北京航空航天大學(xué)微機(jī)原理課件

北京航空航天大學(xué)微機(jī)原理課件2023-2026ONEKEEPVIEWREPORTING目錄CATALOGUE微機(jī)原理概述微機(jī)系統(tǒng)的組成指令系統(tǒng)與匯編語(yǔ)言匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)微機(jī)接口技術(shù)微機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)與展望微機(jī)原理概述PART01123微機(jī)原理是一門(mén)研究微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的學(xué)科，主要涉及計(jì)算機(jī)硬件和軟件的基本原理、組成結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)方法。微機(jī)原理是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)的重要基礎(chǔ)課程之一，對(duì)于理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的工作原理、設(shè)計(jì)和應(yīng)用具有重要意義。微機(jī)原理的主要內(nèi)容包括計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、匯編語(yǔ)言、輸入輸出技術(shù)、中斷技術(shù)等。微機(jī)原理的定義微機(jī)原理在嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，涉及智能家居、智能儀表、智能交通等領(lǐng)域。嵌入式系統(tǒng)微機(jī)原理在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用主要涉及自動(dòng)化生產(chǎn)線、機(jī)器人控制等方面。工業(yè)控制微機(jī)原理在醫(yī)療電子領(lǐng)域的應(yīng)用主要涉及醫(yī)療設(shè)備、醫(yī)療器械等方面。醫(yī)療電子微機(jī)原理在通信與網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的應(yīng)用主要涉及路由器、交換機(jī)、服務(wù)器等方面。通信與網(wǎng)絡(luò)微機(jī)原理的應(yīng)用領(lǐng)域20世紀(jì)70年代初，隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，微型計(jì)算機(jī)開(kāi)始出現(xiàn)。微型計(jì)算機(jī)的誕生微處理器的發(fā)展個(gè)人計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)的普及隨著微處理器技術(shù)的不斷進(jìn)步，微型計(jì)算機(jī)的性能不斷提高，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。20世紀(jì)80年代初，隨著個(gè)人計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，微型計(jì)算機(jī)開(kāi)始進(jìn)入家庭和辦公領(lǐng)域。隨著嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的不斷發(fā)展，微型計(jì)算機(jī)在工業(yè)控制、醫(yī)療電子等領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。微機(jī)原理的發(fā)展歷程微機(jī)系統(tǒng)的組成PART02微處理器微處理器是微機(jī)的核心，負(fù)責(zé)執(zhí)行指令和處理數(shù)據(jù)。微處理器的性能決定了整個(gè)微機(jī)系統(tǒng)的性能和功能。微處理器由運(yùn)算器、控制器、寄存器等組成，是計(jì)算機(jī)的“大腦”。常見(jiàn)的微處理器類(lèi)型包括Intel的x86系列和ARM的Cortex系列。010204存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器是微機(jī)中用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和程序的硬件設(shè)備。根據(jù)存儲(chǔ)速度和訪問(wèn)方式，存儲(chǔ)器可以分為高速緩存、主存和輔助存儲(chǔ)器。高速緩存采用快速的RAM，用于存儲(chǔ)頻繁訪問(wèn)的指令和數(shù)據(jù)。主存即計(jì)算機(jī)的RAM，用于存儲(chǔ)當(dāng)前運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù)。03輸入輸出設(shè)備是微機(jī)中用于與外部環(huán)境進(jìn)行交互的硬件設(shè)備。常見(jiàn)的輸入設(shè)備包括鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、觸摸屏等，輸出設(shè)備包括顯示器、打印機(jī)等。輸入輸出設(shè)備通過(guò)總線與微處理器連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，輸入輸出設(shè)備的種類(lèi)和功能也在不斷擴(kuò)展和更新。01020304輸入輸出設(shè)備總線是微機(jī)中用于連接各個(gè)部件的通信通道?？偩€的性能決定了微機(jī)系統(tǒng)的通信能力和數(shù)據(jù)傳輸速率。總線由一組導(dǎo)線和控制信號(hào)組成，用于傳輸數(shù)據(jù)和地址信號(hào)。根據(jù)傳輸方式，總線可以分為并行總線和串行總線，根據(jù)用途可以分為系統(tǒng)總線和外部總線?？偩€指令系統(tǒng)與匯編語(yǔ)言PART03指令系統(tǒng)的發(fā)展歷程隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，指令系統(tǒng)的功能和性能也在不斷改進(jìn)。指令系統(tǒng)的分類(lèi)根據(jù)不同的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，可以將指令系統(tǒng)分為不同的類(lèi)型，如復(fù)雜指令系統(tǒng)（CISC）和精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)（RISC）。指令系統(tǒng)定義指令系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)硬件與軟件之間的接口，它規(guī)定了計(jì)算機(jī)執(zhí)行的基本操作。指令系統(tǒng)的基本概念指令格式指令格式是指令系統(tǒng)中規(guī)定的指令長(zhǎng)度、操作碼長(zhǎng)度、地址碼長(zhǎng)度等信息。尋址方式尋址方式是指計(jì)算機(jī)在執(zhí)行指令時(shí)如何找到操作數(shù)所在內(nèi)存單元的方法。常見(jiàn)尋址方式立即尋址、寄存器尋址、內(nèi)存間接尋址、基址加變址加位移尋址等。指令格式與尋址方式030201匯編語(yǔ)言是一種低級(jí)語(yǔ)言，其語(yǔ)法規(guī)則與高級(jí)語(yǔ)言有所不同。匯編語(yǔ)言的基本語(yǔ)法匯編語(yǔ)言的指令格式包括操作碼和操作數(shù)兩部分。匯編語(yǔ)言的指令格式偽指令是匯編語(yǔ)言中用于控制程序流程的特殊指令，如ORG、END等。匯編語(yǔ)言的偽指令匯編語(yǔ)言的語(yǔ)法規(guī)則匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)PART04測(cè)試和調(diào)試對(duì)程序進(jìn)行測(cè)試和調(diào)試，確保程序正確運(yùn)行。匯編和鏈接將匯編源代碼轉(zhuǎn)換成目標(biāo)文件，并進(jìn)行鏈接，生成可執(zhí)行文件。編寫(xiě)程序根據(jù)任務(wù)需求，使用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)程序。確定任務(wù)明確程序需要完成的功能，進(jìn)行需求分析和任務(wù)分解。選擇合適的指令系統(tǒng)根據(jù)任務(wù)需求，選擇適合的指令集和尋址方式。匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的基本步驟按照指令的順序依次執(zhí)行。順序結(jié)構(gòu)根據(jù)條件判斷，選擇不同的執(zhí)行路徑。分支結(jié)構(gòu)重復(fù)執(zhí)行某段代碼，直到滿足特定條件為止。循環(huán)結(jié)構(gòu)將重復(fù)使用的代碼封裝成子程序，方便調(diào)用和管理。子程序結(jié)構(gòu)匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的基本結(jié)構(gòu)排序算法如冒泡排序、插入排序、快速排序等。查找算法如線性查找、二分查找等。數(shù)值計(jì)算算法如求最大值、最小值、求和、求積等。數(shù)據(jù)壓縮算法如Huffman編碼、LZ77等。匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的基本算法微機(jī)接口技術(shù)PART05中斷技術(shù)定義01中斷技術(shù)是一種使CPU暫時(shí)中止正在執(zhí)行的程序，轉(zhuǎn)而去執(zhí)行另一些專(zhuān)門(mén)用于處理突發(fā)事件的操作，處理完后再返回原程序繼續(xù)執(zhí)行的技術(shù)。中斷優(yōu)先級(jí)02中斷優(yōu)先級(jí)是用來(lái)確定哪個(gè)中斷源具有最高優(yōu)先權(quán)，以便當(dāng)多個(gè)中斷源同時(shí)產(chǎn)生時(shí)，CPU優(yōu)先響應(yīng)優(yōu)先級(jí)最高的中斷源。中斷處理過(guò)程03中斷處理過(guò)程包括中斷請(qǐng)求、中斷判優(yōu)、中斷響應(yīng)、中斷服務(wù)、中斷返回等步驟，用于實(shí)現(xiàn)CPU對(duì)多個(gè)中斷源的快速響應(yīng)和處理。中斷技術(shù)DMA定義DMA傳輸具有速度快、效率高的特點(diǎn)，可以大大減輕CPU的負(fù)擔(dān)，提高系統(tǒng)的整體性能。DMA傳輸特點(diǎn)DMA傳輸過(guò)程DMA傳輸過(guò)程包括初始化、數(shù)據(jù)傳輸、結(jié)束等步驟，其中數(shù)據(jù)傳輸階段由DMA控制器自動(dòng)完成，不需要CPU的干預(yù)。DMA（DirectMemoryAccess）技術(shù)是一種允許外部設(shè)備直接與內(nèi)存進(jìn)行數(shù)據(jù)交換而不需要CPU介入的技術(shù)。DMA技術(shù)并行接口是一種數(shù)據(jù)傳輸方式，它通過(guò)多個(gè)數(shù)據(jù)線同時(shí)傳輸多個(gè)數(shù)據(jù)位，提高了數(shù)據(jù)傳輸速度。并行接口定義并行接口應(yīng)用并行接口特點(diǎn)并行接口廣泛應(yīng)用于打印機(jī)、掃描儀等外部設(shè)備與計(jì)算機(jī)之間的連接。并行接口具有傳輸速度快、數(shù)據(jù)量大、實(shí)時(shí)性好的特點(diǎn)，但同時(shí)也存在占用資源多、成本高等問(wèn)題。030201并行接口技術(shù)03串行通信特點(diǎn)串行通信具有占用資源少、成本低、易于實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)，但同時(shí)也存在傳輸速度慢、數(shù)據(jù)量小的缺點(diǎn)。01串行通信定義串行通信是一種數(shù)據(jù)傳輸方式，它通過(guò)一條數(shù)據(jù)線逐位傳輸數(shù)據(jù)。02串行通信應(yīng)用串行通信廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)與其他設(shè)備之間的遠(yuǎn)距離通信，如串口通信、調(diào)制解調(diào)器等。串行通信接口技術(shù)微機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)與展望PART06多核微處理器技術(shù)是當(dāng)前微機(jī)系統(tǒng)的重要發(fā)展方向，它通過(guò)將多個(gè)處理器核心集成到一個(gè)芯片上，提高了處理器的并行處理能力和效率。多核微處理器技術(shù)通過(guò)并行計(jì)算，可以實(shí)現(xiàn)更快速的數(shù)據(jù)處理和更高效的計(jì)算能力，廣泛應(yīng)用于高性能計(jì)算、服務(wù)器、游戲等領(lǐng)域。多核微處理器技術(shù)詳細(xì)描述總結(jié)詞嵌入式系統(tǒng)是微機(jī)系統(tǒng)的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域，它通過(guò)將計(jì)算機(jī)硬件和軟件集成到特定的設(shè)備中，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的智能化和自動(dòng)化。總結(jié)詞嵌入式系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于智能家居、智能制造、智能交通等領(lǐng)域，通過(guò)嵌入式系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制、數(shù)據(jù)采集、自動(dòng)化生產(chǎn)等功能。詳細(xì)描述嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展總結(jié)詞網(wǎng)絡(luò)化微機(jī)系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算的關(guān)鍵技術(shù)之一，它通過(guò)將多個(gè)微機(jī)系統(tǒng)連接起來(lái)