微型计算机

课程：清华大学 微型计算机原理与接口技术 学习者：Soler HO 学习日期：2020 - 02 - 02 一、微型计算机系统（微机系统） 1、微型机的工作原理 冯·诺伊曼 计算机的工作原理 —— 存储程序工作原理 2、冯·诺伊曼 机的特点 将计算过程描述为由许多条指令按一定顺序组成的程序，并放入存储器保存。 指令按其在存储器中存放的顺序执行。 由控制器控制整个程序和数据的存取以及程序的执行。 以运算器为核心，所有的执行都经过运算器。 3、冯·诺伊曼 计算机体系结构 4、微型机的工作过程【个人学习推荐：计算机组成原理】 取一条指令的工作过程 将指令所在地址赋给程序计数器PC PC内容送到地址寄存器AR，PC自动加1。 把AR的内容通过地址总线送至内存储器，经过地址编译器译码，选中相应的单元。 CPU的控制器发出读取命令。 在读取命令控制下，把所选中单元的内容（即指令操作码）读到数据总线DB。 把读出的内容经过数据总线送到数据寄存器DR。 指令译码 因为取出的是指令的操作码，故数据寄存器DR把它送到指令寄存器IR，然后再送到指令译码器ID。 5、微机系统的基本组成 5.1、微处理器简称CPU、计算机的核心部分。主要包括： 运算器 控制器 寄存器组 5.2、存储器：用于存放计算机工作过程中需要操作的数据和程序。 关于内存储器的几个概念 内存单元的地址和内容 每个单元都对应一个地址

来源：《计算机是怎样跑起来的》 2.1 制作微型计算机所需的元件 制作微型计算机所需的基础元件只有 3 个： CPU， 负责解释、执行程序，这里使用 Z80 CPU 内存， 负责存储程序和数据， TC5517 I/O， 负责将计算机和外部设备（周边设备）连接在一起， Z80 PIO Z80 是一款古老的CPU， TC5517 是可以存储 2K 的 8比特数据的内存。 PIO （ Parallel I/O） 可以在微型计算机和外部设备之间并行地（一排一排地）输入输入8 比特的数据。 辅助元件： 时钟发生器 ： 为了驱动 CPU运转， 称为 “ 时钟信号” 的电信号必不可少， 这种电信号就好像自身带有一个时钟， 每隔一定时间就变换一次电压的高低， 输出时钟信号的元件叫做 “时钟发生器” 。 时钟发生器中带有晶振， 根据其自身的频率（振动的次数） 产生时钟信号， 时钟信号的频率可以衡量 CPU的运转速度， 这里使用的是 2.5MHZ 的时钟发生器 （每隔 1 s 发出 1 次时钟信号就是 1 Hz） 指拨开关 ： 用于 输入程序 的装置也是必不可少的， 在这里我们通过拨动指拨开关来输入程序， 指拨开关是由 8 个 开关并排连在一起构成的元件， 输出程序 执行结果的装置是 8 个 LED（发光二极管）。 剩下一些细碎的元件， 电阻是用于阻碍电流流动、降低电压值的元件。 为了省去布线的麻烦，

1.下面关于Windows的功能特点的描述中，错误的是（D）。 A．Windows XP是一个完整的32位操作系统，不再依赖于DOS操作系统 B．对于大部分硬件设备都能实现“即插即用” C．Windows是一个单用户多任务操作系统 D．一切操作都通过图形用户界面，不能执行DOS命令 2.“32位和64位操作系统的区别,主要是看硬件支持,如果CPU支持64位操作系统,内存大于4g以上的,就可以选用64位操作系统,不过现在大多数软件都是32位,有些软件需要最新版本才能在win7上稳定运行,CPU寻址是64位要比32位快2倍,一个32位的XP最高内存只能认到3.25G,而64…” 3.一般地，我们将计算机指令的集合称为(A )。 A．机器语言 B．汇编语言 C．模拟语言 D．仿真语言 4.通过电话线连接上网，用户必须使用（B）。 A . 网卡 B . 调制解调器 C . 电视接收卡 D . 交换机 5.“微型计算机简称微机,俗称电脑,其准确的称谓应该是微型计算机系统。它可以简单地定义为:在微型计算机硬件系统的基础上配置必要的外部设备和软件构成的实体。 微型计算机系统从全局到局部存在三个层次:微型计算机系统、微型计算机、微处理器(CPU)。单纯的微处理器和单纯的微型计算机都不能独立工作,只有微型计算机系统才是完整的信息处理系统,才具有实用意义。

微型计算机由 微处理器 、 存储器 、 输入/输出接口电路 和 系统总线 构成。 微处理器 ：（Microprocessor）(Central Processing Unit) 微处理器通常分为4位机、8位机、16位机、32位机等。这是按CPU字节的长度来分的，如8086是16位机，16位机包含 16位二进制数，而一个二进制数包含一个字节（一个字节是8位），2 16 Byte = 2 6 KB = 64 KB =65536 bit（1 KB = 2 10 B = 1024 b）。 CPU在内部结构上包含：（1）ALU（算术逻辑部件）（2）累加器和通用寄存器组（3）指令指针、指令寄存器和译码器（4）时序和控制部件 存储器 ：包含 RAM （随机存储器）和 ROM （只读存储器）； 输入/输出接口电路 ：使微型计算机和外部设备相连； 系统总线 ：为CPU和其他部件之间提供数据、地址和控制信息的传输通道。 系统总线包含数据总线、地址总线和控制总线。数据总线的传输方向是双向的，地址总线和控制总线的传输方向是单向的。 数据总线 上传送的不一定是真正的数据，而可能是指令代码、状态量、甚至是一个控制量。数据总线的根数（宽度）一般与微处理器的字长相等。 地址总线 专门用来传送地址信息，地址总是由 CPU发出的内存范围 。 控制总线 是用来传输控制信号的。

第四代电子计算机 第四代计算机是指从1970年以后采用大规模集成电路（lsi）和超大规模集成电路（vlsi）为主要电子器件制成的计算机。例如80386微处理器，在面积约为10mm x l0mm的单个芯片上，可以集成大约32万个晶体管。 第四代计算机的另一个重要分支是以大规模、超大规模集成电路为基础发展起来的微处理器和微型计算机。 微型计算机大致经历了四个阶段： 第一阶段是1971～1973年，微处理器有4004、4040、8008。 1971年intel公司研制出mcs4微型计算机（cpu为4040，四位机）。后来又推出以8008为核心的mcs-8型。 第二阶段是1973～1977年，微型计算机的发展和改进阶段。微处理器有8080、8085、m6800、z80。初期产品有intel公司的mcs一80型（cpu为8080，八位机）。后期有trs-80型（cpu为z80）和apple-ii型（cpu为6502），在八十年代初期曾一度风靡世界。 第三阶段是1978～1983年，十六位微型计算机的发展阶段，微处理器有8086、808880186、80286、m68000、z8000。微型计算机代表产品是ibm-pc（cpu为8086）。本阶段的顶峰产品是apple公司的macintosh(1984年)和ibm公司的pc／at286(1986年)微型计算机。

微型计算机的一般过程： 计算机的工作就是执行程序，程序就是指令（0和1构成的机器语言的指令）按照一定顺序构成的序列，高级语言中的一行语句可以对应一条指令或多条指令 一段语言要执行，先翻译成机器能识别的由0和1表示的机器语言指令 所以计算机的工作就是按照一定的顺序，一条一条地执行指令 1.计算机中指令的执行过程 指令： 人向计算机发出的，能够为计算机所识别的命令（人也能认识，机器也能认识） 我们编写好一段程序后，会保存在硬盘上。硬盘是外设，不能直接和CPU之间进行交互，所以要放在内存上 所以，写好程序，编译之后成了由0和1所表示的机器语言指令，然后把它装入到内存里，才能被CPU执行 程序=指令+数据， cpu把指令或数据取出来，运行之后，再把结果送回内存 具体步骤： CPU把要执行的指令从内存中取过来 分析指令（指令译码） 如果需要的话把要操作的运算数据取过来 执行指令 如果有需要的话把结果送回内存 核心步骤只有三个另外两个有些不需要做的情况下可以不做 指令的执行方式： 这些步骤都有可能是多个部件或一个部件在做 这些步骤可能是一个一个的做，有可能同时在做也就是说这三个部件有可能是顺序执行，也有可能是并行执行 顺序执行： 一个指令执行完之后再执行下一条指令，容易控制，效率相对来说比较低 并行执行： 同时执行多条指令,控制相对复杂，效率较高 2.冯 诺依曼计算机的工作原理：

一、中央处理器 　　1.中央处理器：控制计算机自动完成取出指令和执行指令任务的部件。他是计算机的核心部件，通常简称为CPU。 　　2.CPU的功能 　　　　a、指令控制：保证机器按程序规定的顺序取出执行。 　　　　b、操作控制：CPU产生每条指令所对应的操作信号，并把各种操作信号送往相应的部件，从而控制这些部件按指令的要求进行动作。 　　　　c、时间控制：对各种操作的实施时间进行定时 　　　　d、数据加工：对数据进行算数运算和逻辑运算处理 　　3、CPU的基本组成：主要由运算器和控制器两大部分组成，随着集成电路的发展，目前 CPU芯片上集成了一些其他逻辑功能的部件来扩充CPU功能，比如：Cache等。 　　　　　　a.Cache（高速缓冲存储器）,是为了解决CPU和主存储器之间速度匹配的问题而设置的。 　　　　　　b、运算器是数据加工处理部件，所进行的全部操作由控制器的控制信号指挥。 　　　　　　　　　　功能：执行所有的算数运算，和逻辑运算，并进行逻辑测试 　　　　　　c、控制器：完成 对整个计算机系统操操作的协调与指挥 　　　　　　　　　　功能：1、控制机器从内存中取出一条指令，并指出下一条指令在内存中的位置； 　　　　　　　　　　　　　2、对指令进行译码，并产生相应的操作控制信号，送往相应的部件，启动规定的动作 ； 　　　　　　　　　　　　　3、指挥并控制CPU、内存与输入

当一个程序进入系统时 ，首先进入输入设备当进入输入设备时会向运算器发出请求，如果控制器可以执行，便会给输入设备发出一条指令，程序会进入储存器，储存器会将数据发送给运算器，运算器会将结果返回给储存器，控制器会对运算器发出一条指令，运算器会将状态返回给控制器，最后储存器将结果发给输出设备，输出设备会向控制器发出请求，控制器返回一个指令，最后输出结果 来源： https://blog.csdn.net/Asia52/article/details/99459167