《现代微机结构》课件.pptVIP

*******************现代微机结构微机结构是计算机硬件的基础,了解它可以帮助我们更好地认识和使用计算机。本课程将深入探讨微机的结构和工作原理,涉及处理器、存储器、总线等关键部件。通过学习,您将掌握计算机系统的核心知识,为后续的软件开发和系统优化奠定基础。课程简介课程目标培养学生深入理解现代微机系统的基本原理和工作机制。掌握微处理器的基本结构和工作原理。课程内容包括微机系统概述、微处理器结构、指令系统、存储系统、输入输出技术等。涵盖软硬件等多个方面。教学方式理论讲授与实践操作相结合。安排实验课程,让学生亲手操作微机硬件系统。微机系统概述微机系统是由微处理器为核心的计算机系统。它包括中央处理器、存储器、输入/输出设备和总线等关键部件。微机系统广泛应用于各行各业,为人类生活和工作提供了强大的计算和控制能力。微机系统具有体积小、功耗低、价格低等优点,是现代信息技术的重要组成部分。了解微机系统的基本原理和构成有助于掌握计算机的工作机制,为进一步学习奠定基础。微处理器的发展历程14位微处理器1970年代诞生28位微处理器1970年代末期兴起316位微处理器1970年代末期出现432位微处理器1980年代广泛应用微处理器经历了从4位到8位、16位、32位等不同发展阶段。随着半导体技术的进步，集成度不断提高,微处理器的性能也越来越强大,为计算机系统的广泛应用奠定了基础。芯片制造技术1微缩化工艺芯片制造不断微缩化,使晶体管尺寸从数十微米缩小至几纳米,提升了集成度和计算性能。2先进材料采用硅基之外的新型半导体材料,如GaAs、SiC和III-V族化合物,可实现更高频率和效能。3多层互连通过在芯片表面堆叠多层金属线路,大幅提升了芯片的布线密度和通信效率。4先进封装采用BGA、CSP等新型封装技术,既提高了芯片的散热和可靠性,又降低了体积和重量。数据表示和运算数据表示使用二进制编码来表示数字、文本和其他信息。不同的编码方案有ASCII、Unicode等。算术运算微处理器可执行基本的加减乘除整数运算,以及逻辑运算如AND、OR、NOT等。浮点运算支持浮点数的标准存储格式IEEE754,可进行更复杂的科学计算。微处理器的基本结构中央处理单元(CPU)CPU是微处理器的核心,负责执行指令并协调系统中各个部件的工作。它包括算术逻辑单元(ALU)、控制单元(CU)和寄存器文件。总线系统总线系统包括地址总线、数据总线和控制总线,用于连接CPU、存储器和输入输出设备,实现数据的交换和传输。存储系统存储系统包括主存储器(RAM和ROM)和辅助存储器(硬盘、闪存等),为CPU提供指令和数据。内存接口负责管理存储系统。输入输出接口输入输出接口连接各种外围设备,如键盘、鼠标、显示器等,实现数据的输入和输出。它负责协调CPU和外设之间的通信。指令系统和寻址方式指令系统指令系统是微处理器执行各种功能的命令集合。包括数据传输指令、算术逻辑指令、控制转移指令等，设计合理的指令系统可提高处理器性能。寻址方式寻址方式决定了指令如何访问操作数。常见的有立即寻址、直接寻址、间接寻址等。不同寻址方式适用于不同应用场景，可灵活选择。CISC和RISCCISC处理器拥有复杂的指令集,可完成多样化功能;RISC处理器拥有精简指令集,通过硬件优化提高执行效率。两者各有优缺点,应用场景不同。总线系统总线系统是微机系统中各部件之间进行数据交换和控制的重要通信机制。它包括地址总线、数据总线和控制总线,负责在中央处理器、存储器和外围设备之间传输地址、数据和控制信号。总线系统的设计关系到整个微机系统的性能和可扩展性。总线系统设计需要考虑总线宽度、总线时序、总线仲裁机制等关键因素,以实现高效、可靠的数字信息交换。优化总线系统可以大幅提升微机系统的整体性能。存储系统多样性微机系统中包括主存储器、辅助存储器、高速缓存等多种类型的存储器,各具特点并协同工作。性能指标存储容量、存取速度和可靠性是衡量存储系统性能的关键指标,需要在成本、体积等方面进行权衡。层次结构存储系统采用由快及慢的存储介质层次结构,利用存储层次的速度和容量特点提高系统整体性能。管理策略高效的存储管理算法和替换策略是提升存储系统性能的关键,需要根据应用特点进行优化。输入输出设备键盘通过键盘输入文字、命令和数据,是最基本的人机交互设备。鼠标通过鼠标操作屏幕上的光标,选择和控制程序,实现直观交互。显示器显示器将计算机输出的信号转化为图像,展现信息处理结果。打印机打印机将电子文档转化为纸质文件,实现信息的输出和保存。中断机制