目錄

一.微型計算機

?二.微型計算機系統(tǒng)

1.微型計算機硬件系統(tǒng)?

馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)

總線

(1)微處理器(CPU)

運算器

控制器

內(nèi)部寄存器?

(2)存儲器?

1.基本概念

2.內(nèi)存的操作

3.內(nèi)存的分類

(3)I/O接口與輸入/輸出設(shè)備?

2.微型計算機軟件系統(tǒng)

(1)系統(tǒng)軟件

操作系統(tǒng)

系統(tǒng)應(yīng)用程序

(2)用戶(應(yīng)用)軟件

三.微型計算機的工作過程

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一.微型計算機

自 1946 年世界上第一臺電子計算機ENIAC 問世以來,計算機技術(shù)得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，在短短的幾十年里，計算機的發(fā)展已經(jīng)歷了四代: 電子管計算機、晶體管計算機、集成電路計算機、大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路計算機。目前，各國正加緊研制和開發(fā)第五代“非馮·諾依曼”計算機和第六代“神經(jīng)”計算機。

我們要研究的微型計算機屬于第四代計算機.

微型計算機(Microcomputer)是由微處理器(CPU)、存儲器和 I/0接口電路組成的計算機

其中微處理器(Microprocessor)是微型計算機的核心，它是將計算機中的運算器和控制成在一塊硅片上制成的集成電路芯片。這樣的芯片也被稱為中央處理單元(Central Proce
Unit)，簡稱CPU。

30多年來，微處理器和微型計算機獲得了極快的發(fā)展，幾乎每兩年微處理器的集成度就要翻一番，每2~4年更新?lián)Q代一次，現(xiàn)已進(jìn)入第五代。

1. 第一代(1971-1973):4位或低檔8位微處理器
2. 第二代(1974一1977):中高檔8位微處理器
3. 第三代(1978-1984):16位微處理器?
4. 第四代(1985-2004):32位微處理器?
5. 第五代(2005年以后):64位高檔微處理器

?二.微型計算機系統(tǒng)

微型計算機系統(tǒng)(Microcomputer System)是指以微型計算機為中心，配以相應(yīng)的外圍設(shè)備、電源和輔助電路(統(tǒng)稱硬件)以及指揮計算機工作的系統(tǒng)軟件所構(gòu)成的系統(tǒng)。與一般的計算機系統(tǒng)一樣，微型計算機系統(tǒng)也是由硬件和軟件兩部分組成的.

1.微型計算機硬件系統(tǒng)?

馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)

到目前為止，計算機仍沿用 1940年由馮·諾依曼首先提出的體系結(jié)構(gòu)。其基本設(shè)計思想為:

①以二進(jìn)制形式表示指令和數(shù)據(jù)

②程序和數(shù)據(jù)事先存放在存儲器中，計算機在工作時能夠高速地從存儲器中取出指令加以執(zhí)行。

③由運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備等五大部件組成計算機硬件系統(tǒng)。

微機體系結(jié)構(gòu)的特點之一是采用總線結(jié)構(gòu)，通過總線將微處理器(CPU)、存儲器(RAM和ROM)、I/O接口電路等連接起來，而輸入/輸出設(shè)備則通過I/O接口實現(xiàn)與微機的信息交換.,如下圖所示:

總線

所謂總線，是指計算機中各功能部件間傳送信息的公共通道，是微型計算機的重要組成部分。它們可以是帶狀的扁平電纜線，也可以是印刷電路板上的一層極薄的金屬連線.所有的信息都通過總線傳送。根據(jù)所傳送信息的內(nèi)容與作用不同，總線可分為以下三類:

• 地址總線AB(Address Bus): 在對存儲器或IO端口進(jìn)行訪問時，傳送由 CPU提供的要訪問存儲單元或I/O 端口的地址信息，以便選中要訪問的存儲單元或 IO 端口。AB是單向總線。
• 數(shù)據(jù)總線 DB(Data Bus): 從存儲器取指或讀寫操作數(shù)，對IO端口進(jìn)行讀寫操作時，指令碼或數(shù)據(jù)信息通過數(shù)據(jù)總線送往 CPU或由 CPU送出。DB 是雙向總線
• 控制總線CB(Control Bus): 各種控制或狀態(tài)信息通過控制總線CPU送往有關(guān)部件，或者從有關(guān)部件送往 CPU。CB 中每根線的傳送方向是一定的，上圖中CB作為一個整體，用雙向表示。

采用總線結(jié)構(gòu)時，系統(tǒng)中各部件均掛在總線上，可使微機系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單，易于維護(hù)，并具有更好的可擴(kuò)展性。一個部件(插件)只要符合總線標(biāo)準(zhǔn)就可以直接插入系統(tǒng)，為用戶對系統(tǒng)功能的擴(kuò)充或升級提供了很大的靈活性。

(1)微處理器(CPU)

微處理器結(jié)構(gòu):

運算器

運算器又稱算術(shù)邏輯單元(ALU，Arithmetic Logic Unit)，用來進(jìn)行算術(shù)或邏輯運算以及移位循環(huán)等操作。參加運算的兩個操作數(shù)一個來自累加器A(Accumulator)，另一個來自內(nèi)部數(shù)據(jù)總線，可以是數(shù)據(jù)緩沖寄存器 DR(Data Register)中的內(nèi)容，也可以是寄存器陣列RA(RegisterArray)中某個寄存器的內(nèi)容。

控制器

控制器又稱控制單元(CU，Control Unit)，是全機的指揮控制中心。它負(fù)責(zé)把指令逐條從存儲器中取出，經(jīng)譯碼分析后向全機發(fā)出取數(shù)、執(zhí)行、存數(shù)等控制命令，以保證正確完成程序所要求的功能?？刂破髦邪ㄒ韵聨撞糠?

• 指令寄存器IR(Instruction Register): 用來存放從存儲器取出的將要執(zhí)行的指令碼當(dāng)執(zhí)行一條指令時，先把它從內(nèi)存取到數(shù)據(jù)緩沖寄存器 DR 中，然后再傳送到指令寄存器R中。
• 指令譯碼器 ID(Instruction Decoder): 用來對指令存器IR 中的指令操作碼字段(指控制信令中用來說明指令功能的字段)進(jìn)行譯碼，以確定該指令應(yīng)執(zhí)行什么操作。
• 可編程邏輯陣列 PLA(Programmable Logic Array): 用來產(chǎn)生取指令和執(zhí)行指令所需要的各種微操作控制信號，并經(jīng)過控制總線 CB 送往有關(guān)部件，從而使計算機完成相應(yīng)的操作

內(nèi)部寄存器?

• 程序計數(shù)器 PC(Program Counter)

程序計數(shù)器有時也被稱為指令指針(P，Instruction Pointer)，它被用來存放下一條要執(zhí)行指令所在存儲單元的地址。在程序開始執(zhí)行前，必須將它的起始地址，即程序的第一條指令所在的存儲單元地址送入 PC。當(dāng)讀取指令時，CPU將自動修改 PC 內(nèi)容，以便使其保持的總是將要執(zhí)行的下一條指令的地址。由于大多數(shù)指令是按順序執(zhí)行的，因此修改的辦在計算機內(nèi)部法通常只是簡單地對PC加1。但遇到跳轉(zhuǎn)等改變程序執(zhí)行順序的指令時，后繼指令的地址便于對存儲器進(jìn)行進(jìn)制信息，每個有(即PC的內(nèi)容)將從指令寄存器中的地址字段得到。

• 地址寄存器AR(Address Register)
• 數(shù)據(jù)緩沖寄存器DR(Data Register)
• 累加器A(Accumulator)
• 標(biāo)志寄存器FLAGS(Flag Register)
• 寄存器陣列RA(Register Array)

(2)存儲器?

這里介紹的存儲器是指內(nèi)存儲器(又稱為主存或內(nèi)存)。它是微型計算機的存儲和記憶裝置，用來存放指令、原始數(shù)據(jù)、中間結(jié)果和最終結(jié)果。

1.基本概念

(1)位(Bit):二進(jìn)制信息的最小單位(0 或1)。

(2) 字節(jié)(Byte):由 8 位二進(jìn)制數(shù)組成，可以存放在一個存儲單元中。字節(jié)是字的基本組成單位。

(3)字(Word):?計算機中作為一個整體來處理和運算的一組二進(jìn)制數(shù)，是字節(jié)的整數(shù).通常它與計算機內(nèi)部的寄存器、算術(shù)邏輯單元、數(shù)據(jù)總線寬度相一致。每個字包括的位數(shù)稱為計算機的字長，是計算機的重要性能指標(biāo)。

(4)內(nèi)存容量: 內(nèi)存中存儲單元的總數(shù)。通常以字節(jié)為單位，1024字節(jié)記作 1KB,2的20次方字節(jié)記作1MB。

(5)內(nèi)存單元地址:為了能識別不同的單元，每個單元都賦予一個編號，這個編號稱為內(nèi)存單元地址。顯然，各內(nèi)存單元的地址與該地址對應(yīng)的單元中存放的內(nèi)容是兩個完全不同的概念，不可混淆。

2.內(nèi)存的操作

CPU對內(nèi)存的操作有兩種:讀或?qū)憽?/strong>讀操作是 CPU將內(nèi)存單元的內(nèi)容讀入 CPU 內(nèi)部而寫操作是 CPU將其內(nèi)部信息送到內(nèi)存單元保存起來。顯然，寫操作的結(jié)果改變了被寫內(nèi)存單元的內(nèi)容，是破壞性的，而讀操作是非破壞性的，即該內(nèi)存單元的內(nèi)容在信息被讀出之后仍保持原信息不變。

3.內(nèi)存的分類

按工作方式，內(nèi)存可分為兩大類:隨機讀寫存儲器RAM(RandomAccessMemory)和只讀存儲器ROM(Read Only Memory)。

隨機讀寫存儲器可被CPU隨機地讀寫，它用于存放將要被CPU執(zhí)行的用戶程序、數(shù)據(jù)以及部分系統(tǒng)程序。斷電后，其中存放的所有信息將丟失。
只讀存儲器中的信息只能被 CPU讀取，而不能由CPU 任意地寫入。斷電后，其中的信息不會丟失。只讀存儲器用于存放永久性的程序和數(shù)據(jù)，如系統(tǒng)引導(dǎo)程序、監(jiān)控程序、操作系統(tǒng)中的基本輸入/輸出管理程序(BIOS)等。

(3)I/O接口與輸入/輸出設(shè)備?

I/O接口是微型計算機與輸入/輸出設(shè)備之間信息交換的橋梁。

I/O 接口也稱為 O 適配器，不同的外設(shè)必須通過不同的IO接口才能與微機相連。所以，I/O接口是微型計算機應(yīng)用系統(tǒng)不可缺少的重要組成部件。任何一個微機應(yīng)用系統(tǒng)的研制和開發(fā)，實際上都是 I/O 接口的研制和開發(fā)。

2.微型計算機軟件系統(tǒng)

所謂軟件，就是為了管理、維護(hù)計算機以及為完成用戶的某種特定任務(wù)而編寫的各種程序的總和。計算機的工作就是運行程序，通過逐條地從存儲器中取出程序中的指令并執(zhí)行指令規(guī)定的操作而實現(xiàn)某種特定的功能，因此，軟件是微型計算機系統(tǒng)不可缺少的組成部分。微型計算機的軟件包括系統(tǒng)軟件和用戶(應(yīng)用)軟件。

(1)系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)軟件是指不需要用戶干預(yù)的，為其他程序的開發(fā)、調(diào)試以及運行等建立一個良好環(huán)境的程序，主要包括操作系統(tǒng) OS(Operating System)和系統(tǒng)應(yīng)用程序。

操作系統(tǒng)

操作系統(tǒng)是一套復(fù)雜的系統(tǒng)程序，用于提供人機接口和管理、調(diào)度計算機的所有硬件及軟件等?？捎脕砭帉懹脩襞c軟件資源。其中最為重要的核心部分是常駐監(jiān)控程序，計算機啟動后，常駐監(jiān)控程序始終存放在內(nèi)存中，它接收用戶命令，并執(zhí)行相應(yīng)的操作:操作系統(tǒng)還包括用于執(zhí)行 /O 操作的 I/O 驅(qū)動程序，每當(dāng)用戶程序或其他系統(tǒng)程序需要使用 I/O 設(shè)備時，通常并不是該程序執(zhí)行IO 操作，而是由操作系統(tǒng)利用 O 驅(qū)動程序來執(zhí)行任務(wù):此外，操作系統(tǒng)還包括用于管理存放在外存中大量數(shù)據(jù)的文件管理程序，文件管理程序和 I/O 驅(qū)動程序配合使用，用于文件的存取、復(fù)制和其他處理。

系統(tǒng)應(yīng)用程序

系統(tǒng)應(yīng)用程序很多，如用來編寫用戶應(yīng)用軟件的程序設(shè)計語言、使用戶程序執(zhí)行的編譯程序和解釋程序以及文字處理等服務(wù)性工具程序。

• 程序設(shè)計語言
• 編譯和解釋程序
• 服務(wù)性工具程序

(2)用戶(應(yīng)用)軟件

用戶(應(yīng)用)軟件是和系統(tǒng)軟件相對應(yīng)的，是用戶為解決各種實際問題，利用計算機以及它所提供的各種系統(tǒng)軟件，編制解決各種實際問題的程序，如數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、辦公化軟件等?？捎脕砭帉懹脩糗浖恼Z言有機器語言、匯編語言和高級語言等。

三.微型計算機的工作過程

在對微型計算機的基本組成有了基本了解之后，我們通過在一簡化的模型機(8 位機)上運行一個簡單的程序來說明微型計算機的工作過程。

微型計算機的工作過程