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1、微机原理基础知识1第一页，讲稿共七十九页哦序序国家教委提出计算机基础教学分三个层次如图国家教委提出计算机基础教学分三个层次如图1-11-1所示：所示：计算机基础教学三层次结构计算机基础教学三层次结构2第二页，讲稿共七十九页哦其中：其中：第一层次第一层次：计算机文化基础：计算机文化基础学习计算机基本知识，及基本技能学习计算机基本知识，及基本技能。第二层次第二层次：计算机技术基础：计算机技术基础 学习计算机硬件、软件的工作原理学习计算机硬件、软件的工作原理与相关知识。与相关知识。第三层次第三层次：计算机应用基础：计算机应用基础学习计算机信息管理基础和多媒体。学习计算机信息管理基础和多媒体。本课程属
2、于第二层次中本课程属于第二层次中“计算机硬件基础计算机硬件基础”课程课程3第三页，讲稿共七十九页哦计算机硬件技术基础课特点：计算机硬件技术基础课特点：内容多内容多,学时少学时少,进度快，难度大，应用广。进度快，难度大，应用广。讲课内容讲课内容:汇编语言、接口技术汇编语言、接口技术.讲课学时讲课学时:共共6666学时学时,其中其中:讲课讲课4848学时学时 实验实验1818学时学时(6(6次）次）第第3 3次做实验四次做实验四 实验三在课外完成实验三在课外完成 第第4 4次是实验考试次是实验考试4第四页，讲稿共七十九页哦如何学好这门课给同学们提几点建议如何学好这门课给同学们提几点建议:1 1、课
3、程特点：、课程特点：学习计算机硬件、软件的工作原理与相关知识。学习计算机硬件、软件的工作原理与相关知识。课程特点课程特点:理论联系实际非常紧密的课程理论联系实际非常紧密的课程,课程内容更新极快。课程内容更新极快。2、观念转变（教师角色、学生地位的转变）、观念转变（教师角色、学生地位的转变）:教师角色的转变：教师角色的转变：教师从原来以教师为中心的教师从原来以教师为中心的“讲解者讲解者”的角色转化为学生学习的角色转化为学生学习的的指导者指导者、学生活动的、学生活动的导演者导演者的角色。的角色。学生地位的转变学生地位的转变:学生由原来单纯学生由原来单纯听讲、接受灌输听讲、接受灌输的被动地位的被动地
4、位转化为：转化为：有机的有机的主动参与、发现、探究的主体地位主动参与、发现、探究的主体地位;5第五页，讲稿共七十九页哦2、媒体作用、教学过程的转变、媒体作用、教学过程的转变:媒体作用的转变：媒体作用的转变：教学媒体由教师的教学媒体由教师的讲解工具讲解工具转化为学生的转化为学生的认知工具认知工具;教学过程的转变教学过程的转变:教学过程由传统的教学过程由传统的逻辑分析或逻辑综合逻辑分析或逻辑综合,讲解说明式讲解说明式的过程转变为：的过程转变为：以以意义建构理论意义建构理论指导下的教学过程指导下的教学过程,并通过意义建构形成自己的知识结构，并通过意义建构形成自己的知识结构，从而获得知识从而获得知识,
5、掌握知识。掌握知识。6第六页，讲稿共七十九页哦3、学习的精髓：、学习的精髓：在学校学习的精髓在于：在学校学习的精髓在于：在学校的大环境中，在学校的大环境中，利用校园文化利用校园文化对学生的影响，实现：对学生的影响，实现：师生之间在课堂上的相互交流以及学生之间的师生之间在课堂上的相互交流以及学生之间的相互交流相互交流，在利用别人最好成果的基础上取得进展。在利用别人最好成果的基础上取得进展。4、抓住教学过程中的、抓住教学过程中的3个环节个环节q上课时要上课时要主动参与、发现、探究主动参与、发现、探究将上课时的多媒体教案将上课时的多媒体教案从教师手中转化为自己的认知工具从教师手中转化为自己的认知工具
6、，主动参与、主动参与、发现、探究；发现、探究；课堂上会布置自学内容，通过自学课堂上会布置自学内容，通过自学从而从而培养培养自学的能力自学的能力；q独立完成作业独立完成作业 同学之间相互交流，同学之间相互交流，一起讨论，但一定要一起讨论，但一定要独立完成作业独立完成作业；7第七页，讲稿共七十九页哦q实验课前要预习，实验课前要预习，写出预习报告写出预习报告，做到心中有数，有的放矢；，做到心中有数，有的放矢；实验课后，实验课后，要写实验报告，总结经验和教训，要写实验报告，总结经验和教训，提高自己分析问题和解决问提高自己分析问题和解决问题的能力，培养一种严谨科学作风。题的能力，培养一种严谨科学作风。收
7、获与时间成正比收获与时间成正比本课程理论联系实际非常紧密，内容本课程理论联系实际非常紧密，内容更新极快。更新极快。只能采用只能采用解剖麻雀方法解剖麻雀方法，教师在这里只起到教师在这里只起到抛砖引玉抛砖引玉的作用。的作用。因此同学们因此同学们学习过程中，学习过程中，要要花时间去学习、思索、实践，花时间去学习、思索、实践，有机地将本专业的知识结合起来，构成一个实际系统，解决实际问题。有机地将本专业的知识结合起来，构成一个实际系统，解决实际问题。收获与时间成正比收获与时间成正比,花时间越多，收获将越大花时间越多，收获将越大。8第八页，讲稿共七十九页哦愿同学们通过本课程学习愿同学们通过本课程学习在分析
8、问题、解决问题的能力上有所提高！在分析问题、解决问题的能力上有所提高！9第九页，讲稿共七十九页哦教材、参考书教材、参考书 ：教材科购买教材科购买教材教材：计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础 张菊鹏张菊鹏 等编著等编著 清华大学出版社出版清华大学出版社出版参考书参考书：IBMPCIBMPC汇编语言程序设计汇编语言程序设计 沈美明沈美明 温冬婵温冬婵 编著编著 清华大学出版社出版清华大学出版社出版 微机计算机技术及应用微机计算机技术及应用 戴梅萼戴梅萼 编著编著 清华大学出版社出版清华大学出版社出版实验指示书实验指示书:计算机硬件技术基础实验指导计算机硬件技术基础实验指导 李芙英李芙英 朱小梅编
9、著朱小梅编著.00/.00/本本习题集习题集 :计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础 习题集习题集 沈永林沈永林 胡振山编著胡振山编著 9.00/9.00/本本10第十页，讲稿共七十九页哦第一讲第一讲 计算机基础知识计算机基础知识第一节第一节 计算机概述计算机概述 一、计算机的基本组成和工作原理一、计算机的基本组成和工作原理二、有关术语二、有关术语三、计算机发展简史三、计算机发展简史四、微型计算机概述四、微型计算机概述第二节第二节 计算机中数的表示和编码计算机中数的表示和编码 一、进位计数制及其表示方法一、进位计数制及其表示方法 二、数制之间的转换二、数制之间的转换 三三、字和各种字符的编码字
10、和各种字符的编码 四四、小结小结11第十一页，讲稿共七十九页哦第一节第一节 计算机概述计算机概述一、一、计算机的基本组成和工作原理计算机的基本组成和工作原理二、二、有关术语有关术语三、三、计算机发展简史计算机发展简史四、四、微型计算机概述微型计算机概述12第十二页，讲稿共七十九页哦第一节第一节 计算机概述计算机概述一、计算机的基本组成和工作原理一、计算机的基本组成和工作原理二、有关术语二、有关术语 位位 字节字节 字和字长字和字长 位编号位编号 指令指令 指令系统指令系统 程序程序 寄存器寄存器 译码器译码器三、计算机发展简史三、计算机发展简史四、微型计算机概述四、微型计算机概述1.微型计算机
11、的基本结构微型计算机的基本结构 1)构成部件构成部件 (1)总线总线 (2)中央处理器中央处理器CPU (3)内存内存 (4)外设和输入外设和输入/输出接口（输出接口（I/O接口）接口）2)微机的工作过程微机的工作过程2.微处理器、微型计算机、微型计算机系统微处理器、微型计算机、微型计算机系统3.微型计算机的特点微型计算机的特点4.微型计算机的分类微型计算机的分类 1)按构成分类按构成分类 2)按按CPU的字长分类的字长分类 3)按主机装置分类按主机装置分类 5.IBM PC机的发展简史机的发展简史13第十三页，讲稿共七十九页哦一、计算机的基本组成和工作原理一、计算机的基本组成和工作原理按性能
12、可分为：巨型机，大型机，按性能可分为：巨型机，大型机，中型机，小型机，微机中型机，小型机，微机 现代计算机的结构基础：现代计算机的结构基础：存储程序控制结构存储程序控制结构1945年，美籍匈牙利数学家年，美籍匈牙利数学家John Von Neumann提出提出,诺依曼计算机诺依曼计算机ENIAC(1946)掌上电脑掌上电脑(2000)14第十四页，讲稿共七十九页哦诺依曼计算机的工作原理可概述为：诺依曼计算机的工作原理可概述为：“存储程序存储程序”+“程序控制程序控制”要点：要点：1以二进制表示数据和指令以二进制表示数据和指令(程序程序)2.先将程序存入存储器中，再由控制器自动读取并执行先将程序
13、存入存储器中，再由控制器自动读取并执行输输入入设设备备控制器控制器输输出出设设备备 CPU 存储器存储器运算器运算器ALU15第十五页，讲稿共七十九页哦二、有关术语二、有关术语1.位位(bit)2.字节字节(Byte)3.字和字长字和字长(word)4.位编号位编号5.指令、指令系统和程序指令、指令系统和程序6.寄存器寄存器 7.译码器译码器16第十六页，讲稿共七十九页哦1.位位(bit)l 指计算机能表示的最基本最小的单位指计算机能表示的最基本最小的单位l 在计算机中采用二进制表示数据和指令，故：在计算机中采用二进制表示数据和指令，故：位就是一个二进制位，有两种状态，位就是一个二进制位，有两
14、种状态，“0”和和“1”2.字节字节(Byte)l 相邻的相邻的8位二进制数称为一个字节位二进制数称为一个字节 1 Byte=8 bit 如：如：1100 0011 0101 0111 17第十七页，讲稿共七十九页哦3字和字长字和字长 l 字长字长是每一个字所包含的二进制位数。是每一个字所包含的二进制位数。常与常与CPU内部的寄存器、内部的寄存器、运算装置、总线宽度一致运算装置、总线宽度一致l 字字是是CPU内部进行数据处理的基本单位。内部进行数据处理的基本单位。18第十八页，讲稿共七十九页哦例例 某某CPU内含内含 8位运算器位运算器，则：，则：参加运算的数及结果均以参加运算的数及结果均以
15、8位位 表示表示,最高位产生的进位或借位在最高位产生的进位或借位在8位运算器中不保存，位运算器中不保存，而将其保存到标志寄存器中而将其保存到标志寄存器中 1 0 1 1 0 1 0 1 被加数被加数8位位 +1 0 0 0 1 1 1 1 加数加数8位位进位进位 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 和和8位位PSW标志寄存器标志寄存器运运算算器器标志标志寄存器寄存器运运算算器器被加数被加数加数加数和和进位进位19第十九页，讲稿共七十九页哦字长是衡量字长是衡量CPU工作性能的一个重要参数。工作性能的一个重要参数。不同类型的不同类型的CPU有不同的字长。有不同的字长。如如:
16、Intel 4004 是是 4 位位 8080 是是 8 位位 8088/8086/80286 是是 16 位位 80386/80486、Pentium 是是 32 位位 1010 1100 0110 0101 1001 1000 0100 0011 被加数被加数 +1100 0011 1100 0011 0001 0101 0101 1000 加数加数进位进位 1 1 1111 1 111 1 1 0111 0000 0010 1000 1010 1101 1001 1011 和和 4位位 8次次 8位位 4次次16位位 2次次32位位 1次次20第二十页，讲稿共七十九页哦位位 1 或或 0
17、 1位位字节字节 1100 0011 8位位字字 1100 0011 0011 1100 16位位双字双字 1100 0011 0011 1100 1100 0011 0011 1100 32位位高字节高字节低字节低字节 高高 字字 低低 字字把一个把一个字字定为定为16 位位，1 Word=2 Byte 一个一个双字双字定为定为32位位 1 DWord=2 Word=4 Byte21第二十一页，讲稿共七十九页哦4.位编号位编号 为便于描述，对字节为便于描述，对字节,字和双字中的各位进行编号。字和双字中的各位进行编号。从低位开始，从右到左依次为从低位开始，从右到左依次为 0、1、2 编号编号7
18、654321010100010D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0字节字节数据数据Data地址地址Address22第二十二页，讲稿共七十九页哦D0D7D15D8158101010101010101070A0A7A15A8字字的编号为的编号为15 0双字双字的编号依此类推，为的编号依此类推，为31 023第二十三页，讲稿共七十九页哦5.指令、指令系统和程序指令、指令系统和程序l 一个一个CPU能执行什么操作，是工程人员设计和制造好的，能执行什么操作，是工程人员设计和制造好的，是固定的，用户不能改变。是固定的，用户不能改变。l 指令指令是是
19、CPU能执行的一个基本操作。能执行的一个基本操作。如：取数、加、减、乘、除、存数如：取数、加、减、乘、除、存数 等等l 指令系统指令系统是是CPU所能执行的全部操作。所能执行的全部操作。不同的不同的CPU，其指令系统不同。，其指令系统不同。l 程序程序是用户在使用计算机时，为要解决的问题，是用户在使用计算机时，为要解决的问题，用一条条指令编写的指令用一条条指令编写的指令指令的序列指令的序列。构成程序的指令在存储器中一般都是顺序存放，构成程序的指令在存储器中一般都是顺序存放，要破坏这种顺序性，必须由转移指令操作。要破坏这种顺序性，必须由转移指令操作。24第二十四页，讲稿共七十九页哦6寄存器寄存器
20、 l 寄存器寄存器是用来存放数据和指令的一种基本逻辑部件是用来存放数据和指令的一种基本逻辑部件。l 根据存放信息的不同，根据存放信息的不同，有有指令寄存器指令寄存器、数据寄存器数据寄存器、地址寄存器地址寄存器等。等。标标 志志寄存器寄存器地址总线地址总线 AB数据总线数据总线 DB控制总线控制总线 CB指令寄存器指令寄存器数据寄存器数据寄存器控制电路控制电路指令译码器指令译码器地地址址寄寄存存器器指指 令令指指 针针寄存器寄存器R1R2R3R4寄存器组寄存器组运运算算器器IPCPU结构结构示意图示意图25第二十五页，讲稿共七十九页哦7译码器译码器l 译码器译码器是将输入代码转换成相应输出信号的
21、逻辑电路。是将输入代码转换成相应输出信号的逻辑电路。指令指令是是CPU能执行的一个基本操作能执行的一个基本操作;CPU的设计者对的设计者对CPU的所有指令进行的所有指令进行编码编码;用户用用户用编码形式的指令编码形式的指令进行编程，程序存放在内存中进行编程，程序存放在内存中;CPU从内存取来编码形式的指令从内存取来编码形式的指令,对指令进行译码，发出执行该指令功能所需的信号对指令进行译码，发出执行该指令功能所需的信号26第二十六页，讲稿共七十九页哦CPU 总线总线 内存内存标标 志志寄存器寄存器地址总线地址总线 AB程程序序数数据据数据总线数据总线 DB控制总线控制总线 CB地地址址译译码码器
22、器、指令指令1指令指令2指令指令3指令指令4、数据数据1数据数据2数据数据3、指令寄存器指令寄存器数据暂存器数据暂存器控制电路控制电路指令译码器指令译码器地地址址寄寄存存器器指指 令令指指 针针寄存器寄存器R1R2R3R4寄存器组寄存器组运运算算器器IPl 根据译码内容的不同，可分为：根据译码内容的不同，可分为：指令译码器指令译码器:将指令代码转换成该指令所需的各种控制信号。将指令代码转换成该指令所需的各种控制信号。地址译码器地址译码器:将地址信号转换成各地址单元相应的选通信号。将地址信号转换成各地址单元相应的选通信号。27第二十七页，讲稿共七十九页哦二、计算机发展简史二、计算机发展简史1.根
23、据使用的基本电子器件，计算机经历了四个阶段：根据使用的基本电子器件，计算机经历了四个阶段：电子管计算机电子管计算机(19461956)晶体管计算机晶体管计算机(19571964)集成电路计算机集成电路计算机(19651970)超大规模集成超大规模集成电路计算机电路计算机(1971至今至今)l 用机器语言、汇编语言编写程用机器语言、汇编语言编写程l 用于军事和国防尖端技术用于军事和国防尖端技术l 开始使用高级语言开始使用高级语言l 开始用于工程技术、数据处理和开始用于工程技术、数据处理和 其它科学领域其它科学领域l 采用微程序、流水线等技术，采用微程序、流水线等技术，提高运行速度提高运行速度l
24、出现操作系统、诊断程序等软件出现操作系统、诊断程序等软件l 采用半导体存储器采用半导体存储器l 采用图形界面操作系统采用图形界面操作系统l 器件速度更快器件速度更快,软件、外设更加丰富软件、外设更加丰富 主主要要特特点点28第二十八页，讲稿共七十九页哦2计算机的两个方向发展：计算机的两个方向发展：l 研制高速度、强功能的巨型机和大型机研制高速度、强功能的巨型机和大型机 适应军事和尖端科学的需要。适应军事和尖端科学的需要。l 研制价格低廉的超小型机和微型机研制价格低廉的超小型机和微型机 开拓应用领域和占领更广大的市场。开拓应用领域和占领更广大的市场。微型计算机微型计算机是第四代计算机的典型代表。
25、是第四代计算机的典型代表。29第二十九页，讲稿共七十九页哦四、微型计算机概述四、微型计算机概述 1.微型计算机的基本结构微型计算机的基本结构 2.微处理器、微型计算机、微型计算机系统微处理器、微型计算机、微型计算机系统 3.微型计算机的特点微型计算机的特点 4.微型计算机的分类微型计算机的分类 5.IBM PC机的发展简史机的发展简史30第三十页，讲稿共七十九页哦1.微型计算机的基本结构微型计算机的基本结构简介简介 1)构成部件构成部件 ;2)工作过程工作过程存存储储器器I/O接接口口输输入入设设备备I/O接接口口数据总线数据总线 DB控制总线控制总线 CB地址总线地址总线 AB输输出出设设备
26、备CPU31第三十一页，讲稿共七十九页哦存存储储器器I/O接接口口输输入入设设备备I/O接接口口数据总线数据总线 DB控制总线控制总线 CB地址总线地址总线 AB输输出出设设备备CPU微机的硬件由微机的硬件由CPU、存储器存储器、输入输入/输出设备输出设备构成；构成；输入输入/输出设备通过输出设备通过输入输入/输出接口输出接口与系统相连；与系统相连；(输入输入/输出接口简称输出接口简称I/O接口接口)各部件通过各部件通过总线总线连接。连接。构构成成部部件件32第三十二页，讲稿共七十九页哦(1)总线总线l 总线是连接多个功能部件的一组公共信号线总线是连接多个功能部件的一组公共信号线 微机中各功能
27、部件之间的信息是通过总线传输微机中各功能部件之间的信息是通过总线传输总线总线 BUS存存储储器器I/O接接口口输输入入设设备备I/O接接口口输输出出设设备备CPU33第三十三页，讲稿共七十九页哦ISA插插槽槽PCI插槽插槽AGP插插槽槽北桥北桥芯片组芯片组南桥南桥芯片组芯片组内存插槽内存插槽CPU插槽插槽IDE接口接口软驱接口软驱接口并口连接器并口连接器串口连接器串口连接器ROM BIOS鼠标键盘鼠标键盘USB接口接口主板主板电源电源插座插座34第三十四页，讲稿共七十九页哦550MHzIDE2Pentium III北桥北桥440BXAGP南桥南桥PIIX4ECMOS&RTCUSB超级超级I/O
28、IDE1COM1COM2LPT1550MHzL1CacheL2Cache处理机总线处理机总线 100MHz100MHzPCI 总线总线 33MHzPCI 插槽插槽ISA 插槽插槽ISA总线总线 8MHz内存条内存条ROM BIOS显显示示器器硬盘硬盘光驱光驱软驱软驱键盘鼠标键盘鼠标打印机打印机MODEM66MHz显卡显卡35第三十五页，讲稿共七十九页哦l 按信号的作用，总线分为三类：按信号的作用，总线分为三类：地址总线、数据总线、控制总线地址总线、数据总线、控制总线 存存储储器器I/O接接口口输输入入设设备备I/O接接口口数据总线数据总线 DB控制总线控制总线 CB地址总线地址总线 AB输输出
29、出设设备备CPU36第三十六页，讲稿共七十九页哦地址总线地址总线 AB(Address Bus)：单向单向用来传送用来传送CPU输出的地址信号，输出的地址信号，确定被访问的存储单元、确定被访问的存储单元、I/O端口。端口。存存储储器器I/O接接口口输输入入设设备备I/O接接口口数据总线数据总线 DB控制总线控制总线 CB地址总线地址总线 AB输输出出设设备备CPU37第三十七页，讲稿共七十九页哦地址总线的条数地址总线的条数 决定决定CPU的寻址能力。的寻址能力。10根根 210 1024 1K 20根根 220 1024K 1M32根根 232 22 230 4G36根根 236 26 230
30、 64G38第三十八页，讲稿共七十九页哦数据总线数据总线 DB(Data Bus)：双向双向 用来在用来在CPU与存储器、与存储器、I/O接口之间进行数据传送。接口之间进行数据传送。存存储储器器I/O接接口口输输入入设设备备I/O接接口口数据总线数据总线 DB控制总线控制总线 CB地址总线地址总线 AB输输出出设设备备CPU39第三十九页，讲稿共七十九页哦数据总线数据总线的条数决定一次可最多传送数据的宽度。的条数决定一次可最多传送数据的宽度。8 根根 一次传送一次传送 8位位16 根根 一次传送一次传送 16位位 32 根根 一次传送一次传送 32位位 64 根根 一次传送一次传送 64位位4
31、0第四十页，讲稿共七十九页哦控制总线控制总线CB(Control Bus)：用于传送各种控制信号。用于传送各种控制信号。存存储储器器I/O接接口口输输入入设设备备I/O接接口口数据总线数据总线 DB控制总线控制总线 CB地址总线地址总线 AB输输出出设设备备CPU 有的是有的是CPU发出，如读控制信号、写控制信号；发出，如读控制信号、写控制信号；有的是发向有的是发向CPU，如外设向，如外设向CPU发出的中断申请信号。发出的中断申请信号。41第四十一页，讲稿共七十九页哦(2)中央处理器中央处理器CPUl 计算机的核心部件计算机的核心部件 用来实现指令的自动装入和自动执行，用来实现指令的自动装入和
32、自动执行，实现计算机本身的自动化。实现计算机本身的自动化。存存储储器器I/O接接口口输输入入设设备备I/O接接口口数据总线数据总线 DB控制总线控制总线 CB地址总线地址总线 AB输输出出设设备备CPU42第四十二页，讲稿共七十九页哦CPU结构示意图结构示意图地址信号地址信号标标 志志寄存器寄存器指令寄存器指令寄存器数据暂存器数据暂存器控制电路控制电路指令译码器指令译码器地地址址寄寄存存器器指指 令令指指 针针寄存器寄存器R1R2R3R4寄存器组寄存器组运运算算器器IP数据信号数据信号控制信号控制信号ALUALU控制器控制器43第四十三页，讲稿共七十九页哦DSESSSCSIP数据暂存器数据暂存
33、器执执 行行 部部 件件控控 制制 电电 路路指令译码器指令译码器总线总线接口接口控制控制电路电路AXBXCXDXAHBHCHDHSIDIBPSPALBLCLDL寄存器组寄存器组BIUABDBCB地地址址加加法法器器指指令令队队列列PSW标志寄存器标志寄存器EU运运算算器器DSESSSCSIP数据暂存器数据暂存器执执 行行 部部 件件控控 制制 电电 路路指令译码器指令译码器总线总线接口接口控制控制电路电路AXBXCXDXAHBHCHDHSIDIBPSPALBLCLDL寄存器组寄存器组ABDBCB地地址址加加法法器器指指令令队队列列PSW标志寄存器标志寄存器运运算算器器8088 编程结构编程结
34、构44第四十四页，讲稿共七十九页哦 指令指针指令指针控制控制ROM控制部件控制部件地址生成地址生成(U流水线流水线)地址生成地址生成(V流水线流水线)ALU(U流水线流水线)ALU(V流水线流水线)整数寄存器组整数寄存器组桶形移位器桶形移位器8K字节数据字节数据 高速缓存高速缓存TLB浮点部件浮点部件控制控制寄存器组寄存器组加法加法除法除法乘法乘法总总线线部部件件 页页面面部部件件预取缓冲器预取缓冲器指令译码器指令译码器8K字节代码字节代码 高速缓存高速缓存TLB 分支目标分支目标缓冲器缓冲器 分支检验分支检验与目标地址与目标地址 预取预取地址地址控制控制64位位数据总线数据总线32位位地址总
35、线地址总线32位地址总线位地址总线64位数据总线位数据总线256323232323232Pentium内部结构内部结构45第四十五页，讲稿共七十九页哦(3)内存内存 内存是存储程序和数据的部件，内存是存储程序和数据的部件，由地址译码器、内存单元等构成。由地址译码器、内存单元等构成。n根根CPU地址线地址线AB数据线数据线DB控制线控制线CB地地址址译译码码器器1100110000110011101010101111000010001000地址地址00.0000地址地址00.0001地址地址00.0010地址地址00.0011地址地址111111内存结构示意图内存结构示意图46第四十六页，讲稿共
36、七十九页哦l 内存单元内存单元 l 内存单元的地址内存单元的地址l 内存单元的内容内存单元的内容l 对内存的读对内存的读/写操作写操作47第四十七页，讲稿共七十九页哦l 内存单元内存单元 存储信息的基本单元。存储信息的基本单元。每片内存芯片有若干个内存单元。每片内存芯片有若干个内存单元。每个单元可存储每个单元可存储1位或多位等二进制数。位或多位等二进制数。n根根CPU地址线地址线AB数据线数据线DB控制线控制线CB地地址址译译码码器器1100110000110011101010101111000010001000地址地址00.0000地址地址00.0001地址地址00.0010地址地址00.0
37、011地址地址11111148第四十八页，讲稿共七十九页哦l 内存单元的地址内存单元的地址 为区分各内存单元，每个内存单元对应有一个地址。为区分各内存单元，每个内存单元对应有一个地址。地址线上的数据经译码后只有唯一的内存单元被选中地址线上的数据经译码后只有唯一的内存单元被选中。n根根CPU地址线地址线AB数据线数据线DB控制线控制线CB地地址址译译码码器器1100110000110011101010101111000010001000地址地址00.0000地址地址00.0001地址地址00.0010地址地址00.0011地址地址11111149第四十九页，讲稿共七十九页哦l 内存单元的内容内存
38、单元的内容 每个内存单元所存储的二进制数据。每个内存单元所存储的二进制数据。n根根CPU地址线地址线AB数据线数据线DB控制线控制线CB地地址址译译码码器器1100110000110011101010101111000010001000地址地址00.0000地址地址00.0001地址地址00.0010地址地址00.0011地址地址11111150第五十页，讲稿共七十九页哦l 对内存的读对内存的读/写操作写操作 CPU发出地址信号，选中相应的内存单元。发出地址信号，选中相应的内存单元。若是若是读操作读操作，CPU发出内存读控制信号，发出内存读控制信号，被选中的内存单元将其内容经数据总线送入被选中
39、的内存单元将其内容经数据总线送入CPU。若是若是写操作写操作，CPU发出内存写控制信号，发出内存写控制信号，CPU将欲写的内容经数据总线，写入被选中的内存单元。将欲写的内容经数据总线，写入被选中的内存单元。n根根CPU地址线地址线AB控制线控制线CB地地址址译译码码器器1100110000110011101010101111000010001000地址地址00.0000地址地址00.0001地址地址00.0010地址地址00.0011地址地址111111数据线数据线DB51第五十一页，讲稿共七十九页哦(4)外设和输入外设和输入/输出接口（输出接口（I/O接口）接口）外设的电信号、运行速度与外设
40、的电信号、运行速度与CPU不匹配，不匹配，不能与不能与CPU直接相连，必须通过直接相连，必须通过I/O接口与接口与CPU相连。相连。存存储储器器I/O接接口口输输入入设设备备I/O接接口口数据总线数据总线 DB控制总线控制总线 CB地址总线地址总线 AB输输出出设设备备CPU52第五十二页，讲稿共七十九页哦键键 盘盘 键盘接口键盘接口 显示器显示器 显示卡显示卡鼠鼠 标标 串行接口串行接口 网网 络络 网卡网卡 打印机打印机 并行接口并行接口 音箱、麦可风音箱、麦可风 声卡声卡IDE2Pentium III北桥北桥440BX南桥南桥PIIX4ECMOS&RTCUSB超级超级I/OIDE1COM
41、1COM2LPT1L1CacheL2CachePCI 插槽插槽ISA 插槽插槽内存条内存条ROM BIOS显显示示器器硬盘硬盘光驱光驱软驱软驱键盘鼠标键盘鼠标打印机打印机MODEM显卡显卡53第五十三页，讲稿共七十九页哦I/O接口结构示意图接口结构示意图CPU通过对通过对I/O端口进行读端口进行读/写操作，实现对外设的控制。写操作，实现对外设的控制。I/O端口端口1I/O端口端口2I/O端口端口3地址地址译码译码数据数据缓冲缓冲控制控制电路电路外外设设ABDBCBCPU54第五十四页，讲稿共七十九页哦l I/O端口端口l I/O端口的地址端口的地址l I/O端口的内容端口的内容l 对对I/O端
42、口的读端口的读/写操作写操作55第五十五页，讲稿共七十九页哦l I/O端口端口 I/O接口内部通常有一个或多个寄存器，接口内部通常有一个或多个寄存器，用以存放各种信息，称用以存放各种信息，称I/O寄存器或寄存器或I/O端口。端口。I/O端口端口1I/O端口端口2I/O端口端口3地址地址译码译码数据数据缓冲缓冲控制控制电路电路外外设设ABDBCBCPU56第五十六页，讲稿共七十九页哦l I/O端口的地址端口的地址 为区分各为区分各I/O端口，每个端口对应有一个端口地址。端口，每个端口对应有一个端口地址。I/O端口端口1 (23H端口端口)I/O端口端口2(24H端口端口)I/O端口端口3(25H
43、端口端口地址地址译码译码数据数据缓冲缓冲控制控制电路电路外外设设ABDBCBCPU57第五十七页，讲稿共七十九页哦l I/O端口的内容端口的内容1001 0101 (状态端口状态端口)0110 1010(数据端口数据端口)1100 0110(控制端口控制端口)地址地址译码译码数据数据缓冲缓冲控制控制电路电路外外设设ABDBCBCPU根据存放内容的不同可分为：状态端口，数据端口，控制端口根据存放内容的不同可分为：状态端口，数据端口，控制端口 指指I/O端口存放的二进制数据。端口存放的二进制数据。58第五十八页，讲稿共七十九页哦l 对对I/O端口的读端口的读/写操作：写操作：（与内存的读（与内存的
44、读/写操作相类似）写操作相类似）CPU发出地址信号，选中相应的发出地址信号，选中相应的I/O端口。端口。若是若是读操作读操作，CPU发出发出I/O端口读控制信号，端口读控制信号，被选中的被选中的I/O端口将其内容经数据总线送入端口将其内容经数据总线送入CPU。若是若是写操写操作，作，CPU发出发出I/O端口写控制信号，端口写控制信号，CPU将欲写的内容经数据总线，写入被选中的将欲写的内容经数据总线，写入被选中的I/O端口中。端口中。I/O端口端口1 (23H端口端口)I/O端口端口2(24H端口端口)I/O端口端口3(25H端口端口地址地址译码译码数据数据缓冲缓冲控制控制电路电路外外设设ABD
45、BCBCPU59第五十九页，讲稿共七十九页哦2）微机的工作过程）微机的工作过程 计算机的工作原理是：计算机的工作原理是：“存储程序存储程序”+“程序控制程序控制”CPU 总线总线 内存内存标标 志志寄存器寄存器地址总线地址总线 AB程程序序数数据据数据总线数据总线 DB控制总线控制总线 CB地地址址译译码码器器、指令指令1指令指令2指令指令3指令指令4、数据数据1数据数据2数据数据3、指令寄存器指令寄存器数据暂存器数据暂存器控制电路控制电路指令译码器指令译码器地地址址寄寄存存器器指指 令令指指 针针寄存器寄存器R1R2R3R4寄存器组寄存器组运运算算器器IP60第六十页，讲稿共七十九页哦微机的
46、工作过程分两阶段：微机的工作过程分两阶段：l 取指令取指令l 执行指令执行指令61第六十一页，讲稿共七十九页哦l取指令阶段取指令阶段（CPU读内存操作）：读内存操作）：地址经地址寄存器地址经地址寄存器 地址总线地址总线 地址译码器地址译码器,选中指令所在的内存单元选中指令所在的内存单元 CPU发出内存读控制信号发出内存读控制信号 指令从内存指令从内存 数据总线数据总线 数据暂存器数据暂存器 指令寄存器指令寄存器 指令译码器对指令进行译码指令译码器对指令进行译码 由由IP给出指令在内存的地址给出指令在内存的地址标标 志志寄存器寄存器地址总线地址总线 AB程程序序数数据据数据总线数据总线 DB控制
47、总线控制总线 CB地地址址译译码码器器、指令指令1指令指令2指令指令3指令指令4、数据数据1数据数据2数据数据3、指令寄存器指令寄存器数据暂存器数据暂存器控制电路控制电路指令译码器指令译码器地地址址寄寄存存器器指指 令令指指 针针寄存器寄存器R1R2R3R4寄存器组寄存器组运运算算器器IP62第六十二页，讲稿共七十九页哦l执行指令阶段：执行指令阶段：经译码后的指令，由控制电路发出控制信号去执行。经译码后的指令，由控制电路发出控制信号去执行。CPU 总线总线 内存内存标标 志志寄存器寄存器地址总线地址总线 AB程程序序数数据据数据总线数据总线 DB控制总线控制总线 CB地地址址译译码码器器、指令
48、指令1指令指令2指令指令3指令指令4、数据数据1数据数据2数据数据3、指令寄存器指令寄存器数据暂存器数据暂存器控制电路控制电路指令译码器指令译码器地地址址寄寄存存器器指指 令令指指 针针寄存器寄存器R1R2R3R4寄存器组寄存器组运运算算器器IP63第六十三页，讲稿共七十九页哦不同的指令，不同的指令，CPU的具体执行过程不同。的具体执行过程不同。CPU 可执行的操作通常有数据传送、算术逻辑运算等等。可执行的操作通常有数据传送、算术逻辑运算等等。当一条指令需要从内存或当一条指令需要从内存或I/O端口取得或存放数据时，端口取得或存放数据时，CPU在执行阶段，在执行阶段，需对指令指定的内存单元或需对
49、指令指定的内存单元或I/O端口进行读端口进行读/写操作。写操作。64第六十四页，讲稿共七十九页哦例例 指令指令1：将寄存器：将寄存器R1与与R3的内容相加，结果存在的内容相加，结果存在R3中。中。指令指令1在在CPU 内部即可完成内部即可完成CPU 总线总线 内存内存标标 志志寄存器寄存器地址总线地址总线 AB程程序序数数据据数据总线数据总线 DB控制总线控制总线 CB地地址址译译码码器器、指令指令1指令指令2指令指令3指令指令4、数据数据1数据数据2数据数据3、指令寄存器指令寄存器数据暂存器数据暂存器控制电路控制电路指令译码器指令译码器地地址址寄寄存存器器指指 令令指指 针针寄存器寄存器R1
50、R2R3R4寄存器组寄存器组运运算算器器IP65第六十五页，讲稿共七十九页哦例例 指令指令2：将内存中的数据：将内存中的数据2送至送至CPU的寄存器的寄存器R2中中指令指令2的执行阶段包括一个到内存取数的执行阶段包括一个到内存取数(即读内存即读内存)的过程。的过程。CPU 总线总线 内存内存标标 志志寄存器寄存器地址总线地址总线 AB程程序序数数据据数据总线数据总线 DB控制总线控制总线 CB地地址址译译码码器器、指令指令1指令指令2指令指令3指令指令4、数据数据1数据数据2数据数据3、指令寄存器指令寄存器数据暂存器数据暂存器控制电路控制电路指令译码器指令译码器地地址址寄寄存存器器指指 令令指