微机-第1章基础

第1章微机基础王耀威56教研室yaow

微机原理及应用内容：微型计算机组成汇编语言（小学期已学）接

术及其应用计算机原理及应用要求：内容多、概念多，易讲难学，需课堂下多复习。掌握概念，认识计算机的整体，再分解成各个部件，最终形成整体。每人至少看三遍书。特别掌握上机实验。计算机原理及应用考试：闭卷笔试

70分上机实验

20分平时成绩

10分计算机原理及应用参考书：计算机组成原理IBM

PC/XT系列汇编语言接

术及应用第一章微型计算机基础计算机技术的发展概况微型计算机系统的基本组成计算机计算机Computer

VS

Calculator模拟人脑电脑：是一种利用电子学原理，根据一系列指令来对数据进行处理的机器。处理信息的工具。根据图灵机理论，一部具有最基本功能的计算机，应当能够完成任何其它计算机能做的事情。只要不考虑时间和因素，从个人数码助理（PDA）到超级计算机都应该可以完成同样的作业。计算机的分类个人计算机：台式计算机、便携计算机–性能价格比服务器（

）•）高可靠性、吞吐率低时延可扩展计算机系统（低成本，低功耗，小体积电子计算机研制基础1937年，年仅21岁的麻省理工学院克劳德·香农（Claude

Shannon）了他的伟大《对继电器和开关电路中的符号分析》，文中首次提及数字电子技术的应用。他向人们展示了如何使用开关来实现逻辑和数算。AlmonStrowger，他为一个含有逻辑门电路的设备申请了专利；尼古拉·特斯拉（Nikola

Tesla），他早在1898年就曾申请含有逻辑门的电路设备；LeeDeForest，于1907年他用真空管代替了继电器。冯·诺依曼的构想冯·诺依曼在一个报告中对EDVAC计划进行了描述。冯·诺依曼的报告被称为

“在计算机科学史上最具的”。该报告是最早专门定义计算机部件并描述其功能的文档。基于冯·诺依曼

中提出的概念，

可以定义“计算机”为一种可以接受输入、处理数据、数据并产生输出的装置。冯·诺依曼的三个重要设计思想采用二进制数表示指令和数据;将程序（由一系列指令组成）和数据存放在计算机的内存中，并让计算机自动执行五大基本部件;冯·诺依曼体系结构冯·诺伊曼瓶颈将CPU与内存分开并非十全十美，反而会导致所谓的冯·诺伊曼瓶颈（von ann

bottleneck）在CPU与内存之间的流量（资料传输率）与内存的容量相比起来相当小，在现代电脑中，流量与CPU的工作效率相比之下非常小，在某些情况下（当CPU需要在巨大的资料上执行一些简单指令时），资料流量就成了整体效率非常严重的限制。CPU将会在资料输入或输出内存时闲置。由于CPU速度远大于内存读写速率，因此瓶颈问题越来越严重。集成电路中的晶体管数平均每18个月翻一番，

的性能也随之提高一倍引起计算机突飞猛进的主要原因是集成度的提高多核，Why？发展多核的原因冷却问题指令级优化已经接近极限主要瓶颈：

器时延量子计算机量子计算机是一种使用量子逻辑实现通用计算的设备。不同于电子计算机，量子计算用来存储数据的对象是量子比特，它使用量子算法来进行数据操作。量子计算机仍处于研究阶段。然而

, 的D-Wave

SystemInc.

发布了一款号称“全球第一款

型量子计算机”的计算设备“D-Wave

One”[1]。

该量子设备是否真的实现了量子计算目前还没有得到学术界广泛认同[2]。2012年物理奖他们提出了突破性的实验方法，使测量和操控单个量子体系成为可能。目前发展的系统包括如下物理系统：量子电脑（liquid-state

NMR

quantum液态核磁computer）固态核磁量子电脑（silicon-based

NMRquantum

computer）离子陷阱（ion

trap）量子光学（quantum

optics）QED）腔室量子电动力学（超导体方案拓扑量子计算（topological

quantum

computing）相关学科信息工程：是电子工程的一个分支，主要研究计算机软硬件和二者间的彼此联系。计算机科学：是对计算机进行学术研究的传统称谓。主要研究计算技术和执行特定任务的高效算法。该门学科为解决确定一个问题在计算机领域内是否可解，如可解其效率如何，以及如何作成更加高效率的程序。时至今日，在计算机科学内已经衍生了许多分支，每一个分支都针对不同类别的问题进行深入研究。•工程学：着重于研究开发高质量

系统的方法学和实践方式，并试图压缩并

开发成本及开发周期。信息系统：研究计算机在一个广泛的有组织环境（商业为主）中的计算机应用。微型计算机基本组成计算机系统的组成计算机系统(层次结构)硬件及固件（

机）应用系统编辑

，编译操作系统计算机硬件操作系统系统工具应用应用用户应用开发操作系统开发

通常可以把计算机硬件的五大基本部件可以分成三大类：即CPU、器和输入/输出子系统。计算机硬件组成27处理单元（CPU）CPU=算术逻辑单元+控制单元＋寄存器CPU=运算器+控制器主机主机

=

CPU

+

主

器外部设备（广义的输入/输出设备）除去主机以外的硬件装置（如输入设备、输出设备、辅助

器等）计算机硬件组成28运算器控制器主器输入设备输出设备辅助器CPU控制数据地址或指令主机外设器计算机硬件组成

CPU包括三部分：算术逻辑单元(ALU)、控制单元和寄存器。处理单元（CPU）寄存器程序计数器30

主

器是

单元的集合。单元都有惟一的标识符——地器中传

每一个址。

数据以字（或字节）的形式在入或传出。主器31主

器高速缓冲

器寄存器速度辅助

器容量小大快慢3.器的层次结构不同的器具有不同的容量、不同存取速度。323.器的层次结构为了解决格之间的容量、存取速度和价，通常把各种不同容量、不同存取速度的器，按一定的体系结构组织起来，形成一个统一整体的

系统。器的存取速度比主存快，但

高速缓冲比CPU

高速缓冲的寄存器慢。器容量较小，常置于CPU和主存之间。4.高速缓冲 器(Cache)34通常有两种类型的cache：内，内速度cache

与CPU制作在同一个部cache容量很小，可以以CPU的运行。外部cache位于CPU和RAM之间。有可能封装在CPU盒中，也有可能在CPU盒外。外部cache容量较大，一般运行速度比CPU速度稍低。4.高速缓冲 器(Cache)35cache用来存放主存中一部分内容的副本（拷贝），即当前正在执行的程序中的活跃部分。cache

，以便快速地向CPUCPU可以直接提供指令和数据。当CPU需要程序和数据时，首先检索cache

，然后检索外部cache

，再往后是RAM。只有前者中找不到所需内容时才继续检索后者。4.高速缓冲 器(Cache)36

输入/输出子系统中的设备可以分为两大类：非

设备和

设备。3.3.3

输入/输出子系统设备非

设备输入设备输出设备磁介质

设备光

设备其他

设备37非

设备输入设备输出设备键盘输入设备扫描仪音频输入设备输入设备其他1.显示器2.3.其他38外部设备设备又称为辅助

器。用来存放暂时不参磁介质设备硬盘软盘磁带…外部与运行的程序和数据。CPU不能直接

辅助器，需要时将信息先传送到主存。辅助器光设备39微型计算机的工作原理微型计算机的工作过程微型计算机的工作过程就是执行程序的过程，而程序由指令序列组成，因此，执行程序的过程，就是执行指令序列的过程，即逐条地从器中取出指令并完成指令所指定的操作。由于执行每一条指令，都包括取指、译码和执行三个基本步骤，所以，微型计算机的工作过程，也就是不断地取指令、译码和执行的过程，直到遇到停机指令时才结束机器的运行。结束取指令，PC

值加1Y停机?N译码并执行40微型计算机的工作原理计算1+2=?汇编语言程序对应的机器指令对应的操作MOV

AL,

110110000将立即数1传送到累加寄存器AL中00000001ADD

AL,

200000100计算两个数的和，结果存放到AL中00000010MOV

[0008],

AL10100010将AL中的数传送到地址单元00080000100100000000HLT11110100停机4