微机原理第十一章

微机原理第十一章第十一章概述微机系统基本概念指令系统与寻址方式汇编语言程序设计基础输入输出与中断技术存储器管理技术总结与展望目录CONTENT第十一章概述微机系统基本概念指令系统与寻址方式汇编语言程序设计基础输入输出与中断技术存储器管理技术总结与展望目录CONTENT第十一章概述01第十一章概述01微机原理是计算机科学与技术专业的一门重要基础课程，主要讲解微型计算机的基本组成、工作原理、指令系统、汇编语言程序设计等内容。第十一章作为该课程的重要组成部分，主要探讨微型计算机的中断系统和输入输出处理技术。背景介绍微型计算机的中断系统和输入输出处理技术是计算机硬件与软件交互的关键环节，对于理解计算机的工作原理、提高计算机系统的性能和可靠性具有重要意义。因此，掌握第十一章的内容对于计算机科学与技术专业的学生来说至关重要。重要性章节背景及重要性微机原理是计算机科学与技术专业的一门重要基础课程，主要讲解微型计算机的基本组成、工作原理、指令系统、汇编语言程序设计等内容。第十一章作为该课程的重要组成部分，主要探讨微型计算机的中断系统和输入输出处理技术。背景介绍微型计算机的中断系统和输入输出处理技术是计算机硬件与软件交互的关键环节，对于理解计算机的工作原理、提高计算机系统的性能和可靠性具有重要意义。因此，掌握第十一章的内容对于计算机科学与技术专业的学生来说至关重要。重要性章节背景及重要性学习目标通过本章的学习，学生应该能够掌握微型计算机的中断系统和输入输出处理技术的基本原理和实现方法，了解中断控制器、DMA控制器等关键部件的工作原理和使用方法，能够运用所学知识分析和解决实际的计算机硬件与软件交互问题。学习要求学生需要认真听讲、积极思考、勤于实践，通过课堂讲解、实验操作、课后作业等多种方式加深对本章内容的理解和掌握。同时，学生还需要具备一定的计算机硬件和软件基础知识，如数字电路、汇编语言等。学习目标与要求学习目标通过本章的学习，学生应该能够掌握微型计算机的中断系统和输入输出处理技术的基本原理和实现方法，了解中断控制器、DMA控制器等关键部件的工作原理和使用方法，能够运用所学知识分析和解决实际的计算机硬件与软件交互问题。学习要求学生需要认真听讲、积极思考、勤于实践，通过课堂讲解、实验操作、课后作业等多种方式加深对本章内容的理解和掌握。同时，学生还需要具备一定的计算机硬件和软件基础知识，如数字电路、汇编语言等。学习目标与要求中断系统基本概念中断的定义和分类中断优先级和中断嵌套知识结构导图中断系统基本概念中断的定义和分类中断优先级和中断嵌套知识结构导图中断控制器8259A8259A的功能和特性8259A的工作原理和使用方法知识结构导图中断控制器8259A8259A的功能和特性8259A的工作原理和使用方法知识结构导图DMA控制器8237A8237A的功能和特性8237A的工作原理和使用方法知识结构导图DMA控制器8237A8237A的功能和特性8237A的工作原理和使用方法知识结构导图输入输出处理技术程序控制输入输出方式中断控制输入输出方式DMA控制输入输出方式01020304知识结构导图输入输出处理技术程序控制输入输出方式中断控制输入输出方式DMA控制输入输出方式01020304知识结构导图微机系统基本概念02微机系统基本概念02包括微处理器、存储器、输入输出接口和总线等部分。微机系统基本组成分为单处理器结构和多处理器结构，其中多处理器结构又可分为对称多处理器和非对称多处理器。微机系统结构微机系统组成与结构包括微处理器、存储器、输入输出接口和总线等部分。微机系统基本组成分为单处理器结构和多处理器结构，其中多处理器结构又可分为对称多处理器和非对称多处理器。微机系统结构微机系统组成与结构负责指令的取指、译码和执行等操作，是微处理器的核心部分。控制器运算器寄存器组负责数据的算术和逻辑运算，包括加法器、减法器、乘法器、除法器等。包括通用寄存器、专用寄存器和程序状态字寄存器等，用于暂存数据和地址。030201微处理器内部结构负责指令的取指、译码和执行等操作，是微处理器的核心部分。控制器运算器寄存器组负责数据的算术和逻辑运算，包括加法器、减法器、乘法器、除法器等。包括通用寄存器、专用寄存器和程序状态字寄存器等，用于暂存数据和地址。030201微处理器内部结构可读可写，掉电后数据丢失，分为静态RAM（SRAM）和动态RAM（DRAM）。随机存取存储器（RAM）只读不写，掉电后数据不丢失，分为掩模ROM、可编程ROM（PROM）、可擦除可编程ROM（EPROM）和电可擦除可编程ROM（EEPROM）。只读存储器（ROM）位于CPU和主存之间，用于提高CPU访问主存的速度。高速缓冲存储器（Cache）将内存和外存结合起来，为用户提供一个比实际内存空间大得多的虚拟内存空间。虚拟存储器存储器类型及特点可读可写，掉电后数据丢失，分为静态RAM（SRAM）和动态RAM（DRAM）。随机存取存储器（RAM）只读不写，掉电后数据不丢失，分为掩模ROM、可编程ROM（PROM）、可擦除可编程ROM（EPROM）和电可擦除可编程ROM（EEPROM）。只读存储器（ROM）位于CPU和主存之间，用于提高CPU访问主存的速度。高速缓冲存储器（Cache）将内存和外存结合起来，为用户提供一个比实际内存空间大得多的虚拟内存空间。虚拟存储器存储器类型及特点指令系统与寻址方式03指令系统与寻址方式03指令由操作码和操作数组成，操作码指明操作性质，操作数表示操作对象。根据指令功能可分为数据传送指令、算术运算指令、逻辑运算指令、程序控制指令等。指令格式及分类指令分类指令格式指令由操作码和操作数组成，操作码指明操作性质，操作数表示操作对象。根据指令功能可分为数据传送指令、算术运算指令、逻辑运算指令、程序控制指令等。指令格式及分类指令分类指令格式直接寻址指令中直接给出操作数所在内存单元的有效地址，即操作数的有效地址EA由指令直接给出。立即寻址操作数直接包含在指令中，紧跟在操作码后面，作为指令一部分存放在内存的代码段中。间接寻址操作数所在内存单元的地址通过存储器间接给出。寄存器间接寻址操作数所在内存单元的地址通过寄存器间接给出。寄存器寻址操作数包含在寄存器中，寄存器的名称由指令指定。寻址方式介绍直接寻址指令中直接给出操作数所在内存单元的有效地址，即操作数的有效地址EA由指令直接给出。立即寻址操作数直接包含在指令中，紧跟在操作码后面，作为指令一部分存放在内存的代码段中。间接寻址操作数所在内存单元的地址通过存储器间接给出。寄存器间接寻址操作数所在内存单元的地址通过寄存器间接给出。寄存器寻址操作数包含在寄存器中，寄存器的名称由指令指定。寻址方式介绍MOV指令ADD指令AND指令JMP指令典型指令解析数据传送指令，用于在内存与寄存器之间、寄存器与寄存器之间、内存单元之间传送数据。逻辑运算指令，用于执行两个操作数的逻辑与运算，并将结果存放在指定的寄存器或内存单元中。算术运算指令，用于执行两个操作数的加法运算，并将结果存放在指定的寄存器或内存单元中。程序控制指令，用于实现程序的无条件转移，将程序的控制权转移到指定的内存地址处。MOV指令ADD指令AND指令JMP指令典型指令解析数据传送指令，用于在内存与寄存器之间、寄存器与寄存器之间、内存单元之间传送数据。逻辑运算指令，用于执行两个操作数的逻辑与运算，并将结果存放在指定的寄存器或内存单元中。算术运算指令，用于执行两个操作数的加法运算，并将结果存放在指定的寄存器或内存单元中。程序控制指令，用于实现程序的无条件转移，将程序的控制权转移到指定的内存地址处。汇编语言程序设计基础04汇编语言程序设计基础04汇编语言的特点具有机器语言的优点，可直接控制硬件；同时克服了机器语言难读、难写、难记和难检查的缺点。汇编语言与高级语言的比较汇编语言比高级语言更接近机器语言，执行效率高，但编程复杂度高。汇编语言的定义汇编语言是一种面向机器的程序设计语言，使用助记符表示操作码，用符号地址或标号代替地址码。汇编语言概述汇编语言的特点具有机器语言的优点，可直接控制硬件；同时克服了机器语言难读、难写、难记和难检查的缺点。汇编语言与高级语言的比较汇编语言比高级语言更接近机器语言，执行效率高，但编程复杂度高。汇编语言的定义汇编语言是一种面向机器的程序设计语言，使用助记符表示操作码，用符号地址或标号代替地址码。汇编语言概述伪指令的概念伪指令是汇编语言中的一类特殊指令，用于指示汇编程序进行某些特定的操作，如定义数据、分配存储空间等。宏指令的概念宏指令是一组汇编语言的集合，通过宏定义将其定义为一个宏名，在程序中通过宏调用实现宏指令的功能。伪指令的分类数据定义伪指令、符号定义伪指令、段定义伪指令等。宏指令的应用简化程序、提高程序的可读性和可维护性。伪指令与宏指令应用伪指令的概念伪指令是汇编语言中的一类特殊指令，用于指示汇编程序进行某些特定的操作，如定义数据、分配存储空间等。宏指令的概念宏指令是一组汇编语言的集合，通过宏定义将其定义为一个宏名，在程序中通过宏调用实现宏指令的功能。伪指令的分类数据定义伪指令、符号定义伪指令、段定义伪指令等。宏指令的应用简化程序、提高程序的可读性和可维护性。伪指令与宏指令应用顺序程序是指按照程序中语句的排列顺序，自上而下逐条执行的程序。顺序程序的概念分析问题、确定算法、编写程序、调试程序。顺序程序设计的基本步骤顺序结构、选择结构和循环结构。顺序程序设计中的基本结构合理安排语句顺序、正确使用变量和标号、注意程序的逻辑性和可读性。顺序程序设计中的注意事项顺序程序设计方法顺序程序是指按照程序中语句的排列顺序，自上而下逐条执行的程序。顺序程序的概念分析问题、确定算法、编写程序、调试程序。顺序程序设计的基本步骤顺序结构、选择结构和循环结构。顺序程序设计中的基本结构合理安排语句顺序、正确使用变量和标号、注意程序的逻辑性和可读性。顺序程序设计中的注意事项顺序程序设计方法输入输出与中断技术05输入输出与中断技术05

输入输出设备概述输入设备将外部信息转换为计算机能识别的二进制代码，以便计算机进行处理。常见的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪等。输出设备将计算机处理后的结果转换为人们能识别的形式，如文字、图形、声音等。常见的输出设备有显示器、打印机、音响等。输入输出接口连接计算机与外部设备的桥梁，实现计算机与外部设备之间的数据传输。接口电路通常包括数据寄存器、状态寄存器和控制寄存器。

输入输出设备概述输入设备将外部信息转换为计算机能识别的二进制代码，以便计算机进行处理。常见的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪等。输出设备将计算机处理后的结果转换为人们能识别的形式，如文字、图形、声音等。常见的输出设备有显示器、打印机、音响等。输入输出接口连接计算机与外部设备的桥梁，实现计算机与外部设备之间的数据传输。接口电路通常包括数据寄存器、状态寄存器和控制寄存器。中断概念中断是指计算机在执行程序过程中，由于某种原因需要暂时停止当前程序的执行，转而执行另一段程序（中断服务程序），待中断服务程序执行完毕后，再返回原程序继续执行的过程。中断类型根据中断源的不同，中断可分为内部中断（软件中断）和外部中断（硬件中断）。外部中断又可分为可屏蔽中断和不可屏蔽中断。中断处理过程包括中断请求、中断响应、中断服务和中断返回四个阶段。在中断请求阶段，中断源向CPU发出中断请求信号；在中断响应阶段，CPU响应中断请求并保存现场信息；在中断服务阶段，执行相应的中断服务程序；在中断返回阶段，恢复现场信息并返回原程序继续执行。中断技术原理及应用中断概念中断是指计算机在执行程序过程中，由于某种原因需要暂时停止当前程序的执行，转而执行另一段程序（中断服务程序），待中断服务程序执行完毕后，再返回原程序继续执行的过程。中断类型根据中断源的不同，中断可分为内部中断（软件中断）和外部中断（硬件中断）。外部中断又可分为可屏蔽中断和不可屏蔽中断。中断处理过程包括中断请求、中断响应、中断服务和中断返回四个阶段。在中断请求阶段，中断源向CPU发出中断请求信号；在中断响应阶段，CPU响应中断请求并保存现场信息；在中断服务阶段，执行相应的中断服务程序；在中断返回阶段，恢复现场信息并返回原程序继续执行。中断技术原理及应用DMA概念DMA（DirectMemoryAccess）即直接内存访问，是一种高速的数据传输方式。它允许外部设备和内存之间直接进行数据传输，而不需要经过CPU的干预，从而大大提高了数据传输的效率。DMA传输过程在DMA传输过程中，外部设备通过DMA控制器向内存发出数据传输请求。DMA控制器接收到请求后，向CPU发出总线请求信号。CPU响应请求后，将总线控制权交给DMA控制器。此时，DMA控制器控制外部设备和内存之间的数据传输，直到数据传输完成后再将总线控制权交还给CPU。DMA传输方式优点由于DMA传输方式不需要CPU的干预，因此可以大大减轻CPU的负担，提高系统的整体性能。同时，DMA传输方式具有较高的数据传输速率和较低的传输延迟，适用于大数据量的高速数据传输场合。DMA传输方式简介DMA概念DMA（DirectMemoryAccess）即直接内存访问，是一种高速的数据传输方式。它允许外部设备和内存之间直接进行数据传输，而不需要经过CPU的干预，从而大大提高了数据传输的效率。DMA传输过程在DMA传输过程中，外部设备通过DMA控制器向内存发出数据传输请求。DMA控制器接收到请求后，向CPU发出总线请求信号。CPU响应请求后，将总线控制权交给DMA控制器。此时，DMA控制器控制外部设备和内存之间的数据传输，直到数据传输完成后再将总线控制权交还给CPU。DMA传输方式优点由于DMA传输方式不需要CPU的干预，因此可以大大减轻CPU的负担，提高系统的整体性能。同时，DMA传输方式具有较高的数据传输速率和较低的传输延迟，适用于大数据量的高速数据传输场合。DMA传输方式简介存储器管理技术06存储器管理技术06动态分配策略程序在运行时根据需要动态申请和释放内存空间，操作系统提供相应的内存管理功能，如内存分配、回收、保护和扩充等。静态分配策略程序在编译或链接时确定内存需求，操作系统在程序装入内存时一次性分配所需内存空间，程序运行期间不再改变。分段分配策略程序按逻辑功能划分成多个段，每个段在内存中占据连续空间，但各段之间可以不相邻。操作系统以段为单位进行内存分配和管理。内存分配策略动态分配策略程序在运行时根据需要动态申请和释放内存空间，操作系统提供相应的内存管理功能，如内存分配、回收、保护和扩充等。静态分配策略程序在编译或链接时确定内存需求，操作系统在程序装入内存时一次性分配所需内存空间，程序运行期间不再改变。分段分配策略程序按逻辑功能划分成多个段，每个段在内存中占据连续空间，但各段之间可以不相邻。操作系统以段为单位进行内存分配和管理。内存分配策略局部性原理程序在执行时呈现出局部性规律，即在一段时间内访问的内存地址集中在某个局部范围内。虚拟存储技术利用这一原理，将当前需要执行的程序段装入内存，其他部分留在外存中，需要时再装入。请求分页/请求分段虚拟存储技术采用请求分页或请求分段方式实现内存与外存之间的信息交换。当程序访问的页面/段不在内存中时，产生缺页/缺段中断，操作系统将所需的页面/段从外存调入内存。页面置换算法当内存空间不足时，需要采用页面置换算法将内存中暂时不用的页面调出到外存，以腾出空间装入新的页面。常见的页面置换算法有先进先出（FIFO）、最近最少使用（LRU）和最佳（OPT）等。虚拟存储技术原理局部性原理程序在执行时呈现出局部性规律，即在一段时间内访问的内存地址集中在某个局部范围内。虚拟存储技术利用这一原理，将当前需要执行的程序段装入内存，其他部分留在外存中，需要时再装入。请求分页/请求分段虚拟存储技术采用请求分页或请求分段方式实现内存与外存之间的信息交换。当程序访问的页面/段不在内存中时，产生缺页/缺段中断，操作系统将所需的页面/段从外存调入内存。页面置换算法当内存空间不足时，需要采用页面置换算法将内存中暂时不用的页面调出到外存，以腾出空间装入新的页面。常见的页面置换算法有先进先出（FIFO）、最近最少使用（LRU）和最佳（OPT）等。虚拟存储技术原理要点三Cache基本原理Cache位于CPU和主存之间，用于存放CPU近期可能用到的数据和指令。当CPU需要访问内存时，首先查看Cache中是否有所需数据，若有则直接从Cache中读取，提高了访问速度；若没有则再从主存中读取，并将读取的数据同时写入Cache中。要点一要点二Cache映射方式Cache与主存之间的映射方式有直接映射、全相联映射和组相联映射三种。直接映射方式下每个主存块只能映射到Cache中的固定位置；全相联映射方式下主存块可以映射到Cache中的任意位置；组相联映射方式是前两者的折中方案。Cache替换算法当Cache空间不足时，需要采用替换算法将Cache中的某些数据块替换出去。常见的替换算法有先进先出（FIFO）、最近最少使用（LRU）和不经常使用（NFU）等。要点三高速缓存Cache技术要点三Cache基本原理Cache位于CPU和主存之间，用于存放CPU近期可能用到的数据和指令。当CPU需要访问内存时，首先查看Cache中是否有所需数据，若有则直接从Cache中读取，提高了访问速度；若没有则再从主存中读取，并将读取的数据同时写入Cache中。要点一要点二Cache映射方式Cache与主存之间的映射方式有直接映射、全相联映射和组相联映射三种。直接映射方式下每个主存块只能映射到Cache中的固定位置；全相联映射方式下主存块可以映射到Cache中的任意位置；组相联映射方式是前两者的折中方案。Cache替换算法当Cache空间不足时，需要采用替换算法将Cache中的某些数据块替换出去。常见的替换算法有先进先出（FIFO）、最近最少使用（LRU）和不经常使用（NFU）等。要点三高速缓存Cache技术总结与展望07总结与展望07章节内容回顾与总结存储器系统与I/O接口介绍了存储器的层次结构、I/O接口的工作原理及数据传输方式。微处理器结构与原理详细阐述了微处理器的内部结构、工作原理及指令系统。微机系统概述介绍了微机系统的基本组成、工作原理及主要性能指标。总线与通信讲解了总线的基本概念、分类及通信协议，以及常用总