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1、学 习 目 的了解计算机的发展掌握微处理器、微型计算机和微型计算机系统的组成熟悉微型计算机的总线结构特点本章学习目的本章学习目的第1页/共60页重重重重 点点点点微处理器、微型计算机 微型计算机系统的组成微型计算机的总线结构难 点微型计算机的总线结构本章重点、难点本章重点、难点第2页/共60页1.1.1 台式计算机构成中央处理器CPU 系统主板内存 硬盘 软盘显示卡 显示器光盘存储器声卡与音像 网卡 机箱、鼠标、键盘1.1计算机构成1.1 计算机构成第3页/共60页1.1计算机构成第4页/共60页 中央处理器中央处理器CPU:CPU:中央处理单元中央处理单元CPUCPU（CentralProc
2、essingUnitCentralProcessingUnit）是一台计算机的）是一台计算机的心脏，它主要是由心脏，它主要是由运算器运算器和和控制器控制器构成，是用来构成，是用来解释指令并进行运算的。评价解释指令并进行运算的。评价CPUCPU的指标的指标主频主频和和缓存。缓存。1.1计算机构成第5页/共60页第6页/共60页1.1计算机构成第7页/共60页系统主板系统主板:主板是机箱中最大的一块集成电路主板是机箱中最大的一块集成电路板，在它上面集成有板，在它上面集成有CPUCPU插座、内存插座、扩展插座、内存插座、扩展板（通信板卡、显示卡、声卡、网卡等）插座、板（通信板卡、显示卡、声卡、网卡等
3、）插座、输入输出系统、总线系统、电源接口输入输出系统、总线系统、电源接口等，在组等，在组装一台计算机时，主板是一个母体，其它部件装一台计算机时，主板是一个母体，其它部件或直接插接在主板上，或通过电缆电线连接在或直接插接在主板上，或通过电缆电线连接在主板上。主板上。1.1计算机构成第8页/共60页1.1计算机构成第9页/共60页 内存内存:在现代微机中把内存用内存条的形状提在现代微机中把内存用内存条的形状提供，在计算机主板上有一个一个的内存扩展插供，在计算机主板上有一个一个的内存扩展插槽，内存条就是插在这些内存扩展槽上的。槽，内存条就是插在这些内存扩展槽上的。1.1计算机构成第10页/共60页软
4、盘软盘:软磁盘存储器是由软磁盘存储器是由软盘驱动器软盘驱动器、软盘控软盘控制器制器以及以及软盘盘片软盘盘片三部分组成的。三部分组成的。1.1计算机构成第11页/共60页 硬盘硬盘:硬盘是办公用微机及家用微机的主要外硬盘是办公用微机及家用微机的主要外存储器设备，一个完整的硬盘由存储器设备，一个完整的硬盘由驱动器、控制驱动器、控制器、盘片器、盘片三大部分组成。三大部分组成。1.1计算机构成第12页/共60页显示卡显示卡:它是它是主机主机与与显示器显示器之间的接口，它接之间的接口，它接收收CPUCPU和内存发送来的信息，将这些信息处理和内存发送来的信息，将这些信息处理并转换后向显示器发送视频信号和同
5、步信号。并转换后向显示器发送视频信号和同步信号。显示器显示器:显示器技术的发展是伴随着电视技术显示器技术的发展是伴随着电视技术和计算机技术的发展而发展的，它是现在微机和计算机技术的发展而发展的，它是现在微机的最主要的输出设备。的最主要的输出设备。1.1计算机构成第13页/共60页光盘存储器光盘存储器:光盘存储器是光盘存储器是光盘光盘和和光盘驱动器光盘驱动器的统称，光盘是利用光学方式进行读写信息操的统称，光盘是利用光学方式进行读写信息操作方式的介质。光盘的信息存储格式同磁盘类作方式的介质。光盘的信息存储格式同磁盘类似，也是分轨道（这里不能说磁道）、扇区、似，也是分轨道（这里不能说磁道）、扇区、记
6、录信息的字节，但它的轨道不是像磁盘那样记录信息的字节，但它的轨道不是像磁盘那样的同心圆，而是螺旋型由中心向外散布。的同心圆，而是螺旋型由中心向外散布。1.1计算机构成第14页/共60页 声卡和音箱声卡和音箱:声卡像其它扩展卡一样，也是插在声卡像其它扩展卡一样，也是插在主板上的总线扩展槽上的，在声卡露出机箱的主板上的总线扩展槽上的，在声卡露出机箱的部分留有接音箱、耳机、麦克风的插口。部分留有接音箱、耳机、麦克风的插口。1.1计算机构成第15页/共60页 网卡网卡:网卡也称为网络接口卡，它插在主板上的网卡也称为网络接口卡，它插在主板上的总线扩展槽上。总线扩展槽上。1.1计算机构成第16页/共60页
7、机箱机箱:机箱是用来固定计算机主板，并将所有机箱是用来固定计算机主板，并将所有设备装在其中的设备。设备装在其中的设备。鼠标：鼠标：鼠标是一种坐标定位输入设备，分为鼠标是一种坐标定位输入设备，分为机械式、光电式等机械式、光电式等。键盘：键盘：键盘是数字和字符输入装置，它是从早键盘是数字和字符输入装置，它是从早 期的机械式打字机的基础上演变过来的输入设备。期的机械式打字机的基础上演变过来的输入设备。1.1计算机构成第17页/共60页计算机是由硬件与软件两大子系统组成。硬件与软件二者密不可分，缺一不可。硬件提供物资基础，软件提供最终实现手段。1.2.1计算机的组成1.2计算机硬件系统1.2 计算机硬
8、件系统第18页/共60页1.2计算机硬件系统1.微型计算机系统的概念微型计算机：指以微处理器为核心，配上存储器、输入/输出接口电路等所组成的计算机（又称为主机）。微型计算机系统：指以微型计算机为中心，配以相应的外围设备、电源和辅助电路（统称为硬件）以及指挥计算机工作的系统软件所构成的系统。第19页/共60页2.MP、MC、MCS 相互关系 微处理器MP、微型计算机MC和微型计算机系统MCS，这是三个含义不同但又有着密切依存关系。(1).微处理器uP或MP(MicroProcessor)在一片超大规模集成电路上，将运算器和控制器集成在一起，称微处理器。有时简称CPU.(2).微型计算机MC(Mi
9、croComputer)以微处理器为核心;存储器输入输出接口I/O及辅助电路.通过总线与其它部件相连.1.2计算机硬件系统第20页/共60页(3)微型计算机系统微型计算机系统 微型计算机系统（MicroComputer System),简称MCS。以微型计算机为核心外围设备（输入输出设备）电源 系统软件1.2计算机硬件系统第21页/共60页(4)MP、MC、MCS的相互关系图1.1微型计算机系统的组成1.2计算机硬件系统第22页/共60页1.计算机的组成-冯诺依曼结构实现自动计算的思想是程序控制程序人编写的计算步骤，程序预先存储在存储器中。存储器还用于暂存参与计算的数和计算结果等数据。1.2.
10、2基于总线的微型计算机硬件系统以二进制形式表示指令和数据程序和数据事先存放在存储器中，计算机在工作时能够高速地从存储器中取出指令加以执行由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备等五大部件组成计算机硬件系统1.2计算机硬件系统第23页/共60页输入设备控制器输出设备CPU存储器运算器ALU运算器运算器是进行运算的部件。运算包括算术运算和逻辑运算。一般简称ALU。控制器控制器通过对指令的译码，控制自身和其它部分运行。1.2计算机硬件系统第24页/共60页存储器存储器是存储数据和指令的部件。其物理容量(大小)是固定的，以字节为单位(B)。输入设备：典型的输入设备是键盘。输出设备：输入与输出设备是
11、计算机与外界进行信息交换的场所，它们与计算机通过I/O接口实现信息的交换。典型的输出设备是显示器。1.2计算机硬件系统第25页/共60页2微型计算机硬件系统组成微处理器：进行算数运算和逻辑运算。存储器：存储程序、数据、符号等I/O接口：使外设与微机相连。1.2计算机硬件系统第26页/共60页（1）总线：总线是连接多个功能部件的一组公共信号线，微机中各功能部件之间的信息是通过总线传输。数据总线DB：装载数据和指令代码。总线宽度：总线中信号线的条数。地址总线AB：装载地址信号。宽度由CPU所能直接访问的存储空间容量而定。控制总线CB：CPU向其他部件传送控制信号，其他部件向CPU传送状态信号和请求
12、信号。宽度各异。1.2计算机硬件系统第27页/共60页（2）微处理器CPU:由运算器、控制器、寄存器3部分组成。实现运算和控制功能。计算机的核心部件；用来实现指令的自动装入和自动执行；实现计算机本身的自动化。1.2计算机硬件系统第28页/共60页地址信号标志寄存器指令寄存器数据暂存器控制电路指令译码器地址寄存器指令指针寄存器R1R2R3R4寄存器组运算器IP数据信号控制信号ALUALU控制器1.2计算机硬件系统第29页/共60页ALUOI2I1ALPCIDIRPLAFARDRRA256字节RAM存储器算术逻辑标志寄存器程序寄存器地址寄存器数据寄存器指令寄存器累加器寄存器阵列指令译码器1.2计算
13、机硬件系统第30页/共60页运算器：又称算术逻辑单元（ALU），用来进行算术或逻辑运算以及移位循环等操作。控制器：又称控制单元（CU），是全机的指挥控制中心。它负责把指令逐条从存储器中取出，经译码分析后向全机发出取数、执行、存数等控制命令，以保证正确完成程序所要求的功能。指令寄存器IR：用来存放从存储器取出的将要执行的指令码。指令译码器ID：用来对指令寄存器IR中的指令操作码字段进行译码，以确定该指令应执行什么操作。可编程逻辑阵列PLA：用来产生取指令所需要的各种微操作的控制信号，并经过控制总线CB送往有关部件，从而使计算机完成相应的操作。1.2计算机硬件系统第31页/共60页内部寄存器：程序
14、计数器PC：有时称为指令指针IP，它被用来存放下一条要执行指令所在存储单元的地址。地址寄存器AR：用来存放正要取出的指令的地址或数据操作数的地址。数据缓冲寄存器DR：用来暂时存放指令或数据。累加器A：它是使用最频繁的一个寄存器。标志寄存器FLAGS：有时也称为程序状态字（PSW），用来存放执行算术运算指令、逻辑运算指令或测试指令后建立的各种状态码内容以及对CPU操作进行控制的控制信息。寄存器阵列RA：相当于微处理器内部的RAM。1.2计算机硬件系统第32页/共60页ALU：算术逻辑单元：执行算术和逻辑运算的装置。PC：程序寄存器：保存下一条指令地址。自动加1。F：标志寄存器：是有一些标志位组成
15、。IR：指令寄存器：存储当前正在译码、执行的指令。DR：数据寄存器：存储内存读出的内容。AR：地址寄存器：由它把要寻址的单元的地址通过地址总线送至存储器。PSW：状态字寄存器：存储前一时刻指令执行的状态标志。SP：堆栈指针：保存断点地址和现场信息。指令执行过程：取指，分析指令，执行指令。1.2计算机硬件系统第33页/共60页(3)存储器：由CPU之外的半导体存储器芯片组成，存放程序、操作数、运算的中间结果和最终数据。00单元01单元02单元03单元04单元FF单元地址译码器地址内容00010203FF控制CPU来的控制信号ABDB1）存储器的结构1.2计算机硬件系统第34页/共60页n根CPU
16、地址线AB数据线DB控制线CB地址译码器1100110000110011101010101111000010001000地址00.0000地址00.0001地址00.0010地址00.0011地址111111内存结构示意图1.2计算机硬件系统第35页/共60页读2）读操作10011001（99H)11100111（E7H）00110001（31H）10000100（84H）01100000（60H）地址译码器地址内容00010203FF控制ABDB10011001（99H）040484H10011001（99H)11100111（E7H）00110001（31H）10000100（84H）01
17、100000（60H）地址译码器地址内容00010203FF控制ABDB10011001（99H）041.2计算机硬件系统第36页/共60页写3）写操作10011001（99H)11100111（E7H）00110001（31H）01100000（60H）地址译码器地址内容00010203FF控制ABDB10011001（99H）040484H10011001（99H)11100111（E7H）00110001（31H）01100000（60H）地址译码器地址内容00010203FF控制ABDB10011001（99H）0410011001（99H)11100111（E7H）00110001（
18、31H）10000100（84H）01100000（60H）地址译码器地址内容00010203FF控制ABDB10011001（99H）041.2计算机硬件系统第37页/共60页（4）I/O设备及其接口电路：输入设备将程序、原始数据和现场信息送给计算机；输出设备将计算机的计算和处理结果或回答信号以各种形式表现出来。外设与CPU间的硬件连线和信息交换要经接口电路。接口电路：是微处理器与I/O设备联系的必经之路，具有协调和转换功能。种类很多。1.2计算机硬件系统第38页/共60页1.31.3微型计算机软件系统微型计算机软件系统计算机软件分为两大类：系统软件和用户软件。裸机操作系统语言处理程序（解释
19、、编译）各种标准程序库数据库管理应用软件服务性支撑软件软硬件层次n应当指出，硬件系统和软件系统是相辅相成的，共同构成微型计算机系统，缺一不可。1.3计算机软件系统第39页/共60页1.4 1.4 微型计算机的工作过程微型计算机的工作过程一、指令和程序1、指令：指令是用来指挥和控制计算机执行某种操作的命令。一条指令包括两个基本组成部分，即操作码和地址码。2、指令系统：一台计算机所能识别和执行的全部指令的集合称为该计算机的指令系统。3、程序：完成或解决某一特定问题而编写的指令序列称为程序。通常用二进制代码形式组成的指令序列称为机器语言程序，即目标程序。1.4微型计算机的工作过程第40页/共60页4
20、、汇编语言程序：用助记符形式组成的指令序列称为汇编语言程序，或符号程序。例如：助记符ADD表示加法指令 ADD AX,BX 的二进制代码为0000001111000011 1.4微型计算机的工作过程第41页/共60页二、计算机的基本工作流程1.模型计算机结构。输入设备运算器存储器控制器输出设备数据数据控制信号数据控制信号控制信号控制信号指令1.4微型计算机的工作过程第42页/共60页2.CPU2.CPU结构结构控制单元I/O控制逻辑工作寄存器组ALU暂存数据和结果算术和逻辑运算分析和执行指令1.4微型计算机的工作过程第43页/共60页3.指令的执行过程 第一步：取指 第二步：分析 第三步：执行
21、 1.4微型计算机的工作过程第44页/共60页例：MOVAL,07HADDAL,10HLT110110001(MOVAL,n)00000111(n=7)200001000(ADDAL,n)00001010(n=10)311111110(HLT)00000111地址内容000102031011000104000010000000101011111110MOVAL,nn=7ADDAL,nn=10HLT1.4微型计算机的工作过程第45页/共60页IDIRPLADRALUOI2I1AL00000000BLARPC000001110001020310110001040000100000001010111
22、11110000000001000000012003读101100014510110001610110001710110001(MOVAL,n)1.4微型计算机的工作过程第46页/共60页IDIRPLADRALUOI2I1AL00000001BLARPC00000111000102031011000104000010000000101011111110000000011000000102013读000001114500000111600000111700000111(n=7)1.4微型计算机的工作过程第47页/共60页IRIDPLADRALUOI2I1AL00000010BLARPC00000
23、111000102031011000104000010000000101011111110000000101000000112023读000010004500001000600001000700001000(ADDAL,n)1.4微型计算机的工作过程第48页/共60页IRIDPLADRALUOI2I1AL00000011BLARPC00000111000102031011000104000010000000101011111110000000111000001002033读000010104500001010600000111700001010(n=10)AL00010001891.4微型计算
24、机的工作过程第49页/共60页4、计算机的工作流程（1）编制程序（2）启动计算机（3）输出结果1.4微型计算机的工作过程第50页/共60页1.5 1.5 微计算机的发展微计算机的发展1.3.1.计算机的发展 1946年，世界上第一台计算机诞生于美国宾夕法尼亚大学的莫尔学院.第一代：（1946-1957）：电子管第二代：（1957-1964）：晶体管第三代：（1965-1971）：中小规模集成电路管第四代：（1970-1992）：超大规模集成电路1.5微计算机的发展第51页/共60页1.3微计算机的发展第52页/共60页微处理器的发展：第一阶段（1971-1972）：PMOS 4004、8008
25、，四位、八位字长低档CPU 指令周期：2毫秒（us）,时钟：2.54MHZ 集成度：2000只晶体管/片第二阶段（1973-1978）：8080/8085、Z80，M6800，八位中高档CPU 指令周期：12us,时钟：2.55MHZ 集成度：10000只晶体管/片第三阶段（1978-1981）：PMOS 8086，Z8000，M6800，十六位字长CPU.指令周期：0.5us,时钟：510MHZ 集成度：30000只晶体管/片。1.3微计算机的发展第53页/共60页第四阶段（1981-1993）：三十二位微处理器：80386、80486、MC68010、MC68020。指令周期：0.1us，
26、时钟：1620MHZ，集成度:1550万管/片。第五阶段1993年以来：32位机 Pentium划时代的微处理器投入使用.时钟：60150MHZ，集成度310万只/管以上 内部数据总线是32位，外部数据总线为64位，使一个总线周期的数据传输量提高一倍。1.3微计算机的发展第54页/共60页第一章 小 结计算机组成微型计算机的组成CPU的结构与功能计算机的发展第55页/共60页第一章 思考题1.1 微处理器、微型计算机和微型计算机系统三者之间有什么不同？1.2 微处理器在内部结构上由哪几部分组成?微处理器应具备什么功能?1.3 微型计算机采用总线结构有什么优点?第56页/共60页1.填空题(1)
27、数据总线为数据信息在系统模块之间的传输提供通信线路。(2)地址总线用来指明数据总线上的数据的地址或地址。(3)CPU内部的主要结构包括：运算器、控制器、寄存器和内部总线。2.选择题1KB表示【】。A)1000位B)1024位C)1000字节D)1024字节在计算机中，存储信息速度最快的设备是【】。A)内存B)高速缓存C)软盘D)硬盘ROM的特点是【】。A)存取速度快B)断电后信息仍然保存C)存储容量大D)用户可以随时读写基于冯诺依曼思想而设计的计算机硬件系统包括【】。A)主机、输入设备、输出设备B)控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备C)主机、存储器、显示器D)键盘、显示器、打印机、运算器在计算机系统中，主机是指【】。A)运算器和内存B)存储器和控制器C)运算器、控制器和内存D)CPU和存储器计算机指令一般包含【】两部分。A)数字和文字B)数字和运算符号C)操作码和地址码D)源操作数和目的操作数第57页/共60页3.简答题1）微型机算计由几部分组成？简述各部分的功能。2）简述微型机算计执行一条指令的过程。3）微型机有哪几种字长？第58页/共60页第59页/共60页感谢您的观看！第60页/共60页