ch1 微机原理与应用

1、1微机原理与应用微机原理与应用 2微机原理与应用课特点：微机原理与应用课特点：内容多内容多, , 难度大，应用广。难度大，应用广。讲课内容讲课内容: : 汇编语言、接口技术汇编语言、接口技术. .讲课学时讲课学时: : 理论课时理论课时(64)(64)课程性质：专业技术必修课程课程性质：专业技术必修课程课程的特点：偏重硬件，软硬件结合课程的特点：偏重硬件，软硬件结合先修课程：导论、数字逻辑、组成原理、汇编语言等先修课程：导论、数字逻辑、组成原理、汇编语言等后续课程：系统结构、计算机综合技术等后续课程：系统结构、计算机综合技术等 本课程的教学目标主要是使学生获得计算机硬件技术方本课程的教学目标主

2、要是使学生获得计算机硬件技术方面的面的基础知识基础知识、基本思想基本思想、基本方法基本方法和和基本技能基本技能，为学习，为学习后续课程和以后跟踪计算机技术的新发展，进一步学习和后续课程和以后跟踪计算机技术的新发展，进一步学习和应用相关方面的新知识、新技术打下必要基础。应用相关方面的新知识、新技术打下必要基础。 本课程以本课程以IBM PCIBM PC系列微机系列微机作为主要作为主要背景机背景机进行教学。进行教学。3本课程分为以下五个知识模块：本课程分为以下五个知识模块：一、一、Intelx86CPUIntelx86CPU的结构特点、基本组成和体系结构的结构特点、基本组成和体系结构 内容包括微型

3、计算机的基本知识、基本组成；内容包括微型计算机的基本知识、基本组成；Intelx86CPUIntelx86CPU的结构特点；其引脚功能、体系结构、工作时序等。这部的结构特点；其引脚功能、体系结构、工作时序等。这部分内容比较简单，但由于它是课程的基础，因此必须完全分内容比较简单，但由于它是课程的基础，因此必须完全掌握相关内容。教学方式主要采用理论授课、课外作业。掌握相关内容。教学方式主要采用理论授课、课外作业。 二、二、Intelx86CPUIntelx86CPU的指令系统和汇编程序设计的指令系统和汇编程序设计 内容包括内容包括Intelx86CPUIntelx86CPU的寻址方式和指令格式；指

4、令系统和的寻址方式和指令格式；指令系统和伪指令语句；汇编源程序框架结构；程序设计方法和技巧伪指令语句；汇编源程序框架结构；程序设计方法和技巧等。学生须掌握等。学生须掌握1111种寻址方式及各种指令的功能、使用方种寻址方式及各种指令的功能、使用方法。教学方式主要采用理论授课、课外作业以及实验教学。法。教学方式主要采用理论授课、课外作业以及实验教学。学生一定要重视实验，通过编程上机加深对伪指令、指令学生一定要重视实验，通过编程上机加深对伪指令、指令的理解，培养汇编语言程序设计的能力。的理解，培养汇编语言程序设计的能力。4 三、存储器的组成及其与微处理器的连接三、存储器的组成及其与微处理器的连接 内

5、容包括各类存储器的组成及特点；存储器连接与扩充；内容包括各类存储器的组成及特点；存储器连接与扩充；8086/80888086/8088与存储器连接等。理解各类存储器的组成特点与存储器连接等。理解各类存储器的组成特点是选择存储器芯片的基础，而存储器与微处理器的连接更是选择存储器芯片的基础，而存储器与微处理器的连接更是配置系统的存储器的关键问题，控制信号和译码信号的是配置系统的存储器的关键问题，控制信号和译码信号的正确连接既是重点也是这部分的难点。教学方式主要采用正确连接既是重点也是这部分的难点。教学方式主要采用理论授课、课外作业以及实验教学。理论授课、课外作业以及实验教学。 四、中断系统和中断程

6、序设计四、中断系统和中断程序设计 内容包括内容包括I/OI/O接口的一般组成；输入和输出的传送方式；接口的一般组成；输入和输出的传送方式；微机的中断结构、工作过程和微机的中断结构、工作过程和8259A8259A的编程与应用；中断的编程与应用；中断程序设计举例等。教学方式主要采用理论授课、课外作业程序设计举例等。教学方式主要采用理论授课、课外作业以及实验教学。学生一定要通过认真做习题和实验加深对以及实验教学。学生一定要通过认真做习题和实验加深对Intelx86CPUIntelx86CPU中断系统的理解，培养微机应用系统的中断中断系统的理解，培养微机应用系统的中断子程序设计和调试的能力。子程序设计

7、和调试的能力。5 五、微机中的常用接口原理和应用五、微机中的常用接口原理和应用 内容包括计数器内容包括计数器/ /定时器定时器82538253的结构和应用；并行接口的结构和应用；并行接口8255A8255A的工作原理及编程应用方法；的工作原理及编程应用方法； A/DA/D、D/AD/A的基本的基本工作原理及应用方法等。这部分是本课程学习的重点工作原理及应用方法等。这部分是本课程学习的重点和难点，也是考查学生综合运用能力的部分。教学方和难点，也是考查学生综合运用能力的部分。教学方式主要采用理论授课、课外作业以及实验教学。学生式主要采用理论授课、课外作业以及实验教学。学生一定要通过认真做习题和实验

8、来加深对接口电路的原一定要通过认真做习题和实验来加深对接口电路的原理与应用的理解，树立系统的概念，培养微机应用系理与应用的理解，树立系统的概念，培养微机应用系统的接口电路设计和调试的能力。统的接口电路设计和调试的能力。6本课程主要学习内容本课程主要学习内容PC/XTPC/XT硬件系统构成硬件系统构成7第一章第一章 微型计算机概述微型计算机概述一、一、计算机的基本组成和工作原理计算机的基本组成和工作原理二、二、有关术语有关术语三、三、计算机发展简史计算机发展简史四、四、微型计算机概述微型计算机概述8第一章第一章 计算机概述计算机概述一、计算机的基本组成和工作原理一、计算机的基本组成和工作原理二、

9、有关术语二、有关术语 位位 字节字节 字和字长字和字长 位编号位编号 指令指令 指令系统指令系统 程序程序 寄存器寄存器 译码器译码器三、计算机发展简史三、计算机发展简史四、微型计算机概述四、微型计算机概述1. 1. 微型计算机的基本结构微型计算机的基本结构 1) 1) 构成部件构成部件 (1) (1) 总线总线 (2) (2) 中央处理器中央处理器CPUCPU (3) (3) 内存内存 (4) (4) 外设和输入外设和输入/ /输出接口（输出接口（I/OI/O接口）接口） 2) 2) 微机的工作过程微机的工作过程2. 2. 微处理器、微型计算机、微型计算机系统微处理器、微型计算机、微型计算机

10、系统3. 3. 微型计算机的特点微型计算机的特点4. 4. 微型计算机的主要性能指标微型计算机的主要性能指标5.5.微型计算机的应用微型计算机的应用9一、计算机的基本组成和工作原理一、计算机的基本组成和工作原理按性能可分为：巨型机，大型机，按性能可分为：巨型机，大型机， 中型机，小型机，微机中型机，小型机，微机 现代计算机的结构基础：现代计算机的结构基础：存储程序控制结构存储程序控制结构1945年，美籍匈牙利数学家年，美籍匈牙利数学家John Von Neumann提出提出, 冯诺依曼计算机冯诺依曼计算机ENIAC (1946)掌上电脑掌上电脑(2000)10诺依曼计算机的工作原理可概述为：诺

11、依曼计算机的工作原理可概述为：“存储程序存储程序” + “程序控制程序控制”要点：要点：1以二进制表示数据和指令以二进制表示数据和指令(程序程序) 2. 先将程序存入存储器中，再由控制器自动读取并执行先将程序存入存储器中，再由控制器自动读取并执行输输入入设设备备控制器控制器输输出出设设备备 CPU 存储器存储器运算器运算器ALU11二、有关术语二、有关术语1. 位位 ( bit )2. 字节字节 ( Byte )3. 字和字长字和字长 (word)4. 位编号位编号5. 指令、指令系统和程序指令、指令系统和程序6. 寄存器寄存器 7. 译码器译码器121. 位位 ( bit)l 指指计算机能表

12、示的最基本最小的单位计算机能表示的最基本最小的单位l 在计算机中采用二进制表示数据和指令，故：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，位就是一个二进制位，有两种状态，“0” 和和 “1”2. 字节字节 ( Byte )l 相邻的相邻的8位二进制数称为一个字节位二进制数称为一个字节 1 Byte = 8 bit 如：如： 1100 0011 0101 0111 3字和字长字和字长 l 字长字长是每一个字所包含的二进制位数。是每一个字所包含的二进制位数。 常与常与CPU内部的寄存器、内部的寄存器、 运算装置、总线宽度一致运算装置、总线宽度一致l 字字是是CPU内部进

13、行数据处理的基本单位。内部进行数据处理的基本单位。13例例 某某CPU内含内含 8位运算器位运算器，则：，则：参加运算的数及结果均以参加运算的数及结果均以 8位位 表示表示, ,最高位产生的进位或借位在最高位产生的进位或借位在8位运算器中不保存，位运算器中不保存，而将其保存到标志寄存器中而将其保存到标志寄存器中 1 0 1 1 0 1 0 1 被加数被加数8位位 + + 1 0 0 0 1 1 1 1 加数加数8位位进位进位 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 和和8位位PSW标志寄存器标志寄存器运运算算器器标志标志寄存器寄存器运运算算器器被加数被加数加数加数和和进位进

14、位14字长是衡量字长是衡量CPU工作性能的一个重要参数。工作性能的一个重要参数。 不同类型的不同类型的CPU有不同的字长。有不同的字长。 如如: Intel 4004 是是 4 位位 8080 是是 8 位位 8088/ 8086/80286 是是 16 位位 80386/80486、Pentium 是是 32 位位 1010 1100 0110 0101 1001 1000 0100 0011 被加数被加数 + + 1100 0011 1100 0011 0001 0101 0101 1000 加数加数进位进位 1 1 1111 1 111 1 1 0111 0000 0010 1000 1

15、010 1101 1001 1011 和和 4位位 8次次 8位位 4次次16位位 2次次32位位 1次次15位位 1 或或 0 1位位字节字节 1100 0011 8位位字字 1100 0011 0011 1100 16位位双字双字 1100 0011 0011 1100 1100 0011 0011 1100 32位位高字节高字节低字节低字节 高高 字字 低低 字字把一个把一个字字定为定为16 位位， 1 Word = 2 Byte 一个一个双字双字定为定为32位位 1 DWord = 2 Word= 4 Byte164. 位编号位编号 为便于描述，对字节为便于描述，对字节,字和双字中的各

16、位进行编号。字和双字中的各位进行编号。 从低位开始，从右到左依次为从低位开始，从右到左依次为 0、1、2 编号编号7654321010100010D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0字节字节数据数据Data地址地址Address17D0D7D15D8158101010101010101070A0A7A15A8字字的编号为的编号为15 0双字双字的编号依此类推，为的编号依此类推，为31 0185. 指令、指令系统和程序指令、指令系统和程序l 一个一个CPU能执行什么操作，是工程人员设计和制造好的，能执行什么操作，是工程人员设计和制造好的，

17、是固定的，用户不能改变。是固定的，用户不能改变。l 指令指令是是CPU能执行的一个基本操作。能执行的一个基本操作。 如：取数、加、减、乘、除、存数如：取数、加、减、乘、除、存数 等等l 指令系统指令系统是是CPU所能执行的全部操作。所能执行的全部操作。 不同的不同的CPU，其指令系统不同。其指令系统不同。l 程序程序是用户在使用计算机时，为要解决的问题，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。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，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。要破坏这种顺序性，必须

18、由转移指令操作。196寄存器寄存器 l 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是用来存放数据和指令的一种基本逻辑部件。l 根据存放信息的不同，根据存放信息的不同， 有有指令寄存器指令寄存器、数据寄存器数据寄存器、地址寄存器地址寄存器等。等。标标 志志寄存器寄存器地址总线地址总线 AB数据总线数据总线 DB控制总线控制总线 CB指令寄存器指令寄存器数据寄存器数据寄存器控制电路控制电路指令译码器指令译码器地地址址寄寄存存器器指指 令令指指 针针寄存器寄存器R1R2R3R4寄存器组寄存器组运运算算器器IPCPU结构结构示意图示意图207译码器译码器l 译码器译码器是将输入代码转换成相应输

19、出信号的逻辑电路。是将输入代码转换成相应输出信号的逻辑电路。 指令指令是是CPU能执行的一个基本操作能执行的一个基本操作;CPU的设计者对的设计者对CPU的所有指令进行的所有指令进行编码编码;用户用用户用编码形式的指令编码形式的指令进行编程，程序存放在内存中进行编程，程序存放在内存中;CPU从从内存取来编码形式的指令内存取来编码形式的指令,对指令进行译码，发出执行该指令功能所需的信号对指令进行译码，发出执行该指令功能所需的信号21CPU 总线总线 内存内存标标 志志寄存器寄存器地址总线地址总线 AB程程序序数数据据数据总线数据总线 DB控制总线控制总线 CB地地址址译译码码器器、指令指令1指令

20、指令2指令指令3指令指令4、数据数据1数据数据2数据数据3、指令寄存器指令寄存器数据暂存器数据暂存器控制电路控制电路指令译码器指令译码器地地址址寄寄存存器器指指 令令指指 针针寄存器寄存器R1R2R3R4寄存器组寄存器组运运算算器器IPl 根据译码内容的不同，可分为：根据译码内容的不同，可分为： 指令译码器指令译码器: 将指令代码转换成该指令所需的各种控制信号。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。将地址信号转换成各地址单元相应的选通信号。22二、计算机发展简史二、计算机发展简史1. 根据使用的基本电子器件，计算机经历了四

21、个阶段：根据使用的基本电子器件，计算机经历了四个阶段：电子管计算机电子管计算机(19461956) 晶体管计算机晶体管计算机(19571964)集成电路计算机集成电路计算机(19651970)超大规模集成超大规模集成电路计算机电路计算机(1971至今至今)l 用机器语言、汇编语言编写程用机器语言、汇编语言编写程l 用于军事和国防尖端技术用于军事和国防尖端技术l 开始使用高级语言开始使用高级语言l 开始用于工程技术、数据处理和开始用于工程技术、数据处理和 其它科学领域其它科学领域l 采用微程序、流水线等技术，采用微程序、流水线等技术， 提高运行速度提高运行速度l 出现操作系统、诊断程序等软件出现

22、操作系统、诊断程序等软件l 采用半导体存储器采用半导体存储器l 采用图形界面操作系统采用图形界面操作系统l 器件速度更快器件速度更快, 软件、外设更加丰富软件、外设更加丰富 主主要要特特点点232计算机的两个方向发展：计算机的两个方向发展：l 研制高速度、强功能的巨型机和大型机研制高速度、强功能的巨型机和大型机 适应军事和尖端科学的需要。适应军事和尖端科学的需要。l 研制价格低廉的超小型机和微型机研制价格低廉的超小型机和微型机 开拓应用领域和占领更广大的市场。开拓应用领域和占领更广大的市场。 微型计算机微型计算机是第四代计算机的典型代表。是第四代计算机的典型代表。24 四、微型计算机概述四、微

23、型计算机概述 1. 微型计算机的基本结构微型计算机的基本结构 2. 微处理器、微型计算机、微型计算机系统微处理器、微型计算机、微型计算机系统 3. 微型计算机的特点微型计算机的特点 4. 微型计算机的性能指标微型计算机的性能指标 5. 微型计算机的应用微型计算机的应用251. 微型计算机的基本结构微型计算机的基本结构简介简介 1) 构成部件构成部件 ; 2) 工作过程工作过程存存储储器器I/O接接口口输输入入设设备备I/O接接口口数据总线数据总线 DB控制总线控制总线 CB地址总线地址总线 AB输输出出设设备备CPU26存存储储器器I/O接接口口输输入入设设备备I/O接接口口数据总线数据总线

24、DB控制总线控制总线 CB地址总线地址总线 AB输输出出设设备备CPU微机的硬件由微机的硬件由CPU、存储器存储器、输入输入/输出设备输出设备构成；构成；输入输入/输出设备通过输出设备通过输入输入/输出接口输出接口与系统相连；与系统相连； ( 输入输入/输出接口简称输出接口简称I/O接口接口 )各部件通过各部件通过总线总线连接。连接。构构成成部部件件27(1)总线总线l 总线是连接多个功能部件的一组公共信号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微机中各功能部件之间的信息是通过总线传输总线总线 BUS存存储储器器I/O接接口口输输入入设设备备I/O接接

25、口口输输出出设设备备CPU28ISA插插槽槽PCI插槽插槽AGP插插槽槽北桥北桥芯片组芯片组南桥南桥芯片组芯片组内存插槽内存插槽CPU插槽插槽IDE接口接口软驱接口软驱接口并口连接器并口连接器串口连接器串口连接器ROM BIOS鼠标键盘鼠标键盘USB接口接口主板主板电源电源插座插座29550MHzIDE2Pentium III北桥北桥440BXAGP南桥南桥PIIX4ECMOS & RTCUSB超级超级I/OIDE1COM1COM2LPT1550MHzL1CacheL2Cache处理机总线处理机总线 100MHz100MHzPCI 总线总线 33MHzPCI 插槽插槽ISA 插槽插槽ISA总线

26、总线 8MHz内存条内存条ROM BIOS显显示示器器硬盘硬盘光驱光驱软驱软驱键盘鼠标键盘鼠标打印机打印机MODEM66MHz显卡显卡30l 按信号的作用，总线分为三类：按信号的作用，总线分为三类： 地址总线、数据总线、控制总线地址总线、数据总线、控制总线 存存储储器器I/O接接口口输输入入设设备备I/O接接口口数据总线数据总线 DB控制总线控制总线 CB地址总线地址总线 AB输输出出设设备备CPU31地址总线地址总线 AB ( Address Bus) ：单向单向用来传送用来传送CPU输出的地址信号，输出的地址信号，确定被访问的存储单元、确定被访问的存储单元、I/O端口。端口。存存储储器器I

27、/O接接口口输输入入设设备备I/O接接口口数据总线数据总线 DB控制总线控制总线 CB地址总线地址总线 AB输输出出设设备备CPU32地址总线的条数地址总线的条数 决定决定CPU的寻址能力。的寻址能力。10根根 210 1024 1K 20根根 220 1024K 1M32根根 232 22 230 4G36根根 236 26 230 64G33数据总线数据总线 DB ( Data Bus )：双向双向 用来在用来在CPU与存储器、与存储器、I/O接口之间进行数据传送。接口之间进行数据传送。存存储储器器I/O接接口口输输入入设设备备I/O接接口口数据总线数据总线 DB控制总线控制总线 CB地址

28、总线地址总线 AB输输出出设设备备CPU34数据总线数据总线的条数决定一次可最多传送数据的宽度。的条数决定一次可最多传送数据的宽度。 8 根根 一次传送一次传送 8位位16 根根 一次传送一次传送 16位位 32 根根 一次传送一次传送 32位位 64 根根 一次传送一次传送 64位位35控制总线控制总线CB ( Control Bus ) ： 用于传送各种控制信号。用于传送各种控制信号。存存储储器器I/O接接口口输输入入设设备备I/O接接口口数据总线数据总线 DB控制总线控制总线 CB地址总线地址总线 AB输输出出设设备备CPU 有的是有的是CPU发出，如读控制信号、写控制信号；发出，如读控

29、制信号、写控制信号； 有的是发向有的是发向CPU，如外设向，如外设向CPU发出的中断申请信号。发出的中断申请信号。36(2) 中央处理器中央处理器CPUl 计算机的核心部件计算机的核心部件 用来实现指令的自动装入和自动执行，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。实现计算机本身的自动化。存存储储器器I/O接接口口输输入入设设备备I/O接接口口数据总线数据总线 DB控制总线控制总线 CB地址总线地址总线 AB输输出出设设备备CPU37CPU结构示意图结构示意图地址信号地址信号标标 志志寄存器寄存器指令寄存器指令寄存器数据暂存器数据暂存器控制电路控制电路指令译码器指令译码器地地

30、址址寄寄存存器器指指 令令指指 针针寄存器寄存器R1R2R3R4寄存器组寄存器组运运算算器器IP数据信号数据信号控制信号控制信号ALUALU控制器控制器38DSESSSCSIP数据暂存器数据暂存器执执 行行 部部 件件控控 制制 电电 路路指令译码器指令译码器总线总线接口接口控制控制电路电路AXBXCXDXAHBHCHDHSIDIBPSPALBLCLDL寄存器组寄存器组BIUABDBCB地地址址加加法法器器指指令令队队列列PSW标志寄存器标志寄存器EU运运算算器器DSESSSCSIP数据暂存器数据暂存器执执 行行 部部 件件控控 制制 电电 路路指令译码器指令译码器总线总线接口接口控制控制电路

31、电路AXBXCXDXAHBHCHDHSIDIBPSPALBLCLDL寄存器组寄存器组ABDBCB地地址址加加法法器器指指令令队队列列PSW标志寄存器标志寄存器运运算算器器8088 编程结构编程结构39 指令指针指令指针控制控制ROM控制部件控制部件地址生成地址生成(U流水线流水线)地址生成地址生成(V流水线流水线)ALU(U流水线流水线)ALU(V流水线流水线)整数寄存器组整数寄存器组桶形移位器桶形移位器8K字节数据字节数据 高速缓存高速缓存TLB浮点部件浮点部件控制控制寄存器组寄存器组加法加法除法除法乘法乘法总总线线部部件件 页页面面部部件件预取缓冲器预取缓冲器指令译码器指令译码器8K字节代

32、码字节代码 高速缓存高速缓存TLB 分支目标分支目标缓冲器缓冲器 分支检验分支检验与目标地址与目标地址 预取预取地址地址控制控制64位位数据总线数据总线32位位地址总线地址总线32位地址总线位地址总线64位数据总线位数据总线256323232323232Pentium内部结构内部结构40(3)存储器存储器l主存储器：用于存放计算机当前正在执行的程序和需要主存储器：用于存放计算机当前正在执行的程序和需要 使用的数据，速度快，使用的数据，速度快，CPU可以直接对它进行访问。可以直接对它进行访问。l 辅助存储器：存储容量大，成本低，脱机保存信息，辅助存储器：存储容量大，成本低，脱机保存信息， 主要用

33、于存放不是当前正在运行的程序和数据。通过主要用于存放不是当前正在运行的程序和数据。通过 主存与主存与CPU交换数据，包括硬盘，光盘，交换数据，包括硬盘，光盘，U盘盘l 高速缓冲存储器：位于高速缓冲存储器：位于CPU和主存储器之间规模较小和主存储器之间规模较小 但速度很高的存储器，用于保存主存储器中一部分内但速度很高的存储器，用于保存主存储器中一部分内 容的拷贝。主机先访问容的拷贝。主机先访问Cache，若无数据则访问主存。，若无数据则访问主存。 解决了解决了CPU与主存之间的速度匹配问题。与主存之间的速度匹配问题。 存储器是计算机中存储信息的部件。按照存储器在计算机存储器是计算机中存储信息的部

34、件。按照存储器在计算机中的作用，可分为以下三种：中的作用，可分为以下三种：41内存内存 内存是存储程序和数据的部件，内存是存储程序和数据的部件， 由地址译码器、内存单元等构成。由地址译码器、内存单元等构成。n根根CPU地址线地址线AB数据线数据线DB控制线控制线CB地地址址译译码码器器1100110000110011101010101111000010001000地址地址00.0000地址地址00.0001地址地址00.0010地址地址00.0011地址地址111111内存结构示意图内存结构示意图42l 内存单元内存单元 l 内存单元的地址内存单元的地址l 内存单元的内容内存单元的内容l 对内

35、存的读对内存的读/写操作写操作43l 内存单元内存单元 存储信息的基本单元。存储信息的基本单元。 每片内存芯片有若干个内存单元。每片内存芯片有若干个内存单元。 每个单元可存储每个单元可存储1位或多位等二进制数。位或多位等二进制数。n根根CPU地址线地址线AB数据线数据线DB控制线控制线CB地地址址译译码码器器1100110000110011101010101111000010001000地址地址00.0000地址地址00.0001地址地址00.0010地址地址00.0011地址地址11111144l 内存单元的地址内存单元的地址 为区分各内存单元，每个内存单元对应有一个地址。为区分各内存单元，

36、每个内存单元对应有一个地址。 地址线上的数据经译码后只有唯一的内存单元被选中地址线上的数据经译码后只有唯一的内存单元被选中。n根根CPU地址线地址线AB数据线数据线DB控制线控制线CB地地址址译译码码器器1100110000110011101010101111000010001000地址地址00.0000地址地址00.0001地址地址00.0010地址地址00.0011地址地址11111145l 内存单元的内容内存单元的内容 每个内存单元所存储的二进制数据。每个内存单元所存储的二进制数据。n根根CPU地址线地址线AB数据线数据线DB控制线控制线CB地地址址译译码码器器1100110000110

37、011101010101111000010001000地址地址00.0000地址地址00.0001地址地址00.0010地址地址00.0011地址地址11111146l 对内存的读对内存的读/写操作写操作 CPU发出地址信号，选中相应的内存单元。发出地址信号，选中相应的内存单元。 若是若是读操作读操作，CPU发出内存读控制信号，发出内存读控制信号， 被选中的内存单元将其内容经数据总线送入被选中的内存单元将其内容经数据总线送入CPU。 若是若是写操作写操作，CPU发出内存写控制信号，发出内存写控制信号， CPU将欲写的内容经数据总线，写入被选中的内存单元。将欲写的内容经数据总线，写入被选中的内存

38、单元。n根根CPU地址线地址线AB控制线控制线CB地地址址译译码码器器1100110000110011101010101111000010001000地址地址00.0000地址地址00.0001地址地址00.0010地址地址00.0011地址地址111111数据线数据线DB47(4) 外设和输入外设和输入/输出接口（输出接口（I/O接口）接口） 外设的电信号、运行速度与外设的电信号、运行速度与CPU不匹配，不匹配， 不能与不能与CPU直接相连，必须通过直接相连，必须通过I/O接口与接口与CPU相连。相连。 存存储储器器I/O接接口口输输入入设设备备I/O接接口口数据总线数据总线 DB控制总线控

39、制总线 CB地址总线地址总线 AB输输出出设设备备CPU48键键 盘盘 键盘接口键盘接口 显示器显示器 显示卡显示卡鼠鼠 标标 串行接口串行接口 网网 络络 网卡网卡 打印机打印机 并行接口并行接口 音箱、麦可风音箱、麦可风 声卡声卡IDE2Pentium III北桥北桥440BX南桥南桥PIIX4ECMOS & RTCUSB超级超级I/OIDE1COM1COM2LPT1L1CacheL2CachePCI 插槽插槽ISA 插槽插槽内存条内存条ROM BIOS显显示示器器硬盘硬盘光驱光驱软驱软驱键盘鼠标键盘鼠标打印机打印机MODEM显卡显卡49I/O接口结构示意图接口结构示意图CPU通过对通过对

40、I/O端口进行读端口进行读/写操作，实现对外设的控制。写操作，实现对外设的控制。I/O端口端口1I/O端口端口2I/O端口端口3地址地址译码译码数据数据缓冲缓冲控制控制电路电路外外设设ABDBCBCPU50l I/O端口端口l I/O端口的地址端口的地址l I/O端口的内容端口的内容l 对对I/O端口的读端口的读/写操作写操作51l I/O端口端口 I/O接口内部通常有一个或多个寄存器，接口内部通常有一个或多个寄存器， 用以存放各种信息，称用以存放各种信息，称I/O寄存器或寄存器或I/O端口。端口。I/O端口端口1I/O端口端口2I/O端口端口3地址地址译码译码数据数据缓冲缓冲控制控制电路电路

41、外外设设ABDBCBCPU52l I/O端口的地址端口的地址 为区分各为区分各I/O端口，每个端口对应有一个端口地址。端口，每个端口对应有一个端口地址。I/O端口端口1 (23H端口端口)I/O端口端口2(24H端口端口)I/O端口端口3(25H端口端口地址地址译码译码数据数据缓冲缓冲控制控制电路电路外外设设ABDBCBCPU53l I/O端口的内容端口的内容1001 0101 (状态状态端口端口)0110 1010(数据端口数据端口)1100 0110(控制端口控制端口)地址地址译码译码数据数据缓冲缓冲控制控制电路电路外外设设ABDBCBCPU根据存放内容的不同可分为：状态根据存放内容的不同

42、可分为：状态端口，数据端口，控制端口端口，数据端口，控制端口 指指I/O端口存放的二进制数据。端口存放的二进制数据。54l 对对I/O端口的读端口的读/写操作：写操作： （与内存的读（与内存的读/写操作相类似）写操作相类似） CPU发出地址信号，选中相应的发出地址信号，选中相应的I/O端口。端口。 若是若是读操作读操作，CPU发出发出I/O端口读控制信号，端口读控制信号， 被选中的被选中的I/O端口将其内容经数据总线送入端口将其内容经数据总线送入CPU。 若是若是写操写操作，作，CPU发出发出I/O端口写控制信号，端口写控制信号， CPU将欲写的内容经数据总线，写入被选中的将欲写的内容经数据总

43、线，写入被选中的I/O端口中。端口中。I/O端口端口1 (23H端口端口)I/O端口端口2(24H端口端口)I/O端口端口3(25H端口端口地址地址译码译码数据数据缓冲缓冲控制控制电路电路外外设设ABDBCBCPU552）微机的工作过程）微机的工作过程 计算机的工作原理是：计算机的工作原理是：“存储程序存储程序” + “程序控制程序控制”CPU 总线总线 内存内存标标 志志寄存器寄存器地址总线地址总线 AB程程序序数数据据数据总线数据总线 DB控制总线控制总线 CB地地址址译译码码器器、指令指令1指令指令2指令指令3指令指令4、数据数据1数据数据2数据数据3、指令寄存器指令寄存器数据暂存器数据

44、暂存器控制电路控制电路指令译码器指令译码器地地址址寄寄存存器器指指 令令指指 针针寄存器寄存器R1R2R3R4寄存器组寄存器组运运算算器器IP56微机的工作过程分两阶段：微机的工作过程分两阶段：l 取指令取指令l 执行指令执行指令57l取指令阶段取指令阶段（ CPU读内存操作）：读内存操作）： 地址经地址寄存器地址经地址寄存器 地址总线地址总线 地址译码器地址译码器, 选中指令所在的内存单元选中指令所在的内存单元 CPU发出内存读控制信号发出内存读控制信号 指令从内存指令从内存 数据总线数据总线 数据暂存器数据暂存器 指令寄存器指令寄存器 指令译码器对指令进行译码指令译码器对指令进行译码 由由

45、IP给出指令在内存的地址给出指令在内存的地址标标 志志寄存器寄存器地址总线地址总线 AB程程序序数数据据数据总线数据总线 DB控制总线控制总线 CB地地址址译译码码器器、指令指令1指令指令2指令指令3指令指令4、数据数据1数据数据2数据数据3、指令寄存器指令寄存器数据暂存器数据暂存器控制电路控制电路指令译码器指令译码器地地址址寄寄存存器器指指 令令指指 针针寄存器寄存器R1R2R3R4寄存器组寄存器组运运算算器器IP58l执行指令阶段：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。经译码后的指令，由控制电路发出控制信号去执行。CPU 总线总线 内存内存标标 志志寄存器寄存器地址

46、总线地址总线 AB程程序序数数据据数据总线数据总线 DB控制总线控制总线 CB地地址址译译码码器器、指令指令1指令指令2指令指令3指令指令4、数据数据1数据数据2数据数据3、指令寄存器指令寄存器数据暂存器数据暂存器控制电路控制电路指令译码器指令译码器地地址址寄寄存存器器指指 令令指指 针针寄存器寄存器R1R2R3R4寄存器组寄存器组运运算算器器IP59不同的指令，不同的指令，CPU的具体执行过程不同。的具体执行过程不同。CPU 可执行的操作通常有数据传送、算术逻辑运算等等。可执行的操作通常有数据传送、算术逻辑运算等等。当一条指令需要从内存或当一条指令需要从内存或I/O端口取得或存放数据时，端口

47、取得或存放数据时，CPU在执行阶段，在执行阶段， 需对指令指定的内存单元或需对指令指定的内存单元或I/O端口进行读端口进行读/写操作。写操作。60例例 指令指令1：将寄存器：将寄存器R1与与R3的内容相加，结果存在的内容相加，结果存在R3中。中。 指令指令1在在CPU 内部即可完成内部即可完成CPU 总线总线 内存内存标标 志志寄存器寄存器地址总线地址总线 AB程程序序数数据据数据总线数据总线 DB控制总线控制总线 CB地地址址译译码码器器、指令指令1指令指令2指令指令3指令指令4、数据数据1数据数据2数据数据3、指令寄存器指令寄存器数据暂存器数据暂存器控制电路控制电路指令译码器指令译码器地地

48、址址寄寄存存器器指指 令令指指 针针寄存器寄存器R1R2R3R4寄存器组寄存器组运运算算器器IP61例例 指令指令2：将内存中的数据：将内存中的数据2送至送至CPU的寄存器的寄存器R2中中指令指令2的执行阶段包括一个到内存取数的执行阶段包括一个到内存取数(即读内存即读内存)的过程。的过程。CPU 总线总线 内存内存标标 志志寄存器寄存器地址总线地址总线 AB程程序序数数据据数据总线数据总线 DB控制总线控制总线 CB地地址址译译码码器器、指令指令1指令指令2指令指令3指令指令4、数据数据1数据数据2数据数据3、指令寄存器指令寄存器数据暂存器数据暂存器控制电路控制电路指令译码器指令译码器地地址址寄寄存存器器指指 令令指指 针针寄存器寄存器R1R2R3R4寄存器组寄存器组运运算算器器IP62例例 指令指令3：将寄存器：将寄存器R3的内容送至数据的内容送至数据3的内存单元中的内存单元中指令指令3的执行阶段包括一个向内存存数的执行阶段包括一个向内存存数(即写内存即写内存)的过程的过程。CPU 总线总线 内存内存标标 志志寄存器寄存器地址总线地址总线 AB程程序序数数据据数据总线数据总线 DB控制总线控制总线 CB地地址址译译码码器器、指令指令1指令指令2指令指令3指令指令4、数据数据1数据数据2数据数据3、指令寄存器指令寄存器数据暂存器数据暂存器控制电路控制电路指令译码器指令译码器地地址