学习笔记-微机原理与接口技术.pdf

【微机原理与接口技术】是大学计算机科学领域的一门重要课程，主要研究计算机系统的基础原理，特别是微处理器、存储器、输入/输出系统以及它们之间的接口设计。这门课程对于理解计算机系统的运作机制至关重要。 **微机系统基础** 计算机系统主要由硬件系统和软件系统组成。硬件系统包括主机系统和外部设备。主机系统的核心是中央处理器（CPU），由运算器、控制器和寄存器组构成。运算器负责数据的算术和逻辑运算，控制器则管理和协调整个系统的运行。存储器分为内存储器（如RAM和ROM）和外存储器，其中内存储器与CPU直接交互，速度快但容量小，外存储器容量大但访问速度慢。 **计算机应用** 计算机的主要应用包括数值计算、信息处理和过程控制。在这些应用中，计算机需要处理各种类型的数据，这就涉及到数据的表示和编码。 **数据表示与编码** 在计算机中，数据通常以二进制形式存储和处理。除了二进制，还有其他进制系统，如八进制、十进制和十六进制。数值编码有多种，比如二进制编码和BCD码，其中BCD码是用二进制表示十进制数的一种方法。此外，ASCII码是一种常用的字符编码，用于表示西文字符。 **存储器** 存储器按照其特性分为随机存取存储器（RAM，可读写但断电后数据丢失）和只读存储器（ROM，一旦编程后无法更改）。内存按地址组织，每个地址对应一个字节（8位）。内存容量是内存单元的数量，以字节为单位。 **输入/输出（I/O）** I/O接口是连接CPU和外部设备的关键组件，它起到数据缓冲、信号转换和同步协调的作用。接口允许CPU与外部设备异步工作，避免了两者速度差异带来的问题。 **总线** 总线是计算机内部各个组件之间传输信息的公共通道，包括地址总线（AB）、数据总线（DB）和控制总线（CB）。它们分别用来传输地址、数据和控制信号。 **指令系统与执行** 计算机的工作基于指令集，指令是计算机能理解和执行的基本操作命令。执行指令的过程包括取指令、分析指令、读取操作数、执行指令和存放结果。冯·诺依曼架构下，指令是顺序执行的，但通过指令并行执行可以提高效率，例如通过流水线技术。 **并行执行** 指令并行执行可以显著提高系统性能，通过减少等待时间，加快整体计算速度。加速比S表示并行执行与顺序执行的效率比，例如S=顺序执行时间/并行执行时间。 **冯·诺依曼结构** 冯·诺依曼结构遵循存储程序的工作原理，其中程序和数据共享同一存储空间，指令按顺序执行。这种结构简单直观，但也有其局限性，如处理复杂任务和并行计算时效率较低。 《微机原理与接口技术》涵盖了计算机硬件的多个关键方面，从基本的组件到复杂的系统设计，深入理解这些原理对于计算机科学的学习和实践至关重要。通过学习，我们可以更好地理解和解决计算机系统中的问题，设计更高效、更优化的系统。