组成和工作过程.ppt

1.3 微机的组成与工作过程,要求： 掌握微机系统的基本组成 了解微机的工作原理,1.3.1 微型计算机系统的组成,微处理器 除算术逻辑部件和控制部件以外，还包含一组寄存器（Registers）以及高速缓冲存储器（Cache）等特殊的存储器。将这些部件集成在一片大规模集成或超大规模集成电路封装之中，这个器件被称为微处理器。,微处理器,返回,以微处理器为核心，配上由大规模集成电路制作的只读存储器（ROM）、读写存储器（RAM）、输入输出接口电路及系统总线等所组成的计算机，称为微型计算机。,微型计算机（主机）,返回,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。 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,微型计算机系统,返回,1.3.2 硬件系统,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5个基本部分以及相应的外部设备所组成。,实际微型机硬件系统组成,实际微型机硬件系统由主机板（包CPU、芯片组、BIOS、RAM、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）以及电源等部件所组成。,微型计算机的物理结构,CPU,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集成电路芯片，这就是微机的微处理器CPU，芯片上标有生产厂家和型号。 所以人们习惯以CPU编号来表示微机的等级。比如 PC-586 (Pentium586) 、P、 PIII、 PIV等 主要生产厂家有 INTEL、AMD。,CPU的组成,运算器：主要进行算术和逻辑运算，主要包括算术逻辑部件等部件 控制器：发布各种操作命令、控制信号等,主要包括: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 寄存器组：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 总线接口部件：指令流字节队列缓冲器、存储器地址形成部件等。,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：软盘、磁盘、光盘、 特点：顺序存取/块存取，速度慢，容量大,存储器组成,随机存取存储器 随时存入（写入） 或取出（读出） 信息的存储器。 存储器的组成 存储体 地址译码器 控制电路,返回,有关内存的几个概念,内存单元的地址和内容 数据在内存中的存储方式 内存的操作 内存的分类,内存单元的地址和内容,内存包含有很多存储单元(8bit) 区分不同的内存单元地址,1 0 1 1 0 1 1 0,38F04H,内存单元地址,内存单元 内容,. . .,. . .,7 6 5 4 3 2 1 0,2）数据在内存中的存储方式 数据以字节为单位存储。 微机系统均按字节编排 存储地址。 位地址不能独立，总是在一个字节 内由高到低b7b0。 内存地址从 0 开始（编号），直到CPU所能支持的最高地址。 数据超过8位时，用多个相邻字节存储。,多字节数据的存储 用多个相邻字节存储： 高位字节 放 高地址单元 低位字节 放 低地址单元 以最低字节所在的内存地址作为数据的存储地址。,地址m的双字？,地址m的字？,地址m的字节？,内存中的字节、字和双字,字数据3412H的地址是？,字节数据0E6H的地址是？,3）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,4）内存操作,读： CPU将内存单元的内容取入CPU内部，原内存单元内容不改变； 写：CPU将其内部信息放入内存单元保存起来，单元中原内容被覆盖；,读写操作过程,从存储器读出信息的操作过程 假定CPU 要读出存储器 04H 单元的内容10010111 （1）CPU的地址寄存器先给 出地址04H并将它放到地址总线上， 经地址译码器译码选中04H单元； （2）CPU发出“读”控制信号给存 储器，指示它准备把被寻址的04H单 元中的内容97H放到数据总线上； （3）在读控制信号的作用下，存 储器将04H单元中的内容97H放到数 据总线上，经它送至数据寄存器， 然后由CPU 取走该内容作为所需要 的信息使用。,随机存取存储器RAM写操作过程,向存储器写入信息的操作过程 假定 CPU 要把数据寄存器 中的内容00100110即26H写入存储器08H单元 （1）CPU的地址寄存器先把地 址08H 放到地址总线上，经地址译码 器选中08H单元； （2）CPU把数据寄存器中的内容 26H放 到数据总线上； （3）CPU向存储器发送“写”控制 信号，在该信号的控制下，将内容 26H写入被寻址的08H单元。,返回,3.输入/输出接口,I/O接口，是CPU与外设间的桥梁.,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控制和中断控制。（DMA是在专门的硬件（ DMA）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CPU干预的输入/输出操作方式。 ）,4. 系统总线BUS,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。 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 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宽度。 控制总线CB： 用来传送控制信号、时序信号和状态信息。,单总线与双总线结构的特点,单总线结构 存储器M和I/O 接口均使用同一组信息通路，因此，CPU对M的读/写和对I/O接口的输入/输出操作只能分时进行。 双总线结构 M和I/O接口各具有一组连通CPU的总线，CPU可以分别在两组总线上同时与M和I/O交换信息,因而拓宽了总线带宽,提高了总线的数据传输效率。,返回,双重总线结构的特点,具有局部总线与全局总线双重总线。 当CPU通过局部总线访问局部M和局部I/O时, 工作方式与单总线相同。 当系统中某微处理器需要对全局M和全局I/O 访问时，则必须由总线控制逻辑统一安排才能进行,这时该微处理器就是系统的主控设备。,返回,微型计算机结构图,返回,1.3.3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,1.3.4 微机的工作原理,微机的工作原理：基本上遵循冯诺依曼型数字计算机的工作原理；核心思想：“存储程序”与“程序控制” 。 基本要点： 在机内采用0、1二进制的形式来表示计算机中的指令和数据。 把人们编好的程序和原始数据预先输入计算机的主存储器中保存起来；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行之。这就是“存储程序”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5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。,返回,程序执行过程概述,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 操作码和操作数,返回,取指阶段和执指阶段,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1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。 在取指阶段，CPU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； 然后由指令译码器译码，控制器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。 在取指阶段结束后，机器就进入执指阶段，这时，CPU执行指令所规定的具体操作。 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。,返回,操作码和操作数,指令通常包括操作码（Operation Code）和操作数（Operand）两大部分。 MOV A, 3 操作码表示计算机执行什么具体操作； 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。 在执行1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址。,返回,指令的一般执行过程：,硬件系统配件的选择 （补充）,1. CPU 2. 主板 3. 硬盘 4. 内存 5.显卡 6. 光存储设备 7. 显示器 8. 网卡 9. 多媒体音箱 10. 扫描仪,返回,CPU,CPU 的主要系列产品：CPU(微处理器的俗称)作为电脑的核心部件，主要是Intel和AMD两大公司的系列产品。其中，以Intel的P4和AMD的Athlon（速龙） XP作为竞争的主要产品。 CPU 产品的评价与选择： CPU是含金量最高，同时也是更新速度最快的硬件产品，因此，评价与选择CPU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。,主板,主板：机箱中最大的一块集成电路板，在它上面集成有CPU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P4时代，搭配P4的主板层出不穷，与其搭配的主板芯片组也是品种繁多。,返回,硬盘,硬盘产品系列：目前，IDE硬盘的主流市场已被迈拓（Maxtor），西部数据（Western Digital），IBM以及希捷（SEAGATE）等几个厂商所占有。 硬盘选择原则：目前，40GB60GB容量的硬盘已成为主流。,返回,内存,内存容量直接决定整机的性能表现，内存质量将影响到计算机系统的稳定性。选择内存时,主要应考虑内存容量、内存规格和品牌。 内存容量 由于Windows 2000、Windows XP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512MB向2GB过渡。 内存规格 SDRAM （同步动态随机存储器 ）、DDR（双倍速率同步动态随机存储器 ）,返回,显卡,显卡是插在主板上总线扩展槽上的一块集成电路板，它是主机与显示器之间的接口，用于接收来自CPU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。 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。 一般，在选择显卡时应尽量选 择性价比高的产品。,返回,光存储设备,CD-ROM 在选择CD-ROM时要特别考虑容错性以及噪音等指标。 DVD-ROM 目前DVD光盘90以上都是以MPEG-2格式存储的DVD影碟 ，选用DVD-ROM时，首先要看速度。 CD-RW CD-RW俗称刻录机 ，适合需要经常进行数据备份、光盘复制的用户。,返回,显示器,显示器是最主要的输出设备。 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、LCD液晶显示器等多种。,返回,网卡,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。 在选用网卡时，首先要看计算机的PCI插槽是否有空余，如果有，则应使用基于PCI接口的网卡。,返回,多媒体音箱,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USB音箱、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。,返回,扫描仪,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OCR(光符阅读机)软件将