微机原理第一章1

1、12第一节第一节 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、有关术语二、有关术语 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 第二节第二节 计算机中数的表示和编码计算机中数的表示和编码 一、进位计数制及其表示方法一、进位计数制及其表示方法 二、数制之间的转换二、数制之间的转换 三、字和各种字符的编码三、字和各种字符的编码 四、小结四、小结3第一节第一节 计算机概述计算机概述 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

2、概述微型计算机概述4第一节第一节 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、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. 微型计算机的基本结构微型计算机的基本结构 1) 构成部件构成部件 (1) 总线总线 (2) 中央处理器中央处理器CPU (3) 内存内存 (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） 2) 微机的工作过程微机的工作过程2. 微处理器、微型计算机、

3、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. 微型计算机的分类微型计算机的分类 1) 按构成分类按构成分类 2) 按按CPU的字长分类的字长分类 3)按主机装置分类按主机装置分类 5. IBM PC机的发展简史机的发展简史5一、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

4、, 诺依曼计算机诺依曼计算机ENIAC (1946)掌上电脑掌上电脑(2000)6学院的学院的SGI仿真工作站仿真工作站学院学院HP高性能计算巨型机高性能计算巨型机三峡梯调计算机系统三峡梯调计算机系统三峡梯调发电调度控制中心三峡梯调发电调度控制中心78main函数入口初始化系统控制寄存器和PLLn8吗？设置通道计数器n1读取通道n头信息与参数信息设置DAC输出缓冲DACOUTn为0有谐波叠加标志吗?交流信号吗？设置谐波分量计数器m1根据m次谐波参数（相位、频率、幅值）利用数据产生方案计算DAC格式数字量OUTAm9吗？否mDACOUTnOUTA是根据基波参数（相位、频率、幅值）利用数据产生方案

5、计算DAC格式数字量OUTADACOUTnOUTA有无n1是n否是根据直流幅值计算DAC格式数字量OUTADACOUTnOUTA否初始化在片外设初始化GPIO接口关CPU中断中断向量初始化设置定时器Timer0周期为40us设置定时器Timer2周期为3秒开Timer0中断开Timer2中断开INT1中断开INT13中断9诺依曼计算机的工作原理可概述为：诺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

6、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ALU101. 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 译码器译码器二、有关术语二、有关术语111. 位位 ( bit)l 指指计算机能表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

7、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 123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

8、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 1

9、6 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 1010 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 001

10、1 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位编号位编号7654321010100010D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0字节字节数据

11、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31 018 5. 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， 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

12、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，用一条条是用户在使用计算机时，为要解决的问题，用一条条 指令编写的指令编写的指令的序列指令的序列。程序的指令在存储器中一般都是。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。顺序存放，要破坏这种顺序性，必须由转移指令操作。 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

13、。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

14、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

15、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

16、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

17、制高速度、强功能的巨型机和大型机适应军事和尖研制高速度、强功能的巨型机和大型机适应军事和尖 端科学的需要。端科学的需要。l 研制价格低廉的超小型机和微型机开拓应用领域和占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。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 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. 微型计算机的分类微型计算机的分类 5. IBM PC机的发展简史机的发展简史四、微型计算机概述四

18、、微型计算机概述251. 1. 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 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

19、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 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

20、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： 地址总线地址总线、数据总线数据总

21、线、控制总线控制总线 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/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

22、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

23、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

24、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AXBXC

25、XDXAHBHCHDHSIDIBPSPALBLCLDL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8086 CPU结构结构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

26、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） 内存内存

27、 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41l 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 对内存的读对内存的读/写操作写操作42l 内存单元内存单元 存储信息的基本单元。存储信息的

28、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11111143l 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，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

29、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11111144l 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1100110000110011101010101111000010001000地址地址00.0000地址地址0

30、0.0001地址地址00.0010地址地址00.0011地址地址11111145l 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11001100

31、00110011101010101111000010001000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DB46（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控制总线控制总线 CB地址总线地址总线 AB输输出出设设备备CPU47键键 盘盘 键盘接口键盘接

32、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 网网 卡卡 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48I/O接口结构示意图接口结构示意图CPU通过对通过对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

33、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ABDBCBCPU49l 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50l 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外外设设ABDBCBCPU51l I/O端口的地址端口的地址 为区分各为区分

34、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ABDBCBCPU52l 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

35、存放的二进制数据。端口存放的二进制数据。53l 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）l 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。l 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将欲写将欲写 的内容经数据总线，写入被选中的的内容经数据总线，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

36、)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ABDBCBCPU542 2 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

37、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IP55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56l 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 由指令寄存器由指令寄存器IP给出指令在内存的地址给出指令在内存的地址标标

38、 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IP57l 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总线地址总线 AB程程序序数数据据数据总线数据

39、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IP58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、算术运算、逻辑运可执行的操作通常有数据传送、算术运算、逻辑运算等等。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端口读取或存放数据时，端口读取或存放数据时，CPU在执行

40、阶段，需对指令指定的内存单元或在执行阶段，需对指令指定的内存单元或I/O端口进行端口进行读读/写操作。写操作。59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址址寄寄存存器器指指 令令指指

41、针针寄存器寄存器R1R2R3R4寄存器组寄存器组运运算算器器IP60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

42、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3：将寄存器：将寄存器R3的内容送至内存单元的数据的内容送至内存单元的数据3中中指令指令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址寄寄存存器器指指 令令指指

43、针针寄存器寄存器R1R2R3R4寄存器组寄存器组运运算算器器IP62当一条指令取走后，当一条指令取走后，指令指针寄存器会被修改成下一条要执行指令的地址，指令指针寄存器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，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。如此不断的重复。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

44、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IP63 微机的工作过程：微机的工作过程： 取指令取指令 执行指令执行指令 取指令取指令 执行指令执行指令 64 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ALU寄存器寄存器控制部件控制部件系统软件：系统软件：DOS、Windows 95/98/2000应用软件：应用软件：WPS 、 Word、Photoshop微微 处处 理理 器器 CPU 存储器存储器(RAM,ROM) I/O接口接口总线总线 硬硬 件件软软 件件微微 型型计算机计算机系系 统统

45、微微 型型计算机计算机(主机主机)外外 设设键盘、鼠标键盘、鼠标显示器显示器软驱、硬盘、光驱软驱、硬盘、光驱 打印机、扫描仪打印机、扫描仪653微型计算机的特点微型计算机的特点与大型机相比与大型机相比: l 速度相对低速度相对低l 功能相对低功能相对低 在字长位数，内存容量，寻址方式，指令条在字长位数，内存容量，寻址方式，指令条数，中断级别，及内部寄存器数量等方面都较弱。数，中断级别，及内部寄存器数量等方面都较弱。l 体积小，重量轻，耗电小体积小，重量轻，耗电小l 可靠性高，结构灵活可靠性高，结构灵活 ，价格低，价格低l 研制周期短，产品系列化，便于选研制周期短，产品系列化，便于选 购购l 应

46、用面广：应用面广： 科学计算，数据处理，事务管理，教学培训科学计算，数据处理，事务管理，教学培训 计算辅助设计和制造，家庭娱乐，网络通信计算辅助设计和制造，家庭娱乐，网络通信664. 微型计算机的分类微型计算机的分类1) 按构成分类按构成分类2) 按按CPU的字长分类的字长分类3) 按主机装置分类按主机装置分类671) 按构成分类按构成分类单片机、单板机、多板机单片机、单板机、多板机 单片机单片机l 将将CPU、内存、内存、I/O接口电路全部集成一块芯片上，接口电路全部集成一块芯片上， 构成具备基本功能的计算机，称单片机。构成具备基本功能的计算机，称单片机。l 特点：超小型、高可靠性、价廉特点：超小型、高可靠性、价廉l 应用：智能仪表、工业实时控制、家用电器等应用：智能仪表、工业实时控制、家用电器等l 产品：产品：Int