《微机组成与组装技术及应用教程》第2章课件

1、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（Arithmet2.1.2 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

2、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

3、）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（

4、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

5、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

6、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

7、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

8、 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

9、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 （Univers2.3.4 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2-162.4 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

10、 微机的接口系统2.4.1 信息的传递方式 图2-12.4.2 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