【大学课件】微型计算机系统

微型计算机系统本课程介绍微型计算机系统的基本组成、工作原理和应用微型计算机系统概述核心存储器处理信息，执行指令存储数据和指令输入输出/与外部世界交互微型计算机系统的基本组成中央处理器存储器系统CPU微型计算机的大脑，负责执行指存储数据和指令，包括主存储器令、控制数据流和处理信息和辅助存储器输入输出子系统总线/用于接收外部数据和输出处理结连接系统各个部件，传输数据、果，包括键盘、鼠标、显示器等地址和控制信号中央处理器CPUCPU是微型计算机系统的核心部件，负责执行程序指令，控制整个系统的运作它就像人脑一样，负责处理数据、执行指令、控制系统工作的结构和工作原理CPU算术逻辑单元ALU执行算术和逻辑运算，如加减乘除、比较、逻辑运算等控制单元CU控制整个CPU的操作，包括指令的获取、解码、执行和存储寄存器组存储临时数据和运算结果，如指令寄存器、程序计数器、累加器等内部总线连接CPU内部各个部件，用于数据传输和控制信号传递存储器系统存储器是计算机系统中用来存储数据的部件，它可以分为主存储器和辅助存储器主存储器又称为内存，是CPU直接访问的存储器，速度快，容量较小，用于存放当前正在执行的程序和数据辅助存储器又称为外存，容量大，速度慢，主要用于长期保存数据和程序主存储器主要功能类型存储正在运行的程序和数据CPU可以直接访问主存储器，速度主要有动态随机存取存储器DRAM和静态随机存取存储器快SRAMDRAM价格低廉，容量大，但速度较慢；SRAM速度快，价格高，容量小辅助存储器容量大成本低12辅助存储器容量通常比主存储与主存储器相比，辅助存储器器更大，可以存储更多数据和的成本更低，更适合长期存储程序.数据.速度慢3辅助存储器的访问速度比主存储器慢，需要更长的时间读取和写入数据.输入输出子系统/键盘鼠标显示器打印机用于输入字符、数字和特殊符用于控制光标位置，执行操作用于显示计算机的输出信息用于将计算机中的数据打印到号纸张上总线数据总线地址总线用于传输数据用于指定内存地址控制总线用于控制数据传输总线的功能及分类数据传输地址传输控制信号传输在系统各个部件之间传输数据，例如CPU CPU通过总线向内存或外设发送地址，以CPU通过总线控制其他部件的工作，例如与内存之间、CPU与外设之间访问指定的数据读写操作、设备选择等总线的仲裁机制集中式仲裁1由一个专门的仲裁器来协调多个设备对总线的访问仲裁器根据一定的优先级规则，决定哪个设备可以获得总线控制权分散式仲裁2每个设备都拥有一个仲裁逻辑，通过竞争的方式来争夺总线控制权例如，链式仲裁和分布式仲裁优先级仲裁3每个设备都有一个固定的优先级，优先级高的设备优先获得总线控制权例如，固定优先级仲裁和轮询仲裁微型计算机的系统结构微型计算机的系统结构是指其各个组成部分之间的相互连接方式和工作关系常见的微型计算机系统结构包括冯·诺依曼结构、哈佛结构等微型计算机系统的分类按用途分类按性能分类12微型计算机可分为通用型和专微型计算机可分为低档、中档用型和高档按体系结构分类3微型计算机可分为冯·诺依曼结构和哈佛结构微型计算机的硬件系统微型计算机的硬件系统由多个相互关联的部件组成，共同完成数据处理和信息交换的功能这些部件包括•中央处理器CPU•存储器系统内存和外存•输入/输出子系统键盘、鼠标、显示器、打印机等•总线系统数据传输通道微型计算机的软件系统操作系统应用程序操作系统是管理和控制计算机硬件资源的软件，为应用程序提供运应用程序是用户执行特定任务的软件，例如文字处理、图形设计、行环境游戏等操作系统管理硬件提供用户界面管理软件操作系统充当用户与计算机硬件之间的桥操作系统为用户提供了一个友好的界面，操作系统负责加载和运行应用程序，并协梁，管理硬件资源方便用户操作计算机调不同应用程序之间的运行应用程序办公软件图形图像软件例如Microsoft Office、Office等，用于处理文档、表格、演示例如Adobe Photoshop、CorelDRAW等，用于图像编辑、设计文稿等、处理等多媒体软件网络软件例如Windows MediaPlayer、RealPlayer等，用于播放音频和例如浏览器、电子邮件客户端、即时通讯工具等，用于访问互联网视频微型计算机系统的性能指标指标描述处理器性能处理数据的速度和效率，例如时钟频率和指令集存储器性能数据读写速度和容量，例如主存储器和辅助存储器的速度和大小输入/输出性能数据传输速度和设备的兼容性，例如硬盘驱动器、网络接口卡等可靠性和可用性系统稳定性、故障率和恢复能力，例如数据完整性和系统运行时间处理器性能12主频核心数处理器每秒执行的指令周期数，单位处理器包含的独立计算单元数量，每是GHz.个核心可以独立处理数据.3缓存大小处理器内部存储器容量，用于存储常用的数据和指令，加快访问速度.存储器性能存储器性能对于计算机系统整体效率至关重要.输入输出性能/指标描述数据传输速率每秒传输的数据量，反映了I/O设备与主存储器之间的数据交换速度响应时间从I/O操作开始到完成所需要的时间，反映了系统对I/O请求的响应速度I/O带宽单位时间内能够传输的数据量，反映了系统处理I/O请求的能力可靠性和可用性平均故障间隔时间MTBF平均修复时间MTTR可靠性是指系统在规定的时间内正常运行的能力，可用性是指系统可被使用的程度这与系统故障率和修复时间密切相关微型计算机系统的总线标准总线总线ISA PCIISA总线是IBM在1981年为IBM PCI总线是由英特尔公司在1992PC系列电脑设计的总线标准，是年推出的一种总线标准，其特点早期微型计算机中最常用的总线是高带宽、高速度、易于扩展，标准之一被广泛应用于各种微型计算机系统中总线USBUSB总线是通用串行总线标准，由英特尔、微软、康柏等公司联合开发，是一种应用广泛的总线标准，支持多种外设总线标准ISA定义特点ISA IndustryStandard Architecture总线是早期的个人计算ISA总线以其扩展性强，可连接多种外设，以及兼容性良好而著称机PC上使用的标准总线，为各种外设提供连接接口总线标准PCI高速数据传输可扩展性12PCI总线提供比ISA总线更高的PCI总线支持插槽扩展，允许数据传输速率，支持高速设备添加更多设备，并可以根据需，如显卡、网络卡和硬盘控制要进行升级器热插拔广泛应用34PCI总线允许在系统运行时添PCI总线已成为个人计算机中加或移除设备，无需关闭计算使用的主要总线标准之一，广机泛应用于各种设备总线标准USB通用串行总线热插拔即插即用USB是一种串行总线标准，用于连接各种USB设备可以在系统运行时连接和断开，USB设备通常不需要额外的驱动程序，操外设，例如键盘、鼠标、打印机、扫描仪、无需重新启动计算机作系统会自动识别并安装它们存储设备等微型计算机系统的发展趋势云计算和大数据1物联网应用2嵌入式系统3嵌入式系统嵌入式系统是一种专门为特定应用而设计的计算机系统，通常具有体积小、功耗低、成本低、可靠性高等特点嵌入式系统广泛应用于各种领域，例如智能手机、汽车、工业控制、医疗设备等物联网应用物联网IoT将物理世界与数字世界连接起来，通过传感器、设备和网络收集和交换数据它在各种领域都有广泛的应用，包括智能家居、智慧城市、工业自动化和医疗保健物联网应用的例子包括智能家居设备，如智能灯泡、智能恒温器和智能安全系统；智慧城市解决方案，如智能交通管理、环境监测和公共安全；工业自动化系统，如机器监控、预测性维护和供应链管理；医疗保健应用，如远程患者监测、可穿戴设备和医疗数据分析云计算和大数据云计算和大数据技术与微型计算机系统紧密相连，为现代信息系统提供了强大支撑云计算提供强大的计算资源和存储空间，而大数据技术则处理和分析海量数据，为用户提供更精准的服务和洞察微型计算机系统通过连接云计算平台，可以获取更强大的计算能力，实现数据共享和协作同时，大数据技术可以帮助微型计算机系统更有效地处理来自各种传感器、网络设备和移动终端的实时数据，从而提高效率和智能化水平。