微机原理与接口技术(第3版)第二章预备2(0)课件

微机原理及接口技术——学科基础课1微机原理与接口技术(第3版)第二章预备2(0)第0节预备知识一、计算机的基本工作原理二、有关术语

2微机原理与接口技术(第3版)第二章预备2(0)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微机原理与接口技术(第3版)第二章预备2(0)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微机原理与接口技术(第3版)第二章预备2(0)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1Byte=8bit

如：11000011010101115微机原理与接口技术(第3版)第二章预备2(0)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1Word=2Byte

一个双字定为32位 1DWord=2Word=4Byte6微机原理与接口技术(第3版)第二章预备2(0)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:Intel4004是4位

8080是8位

8088/8086/80286是16位

80386/80486、Pentium是32位10101100011001011001100001000011被加数

+11000011110000110001010101011000加数进位

1

1111111111101110000001010001010110110011011和4位8次

8位4次16位2次32位1次7微机原理与接口技术(第3版)第二章预备2(0)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7654321010100010D7D6D5D4D3D2D1D0A7A6A5A4A3A2A1A0字节数据Data地址Address字的编号为15~0：D0——D15；A0——A15双字的编号依此类推，为31~08微机原理与接口技术(第3版)第二章预备2(0)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微机原理与接口技术(第3版)第二章预备2(0)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R1R2R3R4寄存器组运算器IPCPU结构示意图10微机原理与接口技术(第3版)第二章预备2(0)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R1R2R3R4寄存器组运算器IP11微机原理与接口技术(第3版)第二章预备2(0)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微机原理与接口技术(第3版)第二章预备2(0)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微机原理与接口技术(第3版)第二章预备2(0)(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ROMBIOS鼠标键盘USB接口主板电源插座14微机原理与接口技术(第3版)第二章预备2(0)地址总线的条数决定CPU的寻址能力。10根→21010241K

20根→2201024K1M32根→23222×2304G36根→23626×23064G地址总线AB(AddressBus)：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微机原理与接口技术(第3版)第二章预备2(0)数据总线DB(DataBus)：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(ControlBus)：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微机原理与接口技术(第3版)第二章预备2(0)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R1R2R3R4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微机原理与接口技术(第3版)第二章预备2(0)

18微机原理与接口技术(第3版)第二章预备2(0)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微机原理与接口技术(第3版)第二章预备2(0)内存：存储程序和数据，由地址译码器、内存单元等构成n根CPU地址线AB数据线DB控制线CB地址译码器地址00...0000地址00...0001地址00...0010地址00...0011地址11…1111

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微机原理与接口技术(第3版)第二章预备2(0)(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CPU21微机原理与接口技术(第3版)第二章预备2(0)2.微型计算机工作过程（P21）分两阶段：取指令

执行指令22微机原理与接口技术(第3版)第二章预备2(0)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R1R2R3R4寄存器组运算器IP23微机原理与接口技术(第3版)第二章预备2(0)

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微机原理与接口技术(第3版)第二章预备2(0)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。MOVA，05H/B0H05H；把05送入累加器A25微机原理与接口技术(第3版)第二章预备2(0)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“MOVA，05H”指令，于是控制器发出执行这条指令的各种控制命令。26微机原理与接口技术(第3版)第二章预备2(