微机原理与接口技术_01计算机基本结构课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,无忧,PPT,整理发布,单击此处编辑母版标题样式,*,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第,1,章 微型计算机基础知识,第1章 微型计算机基础知识,本章主要内容,1.1,微型计算机的组成及工作原理,1.2,微型计算机的发展历程与趋势,1.3,微型计算机系统,1.4,数据表示与编码,本章主要内容 1.1 微型计算机的组成及工作原理 1,1.1,微型计算机的组成及工作原理,1.1 微型计算机的组成及工作原理,1.1.1,微型计算机的基本组成,微型计算机是通过总线将微处理器,、内存储器（,RAM、ROM）和输入/输出接口连接在一起的有机整体。,1,微处理器（,Microprocessor,）,中央处理器（,Central Processing Unit,，,CPU,）是计算机内部对数据进行处理并对处理过程进行控制的部件。,1.1.1 微型计算机的基本组成,2,内存储器,内存储器也称为主存，用于存放计算机当前执行的程序和需要使用的数据。它的存取速度快，,CPU,可以直接对它进行访问。内存储器按读、写方式分为随机存储器（,Random Access Memory,，,RAM,）和只读存储器（,Read Only Memory,，,ROM,）。,2内存储器,3,I/O,（输入,/,输出）接口,I/O,接口电路是微型计算机的重要组成部件，是,CPU,与外部设备间交换信息的桥梁。它是微型计算机连接外部输入、输出设备及各种控制对象并与外界进行信息交换的逻辑控制电路。,微机原理与接口技术_01计算机基本结构课件,4,总线,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。按照所传送信息的类型不同，总线可以分为数据总线（,Data Bus,，,DB,）、地址总线（,Address Bus,，,AB,）和控制总线（,Control Bus,，,CB,）三种，通常称微型计算机采用三总线结构。,微机原理与接口技术_01计算机基本结构课件,1.1.2,微型计算机的常用术语,1,位和字节,位（,bit,）是计算机所能表示的最小最基本的数据单位，它指的是取值只能为,0,或,1,的一个二进制数值位，位作为单位时记作,b,。字节（,byte,）由,8,个二进制位组成，通常用作计算存储容量的单位，字节作为单位时记作,B,。,1K,1024,2,10,1M,1024K,2,20,1G,1024M,2,30,1T,1024G,2,40,1.1.2 微型计算机的常用术语 1位和字节,2,字长,字长是指计算机内部参与运算的数的位数。,它决定着计算机内部寄存器、,ALU,和数据总线的位数，直接影响着机器的硬件规模和造价。,微型机的字长通常为,4,位、,8,位、,16,位、,32,位、,64,位。,3,主频,主频也称作,CPU,的时钟频率，简单地说就是,CPU,的工作频率。主频的单位是,MHz,。一般而言，一个时钟周期完成的指令数是固定的，所以主频越高，,CPU,的速度也就越快。,微机原理与接口技术_01计算机基本结构课件,4,内部缓存（,cache,）,内部缓存也叫一级缓存（,L1 cache,），这种存储器封装于,CPU,内部，存取速度与,CPU,主频相同，内部缓存容量越大，则整机工作速度也越快。,5,工作电压,工作电压是指,CPU,正常工作所需的电压。,4内部缓存（cache）,6,微处理器的生产工艺,生产工艺是指在硅材料上生产微处理器时内部各元器件间连接线的宽度，一般以,m,为单位，数值越小，生产工艺越先进，微处理器的功耗和发热量越小。,7,微处理器的集成度,集成度是指微处理器芯片上集成的晶体管的密度。,6微处理器的生产工艺,8,MIPS,MIPS,是,Millions of Instruction Per Second,的缩写，用来表示微处理器的性能，意思是每秒钟能执行多少百万条指令。,9,iCOMP,指数,iCOMP,指数是,Intel,公司为评价其,32,位微处理器的性能而编制的一种指标，它是根据微处理器的各种性能指标在微型计算机中的重要性来确定的。,8MIPS,1.2,微型计算机的发展历程与趋势,1.2 微型计算机的发展历程与趋势,微型计算机的发展从,1971,年,Intel,公司首先研制成功的,4,位,Intel 4004,微处理器算起，已经走过了,40,多年的历程，微型计算机的发展是以微处理器的发展来表征的。,1,早期阶段：,4004/8085,（,19711976,年）,在早期阶段，,CPU,的字长为,4,位或,8,位，集成度为,3 000,10 000,个晶体管,/,片，微处理器的主频为,0.1,5MHz,。,微型计算机的发展从1971年Intel公司首先研制成功的4位,2,第一代：,8086/8088,（,19781981,年）,（,1,）,1978,年：,Intel,推出,8086,，它采用了,3,m,工艺，集成了,29 000,个晶体管，工作频率为,4.77 MHz,。,（,2,）,1979,年：,Intel,推出,8088,，除了它的数据总线为,8,位以外，其余均与,8086,相同。,（,3,）,1981,年,8,月：,IBM,公司推出以,8088,为,CPU,的世界上第一台,16,位微型计算机,IBM 5150 Personal Computer,，即著名的,IMB PC,。,2第一代：8086/8088（19781981年）,3,第二代：,80286,（,19821984,年）,80286,采用,1.5,m,工艺，集成了,134 000,个晶体管，工作频率为,6MHz,。,80286,的数据总线仍然为,16,位，但是地址总线增加到,24,位，使存储器寻址空间达到,16MB,。,4,第三代：,80386,（,19851988,年）,80386,是第一个实用的,32,位微处理器，采用了,1.5,m,工艺，集成了,275 000,个晶体管，工作频率达到,16MHz,。,3第二代：80286（19821984年）,5,第四代：,80486,（,19891992,年）,80486,采用,1,m,工艺，集成了,120,万个晶体管，工作频率为,25MHz,。,6,第五代：,Pentium,（,19931997,年）,第一代,Pentium,处理器（以,P5,代称，,1993,年,3,月,22,日）采用,0.8,m,工艺技术，集成了,310,万个晶体管，工作频率为,60MHz/66MHz,。,第二代,Pentium,处理器（以,P54C,代称，,1994,年,10,月,10,日）采用,0.6,m,工艺，工作频率为,90MHz/100MHz,。,第三代,Pentium MMX,处理器（以,P55C,代称，,1997,年,1,月,8,日）增加了,57,条多媒体指令。,5第四代：80486（19891992年）,7,第六代：,P6,（,19972000,年）,P6,处理器包括,Pentium,、,Pentium,、,Pentium 4,、,Pentium Itanium,，采用,0.6,0.18,m,工艺，集成了,550,万,750,万个晶体管，时钟频率为,166MHz,1GHz,，采用二级高速缓存，二级超标量流水线结构，一个时钟周期可以执行,3,条指令。,8,第七代：,Intel Core,（,2006,年至今）,7第六代：P6（19972000年）,1.3 微型计算机系统,1.3 微型计算机系统,1.3.1,微型计算机系统的组成,微型计算机系统是指由硬件和软件共同组成的完整的计算机系统。,1,微型计算机的硬件,微型计算机硬件系统主要包括主机和外设。主机主要由微处理器和内存储器组成，制成一块印制电路板，称为主机板。外设主要有显示器、键盘、硬盘、光盘等。,1.3.1 微型计算机系统的组成 微型计算机系统是指由,2,微型计算机的软件,1,）系统软件,系统软件是面向计算机系统的软件，它的功能是组织计算机各个组成部分协调、正常地工作，并使计算机为用户提供友好的服务。,2,）应用软件,应用软件是面向应用领域、为解决某些具体问题由用户自己开发或外购的软件如各种办公软件、通信工具等。,2微型计算机的软件,1.3.2,微型计算机的工作过程,1,程序存储,程序是由一条条指令组合而成的，而指令是以二进制代码的形式出现的。把执行一项信息处理任务的程序代码，以字节为单位，按顺序存放在存储器的一段连续的存储区域内，这就是程序存储的概念。,1.3.2 微型计算机的工作过程 1程序存储,2,程序控制,计算机工作时，,CPU,中的控制器部分，按照程序指定的顺序（由码段寄存器,CS,及指令指针寄存器,IP,指引），到存放程序代码的内存区域中去取指令代码，在,CPU,中完成对代码的分析；然后，由,CPU,的控制器部分依据对指令代码的分析结果，适时地向各个部件发出完成该指令功能的所有控制信号，这就是程序控制的概念。,2程序控制,3,工作过程,执行一条指令又可分为以下,4,个基本操作。,（,1,）取出指令,（,2,）分析指令,（,3,）执行指令,（,4,）为执行下一条指令作好准备，即形成下一条指令地址。,微机原理与接口技术_01计算机基本结构课件,1.4 数据表示与编码,1.4 数据表示与编码,1.4.1,数制的表示,数制是指用一组数字和一套统一的规则来表示数目。,1,十进制,基数为,10,的计数制叫十进制。它用,0,，,1,，,2,，,，,8,，,9,十个不同的符号来表示数值，采用“逢十进一，借一当十”的原则，各个位对应的权为,10,i,。十进制数按权展开为,1.4.1 数制的表示 数制是指用一组数字和一套统一的规则,2,二进制,基数为,2,的计数制叫做二进制，它用,0,，,1,两个不同的符号来表示数值，采用的是“逢二进一，借一当二”的原则，各个位对应的权为,2,i,。二进制数常用“,B,”,注明，按权展开为,微机原理与接口技术_01计算机基本结构课件,二进制数的算术运算规则如下。,加法运算：,0,0,0,；,0,1,1,；,1,0,1,；,1,1,10,。,减法运算：,0,0,0,；,10,1,1,；,1,0,1,；,1,1,0,。,乘法运算：,00,0,；,01,0,；,10,0,；,11,1,。,除法运算：,0/1,0,；,1/1,1,。,二进制数的逻辑运算规则如下。,AND,（与）：按位进行，有,0,出,0,。,OR,（或）：按位进行，有,1,出,1,。,XOR,（异或）：按位进行，相同出,0,，不同出,1,。,NOT,（非）：按位进行，取反。,二进制数的算术运算规则如下。,3,八进制,基数为,8,的计数制叫八进制。八进制数是大家熟悉的，用,0,，,1,，,2,，,，,7,八个不同的符号来表示数值，它采用“逢八进一，借一当八”的原则，各个位对应的权为,8,i,。八进制数常用“,O”,注明，按权展开为,3八进制,4,十六进制,基数为,16,的计数制叫十六进制，用,0,，,1,，,2,，,，,9,，,A,，,B,，,C,，,D,，,E,，,F,十六个不同的符号来表示数值，它采用“逢十六进一，借一当十六”的原则，各个位对应的权为,16,i,。十六进制数常用“,H”,注明，按权展开为,4十六进制,1.4.2,数制之间的相互转换,1,二进制转换为八进制,二进制数转换为八进制数的方法简单地讲是“三位并一位”。具体操作时，从小数点开始向右（向左）每三位划为一组，若最右边不足三位，低位补,0,凑成一组；若最左边不足三位，高位补,0,凑成一组，然后每一组用八进制数符表示。,例如：,(11011.1011),2,(011 011.101 100),2,(33.54),8,。,1.4.2 数制之间的相互转换 1二进制转换为八进制,2,八进制转换为二进制,八进制数转换为二进制数方法是“一位拆成三位”。,例如,：,(327.04)