微型计算机系统概述.ppt
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1、第第1章章 微型计算机系统概述微型计算机系统概述1.1微型计算机组成结构及数据的表微型计算机组成结构及数据的表示示 1.2 微型计算机接口组成微型计算机接口组成1.3 I/OI/O端口地址分配与地址译码技术端口地址分配与地址译码技术 1.1 微型计算机组成结构及数据的表示微型计算机组成结构及数据的表示1.1.1 项目1:认识微型计算机组成结构1.1.2 知识讲解第第1章章 微型计算机系统概述微型计算机系统概述1.1.1 项目项目1:认识微型计算机组成结构:认识微型计算机组成结构1.项目要求与目的项目要求与目的(1)项目要求:认识微型计算机的组成,并从性能上认识微型计算机结构。(2)项目目的:了
2、解微型计算机的基本结构。了解微型计算机的基本概念。掌握计算机系统的组成以及计算机硬件、软件知识。2项目说明项目说明 计算机是一种能对各种信息进行存储和高速处理的电子机器,它是20世纪人类最伟大的科技发明之一。计算机作为21世纪最主要的信息工具,正在日益深入到我们工作和生活的每一个角落。这里通过一个项目来学习微型计算机的组成结构,通过它来掌握一些微机的基本概念和组成结构。1.1 微型计算机组成结构及数据的表示微型计算机组成结构及数据的表示第第1章章 微型计算机系统概述微型计算机系统概述3项目实物图项目实物图 微型计算机组成由主机、显示器、键盘、鼠标等,台式和笔记本电脑外观图如图1-1所示。其中主
3、机内部包括了主板、内存、硬盘、光驱、显示卡、声卡等,如图1-2所示。图图1-1台式和笔记本电脑外观图台式和笔记本电脑外观图1-2主板图解主板图解第第1章章 微型计算机系统概述微型计算机系统概述1.1.2 知识讲解知识讲解1.概述概述 1946年,在美国诞生了世界上第一台现代数字式电子计算机(Electronic Numerical Integrator and Calculator,ENIAC)。1981年,IBM公司推出了IBM-PC以后,计算机的发展开创了一个新的时代微型计算机时代。近30年来,微型计算机凭借自身的特点,其应用迅速扩展到工业、农业、第三产业等生产、生活、学习等各个领域,成为
4、人们日常使用最多的计算机类型。微型计算机(Micro-Computer)简称微机,就是指以微处理器(Micro-Processor)为核心,配上由大规模集成电路制作的存储器、输入/输出(I/O)接口电路以及系统总线所组成的计算机。微型计算机的系统结构和工作原理和其他机型一样都是符合冯诺依曼体系结构要求,由运算器、控制器、存储器、输入设备及输出设备5个硬件部分组成。第第1章章 微型计算机系统概述微型计算机系统概述2CPU 从功能上看,控制器和运算器是计算机系统中密切相关而又相互独立的两个组成部分。在硬件实现上,通常把控制器和运算器以及数量不等的寄存器集成到一个大规模集成电路芯片上,称为中央处理器
5、(Central Processing Unit,CPU)。它由算术逻辑部件(ALU)、累加器和通用寄存器组、程序计数器、时序和控制逻辑部件以及内部总线等组成。如图1-3所示为微型计算机CPU Intel 酷睿2四核芯片外观图,其尺寸比火柴盒略大。图图1-3 CPU外观图外观图 第第1章章 微型计算机系统概述微型计算机系统概述 微处理器并不能独立工作,必须与相应的存储器、输入/输出接口电路及系统总线配合,构成一台微型计算机才能运行程序。连接这些独立的部件需要一个公共载体,这就是主板(Main Board),也称为母版(Mother Board)。主板上集成有CPU插座、芯片组、总线系统、输入/
6、输出(I/O)控制芯片、内存插座、输入/输出系统、扩展卡插座、电源接口等,如图1-2所示。其他部件直接插接在主板上,或者通过电缆电线连接与主板上。CPU的发展速度相当快,不同时期CPU类型是不同的,从早期的8086、80286、80386、80486,到中期的Pentium(奔腾)、Pentium、Pentium,再到今天的Pentium 4、双核、多核等,经历了很多代的改进。3微型计算机微型计算机第第1章章 微型计算机系统概述微型计算机系统概述微型计算机主机是插接到同一块主板上的CPU、存储器、输入/输出接口电路以及系统总线形成的一个整体。其中存储器用以存放程序和数据。输入/输出接口电路实现
7、外部设备与CPU和存储器之间的连接。系统总线是CPU向存储器及接口电路提供地址、数据及控制信息的通道,一般包括数据总线(DB)、地址总线(AB)及控制总线(CB)。微型计算机主机结构如同1-4所示。图图1-4 微型计算机典型结构示意图微型计算机典型结构示意图第第1章章 微型计算机系统概述微型计算机系统概述 微型计算机系统是以微型计算机为主体,配备输入/输出设备以及软件构成的。微型计算机系统是一个软件与硬件的结合体,没有配置软件的计算机称为裸机,在实际中无法使用。硬件是计算机运算功能的实现基础,软件则是硬件动作的灵魂。4微型计算机系统微型计算机系统第第1章章 微型计算机系统概述微型计算机系统概述
8、 如图1-5所示为微处理器、微型计算机、微型计算机系统三者之间的关系。图图1-5 微型计算机系统组成示意图微型计算机系统组成示意图第第1章章 微型计算机系统概述微型计算机系统概述5微机系统的性能指标微机系统的性能指标(1)微处理器的性能微处理器的性能对于微机系统性能指标起着很重要的作用。随着微处理器技术的不断发展,评价微处理器的性能可以从多个角度,但最基本的评价指标还是字长和运算速度。第第1章章 微型计算机系统概述微型计算机系统概述.字长字长 字长即CPU中运算器一次能处理的最大数据位数,它是反映微机系统数据处理能力的重要技术指标。常见的字长有8位、16位、32位、64位等。字长越长,说明系统
9、的运算精度越高,数据处理能力越强。与字长相对应的总线宽度,特别是数据总线的宽度同样也能反映系统性能。数据总线的宽度只有与CPU的字长相当,才能有效发挥出CPU数据处理能力。第第1章章 微型计算机系统概述微型计算机系统概述.运算速度运算速度 运算速度的高低是衡量计算机系统的一个重要性能指标。提高主频对于提高CPU运算速度是至关重要的。主频频率越高CPU的运算速度越快。主频的单位是GHz。反映微机系统运算速度的另一个单位是MIPS,即每秒能执行百万条指令数。可以看出,数值越大,计算机的速度越快。第第1章章 微型计算机系统概述微型计算机系统概述(2)存储器的性能)存储器的性能 存储器是计算机系统中的
10、记忆设备,用来存放程序和数据。随着计算机的发展,存储器在系统中的地位越来越重要。存储器有3个主要的性能指标:速度、容量和每位价格(简称位价)。一般来说,速度越高,位价就越高;容量越大,位价就越低,而其容量越大,速度必越低。(3)I/O设备的性能设备的性能 如今,I/O设备多种多样,不同的设备有不同的评价指标。对于常用的外设,其性能指标有速度、分辨率和颜色深度等。第第1章章 微型计算机系统概述微型计算机系统概述。基数是指用来表示数据的数码的个数,超过(等于)此数后就要向相邻高位进一。同一数码处在数据的不同位置时所代表的数值是不同的,它所代表的实际值等于数字本身的值乘上一个确定的与位置有关的系数,
11、这个系数则称为位权,位权是以基数为底的指数函数。例如,128.7=110221018100710-1。即“128.7”这个数值中的“1”的权值是102,“7”的权值就是10-1。6.数据在计算机中的表示数据在计算机中的表示(1)数制 数制(Number System)是用一组固定的数字符号和一套统一的规则来表示数目的方法。若用R个基本符号来表示数目则称为R进制,R称为基数。例如二进制的基数为2,数符有2个;十进制的基数为10,数符有10个。按进位的原则进行计算称为进位计数制。进位计数制中有两个重要的概念:基数和位权。第第1章章 微型计算机系统概述微型计算机系统概述 二进制(Binary not
12、ation):用“0”和“1”两个数字表示。逢二进一。运算规则有:0+0=0 0 0=00+1=1 0 1=01+0=1 1 0=01+1=10 1 1=1表示方法:(11011)2或11011B权表示法:(11011)2=124+123+022+121+120 在计算机中常用的进位计数制有二进制、八进制、十进制和十六进制。在日常生活中,通常使用十进制表示方法,而计算机内部采用的是二进制表示法,有时为了简化二进制数据的书写,也采用八进制和十六进制表示法。为了区别不同进制的数据,可在数的右下角标注。一般用B(Binary)或2表示二进制数,O(Octal)或8表示八进制数,H(Hexadecim
13、al)或16表示十六进制数,D(Decimal)或10表示十进制。在本书中我们用字母B、O、H、D表示法,如果省略进制字母,则默认为十进制数。二进制数二进制数第第1章章 微型计算机系统概述微型计算机系统概述十六进制(Hexdecimal notation):用“0、1、9、A、B、C、D、E、F”十六个数字表示。逢十六进一。表示方法:(5A0D7)16或5A0D7H权表示法:(5A0D7)16=5164+10163+0162+13161+7160八进制数八进制数八进制(Octal notation):用“0、1、2、3、4、5、6、7”八个数字表示。逢八进一。表示方法:(5127)8或5127
14、O权表示法:(5127)8=583+182+281+780十进制数十进制数十进制(Decimal notation):用“0、1、2、3、4、5、6、7、8、9”十个数字表示。逢十进一。表示方法:(5927)10或5927D权表示法:(5927)10=5103+9102+2101+7100十六进制数十六进制数第第1章章 微型计算机系统概述微型计算机系统概述常用进制的表示法如表常用进制的表示法如表1-1所示。所示。十十进进制制二二进进制制八八进进制制十六十六进进制制000000010001112001022300113340100445010155601106670111778100010891
15、00111910101012A11101113B12110014C13110115D14111016E15111117F16100002010表表1-1十、二、八、十六进制表示法十、二、八、十六进制表示法第第1章章 微型计算机系统概述微型计算机系统概述(2)各种进制数之间的转换)各种进制数之间的转换 对各种进制数之间的转换,我们要掌握转换的方法和规则,为了便于理解我们将进制的转换分成“二进制数 八进制数、十六进制数”、“二进制数 十进制数”两大类。二进制数转换为八进制、十六进制数二进制数转换为八进制、十六进制数 由于81=23(八进制数的一位等于二进制数的三位)、161=24(十六进制数的一位
16、等于二进制数的四位)的关系,它们之间的转换就变得很简单。其转换规则是以小数点为中心,左右“按位组合”前后不够补0。即八进制是按三位组合,十六进制是按四位组合。【例1-1】把(11010111.01111)2转换为八进制数、十六进制数。(11010111.01111)2=(011,010,111.011,110)2=(327.36)8(11010111.01111)2=(1101,0111.0111,1000)2=(D7.78)16 二进制、八进制、十六进制之间的转换二进制、八进制、十六进制之间的转换第第1章章 微型计算机系统概述微型计算机系统概述【例1-3】把(101.01)2、(257)8、
17、(32CF.4)16转换为十进制数。(101.01)2=122+021+120+02-1+12-2=(5.25)10=5.25(257)8=282+581+780=(175)10=175(32CF.4)16=3163+2162+12161+15160+416-1=(13007.2510=13007.25 八进制数、十六进制数转换为二进制数八进制数、十六进制数转换为二进制数其转换规则仍是以小数点为中心,“按位展开”(八进制数的一位等于二进制数的三位、十六进制数的一位等于二进制数的四位),最后去掉前后的0。【例1-2】把(327.36)8、(D7.78)16转换为二进制数。(327.36)8=(0
18、11,010,111.011,110)2=(11010111.01111)2(D7.78)16=(1101,0111.0111,1000)2=(11010111.01111)2 二进制、八进制、十六进制与十进制之间的转换二进制、八进制、十六进制与十进制之间的转换 二进制数、八进制数、十六进制数转换为十进制数二进制数、八进制数、十六进制数转换为十进制数二进制数、八进制数、十六进制数转换为十进制数,其转换规则相同,是“按权展开相加”。同十进制的展开一样,只是其权位不同而已。第第1章章 微型计算机系统概述微型计算机系统概述 十进制数转换成二进制数分两种情况进行,整数部分和小数部分,具体规则如下所示。
19、整数部分整数部分:除2取余倒排。即采用除2取余,直到商为0,先得的余数排在低位,后得的余数排在高位。十进制数转换为二进制数、八进制数、十六进制数十进制数转换为二进制数、八进制数、十六进制数 小数部分小数部分:乘2取整顺排。即采用乘2取整数,直到值为0或达到精度要求,先得的整数排在高位,后得的整数排在低。第第1章章 微型计算机系统概述微型计算机系统概述例:将(105.625)10转换成二进制数。第第1章章 微型计算机系统概述微型计算机系统概述7.位、字节、字和字长位、字节、字和字长(2)字节()字节(byte)。)。在计算机中,8位二进制数称为一个“字节”(byte,简写B),构成一个字节的8个
20、位被看做一个整体。它是计算机存储信息的基本单位,同时它也是计算机存储空间大小的最基本容量单位。字节又是衡量计算机存储二进制信息量的单位,它有千字节(KB)、兆字节(MB)、吉字节(GB)、太字节(TB)。1KB=1024B=210B 1MB=1024KB=220B1GB=1024MB=230B1TB=1024GB=240B 计算机中的信息是用二进制表示,那么反映这些二进制信息的量有,位、字长,字节、字等指标。(1)位或比特()位或比特(bit)。)。计算机中的存贮信息是由许多个电子线路单元组成,每一个单元称为一个“位”(bit),它有两个稳定的工作状态,分别以“0”和“1”表示。它是计算机中最
21、小的数据单位。第第1章章 微型计算机系统概述微型计算机系统概述(4)字长。)字长。CPU内每个字可包含的二进制的长度称为“字长”(word size)。它是计算机存储、传送、处理数据的信息单位,是衡量比较计算机的功能精确度及运算速度的主要性能指标之一。字长越长,在相同时间内就能传送越多的信息,从而使计算机运算速度更快、精度越高、寻址空间越大、内存储器容量更大、计算机系统支持的指令数量越丰富。低档微机的字长为8位(一个字节),高档微机的字长有16位(两个字节)、32位(四个字节)等。(3)字()字(word)。)。由若干个字节组成一个“字”(word)。一个“字”可以存放一条计算机指令或一个数据
22、。第第1章章 微型计算机系统概述微型计算机系统概述1.2 微型计算机接口组成微型计算机接口组成1.2.1 认识微机的常用接口1.2.2 知识讲解第第1章章 微型计算机系统概述微型计算机系统概述1.2 微型计算机接口组成微型计算机接口组成(1)项目要求:直观的了解接口,认识微机的常用接口。(2)项目目的:了解微型计算机接口的基本概念。了解接口的组成。掌握CPU和接口数据交换的四种方式。2项目说明项目说明 1.2.1 项目项目2:认识微机的常用接口:认识微机的常用接口 随着计算机的不断发展,单独的计算机已不能满足人们的需要,计算机的扩展能力成为人们认识电脑的一个重要的性能指标,常用的接口有鼠标、键
23、盘接口,打印机接口、扫描仪接口等。1.项目要求与目的项目要求与目的第第1章章 微型计算机系统概述微型计算机系统概述3项目实物图项目实物图 微机常用接口外观图如图1-6所示,这是一个微机主板,主要由CPU插槽、PCI扩展槽、内存插槽、BIOS、CMOS电池、CMOS跳线、ATX电源插座、音频接口、AGP扩展槽、USB接口、鼠标接口、键盘接口等组成。图图1-6 微机常用接口微机常用接口第第1章章 微型计算机系统概述微型计算机系统概述 1.2.2 知识讲解知识讲解 微机接口(interface)就是微处理器CPU与“外部世界”的连接电路,是CPU与外界进行信息交换的中转站。比如源程序或原始数据要通过
24、接口从输入设备送进去,运算结果要通过接口向输入设备送出来;控制命令通过接口发出去,现场状态通过接口取进来,这些来往信息都要通过接口进行变换与中转。这里所说的“外部世界”是指除CPU本身以外的所有设备或电流,包括存储器、I/O设备、控制设备、测量设备、通信设备、多媒体设备、A/D与D/A转换器等。第第1章章 微型计算机系统概述微型计算机系统概述从图1-7可以看出,各类外部设备(简称外设)和存储器,都是通过各自的接口电路连到微机系统的总线上去的,因此用户可以根据自己的要求,选用不同类型的外设,设置相应的接口电路,把它们挂到系统总线上,构成不同用途、不同规模的应用系统。图图1-7微机系统各类接口框图
25、微机系统各类接口框图第第1章章 微型计算机系统概述微型计算机系统概述 在微机系统中一般有多种外设,在同一种外设中也可能有多台,而一个CPU在同一时间里只能与一台外设交换信息,这就要在接口中设置I/O端口地址译码电路对外设进行寻址。CPU将I/O设备的端口地址代码送到接口中的地址译码电路,并经译码电路,把地址代码翻译成I/O设备的选择信号。一般是把高位地址用于接口芯片选择,低位地址进行芯片内部寄存器的选择,以选定需要与自己交换信息的设备端口,只有被选中的设备才能与CPU进行数据交换或通信。没有选中的设备,就不能与CPU交换数据。2.接口功能接口功能 接口应具备哪些功能呢?从解决CPU与外设在连接
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