微型计算机的基本组成电路培训教材(PPT 87页)
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第3章：微型计算机硬件组成PPT课件
包括：指令寄存器、指令计数器PC、操作码译码器。
操作信号
操作控制部件
指令计数器PC
操作码译码器
地址码形成部件
操作码
操作数地址
指令码
-
13
4. CPU产品 1. Intel 2. AMD 3. 国产龙芯
-
14
3.2.3 存储器
功能：用来存放数据和程序的部件。 包括：主存储器、辅存储器（又称内存和外存）。
16
3.2.3 存储器
高速缓冲存储器（Cache）
–相对CPU处理数据的速度，内存RAM读写数据的速度显 得太慢。若CPU直接与RAM连接，则CPU的数据处理效率 就在打折扣
–而高速缓冲存储器（Cache）读写数据的速度要较RAM 快好几倍
–在CPU和内存之间插入高速缓冲存储器，可极大提高 CPU的数据处理效率
-
11
第1章 计算机的基础知识
运算器
功能：对二进制编码进行算术运算和逻辑运算。 包括：算术逻辑部件ALU、累加器A、寄存器R。
ALU 算术逻辑部件
加、减、乘、除 控制信号
累加器A
寄存器R
运算器结构框图
-
12
第1章 计算机的基础知识
控制器
功能：识别翻译指令，安排操作次序，并向计算机各部件发出 相应的控制信号，以指挥整个计算机有条不紊地工作。
优化板上元件布局 配合ATX电源，实现软关机 通过MODEM远程遥控开关机 需要配合专门的ATX机箱使用
-
5
2.主板主要部件
(1)芯片组
芯片组 :主板的灵魂,控制着整个主板的运作。 决定了主板的性能及可用CPU的类型。 芯片组由北桥芯片和南桥芯片组成
北桥芯片 – 负责CPU与内存、显示卡、PCI数据的传
操作信号
操作控制部件
指令计数器PC
操作码译码器
地址码形成部件
操作码
操作数地址
指令码
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13
4. CPU产品 1. Intel 2. AMD 3. 国产龙芯
-
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3.2.3 存储器
功能：用来存放数据和程序的部件。 包括：主存储器、辅存储器（又称内存和外存）。
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3.2.3 存储器
高速缓冲存储器（Cache）
–相对CPU处理数据的速度，内存RAM读写数据的速度显 得太慢。若CPU直接与RAM连接，则CPU的数据处理效率 就在打折扣
–而高速缓冲存储器（Cache）读写数据的速度要较RAM 快好几倍
–在CPU和内存之间插入高速缓冲存储器，可极大提高 CPU的数据处理效率
-
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第1章 计算机的基础知识
运算器
功能：对二进制编码进行算术运算和逻辑运算。 包括：算术逻辑部件ALU、累加器A、寄存器R。
ALU 算术逻辑部件
加、减、乘、除 控制信号
累加器A
寄存器R
运算器结构框图
-
12
第1章 计算机的基础知识
控制器
功能：识别翻译指令，安排操作次序，并向计算机各部件发出 相应的控制信号，以指挥整个计算机有条不紊地工作。
优化板上元件布局 配合ATX电源，实现软关机 通过MODEM远程遥控开关机 需要配合专门的ATX机箱使用
-
5
2.主板主要部件
(1)芯片组
芯片组 :主板的灵魂,控制着整个主板的运作。 决定了主板的性能及可用CPU的类型。 芯片组由北桥芯片和南桥芯片组成
北桥芯片 – 负责CPU与内存、显示卡、PCI数据的传
第2章 微型计算机系统基础PPT课件
第一部分
整体概述
THE FIRST PART OF THE OVERALL OVERVIEW, PLEASE SUMMARIZE THE CONTENT
第二章 微型计算机系统基础知识
主要内容
• 2.1 微型计算机系统基本组成 • 2.2 微型计算机的硬件系统 • 2.3 微型计算机的软件系统 • 2.4 微型计算机的分类与主要性
2.2.2 中央处理器
• 1. 概念与功能 • 运算器主要用于完成各种算术 运算和逻辑运算的元件。 • 控制器是计算机的指挥控制中 心，控制器从存储器中逐条取出指 令、分析指令、确定指令类型并对
2.2.2 中央处理器
• 2. CUP的主要性能指标 • （1）字与字长：在计算机中， 数据的长度用“字”表示，每个字 所包含的二进制数的位数称为字长 。由于字长是计算机中的CPU一 次能够同时处理的二进制数的位数
2.2.1 总线
• （3）VESA总线简称为VL总线 。它定义了32位数据总线，且扩 展到64位，使用33MHz时钟频率 ，最大传输率达132MB/s。VESA 总线可与CPU同步工作，是一种 高速、高效的局部总线。VESA总
2.2.1 总线
• （4）PCI总线是当前最流行的 总线之一。它是由Intel公司推出的 一种局部总线，它定义了32位数 据总线，且可扩展为64位。传输 率可达132MB/s，64位的传输率 达246MB/s，可支持多组外围设备
• 微型计算机采用总线结构将
CCPU、主存储器和输入、输出接
地址总线 数据总线
口UP 电路连接起来，基本结构如下图 控制总线
所示： 主存储器 外存接口 输入接口 输出接口 其他I/O接口
硬盘Байду номын сангаас动器 软盘驱动器 光盘驱动器
整体概述
THE FIRST PART OF THE OVERALL OVERVIEW, PLEASE SUMMARIZE THE CONTENT
第二章 微型计算机系统基础知识
主要内容
• 2.1 微型计算机系统基本组成 • 2.2 微型计算机的硬件系统 • 2.3 微型计算机的软件系统 • 2.4 微型计算机的分类与主要性
2.2.2 中央处理器
• 1. 概念与功能 • 运算器主要用于完成各种算术 运算和逻辑运算的元件。 • 控制器是计算机的指挥控制中 心，控制器从存储器中逐条取出指 令、分析指令、确定指令类型并对
2.2.2 中央处理器
• 2. CUP的主要性能指标 • （1）字与字长：在计算机中， 数据的长度用“字”表示，每个字 所包含的二进制数的位数称为字长 。由于字长是计算机中的CPU一 次能够同时处理的二进制数的位数
2.2.1 总线
• （3）VESA总线简称为VL总线 。它定义了32位数据总线，且扩 展到64位，使用33MHz时钟频率 ，最大传输率达132MB/s。VESA 总线可与CPU同步工作，是一种 高速、高效的局部总线。VESA总
2.2.1 总线
• （4）PCI总线是当前最流行的 总线之一。它是由Intel公司推出的 一种局部总线，它定义了32位数 据总线，且可扩展为64位。传输 率可达132MB/s，64位的传输率 达246MB/s，可支持多组外围设备
• 微型计算机采用总线结构将
CCPU、主存储器和输入、输出接
地址总线 数据总线
口UP 电路连接起来，基本结构如下图 控制总线
所示： 主存储器 外存接口 输入接口 输出接口 其他I/O接口
硬盘Байду номын сангаас动器 软盘驱动器 光盘驱动器
单片微型计算机的硬件结构PPT课件
（4）并行I/O引脚 80C51共有4个8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32个引脚。每
一并行口包括输出锁存器、三态输入缓冲器、输出场效应管。 1）P0.0 ～ P0.7： P0口，8位双向口线。在系统扩展时，P0.0 ～ P0.7
分时提供低8位地址信息和8位双向数据信息。 当单片机与外扩芯片交换信息时，P0.0 ～ P0.7先送出外扩芯片的低8位
时序部件
AR 地址线
PSW
ALU
ID R0
IR
数据线
图2-2 典型微处理器模型的内部结构框图
3
第2章 单片微型计算机的硬件结构
2 存储器 微型计算机的存储器用于存储数据和程序，是一种采用大规模或
超大规模集成电路工艺制成的存储器芯片，通常分为ROM（只读存储 器）和RAM（随机存取存储器）两大类。
ROM存储器在正常工作时只能读不能写，通常用来存放固定程序 和常数。
地址，并在ALE信号的作用下将地址信息锁存在外部锁存器中，然后再传送数 据信息。
在没有外扩芯片时，P0.0 ～ P0.7作为一般的I/O线使用，可以直接与外 设通信。此外，由于P0.0 ～ P0.7的输出驱动电路时开漏的，所以在使用 P0.0 ～ P0.7驱动集电极开路电路或漏极开路电路时需外接上拉电阻。
2.2.2 MCS-51单片机的外部引脚
MCS-51单片机主要采用40脚双列直插式封装，引脚的排列如图2-7所示
⒈ 电源引脚 （1） VCC（40）： 芯片电源，接+5V； （2） VSS（20） ： 接地端；
⒉ 时钟引脚 （1）XTAL1（18）：晶体振荡器信号输入。 （2）XTAL2（19）：晶体振荡器信号输出。
RAM存储器在正常工作时既能读又能写，通常用来存放原始数据、 中间结果、最终结果和实时数据等。
一并行口包括输出锁存器、三态输入缓冲器、输出场效应管。 1）P0.0 ～ P0.7： P0口，8位双向口线。在系统扩展时，P0.0 ～ P0.7
分时提供低8位地址信息和8位双向数据信息。 当单片机与外扩芯片交换信息时，P0.0 ～ P0.7先送出外扩芯片的低8位
时序部件
AR 地址线
PSW
ALU
ID R0
IR
数据线
图2-2 典型微处理器模型的内部结构框图
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第2章 单片微型计算机的硬件结构
2 存储器 微型计算机的存储器用于存储数据和程序，是一种采用大规模或
超大规模集成电路工艺制成的存储器芯片，通常分为ROM（只读存储 器）和RAM（随机存取存储器）两大类。
ROM存储器在正常工作时只能读不能写，通常用来存放固定程序 和常数。
地址，并在ALE信号的作用下将地址信息锁存在外部锁存器中，然后再传送数 据信息。
在没有外扩芯片时，P0.0 ～ P0.7作为一般的I/O线使用，可以直接与外 设通信。此外，由于P0.0 ～ P0.7的输出驱动电路时开漏的，所以在使用 P0.0 ～ P0.7驱动集电极开路电路或漏极开路电路时需外接上拉电阻。
2.2.2 MCS-51单片机的外部引脚
MCS-51单片机主要采用40脚双列直插式封装，引脚的排列如图2-7所示
⒈ 电源引脚 （1） VCC（40）： 芯片电源，接+5V； （2） VSS（20） ： 接地端；
⒉ 时钟引脚 （1）XTAL1（18）：晶体振荡器信号输入。 （2）XTAL2（19）：晶体振荡器信号输出。
RAM存储器在正常工作时既能读又能写，通常用来存放原始数据、 中间结果、最终结果和实时数据等。
微型计算机的基本组成电路培训教材(PPT 87页)
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2.3.1 缓冲寄存器
• 普通寄存器是寄存平时处理的数据用的， 可以加快计算机的处理问题的速度；而缓 冲寄存器是用于两个速度不匹配的单位之 间的，作用是对高速度设备进行数据缓冲， 防止低速度设备来不及处理而丢失数据。
• 缓冲最常见的地方就是网络了，你听音乐， 特别是看在线视频，就需要缓冲。
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•触发器的预置和清除
• 在一些电路中，有时需要预先给某个触发器置位(即置1) 或清除(即置0)，而与时标脉冲以及D输入端信号无关，这 就是所谓预置和清除。
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2.2.3 JK触发器
JK触发器是组成计数器的理想记忆元件。 • 在RS触发器前面增加两个与门，并从输出(Q和Q)到输入
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行波计数器2
例：下图采用JK触发器组成行波计数器工作原
理
初值Q=Q3Q2Q1Q0=0000 第1时钟后沿到Q=0001 第2时钟后沿到Q=0010 第3时钟后沿到Q=0011 第4时钟后沿到Q=0100
………… 第15时钟后沿到Q=1111 第16时钟后沿到Q=0000
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2.3.3 计数器
• 计数器(counter)是由若干个触发器组成的寄存器，计 数器也是一种寄存器 特点：能够把存储在其中的数字加1。 主要计数器有：
行波计数器
同步计数器
环形计数器
程序计数器
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行波计数器1
工作原理
– 第1个时钟脉冲促使其最低有效位(least significant bit,LSB)加1，由0变1。第2个时钟脉冲促使最低有效 位由1变0，同时推动第2位，使其由0变1。同理，第2 位由1变0时又去推动第3位，使其由0变1，这样有如水 波前进一样逐位进位下去。
第2章 微型计算机的基本组成电路教材
RS触发器有两个输入端 S和 R。为了存储一个高电位
，就需要一个高电位输入的 S端；为了存储一个低电位，
就需要另一个高电位输入的R端。这在很多应用中是不很 方便的。 D 触发器就是在 RS 触发器的基础上引伸出来的 ，它只需一个输入端口。其工作原理见图2-5所示。
为协调运行， D触发器要加上时 标脉冲 CLK ，得到图 2.6 所示的时标 CLK 触发器。
• •
3、JK触发器 JK 触发器是组成计数器理想的记 忆元件，其电路原理图见 2-10 所示。它 是在 RS触发器的基础上，增加两个与门 ，并使输出交叉反馈得到的。
图2-10 JK触发器
其工作过程分析： 当J=K=0时：保持原状（自锁）； 当J=0，K=1时：复位； 当J=1，K=0时：置位； 当J=K=1时：翻转（取反）。
一 、 算 术 逻 辑 单 元 （ ALU ）
顾名思意，这个部件既能进行二进制的四则运算， 也能进行布尔代数的逻辑运算。前面所讲的可控加减法 电路就是最简单的算术部件。通过适当的变换，可将乘 法和除法变成加法运算。如果在这个基础上，增加一些 电路，可以使简单的ALU进行逻辑运算。其符号见图2-1 。
D
Q
Q(平)
低电 — 保持原状（记 平 忆） 高电 1 平 0 1 0 0 1
时标脉冲 CLK 一般都是方波，在 CLK 处于正半周内的 任何瞬间，触发器都有翻转的可能。这样计算机的动 作就不可能整齐划一。而采用时标边缘触发的方式就 可以得到准确划一的动作。图 2-7就是边缘触发的 D触 发器的电路原理图。
第2章 微型计算机的基本组成电路
无论是多么复杂的计算机，都是由若 干典型的电路所组成的。本章就是对微型 计算机最常见的电路环节的名称及电路原 理作一简单介绍。其中最主要的是算术逻 辑部件（ALU）、触发器（Trigger）、寄 存器（Register）、存储器（Memory）、 总线结构（BUS）等。数据在这些部件之 间流通的过程以及控制字的概念。这些都 是组成计算机的硬件基础。
，就需要一个高电位输入的 S端；为了存储一个低电位，
就需要另一个高电位输入的R端。这在很多应用中是不很 方便的。 D 触发器就是在 RS 触发器的基础上引伸出来的 ，它只需一个输入端口。其工作原理见图2-5所示。
为协调运行， D触发器要加上时 标脉冲 CLK ，得到图 2.6 所示的时标 CLK 触发器。
• •
3、JK触发器 JK 触发器是组成计数器理想的记 忆元件，其电路原理图见 2-10 所示。它 是在 RS触发器的基础上，增加两个与门 ，并使输出交叉反馈得到的。
图2-10 JK触发器
其工作过程分析： 当J=K=0时：保持原状（自锁）； 当J=0，K=1时：复位； 当J=1，K=0时：置位； 当J=K=1时：翻转（取反）。
一 、 算 术 逻 辑 单 元 （ ALU ）
顾名思意，这个部件既能进行二进制的四则运算， 也能进行布尔代数的逻辑运算。前面所讲的可控加减法 电路就是最简单的算术部件。通过适当的变换，可将乘 法和除法变成加法运算。如果在这个基础上，增加一些 电路，可以使简单的ALU进行逻辑运算。其符号见图2-1 。
D
Q
Q(平)
低电 — 保持原状（记 平 忆） 高电 1 平 0 1 0 0 1
时标脉冲 CLK 一般都是方波，在 CLK 处于正半周内的 任何瞬间，触发器都有翻转的可能。这样计算机的动 作就不可能整齐划一。而采用时标边缘触发的方式就 可以得到准确划一的动作。图 2-7就是边缘触发的 D触 发器的电路原理图。
第2章 微型计算机的基本组成电路
无论是多么复杂的计算机，都是由若 干典型的电路所组成的。本章就是对微型 计算机最常见的电路环节的名称及电路原 理作一简单介绍。其中最主要的是算术逻 辑部件（ALU）、触发器（Trigger）、寄 存器（Register）、存储器（Memory）、 总线结构（BUS）等。数据在这些部件之 间流通的过程以及控制字的概念。这些都 是组成计算机的硬件基础。
第1章微型计算机的组成
DDR SDRAM内存条的结构
第一章 微型计算机的组成
●内存的类型 1．SDRAM内存 2．DDR SDRAM内存 3．DDR2 SDRAM内存 4．RDRAM内存
第一章 微型计算机的组成
●虚拟内存
内存在计算机中的作用很大，计算机中所有 运行的程序都需要经过内存来执行，如果执 行的程序很大或很多，就会导致内存消耗殆 尽。为了解决这个问题，Windows中运用了 虚拟内存技术，即拿出一部分硬盘空间来充 当内存使用，当内存占用完时，计算机就会 自动调用硬盘来充当内存，以缓解内存的紧 张。
数码摄像头
第一章 微型计算机的组成
第七节 输出设备
● 显示器 ● 打印机 ● 绘图仪 ● 复印机 ● 音箱
第一章 微型计算机的组成
●显示器
1．CRT显示器（CRT）
CRT显示器的主要技术指标包括点距、像素和分辨率、扫 描频率、带宽和显示面积等。
2．液晶显示器（LCD）
CD显示器按照控制方式不同可分为被动矩阵式LCD及主动 矩阵式LCD两种。
移动硬盘单位容量价格比优盘便宜得多； 移动硬盘容量大，相对贵一点，速度慢一点。
优盘，容量小，相对速度快一点，便宜一点。
第一章 微型计算机的组成
第六节 输入设备
● 键盘 ● 鼠标 ● 触摸屏 ● 扫描仪 ● 数码相机 ● 数码摄像机 ● 数码摄像头
第一章 微型计算机的组成
●键 盘
键盘是计算机中最常用的输入设备之一，是用户同 计算机进行交流的主要工具。用户主要通过键盘向 计算机输入命令、程序以及数据等信息。目前主要 使用101键、104键和107键盘。
键盘
第一章 微型计算机的组成
●鼠 标
鼠标（Mouse），是一种用来移动光标和做 选择操作的输入设备 。
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微型计算机原理及应用_宋廷强
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•触发器的预置和清除
• 在一些电路中，有时需要预先给某个触发器置位(即置1) 或清除(即置0)，而与时标脉冲以及D输入端信号无关，这 就是所谓预置和清除。
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2.2.3 JK触发器
JK触发器是组成计数器的理想记忆元件。 • 在RS触发器前面增加两个与门，并从输出(Q和Q)到输入
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•JK触发器的符号
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微型计算机原理及应用_宋廷强
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2.3 寄存器
• 寄存器(register)是由触发器组成的。一个触发器就是一 个一位寄存器。由多个触发器可以组成一个多位寄存器。
常见的寄存器有：
缓冲寄存器——用以暂存数据； 移位寄存器——能够将其所存的数据一位一位地向左或向右移； 计数器——一个计数脉冲到达时，会按二进制数的规律累计脉冲数； 累加器——用以暂存每次在ALU中计算的中间结果。
微型计算机原理及应用_宋廷强
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•时标D触发器
•时标脉冲CLK一般都是方波，在CLK处于正半周 内的任何瞬间，触发器都有翻转的可能，并不能保 证时序电路动作一致性。
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微型计算机原理及应用_宋廷强
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•边缘触发的D触发器
• 为了使计算机的动作整齐划一，总是想由时标 CLK来指挥整个机器的行动，采用时标边缘触发 的方式就可以得到准确划一的动作。
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微型计算机原理及应用_宋廷强
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2.2.2 D触发器
• RS触发器有两个输入端S和R。为了存储一个高电位， 就需要一个高电位输入的S端；为了存储一个低电位， 就需要另一个高电位输入的R端。不方便。
D触发器是在RS触发器的基础上引伸出来的，它只需 一个输入端口。
•置位 •复位
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(与门的输入端)作交叉反馈，即可得到JK触发器。
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微型计算机原理及应用_宋廷强
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•JK触发器的动作状态
JK
Q
0 0 保持原状
01
0
10
1
1 1 原状态的反码
动作
自锁状态 复位 置位 翻转
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•JK触发器的工作过程
(1) 当J=0，K=0，触发器保持闭锁状态。 (2) J=0，K=1，触发器仍处于复位状态(Q=0，Q=1)。 (3) J=1，K=0，触发器就仍处于置位状态(Q=1，Q=0)。 (4) J=1，K=1，触发器翻转
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•可控缓冲寄存器
• 上述缓冲寄存器的数据X输入到Q只是受CLK的节拍管理，即只要一 将X各位加到寄存器各位的D输入端，时标节拍一到，就会立即送到 Q去。有时想让其中的数据多留一些时间，但由于不可控之故，在 CLK正前沿一到就会立即被来到门口的数据X替代掉。
第2章 微型计算机的基本组成电路
本章教学目的
• 通过回顾计算机基本组成电路，引出微机中最常用 的部件名称，并掌握其工作原理，包括ALU、触发 器、寄存器、存储器和总线结构等，使学生理解数 据的存储与流通的原理。
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微型计算机原理及应用_宋廷强
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本章 学习要求
1.掌握
算术逻辑单元、触发器、寄存器、存储器、总线结构 存储器的类型及性能指标 随机存储器RAM的结构原理(SRAM,DRAM)，只读存储器
器
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主要内容
– ALU、触发器、寄存器 – 三态电路、总线结构 – 存储器
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2.1 算术逻辑部件ALU
• 主要功能 • 符号
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微型计算机原理及应用_宋廷强
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2.2 触发器
• 触发器(trigger)是计算机的记忆装置的基本单元，也 可说是记忆细胞。触发器可以组成寄存器，寄存器又 可以组成存储器。寄存器和存储器统称为计算机的记 忆装置。
• 微型计算机所用触发器一般用晶体管元件而不用磁性 元件。这是因为晶体管元件可以制成大规模的集成电 路，体积可以更小些。
• 下面简要介绍RS触发器、D触发器和JK触发器
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微型计算机原理及应用_宋廷强
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2.2.1 RS触发器
S端一般称为置位端，使Q=1(Q=0) R端一般称为复位端，使Q=0(Q=1)
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图2.3 RS触发器的符号
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• 时标RS触发器——为了使触发器在整个机器中能和其他 部件协调工作，RS触发器经常有外加的时标脉冲。
•CLK为时标脉冲。
无论是置位还是复位，都必须在时标脉冲端为高 电位时才能进行。
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微型计算机原理及应用_宋廷强
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2.3.1 缓冲寄存器
• 其基本工作原理为：设有一个二进制数，共有4位 数： X=X3X2X1X0
要存到这个缓冲寄存器(buffer)中去，此寄存器是 由4个D触发器组成的。 将数据X装到寄存器中去的过程
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微型计算机原理及应用_宋廷强
ROM的结构原理（PROM,EPROM,EPROM）。
2.理解
控制字、数据存储、数据流通的原理；
典型芯片的引脚及存储器容量的扩展
3.了解
ASCII码及数字和大写字母A~Z的ASCII码表述
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微型计算机原理及应用_宋廷强
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本章 主要外语词汇
• ALU ：Arithmetic Logical Unit，算数逻辑部件 • Register：寄存器 • Memory：存储器 • RAM：Random Access Memory,随机存储器 • ROM：Read Only Memory，只读存储器 • MDR：Memory Data Register，存储器数据寄存器 • MAR：Memory Address Register，存储器地址寄存
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微型计算机原理及应用_宋廷强
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2.3.1 缓冲寄存器
• 普通寄存器是寄存平时处理的数据用的， 可以加快计算机的处理问题的速度；而缓 冲寄存器是用于两个速度不匹配的单位之 间的，作用是对高速度设备进行数据缓冲， 防止低速度设备来不及处理而丢失数据。
• 缓冲最常见的地方就是网络了，你听音乐， 特别是看在线视频，就需要缓冲。