微型计算机的基础知识ppt课件

.,1,微型计算机安装调试与维修,.,2,第一章微型计算机基础知识,.,3,1.1.1微型计算机的发展概况1.第一台计算机,1.1微型计算机系统概述,1946年2月，在美国宾夕法尼亚大学，人类历史上第一台数字电子计算机上ENIAC诞生。它标志着人类社会计算机时代的开始。,由18000多个电子管和70000多个电阻组成占地170平方米、重30吨每秒可以执行5000次运算,.,4,1.1微型计算机系统概述,.,5,2、计算机发展阶段,1.1微型计算机系统概述,电子管,晶体管,集成电路,.,6,3、计算机应用领域（1）科学计算：最早的应用领域（2）数据处理：最广泛的应用领域如：财务部门的账目处理和结算；人事部门的人事档案管理（3）自动控制（也叫过程控制）如：导弹的发射和制导过程；工业生产自动化（4）计算机辅助系统如：计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助教学（CAI）（5）人工智能如：利用计算机来识别人的指纹,1.1微型计算机系统概述,.,7,1.1.2微型计算机的主要参数1.字长字是计算机在同一时间内处理的一组二进制数。字长是这组二进制数的位数。字长是衡量计算机性能的主要指标之一，字长越长，表示一次可同时处理的数据越大，计算机处理数据的速度就越快。不同类型的微机有不同的字长，字长有16位、32位和64位之分。2.存储容量是指存储器所能记忆信息的总量。常用字节（Byte)表示。,1.1微型计算机系统概述,.,8,（1）位（bit）二进制数的一位，简写b（2）字节（Byte）8位二进制数组成一个字节，简写B（3)还有千字节（KB)，兆字节（MB），千兆字节（GB）等。换算关系如下：1B=8b1KB=1024B1MB=1024KB1GB=1024MB1TB=1024GB,1.1微型计算机系统概述,.,9,3.运算速度衡量计算机性能的一项重要指标，取决于指令的执行时间。通常用每秒钟计算机所能执行指令的条数来表示。一般用“百万条指令秒”（MIPS)来描述。同一台计算机，执行不同的运算所需要的时间可能不同，因而对运算速度的描述采用不同方法。微型计算机一般采用主频来描述运算速度。一般说来，计算机的主频越高，运算速度也就越快。,1.1微型计算机系统概述,.,10,1.1.3计算机中的数制和编码1、数制计算机中所有信息都是以二进制数的形式存在的。二进制数有“1”和“0”两个数字符号，是用触发器的两个状态表示的。按逢二进一的规则进行计数。不同数制：二进制、八进制、十进制、十六进制,1.1微型计算机系统概述,.,11,2、计算机中的编码（1）BCD码通常采用四位二进制数表示一位十进制数，称为BCD码。BCD编码方法很多，通常采用的是8421编码。这种编码较为自然、简单。自左至右每一位对应的位权分别是8，4，2，1。值得注意的是，四位二进制数有00001111十六种状态，这里我们只取了00001001十种状态。而10101111六种状态在这种编码中没有意义。这种编码的另一特点是书写方便、直观、易于识别。例如十进制数864，其二、十进制编码为：864(1000)(0110)(0100),1.1微型计算机系统概述,.,12,1.1微型计算机系统概述,十进制数与8421码的对照表,.,13,（2）ASCII码（美国标准信息交换码）是目前微机中最普遍采用的字符编码。已经被国际标准化组织ISO接受为国际标准。在计算机中，要为每个字符指定一个确定的编码，作为识别与使用这些字符的依据。标准ASCII：采用7位二进制代码来对字符进行编码（52个英文大小写、32个专用符号、34个控制符号）。总共128个字符。扩展ASCII：用来表示常用的图形和画线字符。,1.1微型计算机系统概述,.,14,1.1微型计算机系统概述,代码：1000001=65,.,15,1946年6月，美籍匈牙利人冯诺依曼首先提出了“存储程序”的概念。明确了构成计算机的五个基本组成部分：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备，这种构思一直沿用到今天，所以现代计算机一般称为冯诺依曼型计算机。,1.2计算机硬件基本结构,1.2计算机硬件基本结构,.,16,总线（BUS）：计算机各部件间进行信息传输通道。（1）、数据总线：外部设备和总线主控设备之间进行数据传送的数据通道。（2）、地址总线：外部设备和总线主控设备之间进行地址传送通道。（3）、控制总线：传递各种控制信号的通道，总线操作的各项功能都是由控制总线完成的。数据总线、地址总线、控制总线称为“三总线”,1.2计算机硬件基本结构,.,17,1、控制器：是计算机系统的指挥中心，负责从存储器中读取指令，对指令进行分析，并根据指令有序的，有目的地向各个部件发出控制信号，使电脑的各部件协调工作。（1）、指令译码器（2）、指令寄存器（3）、控制逻辑部件2、运算器：运算器的功能是在控制器的指挥下，对信息或数据进行处理和运算，包括算术运算和逻辑运算，其内部有一个算术逻辑运算部件ALU和若干种寄存器。运算器主要工作是数据处理（运算）和暂存运算数据。控制器+运算器=中央处理器（微处理器，CPU),1.2计算机硬件基本结构,.,18,1.2计算机硬件基本结构,.,19,3、存储器：存储器分为内存储器(主存）和外存储器（辅存）。内存储器简称内存或主存，它的存储容量一般较小，与CPU直接相连，存取速度快，主要用于暂时存放当前执行的程序和相关数据；外存储器称为外存或辅存，作为内存的辅助存储器，它的存储容量大，但存取速度远比内存慢，主要用于存放需长期保存的程序和数据。内存分为ROM（只读存储器）和RAM（随机存储器）两种。ROM：用户只能读ROM中的信息，不能向ROM写入，断电不会丢失ROM中的信息。ROM中的程序一般由计算机厂家来写入（固化）。RAM：用户即可以读ROM中的信息，也可以向ROM写入，断电会丢失RAM中的信息。一般用来暂存计算机当前工作中使用的数据和程序。,1.2计算机硬件基本结构,.,20,4、输入设备负责将外部的各种信息或指令传递给电脑，然后由电脑进行处理。常用的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪、数码照相机、手写笔，麦克风等。5、输出设备负责将电脑处理的中间结果和最终结果以人们能够识别的字符、表格、图形或图像等形式表示出来。最常用的输出设备有显示器、打印机和绘图仪，音箱等。输入设备和输出设备统称为外部设备（I/O），简称外设。,1.2计算机硬件基本结构,.,21,1、指令：是让计算机完成某个操作发出的命令。指令是一组二进制代码，规定由计算机执行程序的每一步操作。通常一条指令对应着一种基本操作。2、指令系统：是指计算机所具有的全部指令的集合。指令和指令系统与计算机的硬件密切相关，不同类型的计算机有不同的指令系统，指令系统中指令类型的多少，是计算机功能强弱的具体体现。例如：X86指令集、MMX（多媒体扩展指令集）、SSE(数据流单指令扩展指令集）、SSE2、SSE3、SEE4(SSE4.1和SSE4.2)等。3、程序：设计者为解决某一问题而设计的一系列指令集合。计算机程序可分为：机器语言程序、汇编语言程序和高级语言程序。,1.3微型计算机基本工作原理,.,22,4、CPU时序计算机的任何一条指令都是在统一的时钟脉冲控制下，通过按一定的顺序执行一系列微操作来完成的，这种顺序就是CPU的时序。（1）时钟周期CPU操作的最小时间单位称为时钟周期（节拍）。一般由若干个时钟周期构成一个机器周期。（2）机器周期指完成某一明确规定动作的基本操作周期。一般由若干个时钟周期构成一个机器周期。（3）指令周期CPU执行一条指令所需要的时间。一般由若干个机器周期构成一个指令周期。,1.3微型计算机基本工作原理,.,23,5、计算机的基本工作过程计算机工作时，从存储器中逐条地取出程序中的指令，送往控制器的指令寄存器和指令译码器中，把指令翻译成一系列控制信号，将这些控制信号发向有关部件，控制相应部件完成指令规定的操作。取指令分析指令执行指令,1.3微型计算机基本工作原理,.,24,1.3微型计算机基本工作原理,如图：一个完整的计算机系统,6、计算机系统,.,25,1.4微型计算机输入和输出,1、输入输出接口（I/0接口）计算机输入输出接口是CPU与外部设备之间交换信息的连接电路，它们通过总线与CPU相连，简称I/O接口。I/O接口分为总线接口和通信接口两类。外围设备的品种繁多，有机械式的、电子式的、机电式的、磁电式的，以及光电式的等等。外围设备所处理的信息多种多样，有数字信号、模拟信号、开关信号、电压信号或电流信号等。从工作速度来看，有的速度很慢，有的速度很快，不同的外围设备处理信息的速度相差悬殊。另外，微型计算机同不同的外围设备之间所传送信息的格式和电平高低等也是多种多样的。因此，外设一般不与CPU相连，必须通过接口电路，从而解决了外设与CPU之间信息的传输的匹配问题。,.,26,1.4微型计算机输入和输出,由于外围设备的多样性、复杂性，外设接口电路应具有如下功能：信号电平的转换数据格式的转换数据的寄存和缓冲对外部设备的控制和监视产生中断请求及DMA请求,.,27,1.4微型计算机输入和输出,2、输入输出传输方式主机与外设之间传送数据的方式大致分为以下几种：无条件传送方式所谓无条件，就是假设外设已处于就绪状态，数据传送时，程序就不必再去查询外设的状态，而直接执行I/O指令进行数据传输。查询传送方式在传送数据前先查询外设的状态，当外设准备好时，CPU执行I/O指令传送数据；若未准备好时，则CPU等待。优点：能较好地协调外设与CPU之间的定时关系，因而比无条件传送方式容易实现准确传送。缺点:该方式需要不断查询外设的状态，大量时间花在等待循环中，当主机与中、低速外设交换信息时，大大降低了CPU利用率。,.,28,1.4微型计算机输入和输出,中断传送方式在运行一个程序的过程中，断续地以“插入”方式执行一些完成特定处理功能的程序段，这种处理方式称为中断。中断功能是靠CPU本身的功能和与之配合的外部逻辑共同实现的。按中断源进行分类：发出中断请求的设备称为中断源。按中断源的不同，中断可分为：内中断（软件中断）：程序中的语句引起的中断外中断（硬件中断)：即由外部设备、接口卡引起的中断从CPU要不要接收中断即能不能限制某些中断发生的角度，中断可分为：可屏蔽中断：可被CPU通过指令限制某些设备发出中断请求的中断。即CPU可以不响应这种中断请求。不可屏蔽中断：不允许屏蔽的中断。即CPU必须响应并立即执行的中断请求。如电源掉电。,.,29,1.4微型计算机输入和输出,中断传送方式在中断方式下，外设掌握向CPU申请服务的主动权，当输入设备将数据准备好，或者输出设备已做好接收数据的准备时，外设向CPU发出中断请求信号，要求CPU为其服务。若此时中断允许触发器是开放的，则CPU暂停目前的工作，与外设进行一次数据传输，等I/O操作完成以后，CPU继续执行原来的程序。优点:保证了CPU对外设的实时服务，又不会因对各I/O设备的随时关照而花费CPU太多的时间，使高速运行的CPU与速度参差不齐的各种外设之间形成了良好的匹配(并行工作)关系，确