直接存储器存取—基本原理结构与应用
《计算机组成原理》ppt课件
输入输出系统
输入设备
将人类可读的信息转换为计算机 可识别的二进制代码，如键盘、 鼠标等。
I/O控制方式
程序查询方式、中断方式、DMA 方式和通道方式等，用于管理输 入输出操作。
输出设备
将计算机处理后的结果转换为人 类可读的形式，如显示器、打印 机等。
I/O接口
连接输入输出设备与主机，实现 数据缓冲、电平转换和信号匹配 等功能。
括通用寄存器、专用寄存 器等。
指令的执行过程
取指
从内存中读取指令，并将其放入指令寄存器 中。
执行
根据微操作命令序列，控制运算器、寄存器 等部件执行相应的操作。
译码
将指令寄存器中的指令翻译成微操作命令序 列。
写回
将执行结果写回到寄存器或内存中。
CPU的性能指标
主频
CPU的时钟频率，通常以MHz或 GHz表示，主频越高，CPU处理
运算器
执行算术运算和逻辑运算， 处理数据。
寄存器
暂存指令、数据和地址， 提高CPU的运算速度。
存储器
01
主存储器
存放程序和数据的主要区域，直接和CPU交换信息。
02
辅助存储器
长期保存信息，容量大、价格低、速度慢，需通过主存与CPU交换信息。
03
高速缓冲存储器（Cache）
位于CPU和主存之间，存取速度接近CPU，用于缓解主存速度瓶颈问题。
云计算和大数据的融合是未来发展的趋 势，通过云计算平台提供的大数据服务， 可以实现海量数据的存储、处理和分析。 计算机组成原理在云计算和大数据融合 中发挥着重要作用，为构建高效、稳定 的云计算和大数据平台提供了理论支持。
计算机组成原理的发展趋势和挑战
发展趋势
计算机理论基础 第二章 11.16
蓝洋专转本计算机理论基础 第二章
1.计算机的发展
早期的计算工具
算盘（中国，唐朝）
计算尺（欧洲，1622）
蓝洋专转本计算机理论基础 第二章
1.计算机的发展
1. 早期的计算工具
加减法器，（法国，1642，帕斯卡）
蓝洋专转本计算机理论基础 第二章
1.计算机的发展
1. 早期的计算工具
差分机，（英国，1812，巴贝奇）
1.主板的组成
蓝洋专转本计算机理论基础 第二章
1.主板的组成
蓝洋专转本计算机理论基础 第二章
主板的组成
1. CPU插座 2. 主存储器插槽 3. PCI总线扩展槽，（显卡、声卡、网卡）；AGP总 线扩展槽。 4. 芯片组：固定在主板上，协调微机系统的正常运 转。 5. BIOS芯片：固化在主板上一块 Flash ROM 芯片中 的一组机器语言程序。 6. CMOS芯片：易失性储存器，需要电池供电，存放 着与计算机硬件相关的一些参数（配置信息）。 蓝洋专转本计算机理论基础 第二章
蓝洋专转本计算机理论基础 第二章
CPU性能指标—高速缓存（cache)
1. cache是一种小容量高速缓冲存储器，直接制作在CPU 芯片内，速度几乎与CPU一样快，分一级和二级缓存， 其容量越大，级数越多，效果越显著 2. 程序运行时，一部分指令和数据会被预先成批拷贝到 Cache中 3. 当CPU需要从主存读（写）指令或数据时，先检查 Cache，若有直接从Cache中读取，若无再访问主存储 器 4. Cache具有透明性，它的内容不能由程序直接访问（对 程序员是透明的） 5. Cache的命中率：CPU需要的指令或数据在Cache中直接 蓝洋专转本计算机理论基础 第二章 找到的概率
《单片机原理与应用》ppt课件
条件转移指令
子程序调用与返回
根据某个条件判断的结果来决定 程序是否转移到指定的地址执行， 如JZ（零转移）、JNZ（非零转 移）等。
子程序是一段可以独立执行的程 序段，通过调用指令CALL实现子 程序的调用和返回。在调用子程 序时，需要将返回地址压入堆栈； 在子程序返回时，再从堆栈中弹 出返回地址并执行返回操作。
人机交互设备（键盘、显示器等）接口设计
键盘接口设计
通过扫描键盘矩阵或接收键盘中断的方式，读取按键信息并转 换为相应的数据或命令。
显示器接口设计
根据显示器的类型和通信协议，设计相应的接口电路和驱动程 序，实现单片机对显示器的控制和数据传输。
应用实例分析：智能家居控制系统设计
系统概述
介绍智能家居控制系统的功能、 组成和工作原理，包括中央控制 器、传感器、执行器等部分。
AVR系列
ARM系列
采用先进的RISC结构，具有高速度、低功耗、 丰富的外设接口等特点，适用于物联网等领 域。
采用高性能的32位RISC结构，具有强大的处 理能力和丰富的外设接口，适用于高端嵌入 式系统等领域。
02
单片机基本原理
微处理器结构与工作原理
微处理器内核结构 包括算术逻辑单元（ALU）、寄存器组、控制单元等。
04
C语言程序设计在单片机 中的应用
C语言与汇编语言比较
高级语言与低级语言
C语言属于高级语言，具有易于理解、编写和维护的特点；而汇编 语言是低级语言，更接近硬件，但编写复杂且可读性较差。
可移植性
C语言具有良好的可移植性，可以在不同平台上运行；而汇编语言 与特定硬件平台紧密相关，可移植性差。
执行效率
创建工程文件
在编译器中创建新的工程文件，并添 加源代码文件、头文件等。
熟悉ROM电路的阵列逻辑图
3.外存储器 外存储器与内存储器相比，存储容量大，可
靠性高，价格低，在脱机情况下可永久保存信息。 但速度较内存储器慢得多，它属外部设备。 主要有：软盘存储器、硬盘、光盘等。
JHR
第二节 只读存储器（ROM） 只读存储器(ROM)中的信息一旦写入，在正常 工作时，只能读出信息而不能修改，其所存信息 在断电后仍能保持，常用于存放固定的信息。 一、功能与结构
存储器的功能：是存放不同程序的操作指令及 各种需要计算、处理的数据，所以它相当于系统存 储信息的仓库。
典型的存储器：由数以千万计的有记忆功能的 存储单元组成，每个存储单元可存放一位二进制数 码和信息。
随着大规模集成电路制作技术的发展，半导体 存储器因其集成度高、体积小、速度快，目前广泛 应用于各种数字系统中。
JHR
［解］由图可知，逻辑函数F1、F2由EPROM矩阵组 成。因此可直接写出输入和输出间的与—或表达式。 即
JHR
F1 XYZ XYZ XYZ XYZ F2 XYZ XYZ XYZ XYZ
由上式看出： 当XYZ＝000, 001，100, 101时，F1＝1； 当XYZ＝011, 101, 110，111时，F2＝1。
2. 内存储器（主存储器）
内存储器是数据和代码的临时存放设备，存放 输入／输出数据以及CPU进行计算、处理的数据。
JHR
内存储器可分为RAM（Random Access Memory ，随 机存储器）和ROM（Read Only Memory ，只读存储 器）。目前，内存储器一般为半导体存储器。
（1）随机存储器RAM RAM的特点是可读可写，但关机后存储的信
JHR
［解］（1）逻辑函数Y1、Y2由EPROM矩阵实现。 根据EPROM的结构特点，与阵列为固定结构，或 阵列为可编程结构。因此输入和输出间的逻辑关 系可直接写成与—或表达式，输入变量是A、B、 C，直接加在EPROM地址端，输出变量Y1、Y2由 EPROM数据输出端输出。
大学计算机基础
第一章引论1.1计算机是一种现代化的信息处理工具，它对信息进行处理并提供结果，其结果（输出）取决于所接收的信息（输入）及相应的处理算法（程序）计算机科学与技术的核心包括计算机的设计、制造，以及运用计算机进行信息处理（获取、表示、存储、加工、控制）的相关理论、原则、方法和技术。
1.2计算机模型①黑盒模型：不考虑计算机内部结构②具有程序能力的数据处理机：该模型赋予了计算机极大的灵活性，程序是事先编制好并存放在计算机内部的③现代计算机模型：冯诺依曼不但给出了计算机的功能，还定义了计算机内部的结构。
计算机的五个组成部分输入设备——输入数据和程序。
运算器——执行各种算术运算和逻辑运算。
存储器——存储程序、原始数据、中间结果和最终结果。
控制器——控制计算机所有部件，协调整个系统的有序工作。
输出设备——输出程序的执行结果。
现代计算机被认为由三个子系统组成处理器子系统存储器子系统输入／输出子系统1.4计算机系统所谓“系统”是指由多个“子系统”组成的一个有机的“整体”。
计算机系统是一个大的概念，由硬件系统和软件系统组成，还包括所处理的数据和使用计算机的用户（计算机本身也只是计算机系统中的一部分）硬件系统：①处理器系统单个处理器芯片多核处理器芯片（芯片上集成了多个处理器）②存储器系统内存或主存（半导体材料，直接连处理器）外存或辅存（磁盘、光盘等，外置的独立部件）③输入输出系统与计算机相关的文档、程序、语言等都归类为软件软件系统：①系统软件：服务于计算机本身的软件②应用软件：解决特定问题的软件（APP）计算机是如何运行的通电后，CPU 执行启动程序BIOS，操作系统从外存被调入内存执行；BIOS 引导完成后，计算机由操作系统进行管理和控制1.5信息系统BIOS的基本任务：把存放在磁盘中的操作系统调入6 个要素：内存执行。
硬件软件数据／信息人／用户以计算机为职业的专业人员（约5%）和使用计算机的应用人员（约95%）过程／处理通信1.6①因特网：开放性，网络的目的是资源共享和通信②万维网：因特网上最大的一种服务，网络浏览技术应用1.7 计算机文化和计算思维计算机从装置成为学科再发展为文化计算机文化：理解计算机是什么，以及它如何被作为资源利用，并改变着人类的生活、学习和交流方式的。
微型计算机原理 第六章 存储器
3、存储器带宽 单位时间里存储器所存取的信息量，位/秒
4、功耗
半导体存储器的功耗包括“维持功耗”和“操作功耗”。 与计算机的电源容量和机箱内的散热有直接的联系 保证速度的情况下，减小功耗
5、可靠性 可靠性一般是指存储器（焊接、插件板的接触、存储器模块的复杂性）抗外界电磁场、温度等因变化干扰的能力。在出厂时经过全
28系列的E2PROM
① +5V供电，维持电流60mA，最大工作电流160mA ② 读出时间250ns ③ 28引脚 DIP封装 ④ 页写入与查询的做法： 当用户启动写入后，应以（3至20）微秒/B的速度，连续向有关地 址写入16个字节的数据，其中，页内字节由A3至A0确定，页地址 由A12至A4确定，整个芯片有512个页，页加载 如果芯片在规定的20微秒的窗口时间内，用户不再进行写入，则芯 片将会自动把页缓冲器内的数据转存到指定的存储单元，这个过程 称为页存储，在页存储期间芯片将不再接收外部数据。CPU可以通 过读出最后一个字节来查询写入是否完成，若读出数据的最高位与 写入前相反，说明写入还没完成，否则，写入已经完成。
3）R/W（Read/Write）读/写控制引线端。
4）WE写开放引线端，低电平有效时，数据总线上的数据被写入 被寻址的单元。 4、三态双向缓冲器 使组成半导体RAM的各个存储芯片很方便地与系统数据总线相
连接。
6.2.2 静态RAM
1、静态基本存储单元电路
基本单元电路多为静态存储器半导体双稳态触发器结构， NMOS\COMS\TTL\ECL等制造工艺而成。 NMOS工艺制作的静态RAM具有集成度高、功耗价格便宜等优点，
6.2.4
RAM存储容量的扩展方法
1、位扩展方式：16Kx1扩充为16Kx8
《大学计算机基础》第2章-计算机系统(2012)OK【OK】
在计算机世界中 也存在等级差别！
28
2.2 计算机软件系统
2.2.1 软件概念
2.2.2 软件分类
29
2.2.1 软件概念
计算机软件 计算机软件是为运行、管理和维护计算机而编制的
各种指令、程序和文档的总称。
指令 程序 文档
软件
软件是计算机的灵魂， 是人机之间的接口
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软件概念
基本概念
程序 程序是按照一定顺序执行的、能够完成某一任务的指 令集合。
将1传送至AL寄 Int a =1; 存器 将2传送至BL 寄 Int b =2; 存器
2
MOV BL, 2
3
4 5
将寄存器BL的内 容与寄存器AL的 Int c = a+b; ADD AL, BL 内容相加，结果 保存在AL中 将寄存器AL中的 MOV [06H], AL 内容传送到内存 地 址 为 06H 的 存 储单元中 HLT 停止操作
11
2.1.3 存储器
存储器——帮助计算机记忆信息
存储器是存取程序和数据的部件。 类型划分：依据CPU是否可以直接访存将存储器划 分为内存和外存。
随机存储器
内存
只读存储器 高速缓冲存储器
存储器
硬盘
外存
光盘
快速闪存
12
存储器—内存
（1）内存
内存可以被CPU直接访问。内存容量小、速度快、掉电后 RAM信息全部消失。
2.1.4 输入设备
2.1.5 输出设备
2.1.6 硬件连接
4
计算机硬件系统
什么是计算机？
计算机是能按照人的要求接受和存储信息，自动进行数据处 理和计算，并输出结果信息的机器系统。
PLC课件—第02章 PLC基本组成和工作原理
梯形图(LAD)
LAD可以建立与电气接线图等价的类似程序 。梯形图程序让CPU仿真来自电源的电流通 过一系列的输入逻辑条件，根据结果决定 逻辑输出的允许条件。逻辑通常被分解成 小片：称为“梯级”或“段”。程序一次执行一 个段，从左到右，从上到下。用图形符号 表示的指令包括三个基本形式：
例如：启保停程序
① 触点──代表逻辑“ 输入”条件，如开关、 按钮、内部条件等。 ② 线圈──通常代表逻 辑“输出”结果，如灯、 电机启动器、中间继电 器、内部输出条件等。 ③ 盒──代表附加指令 ，如定时器、计数器或 数学运算指令。
PLC梯形图语言的编程原则 1、梯形图由多个梯级组成，每个线圈可构成一个梯级， 每个梯级有多条支路，每个梯级代表一个逻辑方程； 2、梯形图中的继电器继电器、接点、线圈不是物理的， 是PLC存储器中的位(1=ON；0=OFF)；编程时常开/ 常闭接点可无限次引用，线圈输出只能是一次； 3、梯形图中流过的不是物理电流而是“概念电流”，只 能从左向右流； 4、用户程序的运算是根据PLC的输入/输出映象寄存器中 的内容，逻辑运算结果可以立即被后面的程序使用； 5、PLC的内部继电器不能做控制用，只能存放逻辑控制 的中间状态； 6、输出线圈不能直接驱动现场的执行元件，通过I/O模 块上的功率器件来驱动。
（1）直流输入接口电路：采用光电耦合器，防止强电干扰。 输入端子 PLC Xn 发光二极管
24V – + + – 直流电源 COM 发光二极管 光电三极管
2．交流输入模块
L1
1）外部接线图：
有8个分隔式数字 量输入端子，每个 输入点都占用二个 接线端子。
N
ON 0N .0 1N 1N .1 2N 2N .2 3N 3N .3 4N .4 5N 5N .5 6N 6N .6 7N 7N .7
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直接存储器存取—基本原理结构与应用DMA的基本原理是通过使用专门的DMA控制器来管理数据传输过程，
而不需要CPU的干预。
CPU只需要下达一个DMA指令，然后就可以继续执
行其他任务，而DMA控制器负责完成数据传输操作，从而提高了系统的效率。
DMA的结构主要包括DMA控制器、DMA通道和I/O设备。
1.DMA控制器：DMA控制器是完成DMA操作的主要部件。
它通常是一
个单独的芯片，内部包含多个寄存器，用于存储DMA传输的相关信息，如
起始地址、目标地址、数据长度等。
DMA控制器还包含一个状态寄存器，
用于表示DMA传输的状态，如传输是否完成、是否出错等。
DMA控制器通
过控制信号与其他硬件进行通信，如与CPU、内存和外部设备等。
2.DMA通道：DMA通道是连接DMA控制器和外部设备的通路。
一个
DMA控制器通常可以包含多个DMA通道，每个通道可以独立地连接到一个
外部设备。
通过多个DMA通道的并行工作，可以实现多个外部设备的数据
并发传输。
每个DMA通道都有独立的DMA通道控制器，用于控制具体的数
据传输操作。
3.I/O设备：I/O设备是通过DMA进行数据传输的对象。
常见的I/O
设备包括硬盘、光盘、网络接口卡等。
与传统的I/O方式相比，DMA可以
大幅提高数据传输的效率和速度，尤其是在需要大量数据传输的场景下。
DMA的应用非常广泛，在多种计算机系统中都可以见到它的身影。
以
下是几个典型的应用场景：
1.高速数据传输：DMA多用于需要高速数据传输的场景，如数据备份、数据传递等。
通过DMA的高速传输，可以大幅提高数据处理的效率和速度。
2.多媒体处理：在音视频处理、图像处理等多媒体应用中，常常需要
大量的数据传输和处理。
通过DMA的协助，可以实现多个媒体流的实时处
理和传输。
3.网络数据传输：DMA可以用于网络接口卡的数据传输，可以提高网
络传输的速度和效率。
通过使用DMA进行数据传输，可以更好地支持高速
网络传输和大规模并发数据传输。
4.存储器管理：DMA还可以用于存储器管理，如内存拷贝、内存填充
等操作。
通过DMA的进行数据传输，可以实现高效的存储器操作。
综上所述，直接存储器存取（DMA）是一种实现高效数据传输的技术，通过绕过中央处理器（CPU），直接从外部设备读取或写入数据到内存。
它具有基于DMA控制器、DMA通道和外部设备的结构，可以广泛应用于高
速数据传输、多媒体处理、网络数据传输等领域。
通过使用DMA，可以大
幅提高系统的效率和速度，满足多种计算机系统的需求。