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1、.,1,微机原理及接口技术, 学科基础课,.,2,第0节 预备知识 一、计算机的基本工作原理 二、有关术语,.,3,诺依曼计算机的工作原理可概述为： “存储程序” + “程序控制”,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,.,4,二、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,.,5,1. 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
2、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 1 Byte = 8 bit 如： 1100 0011 0101 0111,.,6,3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 1 Word = 2 Byte 一个双字定为32位 1 DWord = 2 Word= 4 Byte,.,7,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: Intel 4004 是 4 位 8080 是 8 位 808
3、8/ 8086/80286 是 16 位 80386/80486、 Pentium是 32 位,.,8,4. 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,字的编号为15 0： D0D15；A0A15 双字的编号依此类推，为31 0,.,9,5. 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。,.
4、,10,6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。,.,11,7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。,.,12,三 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,.,13,数据总线 DB,地址总线 AB,1. 微型计算机的基本结构,.,14,(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,.,15,地
5、址总线的条数 决定CPU的寻址能力。 10根 210 1024 1K 20根 220 1024K 1M 32根 232 22 230 4G 36根 236 26 230 64G,地址总线 AB ( Address Bus) ：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。,.,16,数据总线 DB ( Data Bus )：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 ( Control B
6、us ) ： 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。,.,17,(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,.,18,.,19,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
7、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） 。,.,20,内存：存储程序和数据，由地址译码器、内存单元等构成,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,.,21,(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。,.,22,2. 微型计算机工作过程（P
8、21） 分两阶段： 取指令 执行指令,.,23,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,.,24,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
9、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。),.,25,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。,MOV A，05H /B0H 05H ；把05送入累加器A,.,26,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
10、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“MOV A，05H”指令，于是控制器发出执行这条指令的各种控制命令。,.,27,PC,AR,ALU,A,B,DR,IR,ID,PLA,00H,1,00H,2,00 B0H,01 05H,02 04H,03 06H,04 F4H,3,4,读命令,B0H,5,6,B0H,7,控制信号,（取第一条指令操作示意图）,.,28,执行指令阶段的执行过程： （1）
11、将PC或IP的内容送地址寄存器AR。 （2）程序计数器PC的内容自动加1变为02H，为取下一条指令作好准备。 （3）地址寄存器AR将01H通过地址总线送至存储器地址译码器译码，选中01H单元。 （4）CPU发出“读”命令。 （5）选中的01H单元内容05H经数据总线DB至数据寄存器DR。 （6）由控制码计算机已知到读出的是立即数，并要求将它送入累加器A中，所以数据寄存器DR通过内部总线将05H送入累加器A中。,.,29,PC,AR,ALU,A,B,DR,IR,ID,PLA,02H,1,01H,2,00 B0H,01 05H,02 04H,03 06H,04 F4H,3,4,读命令,05H,5,6,7,控制信号,05H,（执行第一条指令操作示意图）,
