1、第1頁/共34頁第2頁/共34頁ISA插插槽槽PCI插槽插槽AGP插插槽槽北橋北橋芯片組芯片組南橋南橋芯片組芯片組內存插槽內存插槽IDE接口接口軟驅接口軟驅接口并口連接器并口連接器串口連接器串口連接器ROM BIOS鼠標鍵盤鼠標鍵盤USB接口接口主板主板電源電源插座插座計算機的結構如何？計算機中的指令是如何執行的？第3頁/共34頁 教材：微機原理與接口技術南京大學出版社 課程性質：專業基礎課 學時：64學時理論課程+16學時實驗課程+1周課程設計 課程特點：偏重硬件、軟硬結合 先修課程：數字電路、模擬電路 學習目標：從理論上和實踐上掌握微型計算機的基本組成、原理、接口技術，建立微型計算機應用系

2、統的概念，具有微型計算機應用系統的初步開發能力。微機原理與應用第4頁/共34頁參考教材：微型計算機技術田艾平、王力生、卜艷平編著清華大學出版社第5頁/共34頁參考習題集：微機原理與接口技術 習題與解析溫陽東、鮑遠慧編著清華大學出版社第6頁/共34頁微機原理與接口技術課程內容： 第1章 微型計算機概述 第2章 計算機內部數據的表示方法 第3章 微型計算機總線系統 第4章 Intel 80 x86系列微處理器 第5章 8086/8088指令系統 第6章 匯編語言程序設計 第7章 微型計算機存儲器 第8章 微型計算機輸入/輸出接口技術 第9章 微型計算機中斷技術 第10章 微型計算機并行接口技術 第

3、11章 可編程定時/計數器 第12章 微型計算機串行接口技術 第13章 模擬輸入輸出技術第7頁/共34頁第1章 微型計算機概述 1.1 計算機的基本結構和工作原理 1.2 微型計算機系統 1.3 微型計算機的發展歷程與應用 1.4 微型計算機的基本特點與主要性能指標第8頁/共34頁1.1 計算機的基本結構和工作原理 1.1.1 計算機的基本結構 1.1.2 計算機的基本工作原理第9頁/共34頁1.1.1 計算機的基本結構 1945 1945年年6 6月，美籍匈牙利科學家馮月，美籍匈牙利科學家馮 諾依曼提出了在數字諾依曼提出了在數字計算機內部的存儲器中存放程序的概念，這是所有現代電計算機內部的存

4、儲器中存放程序的概念，這是所有現代電子計算機的范式，被稱為子計算機的范式，被稱為“馮馮 諾依曼結構諾依曼結構”。按這一結構。按這一結構建造的電腦稱為建造的電腦稱為存儲程序計算機存儲程序計算機，又稱為通用計算機。，又稱為通用計算機。 馮馮 諾依曼結構計算機的主要特點包括：諾依曼結構計算機的主要特點包括：1.1.計算機由計算機由運算器運算器、存儲器存儲器、控制器控制器和和輸入輸入/ /輸出輸出五個五個部件組成。部件組成。2.2.存儲器以存儲器以二進制二進制形式存儲指令和數據。形式存儲指令和數據。3.3.存儲程序工作方式：存儲器一維線性編址，按址存存儲程序工作方式：存儲器一維線性編址，按址存取，指令

5、從存儲器逐條取出，串行執行。取，指令從存儲器逐條取出，串行執行。第10頁/共34頁馮諾依曼計算機的基本結構 第11頁/共34頁1.1.2 計算機的基本工作原理 程序，是指完成某項任務的計算機指令序列。當要完成該項任務時，通過輸入設備將指令序列和原始數據輸入到計算機的內存儲器中。計算機從內存中取出第一條指令，控制器按照指令的要求，從內存儲器中取出數據進行指定的操作，然后再按地址把結果送到內存中去。接下來，再自動取出下一條指令，在控制器的指揮下完成規定操作。依此進行下去，直至全部指令執行完畢。 由此可見，計算機的工作方式取決于它的兩個基本能力：一是能存儲程序，二是能自動執行程序。計算機是利用內存儲

6、器來存放所要執行的程序的，而控制器則依次從內存中取出程序的每條指令，加以分析和執行，直到完成全部指令序列為止。這就是計算機的存儲程序控制方式的工作原理。這一原理最初是由美籍匈牙利數學家馮 諾依曼于19451945年提出來的，故稱為馮 諾依曼原理。第12頁/共34頁1.2 微型計算機系統l 微型計算機系統與傳統的計算機系統一樣，由硬件系統和軟件系統兩大部分組成的。l 硬件是組成計算機系統的各個物理部件的總稱，它是計算機系統快速、可靠、自動工作的物質基礎。l 軟件是計算機系統中各類程序、有關文件以及所需數據的總稱。軟件系統由系統軟件和應用軟件兩大部分組成。l 系統軟件是指管理、控制和維護計算機系統

7、資源的程序集合，這些資源包括硬件資源和軟件資源，并為用戶提供一個友好的操作界面和工作平臺。l 應用軟件是指為了解決某些具體問題而編制的程序。它包括商品化的通用軟件和專用軟件，也包括用戶自己編制的各種應用程序。 第13頁/共34頁1.2.1微型計算機硬件系統的基本組成 微型計算機硬件系統包括微處理器、存儲器、輸入/ /輸出接口與輸入/ /輸出設備，各部件通過系統總線進行數據傳送。第14頁/共34頁一、微處理器 微處理器微處理器（MicroProcessor UnitMicroProcessor Unit，簡稱，簡稱MPUMPU），也稱），也稱為中央處理器（為中央處理器（Central Proce

8、ssing UnitCentral Processing Unit，簡稱，簡稱CPUCPU），），由控制器、運算器和寄存器組三個主要部分組成，它是由控制器、運算器和寄存器組三個主要部分組成，它是計算機的核心部件。計算機的核心部件。1.1.控制器控制器：控制器是計算機的指揮中心：控制器是計算機的指揮中心, ,它的作用是從存它的作用是從存儲器中取出指令儲器中取出指令, ,然后分析指令然后分析指令, ,發出由該指令規定的一發出由該指令規定的一系列操作命令系列操作命令, ,完成該指令所要求的操作。完成該指令所要求的操作。2.2.運算器運算器：運算器又稱算術邏輯單元：運算器又稱算術邏輯單元(Arithm

9、etic and (Arithmetic and Logical Unit, ALU),Logical Unit, ALU),是用二進制進行算術運算和邏輯是用二進制進行算術運算和邏輯運算的部件。運算的部件。3.3.寄存器組寄存器組：寄存器組是：寄存器組是CPUCPU內部的若干個存儲單元，用內部的若干個存儲單元，用來存放參加運算的二進制數據以及保存運算結果。來存放參加運算的二進制數據以及保存運算結果。第15頁/共34頁Intel的某些微處理器采用296引腳的引腳柵格陣列（PGA）陶瓷封裝技術運算器：運算器：CPU的核心，算術邏輯運算部件的核心，算術邏輯運算部件控制器：指揮、協調各部件工作控制器：

10、指揮、協調各部件工作寄存器組：暫存數據寄存器組：暫存數據微微處處理理器器第16頁/共34頁二、存儲器 l 計算機的存儲器由計算機的存儲器由內存儲器內存儲器（簡稱內存）和（簡稱內存）和外存儲器外存儲器（簡稱外存）兩部分組成。這里講的存儲器是指內存儲（簡稱外存）兩部分組成。這里講的存儲器是指內存儲器，它用來存放計算機的指令和數據。器，它用來存放計算機的指令和數據。l 存儲器以存儲單元為單位線性編址存儲器以存儲單元為單位線性編址,CPU按地址讀按地址讀/寫存寫存儲單元中的內容儲單元中的內容,通常一個存儲單元可存放通常一個存儲單元可存放8位二進制數位二進制數(即一個字節即一個字節)。CPU只能直接訪問

11、內存。只能直接訪問內存。 第17頁/共34頁常見存儲器：第18頁/共34頁三、輸入/輸出接口與輸入/輸出設備 l 輸入輸入/輸出設備輸出設備(簡稱簡稱I/O設備設備)是微機與外界聯系的設備，是微機與外界聯系的設備，也為外設。計算機通過外設獲得各種外界信息也為外設。計算機通過外設獲得各種外界信息,并且通過并且通過外設輸出運算處理結果。常用的輸入設備有鍵盤、鼠標、外設輸出運算處理結果。常用的輸入設備有鍵盤、鼠標、掃描儀、攝像機等，常用的輸出設備有顯示器、打印機、掃描儀、攝像機等，常用的輸出設備有顯示器、打印機、繪圖儀等。繪圖儀等。l 微機與微機與I/O設備必須通過輸入設備必須通過輸入/輸出接口輸出

12、接口(I/O接口接口)將二者將二者連接起來，連接起來，I/O接口實質上是將外設連接到總線上的一組接口實質上是將外設連接到總線上的一組邏輯電路的總稱。邏輯電路的總稱。 第19頁/共34頁常見輸入輸出設備：第20頁/共34頁四、系統總線 總線總線(bus)(bus)是一組信號線的集合是一組信號線的集合, ,是在計算機系統各部是在計算機系統各部件之間傳輸地址、數據和控制信息的公共通路。件之間傳輸地址、數據和控制信息的公共通路。 在在CPUCPU、存儲器、存儲器、I/OI/O接口之間傳輸信息的總線稱為接口之間傳輸信息的總線稱為“系統總線系統總線”。系統總線包括以下三部分。系統總線包括以下三部分。1.1

13、.地址總線地址總線 ABAB：它是單向總線：它是單向總線, ,用于傳送用于傳送CPUCPU發出的地址發出的地址信息，以指明與信息，以指明與CPUCPU交換信息的內存單元或交換信息的內存單元或I/OI/O設備。設備。2.2.數據總線數據總線 DBDB：它是雙向的：它是雙向的, ,用于用于CPUCPU與內存或外設之間與內存或外設之間進行數據交換時傳輸數據信息。進行數據交換時傳輸數據信息。3.3.控制總線控制總線 CBCB：控制總線用于傳送控制信號、時序信號：控制總線用于傳送控制信號、時序信號和狀態信號等。和狀態信號等。CPUCPU向內存或外設發出的控制信息、內向內存或外設發出的控制信息、內存或外設

14、向存或外設向CPUCPU發出的狀態信息均可通過它來傳送。作發出的狀態信息均可通過它來傳送。作為整體而言為整體而言,CB,CB是雙向的是雙向的, ,而對而對CBCB中的每一根線來說中的每一根線來說, ,它它是單向的。是單向的。 第21頁/共34頁微處理器、微型計算機、微型計算機系統微處理器、微型計算機、微型計算機系統系統軟件：系統軟件：DOS、Windows 95/98/2000應用軟件：應用軟件：WPS 、 Word、Photoshop微微 處處 理理 器器 CPU 存儲器存儲器(RAM,ROM) I/O接口接口總線總線 硬硬 件件軟軟 件件微微 型型計算機計算機系系 統統微微 型型計算機計算

15、機(主機主機)外外 設設ALU寄存器寄存器控制部件控制部件鍵盤、鼠標鍵盤、鼠標顯示器顯示器軟驅、硬盤、光驅軟驅、硬盤、光驅 打印機、掃描儀打印機、掃描儀第22頁/共34頁1.2.2 IBM PC/XT 機硬件系統 第23頁/共34頁1.3微型計算機的發展歷程與應用 1.3.1微型計算機的發展歷程 1.3.2微型計算機的應用 第24頁/共34頁1.3.1微型計算機的發展歷程 IBM PC 第一臺電子計算機ENIAC 第25頁/共34頁計算機發展簡史計算機發展簡史電子管計算機電子管計算機(19461956) 晶體管計算機晶體管計算機(19571964)集成電路計算機集成電路計算機(19651970

16、)超大規模集成超大規模集成電路計算機電路計算機(1971至今至今)l 用機器語言、匯編語言編寫程用機器語言、匯編語言編寫程l 用于軍事和國防尖端技術用于軍事和國防尖端技術l 開始使用高級語言開始使用高級語言l 開始用于工程技術、數據處理和開始用于工程技術、數據處理和 其它科學領域其它科學領域l 采用微程序、流水線等技術，采用微程序、流水線等技術， 提高運行速度提高運行速度l 出現操作系統、診斷程序等軟件出現操作系統、診斷程序等軟件l 采用半導體存儲器采用半導體存儲器l 采用圖形界面操作系統采用圖形界面操作系統l 器件速度更快器件速度更快, 軟件、外設更加豐富軟件、外設更加豐富 主主要要特特點點

17、第26頁/共34頁微型計算機概述：微型計算機概述：微型計算機誕生：20世紀70年代微型計算機的核心是：微處理器(CPU+寄存器組)每出現一個新的微處理器，就會產生新一代的微型計算機。第一代：4位機發展和8位機萌芽階段時間：19711973年代表產品：Intel4004和MCS-4微型機字長：4位或8位特點：指令系統比較簡單，運算功能較差，價格低廉應用：面向家電、計算機器和二次儀表微型計算機的發展分為五代：第二代：8位機的發展階段時間：19731977年代表產品：Intel8080/8085、MC6800、Z80、R6502處理器字長：8位特點：指令系統比較完善，運算速度提高一個數量級，尋址增強

18、。應用：面向家電、智能儀表、工業控制。第27頁/共34頁微型計算機概述：微型計算機概述：第三代：16位機發展階段時間：19781985年代表產品：Intel8086/8088、80186、80286、MC6800、Z8000字長：16位特點：指令系統豐富，采用多級中斷、多種尋址方式，段式存儲結構，配有強大的系統軟件。應用：工業控制第四代：32位機發展階段時間：19851992年代表產品：Intel 80386、80486字長：32位特點：內存容量達1MB以上，硬盤技術不斷提高，發展了32位的總線結構，各種品牌機涌上市場，如COMPAQ、DELL等可執行多任務、多用戶操作。應用：辦公自動化、網絡

19、環境第28頁/共34頁微型計算機概述：微型計算機概述：第五代：64位機主生及發展階段時間：1992至今代表產品：Intel Pentium、Itanium字長：64位特點：外部數據線64位字長，32位以上地址總線，增加了虛擬現實等多媒體能力和通信上的應用。應用：辦公自動化、網絡服務器。第29頁/共34頁1.3.2微型計算機的應用 微型計算機的應用已滲透到社會的各行各業，其主要應用領域如下：l 科學計算(或數值計算)l 數據處理(或信息處理)l 輔助技術(或計算機輔助設計與制造) 計算機輔助設計 CAD 計算機輔助制造 CAM 計算機輔助教學 CAIl 過程控制(或實時控制)l 人工智能(或智能模擬)l 網絡應用第30頁/共34頁1.4 微型計算機的基本特點