2—CPU基本工作原理.ppt

1、2 微型计算机的基本结构,微型计算机主要由微处理器、存储器、I/O接口和I/O设备组成。各组成部分之间通过系统总线联系在一起,（2）系统总线（System Bus） 总线（Bus）就是将多个装置或部件连接起来并传送信息的公共通道。总线实际上是一组传输信号的线路。系统总线一般分为三种类型，即地址总线、数据总线和控制总线，有时也称为三大总线。,1）地址总线(Address Bus简称AB) 地址总线主要用来传输CPU发出的地址信息，选择需要访问的存贮单元和IO接口电路。地址总线是单向的，只能由CPU向外传送地址信息。地址总线的位数决定了可以直接访问的存贮器的单元数目。,2）数据总线(Data Bu

2、s简称DB) 数据总线用来在微处理器和存贮器以及输入输出（I/O）接口之间传送数据，如从存贮器中取数据到CPU，把运算结果从CPU送到外部输出设备等。数据总线是双向的，即数据可从CPU传出，也可以从外部送入CPU，微处理器的位数和外部数据总线的位数应该一致。,3）控制总线(Control Bus简称CB) 控制总线可以是CPU的控制信号或状态信号，也可以是外部设备的请求信号或联络信号。对于每一条具体的控制线，信号的传送方向是固定的，个别信号线还兼有双向功能。,系统总线是传送信息的通道，非常繁忙，其使用特点如下： 在某一时刻，只能由一个总线主控设备控制总线，其它总线主控设备必须放弃总线的控制权。

3、 在连接系统总线的各个设备中，同时只能有一个发送者向总线发送信号，但可以多个设备同时从总线上获取信号。,2.1微处理器的组成及功能,(1)运算器的组成及功能 运算器:实现加法和移位。运算器由算术逻辑单元ALU、累加器A、通用寄存器组、暂存寄存器TMP、标志寄存器F以及其他逻辑电路所组成。 a.累加器A是运算器的关键部件之一，它有两种功能：为ALU的一个输入端，存放第一个操作数；存放ALU运算结果。 b. 通用寄存器用来暂存参加运算的操作数，中间结果或地址它是为高速处理数据而设置的，其个数因不同种类的CPU而异.,c.暂存寄存器TMP作为ALU的另一输入端，用来暂存从数据总线或通用寄存器送来的操

4、作数，供ALU进行运算；同时也能将数据送到内部数据总线。 d.标志寄存器F用来保存ALU运算结果的状态。例如，进位、滋出、结果为零、奇偶数等。这种状态作为控制程序转移的条件。微型机的智能化，就是依赖于F的状态标志位。,e.算术逻辑运算单元ALU是由加法器和其他逻辑电路组成的，在指令译码后的控制信号作用下，完成各种算术或逻辑运算。它有两个输入端，其中一个为累加器A；另一个为暂存器TMP。有时还包含标志寄存器F中的进位等。运算结果，经数据总线送累加器A，同时影响标志寄存器中的状态。,(2)控制器的组成及功能 控制器是发布操作命令的机构，犹如人脑的神经中枢。计算机程序和原始数据的输入，CPU内部的信

5、息处理，处理结果的输出，外部设备与主机之间的信息交换等都是在控制器的控制下实现的。 微型机的程序是由一系列指令组成的每条指令又由操作码和地址码(或操作数)所组成。当微型机进行自动计算时，控制器的任务是：逐条地取出指令，分析指令，执行指令，并为取下一条指令作好准备。为了完成上述功能，控制器应有指令寄存器、指令译码器和控制电路等组成,1.程序计数器Pc 程序是指令的有序集合。微型机运行时，通常按顺序执行存放在存储器中的程序。先由PC指出当前要执行指令的地址，每当该指令取出后，PC的内容就自动加1(除转移指令外)，指向按顺序排列的下一条指令的地址。在正常情况下，则按顺序逐条地执行指令。如果遇到转移指

6、令、调用子程序指令或返回指令等，这些指令就合把下一条指令的地址直接置入PC中。程序计数器Pc的位数决定了微处理器所能寻址的存储器空间。,2指令寄存器IR 它用来存放当前要执行的指令内容，它包括操作码和地址码两部分。操作码送往指令译码器；地址码送至操作数地址形成电路。在8位微型机中，IR的宽度通常与微处理器的基本指令长相同。故为存放所要执行的指令操作码。指令地址码是通过地址形成电路来形成操作数的真正地址。,3指令译码器 指令译码器是分析指令功能的部件。操作码经过译码后产生相应操作的控制信号。例如，8位操作码经指令译码器译码后，可以转换为28256种操作控制信号，其中每一种控制信号对应一种特定的操

7、作功能。,4堆栈指示器SP 在微型机中，一般都设有堆栈。堆栈中的数据是以“先进后出”的原则进行存取的。这种存取方式对于处理中断、调用于程序都非常方便。实现堆栈操作是开辟某一内存区域作为堆栈，栈顶由微处理中的堆栈指示器sP自动管理，SP中的内容称为堆栈指针。每次进行推入或弹出操作后，堆栈指示器便自动指向栈顶。 堆栈指示器是专用寄存器，而堆栈区在微型机中要设置在内存单元区的寄存器RAM，所以可设置在片内的RAM中。,5.控制电路 控制电路的主要功能，是根据指令产生微机各部件所需要的控制信号。这些控制信号是由指令译码器的输出电位，CPU时序和外部状态信号等进行组合而产生的。它按一定的时间顺序发出一系

8、列操作控制信号，以完成指令所规定的全部操作。,一、一个简单C程序,#define uchar unsigned char uchar Sum uchar AddSum(uchar a,uchar b) uchar c; c=a+b; return(c); ,Void main(void) Sum=0; Sum=AddSum(1,2); Sum+=1； ,二、程序运行 1、程序运行到Sum=0；语句后调用函数 AddSum（），在调用函数之前要把当前断点PC值保存，以备函数返回后能继续运行。断点值放在堆栈中。 2.设CPU的通用寄存器用AR0,AR1ARn表示，主程序变为汇编语言后会用到通用寄存器，函数AddSum（）也会用到这些寄存器，因此在函数运行前要对这些寄存器进行保护，一般是把这些寄存器的值压栈。,Void main(void) uchar d； Sum=0; d=AddSum(1,2); Sum=d； ,3. 设函数通过累加器A返回，则在子程序中A也要保护,4、函数中变量a,b,c是局部变量，在函数运行完后消失，失去意义，程序中Sum是全局变量，在程序中一直占用某一空间。全局变量与局部变量不能在同一空间，一般局部变量放在堆栈中。,5.同样d也是局部变量，因此在程序运行时也会给它分配临