《新第1章微机系统概述》由会员分享，可在线阅读，更多相关《新第1章微机系统概述（27页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第1章 微型计算机基本结构 1.本章主要内容： 微机系统硬件、软件简介；CPU工作原理；微机系统工作理。 2.本章重点： CPU工作原理；微机系统工作理。 3.本章难点： 总线激励与响应概念 4.教学内容如下,1.1微型计算机系统硬件结构,微型计算机系统由中央处理器CPU、存储器、输入/输出电路(I/O接口)和各种外部设备构成。芯片之间通过总线(Bus)连接。,1.1微型计算机系统硬件结构,微型计算机系统由中央处理器CPU、存储器、输入/输出电路(I/O接口)和各种外部设备构成。芯片之间通过总线(Bus)连接。,1.CPU CPU是微型计算机系统的核心。不同型号的微机，其性能差别首先在于CPU
2、性能的不同。每种CPU有自己的指令系统。它的性能决定了整个微型计算机的各项关键指标。,CPU基本由三部分组成：运算器、控制器、内部寄存器组。,同时，程序计数器PC也占据重要地位。,CPU基本由三部分组成：运算器、控制器、内部寄存器组。,同时，程序计数器PC也占据重要地位。,(1)运算器 运算器是对信息进行加工、处理及运算的逻辑部件。它由算术逻辑运算单元(Arithmetic Logic Unit，ALU)、累加器A、暂存寄存器TR、标志寄存器F、二一十进制调整电路等组成。,CPU基本由三部分组成：运算器、控制器、内部寄存器组。,同时，程序计数器PC也占据重要地位。,(1)运算器,(2)控制器
3、控制器是计算机控制和调度的中心，计算机的各种操作都是在控制器的控制下进行的。 控制器包括指令寄存器IR、指令译码器ID和定时与控制电路三部分。 计算机工作时，由定时与控制电路按照一定的时间顺序发出一系列控制信号，使计算机各部件能按一定的时间节拍协调一致地工作。,CPU基本由三部分组成：运算器、控制器、内部寄存器组。,同时，程序计数器PC也占据重要地位。,(1)运算器,一条指令的执行分成取指令和执行指令两个阶段： 1)取指：从存储器中取回该指令的机器码，送指令寄存器IR暂存，直至该指令执行完毕； 2)执行指令： 由指令译码器ID将IR中指令译码，以识别该指令需要实施何种操作； 由定时与控制电路产
4、生一系列控制信号，送到计算机各部件以执行这一指令。,(2)控制器,CPU基本由三部分组成：运算器、控制器、内部寄存器组。,同时，程序计数器PC也占据重要地位。,(1)运算器,(2)控制器,(3)通用寄存器组 寄存器组可分为专用寄存器和通用寄存器。 专用寄存器的作用是固定的：堆栈指针(SP)、程序计数器(PC)、标志寄存器(F)等。 通用寄存器可由用户规定其用途。,CPU基本由三部分组成：运算器、控制器、内部寄存器组。,同时，程序计数器PC也占据重要地位。,(1)运算器,(2)控制器,(3)通用寄存器组,(4)堆栈和堆栈指针SP 堆栈作为数据的一种暂存结构。堆栈由栈区和堆栈指针构成。 栈区：是一
5、组按先进后出或后进先出方式工作的存储单元，用于存放数据。 堆栈指针SP是用来指示栈顶地址的寄存器，用于自动管理栈区，指示当前数据存入或取出的位置。 堆栈操作在对栈顶进行：将数据存入栈区称为“压人”(PUSH)，从栈区中取出数据称为“弹出”(POP)。每当压入或是弹出一个堆栈元素，堆栈指针均会自动修改，以便自动跟踪栈顶位置。,CPU基本由三部分组成：运算器、控制器、内部寄存器组。,同时，程序计数器PC也占据重要地位。,(1)运算器,(2)控制器,(3)通用寄存器组,(4)堆栈和堆栈指针SP,(5)程序计数器 程序计数器PC是管理程序执行次序的特殊功能寄存器，它总是存放着下一条要执行的指令在存储器
6、中的地址。,1.1微型计算机系统硬件结构,微型计算机系统由中央处理器CPU、存储器、输入/输出电路(I/O接口)和各种外部设备构成。芯片之间通过总线(Bus)连接。,1.CPU,2.存储器 存储器是微型计算机的重要组成部分，用来存放程序和数据。计算机有了存储器才具备记忆的能力。此存储器指的是内存储器。,1.1微型计算机系统硬件结构,微型计算机系统由中央处理器CPU、存储器、输入/输出电路(I/O接口)和各种外部设备构成。芯片之间通过总线(Bus)连接。,1.CPU,2.存储器,3.I/O接口 I的意思是Input，O的意思是Output。I/O接口即输入或输出电路。它是CPU与外部设备的桥梁。
7、,1.1微型计算机系统硬件结构,微型计算机系统由中央处理器CPU、存储器、输入/输出电路(I/O接口)和各种外部设备构成。芯片之间通过总线(Bus)连接。,1.CPU,2.存储器,3.I/O接口,4.外部设备 外部设备简称外设。典型外设有输入设备：键盘、鼠标、扫描仪等；输出设备：显示器、打印机、绘图仪等；磁带、磁盘则既是输入设备也是输出设备。,1.1微型计算机系统硬件结构,微型计算机系统由中央处理器CPU、存储器、输入/输出电路(I/O接口)和各种外部设备构成。芯片之间通过总线(Bus)连接。,1.CPU,2.存储器,3.I/O接口,4.外部设备,5.总线 Bus即所谓总线，是一组公共通信线。
8、微型计算机系统采用总线结构后，芯片之间不需要单独走线，这就大大减少了连接线的数量。采用总线结构后，系统中各芯片间的相互关系转变为各芯片面向总线的单一关系。符合总线标准的设备都可以连接到系统中，使系统功能得到扩展。,1.1微型计算机系统硬件结构,微型计算机系统由中央处理器CPU、存储器、输入/输出电路(I/O接口)和各种外部设备构成。芯片之间通过总线(Bus)连接。,1.CPU,2.存储器,3.I/O接口,4.外部设备,5.总线 总线可一分为三：地址总线AB 、数据总线DB 、控制总线CB 。它们来自微处理器CPU 。 采用总线结构后，计算机系统犹如长藤接瓜：藤即总线，藤的根即CPU，瓜即存储器
9、和诸接口,1.1微型计算机系统硬件结构,微型计算机系统由中央处理器CPU、存储器、输入/输出电路(I/O接口)和各种外部设备构成。芯片之间通过总线(Bus)连接。,1.CPU,2.存储器,3.I/O接口,4.外部设备,5.总线 以上为微机硬件系统。,1.2指令与程序的概念,1.指令 规定计算机执行特定操作的命令。CPU执行指令来指挥和控制微机各部分协调地动作，以完成计算机功能。全部指令的集合叫作计算机指令系统。不同型号的计算机有不同的指令系统，从而形成各种型号计算机的特点和相互间差异。,1.2指令与程序的概念,1.指令 规定计算机执行特定操作的命令。CPU执行指令来指挥和控制微机各部分协调地动
10、作，以完成计算机功能。全部指令的集合叫作计算机指令系统。不同型号的计算机有不同的指令系统，从而形成各种型号计算机的特点和相互间差异。 2.程序 程序则是为解决某一问题而编写在一起的指令序列。目前微机系统中使用着3个层次、3种形式的程序。,1.2指令与程序的概念,1.指令 2.程序 程序则是为解决某一问题而编写在一起的指令序列。目前微机系统中使用着3个层次、3种形式的程序。 (1)机器语言程序 机器码指令二进制代码形式存在的。机器码指令的集合叫机器语言。用机器语言编写的程序叫机器语言程序。 优点：是能被CPU直接理解和执行。 缺点：是编程烦琐、不直观、难记忆、易出错。,1.2指令与程序的概念,1
11、.指令 2.程序 程序则是为解决某一问题而编写在一起的指令序列。目前微机系统中使用着3个层次、3种形式的程序。 (1)机器语言程序 机器码指令二进制代码形式存在的。机器码指令的集合叫机器语言。用机器语言编写的程序叫机器语言程序。 优点：是能被CPU直接理解和执行。 缺点：是编程烦琐、不直观、难记忆、易出错。 (2)汇编语言程序 用助记符来代替机器码指令。助记符与机器码指令之间有一一对应的关系。助记符构成的指令系统称为汇编语言，用汇编语言编写的程序称为汇编语言程序 汇编语言与机器语言并无本质区别。 CPU只能执行机器码指令，即只能执行机器语言程序，汇编语言程序必须先“编译”成机器语言程序才能被C
12、PU执行。,1.2指令与程序的概念,1.指令 2.程序 (1)机器语言程序 机器码指令二进制代码形式存在的。机器码指令的集合叫机器语言。用机器语言编写的程序叫机器语言程序。 优点：是能被CPU直接理解和执行。 缺点：是编程烦琐、不直观、难记忆、易出错。 (2)汇编语言程序 用助记符来代替机器码指令。助记符与机器码指令之间有一一对应的关系。助记符构成的指令系统称为汇编语言，用汇编语言编写的程序称为汇编语言程序 汇编语言与机器语言并无本质区别。 CPU只能执行机器码指令，即只能执行机器语言程序，汇编语言程序必须先“汇编”成机器语言程序才能被CPU执行。 (3)高级语言程序 接近自然语言和数学语言的
13、高级语言：BASlC、C、FORTRAN、COBOL、PASCAL、Turbo C、C+、VB、VC等。 高级语言程序就是用高级语言编写的程序。同样由于CPU只能执行机器语言程序，高级语言程序必须先“编译”成机器语言程序才能被CPU执行。,1.2指令与程序的概念,1.指令 2.程序 (1)机器语言程序 (2)汇编语言程序 (3)高级语言程序 3.程序在计算机系统中的安放 存储器存放的程序一定是CPU能直接采取、直接理解和执行的机器语言程序而其他语言的程序，由于不能被CPU直接执行，只能存放在外部存储器。外部存储器是下图中外部设备的一种。,1.3微型计算机工作原理,1.3.1CPU工作原理,1.
14、CPU工作原理 ：CPU从存储器的(PC)处读取一条指令。随后PC递增。因此，在CPU取得一条指令后， PC的内容已是下一条指令的地址。 ：CPU执行指令。 ：在不发生中断的情况下，CPU返回，保证了程序按在存储器中的存储顺序依次执行。,1.CPU工作原理 2. CPU工作时对总线Bus输出激励信号 定义由CPU输出到总线上的信号为总线激励信号，简称为激励信号。 激励信号由地址信号(在AB上)、控制信号(在CB上)和数据信号(在DB上)组成 CPU在取指，执行访问存储器的指令，访问I/O接口的指令时会产生激励信号 微机系统的其他器件就是在激励信号的激励下工作,1.3微型计算机工作原理,1.3.
15、1CPU工作原理,1.3.2从芯片工作原理 定义微机系统的CPU为主芯片(主片)，总线上的其他芯片为从芯片(从片) 定义从片对激励信号的反应为响应，从片对总线输出的信号为响应信号。 总线上有激励信号时，有唯一的从片作出响应。即本身地址与激励信号之地址信号相符的从片做出响应： 对“读”激励信号做出响应：输出本从片中的数据上DB，此数据即所谓响应信号。 对“写”激励信号做出响应：输入DB上的数据入本从片，此即从片的响应。此时从片有响应而无所谓响应信号。,1.3微型计算机工作原理,1.3.1CPU工作原理,1.3微型计算机工作原理 主片依右图工作，在总线上输出激励信号； 唯一从片响应，激励信号中的地址信号选中的从片对激励信号做出响应。 整个系统在主片执行程序和输出激励信号到总线，以及相应从片对激励信号的响应中完成工作。,思考题与习题 1.主片、从片分别指微机系统什么设备？ 2.CPU什么时候产生总线激励信号？ 3.当CPU输出激励信号到总线，哪一个从片将对激励作出响应。 4.CPU能直接执行的程序是什么程序？ 5.存储器存储的程序是什么程序？ 6.简述微机系统工作原理。,
