《微机基本原理》计算机工作流程与发展过程

1、微机基本原理计算机工作流程与发展过程了解计算机的发展了解计算机的发展熟悉计算机的数制与编码熟悉计算机的数制与编码掌握微处理器、微型计算机和微型计算掌握微处理器、微型计算机和微型计算机系统的组成机系统的组成熟悉微型计算机的总线结构特点熟悉微型计算机的总线结构特点微处理器、微型计算机微处理器、微型计算机 微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成计算机的数制与编码计算机的数制与编码微型计算机的总线结构微型计算机的总线结构 微型计算机的总线结构微型计算机的总线结构1.1 1.1 计算机构成计算机构成1.1.1 台式计算机构成台式计算机构成中央处理器中央处理器CPU 系统主板系统主板内存内存 硬盘硬盘

2、软盘软盘显示卡显示卡 显示器显示器光盘存储器光盘存储器声卡与音像声卡与音像 网卡网卡 机箱、鼠标、键盘机箱、鼠标、键盘1.1.2 计算机的组成计算机的组成计算机是由硬件与软件两大子系统组成。计算机是由硬件与软件两大子系统组成。硬件与软件二者密不可分，缺一不可。硬件硬件与软件二者密不可分，缺一不可。硬件提供物资基础，软件提供最终实现手段。提供物资基础，软件提供最终实现手段。内存储器输入设备控制器计算机组成结构输出设备运算器计算机的组成-冯诺依曼结构实现自动计算的思想是程序控制程序人编写的计算步骤，程序预先存储在存储器中。存储器还用于暂存参与计算的数和计算结果等数据。运算器运算器 运算器是进行运算

3、的部件。运算包括算术运算和逻辑运算。一般简称运算器是进行运算的部件。运算包括算术运算和逻辑运算。一般简称ALU。控制器控制器 控制器通过对指令的译码，控制自身和其它部分运行。控制器通过对指令的译码，控制自身和其它部分运行。存储器存储器 存储器是存储数据和指令的部件。其物理容量存储器是存储数据和指令的部件。其物理容量(大小大小)是固定的，以字节为单位是固定的，以字节为单位(B)。输入设备：典型的输入设备是键盘输入设备：典型的输入设备是键盘输出设备：典型的输出设备是显示器输出设备：典型的输出设备是显示器 输入与输出设备是计算机与外界进行信息交换的场所，它们与计算机通输入与输出设备是计算机与外界进行

4、信息交换的场所，它们与计算机通过过I/O接口实现信息的交换。接口实现信息的交换。诺依曼结构特点诺依曼结构特点:串行顺序处理机制串行顺序处理机制采用二进制采用二进制采用程序存储方式采用程序存储方式计算机组成结构计算机组成结构:5个部分个部分诺依曼结构的改进诺依曼结构的改进采用多个处理部件形成流水线处理采用多个处理部件形成流水线处理组成阵列机构组成阵列机构,采用单指令流多数据流采用单指令流多数据流用多个诺依曼结机器组成多机系统用多个诺依曼结机器组成多机系统,支持并行工作支持并行工作存储器（体系结构）存储器（体系结构）对存储器的管理由操作系统来完成CPUCache外存储器主存储器第一级第二级第三级静

5、态动态1.2 1.2 微型计算机的组成微型计算机的组成1.2.1 MP、MC、MCS 的定义和相互关系的定义和相互关系 微处理器微处理器MP 、微型计算机、微型计算机MC和微型计算机系统和微型计算机系统MCS ，这是三个，这是三个含义不同但又有着密切依存关系。含义不同但又有着密切依存关系。(1).微处理器微处理器uP或或MP(MicroProcessor) 在一片超大规模集成电路上，将运算器和控制器集成在一起，称微处理器。有时简在一片超大规模集成电路上，将运算器和控制器集成在一起，称微处理器。有时简称称CPU.(2).微型计算机微型计算机MC(MicroComputer) 以微处理器为核心以微

6、处理器为核心; 存储器存储器 输入输出接口输入输出接口I/O及辅助电路及辅助电路. 通过总线与其它部件相连通过总线与其它部件相连.(3) 微型计算机系统微型计算机系统 微型计算机系统（ MicroComputer System),简称MCS。以微型计算机为核心外围设备（输入输出设备）电源 (4) MP、MC、MCS 的相互关系1.2.2 微型计算机系统微型计算机系统1微型计算机硬件系统组成微处理器：进行算数运算和逻辑运算。存储器：存储程序、数据、符号等I/O接口：使外设与微机相连。微处理器微处理器CPU:由运算器、控制器、寄存器由运算器、控制器、寄存器3部分组成。部分组成。实现运算和控制功能。

7、实现运算和控制功能。存储器：由存储器：由CPU之外的半导体存储器芯片组成，存之外的半导体存储器芯片组成，存放程序、操作数、运算的中间结果和最终数据。放程序、操作数、运算的中间结果和最终数据。I/O设备及其接口电路：输入设备将程序、原始数设备及其接口电路：输入设备将程序、原始数据和现场信息送给计算机；输出设备将计算机的计据和现场信息送给计算机；输出设备将计算机的计算和处理结果或回答信号以各种形式表现出来。外算和处理结果或回答信号以各种形式表现出来。外设与设与CPU间的硬件连线和信息交换要经接口电路。间的硬件连线和信息交换要经接口电路。接口电路：是微处理器与接口电路：是微处理器与I/O设备联系的必

8、经之路，具有设备联系的必经之路，具有协调和转换功能。种类很多。协调和转换功能。种类很多。总线：连结微机的各个部件，具有逻辑控制功能。总线：连结微机的各个部件，具有逻辑控制功能。 数据总线数据总线DB：装载数据和指令代码。总线宽度：总线中装载数据和指令代码。总线宽度：总线中 信号线信号线的条数。的条数。 地址总线地址总线AB：装载地址信号。宽度由装载地址信号。宽度由CPU所能直接访问的存储空所能直接访问的存储空间容量而定。间容量而定。 控制总线控制总线CB：CPU向其他部件传送控制信号，其他部件向向其他部件传送控制信号，其他部件向CPU传传送状态信号和请求信号。宽度各异。送状态信号和请求信号。宽

9、度各异。2. 微型计算机软件系统微型计算机软件系统计算机软件分为两大类：系统软件和用户软件。 裸机操作系统语言处理程序（解释、编译）各种标准程序库数据库管理应用软件服务性支撑软件软硬件层次n应当指出，硬件系统和软件系统是相辅相成的，共同构成微型计算机系统，缺一不可。3. 微机结构的特点：微机结构的特点：采用总线或微通道连接系统的各个部件。所谓总线是一组能为多个部件共享的公共信息传输所谓总线是一组能为多个部件共享的公共信息传输线路，可以分时发送与接收各部件的信息。线路，可以分时发送与接收各部件的信息。总线分为：地址总线（总线分为：地址总线（AB）、数据总线（）、数据总线（DB）和）和控制总线（控

10、制总线（CB）1.2.3 计算机的工作流程（熟悉）计算机的工作流程（熟悉）一、指令和程序一、指令和程序1、指令：指令是用来指挥和控制计算机执行某种操作的命令。一、指令：指令是用来指挥和控制计算机执行某种操作的命令。一条指令包括两个基本组成部分，即操作码和地址码。条指令包括两个基本组成部分，即操作码和地址码。2、指令系统：一台计算机所能识别和执行的全部指令的集合、指令系统：一台计算机所能识别和执行的全部指令的集合称为该计算机的指令系统。称为该计算机的指令系统。3、程序：完成或解决某一特定问题而编写的指令序列称为程序。、程序：完成或解决某一特定问题而编写的指令序列称为程序。通常用二进制代码形式组成

11、的指令序列称为机器语言程序，即目通常用二进制代码形式组成的指令序列称为机器语言程序，即目标程序。标程序。4、汇编语言程序：用助记符形式组成的指令序列称为汇编语言程序，或符号程序。 例如：助记符ADD表示加法指令 ADD AX, BX 的二进制代码为0000001111000011二、计算机的基本工作流程 1、模型计算机结构， 参见书上图1.10。 2. CPU2. CPU结构结构 控制单元 I/O控制逻辑 工作寄存器组 ALU暂存数据和结果算术和逻辑运算分析和执行指令PC：程序寄存器。保存下一条指令地址。自动加1。IR：指令寄存器：存储当前正在译码、执行的指令。PSW：状态字寄存器：存储前一时

12、刻指令执行的状态标志。SP：堆栈指针：保存断点地址和现场信息。指令执行过程：取指，分析指令，执行指令。3. 指令的执行过程指令的执行过程 第一步：取指 第二步：分析 第三步：执行 4、计算机的工作流程、计算机的工作流程 （1）编制程序 （2）启动计算机 （3）输出结果1.3 1.3 微计算机的发展（了解）微计算机的发展（了解）1.3.1.计算机的发展 1946年，世界上第一台计算机诞生于美国宾夕法尼亚大学的莫尔学院.第一代：（1946-1957）：电子管第二代：（1957-1964）：晶体管第三代：（1965-1971）：中小规模集成电路管第四代：（1970-1992）：超大规模集成电路微处理

13、器的发展：微处理器的发展：第一阶段（第一阶段（1971-1972）：）：PMOS 4004、8008，四位、八位字长低档，四位、八位字长低档CPU 指令周期：指令周期：2毫秒（毫秒（us）, 时钟：时钟：2.54MHZ 集成度：集成度：2000只晶体管只晶体管/片片第二阶段（第二阶段（1973-1978）：）： 8080/8085、Z80，M6800，八位中高档，八位中高档CPU 指令周期：指令周期：12us, 时钟：时钟：2.55MHZ 集成度：集成度：10000只晶体管只晶体管/片片第三阶段（第三阶段（1978-1981）：）：PMOS 8086，Z8000，M6800，十六位字长，十六位

14、字长CPU. 指令周期：指令周期：0.5us, 时钟：时钟：510MHZ 集成度：集成度：30000只晶体管只晶体管/片。片。第四阶段（第四阶段（1981-1993）：）： 三十二位微处理器：三十二位微处理器：80386、80486、 MC68010、MC68020。 指令周期：指令周期：0.1us， 时钟：时钟：1620MHZ， 集成度集成度:1550万管万管/片。片。第五阶段第五阶段1993年以来：年以来：32位机位机 Pentium划时代的微处理器投入使用划时代的微处理器投入使用. 时钟：时钟：60150MHZ，集成度，集成度310万只万只/管以上管以上 内部数据总线是内部数据总线是32

15、位，外部数据总线为位，外部数据总线为64位，使一个总线周期的位，使一个总线周期的数据传输量提高一倍。数据传输量提高一倍。1.4 1.4 数制和编码数制和编码( (复习）复习）计算机最终依靠对数的处理来实现其各种功能。进位制（进制）:任何数可用公式 表示，其中B被称为基。若B=10，则数制为十进制若B= 2，则数制为二进制若B=16，则数制为十六进制数的书写表达数的书写表达十进制数的书写表达十进制数的书写表达在数末尾添加在数末尾添加D修饰字符。修饰字符。 例：例： 12D 34D二进制数的书写表达二进制数的书写表达在数末尾添加在数末尾添加B修饰字符。修饰字符。例：例： 10000001B十六进制

16、数的书写表达十六进制数的书写表达在数末尾添加在数末尾添加H修饰字符。当修饰字符。当A、B、C、D、E、F作为首字符时，应在作为首字符时，应在其之前添加其之前添加0字符。字符。例：例：23H、5AH、0AFH1.4.2 带符号数的表示带符号数的表示带符号数的表示带符号数的表示:符号位一般用二进制数码的最高位表示，称该位为符号位一般用二进制数码的最高位表示，称该位为符号位。符号位。0:正数正数, 1:负数负数IBMPC微机微机:带符号数的表示带符号数的表示:补码表示补码表示1.4.3 数的使用数的使用一个存在的数，由于解释的不同，可以表示不同的数一个存在的数，由于解释的不同，可以表示不同的数值。值

17、。可以是无符号数，也可以是带符号数。可以是无符号数，也可以是带符号数。例如：在例如：在8位二进制下位二进制下 11111111B=0FFH 当作为无符号数表示当作为无符号数表示255，当作为带符号数表示当作为带符号数表示-1。 因此，数的使用全由编程者决定。因此，数的使用全由编程者决定。1.4.4 编码编码编码和目的：编码和目的：在计算机中用数（二进制）表达能为人理解在计算机中用数（二进制）表达能为人理解的数、字符和其它信息。是最基本的协议。的数、字符和其它信息。是最基本的协议。编码分为：编码分为：数的编码数的编码字符的编码字符的编码其他信息编码其他信息编码1. 十进制数的编码十进制数的编码-

18、BCD码码十进制数的编码：称为二十进制数的编码：称为二 十进制数码十进制数码 BCD-使用最广泛的是使用最广泛的是8421码码BCD码规则如下：码规则如下：十进制的基本数字分别用四位二进制数表示；十进制的基本数字分别用四位二进制数表示；例：例：3 =(0011)BCD8421码在计算机中有两种表达方式：码在计算机中有两种表达方式：组合（压缩）组合（压缩）/非组合（非压缩）非组合（非压缩）例：例：(32) (00110010)组合组合 (00000011) (00000010)非组合非组合 2. 字符的编码字符的编码字符的定义：在计算机中表达能为人理解的信息字符的定义：在计算机中表达能为人理解的

19、信息的符号。的符号。字符的种类：字符编码的种类很多，不同国家的文字符的种类：字符编码的种类很多，不同国家的文字、不同系统使用不同的编码。常用的有字、不同系统使用不同的编码。常用的有ASCII码、码、GB码、码、BIG5码等。现在国际标准化组织推荐使用码等。现在国际标准化组织推荐使用UNICODE码。码。编码的原则：用一个规定的二进制数表达一个特定编码的原则：用一个规定的二进制数表达一个特定的符号。的符号。(1).ASCII码码(American Standard Code for Information Interchange)ASCII码可分为标准码可分为标准ASCII码和扩展码和扩展ASCII码。码。标准标准ASCII码占用一个字节码占用一个字节,其最高位其最高位(第七位