《微机计算原理》课件

微机计算原理欢迎来到《微机计算原理》课程，我们将一起探索计算机世界的奥秘，从基础的硬件结构到软件编程，逐步了解计算机工作原理by微机系统概述微机系统是一种以微处理器为核心的计算机系统，具有体积小、重量轻、成本低、功能强等特点微机系统广泛应用于各个领域，如工业控制、科学研究、信息处理、办公自动化等微机系统的组成硬件软件微机系统的硬件部分包括中央处理器CPU、存储器Memory微机系统的软件部分包括系统软件System Software和应用软、输入/输出设备I/O Devices以及连接它们的总线Bus.件Application Software,用于控制硬件并执行用户指令.中央处理器CPU运算核心逻辑运算数据处理CPU是计算机的核心部件，负责执行CPU可以进行加减乘除、逻辑运算、CPU对数据进行加工和处理，并根据各种指令、运算数据和控制整个计算比较运算等各种运算，是计算机进行指令完成相应的操作，使计算机完成机系统信息处理的基石特定的任务的结构CPU运算器控制单元寄存器组负责执行算术和逻辑运算负责控制整个CPU的工作，包括指令的用于临时存储数据和指令，提高CPU的获取、译码、执行和结果的存储运行效率的工作过程CPU取指1CPU从内存中读取指令译码2CPU将指令翻译成机器可以理解的代码执行3CPU执行指令，进行相应的操作写回4CPU将结果写入内存或寄存器寄存器和标志位寄存器标志位CPU内部的高速存储单元，用于临时反映CPU状态和运算结果的特殊寄存存储数据和指令器，用于控制程序执行流程指令系统指令集指令格式12CPU能识别的指令集合指令的组成结构，包含操作码和操作数寻址方式3CPU访问操作数的方式，如立即寻址、寄存器寻址等指令执行过程取指1从内存中读取指令译码2将指令转换为CPU能理解的格式执行3根据指令的操作码执行相应的操作写回4将执行结果写入内存或寄存器存储器系统存储器是计算机系统中用于存放数据存储器是CPU直接访问的部件，它是的部件，包括指令、数据和中间运算计算机系统的核心组成部分之一结果存储器的速度和容量直接影响计算机系统的性能和效率存储器的分类主存储器辅助存储器12直接与CPU交换数据的存储器扩展主存储器的容量，用于长，速度最快，容量最小，价格期保存数据，速度慢，容量大最贵，价格便宜3高速缓存存储器Cache介于主存储器和CPU之间的高速存储器，用于存储频繁访问的数据，速度更快，容量更小，价格更贵随机存取存储器RAM主要特点工作原理应用场景可读写，速度快，断电后数据丢失通过地址访问，可随机访问任意单元用于存储当前正在运行的程序和数据只读存储器ROM非易失性数据固定用途广泛ROM存储器中存储的数据即使断电也不ROM存储器中的信息无法被修改，只允ROM用于存储系统启动程序、BIOS、固会丢失，信息可以永久保存许读取件等，是计算机系统必不可少的组成部分输入输出系统/输入设备输出设备键盘、鼠标、扫描仪等设备将外显示器、打印机、音箱等设备将部信息转换为计算机能够理解的计算机处理后的结果转换为人类信号可以感知的形式接口电路连接输入输出设备与微机系统的桥梁，负责数据格式转换和信号匹配输入设备键盘鼠标输入字符、控制命令移动光标、选择对象、点击操作扫描仪麦克风将图像或文字转换为数字信号将声音转换为数字信号输出设备显示器打印机将计算机处理后的数据转换为人眼可将计算机处理后的数据以纸质形式输识别的图像或文字，是用户获取信息出，用于保存和打印文档、图片等的主要途径音箱将计算机处理后的声音信号转换为可听的声音，用于播放音乐、视频等接口电路桥接控制数据传输接口电路桥接微机系统和外部设备之间接口电路接收来自CPU的控制信号，并接口电路完成CPU和外部设备之间的数的差异，实现数据格式转换、信号电平控制外部设备的运行，例如启动、停止据传输，包括数据格式转换、数据缓存匹配和控制方式协调、读写等和数据校验等中断机制中断请求当一个外设需要CPU的服务时，它会发送一个中断请求信号中断响应CPU接收到中断请求信号后，会暂停当前执行的程序，转而执行相应的处理程序中断处理中断处理程序会根据中断类型，对相应的事件进行处理中断返回中断处理完成后，CPU会返回到被中断的程序继续执行中断处理过程中断请求1当CPU遇到中断事件时，会发出中断请求中断处理2CPU暂停当前程序，转而执行中断处理程序中断返回3中断处理完成后，CPU返回到中断前的程序继续执行直接存储器存取DMA高效数据传输1无需CPU干预高速数据传输2提高系统效率DMA控制器3管理数据传输微机系统的总线结构数据总线地址总线12用于传输数据，包括指令、数用于指定数据传输的地址，决据和地址定了CPU访问内存和外设的范围控制总线3用于控制数据传输的时序和方向，协调各个部件之间的工作总线的分类地址总线数据总线控制总线用于传输地址信息，例如访问内存或外设用于传输数据信息，例如CPU和内存之间用于传输控制信号，例如时钟信号、读写的地址的数据传输信号、中断信号等总线接口电路缓冲器译码器驱动器总线接口电路中，缓冲器用于隔离信号源译码器用于将总线地址信号转换成芯片选驱动器增强总线信号，确保信号在长距离和接收器，提高信号传输能力择信号，确保数据传输到正确的芯片传输中保持完整性微机系统的软件系统软件应用软件系统软件是管理和控制计算机硬应用软件是指用户为了完成特定件资源的软件，为用户提供基本任务而开发的软件，如文字处理的操作环境、表格计算、图形处理等系统软件操作系统编程语言数据库管理系统网络软件操作系统管理计算机硬件和编程语言是用于编写计算机数据库管理系统用于管理和网络软件提供网络连接和通软件资源，为用户提供友好程序的符号系统，如C语言、维护数据，如MySQL、信服务，如浏览器、邮件客的界面Java等Oracle等户端等应用软件办公软件游戏软件文字处理、表格处理、演示文稿等娱乐、益智等游戏设计软件图形、图像、视频等设计软件微机系统的运行启动过程1系统加电后，引导程序加载到内存，启动操作系统系统时钟2为CPU提供同步信号，控制系统运行速度处理器工作模式3CPU可工作在多种模式，以应对不同任务启动过程加电自检1系统上电后，首先进行硬件自检，确保硬件正常工作加载引导程序2从ROM中加载引导程序，引导程序负责初始化系统，并加载操作系统加载操作系统3引导程序加载操作系统到内存，并启动操作系统启动应用程序4操作系统启动后，可以运行用户应用程序系统时钟定时器频率12微机系统内置定时器，产生周时钟频率决定了微机系统的运期性脉冲，用于控制各部件的行速度，频率越高，处理速度协调工作越快时钟周期3时钟周期是时钟脉冲的一个周期，用于计量指令执行时间处理器工作模式实模式保护模式长模式兼容早期PC机，16位寻址，内存限制为32位寻址，支持多任务，内存可达4GB64位寻址，支持更大的内存空间和更快的1MB指令执行速度总结理解微机系统掌握基础知识应用实践通过本课程的学习，您将深入理解微您将掌握CPU、存储器、输入输出系您将能够运用所学知识解决实际问题机系统的组成、工作原理和运行机制统等关键部件的知识，并理解它们之，例如组装和调试微机系统，编写简间的相互关系单的程序等。