第2章微型计算机硬件系统PPT课件

.第1、2章微计算机硬件系统、2.1计算机系统概要2.2计算机基本工作原理2.3微计算机硬件系统概要、2、2.1计算机系统概要、系统软件应用程序、计算机系统硬件、软件、3、2.1.1计算机系统的构成、4、2.1.2计算机系统的层次关系、5、处理器2.1.3冯诺伊曼计算机的基本构成、冯诺伊曼结构的主要特征：计算机从5个基本部分进行计算机控制器的内存输入、输出设备程序程序和数据都用二进制表示。数据流、控制流、存储器、运算器、外部存储器、输出设备、内部存储器、输入设备、6、1 .运算器、功能：算术运算和逻辑运算：加法、减法、乘法、除法等逻辑运算： and、or、not、比较尺寸等复杂运算均可转换成以上的基本运算寄存器。 数据来自存储器，运算结果由控制器控制对存储器的读写操作，功能：控制计算机的各部件，按以下顺序进行： (1)从存储器中取出命令，(2)分析命令(3) 向其他部件输出控制信号的主要部件：指令寄存器指令解码器的定时电路、控制电路运算器和控制器均为CPU:CentralProcessingUnit，8， 3 .被称为存储器，功能：存储程序和数据的构成：由若干存储单元构成，各存储单元由8位的二进制位构成的存储器读取动作：从存储器读取信息存储器的写入动作：在存储器中保存信息的类型： (1)内部存储器(存储器、主存储器) :通常是半导体存储器的信息交换中心，与各部件的交易成本受到比较高的容量限制而无法长期保存的数据(RAM )存储器的访问速度是计算机的速度(2)外部存储器(辅助存储器):磁盘、磁带、光盘等主要是用于长期保存的程序和数据， 容量仅与存储器相关，存取速度对于存储器慢，9、内部存储器的存取过程、地址0001、控制：写入，数据，1000000例： 0001向单元写入数据，输入1000000、10、4 .设备功能：接受用户输入的原始数据和程序，将其变换为计算机能够识别的形式(二进制代码)，保存到存储器中。 典型输入设备：键盘、鼠标、扫描仪、平板电脑、麦克风等。、11、5 .输出设备、功能：将存储器内的计算机处理后的结果转换为人们接受的方式。 一般输出设备：显示器、打印机、绘图仪、音频等。、12、2.2计算机的基本动作原理是通过计算机执行程序来完成各种复杂的计算和处理。 程序由一系列指令组成，由程序员编写。 指令是实现计算机能够认识和执行的一定功能的指令。 13、2.2.1指令和指令系统，1 .指令可被计算机识别和执行的二进制代码，各指令完成某些操作。 2 .指令的构成、操作码、操作数、操作码完成的操作的类型和性质，例如提取、加法、减法等操作码的位数是指令的根数操作数操作的内容、所在的地址操作数大多是数据所在的地址，被称为地址代码。 3 .命令系统： 1台计算机可识别的命令的集合。14、4 .指令的种类数据传输指令数据处理指令程序控制指令输入输出指令的其他指令、控制指令的执行顺序、算术运算、逻辑运算、CPU、存储器、I/O设备、主机、管理计算机硬件等15、2.2.2程序的执行过程， 1 .指令的执行过程分为以下4个步骤： (1)取得指令：按照程序计数器的地址，从存储器中取出指令，发送到指令寄存器。 (2)分析指令：分析指令寄存器中存储的指令，解码器解码操作码，用将指令的操作码转换为对应的控制电位信号的地址代码决定操作数的地址。(3)执行命令：从操作控制线路发出完成该操作所需的一系列控制信息，完成该命令所要求的操作。 (4)1个指令的执行完成后，在程序计数器上加1，或者将转送地址代码发送给程序计数器，返回(1)。 16，指令执行进程示例：程序计数器PC0100H，起始地址，程序区域，数据区域，解码器，操作控制线路，存储器，算术，逻辑运算，控制器，运算器，17，2 .程序执行过程，程序：由一系列的指令构成，完成特定的功能。 程序的执行过程是CPU陆续取得命令，分析命令，执行命令。18，2.3微机硬件配置，微机与大中小型计算机的区别：微处理器(MPU，microprocessing ).19，2.3.1微机的主要性能指标，CPU指标： CPU字长运算速度：通常1秒内可执行的指令数。 内存容量：在内存中存储数据的能力。 20、当前流行的微机基本上是构成：主机的外围设备(显示器)键盘；主机：台式机主机是主板(别名：主板； 主板) CPU外存储器总线和接口电源输入输出设备、存储器、21、2.3.2主板、主板是微机最大的集成电路板。 对于各种设备的连接载体，微机通过母板有机地结合CPU等各种设备，从而形成完整的系统。 PC99技术规格要求主板上的每个接口都采用彩色标识，以便于识别。不同颜色的接口、22、1 .主板结构、主板结构类型：主板上各部件的布局排列方式和主板的大小、形状、使用的电源规格等。 范例： at:atx已经过时：目前最常见的主机板结构NLX:ATX变体BTX:Intel建立的新主机板结构EATX、WATX :伺服器、工作站主机板结构：开放式结构。 包括： CPU插座控制芯片组BIOS芯片内存插槽软盘接口硬盘接口串行接口并行接口USB连接器AGP总线扩展插槽PCI本地总线插槽键盘、鼠标接口设备usb:通用串行总线、通用串行总线agp:advandggraphicport、增强型图形接口PCI : peripheralcomponentinterconnect、外部设备接口BIOS :基本输入/输出系统，23，主板：内存插槽，总线插槽，接口卡，CPU插槽，并行接口，USB接口，24，2 .芯片组，芯片组外观： ide : integrateeddeviceelectronics集成设备的电子部件、接口标准和芯片功能可分为南桥芯片和北桥芯片。 南桥主要负责I/O接口控制、IDE设备(如硬盘)控制和高级能源管理。 北桥：与CPU联系，在北桥内部传输内存、AGP和PCI数据，并且北桥产生的热量很高，因此芯片具有散热片。 25、南桥芯片和北桥芯片：北桥芯片接近CPU，26、2.3.3CPU，构成CPU的CPU是整个计算机系统的核心。 主要由运算器控制器寄存器、27、2.CPU的主要性能指标、CPU字长： CPU能够一次处理的二进制位、CPU内部的各寄存器间能够一次传送的数据位来决定内部数据总线，反映CPU内部的运算速度和效率。 位宽： CPU一次可在外部数据总线和外部设备之间传输的数据位。 x位CPU:CPU通常称为CPU的字长和位宽。 例如，奔腾CPU的字长为32位，位宽为64位，称为超过32位的CPU。 80286CPU的字长和位宽都是16位，因而称为16位CPU。 CPU外部频率： CPU总线频率，主板向CPU提供的基准时钟频率。 CPU工作频率： CPU核心电路的实际工作频率。 制造工艺：以微米(m )或纳米(nm )描述，是指集成电路内的电路与电路之间的距离。距离越小表示生产技术先进，集成度越高。 28、3.CPU的发展、自学、29、2.3.4存储器、存储器的种类：内部存储器外部存储装置内部存储装置的主要特征访问速度快、信息暂时相对价格高的外部存储装置的主要特征访问速度慢、信息永久性相对价格低、30、 主要技术指标容量：读写时间： 1字读写所需的时间分区随机存取存储器RAM只读存储器ROM高速缓冲存储器Cache，1 .内部存储器， 31通常存储器容量指的是RAM的存储器容量，主存储器CPU也称为对它们可读出和写入的数据分类：动态随机存取存储器DRAM静态随机存取存储器SRAM当前是动态随机存取存储器(DRAM ) 广泛使用以创建存储条，其中插入主板插槽中的存储条具有不同的标准和容量，(1)随机访问存储器(简称RandomAccessMemory) RAM )，32，(2)只读存储器(randomaccessmemory ) CPU只能访问它们，而不能修改信息用户。 即使断电也不会丢失信息。 ROM的种类： ROM、PROM、EPROM、EEPROM例如基本输入输出系统(BIOS ) :保存基本输入输出系统、计算机系统中最重要的信息，固化在主板上的ROM芯片中。33、(3)高速缓冲存储器Cache一般采用静态随机存取存储器SRAM。 访问速度是DRAM的10倍左右。 CPU和内存之间的高速信息访问芯片解决了两者之间的速度冲突。 通常，等级cache :在cpu内部负责cpu内部寄存器和外部cache之间的缓冲。 L2 cache :在cpu外部负责cpu和内存之间的缓冲区。 什么是CPU、34、缓存技术？ 高速缓存是一个特殊的内存子系统，可以复制经常使用的数据，以便于CPU快速访问。 高速缓冲存储器存储经常访问的RAM的位置内容和这些数据项的存储地址。 当处理器查看内存中的地址时，高速缓存将检查该地址是否存在。 如果存在此地址，则将数据返回到处理器。如果未保存此地址，则执行正常的内存访问。 当RAM访问速度慢于微处理器时，经常使用高速缓冲存储器，因为高速缓冲存储器总是比主RAM存储器快。、35、2 .外部存储器、外部存储器的数据一般不能直接发送到处理器，只有将数据一起转送到存储器后才能进行处理。 例如，在软盘阵列RAID光媒体存储器移动存储产品，36，由柔软的聚酯材料制成，表面涂敷磁性材料，读写软盘的情况下，磁头可以直接在盘面容量=磁道数扇区数字字节轨道(从外向内为0，1， 2、扇区(9、15或18 )例如：3.5英寸高密度软盘容量=2面80磁道18扇区512B1.4MB扇区、0磁道、(1)软盘、37、(2)硬盘、结构：若干磁盘，在各面记录信息，在各面记录信息缸体：各盘上的同一轨道构成缸体。 硬盘片由涂有磁性材料的铝合金或玻璃材料制成。 硬盘的外观和内部结构：容量=磁头数柱的每个磁道的扇区数扇区的字节数.38，(3)磁盘阵列RAID，raid:redundandatarrayoffindedidentdisks，独立冗馀磁盘阵列。 由几个硬盘组成，经常用于大容量数据存储。 在网络中使用RAID可以提高服务器存储系统的容量和数据传输速度。 39、(4)光介质存储器、光存储技术：使用激光向介质写入信息，用激光读取数据。 主流产品：光盘。 光盘种类：只读类型的光盘CD-ROM :采用压模方式压制而成。 可一次写入光盘的CD-R(CD-Recordable):需要光盘写入器写入数据。 可追加的光盘CD-RW(CD-ReWritable )。 光盘可以经由诸如CD-ROM之类的专用设备读取信息。 测量光盘驱动器传输数据速率的指标称为倍速。倍率=150KB/S的后继产品DVD-ROM :倍率=1.3MB/S、40，闪存设备将闪存芯片作为存储介质广泛应用于摄像机、数码相机、MP3、数字记录器等。 (5)移动存储产品、移动硬盘：按产品接口类型： USB1.13.0IEEE1394 USB接口可改写的100万次以上计算机所使用的移动存储设备采用USB接口一般被称为闪存和USB磁盘，41， 2.3.5总线与接口、1 .总线通过总线连接微处理器与各部件和外围设备的公共连接线的对象总线，内部总线：连接CPU内部各构成要素的系统总线：将各构成要素连接到主板的总线外部总线：主板与外部设备之间的总线按总线总线是数据总线(DB ) :传输数据信息地址总线(AB ) :传输地址信息控制总线(CB ) :传输控制信息、 42微处理器、总线、存储器、接口电路和外围设备的逻辑关系：地址总线：单向数据总线、控制总线：双向、43、2 .接口外部总线通常以接口形式出现的接口在连接外部设备与计算机的端口计算机中常见的接口如下图所示：鼠标键盘、串行接口、并行接口、以及网络工具显示接口，L-inL-outMic， 可将、44、(1)串行接口分为9管脚和25管脚两种，单向一次只能传输1位数据的情况下，鼠标与调制解调器连接的设备名称： COM1、COM2异步通信适配器接口(RS-232-C ) 称为最大通信距离15m(2)并行接口具有25个能够同时传送8个系统信号的小孔(即，能够一次并行传送1字节数据)的打印机设备名称： LPT (例如，LPT1、lpt2)串行接口与并行接口usb通用串行总线接口usb :通用串行总线必须为外围设备提供电源，以便同时连接127个外围设备。 支持同时访问高速和低速设备：显示器、键盘、鼠标、扫描仪、打印机、数码相机、绘图仪通用串行总线必须在软件控制下正常工作(4) 连接IEEE1394接口(通称火线接口)外部设备的设备外总线标准是串行通信数据传输速率通常为800Mbps，能够简单地连接