《微机原理课件ch》课件

微机原理课件概述本课件旨在帮助你深入理解计算机的基本原理，包括硬件和软件体系结构、指令系统、存储器管理、输入输出等关键概念计算机硬件系统构成核心部件输入输出设备其他组件中央处理器CPU、内存、主板、硬键盘、鼠标、显示器、打印机、网络电源、散热器、机箱、连接线缆盘接口计算机基本操作原理指令执行CPU按照程序指令逐条执行操作，包括数据读取、数据处理和结果写入等数据传输数据在CPU、内存和I/O设备之间传输，通过总线进行数据交换地址寻址CPU通过地址寻址方式访问内存，找到所需的数据和指令中断机制中断机制用于处理突发事件，提高系统效率数据表示和运算二进制表示逻辑运算算术运算计算机使用二进制数表示数据，使用0计算机通过逻辑运算处理数据，例如计算机执行算术运算，例如加法、减和1来表示所有信息AND、OR和NOT运算法、乘法和除法运算器组成和功能算术逻辑单元通用寄存器组程序计数器状态寄存器ALU PCPSW执行算术运算和逻辑运算，临时存储数据和运算结果，记录下一条指令的地址，控存储运算结果的标志位，指如加减乘除、比较、移位等方便CPU快速访问制指令执行顺序示运算结果的性质，如正负、进位、溢出等存储器的种类和特点主存储器辅助存储器也被称为内存或RAM，用于用于长期保存数据，如硬盘存储CPU正在执行的程序和、光盘、U盘等，速度较慢数据但容量较大高速缓存位于CPU与主存储器之间，用于存储CPU频繁访问的数据，速度快但容量小存储器的工作原理寻址1存储器通过地址访问数据读写2读操作获取数据，写操作写入数据刷新3动态RAM需要周期性刷新存储器的访问方式随机存取顺序存取每个存储单元都有一个唯一数据按顺序存取，只能访问的地址，可以通过地址直接当前位置的下一个存储单元访问任何存储单元直接存取数据存取需要通过一个地址表，通过地址表查找地址才能访问存储单元输入输出系统概述计算机的输入输出系统是连接计算机与外部世界的桥梁，负责接收来自外部世界的各种信息并将其传递给计算机进行处理，并将处理结果输出到外部世界数据传输设备控制输入输出系统负责将数据从外部输入输出系统负责控制外部设备设备传输到计算机内部，或将数的操作，例如控制打印机的打印据从计算机内部传输到外部设备操作，或控制扫描仪的扫描操作输入输出设备简介键盘鼠标键盘是输入设备中最常用的，可鼠标是主要的定位设备，用于控以将字符、数字、符号等信息输制光标移动和选择对象入计算机显示器打印机显示器是主要输出设备，用于显打印机是将计算机数据打印到纸示计算机处理的结果张上的输出设备中断处理机制硬件中断1由硬件设备发出，例如键盘按下、硬盘访问完成等软件中断2由程序指令触发，例如除零错误、溢出错误等中断向量表3存储着各中断服务程序的入口地址，用于快速定位中断处理程序中断的类型和优先级可屏蔽中断不可屏蔽中断可以通过软件或硬件方式屏无法被屏蔽，通常用于紧急蔽如键盘中断，可以被屏情况，如电源故障或硬件错蔽误中断优先级用于解决多个中断同时发生时的处理顺序，优先级高的中断优先被处理中断响应流程中断向量表1查找对应中断类型的中断处理程序地址中断服务程序2执行中断处理程序中断屏蔽3暂时禁用中断，防止其他中断干扰中断识别4确定中断来源中断请求5外设向CPU发送中断信号总线概述及分类定义分类总线是连接计算机系统各个部件的“信息传输通道”，用来•数据总线传输数据传送数据、地址、控制信号•地址总线传输地址信息•控制总线传输控制信号总线的基本功能数据传输地址传递12总线是计算机系统中各部总线用于传递访问存储器件之间进行数据传输的公或外设的地址信息，CPU共通道，负责在CPU、内通过地址总线选择要访问存、外设等部件之间传递的存储单元或外设数据控制信号传递3总线传递控制信号用于协调各个部件的工作，例如读写操作、数据传输方向、中断请求等总线仲裁机制集中式仲裁1仲裁器集中处理分布式仲裁2各设备平等竞争链式仲裁3按优先级分配计数器定时仲裁4轮流使用总线常见总线标准PCI ExpressUSB SATA高速串行总线，用于连接高速设备，通用串行总线，用于连接各种外设，串行ATA，用于连接硬盘、光驱等存如显卡、存储控制器等如键盘、鼠标、打印机等储设备组成和功能CPU算术逻辑运算单元控制单元寄存器组ALU CU执行算术和逻辑运算，如加减乘除、控制CPU的工作流程，负责解释指令临时存储数据和指令，提高CPU的运比较、逻辑运算等、协调各部件工作算速度工作流程CPU取指1从内存中获取指令译码2将指令转换为CPU可执行的指令格式执行3执行指令并更新程序计数器写回4将执行结果写入内存或寄存器指令系统和寻址方式指令格式寻址方式12指令格式包含操作码和操寻址方式决定指令如何获作数，用于指示CPU执行取操作数，例如立即寻址的操作和操作的对象、寄存器寻址、直接寻址等指令类型3指令类型包括数据传送、算术运算、逻辑运算、控制转移等，用于实现各种功能指令流水线技术指令分解将一条指令分解成多个子步骤流水线执行不同的子步骤在不同的执行单元同时进行提高效率通过并行处理，提高指令执行速度存储器层次结构速度容量速度越快，成本越高容量越大，成本越低成本成本决定了存储器的使用场景和范围的作用和工作原理Cache缓存可以显著提高系统性能缓存利用了程序访问数据的局部性原理缓存通常分为多个层级，根据访问速度和容量不同虚拟存储器技术地址空间扩展多道程序设计程序共享虚拟存储器允许程序使用比物理内存通过虚拟存储器技术，可以将多个程同一程序或库文件可以被多个用户共更大的地址空间，从而克服了物理内序的部分装入内存，提高内存利用率享，节省内存空间，提高系统效率存容量的限制，并支持多道程序设计系统设计策略I/O提高数据传输速率确保数据同步和一致性增强I/O系统安全性技术工作原理DMA设备请求1外设需要进行数据传输时，会向DMA控制器发出请求地址和数据传输控制2DMA控制器获取外设的地址和数据传输控制信息数据传输3DMA控制器直接控制内存和外设之间的數據传输，无需CPU干预传输完成通知4数据传输完成后，DMA控制器会向CPU发送中断信号总线协议案例分析PCI ExpressUSB高带宽，高速数据传输，支持多种设备，广泛应用于现代通用串行总线，灵活易用，可连接多种外设，支持热插拔计算机系统，广泛应用于个人电脑和移动设备微机原理课件总结回顾回顾课程重点，巩固知识体系计算机系统概述和存储器CPU12硬件和软件的交互信息处理和存储的核心输入输出系统3数据交换的桥梁思考问题及延伸探讨本课程的学习，不仅是为了掌握微机原理的理论知识，更重要的是要将其应用于实际问题中，并不断探索新技术的发展趋势在学习过程中，可以思考以下问题

1.如何将微机原理知识应用到具体的项目开发中？

2.未来计算机技术发展趋势如何？

3.如何更好地理解和掌握计算机系统的复杂性？除了以上问题，还可以进行以下方面的延伸探讨

1.嵌入式系统与微机原理的关系

2.云计算与微机原理的关系

3.人工智能与微机原理的关系通过不断思考和探索，才能真正理解微机原理的本质，并将其应用于实际生活中核心知识点总结计算机硬件系统组成数据表示和运算12包括CPU、内存、输入输了解二进制、十进制、十出设备等六进制等进制之间的转换存储器的工作原理中断处理机制34掌握存储器的寻址方式、理解中断的类型、优先级读写操作和访问速度和响应流程。