微机原理-计算机的基础知识

微机原理-计算机的基础知识计算机概述与发展历程计算机系统组成与结构微处理器及其工作原理存储器类型与层次结构输入输出设备及接口技术总线与数据传输方式中断与异常处理机制contents目录计算机概述与发展历程CATALOGUE01计算机定义计算机是一种能够按照程序运行，自动、高速处理数据的电子设备。计算机分类根据处理数据的方式，计算机可分为模拟计算机和数字计算机；根据规模和功能，计算机可分为巨型计算机、大型计算机、小型计算机和微型计算机。计算机定义及分类机械计算机时代电磁式计算机时代电子计算机时代微型化与普及化发展历程回顾0102030417世纪，人们开始利用齿轮等机械装置进行简单的数学运算。19世纪，人们开始利用电磁感应原理制造计算机。20世纪40年代，第一台电子计算机诞生，标志着电子计算机时代的开始。随着集成电路技术的发展，计算机逐渐微型化，并逐渐普及到各个领域。自动控制利用计算机对生产过程或其他系统进行自动检测、控制和优化，提高生产效率和产品质量。科学计算利用计算机进行大规模数值计算和模拟分析，广泛应用于气象、物理、化学等领域。数据处理利用计算机进行数据存储、加工、分析和表达，广泛应用于企业管理、政府办公等领域。辅助设计利用计算机进行产品设计和开发，提高设计效率和设计质量。人工智能利用计算机模拟人类的智能行为，实现人机交互和智能决策。当代计算机技术应用领域计算机系统组成与结构CATALOGUE02硬件系统组成负责执行指令和处理数据，是计算机的核心部件。用于存储程序和数据，分为内存和外存。用于输入输出数据，如键盘、鼠标、显示器等。连接各个硬件部件，实现数据传输和控制信号传递。中央处理器存储器输入输出设备总线系统软件包括操作系统、编译器等，用于管理和控制计算机硬件资源。应用软件包括办公软件、游戏软件等，用于满足用户特定的需求。编程语言用于编写软件程序，如C、Java、Python等。软件系统组成指令集计算机能够执行的指令集合，不同的指令集对应不同的计算机体系结构。寻址方式确定操作数所在位置的方式，包括直接寻址、间接寻址、寄存器寻址等。指令格式指令的格式包括操作码和操作数，操作码指定要执行的操作，操作数指定操作数所在的位置。指令集与寻址方式微处理器及其工作原理CATALOGUE03微处理器是计算机的核心部件，它负责执行计算机程序中的指令，控制计算机的各个部分协调工作。微处理器具有高速运算、低功耗、集成度高、可编程等优点，广泛应用于各类电子设备中。微处理器基本概念及特点主要特点微处理器ARM系列ARM系列微处理器由英国ARM公司开发，主要应用于移动设备、嵌入式系统等领域。MIPS系列MIPS系列微处理器由美国MIPS公司开发，主要用于高性能的嵌入式系统。x86系列x86系列微处理器由英特尔公司开发，是目前使用最广泛的微处理器之一，常见于个人电脑、服务器等。常见微处理器类型介绍控制逻辑微处理器的控制逻辑负责协调指令的执行、存储器访问和输入输出操作，确保计算机各个部分协调工作。指令执行微处理器通过执行一系列指令来执行程序，指令由操作码和操作数组成，操作码指示指令的操作类型，操作数则提供操作所需的参数或数据。存储器访问微处理器需要访问存储器来读取或写入数据，它通过地址总线来指定存储器的地址，通过数据总线来传输数据。输入输出操作微处理器通过输入输出接口与外部设备进行通信，实现数据的输入和输出。工作原理剖析存储器类型与层次结构CATALOGUE04123可随时读/写，断电后数据丢失。随机访问存储器（RAM）只能读出数据，不能写入数据，断电后数据不丢失。只读存储器（ROM）用于提高CPU访问内存的速度，位于CPU和内存之间。高速缓存存储器（Cache）主存储器（内存）类型及特点硬盘存储容量较小，读写速度较慢，价格较低。软盘光盘U盘01020403存储容量较大，读写速度较快，价格适中。存储容量大，读写速度快，但价格较高。存储容量大，读写速度较快，价格适中。辅助存储器（外存）类型及特点利用高速存储器作为CPU访问内存的缓冲区，以提高CPU访问内存的速度。缓存技术原理在计算机系统中，通常采用多级缓存结构，包括L1、L2、L3等缓存级别，以实现更快的访问速度。缓存技术的使用可以有效提高计算机系统的性能和效率。缓存技术的应用缓存技术原理及应用输入输出设备及接口技术CATALOGUE05用于输入字符、数字和命令，是最常见的输入设备之一。键盘用于选择屏幕上的对象、输入坐标和执行命令，提高用户交互的效率和准确性。鼠标将纸质文档转化为数字格式，便于存储、传输和编辑。扫描仪结合了显示和输入功能，适用于移动设备和交互式展示。触摸屏常见输入设备类型及功能介绍用于显示文本、图像和视频，是用户与计算机交互的主要界面。显示器打印机投影仪音响将计算机中的信息以纸质形式输出，满足各种文档打印需求。用于展示大屏幕图像和视频，常用于会议、教学和娱乐场合。播放声音，提供音频输出，增强多媒体体验效果。常见输出设备类型及功能介绍按顺序一位一位地传输数据，速度较慢，但连接线少，适合远距离通信。串行接口多位数据同时传输，速度较快，但连接线较多，适合近距离高速传输。并行接口通用串行总线接口，支持热插拔和即插即用功能，广泛用于各种设备连接。USB接口基于高速串行点对点连接，用于连接高速存储和显卡等设备，提供高带宽和低延迟的数据传输。PCIe接口I/O接口技术原理剖析总线与数据传输方式CATALOGUE0603总线标准为了规范总线的规格和性能，制定了一些总线标准，如ISA、EISA、PCI、AGP等。01总线定义总线是连接计算机各部件的一组公共信号线，是计算机中传送信息的重要通道。02总线分类根据传输方式，总线可分为单向总线和双向总线；根据连接的部件，总线可分为片内总线、系统总线和外总线。总线基本概念及分类方法并行传输数据各位同时传送，需要较短的传输线，适用于近距离通信，但电路结构复杂。同步传输数据以数据块为单位进行传输，每个数据块包含同步字符或起始位、多个数据位、校验位和停止位。异步传输数据以字符为单位进行传输，每个字符包含起始位、数据位、奇偶校验位和停止位。串行传输数据一位一位地顺序传送，需要较长的传输线，但结构简单，实现容易。数据传输方式简介同步传输速度快，适用于高速通信；异步传输速度慢，适用于低速通信。速度同步传输可靠性高，因为每个字符都有起始位和停止位；异步传输可靠性低，因为需要额外的控制线来检测字符的起始位和停止位。可靠性同步传输电路复杂，成本较高；异步传输电路简单，成本较低。成本同步和异步传输方式对比中断与异常处理机制CATALOGUE07中断是计算机在执行程序过程中，出现某些突发事件或异常情况时，CPU暂时停止当前程序的执行，转去执行相应的处理程序，处理完毕后再返回原程序继续执行。中断基本概念根据中断源的不同，中断可以分为硬中断和软中断；根据中断的性质，中断可以分为可屏蔽中断和不可屏蔽中断；根据中断的处理方式，中断可以分为同步中断和异步中断。中断分类方法中断基本概念和分类方法异常处理机制01异常处理机制是计算机系统用来处理程序运行过程中出现的异常情况的一种机制。当程序运行过程中出现异常时，系统会调用相应的异常处理程序来处理这些异常。异常处理流程02当异常发生时，系统首先会保存当前程序的上下文信息，然后转去执行相应的异常处理程序。在异常处理程序执行完毕后，系统会恢复被中断程序的上下文信息，并继续执行被中断的程序。异常处理的作用03异常处理机制可以用来处理程序运行过程中出现的各种异常情况，如除数为零、访问违规等。通过异常处理机制，系统可以保证程序的正确性和稳定性。异常处理机制剖析中断和异常是操作系统中非常重要的概念，它们在操作系统的实现中起着至关重要的作用。首先，中断和异常是实现多任务并发执行的基础。在操作系统中，多个任务可能会同时运行，而这些任务可能会因为各种事件而产生中断或异常。通过中断和异常处理机制，操作系统可以及时地响应这