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1、1/481.4 微机的组成与工作过程微机的组成与工作过程要求要求：l掌握微机系统的基本组成掌握微机系统的基本组成l了解微机的工作原理了解微机的工作原理2/483/48运算器运算器 控制器控制器 寄存器组寄存器组 内存储器内存储器 总线总线输入输出输入输出接口电路接口电路外部设备外部设备 软件软件微处理器微处理器微型计算机微型计算机微型计算机系统微型计算机系统硬件硬件微处理器微处理器 (CPU)软件软件外围设备外围设备运算器运算器控制器控制器存储器存储器 (内存内存)RAMROM外部设备外部设备辅助设备辅助设备 输入设备输入设备(键盘、扫描仪、语音识别仪键盘、扫描仪、语音识别仪) 输出设备输出设
2、备(显示器、打印机、绘图仪显示器、打印机、绘图仪) 辅助存储器辅助存储器(磁带、磁盘、光盘磁带、磁盘、光盘)输入输入/ /输出接口输出接口(并行、串行、模并行、串行、模/数数) 系统总线系统总线 (AB、DB、CB)系统软件系统软件( (操作系统，编辑、编译程序，故障诊断操作系统，编辑、编译程序，故障诊断, ,监控程序监控程序) )应用软件应用软件( (科学计算，工业控制，数据处理科学计算，工业控制，数据处理) )程序设计语言程序设计语言( (机器语言、汇编语言、高级语言机器语言、汇编语言、高级语言) )电源电路电源电路时钟电路时钟电路5/48除除算术逻辑部件算术逻辑部件和和控制部件控制部件以
3、外，还包含一组以外，还包含一组以及以及等等特殊的存储器。特殊的存储器。将这些部件集成在一片大规模集成或超大规将这些部件集成在一片大规模集成或超大规模集成电路封装之中，这个器件被称为模集成电路封装之中，这个器件被称为返回返回6/48以以微处理器微处理器为核心，配上由大规模集成电为核心，配上由大规模集成电路制作的只读存储器（路制作的只读存储器（ROMROM）、读写存储器）、读写存储器（RAMRAM）、输入输出）、输入输出接口电路接口电路及及系统总线系统总线等所组成的计算机，称为等所组成的计算机，称为。返回返回7/48以以微型计算机微型计算机为中心，配以相应的为中心，配以相应的外围外围设备设备以及控
4、制微型计算机工作的以及控制微型计算机工作的软件软件，就，就构成了完整的构成了完整的。微型计算机如果不配有软件，通常称为微型计算机如果不配有软件，通常称为裸机裸机。软件分为软件分为系统软件系统软件和和应用软件应用软件两大类。两大类。 完整的计算机系统应由计算机硬件和计完整的计算机系统应由计算机硬件和计算机软件组成，缺一不可算机软件组成，缺一不可微型计算机系统微型计算机系统返回返回8/48硬硬 件件 连连 接接 逻逻 辑辑用户级用户级应用程序级应用程序级操操 作作 系系 统统 级级机机 器器 语语 言言 级级微微 程程 序序 级级硬件层硬件层软件层软件层9/4810/4811/48硬件系统硬件系统
5、 l基本的微机硬件系统由运算器、控制器、存储器（简基本的微机硬件系统由运算器、控制器、存储器（简称主存或内存）、输入输出接口这称主存或内存）、输入输出接口这5个基本部分以及个基本部分以及相应的外部设备所组成。相应的外部设备所组成。 12/48实际微型机硬件系统组成实际微型机硬件系统组成l实际微型机硬件系统由主机板（包实际微型机硬件系统由主机板（包CPU、芯片组、芯片组、BIOS、RAM、总线插槽等）、外设接口卡、外部设备（如硬盘、总线插槽等）、外设接口卡、外部设备（如硬盘、光驱、显示器、打印机、鼠标、调制解调器、键盘）以及光驱、显示器、打印机、鼠标、调制解调器、键盘）以及电源等部件所组成。电源
6、等部件所组成。13/48微型计算机的物理结构14/48CPU 在主机箱内有一块面积较大的印刷电路在主机箱内有一块面积较大的印刷电路板叫主板，它上面有一块面积比名片还小的板叫主板，它上面有一块面积比名片还小的集成电路芯片，集成电路芯片，这就是微机的这就是微机的微处理器微处理器CPUCPU，芯片上标有生产厂家和型号。芯片上标有生产厂家和型号。 所以人们习惯以所以人们习惯以CPUCPU编号来表示微机的等编号来表示微机的等级。级。比如比如 PC-586 (Pentium586) PC-586 (Pentium586) 、PP、 PIII PIII、 PIVPIV等等 主要生产厂家有主要生产厂家有 IN
7、TELINTEL、AMDAMD。15/48CPU的组成l运算器运算器：主要进行算术和逻辑运算，主要包括算：主要进行算术和逻辑运算，主要包括算术逻辑部件等部件术逻辑部件等部件l控制器控制器：发布各种操作命令、控制信号等：发布各种操作命令、控制信号等, ,主要包主要包括括: :指令寄存器、指令译码及机器周期编码器、定指令寄存器、指令译码及机器周期编码器、定时及操作控制部件时及操作控制部件l寄存器组寄存器组：通用寄存器组、程序计数器及状态标：通用寄存器组、程序计数器及状态标志寄存器、指示器和变址寄存器、段寄存器组等志寄存器、指示器和变址寄存器、段寄存器组等l总线接口部件总线接口部件：指令流字节队列缓
8、冲器、存储器：指令流字节队列缓冲器、存储器地址形成部件等。地址形成部件等。16/48存储器l存放程序和数据存放程序和数据的记忆装置的记忆装置l用途：用途：存放程序和要操作的各类信息（数据、存放程序和要操作的各类信息（数据、文字、图像文字、图像）l内存：内存：ROM、RAMl特点：随机存取，速度快，容量小特点：随机存取，速度快，容量小l外存：软盘、磁盘、光盘、外存：软盘、磁盘、光盘、l特点：顺序存取特点：顺序存取/块存取，速度慢，容量大块存取，速度慢，容量大17/48存储器组成存储器组成 l随机存取存储器随机存取存储器 随时存入（写入）随时存入（写入）或取出（读出）或取出（读出）信息的存储器。信
9、息的存储器。l存储器的组成存储器的组成l存储体存储体l地址译码器地址译码器l控制电路控制电路返回18/48有关内存的几个概念l内存单元的地址和内容内存单元的地址和内容l数据在内存中的存储方式数据在内存中的存储方式l内存的操作内存的操作l内存的分类内存的分类19/481)内存单元的地址和内容内存单元的地址和内容l内存包含有很多存储单元内存包含有很多存储单元(8bit)l区分不同的内存单元区分不同的内存单元地址地址1 0 1 1 0 1 1 038F04H内存单元内存单元地址地址内存单元内存单元 内容内容.7 6 5 4 3 2 1 020/48 2）数据在内存中的存储方式）数据在内存中的存储方式
10、 数据以数据以字节字节为单位存储。为单位存储。微机系统均按微机系统均按字节字节编排编排存储地址。存储地址。位地址不能独立，总是在一个字节位地址不能独立，总是在一个字节内由高到低内由高到低b7b0。 内存地址从内存地址从 0 0 开始（编号），直到开始（编号），直到CPUCPU所能支持的最高地址。所能支持的最高地址。数据超过数据超过8 8位时，用多个相邻字节存储。位时，用多个相邻字节存储。b7b6b5b4b3b2b1b021/48多字节数据的存储多字节数据的存储用多个相邻字节存储：用多个相邻字节存储： 高位字节高位字节 放放 高地址单元高地址单元 低位字节低位字节 放放 低地址单元低地址单元以最
11、低字节所在的内存地址作为以最低字节所在的内存地址作为数据的存储地址。数据的存储地址。22/48 C DE 63 41 2 m 3内存地址内存地址m2m1m内存单元内存单元地址地址m的双字的双字？地址地址m的字的字？地址地址m的字节的字节？内存中的字节、字和双字内存中的字节、字和双字字数据字数据3412H的的地址是？地址是？字节数据字节数据0E6H的地址是？的地址是？23/483）内存储器的分类）内存储器的分类l读写存储器（读写存储器（RAMRAM）n可读可写可读可写n易失性，临时存放程序和数据易失性，临时存放程序和数据l只读存储器（只读存储器（ROMROM）n工作时只能读工作时只能读n非易失性
12、，永久或半永久性存放信息非易失性，永久或半永久性存放信息24/484）内存操作）内存操作l读读： CPUCPU将将内存单元的内容取入内存单元的内容取入CPUCPU内部，原内存单元内容不改变；内部，原内存单元内容不改变；l写写：CPUCPU将将其内部信息放入内存单元其内部信息放入内存单元保存起来，单元中原内容被覆盖；保存起来，单元中原内容被覆盖；25/48读写操作过程读写操作过程 l从存储器读出信息的操作过程从存储器读出信息的操作过程假定假定CPU 要读出存储器要读出存储器 04H 单元的内容单元的内容10010111（1）CPU的地址寄存器先给的地址寄存器先给出地址出地址04H并将它放到地址总
13、线上，并将它放到地址总线上， 经地址译码器译码选中经地址译码器译码选中04H单元；单元；（2）CPU发出发出“读读”控制信号给存控制信号给存储器，指示它准备把被寻址的储器，指示它准备把被寻址的04H单单元中的内容元中的内容97H放到数据总线上；放到数据总线上；（3）在读控制信号的作用下，存）在读控制信号的作用下，存储器将储器将04H单元中的内容单元中的内容97H放到数放到数据总线上，经它送至数据寄存器，据总线上，经它送至数据寄存器，然后由然后由CPU 取走该内容作为所需要取走该内容作为所需要的信息使用。的信息使用。 26/48随机存取存储器随机存取存储器RAM写操作过程写操作过程l向存储器写入
14、信息的操作过程向存储器写入信息的操作过程假定假定 CPU 要把数据寄存器要把数据寄存器 中的内容中的内容00100110即即26H写入写入存储器存储器08H单元单元（1）CPU的地址寄存器先把地的地址寄存器先把地址址08H 放到地址总线上，经地址译码放到地址总线上，经地址译码器选中器选中08H单元；单元；（2）CPU把数据寄存器中的内容把数据寄存器中的内容26H放放到数据总线上；到数据总线上；（3）CPU向存储器发送向存储器发送“写写”控制控制信号，在该信号的控制下，将内容信号，在该信号的控制下，将内容26H写入被寻址的写入被寻址的08H单元。单元。 返回返回27/483.输入/输出接口lI/
15、O接口，是接口，是CPUCPU与外设间的桥梁与外设间的桥梁. .CPUI/O接口接口外设外设l提供驱动外设的电压或电流；提供驱动外设的电压或电流；l匹配计算机与外设之间的信号电平、速度、信号类型、匹配计算机与外设之间的信号电平、速度、信号类型、数据格式等；数据格式等；l缓存发给外设的数据、控制命令和外设提供的运行状态缓存发给外设的数据、控制命令和外设提供的运行状态信息；信息；lDMA控制和中断控制。（控制和中断控制。（DMA是在专门的硬件（是在专门的硬件（ DMA）控制）控制下，实现高速外设和主存储器之间自动成批交换数据，尽量减少下，实现高速外设和主存储器之间自动成批交换数据，尽量减少CPU干
16、预的输入干预的输入/输出操作方式。输出操作方式。 ）28/484. 系统总线总线BUSl 系统总线是用来传送信息的公共导线，它们可以是带系统总线是用来传送信息的公共导线，它们可以是带状的扁平电缆线，也可以是印刷电路板上的一层极薄的金状的扁平电缆线，也可以是印刷电路板上的一层极薄的金属连线。所有的信息都通过总线传送。连接多个功能部件属连线。所有的信息都通过总线传送。连接多个功能部件的一组公共信号线。的一组公共信号线。l地址总线地址总线AB： 地址线的根数决定了CPU的寻址范围: : CPU的寻址范围 = 2n， n-地址线根数l数据总线数据总线DB：数据总线的条数决定CPU一次最多可以传送的数据
17、宽度。l控制总线控制总线CB： 用来传送控制信号、时序信号和状态信息。用来传送控制信号、时序信号和状态信息。29/48单总线与双总线结构的特点单总线与双总线结构的特点单总线结构单总线结构 存储器存储器M M和和I/O I/O 接口均接口均使用同一组信息通路，因使用同一组信息通路，因此，此，CPUCPU对对M M的读的读/ /写和对写和对I/OI/O接口的输入接口的输入/ /输出操作输出操作只能分时进行。只能分时进行。 双总线结构双总线结构 M M和和I/OI/O接口各具有一接口各具有一组连通组连通CPUCPU的总线，的总线，CPUCPU可可以分别在两组总线上同时以分别在两组总线上同时与与M M
18、和和I/OI/O交换信息交换信息, ,因而因而拓宽了总线带宽拓宽了总线带宽, ,提高了提高了总线的数据传输效率。总线的数据传输效率。返回返回30/48双重总线结构的特点双重总线结构的特点l具有局部总线与全局总线具有局部总线与全局总线双重总线。双重总线。l当当CPUCPU通过局部总线访问局通过局部总线访问局部部M M和局部和局部I/OI/O时时, , 工作方工作方式与单总线相同。式与单总线相同。l当系统中某微处理器需要当系统中某微处理器需要对全局对全局M M和全局和全局I/O I/O 访问时，访问时，则必须由总线控制逻辑统则必须由总线控制逻辑统一安排才能进行一安排才能进行, ,这时该微这时该微处
19、理器就是系统的主控设处理器就是系统的主控设备。备。 返回返回31/48微型计算机结构图 返回32/481.5 微机的工作原理微机的工作原理 l微机的工作原理：基本上遵循冯微机的工作原理：基本上遵循冯诺依曼型数字计算机诺依曼型数字计算机的工作原理；核心思想：的工作原理；核心思想：“存储程序存储程序”与与“程序控程序控制制” 。l基本要点：基本要点： 在机内采用在机内采用0、1二进制的形式来表示计算机中的指二进制的形式来表示计算机中的指令和数据。令和数据。 把人们编好的程序和原始数据预先输入计算机的主把人们编好的程序和原始数据预先输入计算机的主存储器中保存起来；当计算机工作时，它的控制器能存储器中
20、保存起来；当计算机工作时，它的控制器能够连续、自动、高速地从存储器中逐一取出指令并执够连续、自动、高速地从存储器中逐一取出指令并执行之。这就是行之。这就是“存储程序存储程序”基本概念的含义。基本概念的含义。 由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备5大基本部件组成计算机系统，且对各部分的基本功能大基本部件组成计算机系统，且对各部分的基本功能做了规定。做了规定。返回33/48程序执行过程概述程序执行过程概述l程序执行过程：逐条地执行指令，即取指令和执行指令。程序执行过程：逐条地执行指令，即取指令和执行指令。取指阶段和执指阶段取指阶段和执指阶段操作码
21、和操作数操作码和操作数返回返回34/48取指阶段和执指阶段取指阶段和执指阶段l假定程序已由输入设备存放到内存中。当计算机要从停机状态进假定程序已由输入设备存放到内存中。当计算机要从停机状态进入运行状态时，首先应把第入运行状态时，首先应把第1条指令所在的地址赋给程序计数器条指令所在的地址赋给程序计数器PC，然后机器就进入取指阶段。，然后机器就进入取指阶段。l在取指阶段，在取指阶段，CPU从内存中读出的内容必为指令，于是，数据寄从内存中读出的内容必为指令，于是，数据寄存器便把它送至指令寄存器；存器便把它送至指令寄存器； 然后由指令译码器译码，控制器然后由指令译码器译码，控制器就发出相应的控制信号，
22、就发出相应的控制信号，CPU便知道该条指令要执行什么操作。便知道该条指令要执行什么操作。l在取指阶段结束后，机器就进入执指阶段，这时，在取指阶段结束后，机器就进入执指阶段，这时，CPU执行指令执行指令所规定的具体操作。所规定的具体操作。l当一条指令执行完毕以后，就转入了下一条指令的取指阶段。当一条指令执行完毕以后，就转入了下一条指令的取指阶段。 这样周而复始地循环一直进行到程序中遇到暂停指令时方才结束。这样周而复始地循环一直进行到程序中遇到暂停指令时方才结束。返回返回35/48操作码和操作数操作码和操作数l指令通常包括操作码（指令通常包括操作码（Operation Code）和操作）和操作数（
23、数（Operand）两大部分。）两大部分。lMOV A, 3l操作码表示计算机执行什么具体操作；操作码表示计算机执行什么具体操作；l操作数表示参加操作的数本身或操作数所在的操作数表示参加操作的数本身或操作数所在的地址，也称之为地址码。地址，也称之为地址码。l在执行在执行1条指令时，就可能要处理不等字节数目条指令时，就可能要处理不等字节数目的代码信息，包括操作码、操作数或操作数的地的代码信息，包括操作码、操作数或操作数的地址。址。 返回返回36/48指令的一般执行过程指令的一般执行过程：取指令取指令 指令译码指令译码 读取操作数读取操作数 执行指令执行指令 存放结果存放结果37/48硬件系统配件
24、的选择硬件系统配件的选择 （补充）（补充）l1. CPU l2. 主板主板 l3. 硬盘硬盘 l4. 内存内存 l5.显卡显卡 l6. 光存储设备光存储设备 l7. 显示器显示器 l8. 网卡网卡 l9. 多媒体音箱多媒体音箱 l10. 扫描仪扫描仪 返回返回38/48CPU lCPU 的主要系列产品：的主要系列产品：CPU(微处理器的俗称微处理器的俗称)作作为电脑的核心部件，主要是为电脑的核心部件，主要是Intel和和AMD两大公司两大公司的系列产品。其中，以的系列产品。其中，以Intel的的P4和和AMD的的Athlon（速龙）（速龙） XP作为竞争的主要产品。作为竞争的主要产品。 lCP
25、U 产品的评价与选择：产品的评价与选择： CPU是含金量最高，同是含金量最高，同时也是更新速度最快的硬件产品，因此，评价与时也是更新速度最快的硬件产品，因此，评价与选择选择CPU的出发点是产品要满足实际应用需要，的出发点是产品要满足实际应用需要，而不要盲目追随新潮流。而不要盲目追随新潮流。 39/48主板主板 l主板：主板：机箱中最大的一块集成电路板，在它上面机箱中最大的一块集成电路板，在它上面集成有集成有CPU插座、内存插座、扩展板插座、总线插座、内存插座、扩展板插座、总线系统、电源接口以及外设接口电路等。自从进入系统、电源接口以及外设接口电路等。自从进入P4时代，搭配时代，搭配P4的主板层
26、出不穷，与其搭配的主的主板层出不穷，与其搭配的主板芯片组也是品种繁多。板芯片组也是品种繁多。 返回返回40/48硬盘硬盘 l硬盘产品系列：硬盘产品系列：目前，目前，IDE硬盘的主流市场已硬盘的主流市场已被迈拓（被迈拓（Maxtor），西部数据（），西部数据（Western Digital），），IBM以及希捷（以及希捷（SEAGATE）等几）等几个厂商所占有。个厂商所占有。 l硬盘选择原则：硬盘选择原则：目前，目前，100GB500GB容量容量的硬盘已成为主流。的硬盘已成为主流。 返回返回41/48内存内存l内存容量直接决定整机的性能表现，内存质量将内存容量直接决定整机的性能表现，内存质量将影
27、响到计算机系统的稳定性。选择内存时影响到计算机系统的稳定性。选择内存时,主要应主要应考虑内存容量、内存规格和品牌。考虑内存容量、内存规格和品牌。 内存容量内存容量 由于由于Windows 10已成为目前流行的操作系统，已成为目前流行的操作系统，所以目前主流机型的内存配置正从所以目前主流机型的内存配置正从2GB向向4GB过过渡。渡。 内存规格内存规格 SDRAM （同步动态随机存储器（同步动态随机存储器 ）、）、DDR（双倍（双倍速率同步动态随机存储器速率同步动态随机存储器 ）返回返回42/48显卡显卡 l显卡是插在主板上总线扩展槽上的一块集成电路显卡是插在主板上总线扩展槽上的一块集成电路板，它
28、是主机与显示器之间的接口，用于接收来板，它是主机与显示器之间的接口，用于接收来自自CPU和内存的信息，并将这些信息处理转换后和内存的信息，并将这些信息处理转换后向显示器发送视频信号和同步信号。向显示器发送视频信号和同步信号。l目前流行的显卡已具备小型计算机的完善处理能目前流行的显卡已具备小型计算机的完善处理能力，可以快速处理图像信息和多媒体信息。力，可以快速处理图像信息和多媒体信息。l一般，在选择显卡时应尽量选一般，在选择显卡时应尽量选择性价比高的产品。择性价比高的产品。 返回返回43/48光存储设备光存储设备 lCD-ROM 在选择在选择CD-ROM时要特别考虑容错性以及噪音等时要特别考虑容
29、错性以及噪音等指标。指标。 lDVD-ROM 目前目前DVD光盘光盘90以上都是以以上都是以MPEG-2格式存储格式存储的的DVD影碟影碟 ，选用，选用DVD-ROM时，首先要看速度。时，首先要看速度。 l CD-RW CD-RW俗称刻录机俗称刻录机 ，适合需要经常进行数据备份、，适合需要经常进行数据备份、光盘复制的用户。光盘复制的用户。 返回返回44/48显示器显示器 l显示器是最主要的输出设备。显示器是最主要的输出设备。l显示器的类型（按外型分类）：球面屏幕、平面显示器的类型（按外型分类）：球面屏幕、平面直角屏幕、柱面屏幕、直角屏幕、柱面屏幕、LCD液晶显示器等多种。液晶显示器等多种。返回
30、返回45/48网卡网卡l网卡是目前广泛使用的一种网络连接设备。随着宽带网卡是目前广泛使用的一种网络连接设备。随着宽带网的兴起，网卡已经成了标准的配置。网的兴起，网卡已经成了标准的配置。 l在选用网卡时，首先要看计算机的在选用网卡时，首先要看计算机的PCI插槽是否有空插槽是否有空余，如果有，则应使用基于余，如果有，则应使用基于PCI接口的网卡。接口的网卡。返回返回46/48多媒体音箱多媒体音箱 l多媒体音箱是多媒体电脑的一个重要组成部分。目前，伴多媒体音箱是多媒体电脑的一个重要组成部分。目前，伴随着声卡的发展已经呈现出多极化的趋势。如今随着声卡的发展已经呈现出多极化的趋势。如今USB音箱、音箱、
31、平板音箱和各类数字音箱都向着更深更广的层次发展着。平板音箱和各类数字音箱都向着更深更广的层次发展着。在选用或升级音箱时，应注意音箱与声卡的适当搭配。在选用或升级音箱时，应注意音箱与声卡的适当搭配。 返回返回47/48扫描仪扫描仪 l扫描仪可以将照片输入到电脑里进行编辑和永久保存，扫描仪可以将照片输入到电脑里进行编辑和永久保存，还可以利用还可以利用OCR(光符阅读机光符阅读机)软件将文字资料录入到软件将文字资料录入到电脑里面来编辑和传播，从而免除了手工输入的烦恼。电脑里面来编辑和传播，从而免除了手工输入的烦恼。返回48/48l了解微机的发展、分类及主要技术指标。了解微机的发展、分类及主要技术指标
32、。l掌握计算机中常用的数制与编码（整数、小数的掌握计算机中常用的数制与编码（整数、小数的二进制、十六进制表示，二进制、十六进制表示，BCDBCD码）。码）。l了解了解ASCII码，了解数字和大写字母码，了解数字和大写字母AF的的ASCII码表示。码表示。l掌握带符号数的原码与补码掌握带符号数的原码与补码，补码加减法中的溢，补码加减法中的溢出，掌握二进制运算。出，掌握二进制运算。l理解位理解位(bit)(bit)、字节、字节(Byte)(Byte)、字、字(Word)(Word)、中央处、中央处理单元理单元(CPU)(CPU)等名词术语的含义。等名词术语的含义。l理解一般微型计算机的基本结构及重要组成部件理解一般微型计算机的基本结构及重要组成部件的功能。的功能。本章小结49/48lP22： 1，2，3，4，5作 业