信息还原成声音、图像等模拟信息,通过喇叭、录像机、显示器模拟输出。
视频卡功能见示意图1-5。
存储器见第三章介绍,I/O设备见第四章介绍。
图1-5 视频卡功能示意图1.3 微型计算机的原理组成目前的各种微型计算机系统,从硬件体系结构来看,采用的基本上属于计算机的经典结构----冯·诺依曼结构。
其结构特点是:① 计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部件组成;② 指令和数据以同一形式(二进制)顺序存于存储器中,并可按地址访问;③ 指令由操作码和地址码组成,在存储器中按顺序存放。
通过控制器中设置的程序计数器PC 提供的指令地址,控制下计算机自动执行程序。
现代计算机对冯罗伊曼机及进行了许多改进,其中最重要的是该以运算器为中心为以存储器为中心。
存储器 输入设备 运算器 输出设备 控制器 结 数 指程序数据计算结图1-6 以运算器为中心的冯·诺依曼机组成框图⏹以运算器为中心的计算机结构中,输入的程序和数据必须通过运算器存入存储器中,存储器中的结果也必须通过运算器送到输出设备。
⏹以存储器为中心的计算机结构中,输入的程序和数据可以不通过运算器直接存入存储器,存储器中的结果也可以不通过运算器送到输出设备。
1.3 微型计算机的概念组成⏹微型计算机的概念组成的含义是微机是在总线上直接连接CPU、存储器,而I/O设备由于其速度、信号等不匹配,而通过I/O接口与总线连接,实现CPU与I/O设备的联系。
连接图见图1-7所示。
图1-7 微型计算机概念性结构图所谓总线,是连接多个功能部件或多个装置的一组公共信号线。
按在系统中的不同位置,总线可以分为内部总线和外部总线。
内部总线是CPU内部各功能部件和寄存器之间的连线;外部总线是连接系统的总线,即连接CPU、存储器和I/O接口的总线,又称为系统总线。
微型计算机采用了总线结构后,系统中各功能部件之间的相互关系变为各个部件面向总线的单一关系。
一个部件只要符合总线标准,就可以连接到采用这种总线标准的系统中,使系统的功能可以很方便地得以发展,微型机中目前主要采用的外部总线标准有:PC—总线,ISA—总线,PCI—总线等。
连接微机个部件的总线是由地址线、数据线、控制线组成。
①地址总线(Address Bus)地址总线是微型计算机用来传送地址信息的信号线。
地址总线的位数决定了CPU可以直接寻址的内存空间的大小。
因为地址总是从CPU发出的,所以地址总线是单向的、三态总线。
单向指信息只能沿一个方向传送,三态指除了输出高、低电平状态外,还可以处于高阻抗状态(浮空状态)。
②数据总线(Data Bus)数据总线是CPU用来传送数据信息的信号线(双向、三态)。
数据总线是双向三态总线,即数据既可以从CPU送到其它部件,也可以从其它部件传送给CPU,数据总线的位数和处理器的位数相对应。
③控制总线(Control Bus)控制总线是用来传送控制信号的一组总线。
这组信号线比较复杂,由它来实现CPU对外部功能部件(包括存储器和I/O接口)的控制及接收外部传送给CPU的状态信号,不同的微处理器采用不同的控制信号。
控制总线的信号线,有的为单向,有的为双向或三态,有的为非三态,取决于具体的信号线。
1.4 微型计算机的基本工作原理微型计算机工作是在操作系统软件控制下,由人通过键盘、鼠标等输入设备将要运行的程序、数据输入到计算机存储器,然后通过运行程序完成的。