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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级 by wulibing,*,第2章 微机组成及基本原理,第2章 微机组成及基本原理,本章学习重点,掌握计算机硬件系统的基本组成,了解计算机总线系统,了解指令系统,了解系统接口,熟悉微机工作原理,本章学习重点掌握计算机硬件系统的基本组成,2.1 微机系统的基本组成,一个完整的计算机系统是由硬件系统和软件系统两部分组成。,2.1 微机系统的基本组成一个完整的计算机系统是由硬件系统和,2.1.1 运算器,运算器主要由算术逻辑单元（Arithmetic and Logic Unit，简称ALU）和寄存器组所构成,2.1.1 运算器运算器主要由算术逻辑单元（Arithmet,2.1.2 控制器,控制器是整个计算机的指挥控制中心。,控制器的工作过程是：,首先,从内存中,取出指令,，并对指令进行分析，,然后,根据指令的功能要求向有关部件发出操作控制命令，控制它们,执行,这条,指令,规定的功能。一般当各部件执行完控制器发来的命令后，还会向控制器,反馈执行的情况,。,2.1.2 控制器控制器是整个计算机的指挥控制中心。,2.1.2 控制器,根据工作原理划分，控制器可以分为两种：微程序控制器和硬布线控制器。,微程序控制器由指令部件、时序部件和微操作信号发生器等组成。,2.1.2 控制器根据工作原理划分，控制器可以分为两种：微程,2.1.3 存储器,内存储器：,根据基本功能分为,随机存取存储器,（RAM，random access memory）和,只读存储器,（ROM，read only memory）两种,2.1.3 存储器内存储器：,2.1.3 存储器,（1）随机存取存储器：可以随时根据需要读出数据，也可以随时重新写入新的数据,图2-5六管静态基本单元电路,图2-6 Intel公司的2114静态RAM,2.1.3 存储器（1）随机存取存储器：可以随时根据需要读出,2.1.3 存储器,图2-7 四管动态基本单元电路,图2-8 单管动态基本单元电路,2.1.3 存储器图2-7 四管动态基本单元电路 图2-8,2.1.3 存储器,（2）只读存储器：是一种在计算机运行过程中，只能读出不能写入和修改的存储器,2.1.3 存储器（2）只读存储器：是一种在计算机运行过程中,2.1.3 存储器,（3）高速缓冲存储器（cache）：为了解决主存和CPU之间的速度冲突问题,，,采用的一种比主存储器存取速度更快的存储器,图2-11 cache是介于CPU和主存之间的小容量存储器,2.1.3 存储器（3）高速缓冲存储器（cache）：为了解,2.1.4 输入和输出设备,输入输出设备简称I/O设备，通常又称为外部设备或外围设备。I/O设备是人与计算机直接对话的设备，是人机相互通信的桥梁。,2.1.4 输入和输出设备输入输出设备简称I/O设备，通常又,2.2 微机的指令系统,2.2.1 指令系统简介,从计算机组成的层次结构来说，计算机的指令有,微指令,、,机器指令,和,宏指令,之分。,微指令：微程序级的命令，它属于硬件。,宏指令：由若干条机器指令组成的软件指令，它属于软件。,机器指令（指令）：介于微指令与宏指令之间，每条指令可完成一个独立的算术运算或逻辑运算。,2.2 微机的指令系统2.2.1 指令系统简介,2.2.1 指令系统简介,指令系统：一台计算机中所有机器指令的集合，它是表征一台计算机性能的重要因素，其格式与功能不仅直接影响到机器的硬件结构，也直接影响到系统软件，影响到机器的适用范围。,2.2.1 指令系统简介指令系统：一台计算机中所有机器指令的,2.2.1 指令系统简介,一个完善的指令系统应满足如下四方面的要求：,完备性,有效性,规整性,兼容性,2.2.1 指令系统简介一个完善的指令系统应满足如下四方面的,2.2.2 指令的格式,指令格式是指令用二进制代码表示的结构形式。,操作码OP（n位）,地址码AD（m位）,指令的操作码表示该指令应进行什么性质的操作，如进行加法、减法、乘法、除法、取数、存数等。,组成操作码字段的位数一般取决于计算机指令系统的规模。,2.2.2 指令的格式指令格式是指令用二进制代码表示的结构形,2.2.3 指令的类型,数据传送指令,算术运算指令,逻辑运算指令,程序控制指令,输入输出指令,其他指令,特权指令,字符串处理指令,2.2.3 指令的类型数据传送指令,2.2.4 指令的寻址,操作数或指令在存储器中的地址：某个操作数或某条指令存放在某个存储单元时其存储单元的编号。,指令的寻址方式有两种，一种是顺序寻址方式，另一种是跳跃寻址方式。,2.2.4 指令的寻址操作数或指令在存储器中的地址：某个操作,2.2.5 操作数的寻址,1隐含寻址,2立即寻址,3直接寻址,4间接寻址,5寄存器寻址方式和寄存器间接寻址方式,6相对寻址方式,7基址寻址方式,8变址寻址方式,9块寻址方式,10段寻址方式,2.2.5 操作数的寻址1隐含寻址,2.3 微机的总线系统,现代计算机系统的复杂结构，使各部件之间需要有一个能够有效高速传输各种信息的通道，这就是总线。,一个单处理器系统中的总线，大致分为三类：,1内部总线：CPU内部连接各寄存器及运算部件之间的总线。,2系统总线：CPU同计算机系统的其他高速功能部件，如存储器、通道等互相连接的总线。,3I/O总线：中、低速I/O设备之间互相连接的总线。,2.3 微机的总线系统现代计算机系统的复杂结构，使各部件之间,2.3.1 总线的结构,单机系统中采用的总线结构有三种基本类型：（1）单总线结构；（2）双总线结构；（3）三总线结构,图2-13 单总线结构示意图,图2-14 双总线结构示意图,图2-15三总线结构示意图,2.3.1 总线的结构单机系统中采用的总线结构有三种基本类型,2.3.2 总线的结构与系统性能,最大存储容量,吞吐量,指令系统,2.3.2 总线的结构与系统性能最大存储容量,2.3.3 总线的控制方式,1集中式仲裁,（1）链式查询方式,（2）计数器定时查询方式,（3）独立请求方式,2分布式仲裁,2.3.3 总线的控制方式1集中式仲裁,2.3.4 通用串行总线,通用串行总线USB（Universal Serial Bus）是一种用于将适用USB的外围设备连接到主机的外部总线结构，主要用在中速和低速的外设。,2.3.4 通用串行总线通用串行总线USB（Univers,2.3.4 通用串行总线,1.USB结构和工作原理,（1）物理结构,（2）逻辑结构,（3）USB通信分层模型,（4）USB四种传输模式,图2-16 USB的物理拓扑结构,图2-17 USB通信分层模型,2.3.4 通用串行总线1.USB结构和工作原理图2-16,2.4 微机的接口系统,2.4.1 信息的传递方式,（1）串行传送,（2）并行传送,（3）分时传送,图2-18 信息串行传送,图2-19 信息并行传送,2.4 微机的接口系统2.4.1 信息的传递方式 图2-1,2.4.2 接口的基本概念,I/O设备适配器通常简称为接口。典型的接口通常具有如下功能：,程序中断,缓冲,状态,转换,整理,控制,2.4.2 接口的基本概念I/O设备适配器通常简称为接口。典,2.4.3 接口的分类,I/O接口的硬件主要分为两大类：,（1）I/O接口控制卡,（2）I/O接口芯片,2.4.3 接口的分类I/O接口的硬件主要分为两大类：,2.4.4 接口的控制方式,DMA（直接存储器存取）传送方式：,中断处理方式,程序查询方式,2.4.4 接口的控制方式DMA（直接存储器存取）传送方式：,2.4.5 USB接口芯片,CH375芯片是一种USB总线的通用接口芯片，支持HOST主机方式和SLAVE设备方式。,图2-19 CH375芯片内部结构,2.4.5 USB接口芯片CH375芯片是一种USB总线,2.5 微机的工作原理,在计算机工作时，CPU逐条执行程序中的语句就可以完成一个程序的执行，从而完成一项特定的任务。,图2-20 程序执行过程,2.5 微机的工作原理在计算机工作时，CPU逐条执行程序,本章小结,本章首先介绍了微机系统的基本组成，包括运算器、控制器、存储器和输入输出等，然后对微机的指令系统进行了一定的介绍，在对微机的总线系统和接口系统进行较详细描述后，最后给出了微机系统的工作原理。通过对本章的学习，应对微机的基本组成和原理有所掌握，从而为后面的学习奠定良好的理论基础。,本章小结本章首先介绍了微机系统的基本组成，包括运算器、控,谢谢!,谢谢!,
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