《微型计算机技术ch》课件

《微型计算机技术》课程概要本课程旨在帮助您深入了解微型计算机系统的核心概念和工作原理。课程目标理解微型计算机的工作原理掌握微型计算机的硬件组成、软件结构和工作机制。学习微型计算机的应用了解微型计算机在不同领域的应用，并掌握基本的操作和应用技能。培养实践操作能力通过实践操作，提高动手能力和问题解决能力。课程大纲1绪论介绍微型计算机的基本概念、发展历程、特点和组成部分2微处理器深入讲解CPU的结构、指令系统、工作原理和性能指标3内存系统探讨内存的组织结构、寻址方式、层次结构和常见类型4输入/输出系统分析I/O设备、接口技术、I/O控制方式和中断机制5系统总线介绍总线的概念、分类、特性和工作原理6微型计算机体系结构讲解不同体系结构的优缺点和应用场景7微型计算机运行过程阐述微型计算机的启动、运行、中断处理和异常处理过程8操作系统概述介绍操作系统的概念、分类、功能和作用9应用软件概述探讨常见应用软件的类型、功能和特点微型计算机的定义微型计算机是一种小型、低成本、功能强大的电子计算机。它通常由中央处理器（CPU）、内存、输入/输出设备和存储设备组成。微型计算机的出现，标志着计算机技术进入了一个新的时代，并改变了人们的生活方式。微型计算机的发展历程第一代(1946-1959)真空管计算机，体积庞大，速度慢，功耗高，价格昂贵。第二代(1959-1964)晶体管计算机，体积更小，速度更快，功耗更低，价格更低。第三代(1964-1971)集成电路计算机，体积更小，速度更快，功耗更低，价格更低。第四代(1971-至今)大规模集成电路计算机，体积更小，速度更快，功耗更低，价格更低。微型计算机的特点体积小微型计算机采用集成电路技术，元器件体积大幅缩小，整机体积也随之减小。重量轻由于元器件体积缩小，微型计算机的重量也显著减轻，便于携带和移动。性能高微型计算机采用高速的集成电路芯片，处理速度快，运算能力强。功能强微型计算机可以执行多种指令，完成各种任务，应用范围广泛。微型计算机的主要组成部分主板主板是微型计算机的核心部件，连接了所有其他组件。中央处理器(CPU)CPU是微型计算机的大脑，负责处理数据和执行指令。内存内存用于临时存储正在运行的程序和数据。存储设备存储设备用于长期存储数据，例如硬盘驱动器和固态硬盘。中央处理器(CPU)中央处理器(CPU)是计算机系统的核心，负责执行指令、处理数据和控制整个系统。CPU的速度、性能和功能决定了计算机的整体性能。CPU通常包含算术逻辑单元(ALU)、控制单元(CU)和寄存器组。ALU负责进行算术和逻辑运算，CU负责控制整个CPU的操作，寄存器组用于存储数据和指令。CPU的结构算术逻辑单元(ALU)执行算术和逻辑运算，如加减乘除、比较、逻辑运算等。寄存器高速缓存器，用于存储CPU正在处理的数据和指令。控制单元(CU)控制CPU的运行，包括指令的获取、解码、执行和结果的存储等。CPU指令系统1指令集指令集是CPU能够理解和执行的指令的集合，是CPU与程序员之间的接口。2指令格式每条指令都有特定的格式，包括操作码和操作数，用于指示CPU执行的操作和操作的对象。3寻址方式寻址方式决定了CPU如何获取操作数，常见的寻址方式包括立即寻址、寄存器寻址、直接寻址等。内存系统随机存取存储器(RAM)用于存储正在执行的程序和数据，提供快速访问，数据会随着电源关闭而丢失。硬盘驱动器(HDD)用于长期存储数据，数据在断电后仍然保留，访问速度比RAM慢。内存层次结构1高速缓存速度最快，容量最小2主存速度中等，容量中等3辅助存储器速度最慢，容量最大存储器的分类按存储介质分类存储器按照存储介质可以分为半导体存储器、磁存储器和光存储器。按存取方式分类存储器按照存取方式可以分为随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。按用途分类存储器按照用途可以分为主存储器和辅助存储器。输入/输出系统输入/输出系统是微型计算机与外部世界进行信息交换的桥梁。它负责将外部数据信息输入到计算机中，并将计算机处理后的结果输出到外部。输入/输出系统主要由输入设备、输出设备和外部存储器等组成。输入设备键盘最常见的输入设备之一，用于输入文字、数字和控制命令。鼠标用于控制光标，选择和操作计算机屏幕上的对象。扫描仪将纸质图像或文档转换为数字格式。麦克风将声音信号转换为数字信号，用于语音识别和录音。输出设备显示器将计算机内部处理的结果以视觉形式显示给用户。打印机将计算机信息以文字或图形的形式打印到纸张上。音箱将计算机产生的声音信号转换为可以听到的声音。储存设备硬盘主要存储系统数据，容量大，速度快，可读写。软盘便携式存储介质，容量小，速度慢，已逐渐被淘汰。U盘便携式存储介质，容量大，速度快，广泛应用于数据传输和备份。系统总线系统总线是连接微型计算机各个部件的通信通道，是数据、地址和控制信号传输的公共通路。它就像一条高速公路，连接着CPU、内存、输入/输出设备等各个部件，使它们能够相互通信和协作。总线是微型计算机的核心部件之一，它的性能直接影响着计算机的整体性能。总线的速度、宽度、类型等都会影响数据传输效率和系统的吞吐量。总线的分类1数据总线传输数据信号2地址总线传输地址信号3控制总线传输控制信号总线的特性并行性总线能够同时传输多个数据位，提高数据传输效率。共享性多个设备共享总线，提高系统资源利用率。定时性总线操作需要精确的时序控制，确保数据传输的同步。异步性总线可以支持不同速度的设备，提高系统灵活性。微型计算机的体系结构微型计算机的体系结构是指微型计算机各组成部分之间的相互连接方式以及数据流动的组织形式。体系结构决定了微型计算机的功能、性能和成本。常见体系结构包括单总线体系结构和多总线体系结构。单总线体系结构简单结构所有设备共享一个总线效率提升节省硬件成本，降低系统复杂度性能瓶颈数据传输竞争导致性能下降多总线体系结构数据总线用于传输数据，包括CPU和内存之间，以及CPU和外设之间的数据。地址总线用于指定内存地址或外设的地址，CPU通过地址总线访问内存或外设。控制总线用于传输控制信号，包括CPU发出的读写控制信号，以及外设发出的中断信号。微型计算机的运行过程1取指从内存中读取指令2译码将指令转换为CPU可执行的机器码3执行执行指令，并修改相关寄存器或内存内容4写回将执行结果写入内存或寄存器微型计算机的工作模式实模式：早期PC机使用的模式，地址空间为1MB，支持16位寻址。保护模式：支持32位寻址，并提供内存保护机制，提高系统安全性。长模式：支持64位寻址，提供更大的地址空间和更高的性能。操作系统概述操作系统是计算机系统中最重要的系统软件之一。它是连接硬件和应用程序的桥梁，负责管理计算机系统中的各种资源，如CPU、内存、外设等。操作系统为用户提供一个友好的界面，方便用户使用计算机。操作系统的分类批处理操作系统批处理操作系统一次处理多个任务，但没有交互功能。例如，早期大型机使用的操作系统。分时操作系统分时操作系统允许多个用户同时使用一台计算机。例如，Windows，Linux，macOS。实时操作系统实时操作系统用于控制实时应用程序，如工业控制系统和航空航天系统。操作系统的功能管理计算机硬件操作系统是计算机系统软件的核心，负责管理计算机的硬件资源，如CPU、内存、存储器、输入输出设备等。管理文件系统操作系统提供文件系统的管理功能，包括文件的创建、删除、修改、复制、移动等操作。提供用户接口操作系统提供图形界面或命令行界面，方便用户与计算机系统进行交互。管理网络资源操作系统提供网络协议支持，使计算机能够连接到网络，访问网络资源。应用软件概述应用软件是计算机用户直接使用的软件,用于完成特定的任务,例如文字处理、网页浏览、图像编辑等。应用软件建立在操作系统之上,并依赖于操作系统的服务才能运行。应用软件根据其功能可以分为多种类型,包括办公软件、游戏软件、图形图像软件、多媒体软件等。常见应用软件介绍文字处理软件例如：Word、等，用于文字编