微机原理与接口技术系列笔记（一）

第一章 微型计算机概述

提起计算机的发展不得不提到以下两人，一位是计算机科学之父、人工智能之父——图灵，提出了图灵机模型和图灵测试，其中图灵测试给出了人工智能的概念。

另一位是冯·诺伊曼，他提出了计算机制造的三个基本原则：①计算机以二进制形式存储数据；②以存储程序和程序控制作为计算机工作的基本原则；③遵循冯诺依曼架构：运算器+控制器+内存+输入输出设备+总线【后来又出现了哈佛架构，与冯诺依曼架构不同的是，哈佛架构将程序指令存储器和数据存储器分开，CPU具有更高的效率】

1.1微型计算机的发展过程

1946年，第一部电子计算机ENIAC（Electronic Numerical Integrator and Computer）问世，加法速度5000次/秒

1971-1972，4位和低档8位CPU：4004

1973-1977，中高档8位CPU：Intel 8080/8085

1978-1981，16位CPU：8086/8088【其中8088是准16位CPU，属于内16外8型】

1985-1992，32位CPU：80386/80486

1993-2005，32/64位CPU：Intel的Pentium系列

2005至今，多核CPU：酷睿

***一些概念：

①位（bit）：计算机中所能表示的最基本最小的数据单元，每一位代表一个二进制数0/1

②字（word）：计算机内部进行数据处理的基本单位【数据处理，多少位CPU就有多少条DB】

③字长：一个字的长度，即计算机一次能并行处理二进制数的位数【我们常说的64位计算机，指的就是这台计算机的字长是64位，字长与计算机内部寄存器、运算器和总线的宽度是一致的，字长越长，计算机性能越好，因此字长是衡量计算机性能的重要指标】

④字节（byte）：把相邻的8位二进制数称为一个字节，是人为规定的，不容改变的

1.2微型计算机的系统组成

微处理器=运算器+控制器+寄存器组【CPU是具有存储能力的，因为有寄存器组】

微型计算机=微处理器+输入输出接口电路+内存+总线

微型计算机系统=微型计算机+外设+软件

1.2.1微型计算机硬件系统的组成

Ⅰ 微处理器

        ①运算器（算术逻辑单元，ALU，arithmetic and logic unit）

                        用来进行算术逻辑运算和位移、循环等 *** 作，参加运算的 *** 作数来自AL和内部数据总线，运算结果往往送回AL暂存【为了反映经ALU计算后的结果特征，ALU设有一个标志寄存器F，用来存放 *** 作结果的一些特征，如：正负、进位、溢出等】

        ②控制器

                        整个计算机的控制、指挥中心，主要由PC、IR、ID、PLA、DR、AR组成，按照程序逻辑要求，控制程序中指令执行顺序，并根据IR中的指令码控制每一条指令的执行过程

        ③寄存器组

                        累加器AL（CPU两大组成部分之一EU中16位寄存器AX的低八位）

                        标志寄存器FLAG，用来存储经ALU计算后所得结果的一些特征信息

                        程序计数器（程序指针）PC【Program Counter】，用来存放即将执行的程序指令所在地址的寄存器，并且具有自增1的功能

                        指令寄存器IR，从内存中获取指令后，存放在IR中

                        指令译码器ID，对IR中的程序指令进行译码，并交给PLA（可编程逻辑阵列）执行

                        地址寄存器AR，当前执行的指令所在地址存放在AR中

                        数据寄存器DR

Ⅱ 系统总线

        总线是指传递信息的一组公用导线，是传送信息的公共通道，微机系统采用总线来连接系统功能部件。

        总线信号可分成三组

                                ①AB：传送地址信息

                                                CPU输出将要访问的内存单元或I/O端口的地址

                                                地址线的多少决定系统直接寻址存储器的范围

                                ②DB：传送数据信息

                                                读 *** 作时，CPU为输入；写 *** 作时，CPU为输出

                                                数据线的多少决定一次能够传送数据的位数

                                                多少位CPU就有多少条DB

                                ③CB：传送控制信息

                                                协调系统中各部件的 *** 作，有输出控制、输入状态等

        **tips：

                       ①某时刻只能有一个发送者向总线发送信号，但可以有多个接收

                        ②总线结构的特点：

                                        减少了机器中的信息传送线根数，简化了系统结构，提高了机器的可靠性，但它是以分时传送 *** 作为代价，降低了系统的工作速度

Ⅲ 存储器

                遵循冯诺依曼架构，即程序指令存储器和数据存储器是在一起的。

                分类：

                        内存：安装在主机板上，计算机运行时可直接与CPU交换数据

                        外存：例如磁盘和光盘，计算机运行时外存储器可以和内存交换信息

         **为什么内存要选择大且快的？

                        大内存是因为现在的OS（ *** 作系统）都是多任务的，是并发的，同时有多个程序要调到内存中，大内存对提升CPU效率就很有必要了；

                        快速交换，是因为CPU对存储器的访问约占CPU工作时间的70%左右，所以存储器对微机的工作效率影响很大

        **机械硬盘是磁性存储介质，固态硬盘是半导体材料，固态硬盘的速度要更快一些

Ⅳ 输入输出接口及外部设备

        输入设备：用来输入数据、程序、命令和各种信号，如键盘、鼠标、扫描仪等

        输出设备：用来输出计算机处理的结果，如显示器、打印机等

1.2.2微型计算机软件系统的组成

        计算机软件：程序+数据+有关文档

1.2.3微型计算机的主板

        主板上包含了CPU、控制芯片组（北桥芯片，负责与CPU的联系并控制内存；南桥芯片，I/O管理芯片）、I/O控制芯片、BIOS、内存条、插槽等

**PCI（Peripheral component interconnect）总线，外部设备互连标准

**AGP（Accelerated graphics port）总线，加速图像接口，连接显卡

**ISA（Industry standard architecture）总线，工业化的PC机接口标准

**LAN（Local area network）总线，局域网

**ATA（Advanced technology attachment）IDE 插槽

**USB（Universal serial bus）总线，通用串行总线

1.3计算机中数的表示方法

①十进制转二进制数，采用除二逆序取余法【一定要除到0为止】

②BCD码包括组合BCD码（又称压缩BCD码，是4位的）和未组合BCD码（又称非压缩BCD码，是8位的）

③十进制BCD码计算时，

                        若两个BCD码相加，产生进位或结果大于1001，则需要在结果上加0110处理【加0110是为了跳过BCD所表示不到的10-15这六个数】；

                        若两个BCD码相减，低四位向高位有借位，则需要在结果上在做减0110处理

④机器数是指正负符号数字化之后的数，计算机能直接识别，有原码、反码和补码三种编码方式

        对于同一个机器数，若编码方式不同，则其真值可能不同，计算机内部多采用补码的编码方式。

        带符号数的表示都是针对特定字长的，如8位二进制原码，16位二进制补码；且带符号数的表示都是有范围的，超出范围叫溢出。

⑤ASCII码用七位二进制数表示，第八位常用作奇偶校验位，因此共有2的七次方=128个字符

⑥用两个七位表示一个汉字，输入方法可以不同，但内码是相同的

**计算机中小数的表示方法