微机原理 第1章 微型计算机概述

第1页第1章微型计算机概述1.1计算机的基本结构和工作原理1.2微型计算机系统1.3微型计算机的发展历程与应用1.4微型计算机的基本特点与主要性能指标第2页1.1计算机的基本结构和工作原理1.1.1计算机的基本结构1.1.2计算机的基本工作原理第3页1.1.1计算机的基本结构1945年6月，美籍匈牙利科学家冯•诺依曼提出了在数字计算机内部的存储器中存放程序的概念，这是所有现代电子计算机的范式，被称为“冯•诺依曼结构”。按这一结构建造的电脑称为存储程序计算机，又称为通用计算机。冯•诺依曼结构计算机的主要特点包括：1.计算机由运算器、存储器、控制器和输入/输出五个部件组成。2.存储器以二进制形式存储指令和数据。3.存储程序工作方式：存储器一维线性编址，按址存取，指令从存储器逐条取出，串行执行。第4页冯·诺依曼计算机的基本结构数据存储器运算器控制器指令地址地址输入输出数据数据控制第5页1.1.2计算机的基本工作原理当人们利用计算机来完成某项任务时，首先根据要完成的任务编制程序。所谓程序，是指完成某项任务的计算机指令序列。当要完成该项任务时，通过输入设备将指令序列和原始数据输入到计算机的内存储器中。计算机从内存中取出第一条指令，控制器按照指令的要求，从内存储器中取出数据进行指定的操作，然后再按地址把结果送到内存中去。接下来，再自动取出下一条指令，在控制器的指挥下完成规定操作。依此进行下去，直至全部指令执行完毕。由此可见，计算机的工作方式取决于它的两个基本能力：一是能存储程序，二是能自动执行程序。计算机是利用内存储器来存放所要执行的程序的，而控制器则依次从内存中取出程序的每条指令，加以分析和执行，直到完成全部指令序列为止。这就是计算机的存储程序控制方式的工作原理。这一原理最初是由美籍匈牙利数学家冯•诺依曼于1945年提出来的，故称为冯•诺依曼原理。第6页1.2微型计算机系统微型计算机系统与传统的计算机系统一样，由硬件系统和软件系统两大部分组成的。硬件是组成计算机系统的各个物理部件的总称，它是计算机系统快速、可靠、自动工作的物质基础。软件是计算机系统中各类程序、有关文件以及所需数据的总称。软件系统由系统软件和应用软件两大部分组成。系统软件是指管理、控制和维护计算机系统资源的程序集合，这些资源包括硬件资源和软件资源，并为用户提供一个友好的操作界面和工作平台。应用软件是指为了解决某些具体问题而编制的程序。它包括商品化的通用软件和专用软件，也包括用户自己编制的各种应用程序。第7页1.2.1微型计算机硬件系统的基本组成微型计算机硬件系统包括微处理器、存储器、输入/输出接口与输入/输出设备，各部件通过系统总线进行数据传送。输入接口输入设备微处理器内存储器输出接口输出设备数据总线地址总线控制总线第8页一、微处理器微处理器（MicroProcessorUnit，简称MPU），也称为中央处理器（CentralProcessingUnit，简称CPU），由控制器、运算器和寄存器组三个主要部分组成，它是计算机的核心部件。1.控制器：控制器是计算机的指挥中心,它的作用是从存储器中取出指令,然后分析指令,发出由该指令规定的一系列操作命令,完成该指令所要求的操作。2.运算器：运算器又称算术逻辑单元(ArithmeticandLogicalUnit,ALU),是用二进制进行算术运算和逻辑运算的部件。3.寄存器组：寄存器组是CPU内部的若干个存储单元，用来存放参加运算的二进制数据以及保存运算结果。第9页二、存储器计算机的存储器由内存储器（简称内存）和外存储器（简称外存）两部分组成。这里讲的存储器是指内存储器，它用来存放计算机的指令和数据。存储器以存储单元为单位线性编址,CPU按地址读/写存储单元中的内容,通常一个存储单元可存放8位二进制数(即一个字节)。CPU只能直接访问内存。第10页三、输入/输出接口与输入/输出设备输入/输出设备(简称I/O设备)是微机与外界联系的设备，也为外设。计算机通过外设获得各种外界信息,并且通过外设输出运算处理结果。常用的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪、摄像机等，常用的输出设备有显示器、打印机、绘图仪等。微机与I/O设备必须通过输入/输出接口(I/O接口)将二者连接起来，I/O接口实质上是将外设连接到总线上的一组逻辑电路的总称。第11页四、系统总线总线(bus)是一组信号线的集合,是在计算机系统各部件之间传输地址、数据和控制信息的公共通路。在CPU、存储器、I/O接口之间传输信息的总线称为“系统总线”。系统总线包括以下三部分。1.地址总线AB：它是单向总线,用于传送CPU发出的地址信息，以指明与CPU交换信息的内存单元或I/O设备。2.数据总线DB：它是双向的,用于CPU与内存或外设之间进行数据交换时传输数据信息。3.控制总线CB：控制总线用于传送控制信号、时序信号和状态信号等。CPU向内存或外设发出的控制信息、内存或外设向CPU发出的状态信息均可通过它来传送。作为整体而言,CB是双向的,而对CB中的每一根线来说,它是单向的。第12页1.2.2IBMPC/XT机硬件系统时钟发生器8284A微处理器8088协处理器8087总线控制器8288地址锁存器8282总线收发器8286ROMBIOS2764×5RAM256KBDMA控制器8237并行接口8255定时器接口8253中断控制器8259XT总线插槽若干DBCBAB键盘扩展ROM和RAM软盘控制器硬盘控制器打印机适配器显示适配器串行口1串行口2软盘驱动器硬盘驱动器打印机显示器第13页1.3微型计算机的发展历程与应用1.3.1微型计算机的发展历程1.3.2微型计算机的应用第14页1.3.1微型计算机的发展历程IBMPC第一台电子计算机ENIAC第15页1.3.2微型计算机的应用微型计算机的应用已渗透到社会的各行各业，其主要应用领域如下：科学计算(或数值计算)数据处理(或信息处理)辅助技术(或计算机辅助设计与制造)计算机辅助设计CAD计算机辅助制造CAM计算机辅助教学CAI过程控制(或实时控制)人工智能(或智能模拟)网络应用第16页1.4微型计算机的基本特点与主要性能指标1.4.1微型计算机的基本特点1.4.2微型计算机的主要性能指标第17页1.4.1微型计算机的基本特点1.体积小、重量轻、功耗低2.可靠性高、对使用环境要求低3.结构简单、设计灵活、适应性强4.性能价格比高第18页1.4.2微型计算机的主要性能指标1.CPU字长2.运算速度3.内存容量