《微機(jī)原理習(xí)題》課件

《微機(jī)原理習(xí)題》PPT課件by課程概述微機(jī)原理基礎(chǔ)知識(shí)深入理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成和工作原理，為后續(xù)課程學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。程序設(shè)計(jì)與應(yīng)用掌握匯編語言編程，理解程序執(zhí)行過程，培養(yǎng)編程能力。實(shí)驗(yàn)實(shí)踐通過仿真實(shí)驗(yàn)，將理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐，加深理解。微機(jī)原理基礎(chǔ)知識(shí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述介紹計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成部分，包括硬件和軟件。重點(diǎn)講解硬件系統(tǒng)的組成，如CPU、存儲(chǔ)器、I/O設(shè)備等。數(shù)據(jù)表示與運(yùn)算講解數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)內(nèi)部的表示方式，包括二進(jìn)制、十進(jìn)制、十六進(jìn)制等。介紹計(jì)算機(jī)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算的原理。指令系統(tǒng)與程序設(shè)計(jì)講解計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)的基本概念，包括指令格式、尋址方式、指令類型等。介紹程序設(shè)計(jì)的基本概念和方法。CPU工作原理1指令獲取CPU從內(nèi)存中獲取指令，并將其存入指令寄存器。2指令譯碼CPU分析指令的含義，并將其轉(zhuǎn)換為一系列操作步驟。3指令執(zhí)行CPU根據(jù)指令的操作步驟，執(zhí)行相應(yīng)的操作，例如數(shù)據(jù)讀取、數(shù)據(jù)寫入或運(yùn)算?？偩€的概念和分類概念總線是連接計(jì)算機(jī)系統(tǒng)各個(gè)部件的一組公共信號(hào)線。它傳輸數(shù)據(jù)、地址和控制信號(hào)。分類總線可以根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類，例如數(shù)據(jù)寬度、傳輸方式、仲裁方式等?？偩€的傳輸方式同步傳輸所有設(shè)備共用一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，數(shù)據(jù)在時(shí)鐘信號(hào)的邊緣進(jìn)行傳輸。異步傳輸數(shù)據(jù)傳輸由控制信號(hào)控制，沒有統(tǒng)一的時(shí)鐘信號(hào)。總線的仲裁方式1集中式仲裁由一個(gè)專門的仲裁器來協(xié)調(diào)多個(gè)設(shè)備對總線的訪問。2分布式仲裁每個(gè)設(shè)備都具有仲裁邏輯，并通過競賽的方式來獲得總線控制權(quán)。3鏈?zhǔn)街俨迷O(shè)備以鏈?zhǔn)竭B接，優(yōu)先級(jí)高的設(shè)備擁有總線控制權(quán)。存儲(chǔ)器分類及其工作原理主存儲(chǔ)器(RAM)主要用于存放當(dāng)前運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù)。輔助存儲(chǔ)器(Secondary)用于長期存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和程序，如硬盤、光盤等。高速緩存(Cache)位于CPU和主存儲(chǔ)器之間，存放被頻繁訪問的數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)器訪問方式1隨機(jī)訪問直接訪問任意地址2順序訪問按順序訪問3直接訪問通過地址直接訪問I/O系統(tǒng)基本概念輸入輸出設(shè)備與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行信息交換的設(shè)備，例如鍵盤、鼠標(biāo)、顯示器等。I/O接口連接輸入輸出設(shè)備和主機(jī)系統(tǒng)的橋梁，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和控制。I/O控制方法程序控制、中斷控制、直接存儲(chǔ)器訪問(DMA)等，用于管理數(shù)據(jù)傳輸和控制設(shè)備。直接存儲(chǔ)器訪問(DMA)簡介直接存儲(chǔ)器訪問(DMA)是一種數(shù)據(jù)傳輸方式，允許外設(shè)直接訪問內(nèi)存，而不需要CPU的干預(yù)。這極大地提高了數(shù)據(jù)傳輸效率，尤其在高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)那闆r下。工作原理DMA控制器從CPU獲取數(shù)據(jù)傳輸指令，并控制內(nèi)存和外設(shè)之間的直接數(shù)據(jù)傳輸。CPU可以繼續(xù)執(zhí)行其他任務(wù)，無需等待數(shù)據(jù)傳輸完成。優(yōu)勢DMA減少了CPU的負(fù)擔(dān)，提高了系統(tǒng)性能，并減少了數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間。應(yīng)用場景DMA廣泛應(yīng)用于硬盤、網(wǎng)卡、聲卡等外設(shè)與內(nèi)存之間的高速數(shù)據(jù)傳輸。中斷系統(tǒng)異步事件處理中斷系統(tǒng)用于處理由外部設(shè)備或內(nèi)部事件觸發(fā)的異步事件，提高系統(tǒng)效率。中斷請求外部設(shè)備或內(nèi)部事件發(fā)生時(shí)，向CPU發(fā)送中斷請求信號(hào)。中斷處理CPU接收中斷請求后，保存當(dāng)前狀態(tài)，轉(zhuǎn)而執(zhí)行中斷服務(wù)程序處理中斷事件。中斷處理過程1中斷請求CPU接受到來自外設(shè)的中斷信號(hào)2中斷響應(yīng)CPU暫停當(dāng)前程序，保存現(xiàn)場3中斷向量根據(jù)中斷源找到對應(yīng)的中斷服務(wù)程序4中斷處理執(zhí)行中斷服務(wù)程序，處理中斷請求5中斷返回恢復(fù)現(xiàn)場，返回中斷點(diǎn)繼續(xù)執(zhí)行程序中斷服務(wù)程序1處理中斷中斷服務(wù)程序是專門用于處理特定中斷事件的代碼段。2特定任務(wù)每個(gè)中斷服務(wù)程序都針對特定中斷事件，執(zhí)行相應(yīng)的處理操作。3恢復(fù)執(zhí)行中斷處理完成后，中斷服務(wù)程序會(huì)將控制權(quán)返回到主程序，繼續(xù)執(zhí)行之前的任務(wù)。程序計(jì)數(shù)器(PC)的作用指令地址程序計(jì)數(shù)器(PC)指向下一條將要執(zhí)行的指令的內(nèi)存地址。順序執(zhí)行在大多數(shù)情況下，PC會(huì)自動(dòng)遞增以指向下一個(gè)指令，從而確保程序按順序執(zhí)行。跳轉(zhuǎn)指令跳轉(zhuǎn)指令可以修改PC的值，允許程序跳到其他位置執(zhí)行。指令系統(tǒng)的分類按指令長度分類指令長度是指指令中包含的二進(jìn)制位數(shù)。常見分類有:定長指令:指令長度固定，例如8位、16位、32位等。變長指令:指令長度可變，指令長度取決于指令的操作碼和操作數(shù)的類型。按指令格式分類指令格式是指指令中各字段的排列方式和含義。常見分類有:三地址指令格式:指令中包含三個(gè)地址，分別為操作數(shù)1地址、操作數(shù)2地址和結(jié)果地址。二地址指令格式:指令中包含兩個(gè)地址，分別為操作數(shù)地址和結(jié)果地址。一地址指令格式:指令中只包含一個(gè)地址，通常為操作數(shù)地址，結(jié)果地址隱含在累加器中。零地址指令格式:指令中不包含任何地址，操作數(shù)和結(jié)果地址都隱含在累加器或堆棧中。指令執(zhí)行流程1取指令從存儲(chǔ)器中讀取下一條指令。2譯碼將指令轉(zhuǎn)換為CPU可理解的指令格式。3執(zhí)行根據(jù)譯碼后的指令執(zhí)行相應(yīng)的操作。指令尋址方式1立即尋址指令中直接包含操作數(shù)，例如：MOVAX,10H。2直接尋址指令中給出操作數(shù)的物理地址，例如：MOVAX,[1000H]。3寄存器尋址指令中給出操作數(shù)所在的寄存器，例如：MOVAX,BX。4寄存器間接尋址指令中給出寄存器中存放的操作數(shù)的物理地址，例如：MOVAX,[BX]。輸入/輸出接口鍵盤接口鍵盤接口電路負(fù)責(zé)將鍵盤上的按鍵信息轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可識(shí)別的信號(hào)顯示器接口顯示器接口電路負(fù)責(zé)將計(jì)算機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成顯示器可顯示的信號(hào)打印機(jī)接口打印機(jī)接口電路負(fù)責(zé)將計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成打印機(jī)可識(shí)別的信號(hào)串行/并行接口串行/并行接口電路負(fù)責(zé)將計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)與外部設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸鍵盤接口電路鍵盤接口電路是微機(jī)系統(tǒng)中重要的輸入接口之一，主要負(fù)責(zé)將鍵盤輸入的字符信號(hào)轉(zhuǎn)換為微機(jī)可識(shí)別的編碼，并送入微機(jī)進(jìn)行處理。鍵盤接口電路通常包括：掃描電路、編碼電路、緩沖電路、數(shù)據(jù)鎖存電路、中斷電路等。掃描電路負(fù)責(zé)對鍵盤矩陣進(jìn)行掃描，檢測按鍵是否按下。編碼電路將按鍵的掃描碼轉(zhuǎn)換為ASCII碼或其他字符編碼。緩沖電路用于存儲(chǔ)鍵盤輸入的字符數(shù)據(jù)，等待CPU讀取。數(shù)據(jù)鎖存電路將緩沖電路中的數(shù)據(jù)鎖定，防止數(shù)據(jù)丟失。中斷電路負(fù)責(zé)向CPU發(fā)出中斷請求，通知CPU讀取鍵盤輸入的數(shù)據(jù)。顯示器接口電路顯示器接口電路是連接計(jì)算機(jī)與顯示器的橋梁，它負(fù)責(zé)將計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為顯示器可識(shí)別的模擬信號(hào)。顯示器接口電路主要包括：顯示控制器、字符發(fā)生器、圖形發(fā)生器、顯示存儲(chǔ)器、時(shí)序控制電路、顏色控制電路等。這些電路協(xié)同工作，完成對顯示器的控制和顯示信息的處理。打印機(jī)接口電路打印機(jī)接口電路是連接計(jì)算機(jī)與打印機(jī)的橋梁，負(fù)責(zé)將計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為打印機(jī)可以識(shí)別的信號(hào)，并控制打印機(jī)的操作。常見的打印機(jī)接口電路包括并行接口、串行接口和USB接口等。并行接口傳輸速度快，適用于高速打印機(jī)；串行接口傳輸速度較慢，適用于低速打印機(jī)；USB接口是目前最常用的接口，具有傳輸速度快、易于安裝等優(yōu)點(diǎn)。串行接口電路串行接口電路是微機(jī)系統(tǒng)中常用的I/O接口之一，它將數(shù)據(jù)一位一位地串行傳輸。串行接口電路主要由以下部分組成：數(shù)據(jù)緩沖器、地址譯碼器、控制邏輯、時(shí)鐘電路和數(shù)據(jù)傳輸線。常見的串行接口標(biāo)準(zhǔn)有RS-232、RS-422、RS-485等，它們在數(shù)據(jù)傳輸速率、傳輸距離、抗干擾能力等方面各有優(yōu)劣。并行接口電路并行接口并行接口電路采用多根數(shù)據(jù)線同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)，速度快。傳輸方式數(shù)據(jù)以字節(jié)為單位，一次傳輸一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，效率高。應(yīng)用場景常用于連接打印機(jī)、硬盤等設(shè)備。時(shí)鐘電路定時(shí)信號(hào)時(shí)鐘電路為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提供定時(shí)信號(hào)，控制各個(gè)部件的同步運(yùn)行。頻率和周期時(shí)鐘頻率決定計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度，周期是時(shí)鐘信號(hào)的持續(xù)時(shí)間。振蕩器振蕩器是時(shí)鐘電路的核心，產(chǎn)生穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)，通常使用晶體振蕩器。定時(shí)/計(jì)數(shù)電路定時(shí)器定時(shí)器用來產(chǎn)生一定時(shí)間間隔的脈沖信號(hào)，用于控制系統(tǒng)的工作流程。計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器用來對脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，用于記錄系統(tǒng)的工作狀態(tài)。應(yīng)用定時(shí)/計(jì)數(shù)電路在微機(jī)系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，例如控制系統(tǒng)時(shí)鐘、數(shù)據(jù)采集、中斷處理等。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路芯片結(jié)構(gòu)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的核心是集成芯片，該芯片包含了模擬信號(hào)處理、采樣保持、量化和編碼等功能模塊。應(yīng)用領(lǐng)域廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、醫(yī)療儀器、音頻/視頻設(shè)備、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等領(lǐng)域。精度和速度模數(shù)轉(zhuǎn)換器的精度和速度取決于采樣頻率、量化位數(shù)和轉(zhuǎn)換時(shí)間等參數(shù)。數(shù)模轉(zhuǎn)換電路原理將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，用于控制模擬設(shè)備或?qū)?shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)進(jìn)行處理。類型常見的類型包括：權(quán)重型、逐次逼近型、并行型、電壓型、電流型等。應(yīng)用廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、音頻處理、視頻顯示、醫(yī)療設(shè)備、傳感器等領(lǐng)域。仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境搭建選擇合適的仿真軟件，搭建與實(shí)際硬件環(huán)境相似的虛擬環(huán)境。實(shí)驗(yàn)程序編寫編寫測試程序，模擬各種操作指令和數(shù)據(jù)傳輸過程。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集在仿真環(huán)境中運(yùn)行程序，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行分析和驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果評(píng)估評(píng)估實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否符合預(yù)期，分析實(shí)驗(yàn)過程中的問題和不足。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)分析測量