计算机硬件技术基础概要.ppt

1、计算机硬件技术基础,学时数安排,讲课： 54学时,实验： 36学时,教 材,计算机硬件技术基础,杨天怡主编,实验教材,计算机硬件技术实验教程,黄 勤 主编,主要内容,1.微型计算机基础,2.Intel系列微处理器,3.80486指令系统,4.汇编语言程序设计,5.存储器及存储管理,主要内容,6.输入输出方式与接口芯片 中断及中断控制器8259A 可编程定时/计数器8254 并行I/O接口芯片8255A,7.外设备接口技术 键盘接口、CRT接口、其它开关接口,8.总线（简要介绍）,教学要求,1.CPU工作方式、结构、时序基本概念 2.486工作方式、内部结构 3.CPU引脚：主要是与总线有关的引

2、脚 4.指令系统：8086全部及80486常用指令 5.程序结构：顺序、循环、分支、子程序 6.DOS调用：1、2、9、A号 35H、25H号了解,教学要求,7.存储器分类及管理方法 8.中断：概念、中断程序结构、8259A中 断管理芯片 9. DMA：了解 10. 8254、8255A 11. 串口，了解基本概念 12. 键盘、LED主要是上机用,考试要求,1.考试分上机考试（20）、笔试（70） 2.平时考勤,实验报告（10） 3.笔试可带教材、实验指导书和手写笔记,不得带复印件,包括复印的教材. 4.上机考试:只能带2本书(硬件教材和硬件实验教程)，任何复印件(包括复印的书)和笔记本均不

3、能带,教学管理,1.3次迟到为一次旷课，旷课超过3次取消考试 资格。 2.可以书面申请自学，经教务批准后可免考勤，保留考试资格 3.每次实验前准备好预习报告，连同上机签到册作为指导老师实验考勤依据。 4.每次实验后撰写实验报告，报告册在教材科购买。,第一章 微型计算机基础,第一节 微型计算机的组成,第二节 微型计算机的硬件结构,第三节 微型计算机中的先进计算机技术,第四节微型计算机的主要性能指标及典型 微型计算机,第一章 微型计算机基础,第一节 微型计算机的组成,一、微型计算机系统的组成,硬件和软件两大部分组成,第一章 微型计算机基础,第一节 微型计算机的组成,二、微型计算机的硬件组成,第一章

4、 微型计算机基础,第一节 微型计算机的组成,二、微型计算机的硬件组成,1.存储器,存储器是计算机中存储程序和数据的部件。计算机的存储器分为两大部分，一部分为内部存储器或主存储器，简称内存或主存；另一部分为外部存储器或辅助存储器，简称外存或辅存。,存储容量,描述存储器存储二进制信息量多少的指标。存储二进制信息的基本单位是位（bit，b）。一般把8个二进制位组成的通用基本单元叫作字节（Byte，B）。微型计算机中通常以字节为单位表示存储容量。,1024B为1KB 1024KB为1MB 1024MB为1GB 1024GB为1TB,1.存储器,存储速度,描述存储器工作快慢程度的指标，它指信息存入存储器

5、和从存储器中取出所需要的时间。,存储的类型,半导体存储器,磁记录存储器,光盘存储器,2.微处理器,微处理器是微型计算机的运算和控制指挥中心。不同的微处理器，其性能有所不同，但基本组成是相同的，由运算器、控制器和寄存器阵列三个主要部件组成。,2.微处理器, 运算器,执行算术运算和逻辑运算的部件，由累加器（Accumulator，A）、暂存器（Temporary，TMP）、算术逻辑单元（Arithmatic Logic Unit，ALU）、标志寄存器（Flag Registers，F）和一些逻辑电路组成。,2.微处理器, 运算器,标志寄存器,2.微处理器, 控制器,控制器是指令执行部件，包括取指令

6、、分析指令（指令译码）和执行指令，由指令寄存器（Instruction Register，IR）、指令译码器（Instruction Decoder，ID）和定时控制电路（Timing and Control）等组成。,2.微处理器, 寄存器阵列,寄存器阵列主要包含两类寄存器，一是通用寄存器，供用户使用；二是一些用途固定的专用寄存器，如程序计数器、堆栈指示器。,程序计数器PC,用于存放下一条要执行的指令在存储器中存放的地址。,2.微处理器, 寄存器阵列,堆栈和堆栈指示器SP,堆栈是一块设在内存中按先进后出（First In Last Out，FILO）原则组织的存储区域，用于存放数据。数据存入

7、栈区称为压入（PUSH），从栈区中取出数据称为弹出（POP）。,3.输入输出设备,三、微型计算机的软件组成,计算机的软件包含系统软件和应用软件两部分。,第二节 微型计算机的硬件结构,一、硬件结构,微型计算机在硬件上普遍采用总线结构，总线结构使系统构成方便，并具有很好的可维护性和可扩展性。,第二节 微型计算机的硬件结构,二、总线,所谓总线，就是一组用于信息公共传输的信号线，连在总线上的所有部件均能使用的公共线路，但使用必须是分时的。按传输信息方向，总线分为只能单方向传输信息的单向总线和可以双向传送信息的双向总线。按传输信息类别，总线分为传输数据信息的数据总线（Data Bus ,DB）、传输地址

8、信息的地址总线（Address Bus ，AB ）和传输控制信息的控制总线（Control Bus, CB）。,第二节 微型计算机的硬件结构,三、 数据总线、地址总线、控制总线,因为数据传输是双向的，故DB是双向总线。DB的位数越宽，一次数据传输的信息量就越大，8位DB一次只能传输1个字节的数据信息，而64位DB则一次可以传输8个字节的数据信息。,数据总线DB,第二节 微型计算机的硬件结构,三、 数据总线、地址总线、控制总线,因为地址信息总是由微处理器发出，寻址存储器或外设，故AB为单向总线。AB的位数越宽，寻址的空间就越大。8位微处理器的地址总线为16位，即有AB15AB0 16条地址线，寻

9、址范围为216=64KB；目前生产的微处理器寻址范围已达到64GB。,地址总线AB,第二节 微型计算机的硬件结构,三、 数据总线、地址总线、控制总线,CB包括微处理器向存储器发送的读选通信号RD、写选通信号WR，以及外设向微处理器发送的中断请求信号NMI、INTR等。控制总线的各位作用不同，且一般都是单向的。,控制总线CB,第三节 微型计算机中的先进计算机技术,一、中断技术,计算机暂停（或称为挂起）正在执行的程序转去处理随机事件，随机事件处理完毕后，再恢复执行原来的程序的过程称为中断。,二、流水线技术,流水线（Pipeline）技术是一种将一条指令的执行过程分解为多个步骤，并让几条指令的不同步

10、骤操作在时间上重叠，从而实现几条指令并行处理，提高程序运行速度的技术。每一个步骤均由一个独立的电路来完成，若干个完成不同操作步骤的电路组成了指令流水线。,第三节 微型计算机中的先进计算机技术,三、乱序执行技术,所谓乱序执行（Out of Order Execution）技术就是允许指令按照不同于程序中指定的顺序发送给执行部件，从而加速程序执行过程的一种新技术。它本质上是按数据流驱动原理工作的（传统的计算机都是按指令流驱动原理工作的），根据操作数是否准备好来决定一条指令是否立即执行。,四、推测执行技术,推测执行技术（或称为预测执行技术）是为了充分发挥流水线与并行执行技术和分支超顺序执行技术而采取

11、的一种先进计算机技术。,第三节 微型计算机中的先进计算机技术,五、高速缓冲存储器技术,在32位微机中，为了加快处理速度，在CPU与主存储器之间增设了一级或两级高速小容量存储器，称之为高速缓冲存储器（Cache）。,六、虚拟存储器技术,虚拟存储器技术是一种通过硬件和软件结合扩大用户可用存储空间的技术。它在内存储器和外存储器（软盘、硬盘或光盘）之间增加一些的硬件和软件，使两者形成一个有机整体。,第四节微型计算机的主要性能指标及典型 微型计算机,一、主要性能指标,字长,运算速度,指计算机内部一次可以处理的二进制数码的位数。,计算机的运算速度一般用每秒钟所能执行的指令条数来表示(IPS)。由于不同类型的指令的执行时间不同，因而运算速度的计算方法也不同，,第四节微型计算机的主要性能指标及典型 微型计算机,一、主要性能指标,存储容量,外设扩展能力,软件配置,指微