第2章-微型计算机硬件系统概要.ppt

1 第2章微型计算机硬件系统 主要内容2 1微机系统的组成2 2微型计算机主机系统2 3外存储器及其工作方式2 4常用外部设备及设备驱动程序 2 2 1微型计算机系统的组成 计算机系统 3 硬件系统 主机 外部设备 I O接口 外存储器 输入设备 输出设备 总线 4 硬件系统 以运算器为核心 以存储程序原理为基础 指令驱动 冯 诺依曼计算机结构 由五大部件构成 5 软件系统 系统软件 应用软件 软件系统 6 软硬件关系 硬件 操作系统 软件开发工具 应用软件 用户 7 微型计算机系统的三个层次 2 微型计算机3 微型计算机系统 只有微型计算机系统才是完整的计算机 系统软件应用软件 计算机系统 硬件 软件 硬件 软件 1 微处理器CPU MPU 8 微机的一般工作过程 指令 指令系统 程序 计算机的一般工作过程 执行程序的过程 而程序则是有一条条指令组成的 计算机能够识别的 命令 计算机能够识别的所有指令的集合 按一定顺序组织在一起的指令序列 为了解决某一问题而编写的指令序列 9 指令的一般格式 例 1 ADDAH BH 2 MOVCH 8AH 3 PUSHAX 4 RET 指令码 目标操作数 源操作数 说明指令操作的对象 说明指令的功能 10 程序的执行过程 程序 指令1 指令2 指令3 指令4 指令n 取指令 指令译码 取操作数 执行指令 存结果 指令周期 操作码 操作数 执行 11 计算机的工作过程 计算机工作过程就是执行程序的过程 12 2 2微机主机系统 主机系统 I O接口 总线 系统的核心 记忆设备 信息的传输设备 与外设进行信息交换的 桥梁 13 系统主板 内存 总线插槽 接口卡 CPU 串行接口 USB接口 14 微处理器 中央处理器 1 中央处理器 CPU 又称为微处理单元 MPU 2 主要组成1 运算器 主要ALU 2 控制器 分析 传送 时序信号 3 寄存器组 通用 专用 3 主要功能完成各种算术及逻辑运算 并控制个部件协调工作 15 处理器基本结构 CPU内部总线 控制器 运算器 内部寄存器组 数据 地址 控制信号 16 4 主要技术指标1 主频 Mhz CPU内核电路实际运行频率2 字长 8位 16位 32位等CPU在单位时间内能一次处理的二进制数的位数3 指令系统 CISC 复杂指令集计算机 提高能力 RISC 精简指令集计算机 提高速度 微处理器 中央处理器 17 内存储器 脱机外存 联机外存 主存储器 高速缓存 通用寄存器 存储系统通过硬件 软件或软硬件结合的方式将不同类型的存储器组合在一起 18 存储系统 在一般计算机中主要有两种存储系统 Cache存储系统 主存储器高速缓冲存储器Cache 虚拟存储系统 主存储器磁盘存储器 19 存储器 分类内存储器 概念 直接与CPU交换信息的存储器 功能 用来存放计算机运行时所需信息 组成 RAM ROM Cache外存储器 功能 长期存放程序 数据文件 种类 磁介质存储器 光介质存储器 Flash存储设备 20 内部存储器访问速度快信息暂时性相对价格高 外部存储器访问速度慢信息永久性相对价格低 存储器 内部存储器与外部存储器的比较 21 存储器 半导体存储器 随机存储器 只读存储器 SRAM DRAM ROM PROM EPROM EEPROM 22 高速缓冲存储器 Cache 介于CPU与内存之间的一种可高速存取信息的芯片 结构 二 三 级Cache 构成 SRAM 三级Cache 二级Cache 一级Cache CPU内核 板载或片载 主板 23 Cache的工作原理 CPU Cache 主存 DB 24 总线 总线 微处理器与各部件和外围设备共用的连接线路 25 三类 数据总线DB地址总线AB控制总线CB总线按层次结构分三个层次1 CPU总线 地址总线 AB 数据总线 DB 控制总线 CB 总线 26 常用系统总线标准 2 系统总线 I O通道 也有 类系统总线的设计与CPU的型号无关ISA 8 16位 工业标准体系结构总线PCI 32 64位 外设不见互联总线AGP 加速图形端口 用于提高图形处理能力 27 外部总线 主机与外设的接口IDE IntegratedDeviceElectronicsEIDE EnhancedIDE主要用于硬盘 光驱等SCSI 小型计算机系统接口 USB 通用串行总线 IEEE1394 可连接多种外设 常用系统总线标准 28 三总线结构 AGP显卡 北桥 主存储器 CPU 磁盘控制器 网络卡 声效卡 modem ISA接口 PCI接口 USB 南桥 键盘 鼠标 串并行口 29 接口要解决的问题 作用 速度匹配 Buffer 信号的驱动能力 电平转换器 驱动器 信号形式和电平的匹配 A D D A 时序匹配 定时关系 信息格式问题 位流 数据块 并行等 输入 输出接口 30 输入 输出接口 接口是CPU与外部设备间的桥梁 CPU I O接口 外设 31 接口的分类 1 按传送信息方式并行接口 按数据总线位数传送 串行接口 按位传送 2 按充当的角色输入接口和输出接口 3 按传送信息类型数字接口和模拟接口 32 2 3外存储器 联机外存 脱机外存 硬磁盘 软磁盘光盘可移动磁盘磁带机 33 硬盘的磁道 扇区 柱面 硬盘片是由涂有磁性材料的铝合金构成读写硬盘时 磁性圆盘高速旋转产生的托力使磁头悬浮在盘面上而不接触盘面硬盘容量视具体类型而定 一 硬磁盘 结构 34 一 硬磁盘 1 磁盘工作原理2 信息存储格式1 记录面 磁头数 编号 2 磁道 记录面上的同心圆 编号 柱面 所有记录面上同一编号的磁道3 扇区 每个磁道划分为扇区 编号 3 每个扇区容量 512字节 35 4 硬盘存储容量计算公式 扇区容量 扇区数 柱面数 磁头数例 已知某硬盘磁头数为16 柱面数为4096 扇区数为63 扇区容量为512字节 硬盘容量 512 63 4096 16 2 1GB 一 硬磁盘 36 二 软盘 1 存储格式与硬盘类似2 格式化按标准格式划分磁道 扇区 分配区域Boot 引导区FAT 文件分配表FDT 文件目录区数据区 37 读写软盘时 磁头直接接触盘面 常用软盘容量为1 44MB80磁道 18扇区 512字节 2面 1 44MB新型磁盘具有100MB 250MB容量 二 软盘 38 三 光盘 1 光盘的种类 1 CD ROM 只读光盘 650MB左右 2 CD R 一次性刻录光盘 3 CD RW 可擦写光盘 4 DVD 数字视盘 4 7GB 17 7GB 2 主要技术指标容量 传输率 读写时间 39 倍速 衡量光盘驱动器传输数据速率的指标一倍速率 150KB 秒常用 只读型光盘CD ROM一次性可写入光盘CD R 需要光盘刻录机完成数据的写入后继产品DVD ROM DVD ROM一倍速率是1 3MB 秒 三 光盘 40 四 可移动外存储器 1 分类1 优盘2 USB硬盘2 通过USB接口使用 41 移动存储产品 42 2 4常用外部设备 掌握 输入输出系统的特点基本输入输出方法常用外部设备的一般工作原理 43 一 输入输出系统 1 I O系统 1 计算机系统中除CPU和内存储器之外的部分 2 组成1 输入输出设备2 输入输出接口3 输入输出软件 3 特点 复杂性 异步性 实时性 44 2 基本输入输出方法 程序控制方式中断控制方式DMA方式通道控制方式 45 1 程序控制方式 CPU效率低 数据传送的实时性差 速度较慢适用于简单 低速外部设备 READY 与外设进行数据交换 读入并测试外设状态 N Y N 传送完 N Y 结束 主要工作流程 46 2 中断控制技术 中断因某种随机或异常事件 引起CPU暂时中断正在运行的程序 转去执行处理该事件的特殊程序 称为中断服务程序或中断处理程序 在事件处理完后返回原中断处继续原程序的执行 这一过程称为中断处理 47 中断控制技术 中断源引起CPU中断的事件 发出中断请求的来源 分类 内部中断和外部中断 48 中断控制技术 特点 外设在需要时向CPU提出请求 CPU再去为它服务 服务结束后或在外设不需要时 CPU可执行自己的程序优点 CPU效率高 实时性好 速度快 缺点 程序编制较为复杂 49 3 DMA控制方式 外设直接与存储器进行数据交换 CPU不再担当数据传输的中介者 可由硬件直接实现数据的传送 50 4 通道控制方式 通道 具有专门指令系统 能独立进行操作并控制完成整个输入输出过程的硬件装置 CPU 存储器 BUS I O通道 I O接口 外设 I O接口 外设 51 常用输入设备 键盘 鼠标 扫描仪 光笔 数字化仪等 常用输出设备 显示器 打印机 绘图仪等 二 输入输出设备 52 三 设备驱动程序 1 概念 对连接到计算机系统的设备进行控制驱动 以使其正常工作的一种软件 1 通过一组预先定义好的软件接口为操作系统或应用程序提供控制硬件的能力 2 对连接到计算机系统的设备进行控制驱动 以使其能正常工作 53 2 即插即用 PnP 1 概念 自动处理硬件设备安装的工业标准 2 要求以下各项都支持 即插即用 1 BIOS2 操作系统3 硬件4 设备驱