微机原理与接口技术（一）

计算机系统可分为硬件系统和软件系统

硬件系统可分为主机系统和外部设备

特征：能够与CPU直接进行信息交换的部件属于主机系统，而不能够与CPU直接进行信息交换的部件属于外部设备。

主机系统由四个部分构成，分别是CPU、存储器、输入输出接口和总线。

在微机原理中，CPU即微处理器，是计算机的核心，主要由运算器、控制器、寄存器组组成

定义：计算机中的记忆装置。用于存放计算机工作过程中需要操作的数据和程序。
存储器可分为内存储器和外存储器。

• 内存储器有着存取速度快，容量相对较小的特点。
• 内存按单元组织，每单元都对应一个唯一的地址；每个内存单元中存放1字节(Byte)数据（每8位0或1称为1字节）；内存容量即内存单元个数。
• 内存操作有读和写两种；对某个器件的读/写相当于与其进行信息交换。
• 内存储器按工作方式可分为随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。

• 外存储器又可分为联机外存和脱机外存，联机外存，主要是我们的硬磁盘，还有半导体制成的固盘；而脱机外存有很多，像U盘、手机、光盘等，他们独立于计算机还可以存放数据。而外存储器都是外部设备的范畴，在后面不作特别说明的情况下所讲的存储器都是指内存储器。

• 接口是CPU与外部设备间的桥梁
• I/O接口的功能：①寻址功能；②数据输入输出功能（最基本）；③匹配主机与外设的速度差距（起缓冲作用）；④实现数据格式转换或逻辑电平转换；⑤传送主机命令；⑥反应设备的工作状态；⑦除上述功能外，接口还应有中断、时序控制和检纠错等功能。

• 总线（Bus）是一组导线和相关的控制、驱动电路的集合。
• 它是计算机系统各部件之间传输地址、数据和控制信息的通道。
• 一般分为地址总线（AB）、数据总线（DB）还有控制总线（CB）。

所有可以通过输入输出接口与计算机进行信息交换的电子设备都可以是外部设备，常见的有鼠标、键盘、显示器，其次还有打印机、U盘，甚至手机等等都是外部设备

软件是指未运行、管理和维护计算机系统或为实现某一功能而编写的各种程序的总和及其相关资料。

• 系统软件用于对计算机系统的管理、调度、监视和服务等功能，目的是方便用户，提高计算机使用效率，扩充系统的功能。
• 系统软件可分为操作系统、编译系统、网络系统还有工具软件。

应用软件是用户为解决某种应用问题而编制的一些程序，如科学计算程序、自动控制程序、工程设计程序、数据处理程序以及情报检索程序等。

计算机的工作就是按照一定的顺序，一条条地执行指令，即逐条执行由指令构成的程序。只有内存里面的程序才能被CPU执行。

指令就是有人向计算机发出的、能够为计算机所识别的命令。

程序是指令的序列。

• ①取指令（从内存获取要执行的指令）
• ②分析指令（明确指令的功能）
• ③读取操作数（获取操作的数据，也有可能会不需要数据）
• ④执行指令
• ⑤送回结果（将结果存放到内存，在不需要数据的时候也就不用存放结果了）
  tip:上面五步中取指令、分析指令和执行指令这三步是核心步骤。

顺序执行：一条指令执行完了再执行下一条指令。
并行执行：同时执行两条或多条指令。相比较顺序执行，并行执行有着更高的效率，更高的复杂度。

①将指令所在地址赋给程序计数器PC;
②PC内容送到地址寄存器AR, PC自动加1;
③把AR的内容通过地址总线送至内存储器，经地址译码器译码，选中相应单元。
④CPU的控制器发出读命令。
⑤在读命令控制下，把所选中单元的内容(即指令操作码)经数据总线送到数据寄存器DR。
⑥指令译码，数据寄存器DR将它送到指令寄存器IR,然后再送到指令译码器ID

特点:

• 程序存储，共享数据，顺序执行
• 属于顺序处理机，适合于确定的算法和数值数据的处理。

不足:

• 与存储器间有大量数据交互，对总线要求很高;
• 执行顺序由程序决定，对大型复杂任务较困难;
• 以运算器为核心，处理效率较低;
• 由PC控制执行顺序，难以进行真正的并行处理。

• 指令和数据分别存放在两个独立的存储器模块中；
• CPU与存储器件指令和数据的传送分别采用两组独立的总线；
• 可以在一个机器周期内同时获得指令操作码和操作数。