11第一章 微型计算机基础知识2

11.3微型计算机的结构和工作原理2主要内容：微型计算机常用的术语微型计算机的基本结构计算机的工作原理31.3.1微型计算机常用的术语•bit•1Mb=10241024bit=220bit•1Gb=230bit=1024Mb•1Tb=240bit=1024Gb•Byte•1Byte=8bit，1KB=1024Byte•Word：表示字长，有1bit,4bit,8bit,16bit等一般情况下为2Byte(16bit)•指令：规定计算机进行某种操作的命令•程序：指令的有序集合•指令系统：全部指令41.3.2微型计算机的基本结构掌握：微机系统的基本组成微型机的结构5一、微型计算机系统组成微型计算机系统的三个层次微处理器(Microprocessor)微型计算机(Microcomputer)微型计算机系统(MicrocomputerSystem)6微型计算机系统的三个层次微处理器存储器I/O接口总线硬件系统软件系统微型计算机系统微型计算机外设ALU寄存器控制器键盘、鼠标显示器软驱、硬盘、光驱打印机、扫描仪系统软件应用软件7核心级——微处理器微处理器简称CPU，是计算机的核心，主要包括：运算器ALU控制器CU寄存器组Registers实现运算功能和控制功能8硬件系统级——微型计算机以微处理器为核心，配上只读存储器(ROM)、读写存储器(RAM)、输入/输出(I/O)接口电路及系统总线等部件，就构成了微型计算机。将CPU、存储器、I/O接口、总线等集成在一片超大规模集成电路芯片上，称为单片微型计算机，简称单片机。9系统级以微型计算机为中心，配以相应的外围设备以及控制微型计算机工作的软件，就构成了完整的微型计算机系统。微型计算机如果不配有软件，通常称为裸机。软件分为系统软件和应用软件两大类。10二、微型计算机的基本结构1.微型计算机的硬件系统微处理器（CPU）存储器输入/输出接口总线11微型计算机的概念结构存储器I/O接口输入设备I/O接口数据总线DB控制总线CB地址总线AB输出设备CPU12存储器I/O接口输入设备I/O接口数据总线DB控制总线CB地址总线AB输出设备CPU微机的硬件由CPU、存储器、输入/输出设备构成；输入/输出设备通过输入/输出接口与系统相连；(输入/输出接口简称I/O接口)各部件通过总线连接。构成部件13主机硬件系统——CPU计算机的控制中心，提供运算、判断能力构成：ALU、CU、Registers例：Intel8088、PIII、P4AMDK7CPU的位数：4位、8位、16位、32位是指一次能处理的数据的位数14中央处理器CPU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。存储器I/O接口输入设备I/O接口数据总线DB控制总线CB地址总线AB输出设备CPU15CPU结构示意图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16DSESSSCSIP数据暂存器执行部件控制电路指令译码器总线接口控制电路AXBXCXDXAHBHCHDHSIDIBPSPALBLCLDL寄存器组BIUABDBCB地址加法器指令队列PSW标志寄存器EU运算器DSESSSCSIP数据暂存器执行部件控制电路指令译码器总线接口控制电路AXBXCXDXAHBHCHDHSIDIBPSPALBLCLDL寄存器组ABDBCB地址加法器指令队列PSW标志寄存器运算器8088编程结构17主机硬件系统——存储器存放程序和数据的记忆装置用途：存放程序和要操作的各类信息（数据、文字、图像、。。。）内存：ROM、RAM特点：随机存取，速度快，容量小外存：磁盘、光盘、半导体盘、…特点：顺序存取/块存取，速度慢，容量大18•有关内存储器的几个概念内存单元的地址和内容内存容量内存的操作内存的分类19内存单元的地址和内容内存包含有很多存储单元(每个内存单元包含8bit)，为区分不同的内存单元，计算机对每个内存单元进行编号，内存单元的编号就称为内存单元的地址1011011038F04H内存单元地址内存单元内容......7654321020内存容量内存单元的个数，以字节为单位。注意：内存空间与内存容量的区别内存容量：某微机配置2条128MB的SDRAM内存条，其内存容量为256MB内存空间：又称为存储空间、寻址范围，是指微机的寻址能力，与CPU的地址总线宽度有关21内存操作读：将内存单元的内容取入CPU，原单元内容不改变；写：CPU将信息放入内存单元，单元中原内容被覆盖；刷新：对CPU透明，仅动态存储器有此操作内存的读写的步骤为：CPU把要读写的内存单元的地址放到AB上若是写操作，CPU紧接着把要写入的数据放到DB上CPU发出读写命令数据被写入指定的单元或从指定的单元读出到DB若是读操作，CPU紧接着从DB上取回数据22内存储器的分类读写存储器（RAM）可读可写易失性，临时存放程序和数据只读存储器（ROM）工作时只能读非易失性，永久或半永久性存放信息23内存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。n根CPU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11…1111内存结构示意图24内存单元内存单元的地址内存单元的内容对内存的读/写操作25内存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。每个单元可存储1位或多位等二进制数。n根CPU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11…111126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。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CPU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11…111127内存单元的内容每个内存单元所存储的二进制数据。n根CPU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11…111128对内存的读/写操作CPU发出地址信号，选中相应的内存单元。若是读操作，CPU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CPU。若是写操作，CPU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。n根CPU地址线AB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11…1111数据线DB29主机硬件系统——输入/输出接口简写为I/O接口，是CPU与外部设备间的桥梁CPUI/O接口外设30接口的功能提供驱动外设的电压或电流；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；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；DMA（直接存储器存取）控制和中断控制。31外设和输入/输出接口（I/O接口）外设的电信号、运行速度与CPU不匹配，不能与CPU直接相连，必须通过I/O接口与CPU相连。存储器I/O接口输入设备I/O接口数据总线DB控制总线CB地址总线AB输出设备CPU32I/O接口结构示意图CPU通过对I/O端口进行读/写操作，实现对外设的控制。I/O端口1I/O端口2I/O端口3地址译码数据缓冲控制电路外设ABDBCBCPU33I/O端口I/O端口的地址I/O端口的内容对I/O端口的读/写操作34I/O端口I/O接口内部通常有一个或多个寄存器，用以存放各种信息，称I/O寄存器或I/O端口。I/O端口1I/O端口2I/O端口3地址译码数据缓冲控制电路外设ABDBCBCPU35I/O端口的地址为区分各I/O端口，每个端口对应有一个端口地址。I/O端口1(23H端口)I/O端口2(24H端口)I/O端口3(25H端口地址译码数据缓冲控制电路外设ABDBCBCPU36I/O端口的内容10010101(状态端口)01101010(数据端口)11000110(控制端口)地址译码数据缓冲控制电路外设ABDBCBCPU根据存放内容的不同可分为：状态端口，数据端口，控制端口指I/O端口存放的二进制数据。37主机硬件系统——总线BUS连接多个功能部件的一组公共信号线地址总线AB：用来传送CPU输出的地址信号，确定被访问的存储单元、I/O端口。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数据总线DB：在CPU与存储器、I/O接口之间数据传送的公共通路。数据总线的条数决定CPU一次最多可以传送的数据宽度。控制总线CB：用来传送各种控制信号38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总线BUS存储器I/O接口输入设备I/O接口输出设备CPU39ISA插槽PCI插槽AGP插槽北桥芯片组南桥芯片组内存插槽CPU插槽IDE接口软驱接口并口连接器串口连接器ROMBIOS鼠标键盘USB接口主板电源插座40550MHzIDE2PentiumIII北桥440BXAGP南桥PIIX4ECMOS&RTCUSB超级I/OIDE1COM1COM2LPT1550MHzL1CacheL2Cache处理机总线100MHz100MHzPCI总线33MHzPCI插槽ISA插槽ISA总线8MHz内存条ROMBIOS显示器硬盘光驱软驱键盘鼠标打印机MODEM66MHz显卡41按信号的作用，总线分为三类：地址总线、数据总线、控制总线存储器I/O接口输入设备I/O接口数据总线DB控制总线CB地址总线AB输出设备CPU42地址总线AB(AddressBus)：单向用来传送CPU输出的地址信号，确定被访问的存储单元、I/O端口。存储器I/O接口输入设备I/O接口数据总线DB控制总线CB地址总线AB输出设备CPU43地址总线的条数决定CPU的寻址能力。10根→21010241K20根→2201024K1M32根→23222×2304G36根→23626×23064G44数据总线DB(DataBus)：双向用来在CPU与存储器、I/O接口之间进行数据传送。存储器I/O接口输入设备I/O接口数据总线DB控制总线CB地址总线AB输出设备CPU45数据总线的条数决定一次可最多传送数据的宽度。8根→一次传送8位16根→一次传送16位32根→一次传送32位64根→一次传送64位46控制总线CB(ControlBus)：用于传送各种控制信号。存储器I/O接口输入设备I/O接口数据总线DB控制总线CB地址总线AB输出设备CPU有的是CPU发出，如读控制信号、写控制信号；有的是发向CPU，如外设向CPU发出的中断申请信号。472.微型计算机的软件系统软件：为运行、管理和维护计算机系统或为实现某一功能而编写的各种程序的总和及其相关资料。系统软件应用软件操作系统编译系统网络系统工具软件软件481.3.3计算机的工作过程存储程序计算机又称为冯•诺依曼型计算机数据和程序均以二进制代码的形式不加区别地存放在存储器中，存放位置由地址指定，地址码也是二进制形式程序由多条有逻辑关系的指令组成指令的长度不等（一般为1～4字节）49存储程序计算机的工作原理程序