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计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础10/29/20221授课教员授课教员 李毅李毅 国防科技大学计算机学院，国防科技大学计算机学院，0606届工学硕士届工学硕士后勤工程学院自动化技术教研室后勤工程学院自动化技术教研室TEL:68575165(O)986912TEL:68575165(O)10/29/20222教教材材：计计算算机机硬硬件件技技术术基基础础，邹邹逢逢兴兴 编编著著，高高等教育出版社等教育出版社课程的性质、任务课程的性质、任务 本课程是各专业的技术基础课，以本课程是各专业的技术基础课，以Intel 8088/8086Intel 8088/8086及及80486,Pentium80486,Pentium为样机，以应用为目的，通过课堂讲为样机，以应用为目的，通过课堂讲授、实验两个环节，熟练掌握微型计算机的工作原理，授、实验两个环节，熟练掌握微型计算机的工作原理，并能进行简单的底层软件编程与计算机应用硬件设计。并能进行简单的底层软件编程与计算机应用硬件设计。学习特点学习特点u 发展迅猛，但许多基本原理是相同的。发展迅猛，但许多基本原理是相同的。u 侧重原理的学习，不过分深究具体的细节（如数百个侧重原理的学习，不过分深究具体的细节（如数百个 引脚并不一一进行研究）。引脚并不一一进行研究）。u 次序进行了调整，选择和补充了一定内容。次序进行了调整，选择和补充了一定内容。u 通过实验，加深理解。通过实验，加深理解。10/29/20223参考书目：参考书目：1 1、【微微型型计计算算机机系系统统原原理理及及应应用用】(第第三三版版)周明德著周明德著，清华大学出版社，清华大学出版社 2 2、【INTEL INTEL 8086/8088 8086/8088 系系列列微微型型计计算算机机及及其其应应用用】张明达著张明达著，中南工大出版社中南工大出版社 3 3、【IBM IBM PC PC 汇汇编编语语言言程程序序设设计计】沈沈美美明明等等，清华大学出版社清华大学出版社4 4、【微微型型计计算算机机技技术术】田田艾艾平平等等编编著著，清清华华大大学出版社学出版社10/29/20224总成绩考试总成绩考试6060实验实验3030平时平时1010平时：作业课堂纪律平时：作业课堂纪律10/29/20225 为什么要学习这门课程？为什么要学习这门课程？我对这门课程有什么希望？我对这门课程有什么希望？10/29/20226第一章第一章微机发展、组成与工作原理微机发展、组成与工作原理1.1 1.1 概述概述1.2 Intel8086/80881.2 Intel8086/8088的结构的结构1.3 1.3 外部设备外部设备10/29/20227第一章第一章微机发展、组成与工作原理微机发展、组成与工作原理1.1 1.1 概述概述1.2 Intel8086/80881.2 Intel8086/8088的结构的结构1.3 1.3 外部设备外部设备10/29/202281.11.1 概述1.1.1 计算机、微机发展简史1.1.2 微机系统的三个层次1.1.3 微机的分类1.1.4 微机的体系结构1.1.5 有关术语1.1.6 微型计算机的组成及工作过程1.1.7 微型计算机系统的主要性能指标1.1.8 微型计算机的运算基础1.1.9 微机发展的有关新技术10/29/202291.1.1 计算机、微机发展简史 一、计算机的发展过程一、计算机的发展过程 计算机的发展是伴随着集成电路的发展计算机的发展是伴随着集成电路的发展而发展的，从二十世纪四十年代开始，集而发展的，从二十世纪四十年代开始，集成电路技术得到了迅猛的发展，有电子管、成电路技术得到了迅猛的发展，有电子管、晶体管、集成电路发展到现在的超大规模晶体管、集成电路发展到现在的超大规模集成电路，为计算机的发展打下了坚实的集成电路，为计算机的发展打下了坚实的基础。基础。10/29/2022101.1.1 计算机、微机发展简史 、世界上第一台计算机、世界上第一台计算机ENIAC（第一代）（第一代）1946年年2月，美国研制成功月，美国研制成功 ENIAC(Electronic Numberical Intergrator And Caculator 爱尼克爱尼克)。它由。它由18000多个电子管、多个电子管、1500多个继多个继电器等组成，重电器等组成，重30吨，耗电吨，耗电150千瓦，占地千瓦，占地170平方米，运算速度为每秒平方米，运算速度为每秒5000次。这是以电子次。这是以电子管为逻辑元件的计算机，称为第一代计算机。管为逻辑元件的计算机，称为第一代计算机。从计算能力来看，不如现在的小计算器。从计算能力来看，不如现在的小计算器。ENIAC的照片的照片:（见下图）（见下图）10/29/20221110/29/2022121.1.1 计算机、微机发展简史2 2、第二代计算机、第二代计算机 是以晶体管为逻辑元件的计算机，其特点是体积是以晶体管为逻辑元件的计算机，其特点是体积小，重量轻，耗电少，工作可靠，运算速度达每秒几小，重量轻，耗电少，工作可靠，运算速度达每秒几万至几十万次。万至几十万次。3 3、第三代计算机、第三代计算机 是以集成电路为逻辑元件的计算机，其特点是体是以集成电路为逻辑元件的计算机，其特点是体积大为缩小，耗电极少，可靠性与速度明显提高。积大为缩小，耗电极少，可靠性与速度明显提高。4 4、第四代计算机、第四代计算机 是以大规模集成电路为逻辑元件的是以大规模集成电路为逻辑元件的计算机计算机，其，其各方面性能进一步提高。各方面性能进一步提高。10/29/2022131.1.1 计算机、微机发展简史5 5、计算机的分类、计算机的分类巨型机巨型机：运算速度达每秒上亿次。如我国研制的银：运算速度达每秒上亿次。如我国研制的银 河、曙光、神州等超级计算机。河、曙光、神州等超级计算机。大型机大型机：速度和性能比巨型机稍低，其特点是有自：速度和性能比巨型机稍低，其特点是有自 己的专用操作系统。己的专用操作系统。以上两类主要用于国防、能源、气象、航天等领域。以上两类主要用于国防、能源、气象、航天等领域。小型机小型机：速度和性能再低一些，但其通用性强，应：速度和性能再低一些，但其通用性强，应 用软件丰富，适用于政府、企业、学校等领域。用软件丰富，适用于政府、企业、学校等领域。工作站工作站：常用于专门领域，如图形工作站。：常用于专门领域，如图形工作站。PCPC机机：即：即Personal ComputerPersonal Computer，个人计算机，其通用个人计算机，其通用 性更强，广泛应用于各个领域。性更强，广泛应用于各个领域。10/29/2022141.1.1 计算机、微机发展简史 二、微机发展简史二、微机发展简史 微机的核心是中央处理器微机的核心是中央处理器CPUCPU，CPUCPU的发的发展代表了微机的发展，下面以最具代表性的展代表了微机的发展，下面以最具代表性的IntelIntel系列系列CPUCPU为例说明。为例说明。、第一代、第一代CPUCPU（位）位）19711971年年IntelIntel公司推出了世界上第一个公司推出了世界上第一个CPUCPU：Intel4004Intel4004，是用于计算器的，是用于计算器的4 4位微处理位微处理器，主频器，主频740KHz740KHz，12001200个晶体管。个晶体管。10/29/2022151.1.1 计算机、微机发展简史 、第二代第二代CPUCPU（位）位）从从19721972年到年到19771977年，先后推出年，先后推出Intel8008Intel8008、80808080、8085A8085A等，主频等，主频800KHz800KHz至至6MHz6MHz，含晶体管含晶体管20002000至至90009000个。个。3 3、第三代、第三代CPUCPU（1616位）位）19781978年、年、19791979年、年、19821982年，分别推出年，分别推出80868086、80888088、8028680286，主频为，主频为4.77MHz4.77MHz至至12.5MHz12.5MHz，含晶含晶体管体管2.92.9万至万至13.413.4万个。特别是万个。特别是19811981年年80888088芯片芯片首次用于首次用于IBM PCIBM PC机，从此开创了全新的机，从此开创了全新的PCPC时代。时代。10/29/2022161.1.1 计算机、微机发展简史4 4、第四代、第四代CPUCPU（3232位）位）19851985年的年的8038680386，主频，主频33MHz,33MHz,含含27.527.5万个晶体万个晶体管；管；19891989年的年的8048680486，是将，是将8038680386和和8038780387（数学协（数学协处理器，支持浮点运算）及处理器，支持浮点运算）及8KB8KB高速缓存器高速缓存器CacheCache集成在一个芯片内，并首次采用集成在一个芯片内，并首次采用了了RISCRISC技术，其技术，其性能较性能较80386DX/8038780386DX/80387的组合提高的组合提高4 4倍，其主频逐倍，其主频逐步提高到步提高到100MHz100MHz，单片集成了单片集成了120120万个晶体管。万个晶体管。10/29/2022171.1.1 计算机、微机发展简史、第五代、第五代CPUCPU（6464位）位）19931993年推出年推出PentiumPentium（奔腾）处理器，即（奔腾）处理器，即8058680586，集成晶体管，集成晶体管320320万个万个，主频逐步提高主频逐步提高到到166MHz 166MHz，实现了超标量体系结构，性能明实现了超标量体系结构，性能明显提高；显提高；19951995年年Pentium ProPentium Pro（多能奔腾）处多能奔腾）处理器面世，俗称理器面世，俗称P6P6，集成集成550550万个晶体管，主万个晶体管，主频高达频高达200MHz200MHz。10/29/2022181.1.1 计算机、微机发展简史 之后，之后，19961996年的多能奔腾年的多能奔腾(MMX Pentium)(MMX Pentium)处理处理器，器，MMXMMX为为Multi Media Multi Media eXtendedeXtended(多媒体扩展多媒体扩展)，增加了多媒体指令集，增加了多媒体指令集(57(57条条)；19971997年的奔腾年的奔腾(Pentium)(Pentium)采用了独特的双采用了独特的双重独立总线结构，大大提高信息处理能力；重独立总线结构，大大提高信息处理能力；19991999年的奔腾年的奔腾(Pentium)(Pentium)，又增加了，又增加了7070条条新型多媒体指令新型多媒体指令SSESSE，动画、三维效果逼真，动画、三维效果逼真，500MHz500MHz的主频的主频，集成了集成了950950万个晶体管；万个晶体管；20002000年的年的Pentium 4Pentium 4微处理器又新增了微处理器又新增了SSE2SSE2指指令集令集(144(144条条)，给用户提供功能强大的服务：音，给用户提供功能强大的服务：音频视频流、图形图像处理、频视频流、图形图像处理、3D3D、CADCAD、游戏等。、游戏等。主频主频1.41.43.4GHz3.4GHz，集成了，集成了1780017800万个晶体管。万个晶体管。10/29/202219 Pentium4Pentium4系列分为赛扬系列分为赛扬(Celeron)(Celeron)、主流奔腾、主流奔腾(Pentium)(Pentium)和至强和至强(Xeon)(Xeon)三个档次，分别针对低三个档次，分别针对低端市场、普通用户及高级图形工作站和服务器。端市场、普通用户及高级图形工作站和服务器。20042004年年4 4月，又推出迅驰月，又推出迅驰(CentrinoCentrino)系列系列CPU CPU(Pentium M)(Pentium M)，主要用于笔记本电脑。，主要用于笔记本电脑。Pentium 4 Pentium 4 CenleronCenleron(赛扬赛扬)：2.8GHz2.8GHz Pentium 4(Pentium 4(奔腾奔腾)：1.41.43.6GHz3.6GHz Pentium Xeon(Pentium Xeon(至强至强)：1.41.43.06GHz3.06GHz Pentium-M Pentium-M CentrinoCentrino(迅驰迅驰)：0.90.91.6GHz1.6GHz 另外：另外：IntelIntel公司在公司在20022002年年7 7月启动了安腾月启动了安腾CPU CPU(Itanium 64(Itanium 64位位)，主要用于高端产品。，主要用于高端产品。1.1.1 计算机、微机发展简史10/29/2022201.1.2 微机系统的三个层次微微处处理理器器微型微型计算机计算机微型微型计算机计算机系统系统 微处理器（微处理器（Microprocessor)Microprocessor)是微型计算机的核心部件，包括：算术逻辑部是微型计算机的核心部件，包括：算术逻辑部件件ALU、控制部件、寄存器组三个基本部分，由控制部件、寄存器组三个基本部分，由一片或几片一片或几片LSI、VLSI器件组成。器件组成。u 微机系统的三个层次微机系统的三个层次10/29/2022211.1.2 微机系统的三个层次微型计算机（微型计算机（Micro Computer)Micro Computer)是以微处理器为核心，加上存储器、输入是以微处理器为核心，加上存储器、输入/输输出接口和系统总线组成的。将这几部分集成在一出接口和系统总线组成的。将这几部分集成在一个超大规模芯片上，称为单片机。个超大规模芯片上，称为单片机。微型计算机系统微型计算机系统(Micro Computer System)(Micro Computer System)是以微型计算机为核心，配以相应的外设、是以微型计算机为核心，配以相应的外设、电源、辅助电路和控制微机工作的软件而构成的电源、辅助电路和控制微机工作的软件而构成的完整的计算系统。软件分为系统软件（如操作系完整的计算系统。软件分为系统软件（如操作系统、语言处理程序等）和应用软件。统、语言处理程序等）和应用软件。10/29/2022221.1.2 微机系统的三个层次10/29/2022231.1.2 微机系统的三个层次运算器运算器 控制器控制器 寄存器组寄存器组 内存储器内存储器 总线总线输入输出输入输出接口电路接口电路外部设备外部设备 软件软件微处理器微处理器微型计算机微型计算机微型计算机系统微型计算机系统10/29/2022241.1.3 微机的分类u 微机的分类微机的分类按构成分类：按构成分类：单片机、单板机、多板机单片机、单板机、多板机 单片机单片机l 将将CPUCPU、内存、内存、I/OI/O接口电路全部集成一块芯片上，接口电路全部集成一块芯片上，构成具备基本功能的计算机，称单片机。构成具备基本功能的计算机，称单片机。l 特点：超小型、高可靠性、价廉特点：超小型、高可靠性、价廉l 应用：智能仪表、工业实时控制、家用电器等应用：智能仪表、工业实时控制、家用电器等l 产品：产品：Intel Intel 的的80518051、8096/80988096/8098系列系列 Motorola Motorola 的的68016801、68056805系列系列 Hitachi(Hitachi(日立日立)的的 H8SH8S、SHSH系列系列10/29/2022251.1.3 微机的分类 单板机单板机l将将CPUCPU、内存、内存、I/OI/O接口及其它辅助电路全部装接口及其它辅助电路全部装 在一块印刷电路板上，组成单板机。在一块印刷电路板上，组成单板机。l 特点：结构简单、价廉特点：结构简单、价廉l 应用：过程控制、数据处理应用：过程控制、数据处理l 产品：产品：TP-801 TP-801 以以Z80CPUZ80CPU为核心的单板机为核心的单板机 8080年代各院校年代各院校“微机原理微机原理”的实验机的实验机10/29/2022261.1.3 微机的分类l 把把CPUCPU、内存、内存、I/OI/O接口芯片装在多块电路板上，各印刷接口芯片装在多块电路板上，各印刷 板插在主机板的总线插槽上，通过系统总线连接起来，板插在主机板的总线插槽上，通过系统总线连接起来，构成多板机。构成多板机。l产品：产品：IBM PC/XTIBM PC/XT、486486机、机、PentiumPentium机等机等 9090年代以来各院校年代以来各院校“微机原理微机原理”和计算机硬件的实和计算机硬件的实验机验机 多板机多板机10/29/202227冯冯.诺依曼计算机的工作原理可概述为：诺依曼计算机的工作原理可概述为：“存储程序存储程序”+“+“程序控制程序控制”要点：要点：1 1数据和程序以二进制形式不加区别地存放在存储器中数据和程序以二进制形式不加区别地存放在存储器中 2.2.先将程序存入存储器中，再由控制器自动读取并执行先将程序存入存储器中，再由控制器自动读取并执行输输入入设设备备控制器控制器输输出出设设备备 CPU CPU 存储器存储器运算器运算器ALUALU1.1.4 微机的体系结构10/29/2022281.1.5 有关术语1.1.位位 (bit)(bit)2.2.字节字节 (Byte)(Byte)3.3.字和字长字和字长 (word)(word)4.4.位编号位编号5.5.指令、指令系统和程序指令、指令系统和程序6.6.寄存器寄存器 7.7.译码器译码器10/29/2022291 1.位位 (bit)(bit)l 指指计算机能表示的最基本最小的单位计算机能表示的最基本最小的单位l 在计算机中采用二进制表示数据和指令，故：在计算机中采用二进制表示数据和指令，故：位位就就是是一一个个二二进进制制位位，有有两两种种状状态态，“0”0”和和 “1”1”2.字节字节 (Byte)(Byte)l 相邻的相邻的8 8位二进制数称为一个字节，位二进制数称为一个字节，1 1ByteByte8 8bitbit 如：如：1100 00111100 0011 0101 0111 0101 0111 1.1.5 有关术语10/29/2022303 3字和字长字和字长l 字字是是CPUCPU内部进行数据处理的基本单位。内部进行数据处理的基本单位。l 字长字长是每一个字所包含的二进制位数，是每一个字所包含的二进制位数，常与常与CPUCPU内部的寄存器、内部的寄存器、运算装置、总线宽度一致。运算装置、总线宽度一致。1.1.5 有关术语10/29/202231例例 某某CPUCPU内含内含 8 8位运算器位运算器，则：，则：参加运算的数及结果均以参加运算的数及结果均以 8 8位位 表示表示,最高位产生的进位或借位在最高位产生的进位或借位在8 8位运算器中不保存，位运算器中不保存，而将其保存到标志寄存器中而将其保存到标志寄存器中 1 0 1 1 0 1 0 1 被加数被加数8 8位位 +1 0 0 0 1 1 1 1 加数加数8 8位位进位进位 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 和和8 8位位PSW标志寄存器标志寄存器运运算算器器标志标志寄存器寄存器运运算算器器被加数被加数加数加数和和进位进位10/29/202232字长是衡量字长是衡量CPUCPU工作性能的一个重要参数。工作性能的一个重要参数。不同类型的不同类型的CPUCPU有不同的字长。有不同的字长。如如:Intel 4004 是是 4 位位 8080 是是 8 位位 8088/8086/80286 是是 16 位位 80386/80486是是 32 位位 1010 1100 0110 0101 1001 1000 0100 0011 被加数被加数 +1100 0011 1100 0011 0001 0101 0101 1000 加数加数进位进位 1 1 1111 1 111 1 1 0111 0000 0010 1000 1010 1101 1001 1011 和和 4位位 8次次 8位位 4次次16位位 2次次32位位 1次次10/29/202233位位 1 或或 0 1位位字节字节 1100 0011 8位位字字 1100 0011 0011 1100 16位位双字双字 1100 0011 0011 1100 1100 0011 0011 1100 32位位高字节高字节低字节低字节 高高 字字 低低 字字把一个把一个字字定为定为16 16 位位，1 Word1 Word=2 Byte2 Byte 一个一个双字双字定为定为3232位位 1 1 DWordDWord=2 Word2 Word=4 Byte4 Byte10/29/2022344.4.位编号位编号 为便于描述，对字节为便于描述，对字节,字和双字中的各位进行编号。字和双字中的各位进行编号。从低位开始，从右到左依次为从低位开始，从右到左依次为 0 0、1 1、2 2 编号编号7654321010100010D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0字节字节数据数据Data地址地址Address10/29/202235D0D7D15D8158101010101010101070A0A7A15A8字字的编号为的编号为15 015 0双字双字的编号依此类推，为的编号依此类推，为31 031 010/29/2022365.指令、指令系统和程序指令、指令系统和程序l 一个一个CPUCPU能执行什么操作，是工程人员设计和制造好的，能执行什么操作，是工程人员设计和制造好的，是固定的，用户不能改变。是固定的，用户不能改变。l 指令指令是是CPUCPU能执行的一个基本操作。能执行的一个基本操作。如：取数、加、减、乘、除、存数如：取数、加、减、乘、除、存数 等等l 指令系统指令系统是是CPUCPU所能执行的全部操作。所能执行的全部操作。不同的不同的CPUCPU，其指令系统不同。其指令系统不同。l 程序程序是用户在使用计算机时，为要解决的问题，是用户在使用计算机时，为要解决的问题，用一条条指令编写的指令序列。用一条条指令编写的指令序列。构成程序的指令在存储器中一般都是顺序存放，构成程序的指令在存储器中一般都是顺序存放，要破坏这种顺序性，必须由转移指令操作。要破坏这种顺序性，必须由转移指令操作。10/29/2022376寄存器寄存器 l 寄存器寄存器是用来存放数据和指令的一种基本逻辑部件是用来存放数据和指令的一种基本逻辑部件。l 根据存放信息的不同，根据存放信息的不同，有有指令寄存器指令寄存器、数据寄存器数据寄存器、地址寄存器地址寄存器等。等。标标 志志寄存器寄存器地址总线地址总线 AB数据总线数据总线 DB控制总线控制总线 CB指令寄存器指令寄存器数据寄存器数据寄存器控制电路控制电路指令译码器指令译码器地地址址寄寄存存器器指指 令令指指 针针寄存器寄存器R1R2R3R4寄存器组寄存器组运运算算器器IPCPU结构结构示意图示意图10/29/2022387译码器译码器l 译码器译码器是将输入代码转换成相应输出信号的逻辑电路。是将输入代码转换成相应输出信号的逻辑电路。指令指令是是CPUCPU能执行的一个基本操作能执行的一个基本操作;CPUCPU的设计者对的设计者对CPUCPU的所有指令进行的所有指令进行编码编码;用户用用户用编码形式的指令编码形式的指令进行编程，程序存放在内存中进行编程，程序存放在内存中;CPUCPU从从内存取来编码形式的指令内存取来编码形式的指令,对指令进行译码，发出执行该指令功能所需的信号对指令进行译码，发出执行该指令功能所需的信号10/29/202239CPU 总线总线 内存内存标标 志志寄存器寄存器地址总线地址总线 AB程程序序数数据据数据总线数据总线 DB控制总线控制总线 CB地地址址译译码码器器、指令指令1指令指令2指令指令3指令指令4、数据数据1数据数据2数据数据3、指令寄存器指令寄存器数据暂存器数据暂存器控制电路控制电路指令译码器指令译码器地地址址寄寄存存器器指指 令令指指 针针寄存器寄存器R1R2R3R4寄存器组寄存器组运运算算器器IPl 根据译码内容的不同，可分为：根据译码内容的不同，可分为：指令译码器指令译码器:将指令代码转换成该指令所需的各种控制信号。将指令代码转换成该指令所需的各种控制信号。地址译码器地址译码器:将地址信号转换成各地址单元相应的选通信号。将地址信号转换成各地址单元相应的选通信号。10/29/202240 1)1)构成部件构成部件 2)2)工作过程工作过程1.1.6 微型计算机的组成及工作过程10/29/202241微机的硬件由微机的硬件由CPU、存储器存储器、输入输入/输出设备输出设备构成；构成；输入输入/输出设备通过输出设备通过输入输入/输出接口输出接口与系统相连；与系统相连；(输入输入/输出接口简称输出接口简称I/O接口接口)各部件通过各部件通过总线总线连接。连接。构构成成部部件件1)构成部件构成部件总线总线 BUS存存储储器器I/O接接口口输输入入设设备备I/O接接口口输输出出设设备备CPU10/29/202242(1)总线总线l 总线是连接多个功能部件的一组公共信号线总线是连接多个功能部件的一组公共信号线 微机中各功能部件之间的信息是通过总线传输微机中各功能部件之间的信息是通过总线传输总线总线 BUS存存储储器器I/O接接口口输输入入设设备备I/O接接口口输输出出设设备备CPU10/29/202243l 按信号的作用，总线分为三类：按信号的作用，总线分为三类：地址总线、数据总线、控制总线地址总线、数据总线、控制总线 存存储储器器I/O接接口口输输入入设设备备I/O接接口口数据总线数据总线 DB控制总线控制总线 CB地址总线地址总线 AB输输出出设设备备CPU 三总线结构10/29/202244地址总线地址总线 AB(Address Bus)：单向单向用来传送用来传送CPU输出的地址信号，输出的地址信号，确定被访问的存储单元、确定被访问的存储单元、I/O端口。端口。地址总线的条数地址总线的条数 决定决定CPU的寻址能力。的寻址能力。10根根 210 1024 1K 20根根 220 1024K 1M32根根 232 22 230 4G10/29/202245数据总线数据总线 DB(Data Bus)：双向双向 用来在用来在CPU与存储器、与存储器、I/O接口之间进行数据传送。接口之间进行数据传送。数据总线数据总线的条数决定一次可最多传送数据的宽度。的条数决定一次可最多传送数据的宽度。8 根根 一次传送一次传送 8位位16 根根 一次传送一次传送 16位位 32 根根 一次传送一次传送 32位位 64 根根 一次传送一次传送 64位位10/29/202246控制总线控制总线CB(Control Bus)：用于传送各种控制信号。用于传送各种控制信号。有的是有的是CPU发出，如读控制信号、写控制信号；发出，如读控制信号、写控制信号；有的是发向有的是发向CPU，如外设向如外设向CPU发出的中断申请信号。发出的中断申请信号。10/29/202247(2)中央处理器中央处理器CPUCPUl 计算机的核心部件计算机的核心部件 用来实现指令的自动装入和自动执行，用来实现指令的自动装入和自动执行，实现计算机本身的自动化。实现计算机本身的自动化。存存储储器器I/O接接口口输输入入设设备备I/O接接口口数据总线数据总线 DB控制总线控制总线 CB地址总线地址总线 AB输输出出设设备备CPU10/29/202248CPU结构示意图结构示意图地址信号地址信号标标 志志寄存器寄存器指令寄存器指令寄存器数据暂存器数据暂存器控制器控制器指令译码器指令译码器地地址址寄寄存存器器指指 令令指指 针针寄存器寄存器R1R2R3R4寄存器组寄存器组运运算算器器IP数据信号数据信号控制信号控制信号10/29/202249(3)(3)存储器（内存）存储器（内存）内存是存储程序和数据的部件，内存是存储程序和数据的部件，由地址译码器、内存单元等构成。由地址译码器、内存单元等构成。n根根CPU地址线地址线AB数据线数据线DB控制线控制线CB地地址址译译码码器器1100110000110011101010101111000010001000地址地址00.0000地址地址00.0001地址地址00.0010地址地址00.0011地址地址111111内存结构示意图内存结构示意图10/29/202250l 内存单元内存单元 l 内存单元的地址内存单元的地址l 内存单元的内容内存单元的内容l 对内存的读对内存的读/写操作写操作10/29/202251l 内存单元内存单元 存储信息的基本单元。存储信息的基本单元。每片内存芯片有若干个内存单元。每片内存芯片有若干个内存单元。每个单元可存储每个单元可存储1位或多位等二进制数。位或多位等二进制数。n根根CPU地址线地址线AB数据线数据线DB控制线控制线CB地地址址译译码码器器1100110000110011101010101111000010001000地址地址00.0000地址地址00.0001地址地址00.0010地址地址00.0011地址地址11111110/29/202252l 内存单元的地址内存单元的地址 为区分各内存单元，每个内存单元对应有一个地址。为区分各内存单元，每个内存单元对应有一个地址。地址线上的数据经译码后只有唯一的内存单元被选中地址线上的数据经译码后只有唯一的内存单元被选中。n根根CPU地址线地址线AB数据线数据线DB控制线控制线CB地地址址译译码码器器1100110000110011101010101111000010001000地址地址00.0000地址地址00.0001地址地址00.0010地址地址00.0011地址地址11111110/29/202253l 内存单元的内容内存单元的内容 每个内存单元所存储的二进制数据。每个内存单元所存储的二进制数据。n根根CPU地址线地址线AB数据线数据线DB控制线控制线CB地地址址译译码码器器1100110000110011101010101111000010001000地址地址00.0000地址地址00.0001地址地址00.0010地址地址00.0011地址地址11111110/29/202254l 对内存的读对内存的读/写操作写操作 CPU发出地址信号，选中相应的内存单元。发出地址信号，选中相应的内存单元。若是若是读操作读操作，CPU发出内存读控制信号，发出内存读控制信号，被选中的内存单元将其内容经数据总线送入被选中的内存单元将其内容经数据总线送入CPU。若是若是写操作写操作，CPU发出内存写控制信号，发出内存写控制信号，CPU将欲写的内容经数据总线，写入被选中的内存单元。将欲写的内容经数据总线，写入被选中的内存单元。n根根CPU地址线地址线AB控制线控制线CB地地址址译译码码器器1100110000110011101010101111000010001000地址地址00.0000地址地址00.0001地址地址00.0010地址地址00.0011地址地址111111数据线数据线DB10/29/202255(4)(4)外设和输入外设和输入/输出接口（输出接口（I/OI/O接口）接口）外设的电信号、运行速度与外设的电信号、运行速度与CPU不匹配，不匹配，不能与不能与CPU直接相连，必须通过直接相连，必须通过I/O接口与接口与CPU相连。相连。存存储储器器I/O接接口口输输入入设设备备I/O接接口口数据总线数据总线 DB控制总线控制总线 CB地址总线地址总线 AB输输出出设设备备CPU10/29/202256键键 盘盘 键盘接口键盘接口 显示器显示器 显卡显卡鼠鼠 标标 串行接口串行接口 网网 络络 网卡网卡打印机打印机 并行接口并行接口 音箱、麦克风音箱、麦克风 声卡声卡I/O接口实例接口实例10/29/202257I/O接口结构示意图接口结构示意图CPU通过对通过对I/O端口进行读端口进行读/写操作，实现对外设的控制。写操作，实现对外设的控制。I/O端口端口1I/O端口端口2I/O端口端口3地址地址译码译码数据数据缓冲缓冲控制控制电路电路外外设设ABDBCBCPU10/29/202258l I/O端口端口l I/O端口的地址端口的地址l I/O端口的内容端口的内容l 对对I/O端口的读端口的读/写操作写操作10/29/202259l I/O端口端口 I/O接口内部通常有一个或多个寄存器，接口内部通常有一个或多个寄存器，用以存放各种信息，称用以存放各种信息，称I/O寄存器或寄存器或I/O端口。端口。I/O端口端口1I/O端口端口2I/O端口端口3地址地址译码译码数据数据缓冲缓冲控制控制电路电路外外设设ABDBCBCPU10/29/202260l I/O端口的地址端口的地址 为区分各为区分各I/O端口，每个端口对应有一个端口地址。端口，每个端口对应有一个端口地址。I/O端口端口1 (23H端口端口)I/O端口端口2(24H端口端口)I/O端口端口3(25H端口端口)地址地址译码译码数据数据缓冲缓冲控制控制电路电路外外设设ABDBCBCPU10/29/202261l I/O端口的内容端口的内容1001 0101 (状态状态端口端口)0110 1010(数据端口数据端口)1100 0110(控制端口控制端口)地址地址译码译码数据数据缓冲缓冲控制控制电路电路外外设设ABDBCBCPU根据存放内容的不同可分为：状态根据存放内容的不同可分为：状态端口，数据端口，控制端口端口，数据端口，控制端口 指指I/O端口存放的二进制数据。端口存放的二进制数据。10/29/202262l 对对I/O端口的读端口的读/写操作：写操作：（与内存的读（与内存的读/写操作相类似）写操作相类似）CPU发出地址信号，选中相应的发出地址信号，选中相应的I/O端口。端口。若是若是读操作读操作，CPU发出发出I/O端口读控制信号，端口读控制信号，被选中的被选中的I/O端口将其内容经数据总线送入端口将其内容经数据总线送入CPU。若是若是写操写操作，作，CPU发出发出I/O端口写控制信号，端口写控制信号，CPU将欲写的内容经数据总线，写入被选中的将欲写的内容经数据总线，写入被选中的I/O端口中。端口中。I/O端口端口1 (23H端口端口)I/O端口端口2(24H端口端口)I/O端口端口3(25H端口端口地址地址译码译码数据数据缓冲缓冲控制控制电路电路外外设设ABDBCBCPU10/29/2022632）微机的工作过程）微机的工作过程 计算机的工作原理是：计算机的工作原理是：“存储程序存储程序”+“程序控制程序控制”CPU 总线总线 内存内存标标 志志寄存器寄存器地址总线地址总线 AB程程序序数数据据数据总线数据总线 DB控制总线控制总线 CB地地址址译译码码器器、指令指令1指令指令2指令指令3指令指令4、数据数据1数据数据2数据数据3、指令寄存器指令寄存器数据暂存器数据暂存器控制电路控制电路指令译码器指令译码器地地址址寄寄存存器器指指 令令指指 针针寄存器寄存器R1R2R3R4寄存器组寄存器组运运算算器器IP10/29/202264一、微机工作过程的本质一、微机工作过程的本质 微机的工作过程微机的工作过程其本质就是处理器执行其本质就是处理器执行程序的过程。程序的过程。程序是针对程序是针对某项特定的任务某项特定的任务将将若干条指若干条指令令有机的组合在一起的一个整体。有机的组合在一起的一个整体。处理器逐条执行程序中的每一条指令，处理器逐条执行程序中的每一条指令，直至程序结束，就完成了指定的任务。直至程序结束，就完成了指定的任务。可见：了解微机工作原理的关键就是要可