最新微型计算机原理及应用课件11PPT课件.ppt
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1、微型计算机原理及应用课件微型计算机原理及应用课件11学习方法l正确认识微机原理及应用的用途、特点及其对专业知识的影响。l正确估计课程的难度,提高学习兴趣(至少维持到期末);l注重理解性记忆,加强软件、硬件实验锻炼;l充分利用网络,提高自学能力;l相互交流,共同提高。IBM PCIBM PC机的发展简史机的发展简史名称名称推出年代推出年代采用采用CPU特点特点IBM PC19818088 准准16位微机位微机 内存寻址内存寻址1MB DOS操作系统操作系统IBM PC/XT19838088 比比IBM PC多一个多一个10MB硬盘硬盘IBM PC/AT198480286 内存寻址增至内存寻址增至
2、16MB 具有虚拟存储器功能具有虚拟存储器功能 Windows操作系统操作系统386机机486机机PentiumPentium IIPentium III198619901993199719998038680486PentiumPentium IIPentiumIII 内存容量更大内存容量更大32MB、64MB 支持虚拟支持虚拟8086模式模式 可执行多任务可执行多任务 支持多媒体、网络技术支持多媒体、网络技术Pentium 4 2000 Pentium IV SSE2指令集指令集 超管线技术超管线技术l 研制高速度、强功能的巨型机和大型机研制高速度、强功能的巨型机和大型机 适应军事和尖端科学
3、的需要。适应军事和尖端科学的需要。l 研制价格低廉的超小型机和微型机研制价格低廉的超小型机和微型机 开拓应用领域和占领更广大的市场。开拓应用领域和占领更广大的市场。微型计算机微型计算机是第四代计算机的典型代表。是第四代计算机的典型代表。计算机的两个方向发展计算机的两个方向发展n1.2 1.2 微型机基本组成和工作原理微型机基本组成和工作原理按性能可分为:巨型机,大型机,按性能可分为:巨型机,大型机,中型机,小型机,微机中型机,小型机,微机 现代计算机的结构基础:现代计算机的结构基础:存储程序控制结构存储程序控制结构1945年,美籍匈牙利数学家年,美籍匈牙利数学家John Von Neumann
4、提出提出,诺依曼计算机诺依曼计算机ENIAC(1946)掌上电脑掌上电脑(2000)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以二进制表示数据和指令以二进制表示数据和指令(程序程序)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 存储器存储器运算器运算器ALU微型机工作原理微型机工作原理存存储储器器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
5、设备备CPU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。构构成成部部件件简介简介 1)构成部件构成部件 ;2)工作过程工作过程(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
6、设备备CPU1)1)微机构成部件微机构成部件l 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。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 A
7、B输输出出设设备备CPU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 4G36根根 236 26 230 64G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。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
8、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。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 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。(2)中央处理器中央处理器C
9、PUl 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CPUCPU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IP数据信号数据信号控制信号控制信号ALUALU控制器控制器D
10、SESSSCSIP数据暂存器数据暂存器执执 行行 部部 件件控控 制制 电电 路路指令译码器指令译码器总线总线接口接口控制控制电路电路AXBXCXDXAHBHCHDHSIDIBPSPALBLCLDL寄存器组寄存器组BIUABDBCB地地址址加加法法器器指指令令队队列列PSW标志寄存器标志寄存器EU运运算算器器DSESSSCSIP数据暂存器数据暂存器执执 行行 部部 件件控控 制制 电电 路路指令译码器指令译码器总线总线接口接口控制控制电路电路AXBXCXDXAHBHCHDHSIDIBPSPALBLCLDL寄存器组寄存器组ABDBCB地地址址加加法法器器指指令令队队列列PSW标志寄存器标志寄存器
11、运运算算器器8088 编程结构编程结构(3)内存内存 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(4)外设和输入外设和输入/输出接口(输出接口(I/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
12、,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CPU键键 盘盘 键盘接口键盘接口 显示器显示器 显示卡显示卡鼠鼠 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、麦可风音箱、麦可风 声卡声卡IDE2Pentium III北桥北桥440BX南桥南桥PIIX4ECMOS&RTCUSB超级超级I/OIDE1COM1COM2LPT1L1CacheL2CachePCI 插槽插槽ISA 插
13、槽插槽内存条内存条ROM BIOS显显示示器器硬盘硬盘光驱光驱软驱软驱键盘鼠标键盘鼠标打印机打印机MODEM显卡显卡I/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ABDBCBCPU2 2)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
14、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 取指令取指令l 执行指令执行指令微机的工作过程分两阶段:微机的工作过程分两阶段:l取指令阶段取指令阶段(CPU读内存操作):读内存操作):地址经地址寄存器地址经地址寄存器 地址总线地址总线 地址译码器地址译码器,选中指令所在的内存单元选中指令所在的内存单元 CPU发出内存读控制信号发出内存读控制信号
15、指令从内存指令从内存 数据总线数据总线 数据暂存器数据暂存器 指令寄存器指令寄存器 指令译码器对指令进行译码指令译码器对指令进行译码 由由IP给出指令在内存的地址给出指令在内存的地址标标 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执行指令阶段:执行指令阶段:经译码后的指
16、令,由控制电路发出控制信号去执行。经译码后的指令,由控制电路发出控制信号去执行。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IP不同的指令,不同的指令,CPU的具体执行过程不同。的具体执行过程不同。CPU 可执行的操作通常有数据传送、算术逻辑运算
17、等等。可执行的操作通常有数据传送、算术逻辑运算等等。当一条指令需要从内存或当一条指令需要从内存或I/O端口取得或存放数据时,端口取得或存放数据时,CPU在在执执行行阶阶段段,需需对对指指令令指指定定的的内内存存单单元元或或I/O端端口口进进行行读读/写操作。写操作。例例 指令指令1:将寄存器:将寄存器R1与与R3的内容相加,结果存在的内容相加,结果存在R3中。中。指令指令1在在CPU 内部即可完成内部即可完成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
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