微機(jī)接口電腦概述第1頁(yè)/共48頁(yè)第2頁(yè)/共48頁(yè)第一章概論第3頁(yè)/共48頁(yè)1.微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用2.微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展史3.微型計(jì)算機(jī)的組成4.微型計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)第4頁(yè)/共48頁(yè)1.掌握微型計(jì)算機(jī)的概念和基本結(jié)構(gòu)2.了解微型計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生和發(fā)展過(guò)程3.把握微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展方向第5頁(yè)/共48頁(yè)1.1微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述

微型計(jì)算機(jī)是指以大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路為主要部件的微處理器為核心，配以存儲(chǔ)器、輸入/輸出接口電路及系統(tǒng)總線所制造出的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。第6頁(yè)/共48頁(yè)一、微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展概況①微型計(jì)算機(jī)誕生：1946年第一臺(tái)計(jì)算機(jī)在美國(guó)問(wèn)世以后，人們接觸最多的是微型計(jì)算機(jī)，它誕生于20世紀(jì)70年代，其發(fā)展以微處理器的發(fā)展為主要標(biāo)志。第7頁(yè)/共48頁(yè)分代第一代年份字長(zhǎng)芯片的集成度軟件典型的芯片1971~19724/8位12000個(gè)管/片以上機(jī)器語(yǔ)言、簡(jiǎn)單匯編語(yǔ)言Intel4004

Intel8008第二代1973~19778位匯編程序高級(jí)語(yǔ)言、

(FORTRANPL/M等

BASIC

操作系統(tǒng)第三代1978~198316位匯編語(yǔ)言

高級(jí)語(yǔ)言

操作系統(tǒng)第四代 Pentium

PIIPIIIPIV1981~199232位第五代 199332位9000個(gè)管/片以上29000個(gè)管/片以上15~50萬(wàn)個(gè)管/片以上Intel8080,8085

MC6800

Z-80Intel8086,8088

MC68000

Z-8000Intel80386,80486

MC68020操作系統(tǒng)

高級(jí)語(yǔ)言軟件硬化操作系統(tǒng)

高級(jí)語(yǔ)言軟件硬化高達(dá)330萬(wàn)個(gè)管/片②微處理器的概念與發(fā)展第五代 1995~2001Pentium58664位550萬(wàn)個(gè)管/片操作系統(tǒng)

高級(jí)語(yǔ)言軟件硬化第8頁(yè)/共48頁(yè)二、微型計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)和應(yīng)用

微型計(jì)算機(jī)除具有一般電子數(shù)字計(jì)算機(jī)的快速、精確和通用等許多優(yōu)點(diǎn)外，還具有獨(dú)自的特點(diǎn)：(1)體積小、重量輕、功耗低(2)可靠性高、對(duì)使用環(huán)境要求低(3)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)靈活、適應(yīng)性強(qiáng)(4)性能價(jià)格比高1.微型計(jì)算機(jī)特點(diǎn)第9頁(yè)/共48頁(yè)2.微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域科學(xué)計(jì)算過(guò)程控制信息處理人工智能網(wǎng)絡(luò)通信計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)第10頁(yè)/共48頁(yè)三、微型計(jì)算機(jī)的分類1.按處理器同時(shí)處理數(shù)據(jù)的位數(shù)或字長(zhǎng)分：4位機(jī)、8位機(jī)、16位機(jī)、32位機(jī)、64位機(jī)2.按結(jié)構(gòu)類型分：?jiǎn)纹⑿蜋C(jī)、單板微型機(jī)微型計(jì)算機(jī)第11頁(yè)/共48頁(yè)3.按用途分：(1)個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC機(jī))(2)工作站／服務(wù)器(3)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)(簡(jiǎn)稱NC)2.按體積大小分：(1)臺(tái)式機(jī)(又稱桌上型)(2)便攜式(又稱可移動(dòng)微機(jī)、筆記本型、膝上型、口袋型、掌上型和鋼筆型)第12頁(yè)/共48頁(yè)四、微型計(jì)算機(jī)的主要性能指標(biāo)通常所說(shuō)的計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度(平均運(yùn)算速度)，是指每秒鐘所能執(zhí)行的指令條數(shù)，一般用“百萬(wàn)條指令／秒”(MIPS)來(lái)描述。1.運(yùn)算速度2.字長(zhǎng)第13頁(yè)/共48頁(yè)存儲(chǔ)器分為內(nèi)存儲(chǔ)器和外存儲(chǔ)器兩類。內(nèi)存儲(chǔ)器也簡(jiǎn)稱內(nèi)存或主存，是CPU可以趕接訪問(wèn)的存儲(chǔ)器，內(nèi)存大小反映了計(jì)算機(jī)即時(shí)存儲(chǔ)信息的能力；外存儲(chǔ)器通常是指硬盤(包括內(nèi)置硬盤和移動(dòng)硬盤)。3.存儲(chǔ)器的容量以上只是一些主要性能指標(biāo)，還須綜合考慮其他因素。第14頁(yè)/共48頁(yè)1.2計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和工作原理

現(xiàn)代計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)仍然是在馮·諾依曼提出的計(jì)算機(jī)邏輯結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)程序概念基礎(chǔ)上建立起來(lái)的。一、計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)第15頁(yè)/共48頁(yè)輸入設(shè)備運(yùn)算器輸出設(shè)備存儲(chǔ)器控制器馮·諾依曼計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)第16頁(yè)/共48頁(yè)1.一系列基本操作命令→程序二、計(jì)算機(jī)的工作原理2.

“機(jī)器指令“的概念3.

計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)程序控制方式的工作原理：一是能存儲(chǔ)程序，二是能自動(dòng)執(zhí)行程序。這一原理決定了人們使用計(jì)算機(jī)的主要方式——編寫(xiě)程序和執(zhí)行程序。第17頁(yè)/共48頁(yè)1.3微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。硬件系統(tǒng)：構(gòu)成計(jì)算機(jī)的實(shí)體。它包括微處理器、存儲(chǔ)器、I/O接口、系統(tǒng)總線、外部設(shè)備和電源。軟件系統(tǒng)：在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的各種程序。它包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。一、微型計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)與系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)第18頁(yè)/共48頁(yè)硬件系統(tǒng)：硬件微型計(jì)算機(jī)

(單片、單板)電源外圍設(shè)備微處理器存儲(chǔ)器I/O接口系統(tǒng)總線算術(shù)邏輯單元控制器寄存器ROMRAMROMEPROME2PROMSRAMDRAM并行接口串行接口輔助接口數(shù)據(jù)總線地址總線控制總線外部設(shè)備I/O接口模擬量I/O接口開(kāi)關(guān)量接口鍵盤、顯示器、打印機(jī)外存儲(chǔ)器軟、硬磁盤光盤A/DD/A第19頁(yè)/共48頁(yè)操作系統(tǒng)Dos,Windows,UNIX,LINUX語(yǔ)言處理程序TurboC數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)FoxPro、Oracle軟件分類系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件文字處理軟件Wps、Word表格處理軟件Excel輔助設(shè)計(jì)軟件AutoCAD用戶編制的實(shí)際程序軟件系統(tǒng)：第20頁(yè)/共48頁(yè)

微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組小到大可分為微處理器、微型計(jì)算機(jī)、微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)三個(gè)層次結(jié)構(gòu)，如圖所示運(yùn)算器控制器寄存器RAMROMI/O端口I/O端口微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)微處理器電源系統(tǒng)軟件系統(tǒng)I/O設(shè)備I/O設(shè)備第21頁(yè)/共48頁(yè)簡(jiǎn)介：1.微處理器(也稱微處理機(jī)，Microprocessor)2.微型計(jì)算機(jī)(Microcomputer)3.微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(MicrocomputerSystem)第22頁(yè)/共48頁(yè)二、微型計(jì)算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)

微型計(jì)算機(jī)由微處理器、存儲(chǔ)器、輸入/輸出接口構(gòu)成，它們之間由系統(tǒng)總線連接。ROMCPURAMI/O接口外部設(shè)備電源時(shí)鐘脈沖電路ABDBCB第23頁(yè)/共48頁(yè)1.微處理器

整個(gè)微機(jī)的核心是微處理器(up,MPU)，也稱CPU。它包含算術(shù)邏輯部件ALU、寄存器組及控制部件。ALU：算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算寄存器：存放操作數(shù)、中間結(jié)果、地址、標(biāo)志等信息控制部件：整個(gè)機(jī)器控制中心，包括程序計(jì)數(shù)器IP、指令寄存器IR、指令譯碼器ID、控制信息產(chǎn)生電路。第24頁(yè)/共48頁(yè)總線控制部件算術(shù)邏輯部件寄存器組MPUI/O接口電路ROMRAM外部設(shè)備存儲(chǔ)器第25頁(yè)/共48頁(yè)2.存儲(chǔ)器微機(jī)的存儲(chǔ)器分為：主存和輔存主存(內(nèi)存)：用于存放當(dāng)前正在運(yùn)行的程序和正待處理數(shù)據(jù)。(CPU內(nèi)部cache，主板上的內(nèi)存,造價(jià)高，速度快，存儲(chǔ)容量小)輔存(外存)：存放暫不運(yùn)行的程序和輸入處理的數(shù)據(jù)，(主機(jī)箱內(nèi)或主機(jī)箱外，造價(jià)低，容量大，可長(zhǎng)期保存，但速度慢)第26頁(yè)/共48頁(yè)3.輸入設(shè)備微型計(jì)算機(jī)常用的輸入設(shè)備有鍵盤、鼠標(biāo)、數(shù)字化儀、圖像掃描儀、數(shù)碼相機(jī)等。第27頁(yè)/共48頁(yè)4.輸出設(shè)備微型計(jì)算機(jī)常用的輸出設(shè)備有CRT顯示器、打印機(jī)和繪圖儀等。第28頁(yè)/共48頁(yè)注意：由于各種外設(shè)的工作速度、驅(qū)動(dòng)方式差別很大，無(wú)法與CPU直接匹配，所以不可能把它們簡(jiǎn)單地連到系統(tǒng)總線，需要有一個(gè)接口電路充當(dāng)它們和CPU間的橋梁，通過(guò)該電路完成信號(hào)的變換、數(shù)據(jù)的緩沖、與CPU聯(lián)絡(luò)等工作。在微機(jī)系統(tǒng)中，較復(fù)雜的I/O接口電路一般都做在電路板上，這種電路板又稱為“卡(Card)”，由卡的一側(cè)引出連接外界的插座，另一側(cè)做成插入端，只要將它們插入總線槽(I/O通道)就連到了系統(tǒng)總線。第29頁(yè)/共48頁(yè)5.系統(tǒng)總線

所謂“總線”，是指?jìng)鬟f信息的一組公用導(dǎo)線。系統(tǒng)總線(SystemBus)是指從處理器子系統(tǒng)引出的若干信號(hào)線，CPU通過(guò)它們與存儲(chǔ)器和I/O設(shè)備進(jìn)行信息交換。系統(tǒng)總線一般分為三組：數(shù)據(jù)總線：DB(DataBus)地址總線：AB(AddressBus)控制總線：CB(ControlBus)第30頁(yè)/共48頁(yè)地址總線(AddressBus)：

傳送地址信息、CPU在AB總線上輸出將要訪問(wèn)的內(nèi)存單元或I/O端口地址、該總線為單向，地址總線的位數(shù)決定了CPU可以直接尋址的內(nèi)存單元范圍。舉例第31頁(yè)/共48頁(yè)數(shù)據(jù)總線(DataBus)：

傳送數(shù)據(jù)信息的總線。在CPU進(jìn)行讀操作時(shí)，內(nèi)存或外設(shè)的數(shù)據(jù)通過(guò)DB總線送往CPU；在CPU進(jìn)行寫(xiě)操作時(shí)，CPU數(shù)據(jù)通過(guò)DB總線送往內(nèi)存或外設(shè)，所以該總線為雙向總線。第32頁(yè)/共48頁(yè)控制總線(ControlBus)：

傳送控制信息的總線。其中，有些信號(hào)線將CPU的控制信號(hào)和狀態(tài)信號(hào)送往外設(shè)，外設(shè)請(qǐng)求或聯(lián)絡(luò)信號(hào)送往CPU，個(gè)別信號(hào)線兼有以上兩種情況。所以在討論控制總線的傳送方向時(shí)要具體到某一個(gè)信號(hào)，它們可能是輸出、輸入或者雙向的。第33頁(yè)/共48頁(yè)系統(tǒng)總線使用特點(diǎn)：(1)在某一時(shí)刻，只能由一個(gè)總線主控設(shè)備控制系統(tǒng)總線，其他總線主控設(shè)備必須放棄對(duì)總線的控制。(2)在連接系統(tǒng)的各個(gè)設(shè)備中，某一時(shí)刻只能有一個(gè)發(fā)送者向總線發(fā)送信號(hào)，但可以有多個(gè)設(shè)備從總線同時(shí)獲得信號(hào)。第34頁(yè)/共48頁(yè)1.4微型計(jì)算機(jī)的基本數(shù)據(jù)類型內(nèi)存單元的地址和內(nèi)容簡(jiǎn)介：內(nèi)存由許多存儲(chǔ)單元組成，每個(gè)內(nèi)存單元可存放一組二進(jìn)數(shù)。在微機(jī)中規(guī)定每個(gè)內(nèi)存單元可存放8位二進(jìn)制數(shù)，即一個(gè)內(nèi)存單元存放一個(gè)字節(jié)的內(nèi)容，為了區(qū)分各個(gè)不同的內(nèi)存單元，就給每個(gè)存儲(chǔ)單元編上不同的號(hào)碼，即內(nèi)存地址。CPU要訪問(wèn)某個(gè)單元時(shí)，先要通過(guò)地址總線送出該單元的地址號(hào)。第35頁(yè)/共48頁(yè)盡管存儲(chǔ)器是按字節(jié)編址的，但實(shí)際操作中，一個(gè)操作數(shù)可以是字節(jié)、字、雙字節(jié)、十字節(jié)等各種形式。1.字節(jié)：計(jì)算機(jī)的基本處理單位，一個(gè)字節(jié)由8位二進(jìn)制位組成2.字：通常微機(jī)的字長(zhǎng)有8位、16位、32位、64位，故其字?jǐn)?shù)據(jù)的存放所占內(nèi)存單元的個(gè)數(shù)也不一樣3.雙字：即2個(gè)字4.四字：好4個(gè)字的長(zhǎng)度第36頁(yè)/共48頁(yè)地址存放內(nèi)容

二進(jìn)制表示十六進(jìn)制表示00000H110000101100001000001HC2H18H………………0001001000008H12H0011010000001H34H01110000FFFFFH70H………………內(nèi)存單元的地址和內(nèi)容示意圖第37頁(yè)/共48頁(yè)P(yáng)C(PersonalComputer)機(jī)：

是面向個(gè)人單獨(dú)使用的一類微機(jī)。當(dāng)今的微機(jī)的許多指標(biāo)，如存儲(chǔ)容量、運(yùn)行速度等已經(jīng)趕上或超過(guò)了以前的小型機(jī)，可以滿足各種不同的應(yīng)用場(chǎng)合。第38頁(yè)/共48頁(yè)是一種用于控制的微處理器芯片，其組成實(shí)際是由微型計(jì)算機(jī)的CPU、部分存儲(chǔ)器和輸入/輸出接口等部件集成在一塊芯片上。換句話說(shuō)，一個(gè)單片機(jī)幾乎就是一個(gè)專用的計(jì)算機(jī)，只要配上少量的外部電路和設(shè)備就可以構(gòu)成具體的應(yīng)用系統(tǒng)。單片微型機(jī)(單片機(jī))：

常用于家用電器、智能化儀表、工業(yè)測(cè)量。第39頁(yè)/共48頁(yè)單板微型機(jī)(單板機(jī))：把微處器芯片、存儲(chǔ)器芯片、I/O接口芯片和小鍵盤、數(shù)碼顯示器等必要的輸入/輸出設(shè)備裝配在一塊印刷電路板上就構(gòu)成了單板微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。常用于過(guò)程控制。第40頁(yè)/共48頁(yè)馮·諾依曼思想：存儲(chǔ)程序原理用二進(jìn)制表示數(shù)據(jù)和指令；程序與數(shù)據(jù)事先存儲(chǔ)在內(nèi)存儲(chǔ)器中；運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、控制器、輸入與輸出設(shè)備組成硬件系統(tǒng)，它是計(jì)算機(jī)連續(xù)工作的基礎(chǔ)。1946年，馮·諾依曼提出EDVAC計(jì)算方案，體現(xiàn)了五部分的計(jì)算設(shè)計(jì)思想。第41頁(yè)/共48頁(yè)

表示存儲(chǔ)器容量的最小單位為bit(二進(jìn)制位)，表示存儲(chǔ)器容量的基本單位為Byte(字節(jié))。通常：一個(gè)單元為一個(gè)字節(jié)，字節(jié)可用B(即Byte的縮寫(xiě))表示，且1Byte=8bit。存儲(chǔ)器的容量用“K”表示，1K即為1024個(gè)單元。大容量單位為KB、MB、GB、TB。1KB=1024B1MB=1024KB

1GB=1024MB1TB=1024GBe.g.

地址總線16位，內(nèi)存容量為216個(gè)單元，即64KB。地址總線20位，內(nèi)存容量為220個(gè)單元，即1MB。第42