微机原理基础知识ppt课件

.,1,计算机硬件技术基础主讲教师：李芙英,.,2,序国家教委提出计算机基础教学分三个层次如图1-1所示：,计算机基础教学三层次结构,.,3,其中：第一层次：计算机文化基础学习计算机基本知识，及基本技能。第二层次：计算机技术基础学习计算机硬件、软件的工作原理与相关知识。第三层次：计算机应用基础学习计算机信息管理基础和多媒体。本课程属于第二层次中“计算机硬件基础”课程,.,4,计算机硬件技术基础课特点：内容多,学时少,进度快，难度大，应用广。讲课内容:汇编语言、接口技术.讲课学时:共66学时,其中:讲课48学时实验18学时(6次）第3次做实验四实验三在课外完成第4次是实验考试,.,5,如何学好这门课给同学们提几点建议:1、课程特点：学习计算机硬件、软件的工作原理与相关知识。课程特点:理论联系实际非常紧密的课程,课程内容更新极快。2、观念转变（教师角色、学生地位的转变）:教师角色的转变：教师从原来以教师为中心的“讲解者”的角色转化为学生学习的指导者、学生活动的导演者的角色。学生地位的转变:学生由原来单纯听讲、接受灌输的被动地位转化为：有机的主动参与、发现、探究的主体地位;,.,6,2、媒体作用、教学过程的转变:媒体作用的转变：教学媒体由教师的讲解工具转化为学生的认知工具;教学过程的转变:教学过程由传统的逻辑分析或逻辑综合,讲解说明式的过程转变为：以意义建构理论指导下的教学过程,并通过意义建构形成自己的知识结构，从而获得知识,掌握知识。,.,7,3、学习的精髓：在学校学习的精髓在于：在学校的大环境中，利用校园文化对学生的影响，实现：师生之间在课堂上的相互交流以及学生之间的相互交流，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3个环节上课时要主动参与、发现、探究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，主动参与、发现、探究；课堂上会布置自学内容，通过自学从而培养自学的能力；独立完成作业同学之间相互交流，一起讨论，但一定要独立完成作业；,.,8,实验课前要预习，写出预习报告，做到心中有数，有的放矢；实验课后，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题的能力，培养一种严谨科学作风。收获与时间成正比本课程理论联系实际非常紧密，内容更新极快。只能采用解剖麻雀方法，教师在这里只起到抛砖引玉的作用。因此同学们学习过程中，要花时间去学习、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。收获与时间成正比,花时间越多，收获将越大。,.,9,愿同学们通过本课程学习在分析问题、解决问题的能力上有所提高！,.,10,教材、参考书：教材科购买教材：计算机硬件技术基础张菊鹏等编著清华大学出版社出版参考书：IBMPC汇编语言程序设计沈美明温冬婵编著清华大学出版社出版微机计算机技术及应用戴梅萼编著清华大学出版社出版实验指示书:计算机硬件技术基础实验指导李芙英朱小梅编著.00/本习题集:计算机硬件技术基础习题集沈永林胡振山编著9.00/本,.,11,第一讲计算机基础知识第一节计算机概述一、计算机的基本组成和工作原理二、有关术语三、计算机发展简史四、微型计算机概述第二节计算机中数的表示和编码一、进位计数制及其表示方法二、数制之间的转换三、字和各种字符的编码四、小结,.,12,第一节计算机概述一、计算机的基本组成和工作原理二、有关术语三、计算机发展简史四、微型计算机概述,.,13,第一节计算机概述一、计算机的基本组成和工作原理二、有关术语位字节字和字长位编号指令指令系统程序寄存器译码器三、计算机发展简史四、微型计算机概述1.微型计算机的基本结构1)构成部件(1)总线(2)中央处理器CPU(3)内存(4)外设和输入/输出接口（I/O接口）2)微机的工作过程2.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4.微型计算机的分类1)按构成分类2)按CPU的字长分类3)按主机装置分类5.IBMPC机的发展简史,.,14,一、计算机的基本组成和工作原理,按性能可分为：巨型机，大型机，中型机，小型机，微机,现代计算机的结构基础：存储程序控制结构,1945年，美籍匈牙利数学家JohnVonNeumann提出,诺依曼计算机,.,15,诺依曼计算机的工作原理可概述为：“存储程序”+“程序控制”要点：1以二进制表示数据和指令(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,输入设备,控制器,输出设备,CPU,存储器,运算器ALU,.,16,二、有关术语1.位(bit)2.字节(Byte)3.字和字长(word)4.位编号5.指令、指令系统和程序6.寄存器7.译码器,.,17,1.位(bit)指计算机能表示的最基本最小的单位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，“0”和“1”,2.字节(Byte)相邻的8位二进制数称为一个字节1Byte=8bit如：1100001101010111,.,18,3字和字长,字长是每一个字所包含的二进制位数。常与CPU内部的寄存器、运算装置、总线宽度一致,字是CPU内部进行数据处理的基本单位。,.,19,例某CPU内含8位运算器，则：参加运算的数及结果均以8位表示,最高位产生的进位或借位在8位运算器中不保存，而将其保存到标志寄存器中,.,20,字长是衡量CPU工作性能的一个重要参数。不同类型的CPU有不同的字长。如:Intel4004是4位8080是8位8088/8086/80286是16位80386/80486、Pentium是32位,.,21,把一个字定为16位，1Word=2Byte一个双字定为32位1DWord=2Word=4Byte,.,22,4.位编号为便于描述，对字节,字和双字中的各位进行编号。从低位开始，从右到左依次为0、1、2,.,23,.,24,5.指令、指令系统和程序一个CPU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。指令是CPU能执行的一个基本操作。如：取数、加、减、乘、除、存数等指令系统是CPU所能执行的全部操作。不同的CPU，其指令系统不同。程序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，要破坏这种顺序性，必须由转移指令操作。,.,25,6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。,根据存放信息的不同，有指令寄存器、数据寄存器、地址寄存器等。,.,26,7译码器译码器是将输入代码转换成相应输出信号的逻辑电路。,指令是CPU能执行的一个基本操作;CPU的设计者对CPU的所有指令进行编码;用户用编码形式的指令进行编程，程序存放在内存中;CPU从内存取来编码形式的指令,对指令进行译码，发出执行该指令功能所需的信号,.,27,根据译码内容的不同，可分为：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。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。,.,28,二、计算机发展简史,1.根据使用的基本电子器件，计算机经历了四个阶段：,.,29,2计算机的两个方向发展：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。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。,微型计算机是第四代计算机的典型代表。,.,30,四、微型计算机概述1.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3.微型计算机的特点4.微型计算机的分类5.IBMPC机的发展简史,.,31,1.微型计算机的基本结构,简介1)构成部件;2)工作过程,.,32,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,.,33,(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,.,34,.,35,.,36,按信号的作用，总线分为三类：地址总线、数据总线、控制总线,.,37,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。,.,38,地址总线的条数决定CPU的寻址能力。10根21010241K20根2201024K1M32根232222304G36根2362623064G,.,39,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。,.,40,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,.,41,控制总线CB(ControlBus)：用于传送各种控制信号。,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。,.,42,(2)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。,.,43,ALU控制器,.,44,.,45,.,46,(3)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。,.,47,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,.,48,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。,.,49,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。,.,50,内存单元的内容每个内存单元所存储的二进制数据。,.,51,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。,.,52,(4)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。,.,53,键盘键盘接口显示器显示卡鼠标串行接口网络网卡打印机并行接口音箱、麦可风声卡,IDE2,PentiumIII,北桥440BX,南桥PIIX4E,CMOS&RTC,USB,超级I/O,IDE1,COM1,COM2,LPT1,L1Cache,L2Cache,PCI插槽,ISA插槽,内存条,ROMBIOS,显卡,.,54,I/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。,.,55,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,.,56,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。,.,57,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。,.,58,I/O端口的内容,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。,.,59,对I/O端口的读/写操作：（与内存的读/写操作相类似）CPU发出地址信号，选中相应的I/O端口。若是读操作，CPU发出I/O端口读控制信号，被选中的I/O端口将其内容经数据总线送入CPU。若是写操作，CPU发出I/O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I/O端口中。,.,60,2）微机的工作过程计算机的工作原理是：“存储程序”+“程序控制”,.,61,微机的工作过程分两阶段：取指令执行指令,.,62,取指令阶段（CPU读内存操作）：,地址经地址寄存器地址总线地址译码器,选中指令所在的内存单元,CPU发出内存读控制信号,指令从内存数据总线数据暂存器指令寄存器,指令译码器对指令进行译码,由IP给出指令在内存的地址,标志寄存器,地址总线AB,程序数据,数据总线DB,控制总线CB,地址译码器,、指令1指令2指令3指令4、数据1数据2数据3、,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,R1,R2,R3,R4,寄存器组,运算器,IP,.,63,.,64,不同的指令，CPU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。,当一条指令需要从内存或I/O端口取得或存放数据时，CPU在执行阶段，需对指令指定的内存单元或I/O端口进行读/写操作。,.,65,例指令1：将寄存器R1与R3的内容相加，结果存在R3中。,指令1在CPU内部即可完成,.,66,例指令2：将内存中的数据2送至CPU的寄存器R2中,指令2的执行阶段包括一个到内存取数(即读内存)的过程。,.,67,例指令3：将寄存器R3的内容送至数据3的内存单元中,指令3的执行阶段包括一个向内存存数(即写内存)的过程。,.,68,当一条指令取走后，指令指针寄存器会被修改成下一条要执行指令的地址，这样，当一条指令执行后，又进入取指令阶段，如此不断的重复。,.,69,微机的工作过程：取指令执行指令取指令执行指令、,.,70,2微处理器、微型计算机、微型计算机系统,.,71,3微型计算机的特点,与相应时期的大型机相比:速度相对低功能相