第2章微型计算机硬件系统资料
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指令执行过程示例：
起始地址 地址 自动加1 ⑨ 指令寄 存器 程序计数器PC 0100H 操作码 地址码 07H 0270H ① …… 内容 …… 程 序 区
0100H 070270H ② ⑤ …… …… 0270H 数据
0101H
③
控制器 译码器 ④ 操作控制线路 ⑦ 累加器 算术、逻辑运算 ⑧
运算器
控制器
数据流
控制流
5
1. 运算器 功能：进行算术运算和逻辑运算 算术运算：加、减、乘、除等 逻辑运算：与、或、非、比较大小等 复杂运算都要转换为以上基本运算后一步一步地实现 包括：ALU（算术逻辑单元，Arithmetic and Logic Unit）；寄存器。
数据来自内存，运算结果又送回内存
第2章 微型计算机硬件系统
2.1 计算机系统概述
2.2 计算机基本工作原理
2.3 微型计算机硬件组成
1
2.1 计算机系统概述
计算机系统分为：硬件+软件
硬件
软件
系统软件 应用软件
2
2.1.1 计算机系统构成
CPU 主机
内存 运算器 寄存器 控制器
硬件
计 算 机 系 统 外部设备
随机存储器(RAM) 只读存储器(ROM) 高速缓冲存储器(Cache)
Processing Unit）
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2.3.1 微型计算机的主要性能指标
CPU指标：CPU字长、时钟频率。
运算速度：通常指每秒钟所能执行的指令条数。
内存容量：内存储器存储数据的能力。
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目前流行的微机基本组成:主机；外设(显示器；键盘)
主机：台式机的主机安装在主机箱内，主机箱包括：
主板（又称：主机板；母板）
3
2.1.2 计算机系统的层次关系
人
用户 应用程序 应用程序 语言处理系统 操作系统 硬件系统
操作系统
裸机
4
2.1.3 冯•诺依曼计算机的基本组成
冯.诺依曼结构的主要特点： 计算源自文库由5个基本部分组成 运算器 控制器
输 入 设 备 存储器 外存储器 输 出 设 备
内存储器 处理器
存储器
输入、输出设备 程序与数据一样存放在存 储器中,需要按地址访问。 程序和数据都以二进制表 示。
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4.指令的种类 数据传送指令 数据处理指令 程序控制指令 输入输出指令 其它指令 内存 CPU
算术运算、逻辑运算 控制指令的执行顺序
主机
I/O设备
对计算机的硬件进行管理等
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2.2.2 程序的执行过程
1. 指令的执行过程
分以下4个步骤： （1） 取指令：按照程序计数器中的地址，从内存储器中取出指 令，并送往指令寄存器。 （2）分析指令：对指令寄存器中存放的指令进行分析，由译码器 对操作码进行译码，将指令的操作码转换成相应的控制电位 信号；由地址码确定操作数地址。 （3）执行指令：由操作控制线路发出完成该操作所需要的一系列 控制信息，去完成该指令所要求的操作。 （4）一条指令执行完成，程序计数器加1 或将转移地址码送入程 序计数器，然后回到（1）。
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3. 存储器
功能：存放程序和数据 组成：由一些记忆单元组成，每个记忆单元由8位二进制位组成 存储器读操作：从存储器中取出信息 存储器写操作：把信息保存到存储器中 类型： （1）内存储器(内存、主存)：通常是半导体存储器 信息交流中心，与各个部件打交道 造价相对较高，容量受限制 不能长期保存数据（RAM） 内存的存取速度直接影响计算机的速度 （2）外存储器（辅存）：磁盘、磁带、光盘等 主要用来长期保存暂时不用的程序和数据,容量较大 通常只和内存打交道，存取速度相对内存慢
系统软件
软件
应用软件
输入设备：键盘、鼠标、扫描仪 输出设备：显示器、打印机 外 存：软、硬盘、光盘、闪存 网络设备：网卡、调制解调器等 操作系统：Windows、Unix、Linux 语言处理程序：C、Pascal、VB等 实用程序：诊断程序、排错程序等 通用：办公软件包、数据库管理系统 专用：各企业管理信息系统
数据
10000000
9
4. 输入设备 功能：接受用户输入的原始数据和程序，并将它们转变为 计算机可以识别的形式（二进制代码），存放到内存中。 常用输入设备：键盘、鼠标、扫描仪、写字板、麦克风等。
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5. 输出设备 功能：将内存中由计算机处理的结果转变为人们所能接受的 方式。 常用输出设备：显示器、打印机、绘图仪、音响等。
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2.2 计算机基本工作原理
计算机通过执行程序来完成各种复杂的计算或处理。 程序由一系列指令组成，由编程人员编写。 指令是计算机能够识别并执行的用于完成一定功能的 命令。
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2.2.1 指令和指令系统
1.指令 能被计算机识别并执行的的二进制代码，每条指令完成 某种操作。 2.指令的组成 操作数 操作码 操作码 要完成的操作类型或性质，如取数、加法、减法等 操作码的位数决定了指令的条数 操作数 操作的内容或所在的地址 操作数多数情况下是数据所在的地址，称为地址码。 3.指令系统： 一台计算机的所能识别的指令的集合。
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内存储器的访问过程
例：向[0001]单元写数据
地址
地址0001
存储单元 11101101 10000000 11001101 11101101 11101001 11101101 10001101 10001101 11101101
控制:写
0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111
对内存的读写操作由控制器控制
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2. 控制器 功能：控制计算机各部件有条不紊地工作，按以下步骤 进行： （1）从存储器取出指令 （2）分析指令 （3）向其他部件发出控制信号 主要部件： 指令寄存器 指令译码器 时序电路和控制电路 运算器和控制器一起称为CPU：Central Processing Unit
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数 据 区 ⑥
运算器
2. 程序执行过程
程序：由一系列指令构成，完成特定的功能。 CPU不断的取指令、分析指令、执行指令，这就是程序的执行 过程。
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2.3 微型计算机硬件组成
微型计算机与大中小型计算机的区别：采用大规模和 超大规模集成电路技术
微型计算机的CPU称为微处理器（MPU,Micro
指令执行过程示例：
起始地址 地址 自动加1 ⑨ 指令寄 存器 程序计数器PC 0100H 操作码 地址码 07H 0270H ① …… 内容 …… 程 序 区
0100H 070270H ② ⑤ …… …… 0270H 数据
0101H
③
控制器 译码器 ④ 操作控制线路 ⑦ 累加器 算术、逻辑运算 ⑧
运算器
控制器
数据流
控制流
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1. 运算器 功能：进行算术运算和逻辑运算 算术运算：加、减、乘、除等 逻辑运算：与、或、非、比较大小等 复杂运算都要转换为以上基本运算后一步一步地实现 包括：ALU（算术逻辑单元，Arithmetic and Logic Unit）；寄存器。
数据来自内存，运算结果又送回内存
第2章 微型计算机硬件系统
2.1 计算机系统概述
2.2 计算机基本工作原理
2.3 微型计算机硬件组成
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2.1 计算机系统概述
计算机系统分为：硬件+软件
硬件
软件
系统软件 应用软件
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2.1.1 计算机系统构成
CPU 主机
内存 运算器 寄存器 控制器
硬件
计 算 机 系 统 外部设备
随机存储器(RAM) 只读存储器(ROM) 高速缓冲存储器(Cache)
Processing Unit）
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2.3.1 微型计算机的主要性能指标
CPU指标：CPU字长、时钟频率。
运算速度：通常指每秒钟所能执行的指令条数。
内存容量：内存储器存储数据的能力。
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目前流行的微机基本组成:主机；外设(显示器；键盘)
主机：台式机的主机安装在主机箱内，主机箱包括：
主板（又称：主机板；母板）
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2.1.2 计算机系统的层次关系
人
用户 应用程序 应用程序 语言处理系统 操作系统 硬件系统
操作系统
裸机
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2.1.3 冯•诺依曼计算机的基本组成
冯.诺依曼结构的主要特点： 计算源自文库由5个基本部分组成 运算器 控制器
输 入 设 备 存储器 外存储器 输 出 设 备
内存储器 处理器
存储器
输入、输出设备 程序与数据一样存放在存 储器中,需要按地址访问。 程序和数据都以二进制表 示。
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4.指令的种类 数据传送指令 数据处理指令 程序控制指令 输入输出指令 其它指令 内存 CPU
算术运算、逻辑运算 控制指令的执行顺序
主机
I/O设备
对计算机的硬件进行管理等
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2.2.2 程序的执行过程
1. 指令的执行过程
分以下4个步骤： （1） 取指令：按照程序计数器中的地址，从内存储器中取出指 令，并送往指令寄存器。 （2）分析指令：对指令寄存器中存放的指令进行分析，由译码器 对操作码进行译码，将指令的操作码转换成相应的控制电位 信号；由地址码确定操作数地址。 （3）执行指令：由操作控制线路发出完成该操作所需要的一系列 控制信息，去完成该指令所要求的操作。 （4）一条指令执行完成，程序计数器加1 或将转移地址码送入程 序计数器，然后回到（1）。
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3. 存储器
功能：存放程序和数据 组成：由一些记忆单元组成，每个记忆单元由8位二进制位组成 存储器读操作：从存储器中取出信息 存储器写操作：把信息保存到存储器中 类型： （1）内存储器(内存、主存)：通常是半导体存储器 信息交流中心，与各个部件打交道 造价相对较高，容量受限制 不能长期保存数据（RAM） 内存的存取速度直接影响计算机的速度 （2）外存储器（辅存）：磁盘、磁带、光盘等 主要用来长期保存暂时不用的程序和数据,容量较大 通常只和内存打交道，存取速度相对内存慢
系统软件
软件
应用软件
输入设备：键盘、鼠标、扫描仪 输出设备：显示器、打印机 外 存：软、硬盘、光盘、闪存 网络设备：网卡、调制解调器等 操作系统：Windows、Unix、Linux 语言处理程序：C、Pascal、VB等 实用程序：诊断程序、排错程序等 通用：办公软件包、数据库管理系统 专用：各企业管理信息系统
数据
10000000
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4. 输入设备 功能：接受用户输入的原始数据和程序，并将它们转变为 计算机可以识别的形式（二进制代码），存放到内存中。 常用输入设备：键盘、鼠标、扫描仪、写字板、麦克风等。
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5. 输出设备 功能：将内存中由计算机处理的结果转变为人们所能接受的 方式。 常用输出设备：显示器、打印机、绘图仪、音响等。
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2.2 计算机基本工作原理
计算机通过执行程序来完成各种复杂的计算或处理。 程序由一系列指令组成，由编程人员编写。 指令是计算机能够识别并执行的用于完成一定功能的 命令。
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2.2.1 指令和指令系统
1.指令 能被计算机识别并执行的的二进制代码，每条指令完成 某种操作。 2.指令的组成 操作数 操作码 操作码 要完成的操作类型或性质，如取数、加法、减法等 操作码的位数决定了指令的条数 操作数 操作的内容或所在的地址 操作数多数情况下是数据所在的地址，称为地址码。 3.指令系统： 一台计算机的所能识别的指令的集合。
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内存储器的访问过程
例：向[0001]单元写数据
地址
地址0001
存储单元 11101101 10000000 11001101 11101101 11101001 11101101 10001101 10001101 11101101
控制:写
0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111
对内存的读写操作由控制器控制
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2. 控制器 功能：控制计算机各部件有条不紊地工作，按以下步骤 进行： （1）从存储器取出指令 （2）分析指令 （3）向其他部件发出控制信号 主要部件： 指令寄存器 指令译码器 时序电路和控制电路 运算器和控制器一起称为CPU：Central Processing Unit
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数 据 区 ⑥
运算器
2. 程序执行过程
程序：由一系列指令构成，完成特定的功能。 CPU不断的取指令、分析指令、执行指令，这就是程序的执行 过程。
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2.3 微型计算机硬件组成
微型计算机与大中小型计算机的区别：采用大规模和 超大规模集成电路技术
微型计算机的CPU称为微处理器（MPU,Micro