第一章微机基础知识优秀PPT.ppt
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1、第一章第一章第一章第一章 微机基础知识微机基础知识微机基础知识微机基础知识1现在学习的是第1页,共72页本章内容提要本章内容提要本章主要介绍:本章主要介绍:微机的基本概念、组成、工作原理、特点微机的基本概念、组成、工作原理、特点 计算机内的信息表示和运算计算机内的信息表示和运算 进位计数制的表示及其转换、进位计数制的表示及其转换、符号数和无符号数的表示及运算符号数和无符号数的表示及运算 十进制数的二进制表示及运算十进制数的二进制表示及运算 逻辑变量的表示及运算逻辑变量的表示及运算 文字在计算机内的表示文字在计算机内的表示2现在学习的是第2页,共72页第一节第一节第一节第一节 微机的基本组成微机
2、的基本组成微机的基本组成微机的基本组成 3现在学习的是第3页,共72页一、微机的基本硬件构成一、微机的基本硬件构成v微机的基本硬件由下列几部分组成:微机的基本硬件由下列几部分组成:运算器(运算器(ALU)控制器(控制器(CTRL)存储器(存储器(MEM)输入设备(输入设备(INE)输出设备(输出设备(OUTE)总线总线(BUS)4现在学习的是第4页,共72页微机的硬件构成框图微机的硬件构成框图5现在学习的是第5页,共72页微机的基本硬件构成(续)微机的基本硬件构成(续)运算器运算器(ALU-Arithmetic Logic Unit)进行算术运算(加、减、乘、除与移位);进行算术运算(加、减、
3、乘、除与移位);进行逻辑运算(与、或、非、异或等);进行逻辑运算(与、或、非、异或等);为了提高存取数据的速度,与为了提高存取数据的速度,与ALU有关的部件还有有关的部件还有 寄存器阵列寄存器阵列6现在学习的是第6页,共72页 计算机的结构计算机的结构计算机工作原理计算机工作原理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存寄存器
4、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PC7现在学习的是第7页,共72页一些名词的解释(见第二章一些名词的解释(见第二章2.1节)节)地址寄存器地址寄存器 AR(Address Register);存放的是内存单元的地址);存放的是内存单元的地址数据寄存器数据寄存器DR(Data Register):存放的是写入内存的数据或者从):存放的是写入内存的数据或者从内存读出的数据;内存读出的数据;程序计数器程序计数器PC(Program Counter):存放的是下一条指令在内存):存放的是下一条指令在内存中的访存地址中的访存地址指令寄存器指令寄存器IR(In
5、struction Register):存放的是从内存中读出的存放的是从内存中读出的指令;指令;标志寄存器标志寄存器 FLAG:存放的是运算结果的状态;存放的是运算结果的状态;指令指针指令指针IP(Instruction Pointer):功能同功能同PC。我们用到的还有我们用到的还有AX,BX,CX,DX寄存器(寄存器(2.1节会详细介绍)节会详细介绍)8现在学习的是第8页,共72页微机的基本硬件构成(续)微机的基本硬件构成(续)控制器(控制器(CTRL-Controller)它是计算机的控制中心,发布与控制计算机工作的各种它是计算机的控制中心,发布与控制计算机工作的各种命令,协调计算机内部
6、以及主机与外设工作的各种关系。命令,协调计算机内部以及主机与外设工作的各种关系。它有两个主要功能:它有两个主要功能:一个是控制程序的运行;一个是控制程序的运行;另一个是对不同的外部事件做出相应响应的能力。另一个是对不同的外部事件做出相应响应的能力。(这些外部事件是指:复位、停机、中断请求、总线请求、总线周期延(这些外部事件是指:复位、停机、中断请求、总线请求、总线周期延长等)长等)上述上述ALU+CTRL+REG(寄存器阵列)(寄存器阵列)=CPU(中央处理器)(中央处理器)9现在学习的是第9页,共72页微机的基本硬件构成(续)微机的基本硬件构成(续)存储器(存储器(MEM-Memory)记忆
7、部件。它存储计算机操作的控制信息及各记忆部件。它存储计算机操作的控制信息及各种命令信息(指令)和被处理加工的信息(数据),种命令信息(指令)和被处理加工的信息(数据),包括存储加工的中间与最终结果。包括存储加工的中间与最终结果。存储器内有两类信息:存储器内有两类信息:一类是命令信息(即指令),经译码并执行,放一类是命令信息(即指令),经译码并执行,放在代码区;在代码区;另一类是数据,放在数据区。另一类是数据,放在数据区。它们都以二进制形式存放。它们都以二进制形式存放。10现在学习的是第10页,共72页 信息的存储单位信息的存储单位位(位(BitBit):度量数据的最小单位):度量数据的最小单位
8、;用用b b表示表示字节(字节(ByteByte):最常用的基本单位):最常用的基本单位;用用B表示表示1B=8b;1B=8b;K K 字节字节1KB=1024 Byte1KB=1024 ByteM M(兆)字节(兆)字节1MB=1024 KB1MB=1024 KBG G(吉)(吉)字节字节1GB=1024 MB1GB=1024 MB T T(太)字节(太)字节 1TB=1024 GB1TB=1024 GBb7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b01 0 0 1 0 1 0 11 0 0 1 0 1 0 1计算机软件概述计算机软件概述11现在学习的是第11页,共72页内存存储示意图内存存储
9、示意图第0个存储单元第11个存储单元存储器的容存储器的容量存储单量存储单元数元数位数位数/单元单元则此内存的则此内存的容量为容量为一般情况下一个存储单元的内容为一般情况下一个存储单元的内容为1B。12892b=12B12现在学习的是第12页,共72页微机的基本硬件构成(续)微机的基本硬件构成(续)输入设备与输出设备输入设备与输出设备 称为外设,其作用是进行信息形式的转换,即外界的语言、称为外设,其作用是进行信息形式的转换,即外界的语言、文字、图像、机械动作等信息转换成计算机能识别的电信号表示文字、图像、机械动作等信息转换成计算机能识别的电信号表示的二进制数形式,或进行相反方向的转换。的二进制数
10、形式,或进行相反方向的转换。输入设备输入设备 如:键盘、鼠标、磁盘、光盘、游戏杆、扫描仪、数码相机、如:键盘、鼠标、磁盘、光盘、游戏杆、扫描仪、数码相机、A/D转换器等转换器等 输出设备输出设备 如:显示器、打印机、音响、绘图机、磁盘、光盘、如:显示器、打印机、音响、绘图机、磁盘、光盘、D/A转换器转换器等等13现在学习的是第13页,共72页微机的基本硬件构成(续)微机的基本硬件构成(续)总线(总线(BUS)总线是计算机各部件间传送信息的公共通路,它总线是计算机各部件间传送信息的公共通路,它把计算机的各个部件连接成为一个整体。把计算机的各个部件连接成为一个整体。分为内部总线,外部总线。分为内部
11、总线,外部总线。计算机内部的基本总线分为计算机内部的基本总线分为 数据总线(数据总线(DBUS),地址总线(),地址总线(ABUS),控制总),控制总线(线(CBUS)。通常又称为三总线。)。通常又称为三总线。关于总线技术,将在第六章中专门介绍。关于总线技术,将在第六章中专门介绍。14现在学习的是第14页,共72页二、微机系统(见课本第二、微机系统(见课本第3页)页)微型计算机系统指由硬件、软件组成的微机系统微型计算机系统指由硬件、软件组成的微机系统硬件部分:硬件部分:(1)主机)主机 CPU,内存,内存,I/O接口,总线和电源接口,总线和电源(2)外设设备;)外设设备;输入输入/输出设备输出
12、设备.15现在学习的是第15页,共72页软件分类系统软件操作系统 语言处理程序实用程序应用软件办公软件包数据库管理系统浏览器实时控制软件2、计算机软件软件软件=程序程序+数据数据+文档文档诊断程序反病毒程序备份程序文件压缩程序卸载程序图形图像处理软件其它应用软件16现在学习的是第16页,共72页第二节第二节第二节第二节 微机的工作原理微机的工作原理微机的工作原理微机的工作原理 17现在学习的是第17页,共72页一、工作原理一、工作原理微型计算机是采用微型计算机是采用“程序存储控制程序存储控制”的原理工作的。的原理工作的。这一原理是冯这一原理是冯.诺依曼诺依曼1946年提出的,它构成了计算年提出
13、的,它构成了计算机系统的结构框架。因此,计算机体系结构又称为机系统的结构框架。因此,计算机体系结构又称为冯冯.诺依曼结构。诺依曼结构。世界:世界:1946年世界上第一台电子计算机在美国宾西年世界上第一台电子计算机在美国宾西法尼亚大学诞生法尼亚大学诞生,取名为埃尼阿克取名为埃尼阿克ENIAC,这台计算,这台计算机占地机占地170平方米,重平方米,重30吨,用了吨,用了18000多个电子管,多个电子管,每秒能进行每秒能进行5000次加法运算。该机用于美国陆军部次加法运算。该机用于美国陆军部的弹道研究实验室。世界上第一台由冯的弹道研究实验室。世界上第一台由冯.诺依曼设计诺依曼设计具有存储程序功能的计
14、算机叫具有存储程序功能的计算机叫“爱达法克爱达法克”EDVAC,但是世界上第一台实现存储程序式的电子计算机,但是世界上第一台实现存储程序式的电子计算机是是EDSAC。18现在学习的是第18页,共72页冯冯诺依曼体系结构计算机的工作过程或原诺依曼体系结构计算机的工作过程或原理理如果让计算机完成一个任务,必须将此任务用高级如果让计算机完成一个任务,必须将此任务用高级语言(例如:语言(例如:JAVA,PASCAL,C等)编写成程序;等)编写成程序;然后将高级语言程序转化成功能等价的机器语言指然后将高级语言程序转化成功能等价的机器语言指令构成的程序;令构成的程序;将机器语言指令构成的程序装入到内存中。
15、将机器语言指令构成的程序装入到内存中。CPU在执行内存中的程序时,一条指令一条指令的在执行内存中的程序时,一条指令一条指令的执行。执行。19现在学习的是第19页,共72页内存存储示意图内存存储示意图第0个存储单元第11个存储单元20现在学习的是第20页,共72页每个存储单元存放一个字节的数据,此内存共有每个存储单元存放一个字节的数据,此内存共有12个存储单元,个存储单元,它的容量为它的容量为12B。存储单元从存储单元从0H开始编号,第开始编号,第0个存储单元的内容为个存储单元的内容为8CH,EAH数据数据所在的存储单元地址为所在的存储单元地址为02H。内存可读也可写。例如:内存可读也可写。例如
16、:CPU从地址总线发出的地址信息为从地址总线发出的地址信息为02H,从控制总线发出读命令,则从内存读出的数据为?从控制总线发出读命令,则从内存读出的数据为?EAH;CPU从地址总线发出的地址信息为从地址总线发出的地址信息为02H,DR寄存器的内容为寄存器的内容为45H,从控制总线发出写命令,则内存的,从控制总线发出写命令,则内存的02H存储单元的内容为存储单元的内容为?45H问题,如果一个存储器的容量为问题,如果一个存储器的容量为2MB,说明此存储器共有多少,说明此存储器共有多少个存储单元?存储单元的地址范围是?个存储单元?存储单元的地址范围是?21现在学习的是第21页,共72页一个存储单元的
17、内容为一个存储单元的内容为1B,现在存储器的容量为,现在存储器的容量为2MB,因此有,因此有2M221个存储单元个存储单元.存储单元的地址范围为:存储单元的地址范围为:从第从第0个存储单元开始到第个存储单元开始到第2211个存储单元。个存储单元。0 对应的二进制数:对应的二进制数:0 0000 0000 0000 0000 0000 B0H2211对应的二进制数:对应的二进制数:1 1111 1111 1111 1111 1111B1FFFFFH因此存储单元的地址范围为:因此存储单元的地址范围为:0H1FFFFFH。22现在学习的是第22页,共72页23计算机基本工作原理(考虑最简单的顺序执计
18、算机基本工作原理(考虑最简单的顺序执行的过程)行的过程)一条指令的执行过程分为以下一条指令的执行过程分为以下4个步骤:个步骤:取指令:取指令:按照指令计数器中的地址,从内存储器中取出指令,并送按照指令计数器中的地址,从内存储器中取出指令,并送往指令寄存器。指令计数器加往指令寄存器。指令计数器加1 分析指令:分析指令:对指令寄存器中存放的指令进行分析,由译码器对操作对指令寄存器中存放的指令进行分析,由译码器对操作码进行译码,将指令的操作码转换成相应的控制电位信号;由地址码码进行译码,将指令的操作码转换成相应的控制电位信号;由地址码确定操作数地址。确定操作数地址。执行指令执行指令:由操作控制线路发
19、出完成该操作所需要的一系列控制:由操作控制线路发出完成该操作所需要的一系列控制信息,去完成该指令所要求的操作。信息,去完成该指令所要求的操作。一条指令执行完成,然后回到一条指令执行完成,然后回到,顺序执行下一条指令,顺序执行下一条指令23现在学习的是第23页,共72页计算机工作过程示例:计算机工作过程示例:完成下面的工作:完成下面的工作:710,并将运算结果写入到第,并将运算结果写入到第20H个存储单个存储单元中去。首先,将此任务编写成程序的形式,然后将此程序装入到元中去。首先,将此任务编写成程序的形式,然后将此程序装入到内存中。内存中。机器语言指令机器语言指令 汇编语言指令汇编语言指令 B0
20、 07H MOV AL,07其中其中 B0是操作码,是操作码,07H是操作数是操作数 此条指令的功能:由操作码此条指令的功能:由操作码B0产生(产生(将将7写入写入AL寄存器这个操作所需要的)所寄存器这个操作所需要的)所有控制信号有控制信号 04 0AH ADD AL,10AL寄存器的当前内容与寄存器的当前内容与10做加法,并将结果写回到做加法,并将结果写回到AL中。中。A2 20H MOV 20H,AL将将AL寄存器的内容写到第寄存器的内容写到第20H个存储单元中去。个存储单元中去。24现在学习的是第24页,共72页25现在学习的是第25页,共72页第三节第三节第三节第三节 微机的特点、微机
21、的特点、微机的特点、微机的特点、应用及发展方向应用及发展方向应用及发展方向应用及发展方向26现在学习的是第26页,共72页微机特点微机特点运算速度快(每秒几兆条指令到几千兆条指令或每运算速度快(每秒几兆条指令到几千兆条指令或每秒几十亿次运算。)秒几十亿次运算。)处理能力强(如各种管理、计算、决策)处理能力强(如各种管理、计算、决策)能连续不间断地工作(多任务、高效、高质量)能连续不间断地工作(多任务、高效、高质量)能干几乎所有的工作能干几乎所有的工作27现在学习的是第27页,共72页应用应用各行各业,无所不用各行各业,无所不用科技、生产、学习、日常生活等各个方面科技、生产、学习、日常生活等各个
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