卢伟《计算机原理》themicrocomputerprinciple-ch课件

计算机原理计计软算机原理是研究算机系统硬件和件的基本原理和工作机制的学科计组内它涵盖了算机系统的各个成部分，包括中央处理器CPU、存、输入储输出设备、存器等计算机系统的基本组成硬件软件计质础连线计执算机系统的物基，包括各种电子元件、机械部件和接算机系统的灵魂，是指控制硬件运行、行用户指令的程序和数路据负责数储传负责数执主要据的处理、存和输等功能主要控制硬件、管理据和行用户任务计算机系统的硬件组成主板中央处理器内存存储器CPU RAM连计组计脑负责执临时储数储数计接算机所有硬件件，提算机的大，行程序存据和程序，供CPU持久存据和程序，供算数传径数访问供据输路和处理据机启动和运行计算机存储器的分类和作用主存储器辅助存储器高速缓存称为内称为储也存或RAM，速度快，容量小，用也外存，速度慢，容量大，用于长期位于主存器和CPU之间，速度更快，容当执数数储访问数于存放前正在行的程序和据保存据和程序量更小，用于存CPU经常的据，访问提高速度计算机中的主存储器随机存取存储器只读存储器

11.RAM

22.ROM储储数RAM是主存器中最常用的类型，可ROM用于存固定的程序和据，只访问数读写数以随机任何位置的据，速度快，能取不能入，据不会丢失数但据易失缓存

33.Cache缓储储储数存是位于CPU和主存器之间的存器，速度更快，用于存常用的据，提高系统效率计算机中的辅助存储器非易失性存储器容量大辅储称较储辅储助存器，又外存，指用于相于主存器，助存器具数储储长期保存据的存器有更大的容量，可以存大量的数程序和据成本低种类多样辅储远储辅储盘助存器的成本低于主存常见的助存器包括硬、光储数盘带应器，因此适合用于存大量据、磁等，适用于不同的用场景计算机中的输入输出设备/输入设备输出设备将转换为计识将计结输入设备外部信息算机可输出设备算机处理的果以人类可别数计现来的据，方便算机处理理解的形式展出键盘显••示器标•鼠•打印机扫•描仪•音箱•麦克风•投影仪输入/输出接口负责连计负责数传传输入/输出接口接算机和外部设备，据输和控制信号的递•串口•并口•USB接口络•网接口集成电路的发展现计术础将集成电路（IC）是代算机技的基，它多个电子元件集导计成在一个半体芯片上，大幅度提升了算机的性能和可靠性历阶来集成电路的发展经了多个段，从早期的晶体管集成到后的规规断大模集成电路，再到超大模集成电路，不突破集成密度和杂功能复度进计集成电路的发展促了算机的miniaturization,降低了成本计，并推动了算机性能的飞跃式提升如今，集成电路已经广泛应用于各种电子设备，从手机到汽车，从工业控制到航空航天，深刻改变了人类的生活方式微处理器的概念和历史概念计执计脑负责组微处理器是算机的核心，是一个可以行指令的集成电路它是算机系统的“大”，控制所有其他件早期这标计术计为第一个微处理器是英特尔公司在1971年推出的4004志着算机技的重大突破，使算机小型化和普及成可能发展术过断断为现计微处理器技在去几十年中不发展，性能和功能不提升，代算机提供了强大的处理能力应用应计为现微处理器广泛用于各种设备中，包括算机、手机、汽车、工业设备等，成代社会不可或缺的一部分微处理器的基本功能和性能指标基本功能性能指标计负责执数时频执数频微处理器是算机的核心部件，行指令和控制据流钟率，衡量微处理器每秒行指令的次率越高，速度内读释执将结写内越快它从存中取指令，解并行，并果入存或输出设数数备字长，表示微处理器一次处理据的位字长越大，处理能力越强微处理器的内部结构关键组现杂这组微处理器包含多个件，共同实复的指令处理功能些件包括单组内线运算器ALU、控制元CU、寄存器和部总执术逻辑负责执过组临时ALU行算和运算，CU控制指令的行程，寄存器用于储数内线则组传数存据和指令，部总用于在各件之间输据和指令微处理器的指令系统指令集指令格式指令类型指令周期数传术执指令集是微处理器能够理解和每条指令都有特定的格式，包指令类型包括据送、算指令周期是行一条指令所需执组码数别逻辑转时行的一指令它定义了微括操作和操作，分指示运算、运算、控制移等要的全部间，包括取指令、执对译码执写骤处理器所能行的操作和操作操作类型和操作象，用于完成各种操作、行和回等步数类型微处理器的工作原理指令执行指令获取执应数数传根据指令的功能，行相的操作，例如据运算、据输、程序控内读将储从存中取指令，并其存在指令寄存器中制等123指令译码将为码数对指令分解操作和操作，确定指令的功能和操作象计算机系统的总线结构数据总线传数数输据，包括指令、据和地址等信息地址总线储数传标用于指定存器或外设的地址，决定据输的目控制总线传数传时输控制信号，控制据输的方向、间和方式总线的基本概念和分类定义分类

11.

22.线连计线为线数总是接算机系统各个部总可分地址总、据总传数线线件的公共通路，用于输据和控制总、地址和控制信号功能特性

33.

44.线传数线宽地址总用于送据地址，总的度、速度和类型影响数线传数计扩据总用于送据，控制着算机系统的性能和展能线传总用于送控制信号力微处理器与总线的接口线计关组负责连组内线微处理器与总的接口是算机系统中至重要的成部分它接微处理器与系统中的其他件，例如存、外设和总控制逻辑地址总线1传内输存地址信息数据总线2传数输据信息控制总线3传输控制信号过线读写内数线则传数线协调数传微处理器通地址总发出存或外设的地址信号，据总用于输据，控制总用于据输和控制操作计算机系统的中断机制中断机制的优势硬件中断和软件中断中断处理流程断计断软断断断请断应断中机制可以提高算机系统效率，使硬件中是由硬件设备发起的，件中中处理包括中求、中响、中时断CPU能够同处理多个任务是由程序发起的处理和中返回中断的概念和分类中断的概念中断的分类中断类型断许断将断为断断内断时中是一种特殊的硬件机制，允外部设根据中源的不同，可以中分硬件硬件中包括外部中，部中，钟时断执断软断断断软断调备或事件在需要打CPU的正常行流中和件中中和I/O中等，件中包括系统用时紧断程，以便及处理急事件和异常中中断处理的过程中断请求1当软时断请硬件或件事件发生，会向处理器发送中求中断响应2断请暂当执状态处理器收到中求后，会停前正在行的程序，并保存程序中断处理3断应执断处理器会根据中向量表找到相的处理程序，并行中处理程序返回4断状态继续执断中处理完成后，处理器会恢复程序，并行被打的程序微处理器的时序控制时钟信号时序控制电路节时时负责产微处理器的工作奏由钟信号控制序控制电路生各种控制信号，时协钟信号是一个周期性的脉冲信号，控控制微处理器的各个部件的同工作执数传制着指令的行和据的送数控制信号包括地址信号、据信号、时频执读写钟率越高，微处理器的行速度越信号、控制信号等快计算机系统的控制单元指令译码指令执行单读将转换单协调控制元取指令，并其控制元根据指令，各个部为计执内访问数算机可以理解的信号件行操作，例如存、据运算等数据流控制系统状态管理单数单负责状态控制元控制据在各个部件之控制元管理系统，包数计数状态间的流动，确保据流的正确性括程序器、寄存器等时和序微处理器的外围接口接口类型通信协议12协议常见接口类型包括串行接口、接口需要遵循特定的通信线现数传并行接口和总接口以实据输和控制功能功能扩展数据交互34围扩过围外接口展了微处理器的功通外接口，微处理器可以进进数传能，使其能够与各种外设行与外部设备行据输、控交互制和管理输入输出的基本概念/输入获键盘标从外部世界取信息，例如、鼠等设备输出将计结传显算机处理果送到外部，例如示器、打印机等设备数据传输计数传输入/输出设备与算机之间的据输输入输出的方式和技术/程序控制的输入输出中断驱动的输入输出1/2/过传断CPU通指令直接控制I/O设备的输I/O设备完成操作后，向CPU发出中较断请速度慢，效率低下，适合小型系统信号，CPU处理中求，提高效率直接存储器访问通道技术3DMA4内进数传专负责I/O设备直接与存行据输，通道是门的硬件，控制I/O设备数传内数传CPU不参与据输，效率最高与存的据输，解放CPU程序控制的输入输出/发起CPU1数传CPU控制据输设备就绪I/O2等待CPU命令数据传输3数传CPU控制据输负责数传绪进数换程序控制I/O由CPU控制据输，需要等待I/O设备就后才能行据交中断驱动的输入输出/中断请求当时断请I/O设备完成操作，会向CPU发送中求信号中断处理暂当执转断CPU停前正在行的程序，而去处理中服务程序中断服务程序断请数传中服务程序处理I/O设备的求，完成据输等操作返回主程序断执毕断继续执中服务程序行完后，CPU返回到被中的程序行直接存储器访问DMA高效数据传输卸载CPU许访问内数传DMA允外设直接主存，DMA减少了CPU处理据输预这无需CPU干种方法提高的任务，提升了系统性能CPU数传释专杂了据输效率，放了CPU可以注于更复的操作，例如进执计行其他任务程序行和算应用场景数传场关盘数读图图DMA在高据输量景中至重要，例如硬据取、形像处络数传理和网据输嵌入式系统的概念和特点嵌入式系统定义特点将计术应专嵌入式系统是算机技用于特定嵌入式系统通常具有以下特点用性领专监积时域的用系统，通常指用于控制、强、体小、功耗低、可靠性高、实测计或管理设备或机器的算机系统嵌性强、成本低廉，并且通常运行特定的计为时入式系统通常被设具有特定功能，操作系统或实操作系统RTOS并集成到更大的系统中嵌入式系统的硬件组成微处理器存储器接口电路电源系统专连嵌入式系统通常使用用微处嵌入式系统使用多种类型的存接口电路接微处理器和其他电源系统提供嵌入式系统所需储闪围传执稳理器，例如ARM或MIPS架构器，包括存、SRAM和外设备，例如感器、行的电力，并确保电源定处理器DRAM器和通信模块嵌入式系统的软件结构操作系统应用程序驱动程序中间件负责应执驱连软软层简应嵌入式操作系统管理系用程序是嵌入式系统行动程序是接硬件和件中间件提供件，化资内储负责开为应统源，如存、存器和的特定任务，例如控制电机的桥梁，控制和管理硬用程序发，并用程序传数传数外设常见嵌入式操作系统、采集感器据或处理用件设备，例如感器、电机提供统一的接口，例如据显库络协议栈包括VxWorks、uClinux和户输入和示器管理系统和网FreeRTOS总结和展望计现术础算机原理是代信息技的基计对们计术开应软维深入理解算机原理于我掌握算机技、发用件、护和管理计关算机系统至重要。