05十二月20241一、計算機應用領域二、計算機分類三、計算機發(fā)展年代劃分依據四、微型計算機的發(fā)展五、數字電路基礎知識六、微型計算機系統(tǒng)微型計算機基本原理05十二月20242一、計算機的應用領域05十二月20243基于上述的事實，我們再重新思考一下“什么是計算機？”、“什么是PC機？”計算機：是用來計算的儀器，尤指可進行高速數學或邏輯運算或匯編、存儲、整理或處理信息的可編程的電子機器。PC機（PersonalComputer）：是指面向個人用戶而設計的沒有個性的通用計算機，是計算機中的一種。“計算機”與“PC機”05十二月20244二、計算機分類計算機按性能價格、體積不同可分為六類:1、巨型機：主要用于模擬核武器的爆炸2、大型機：3、中型機：較大型科研單位，省計算中心4、小型機：（以前，中小網絡的主機，現(xiàn)一般用微機代替）5、微機（PC機）6.單片機05十二月20245三、計算機發(fā)展年代劃分依據

第一臺電子計算機的誕生揭開了現(xiàn)代計算機發(fā)展歷史的序幕。半個多世紀以來，計算機技術以“萬馬奔騰”之勢，一日千里，迅猛發(fā)展。計算機發(fā)展的年代劃分依據其硬件特征和軟件特征:硬件特征是指計算機采用的物理器件軟件特征是指計算機使用的軟件環(huán)境05十二月20246計算機己發(fā)展了四代第一代:電子管計算機(機器語言、匯編語言)第二代:晶體管計算機（BASIC.FORTRAN）第三代:集成電路計算機（FORTRAN、分時、多用戶操作系統(tǒng)…）第四代:大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路計算機（軟件工程、數據庫…）05十二月20247計算機走向新時代計算機的發(fā)展方向:第五代:"非馮.諾依曼"計算機時代第六代:神經計算機時代光計算機時代生物計算機時代05十二月20248四、微型計算機的發(fā)展微型計算機屬于第四代計算機微型計算機誕生于20世紀70年代微型計算機特點:體積小、重量輕、功耗低、可靠性高、價格便宜、使用方面、軟件豐富微型計算機核心是微處理器（CPU）每出現(xiàn)一個新的處理器就會出現(xiàn)新一代的微型計算機05十二月20249INTELCPU發(fā)展史（1）05十二月202410INTELCPU發(fā)展史（2）05十二月202411微型計算機發(fā)展趨勢（1）1.中央處理器更小的布線寬度和更多的晶體管減少布線寬度是提升CPU速度的關鍵，0.18微米技術、0.13微米技術、0.07微米技術、65納米技術...屆時CPU主頻將達到5GHZ,晶體管數量將達到2億個.更高的總線寬度，超過2GHZ64位CPU成為主流雙核或多核將成為發(fā)展的趨勢05十二月202412微型計算機發(fā)展趨勢（2）2.系統(tǒng)存儲器CPU集成更大的高速二級緩存內存容量更大速度更快硬盤容量也更大速度更快DVD-RAM普及05十二月202413微型計算機發(fā)展趨勢（3）3.多媒體系統(tǒng)顯卡的性能更高圖形技術進一步發(fā)展大尺寸顯示器成為主流數字式音箱占領市場05十二月202414微型計算機發(fā)展趨勢（4）4、網絡電信網、計算機網（IP網）和廣播電視網將進一步融合更高速率寬帶無線接入5.整機更加趨于個性化。利用藍牙技術或紅外無線技術將減少機箱背后的連線，使主機與外設進行無線通信。05十二月202415五、數字電路基礎知識(1)1111tv5v005十二月202416數字電路基礎知識(2)05十二月202417上頁下頁回目錄六、微型計算機系統(tǒng)05十二月202418到目前為止，計算機仍沿用1940年由馮.諾依曼（馮．諾依曼是美籍匈牙利數學家，他提出了關于計算機組成和工作方式的基本設想，馮·諾依曼設計思想最重要之處在于明確地提出了“程序存儲、順序控制”的概念）首先提出的體系結構。其基本設計思想為:①以二進制形式表示指令和數據。②程序和數據事先存放在存儲器中，計算機在工作時能夠高速地從存儲器中取出指令加以執(zhí)行。③由運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備等五大部件組成計算機系統(tǒng)。（一）基于總線的微型計算機硬件系統(tǒng)05十二月202419微機硬件組成:上頁下頁回目錄CPU微處理器RAMI/OROM外設輔助電路CBUSDBUSABUSCBUS:控制總線，DBUS:數據總線，雙向三態(tài)ABUS:地址總線，單向三態(tài)05十二月202420I/O三態(tài)數據緩沖器RAM三態(tài)數據緩沖器ROM三態(tài)數據緩沖器E1E2E3111000CPUD0

D7數據總線單向緩沖器雙向緩沖器雙向緩沖器總線:在CPU與其它部件之間信息傳送的公共通道（1）數據總線“雙向三態(tài)”（2）地址總線“單向三態(tài)”（3）控制總線“多選一”地址譯碼片選信號上頁下頁回目錄P1405十二月202421地址總線AB定時電路輸入設備輸出設備I/O接口ROMRAM數據總線DB控制總線CB微處理器(CPU)微型計算機硬件系統(tǒng)結構05十二月202422地址總線AB(AddressBus):在對存儲器或I/O端口進行訪問時，傳送

由CPU提供的要訪問存儲單元或I/O端口的地址信息，以便選中要訪問的存儲單元或I/O端口，是單向總線。數據總線DB(DataBus):從存儲器取指令或讀寫操作數，對I/O端口進行讀寫操作時，指令碼或數據信息通過數據總線送往CPU或由CPU送出，是雙向總線?？刂瓶偩€CB(ControlBus):各種控制或狀態(tài)信息通過控制總線由CPU送往有關部件，或者從有關部件送往CPU。CB中每根線的傳送方向是一定的，圖1.3中CB作為一個整體，用雙向表示。三大總線說明05十二月202423上頁下頁回目錄P5運算器控制器（CPU）微機模型組成05十二月202424

運算器由

算術邏輯單元ALU（ArithmeticLogicUnit）

累加器A（Accumulator）

標志寄存器F（Flag)

寄存器組R（Registers）

相互之間通過內部總線連接而成。它的主要作用是進行數據處理與加工

1.運算器上頁下頁回目錄

一）、CPU的內部結構05十二月202425

運算器由

算術邏輯單元ALU（ArithmeticLogicUnit）

累加器A（Accumulator）

標志寄存器F（Flag)

寄存器組R（Registers）

相互之間通過內部總線連接而成。它的主要作用是進行數據處理與加工

上頁下頁回目錄1.運算器05十二月202426CU（ControlUnit）由:程序計數器PC（ProgramCounter）指令寄存器IR（InstructionRegister）指令譯碼器ID（InstructionDecoder）操作控制部件或稱為組合邏輯陣列PLA（ProgrammedLogicArray）時序發(fā)生器（圖1-2中略）等電路組成控制器的主要作用有:解題程序與原始數據的輸入從內存中取出指令并譯碼控制運算器對數據信息進行傳送與加工運算結果的輸出外部設備與主機之間的信息交換計算機系統(tǒng)中隨機事件的自動處理等上頁下頁回目錄“+1”2.控制器05十二月202427上頁下頁（1）累加器A（2）數據寄存器DR（DataRegister）（3）寄存器組R（4）指令寄存器IR、指令譯碼器ID操作控制部件PLA

（5）程序計數器PC（6）地址寄存器AR（AddressRegister）

回目錄***3.CPU中的主要寄存器05十二月2024284.標志寄存器F標志寄存器F也稱程序狀態(tài)字PSW（ProgramStateWord），是用來存放ALU運算結果的各種特征狀態(tài)的，如:運算有無進（借）位、有無溢出、結果是否為零等5.堆棧與堆棧指示器SP（StackPointer）（1）按照先進后出FILO（FirstInLastOut）

順序向堆棧讀/寫數據；（2）SP始終指向棧頂；（3）堆棧的兩種操作壓入（PUSH）和彈出（POP）

它有三個主要特點:上頁下頁回目錄05十二月202429存儲器RAM基本結構一般由四個部分組成:存儲矩陣、地址譯碼器讀寫控制電路、三態(tài)雙向緩沖器。上頁下頁回目錄××自CPU來的CB來自CPU的地址AB往返于CPU的DB地址譯碼器控制00H01H02H03H...FEHFFH256×8存儲矩陣三態(tài)雙向緩沖器地址譯碼器地址譯碼器02H02H“讀”××××××××××三態(tài)雙向緩沖器02H按地址訪問的一維線性空間二）、存儲器（Memory）

05十二月202430存儲器的概念這里介紹的存儲器是指內存儲器（又稱為主存或內存）。它是微型計算機的存儲和記憶裝置,用來存放指令、原始數據、中間結果和最終結果。在計算機內部,程序和數據都以二進制形式表示,8位二進制代碼作為一個字節(jié)。為了便于對存儲器進行訪問,存儲器通常被劃分為許多單元,每個存儲單元存放一個字節(jié)的二進制信息,每個存儲單元分別賦予一個編號,稱為地址。如圖1.5所示,地址為4005H的存儲單元中存放了一個八位二進制信息00111000B。05十二月202431E7H34HA5HF2H38H……4001H4002H4003H4004H4005H……地址指令或數據內容00111000圖1.5內存單元的地址和內容05十二月2024321.基本概念1)．位(Bit):二進制信息的最小單位（0或1）通常用B表示。2)．字節(jié)(Byte):由8位二進制數組成，可以存放在一個存儲單元中。是字的基本組成單位。通常用B表示，1B=8b.3)．字（Word）:不同的場合有不同的含義，軟件上通常指2個字節(jié)，硬件上一般指處理器外部數據線的寬度。目前為了表示方便，常把一個字定義為16位，把一個雙字定義為32位。即1W=2B=16b，2W=4B=32b.4).字長:計算機運算部件直接能處理的二進制的位數。通常它與計算機內部的寄存器、算術邏輯單元、數據總線寬度相一致。8位機，16位機指的就是處理器內部數據線的寬度是多少。05十二月2024335)．內存容量:內存中存儲單元的總數。通常以字節(jié)為單位，1024（210）字節(jié)記作1KB，220字節(jié)記作1MB。6)．內存單元地址:為了能識別不同的單元，每個單元都賦予一個編號，這個編號稱之為內存單元地址。顯然，各內存單元的地址與該地址對應的單元中存放的內容是兩個完全不同的概念，不可混淆。05十二月202434地址譯碼器10101101B00011010B10111010B00100010B內容地址00H01HFFH90HAB10010000B來自CPU的寫信號00000000BDB地址譯碼器10101101B00011010B10111010B00100010B內容地址00H01HFFH90HAB10010000B10111010BDB來自CPU的讀信號(a)內存讀操作過程示意圖

(b)內存寫操作過程示意圖圖1.6內存讀寫操作過程示意圖2.內存的操作05十二月2024353.內存的分類按工作方式，內存可分為兩大類:隨機讀寫存儲器RAM(RandomAccessMemory)和只讀存儲器ROM(ReadOnlyMemory)。隨機讀寫存儲器可被CPU隨機地讀寫，它用于存放將要被CPU執(zhí)行的用戶程序、數據以及部分系統(tǒng)程序。斷電后，其中存放的所有信息將丟失。只讀存儲器中的信息只能被CPU讀取，而不能由CPU任意地寫入。斷電后，其中的信息不會丟失。它用于存放永久性的程序和數據。如系統(tǒng)引導程序、監(jiān)控程序、操作系統(tǒng)中的基本輸入/輸出管理程序（BIOS）等。05十二月202436輸入操作“讀”操作輸出操作“寫”操作上頁下頁回目錄指令地址

“+1”

三）、I/O接口和外設

05十二月202437四）、模型機的工作過程1.指令和指令系統(tǒng)（1）指令的格式操作碼操作數或地址*程序的存儲與執(zhí)行程序PCPCPCPCPCPC指令1指令2指令3……指令nM05十二月202438PC指令執(zhí)行的兩個階段,取指階段與執(zhí)指階段上頁下頁回目錄一個CPU周期一個CPU周期一個CPU周期一個指令周期下一個指令周a)取指階段b)執(zhí)指階段開始取指令PC+1操作譯碼取操作數地址PC+1地址譯碼取操作數執(zhí)行操作取下條指令PC+1以直接尋址的指令為例開始取指令PC+1操作譯碼取操作數地址PC+1地址譯碼取操作數執(zhí)行操作取下條指令PC+1PCPC┇上一條指令操作碼操作數地址下一條指令┇PC（2）指令執(zhí)行過程05十二月202439表1-1“15H+30H”程序執(zhí)行過程上頁下頁回目錄

注釋

地址00H01H02H03H04H05H06H…

內容011101000001010100100100001100001000000011111110…………

助記符

MOVA，#15H

ADDA，#30H

SJMP$

……取數指令，第一字節(jié)是操作碼第二字節(jié)就是指令的操作數加法指令，第一字節(jié)是操作碼第二字節(jié)也是指令的操作數兩字節(jié)指令，執(zhí)行原地踏步操作（暫停）

PCPCPCPCPCPCPCPCPCPCPC2.程序的執(zhí)行過程05十二月202440上頁下頁1.程序設計語言

（2）匯編語言

（3）高級語言（1）機器語言2.系統(tǒng)軟件3.應用軟件回目錄（二）、軟件系統(tǒng)05十二月2024411、字長3、指令系統(tǒng)2、存儲容量4、指令的執(zhí)行時間5.外設擴展能力及配置上頁下頁回目錄（三）、衡量計算機性能的主要技術指標05十二月202442以下的幻燈片為備用05十二月2024431.3.2

微處理器（8位）外部DB

微處理器

(CPU)AARPLAPC標志寄存器IDIRDRRA至外部CB外部AB

4001HE7H4002H34H4003HA5H4004H62H4005H38H存儲器

地址單元內容ALU圖1.4微處理器結構

內部數據總線DB05十二月202444微處理器的組成運算器(ALU):進行算術、邏輯、移位運算?？刂破?CU):全機的指揮中心。IRIDPLA內部寄存器(R)PCARDRAFLAGSRA05十二月2024451.3.4I/O接口與輸入輸出設備I/O接口是微型計算機與輸入輸出設備之間信息交換的橋梁。I/O設備是微型計算機系統(tǒng)的重要組成部分。程序、數據及現(xiàn)場信息要通過輸入設備輸入給計算機。計算機的處理結果要通過輸出設備輸出，以便用戶使用。常用的輸入設備有:鍵盤、鼠標、數字化儀、掃描儀、A/D轉換器等。常用的輸出設備有顯示器、打印機、繪圖儀、D/A轉換器等。05十二月202446為什么要采用I/O接口電路？①外設與CPU的工作速度不同。與CPU相比，外設的工作速度較低。②外設與CPU的信號不同。外設處理的信息有數字量、模擬量、開關量等，而計算機只能處理數字量。③外設與微型計算機工作的邏輯時序也可能不一致。由于上述原因，微型機與外設之間的連接及信