微机原理与接口技术(第3版)第二章预备课件

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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,精选ppt课件,*,微机原理及接口技术,学科基础课,1,精选ppt课件,第0节 预备知识,一、计算机的基本工作原理,二、有关术语,2,精选ppt课件,诺依曼计算机的工作原理可概述为:,“,存储程序,”+“,程序控制,”,输,入,设,备,控制器,输,出,设,备,CPU,存储器,运算器ALU,要点:,1以二进制表示数据和指令(程序),2.先将程序存入存储器中,再由控制器自动读取并执行,一、计算机的基本工作原理,3,精选ppt课件,二、有关术语,1.位(bit),2.字节(Byte),3.字和字长(word),4.位编号,5.指令、指令系统和程序,6.寄存器,7.译码器,4,精选ppt课件,1,.,位(bit),指,计算机能表示的最基本最小的单位,在计算机中采用二进制表示数据和指令,故:,位就是一个二进制位,有两种状态,“,0”,和“,1”,2.字节(Byte),相邻的,8,位二进制数称为一个字节,1 Byte=8 bit,如:,1100 0011,0101 0111,5,精选ppt课件,3字和字长,字长,是每一个字所包含的二进制位数。,常与,CPU,内部的寄存器、运算装置、总线宽度一致,字,是,CPU,内部进行数据处理的基本单位。,把一个字定为16 位,1 Word,=,2 Byte,一个双字定为32位,1 DWord,=,2 Word,=,4 Byte,6,精选ppt课件,字长是衡量,CPU,工作性能的一个重要参数。,不同类型的,CPU,有不同的字长。,如,:Intel 4004,是,4,位,8080,是,8,位,8088/8086/80286,是,16,位,80386/80486,、,Pentium,是,32,位,1010 1100 0110 0101 1001 1000 0100 0011,被加数,+,1100 0011 1100 0011 0001 0101 0101 1000,加数,进位,1,1 1111 1 111 1 1,0111 0000 0010 1000 1010 1101 1001 1011,和,4位 8次,8位 4次,16位 2次,32位 1次,7,精选ppt课件,4.位编号,字节、字和双字各位编号是从低位开始,从右到左依次为 0、1、2,编号,7,6,5,4,3,2,1,0,1,0,1,0,0,0,1,0,D7,D6,D5,D4,D3,D2,D1,D0,A7,A6,A5,A4,A3,A2,A1,A0,字节,数据,D,ata,地址,A,ddress,字,的编号为,15 0:,D0,D15,;,A0,A15,双字,的编号依此类推,为,31 0,8,精选ppt课件,5,.,指令、指令系统和程序,指令,是,CPU,能执行的一个基本操作。,如:取数、加、减、乘、除、存数 等,指令系统,是,CPU,所能执行的全部操作。,不同的,CPU,,,其指令系统不同。,程序,是用户在使用计算机时,为要解决的问题,用一条条指令编写的指令的序列。,构成程序的指令在存储器中一般都是顺序存放,要破坏 这种顺序性,必须由转移指令操作。,9,精选ppt课件,6寄存器,寄存器,是用来存放数据和指令的一种基本逻辑部件,。,根据存放信息的不同,,有,指令寄存器,、,数据寄存器,、,地址寄存器,等。,标 志,寄存器,地址总线 AB,数据总线 DB,控制总线 CB,指令寄存器,数据寄存器,控制电路,指令译码器,地,址,寄存,器,指 令,指 针,寄存器,R1,R2,R3,R4,寄存器组,运,算,器,IP,CPU,结构,示意图,10,精选ppt课件,7译码器,将输入代码转换成相应输出信号的逻辑电路。,根据译码内容的不同:,指令译码器:,将指令代码转换成该指令所需的各种控制信号。,地址译码器:,将地址信号转换成各地址单元相应的选通信号。,CPU 总线 内存,标 志,寄存器,地址总线 AB,程序,数据,数据总线 DB,控制总线 CB,地,址,译,码,器,、,指令1,指令2,指令3,指令4,、,、,数据1,数据2,数据3,、,指令寄存器,数据暂存器,控制电路,指令译码器,地,址,寄存,器,指 令,指 针,寄存器,R1,R2,R3,R4,寄存器组,运,算,器,IP,11,精选ppt课件,三 微型计算机系统,1.微型计算机的基本结构,2.微型计算机工作过程,12,精选ppt课件,数据总线 DB,地址总线 AB,存,储,器,I/O,接,口,输,入,设,备,I/O,接,口,控制总线 CB,输,出,设,备,CPU,微机的硬件由,CPU,、,存储器,、,输入/输出设备,构成;,输入/输出设备通过,输入/输出接口,(I/O接口)与系统相连;,各部件通过,总线,连接。,构成部件,1.微型计算机的基本结构,13,精选ppt课件,(1)总线,总线是连接多个功能部件的一组公共信号线,微机中各功能部件之间的信息是通过总线传输,ISA插,槽,PCI插槽,AGP插,槽,北桥,芯片组,南桥,芯片组,内存插槽,CPU插槽,IDE接口,软驱接口,并口连接器,串口连接器,ROM BIOS,鼠标键盘,USB,接口,主板,电源,插座,14,精选ppt课件,地址总线的条数,决定CPU的寻址能力。,10根 2,10,1024,1K,20根 2,20,1024K,1M,32,根 2,32,2,2,2,30,4G,36,根 2,36,2,6,2,30,64G,地址总线 AB,(Address Bus):,单向,用来传送CPU输出的地址信号,,确定被访问的存储单元、I/O端口。,15,精选ppt课件,数据总线 DB,(Data Bus):,双向,用来在CPU与存储器、I/O接口之间进行数据传送。,数据总线的条数决定一次可最多传送数据的宽度。,8 根 一次传送 8位,16 根 一次传送 16位,32 根 一次传送 32位,64 根 一次传送 64位,控制总线CB,(Control Bus):用于传送各种控制信号。,有的是CPU发出,如读控制信号、写控制信号;,有的是发向CPU,如外设向CPU发出的中断申请信号。,16,精选ppt课件,地址信号,标 志,寄存器,指令寄存器,数据缓冲器,定时控制电路,指令译码器,地,址,缓,冲,器,指 令,指 针,寄存器,R1,R2,R3,R4,寄存器组,运,算,器,IP,数据信号,控制信号,ALU,(2)中央处理器CPU,计算机的核心部件,用来实现指令的自动装入和自动执行,实现计算机本身的自动化。,CPU结构示意图,17,精选ppt课件,18,精选ppt课件,中央处理器(CPU)由,运算器,和,控制器,组成。,运算器:,计算机中加工和处理数据的功能部件。,(1)对数据加工处理,主要包括算术和逻辑运算,如加、减、乘、与、或、非运算等。,(2)暂时存放参与运算的数据和中间结果。,控制器:,控制和指挥计算机内各功能部件协同动作,完成计算机程序功能。,(1)指令寄存器(IR):保存当前正在执行的一条指令。,(2)指令译码器(ID):将指令的操作码翻译成机器能识别的命令信号。,(3)时序信号发生器:根据ID产生的命令信号产生具体的控制信号。,寄存器:,包括一组通用寄存器组和专用寄存器,(如IP),。,19,精选ppt课件,内存:,存储程序和数据,由地址译码器、内存单元等构成,n根,C,P,U,地址线AB,数据线DB,控制线CB,地,址,译,码,器,11001100,00110011,10101010,11110000,10001000,地址00.0000,地址00.0001,地址00.0010,地址00.0011,地址111111,内存结构示意图,内存单元,内存地址,内存内容,RAM:可读可写,易失性,临时存放程序和数据ROM:工作时只能读,非易失性,永久或半永久性存放信息,20,精选ppt课件,(4)外设和输入/输出接口(I/O接口),外设的电信号、运行速度与CPU不匹配,不能与CPU直接相连,必须通过I/O接口与CPU相连。,存,储,器,I/O,接,口,输,入,设,备,I/O,接,口,输,出,设,备,CPU,21,精选ppt课件,2.,微型计算机工作过程(P21),分两阶段:,取指令,执行指令,22,精选ppt课件,取指令阶段,(,CPU,读内存操作):,地址经地址缓冲器,地址总线,地址译码器,选中指令所在的内存单元,CPU,发出内存读控制信号,指令从内存,数据总线,数据缓冲器,指令寄存器,指令译码器对指令进行译码,由,IP,给出指令在内存的地址,标 志,寄存器,地址总线 AB,程序,数据,数据总线 DB,控制总线 CB,地,址,译,码,器,、,指令1,指令2,指令3,指令4,、,、,数据1,数据2,数据3,、,指令寄存器,数据缓冲器,控制电路,指令译码器,地,址,缓冲,器,指 令,指 针,寄存器,R1,R2,R3,R4,寄存器组,运,算,器,IP,23,精选ppt课件,当一条指令需要从内存或I/O端口取得或存放数据时,CPU在执行阶段,需对指令指定的内存单元或I/O端口进行读/写操作。,当一条指令取走后,IP会被修改成下一条要执行指令的地址,这样,当一条指令执行后,又进入取指令阶段,如此不断的重复。,微机的工作过程:,取指令,执行指令 ,取指令,执行指令、,执行指令阶段:,经译码后的指令,由控制电路发出控制信号去执行。,(,不同的指令,,CPU,的具体执行过程不同。,),24,精选ppt课件,例:完成5+6=?的程序,,微型计算机的工作过程,在进行计算前,应做如下工作:,(1)用助记符号指令(汇编语言)编写程序(源程序);,(2)用汇编软件(汇编程序)将源程序汇编成计算机能识别的机器语言程序;,(3)将数据和程序通过输入设备送入存储器中存放。,MOV A,05H /B0H 05H ;把05送入累加器A,25,精选ppt课件,取指令阶段的执行过程:(设程序从00H开始存放),(1)将PC或IP的内容送地址寄存器AR。,(2)PC的内容自动加1变为01H,为取下一条指令作好准备。,(3)地址寄存器AR将00H通过地址总线送至存储器地址译码器译码,选中00H单元。,(4)CPU发出“读”命令。,(5)选中的00单元的内容B0H经数据总线DB上至数据寄存器DR。,(6)数据寄存器DR将其内容送至指令寄存器IR中,经过译码CPU“识别”出这个操作码为“MOV A,05H”指令,于是控制器发出执行这条指令的各种控制命令。,26,精选ppt课件,PC,AR,ALU,A,B,DR,IR,ID,PLA,00H,1,00H,2,00 B0H,01 05H,02 04H,03 06H,04 F4H,3,4,读命令,B0H,5,6,B0H,7,控制信号,(取第一条指令操作示意图),27,精选ppt课件,执行指令阶段的执行过程:,(1)将PC或IP的内容送地址寄存器AR。,(2)程序计数器PC的内容自动加1变为02H,为取下一条指令作好准备。,(3)地址寄存器AR将01H通过地址总线送至存储器地址译码器译码,选中01H单元。,(4)CPU发出“读”命令。,(5)选中的01H单元内容05H经数据总线DB至数据寄存器DR。,(6)由控制码计算机已知到读出的是立即数,并要求将它送入累加器A中,所以数据寄存器DR通过内部总线将05H送入累加器A中。,28,精选ppt课件,PC,AR,ALU,A,B,DR,IR,ID,PLA,02H,1,01H,2,00 B0H,01 05H,02 04H,03 06H,04 F4H,3,4,读命令,05H,5,6,7,控制信号,05H,(执行第一条指令操作示意图),29,精选ppt课件,
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