微機原理與接口技術(第3版)第二章預備2(0)

1、1,微機原理及接口技術,,—— 學科基礎課,2,第0節(jié) 預備知識 一、計算機的基本工作原理 二、有關術語,3,諾依曼計算機的工作原理可概述為：“存儲程序” + “程序控制”,要點：1．以二進制表示數(shù)據(jù)和指令(程序) 2. 先將程序存入存儲器中，再由控制器自動讀取并執(zhí)行,一、計算機的基本工作原理,4,二、有關術語1. 位 ( bit )2. 字節(jié) ( Byte )3. 字和字長 (

2、word)4. 位編號5. 指令、指令系統(tǒng)和程序6. 寄存器 7. 譯碼器,5,1. 位 ( bit) 指計算機能表示的最基本最小的單位 在計算機中采用二進制表示數(shù)據(jù)和指令，故：位就是一個二進制位，有兩種狀態(tài)，“0” 和 “1”,2. 字節(jié) ( Byte ) 相鄰的8位二進制數(shù)稱為一個字節(jié) 1 Byte = 8 bit 如： 1100 0011 0101 0111,6,

3、3．字和字長,字長是每一個字所包含的二進制位數(shù)。 常與CPU內部的寄存器、 運算裝置、總線寬度一致,字是CPU內部進行數(shù)據(jù)處理的基本單位。,把一個字定為16 位 1 Word = 2 Byte 一個雙字定為32位 1 DWord = 2 Word= 4 Byte,7,字長是衡量CPU工作性能的一個重要參數(shù)。 不同類型的CPU有不同的字長。 如: Intel 4004 是

4、 4 位 8080 是 8 位 8088/ 8086/80286 是 16 位 80386/80486、 Pentium是 32 位,8,4. 位編號 字節(jié)、字和雙字各位編號是從低位開始，從右到左依次為 0、1、2．．．,字的編號為15 ~ 0： D0——D15；A0——A15雙字的編號依此類推，為3

5、1 ~ 0,9,5. 指令、指令系統(tǒng)和程序,指令是CPU能執(zhí)行的一個基本操作。 如：取數(shù)、加、減、乘、除、存數(shù) 等 指令系統(tǒng)是CPU所能執(zhí)行的全部操作。 不同的CPU，其指令系統(tǒng)不同。 程序 是用戶在使用計算機時，為要解決的問題，用一條條指令編寫的指令的序列。 構成程序的指令在存儲器中一般都是順序存放，要破壞 這種順序性，必須由轉移指令操作。,10,6．寄存器 寄存器是用來存放數(shù)據(jù)和指令的一種基本邏輯部

6、件。,根據(jù)存放信息的不同， 有指令寄存器、數(shù)據(jù)寄存器、地址寄存器等。,11,7．譯碼器,將輸入代碼轉換成相應輸出信號的邏輯電路。根據(jù)譯碼內容的不同:指令譯碼器: 將指令代碼轉換成該指令所需的各種控制信號。地址譯碼器: 將地址信號轉換成各地址單元相應的選通信號。,12,三 微型計算機系統(tǒng) 1. 微型計算機的基本結構 2. 微型計算機工作過程,13,數(shù)據(jù)總線 DB,地址總線 AB,1. 微型計算機的基本結構,14,(1)

7、總線,總線是連接多個功能部件的一組公共信號線 微機中各功能部件之間的信息是通過總線傳輸,15,地址總線的條數(shù) 決定CPU的尋址能力。10根 → 210 1024 1K 20根 → 220 1024K 1M32根 → 232 22 × 230 4G36根 → 236

8、 26 × 230 64G,地址總線 AB ( Address Bus) ：單向用來傳送CPU輸出的地址信號，確定被訪問的存儲單元、I/O端口。,16,數(shù)據(jù)總線 DB ( Data Bus )：雙向 用來在CPU與存儲器、I/O接口之間進行數(shù)據(jù)傳送。,數(shù)據(jù)總線的條數(shù)決定一次可最多傳送數(shù)據(jù)的寬度。,8 根 → 一次傳送 8位16 根 → 一次傳送 16位 32

9、根 → 一次傳送 32位 64 根 → 一次傳送 64位,控制總線CB ( Control Bus ) ： 用于傳送各種控制信號。有的是CPU發(fā)出，如讀控制信號、寫控制信號； 有的是發(fā)向CPU，如外設向CPU發(fā)出的中斷申請信號。,17,(2) 中央處理器CPU 計算機的核心部件， 用來實現(xiàn)指令的自動裝入和自動執(zhí)行， 實現(xiàn)計算機本身的自動化。,CPU結構示意圖,18,,19,中央處理器（CPU）由運算器和控

10、制器組成。運算器：計算機中加工和處理數(shù)據(jù)的功能部件。（1）對數(shù)據(jù)加工處理，主要包括算術和邏輯運算，如加、減、乘、與、或、非運算等。（2）暫時存放參與運算的數(shù)據(jù)和中間結果。,,,控制器：控制和指揮計算機內各功能部件協(xié)同動作，完成計算機程序功能。（1）指令寄存器（IR）：保存當前正在執(zhí)行的一條指令。（2）指令譯碼器（ID）：將指令的操作碼翻譯成機器能識別的命令信號。（3）時序信號發(fā)生器： 根據(jù)ID產生的命令信號產生具體的控制信

11、號。,寄存器：包括一組通用寄存器組和專用寄存器（如IP） 。,20,內存：存儲程序和數(shù)據(jù)，由地址譯碼器、內存單元等構成,內存單元,內存地址,內存內容,RAM：可讀可寫，易失性，臨時存放程序和數(shù)據(jù)ROM：工作時只能讀，非易失性，永久或半永久性存放信息,21,(4) 外設和輸入/輸出接口（I/O接口）外設的電信號、運行速度與CPU不匹配，不能與CPU直接相連，必須通過I/O接口與CPU相連。,22,2. 微型計算機工作過程（P21）

12、分兩階段： 取指令 執(zhí)行指令,23,取指令階段（ CPU讀內存操作）：,地址經地址緩沖器 → 地址總線 → 地址譯碼器, 選中指令所在的內存單元,CPU發(fā)出內存讀控制信號,指令從內存 → 數(shù)據(jù)總線 → 數(shù)據(jù)緩沖器 → 指令寄存器,指令譯碼器對指令進行譯碼,由IP給出指令在內存的地址,,24,當一條指令需要從內存或I/O端口取得或存放數(shù)據(jù)時，CPU在執(zhí)行階段，需對指令指定的內存單元或I/O端口進行讀/寫操作。 當一

13、條指令取走后，IP會被修改成下一條要執(zhí)行指令的地址，這樣，當一條指令執(zhí)行后，又進入取指令階段，如此不斷的重復。 微機的工作過程： 取指令 → 執(zhí)行指令 → 取指令 → 執(zhí)行指令 、、,執(zhí)行指令階段： 經譯碼后的指令，由控制電路發(fā)出控制信號去執(zhí)行。(不同的指令，CPU的具體執(zhí)行過程不同。),25,例：完成5+6=？的程序，微型計算機的工作過程在進行計算前，應做如下工作：（1）用助記符號指令（匯編

14、語言）編寫程序（源程序）；（2）用匯編軟件（匯編程序）將源程序匯編成計算機能識別的機器語言程序；（3）將數(shù)據(jù)和程序通過輸入設備送入存儲器中存放。,MOV A，05H /B0H 05H ；把05送入累加器A,26,取指令階段的執(zhí)行過程：（設程序從00H開始存放）（1）將PC或IP的內容送地址寄存器AR。（2）PC的內容自動加1變?yōu)?1H，為取下一條指令作好準備。（3）地址寄存器AR將00H通過地址總線送至存儲器地址譯

15、碼器譯碼，選中00H單元。（4）CPU發(fā)出“讀”命令。（5）選中的00單元的內容B0H經數(shù)據(jù)總線DB上至數(shù)據(jù)寄存器DR。（6）數(shù)據(jù)寄存器DR將其內容送至指令寄存器IR中，經過譯碼CPU“識別”出這個操作碼為“MOV A，05H”指令，于是控制器發(fā)出執(zhí)行這條指令的各種控制命令。,27,,,,,,,,,,,,,,,,PC,AR,ALU,A,B,DR,IR,ID,PLA,00H,,,1,00H,,,,,,2,,,00 B0H,01

16、 05H,02 04H,03 06H,04 F4H,,3,,,4,讀命令,B0H,,,5,,6,,,B0H,,7,,,,,,,控制信號,（取第一條指令操作示意圖）,28,,執(zhí)行指令階段的執(zhí)行過程：（1）將PC或IP的內容送地址寄存器AR。（2）程序計數(shù)器PC的內容自動加1變?yōu)?2H，為取下一條指令作好準備。（3）地址寄存器AR將01H通過地址總線送至存儲器地址譯碼器譯碼，選中01H單元。（4）CPU發(fā)出“

17、讀”命令。（5）選中的01H單元內容05H經數(shù)據(jù)總線DB至數(shù)據(jù)寄存器DR。（6）由控制碼計算機已知到讀出的是立即數(shù)，并要求將它送入累加器A中，所以數(shù)據(jù)寄存器DR通過內部總線將05H送入累加器A中。,29,,,,,,,,,,,,,,,,PC,AR,ALU,A,B,DR,IR,ID,PLA,02H,,,1,01H,,,,,,2,,,00 B0H,01 05H,02 04H,03 06H,04 F4H,,3,