微型計(jì)算機(jī)原理課件1(王忠明).ppt

1、第1章 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)導(dǎo)論,1.1 引言 1.2 計(jì)算機(jī)的發(fā)展概況 1.3 微型計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng) 1.4 微型計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng) 1.5 微型計(jì)算機(jī)的工作過程,開設(shè)微機(jī)原理與接口技術(shù)課程的必要性 微機(jī)原理與接口技術(shù)課程的特點(diǎn) 學(xué)習(xí)要求,1.1 引 言,計(jì)算機(jī)發(fā)展至今有這種趨勢(shì): 組成越來越復(fù)雜、功能越來越強(qiáng)、應(yīng)用越來越容易,這是建立在無數(shù)專業(yè)軟件開發(fā)者艱苦努力所開發(fā)出的大量語言、軟件工具基礎(chǔ)之上,電子、信息類專業(yè)的大學(xué)生，不能停留在與普通用戶一樣僅會(huì)“使用”計(jì)算機(jī)的層面，而應(yīng)能創(chuàng)造性地利用計(jì)算機(jī)的硬件、軟件資源,開發(fā)、設(shè)計(jì)出高效的解決實(shí)際應(yīng)用問題的系統(tǒng)。,要達(dá)此目的，除需學(xué)習(xí)高級(jí)語言外，還必須對(duì)計(jì)算

2、機(jī)的組成、工作原理以及計(jì)算機(jī)與外部的信息交換方式、對(duì)外部系統(tǒng)的接口技術(shù)有深入的了解,本課程涉及了兩大部分：,硬件部分： 微型計(jì)算機(jī)的組成（要具體到寄存器的層次）及各部分的功能（以8086為例）,微型計(jì)算機(jī)的工作原理,微型計(jì)算機(jī)與外設(shè)間的信息交換技術(shù)及對(duì)外設(shè)的控制、接口技術(shù)、系統(tǒng)擴(kuò)展方法,軟件部分：,匯編語言及其程序設(shè)計(jì)（面對(duì)寄存器層次硬件的編程）,在如此深入的層面上理解計(jì)算機(jī)的工作原理， 不單純是為了知識(shí)， 而是很多應(yīng)用必須建立在此基礎(chǔ)上， 掌握了匯編語言編程技術(shù)才能充分利用計(jì)算機(jī)的潛力。,計(jì)算機(jī)是由各種電子器件組成的能夠自動(dòng)、高速、精確地進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算、邏輯控制和信息處理的現(xiàn)代化設(shè)備，被廣泛應(yīng)

3、用于科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)（信息）處理和過程控制等領(lǐng)域。,計(jì)算機(jī)在科學(xué)計(jì)算中的應(yīng)用有以下特點(diǎn)：,1、 完成科學(xué)計(jì)算一般用高級(jí)語言編程。,2、科學(xué)計(jì)算沒有很強(qiáng)的實(shí)時(shí)性要求,3、 計(jì)算中需要的數(shù)據(jù)通常不是從現(xiàn)場實(shí)時(shí)采集的，計(jì)算結(jié)果一般也不完成對(duì)外界的控制功能，因而不需要有完成數(shù)據(jù)采集任務(wù)的輸入設(shè)備，也不需要有控制功能的輸出設(shè)備與其計(jì)算機(jī)相連。,計(jì)算機(jī)在信息處理和過程控制應(yīng)用領(lǐng)域較復(fù)雜，有如下特點(diǎn),實(shí)時(shí)性要求高，則要求程序更精練，運(yùn)行更快。,1、 對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求很高,要將專用輸入輸出設(shè)備與計(jì)算機(jī)連接并編程控制（稱為接口）,2、通常需用專門的輸入設(shè)備將有關(guān)信息輸入計(jì)算機(jī)，用專門的輸出設(shè)備輸出處理結(jié)果或?qū)Ρ?/p>

4、控對(duì)象實(shí)施控制。,匯編語言編的程序比用高級(jí)語言編的效率高,僅具備高級(jí)語言編程方面的知識(shí)而不了解計(jì)算機(jī)硬件不能勝任,因此，必須對(duì)計(jì)算機(jī)的工作原理和接口技術(shù)有更深入的了解，這就是開設(shè)微型計(jì)算機(jī)原理課程的原因。,微型計(jì)算機(jī)原理課程學(xué)習(xí)要求掌握以下內(nèi)容：,計(jì)算機(jī)的邏輯組成,計(jì)算機(jī)的工作原理,計(jì)算機(jī)與外界的接口技術(shù),直接依賴于計(jì)算機(jī)邏輯結(jié)構(gòu)的匯編語言編程方法,盡可能做課前預(yù)習(xí),每次課后必須認(rèn)真看教材（或參考書），及時(shí)消化所講內(nèi)容，切忌等到考試復(fù)習(xí)階段才來集中看書。,養(yǎng)成及時(shí)答疑的習(xí)慣，別讓問題堆積影響后續(xù)內(nèi)容學(xué)習(xí),按時(shí)、獨(dú)立完成作業(yè)，多與同學(xué)討論。,實(shí)驗(yàn)前必須做好預(yù)習(xí)，完成實(shí)驗(yàn)要求的編程。實(shí)驗(yàn)中做好記錄

5、，按時(shí)、按要求交實(shí)驗(yàn)報(bào)告,如何學(xué)好這門課？,第一臺(tái)電子數(shù)字式計(jì)算機(jī)ENIAC于1946年2月15日在美國賓夕法尼亞大學(xué)正式投入運(yùn)行，它是電子數(shù)值積分計(jì)算機(jī)(The Electronic Numberical Intergrator and Computer) 。,計(jì)算機(jī),機(jī)械計(jì)算機(jī),電子計(jì)算機(jī),數(shù)字計(jì)算機(jī),模擬計(jì)算機(jī),(本課程介紹的為此類計(jì)算機(jī)),1.2 計(jì)算機(jī)的發(fā)展概況,ENIAC用了17468個(gè)真空電子管,耗電174千瓦，占地170平方米，重達(dá)30噸,每秒鐘可進(jìn)行5000次加法運(yùn)算。,計(jì)算機(jī)的發(fā)展與電子技術(shù)，特別是微電子技術(shù)密切相關(guān)。通常按照構(gòu)成計(jì)算機(jī)的電子器件及其電路的變革，把計(jì)算機(jī)劃分

6、為若干“代”來標(biāo)志計(jì)算機(jī)的發(fā)展。,電子管計(jì)算機(jī)、晶體管計(jì)算機(jī)、集成電路計(jì)算機(jī)和大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)。,計(jì)算機(jī)的發(fā)展已經(jīng)歷了哪幾代?,目前，各國正研制和開發(fā)第五代“非馮諾依曼”計(jì)算機(jī)和第六代“神經(jīng)”計(jì)算機(jī)。,何謂馮諾依曼計(jì)算機(jī)？,計(jì)算機(jī)的分類,目前的計(jì)算機(jī)按性能、價(jià)格和體積來分類，有:,巨型機(jī)、,大型機(jī)、,中型機(jī)、,小型機(jī)、,微型計(jì)算機(jī)。,近年來，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)由于電子電路的局限性，理論上電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展也有一定的局限，因此，開始嘗試研制不使用集成電路的計(jì)算機(jī)，例如：,光子計(jì)算機(jī)(1988投入開發(fā) ) 、,生物計(jì)算機(jī)、,量子計(jì)算機(jī)、,超導(dǎo)計(jì)算機(jī)等。,電子計(jì)算機(jī)還在向以下四個(gè)方面發(fā)展：,巨

7、型化,微型化,網(wǎng)絡(luò)化,智能化,微型計(jì)算機(jī)屬于第四代計(jì)算機(jī)，它和其他計(jì)算機(jī)的主要區(qū)別在于：它的中央處理器CPU采用了超大規(guī)模集成電路技術(shù)， 將CPU的各功能部件集成在一塊硅片上。,20世紀(jì)70年代初期， 由于微電子技術(shù)和超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展， 導(dǎo)致了以微處理器為核心的微型計(jì)算機(jī)的誕生。,微型計(jì)算機(jī)的中央處理器又稱微處理器(MicroProcessor) ，包含了馮諾依曼計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)中的運(yùn)算器和控制器，是微型計(jì)算機(jī)的核心芯片.,微型計(jì)算機(jī)是由：,微處理器(CPU)、,存儲(chǔ)器,和I/O接口電路組成。,隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展， 微處理器中集成的部件越來越多， 除運(yùn)算器、 控制器外，還有

8、協(xié)處理器、 高速緩沖存儲(chǔ)器、接口和控制部件等。,從外表看，微型計(jì)算機(jī)的CPU是矩形或方形的塊狀物，通過眾多管腳與主板相連。不過這是CPU的外衣CPU的封裝。而內(nèi)部，CPU的核心是一片不到1/4英寸的薄硅晶片(英文名稱為die，核心)。,左邊是揭了蓋可以看到核心的處理器,在這小小的硅片上，密布著數(shù)以百萬計(jì)的晶體管，它們好像大腦的神經(jīng)元，相互配合協(xié)調(diào)，完成著各種復(fù)雜的運(yùn)算和操作。,微處理器和微機(jī)發(fā)展極快，幾乎每兩年集成度翻一番，每24年更新?lián)Q代一次，現(xiàn)已進(jìn)入第五、六代。,Intel發(fā)布的第一顆處理器4004僅包含2千多個(gè)晶體管，而前三年發(fā)布的Pentium 8400EE處理器包含超過2.3億萬個(gè)晶

9、體管，集成度提高了十萬倍.,單個(gè)CPU的核心硅片大小沒有增大，甚至更小了，這要求不斷改進(jìn)制造工藝，以便能生產(chǎn)出更精細(xì)的電路結(jié)構(gòu)。最新的處理器采用的是0.065微米技術(shù)制造，即常說的0.065微米線寬。,目前Intel正設(shè)計(jì)六核心處理器Dunnington來替代目前的45nm四核心處理器Harpertown。Dunnington在一塊郵票大小的芯片內(nèi)部封裝了三個(gè)雙核處理器核心。,Intel的65nm四核安騰處理器（Tukwila）達(dá)到20億個(gè)晶體管.,Intel Core i7 920是采用 45納米制作工藝的四核64位處理器, 主頻2.66 GHz，外頻133MHz ，倍頻為20 x 。功耗值

10、為130W, 一級(jí)高速緩存L1 4*64K,二級(jí)高速緩存L2 4*256K，三級(jí)高速緩存L3 8192K,1. 第一代4位或低檔8位微處理器 典型產(chǎn)品是Intel公司1971年研制成功的4004（4位CPU）及1972年推出的低檔8位CPU 8008。,集成度約為2300只晶體管/片。指令系統(tǒng)較簡單，運(yùn)算能力差，速度慢（平均指令執(zhí)行時(shí)間為1020s,每秒執(zhí)行6萬條指令）。軟件主要用機(jī)器語言及簡單的匯編語言編寫。,這是Intel 4004,2 第二代中高檔8位微處理器,典型產(chǎn)品有1974年Intel公司生產(chǎn)的8080 ， Zilog 公司生產(chǎn)的Z80 、Motorola公司生產(chǎn)的MC6800 以

11、及Intel 公司1976年推出的8085。它們均具有16位地址總線。,集成度為9千余只晶體管/片，指令的平均執(zhí)行時(shí)間為12s,速度比第一代快10倍,指令系統(tǒng)相對(duì)較完善，已具有典型的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)以及中斷、存儲(chǔ)器直接存取(DMA)功能?？墒褂脜R編語言及BASIC、FORTRAN等高級(jí)語言編程。,這是Intel 8080,3第三代16位微處理器,典型產(chǎn)品是1978年Intel公司的8086 、Zilog公司的Z8000 和Motorola公司的MC6800 。它們均具有20位地址總線。,集成度為29000個(gè)晶體管/片,可用時(shí)鐘頻率為4.77、8、10MHz, 每秒可執(zhí)行80萬條指令,尋址范圍1M

12、,有近300條指令。,具有豐富的指令系統(tǒng)、多級(jí)中斷系統(tǒng)、多處理機(jī)系統(tǒng)、段式存儲(chǔ)器管理以及硬件乘除法器等。,這是Intel 8086,1982年，Intel公司在8086基礎(chǔ)上研制出性能更優(yōu)越的16位微處理器芯片80286。,集成了13.4萬個(gè)晶體管，有24位地址總線,主頻20MHz,每秒可執(zhí)行270萬條指令。并具有多任務(wù)系統(tǒng)所必須的任務(wù)切換功能、存儲(chǔ)器管理功能以及各種保護(hù)功能，支持1GB以上的虛擬內(nèi)存。,一年后Intel公司推出8088.其指令系統(tǒng)與8086完全兼容，內(nèi)部結(jié)構(gòu)仍為16位，但外部數(shù)據(jù)總線是8位的。,以8088為CPU組成了IBM PC、PC/XT等準(zhǔn)16位微型計(jì)算機(jī),由于其性能價(jià)

13、格比高，很快占領(lǐng)了市場。,以80286為CPU組成IBM PC/AT高檔16位微機(jī),4第四代32位高檔微處理器,1985年，Intel推出32位微處理器80386，集成了275000個(gè)晶體管，每秒可執(zhí)行6百萬條指令, 32位地址總線,指令系統(tǒng)與80286兼容。,80386有兩種結(jié)構(gòu)80386SX和80386DX，SX內(nèi)部結(jié)構(gòu)為32位，外部數(shù)據(jù)總線為16位，采用80287作為協(xié)處理器。DX內(nèi)部結(jié)構(gòu)、外部數(shù)據(jù)總線皆為32位，采用80387作為協(xié)處理器。,1990年，Intel在80386基礎(chǔ)上研制出新一代32位微處理器芯片80486，集成了120萬個(gè)晶體管，地址總線仍然為32位，主頻25MHz(后

14、繼型號(hào)可達(dá)100MHz)，指令執(zhí)行速度可達(dá)20MIPS(百萬條/每秒)以上。,80486相當(dāng)于把80386、80387及8KB Cache集成在一塊芯片上，性能比80386有較大提高。,5. 第五代64位高檔微處理器,Pentium集成了300多萬個(gè)晶體管，數(shù)據(jù)總線64位，地址總線36位，其主頻有50MHz、66MHz、133MHz、和166MHz等，指令執(zhí)行速度可達(dá)100MIPS(每秒1億條)以上。,典型產(chǎn)品是1993年Intel推出的Pentium(奔騰，Intel 586)以及IBM、Apple和Motorola三家公司聯(lián)合生產(chǎn)的Power PC。,Pentium 芯片,精簡指令集計(jì)算機(jī)

15、的特點(diǎn)是指令規(guī)整，這使指令譯碼電路簡單，譯碼速度快；指令系統(tǒng)中只設(shè)置了使用頻率較高的指令，因而指令條數(shù)少，指揮指令執(zhí)行的控制邏輯電路簡單，執(zhí)行速度快。,與精簡指令集計(jì)算機(jī)對(duì)應(yīng)的是復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)CISC，Intel的Pentium微處理器及其以前的微處理器產(chǎn)品都屬于CISC。,Pentium有兩條超標(biāo)量流水線，兩個(gè)并行執(zhí)行單元及雙高速緩沖存儲(chǔ)器。,Power PC是一種精簡指令集計(jì)算機(jī)（RISC），也是一種性能優(yōu)異的64位微處理器，它也采用了先進(jìn)的超標(biāo)量流水線技術(shù)及雙高速緩沖存儲(chǔ)器。,1995年11月,Intel發(fā)布 Pentium Pro,其主頻為160MHz、200MHz， 指令執(zhí)行速度可

16、達(dá)440MIPS(每秒4.4億條)。,1997年1月,Intel發(fā)布 Pentium MMX,主頻有166MHz 、 200MHz 、 233MHz 、266MHz,它在以前的X86指令基礎(chǔ)上增加了57條多媒體指令.,Pentium Pro,Pentium MMX,1997年5月,Intel發(fā)布Pentium II,主頻可達(dá)266MHz (后繼型號(hào)可達(dá)333MHz)，執(zhí)行速度可達(dá)466MIPS(每秒4.66億條)以上,Pentium II內(nèi)部集成了750萬個(gè)晶體管，并整合了MMX指令集技術(shù)。此時(shí)，并首次引入了S.E.C封裝(Single Edge Contact)技術(shù)，將高速緩存與處理器整合在

17、一塊PCB板上,1999年2月,Intel發(fā)布Pentium III,主頻有450MHz、800MHz 執(zhí)行速度可達(dá)1000MIPS(每秒10億條).采用0.25微米制造工藝，擁有32K一級(jí)緩存和512K二級(jí)緩存 .包含MMX指令和Intel自己的“ 3D”指令SSE，,2000年11月,Intel發(fā)布Pentium IV,主頻有1.4GHz、1.5GHz (后繼型號(hào)已達(dá)3.4GHz) .采用0.18微米鋁導(dǎo)線工藝，配合低溫半導(dǎo)體介質(zhì)技術(shù)制成，是一顆具有超級(jí)深層次管線化架構(gòu)的處理器。,Pentium IV設(shè)計(jì)中采用了很多新技術(shù),在理論上，Pentium IV是完美無缺，可是實(shí)際狀況卻遠(yuǎn)非Int

18、el想象的那么簡單。第一代Pentium IV 可以說是Intel 近幾年內(nèi)的最大失敗。P4耗電驚人,其最致命的硬傷是發(fā)熱量很大,頻率提升困難 .,第二代0.09微米制程的Pentium M處理器將二級(jí)緩存（L2Cache）倍增到2MB，是第一代PentiumM數(shù)量的兩倍，晶體管數(shù)量也暴增到1億4千萬個(gè)。,2003年Intel發(fā)布了Pentium M處理器,一種專為移動(dòng)計(jì)算而優(yōu)化的全新體系結(jié)構(gòu)，是兼顧高性能和低功耗的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。,Pentium M 主頻有1.4GHz、1.5GHz、 1.6GHz等，后繼型號(hào)已達(dá)2.13GHz，采用的是0.13微米制造技術(shù),集成了7700萬個(gè)晶體管.頻率為2.1

19、3GHz采用了2MB二級(jí)緩存 的Pentium M 770在05年1月上市,2006年2月, Intel公司的比單核心P4還便宜 的廉價(jià)雙核心CPU PD 805上市.,為了加強(qiáng)競爭的砝碼， Intel處理器正進(jìn)行一次新的換代，從2005年起到2006年中期，處理器的生產(chǎn)工藝全面轉(zhuǎn)向65nm 制程。生產(chǎn)出更小的核心芯片，芯片散熱問題得到緩解，時(shí)鐘頻率也有新的提升。,1940年由數(shù)學(xué)家馮.諾依曼首先提出的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)，其基本設(shè)計(jì)思想為：, 以二進(jìn)制形式表示指令和數(shù)據(jù)。, 程序和數(shù)據(jù)事先存放在存儲(chǔ)器中，計(jì)算機(jī)在工作時(shí)能夠高速地從存儲(chǔ)器中取出指令加以執(zhí)行。, 由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸

20、出設(shè)備等五大部件組成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。,到目前為止，計(jì)算機(jī)仍沿用馮.諾依曼的體系結(jié)構(gòu)。,1.3 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成,1.3.1 基于總線的微型計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng) 微型計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)采用總線結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)中的各部件與CPU以及各部件之間均通過系統(tǒng)總線連接。,圖1.2 微型計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu),主 機(jī),三總線,外設(shè),何謂總線？,總線計(jì)算機(jī)中各功能部件間傳送信息的公共通道。 總線是微型計(jì)算機(jī)的重要組成部分，所有的信息都通過總線傳送。,系統(tǒng)總線包括,從內(nèi)存取指令、讀寫操作數(shù)或?qū)/O端口進(jìn)行讀寫操作時(shí)，指令代碼或數(shù)據(jù)通過DB送往CPU或由CPU送出。,地址總線是單向總線,數(shù)據(jù)總線是雙向總線,地址總線AB,傳送由CP

21、U提供的要訪問的單元、I/O端口的地址信息，用來選中要訪問的單元、I/O端口。,數(shù)據(jù)總線DB,控制總線CB,控制信息或狀態(tài)信息通過CB由CPU送往有關(guān)部件或從有關(guān)部件送往CPU。,每根控制總線的方向是一定的。,1.3.2 微處理器,微處理器主要由：運(yùn)算器(ALU)、控制器(CU)、內(nèi)部寄存器（R）構(gòu)成.,微型計(jì)算機(jī)采用總線結(jié)構(gòu)有何好處?,使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，易于維護(hù)，并具有良好的可擴(kuò)展性。,控制器,數(shù)據(jù)緩沖寄存器,寄存器陣列,算術(shù)邏輯單元,累加器,指令譯碼器,指令寄存器,可編程邏輯陣列,程序計(jì)數(shù)器,地址寄存器,(1),(2),(3)內(nèi)部寄存器,微處理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu),存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù),1),2),3),

22、4),6),5),參加運(yùn)算的兩個(gè)數(shù)一個(gè)來自累加器A一個(gè)來自內(nèi)部數(shù)據(jù)總線（可以是DR或RA的內(nèi)容）,計(jì)算結(jié)果送累加器A暫存,1運(yùn)算器 又稱算術(shù)邏輯單元ALU(Arithmetic Logic Unit)，用來進(jìn)行算術(shù)或邏輯運(yùn)算以及移位循環(huán)等操作。,2. 控制器 又稱控制單元CU,是全機(jī)的指揮控制中心，負(fù)責(zé)把指令逐條從存儲(chǔ)器取出，經(jīng)譯碼分析后向全機(jī)發(fā)出取數(shù)、執(zhí)行、存數(shù)等控制命令，保證正確完成程序所要求的功能。,控制器由以下部分組成 (1) 指令寄存器IR：存放從存儲(chǔ)器取出的將要執(zhí)行的指令碼。當(dāng)執(zhí)行一條指令時(shí)，先把它從內(nèi)存取到數(shù)據(jù)緩沖寄存器DR中，然后再傳送到指令寄存器IR中。,(2)指令譯碼器ID

23、(Instruction Decoder)：用來對(duì)指令寄存器IR中的指令操作碼字段進(jìn)行譯碼，以確定該指令執(zhí)行什么操作。,(3) 可編程邏輯陣列PLA(Programmable Logic Array)：用來產(chǎn)生取指令和執(zhí)行指令所需要的各種微操作控制信號(hào),并經(jīng)過控制總線CB送往有關(guān)部件，從而使計(jì)算機(jī)完成相應(yīng)的操作。,3. 內(nèi)部寄存器,1) 程序計(jì)數(shù)器PC(Program Counter) 也稱為指令指針I(yè)P(Instruction Pointer)，用來存放下一條要執(zhí)行指令所在存儲(chǔ)單元的地址。,在程序開始執(zhí)行前，必須將它的起始地址（程序第1條指令所在單元地址）送入PC。當(dāng)執(zhí)行指令時(shí)，CPU會(huì)自動(dòng)

24、修改PC內(nèi)容，使其保存的總是下一條要執(zhí)行的指令的地址。,CPU內(nèi)有若干寄存器，它們相當(dāng)于是CPU內(nèi)的RAM。這些寄存器包括：,2) 地址寄存器AR(Address Register)： 用來存放正準(zhǔn)備取出的指令的地址或操作數(shù)的地址。由于內(nèi)存讀寫速度和CPU的工作速度相差很大，所以必須使用地址寄存器來保持地址信息，直到內(nèi)存的讀/寫操作完成為止。,取指令時(shí)，PC中存放的指令地址送到AR，根據(jù)此地址從存儲(chǔ)器中取出指令。,取操作數(shù)、向存儲(chǔ)器寫數(shù)據(jù)時(shí)，先將操作數(shù)地址通過內(nèi)部數(shù)據(jù)總線送到AR，再根據(jù)此地址從存儲(chǔ)器中取出操作數(shù)或向存儲(chǔ)器寫入數(shù)據(jù)。,3) 數(shù)據(jù)緩沖寄存器DR(Data Register) 用來

25、暫存從內(nèi)存讀出的指令或數(shù)據(jù)。若是指令，DR將暫存的指令經(jīng)內(nèi)部數(shù)據(jù)總線送到指令寄存器IR；若是數(shù)據(jù)，則通過內(nèi)部數(shù)據(jù)總線送到運(yùn)算器或有關(guān)的寄存器。,DR是CPU和內(nèi)存、外部設(shè)備之間信息傳送的中轉(zhuǎn)站，它用來補(bǔ)償CPU和內(nèi)存、外圍設(shè)備之間在操作速度上存在的差異。,當(dāng)向存儲(chǔ)器寫數(shù)據(jù)時(shí)，也先將待寫數(shù)據(jù)存放在DR中，然后再經(jīng)數(shù)據(jù)總線送入存儲(chǔ)器。,4) 累加器A(Accumulator) 累加器是使用最頻繁的一個(gè)寄存器。在執(zhí)行算術(shù)邏輯運(yùn)算時(shí)，它用來存放一個(gè)操作數(shù)，而運(yùn)算結(jié)果通常又放回累加器.,CPU中至少應(yīng)有一個(gè)累加器,目前，有些CPU中有多個(gè)累加器，形成了通用寄存器堆結(jié)構(gòu)，其中任何一個(gè)既可存放目的操作數(shù)，也

26、可存放源操作數(shù)。,5) 標(biāo)志寄存器FLAGS（Flag Register） 也稱為程序狀態(tài)字PSW(Program Status Word)。用來存放剛執(zhí)行完的算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算指令或測(cè)試指令后建立的各種狀態(tài)碼內(nèi)容以及對(duì)CPU進(jìn)行控制的控制信息。,編寫程序時(shí)，可以通過測(cè)試有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)（0或1）來決定程序的流向。,6)寄存器陣列 RA(Register Array) 寄存器陣列實(shí)際上是CPU內(nèi)部的RAM,有了它們可避免CPU頻繁訪問內(nèi)存,縮短指令執(zhí)行時(shí)間,提高機(jī)器的運(yùn)行速度,方便程序設(shè)計(jì)。它包括一些通用寄存器（AX、BX、CX、DX、SI、DI、BP、SP）和段寄存器（CS、DS、ES、SS

27、）。,1.3.3 存儲(chǔ)器 這里的存儲(chǔ)器是指內(nèi)存儲(chǔ)器（又稱主存或內(nèi)存），用來存放指令、原始數(shù)據(jù)、中間結(jié)果和最終結(jié)果。CPU可直接用指令對(duì)內(nèi)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫。,執(zhí)行程序時(shí)，CPU會(huì)自動(dòng)而連續(xù)地從內(nèi)存中取出要執(zhí)行的指令，并執(zhí)行指令規(guī)定的操作，因此，計(jì)算機(jī)每完成一條指令，至少有一次為取指令而訪問內(nèi)存的操作。,內(nèi)存是主機(jī)的一部分，通常用具有一定容量且速度較高的存儲(chǔ)器作為內(nèi)存。,1. 基本概念 1位(Bit)：二進(jìn)制信息的最小單位 2字節(jié)(Byte)：在計(jì)算機(jī)內(nèi)，8位二進(jìn)制代碼作為1個(gè)字節(jié)，可以存放在一個(gè)存儲(chǔ)單元中。字節(jié)是字的基本組成單位。 3字（Word）：計(jì)算機(jī)中作為一個(gè)整體來處理和運(yùn)算的一組二進(jìn)制數(shù)，

28、是字節(jié)的整數(shù)倍。通常它與計(jì)算機(jī)內(nèi)部的寄存器、算術(shù)邏輯單元、數(shù)據(jù)總線寬度相一致。每個(gè)字包括的位數(shù)稱為計(jì)算機(jī)的字長，它是計(jì)算機(jī)的重要性能指標(biāo)。目前為了表示方便，常把一個(gè)字定義為16位，把一個(gè)雙字定義為32位。,4內(nèi)存單元地址：存儲(chǔ)器通常被劃分為許多單元，每個(gè)單元存放一個(gè)字節(jié)的二進(jìn)制信息，為了能識(shí)別不同的單元，每個(gè)單元都賦予一個(gè)編號(hào)，這個(gè)編號(hào)稱為該內(nèi)存單元的地址。內(nèi)存單元的地址是連續(xù)編排的。,內(nèi)存單元的地址與該地址對(duì)應(yīng)的單元中存放的內(nèi)容是兩個(gè)完全不同的概念，不可混淆。,5內(nèi)存容量：內(nèi)存中存儲(chǔ)單元的總數(shù)。通常以字節(jié)為單位，1024（210）字節(jié)記作1KB，220字節(jié)記作1MB。,2. 內(nèi)存的操作 CP

29、U對(duì)內(nèi)存的操作有兩種：讀或?qū)憽?讀操作 是CPU將內(nèi)存單元的內(nèi)容讀入CPU內(nèi)部，信息讀出后該單元的內(nèi)容保持不變。,寫操作 是CPU將其內(nèi)部信息送到內(nèi)存單元保存起來，寫操作的結(jié)果改變了被寫單元的內(nèi)容，是破壞性的。,(b) 內(nèi)存寫操作過程示意圖,圖1.6 內(nèi)存讀寫操作過程示意圖,待讀單元地址,待寫單元地址,待寫數(shù)據(jù),10111010,待讀數(shù)據(jù),00000000B,3. 內(nèi)存的分類 按工作方式，內(nèi)存可分為兩大類：隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器RAM(Random Access Memory)和只讀存儲(chǔ)器ROM(Read Only Memory)。,RAM 用于存放將要被CPU執(zhí)行的用戶程序、數(shù)據(jù)以及部分系統(tǒng)程序。可

30、由CPU任意讀、寫，斷電后，其中存放的信息將丟失。,ROM中的信息只能被CPU讀取，而不能由CPU任意地寫入。斷電后，其中的信息不會(huì)丟失。ROM用于存放永久性的程序和數(shù)據(jù)。如系統(tǒng)引導(dǎo)程序、監(jiān)控程序、操作系統(tǒng)中的基本輸入/輸出管理程序（BIOS）等。,1.3.4 I/O接口與輸入輸出設(shè)備 I/O接口是微型計(jì)算機(jī)與I/O設(shè)備之間信息交換的橋梁。,I/O設(shè)備是微機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分，與CPU相比，它們的工作速度較低。 I/O設(shè)備種類很多，所處理的信息有數(shù)字量、模擬量、開關(guān)量等，而計(jì)算機(jī)只能處理數(shù)字量。外設(shè)與微機(jī)工作的邏輯時(shí)序也可能不一致。,由于上述原因，微型計(jì)算機(jī)與外設(shè)之間的連接及信息的交換不能直接

31、進(jìn)行，而需要設(shè)計(jì)一個(gè)I/O接口作為微機(jī)與外設(shè)之間的橋梁。,I/O接口也稱為I/O適配器，不同的外設(shè)必須通過不同的I/O適配卡（板）才能與微機(jī)相連。所以，I/O接口是微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)不可缺少的重要組成部件。,任何一個(gè)微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的研制和開發(fā)，實(shí)際上是I/O接口的研制和開發(fā)。,1.4 微型計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng) 軟件，就是為了管理、維護(hù)計(jì)算機(jī)以及為完成用戶的某種特定任務(wù)而編寫的各種程序的集和。,計(jì)算機(jī)的工作就是運(yùn)行程序，通過逐條地從內(nèi)存中取出程序中的指令并執(zhí)行指令規(guī)定的操作而實(shí)現(xiàn)某種特定的功能，因此，軟件是微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)不可缺少的組成部分。,微型計(jì)算機(jī)的軟件包括系統(tǒng)軟件和用戶（應(yīng)用）軟件。,用戶軟件是用戶為解

32、決各種實(shí)際問題而編寫的各種程序。,操作系統(tǒng)是一套復(fù)雜的系統(tǒng)程序，用于提供人機(jī)接口和管理、調(diào)度計(jì)算機(jī)的所有硬件與軟件資源。,系統(tǒng)軟件是指不需要用戶干預(yù)的，為其它程序的開發(fā)、調(diào)試以及運(yùn)行等建立良好環(huán)境的程序。主要包括操作系統(tǒng)和系統(tǒng)應(yīng)用程序。,操作系統(tǒng)主要包括,常駐監(jiān)控程序,OS最重要的核心部分,負(fù)責(zé)接收用戶命令并執(zhí)行相應(yīng)的操作,I/O驅(qū)動(dòng)程序,用于執(zhí)行I/O操作,文件管理程序,用于管理存放在外存中的數(shù)據(jù),此兩程序配合使用，用于文件的存取、復(fù)制和其它處理。,系統(tǒng)應(yīng)用程序包括高級(jí)語言的編譯程序、匯編程序、診斷和調(diào)試程序，文字處理程序，服務(wù)性工具程序，數(shù)據(jù)庫管理程序等。,1.5 微型計(jì)算機(jī)的工作過程,表

33、1.1 完成“6+5”操作所需的機(jī)器語言程序和匯編語言程序,機(jī)器語言指令和匯編語言指令是一一對(duì)應(yīng)的，都是面向機(jī)器的語言，不同的機(jī)器有著自己獨(dú)有的機(jī)器語言指令系統(tǒng)和匯編語言指令系統(tǒng)。,不論程序是用什么語言編寫，都必須首先將其轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能直接識(shí)別和執(zhí)行的機(jī)器語言程序，裝入內(nèi)存,然后才能由CPU逐條讀取并執(zhí)行。,機(jī)器語言程序是計(jì)算機(jī)能理解和直接執(zhí)行的程序,其指令用二進(jìn)制代碼表示。 匯編語言程序是用助記符語言表示的程序，計(jì)算機(jī)不能直接“識(shí)別”，需經(jīng) “匯編程序”把它轉(zhuǎn)換為機(jī)器語言程序后才能執(zhí)行。,微機(jī)的工作過程就是不斷地從內(nèi)存中取出指令并執(zhí)行指令的過程。,執(zhí)行指令階段，CPU執(zhí)行指令所規(guī)定的具體操作。,第一條指令所在單元的地址程序計(jì)數(shù)器PC,進(jìn)入取指階段, CPU從PC所指內(nèi)存單元取出指令DR IR,指令譯碼器對(duì)IR中指令的操作碼字段進(jìn)行譯碼，并發(fā)出執(zhí)行該指令所需要的各種微操作控制信號(hào)。,當(dāng)一條指令執(zhí)行完畢后，轉(zhuǎn)