第2講 微機(jī)原理

,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),第,2,講 概述,計(jì)算機(jī),的硬件和軟件,主要內(nèi)容,計(jì)算機(jī)基礎(chǔ),初級(jí)計(jì)算機(jī)（微型計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)）,簡單程序舉例,2009-9-16,要求：,掌握微型計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和相關(guān)概念，,掌握微機(jī)的工作過程。,計(jì)算機(jī)基礎(chǔ),1.,計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu),2.,常用的名詞術(shù)語和二進(jìn)制編碼,3.,指令程序和指令系統(tǒng),相關(guān)內(nèi)容回顧,運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入輸出,、總線,位、字節(jié)、字、字長,馮,.,諾依曼計(jì)算機(jī)的工作原理可概述為：,“,存儲(chǔ)程序,”,+“,程序控制,”,要點(diǎn)：,1,以二進(jìn)制,(,匯編語言或高級(jí)語言,),表示數(shù)據(jù)和指令,(,程序,),2.,把程序存入存儲(chǔ)器中,3.,由控制器自動(dòng)讀取程序并執(zhí)行,輸,入,設(shè),備,控制器,輸,出,設(shè),備,CPU,存儲(chǔ)器,運(yùn)算器,ALU,馮,諾依曼體系結(jié)構(gòu)的三個(gè)重要思想：,控制器根據(jù)存放在存儲(chǔ)器中的指令序列（即程序）工作，并有一個(gè)程序計(jì)數(shù)器（,PC,）控制指令的執(zhí)行?？刂破骶哂信袛嗄芰Γ軌蚋鶕?jù)計(jì)算結(jié)果選擇不同的動(dòng)作流程。,數(shù)據(jù)和程序以,二進(jìn)制代碼,的形式不加區(qū)別地存放在存儲(chǔ)器中，存放位置由地址指定，地址碼也是二進(jìn)制形式。,整個(gè)計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)應(yīng)由：運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大部分組成。,存,儲(chǔ),器,I/O,接,口,輸,入,設(shè),備,I/O,接,口,數(shù)據(jù)總線,DB,控制總線,CB,地址總線,AB,輸,出,設(shè),備,CPU,微機(jī)的硬件由微處理器（,CPU,）,、,存儲(chǔ)器,、,接口電路,構(gòu)成；,輸入,/,輸出設(shè)備通過,接口電路,與系統(tǒng)相連,(,輸入,/,輸出接口簡稱,I/O,接口,),各部件通過,總線,連接：地址總線（,Address Bus,）,數(shù)據(jù)總線（,Date Bus,）,控制總線（,Control Bus,）,構(gòu)成部件,四、初級(jí)計(jì)算機(jī),見教材,p12,微機(jī)基本組成,微型計(jì)算機(jī)（,Micro-Computer),CPU,(,中央處理單元,),ALU,(,算術(shù)邏輯單元,),控制器,Memory,(,存儲(chǔ)器,),RAM,(,讀寫存儲(chǔ)器,),ROM,(,只讀存儲(chǔ)器,),I/O,接,口主機(jī)與外設(shè)的匹配連接,BUS,(,總線,),AB,(,地址總線,),DB,(,數(shù)據(jù)總線,),CB,(,控制總線,),CPU-Central Processing Unit,ALU-Arithmetic Logic Unit,1.CPU,的結(jié)構(gòu),CPU,是,計(jì)算機(jī)的核心部件,用來實(shí)現(xiàn)指令的自動(dòng)裝入和自動(dòng)執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)本身的自動(dòng)化。,地址信號(hào),標(biāo) 志,寄存器,指令寄存器,數(shù)據(jù)暫存器,控制電路,指令譯碼器,地,址,寄,存,器,AR,指 令指 針,寄存器,(,或程序計(jì)數(shù)器,),R1,R2,R3,R4,寄存器組,運(yùn),算,器,PC,數(shù)據(jù)信號(hào),控制信號(hào),ALU,CPU,結(jié)構(gòu),示意圖,見教材,p13,算術(shù)邏輯單元,ALU,是執(zhí)行,算術(shù)和邏輯運(yùn)算,的裝置。,所有的算術(shù)運(yùn)算,，,邏輯運(yùn)算和移位操作都是由,ALU,完成的。,要執(zhí)行的指令地址由,程序計(jì)數(shù)器,PC,提供。一般計(jì)算機(jī)一上電，就給,PC,置個(gè)初值，這就是第一條指令存放的地址。以后每取出一個(gè)存儲(chǔ)單元的指令，,PC,的內(nèi)容就自動(dòng)加一。這樣,PC,中保存的就永遠(yuǎn)是下一條要執(zhí)行的指令的地址。,地址寄存器,AR,把要尋址的單元的地址通過地址總線送至存儲(chǔ)器。,從存儲(chǔ)器中取出的指令，由數(shù)據(jù)寄存器送指令寄存器,IR,，經(jīng)過指令譯碼器,ID,譯碼，通過控制電路發(fā)出執(zhí)行一條指令所需的各種控制信號(hào)。,2.,存儲(chǔ)器,n,根,C,P,U,地址線,AB,數(shù)據(jù)線,DB,控制線,CB,地,址,譯,碼,器,11001100,00110011,10101010,11110000,10001000,地址,00.0000,地址,00.0001,地址,00.0010,地址,00.0011,地址,111111,存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)示意圖,存儲(chǔ)器是存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)的部件，由地址譯碼器、存儲(chǔ)單元等構(gòu)成。,見教材,p14,存儲(chǔ)器由若干個(gè)存儲(chǔ)單元組成。為了能區(qū)分不同的存儲(chǔ)單元，對這些單元分別編了號(hào)，用,X,位,16,進(jìn)制數(shù)表示，這就是它們的地址。,每個(gè)存儲(chǔ)單元可以存放,8,位二進(jìn)制,信息，這就是他們的內(nèi)容。,每個(gè)存儲(chǔ)單元的地址和這個(gè)存儲(chǔ)單元中存放的內(nèi)容是完全不同的兩回事,，千萬不要混淆。,一般地來說，如果一個(gè)存儲(chǔ)器有,2,n,個(gè)存儲(chǔ)單元，那它需要有,n,根,地址線，如果每個(gè)存儲(chǔ)單元有,m,位,，那它需要有,m,根,數(shù)據(jù)線。一個(gè)存儲(chǔ)器的控制線至少有讀控制線和寫控制線。,內(nèi)存單元,內(nèi)存單元的地址,內(nèi)存單元的內(nèi)容,對內(nèi)存的讀,/,寫操作,與存儲(chǔ)器相關(guān)的幾個(gè)概念,補(bǔ)充,內(nèi)存單元,存儲(chǔ)信息的基本單元。,每片內(nèi)存芯片有若干個(gè)內(nèi)存單元。,每個(gè)單元可存儲(chǔ),1,位或多位等二進(jìn)制數(shù)。,n,根,C,P,U,地址線,AB,數(shù)據(jù)線,DB,控制線,CB,地,址,譯,碼,器,11001100,00110011,10101010,11110000,10001000,地址,00.0000,地址,00.0001,地址,00.0010,地址,00.0011,地址,111111,內(nèi)存單元的地址,為區(qū)分各內(nèi)存單元，每個(gè)內(nèi)存單元對應(yīng)有一個(gè)地址。,地址線上的數(shù)據(jù)經(jīng)譯碼后只有唯一的內(nèi)存單元被選中,。,n,根,C,P,U,地址線,AB,數(shù)據(jù)線,DB,控制線,CB,地,址,譯,碼,器,11001100,00110011,10101010,11110000,10001000,地址,00.0000,地址,00.0001,地址,00.0010,地址,00.0011,地址,111111,內(nèi)存單元的內(nèi)容,每個(gè)內(nèi)存單元所存儲(chǔ)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。,n,根,C,P,U,地址線,AB,數(shù)據(jù)線,DB,控制線,CB,地,址,譯,碼,器,11001100,00110011,10101010,11110000,10001000,地址,00.0000,地址,00.0001,地址,00.0010,地址,00.0011,地址,111111,對內(nèi)存的讀操作,CPU,發(fā)出地址信號(hào)，選中相應(yīng)的內(nèi)存單元。,對,讀操作,，,CPU,發(fā)出內(nèi)存讀控制信號(hào)，,被選中的內(nèi)存單元將其內(nèi)容經(jīng)數(shù)據(jù)總線送入,CPU,。,n,根,C,P,U,地址線,AB,控制線,CB,地,址,譯,碼,器,11001100,00110011,10101010,11110000,10001000,地址,00.0000,地址,00.0001,地址,00.0010,地址,00.0011,地址,111111,數(shù)據(jù)線,DB,信息從存儲(chǔ)單元讀出后，存儲(chǔ)單元的內(nèi)容并不改變。,外設(shè)和輸入,/,輸出接口（,I/O,接口）,外設(shè)的電信號(hào)、運(yùn)行速度與,CPU,不匹配，,不能與,CPU,直接相連，必須通過,I/O,接口與,CPU,相連。,存,儲(chǔ),器,I/O,接,口,輸,入,設(shè),備,I/O,接,口,數(shù)據(jù)總線,DB,控制總線,CB,地址總線,AB,輸,出,設(shè),備,CPU,補(bǔ)充,對內(nèi)存的寫操作,CPU,發(fā)出地址信號(hào)，選中相應(yīng)的內(nèi)存單元。,對,寫操作,，,CPU,發(fā)出內(nèi)存寫控制信號(hào)，,CPU,將欲寫的內(nèi)容經(jīng)數(shù)據(jù)總線，寫入被選中的內(nèi)存單元。,n,根,C,P,U,地址線,AB,控制線,CB,地,址,譯,碼,器,11001100,00110011,10101010,11110000,10001000,地址,00.0000,地址,00.0001,地址,00.0010,地址,00.0011,地址,111111,數(shù)據(jù)線,DB,寫操作完成后，把新的信息寫入存儲(chǔ)單元，由新的內(nèi)容代替舊,的內(nèi)容。,鍵 盤,鍵盤接口,顯示器,顯示卡,鼠 標(biāo),串行接口,網(wǎng) 絡(luò),網(wǎng)卡,打印機(jī),并行接口,音箱、麥可風(fēng),聲卡,IDE2,Pentium III,北橋,440BX,南橋,PIIX4E,CMOS&RTC,USB,超級(jí),I/O,IDE1,COM1,COM2,LPT1,L1Cache,L2,Cache,PCI,插槽,ISA,插槽,內(nèi)存條,ROM BIOS,顯,示,器,硬盤,光驅(qū),軟驅(qū),鍵盤鼠標(biāo),打印機(jī),MODEM,顯卡,I/O,端口,I/O,端口的地址,I/O,端口的內(nèi)容,對,I/O,端口的讀,/,寫操作,與,I/O,接口相關(guān)的幾個(gè)概念,補(bǔ)充,I/O,端口,I/O,接口內(nèi)部通常有一個(gè)或多個(gè)寄存器，,用以存放各種信息，稱,I/O,寄存器或,I/O,端口。,I/O,端口,1,I/O,端口,2,I/O,端口,3,地址,譯碼,數(shù)據(jù),緩沖,控制,電路,外,設(shè),AB,DB,CB,C,P,U,I/O,端口的地址,為區(qū)分各,I/O,端口，每個(gè)端口對應(yīng)有一個(gè)端口地址。,I/O,端口,1,(23H,端口),I/O,端口,2,(24H,端口,),I/O,端口,3,(25H,端口,地址,譯碼,數(shù)據(jù),緩沖,控制,電路,外,設(shè),AB,DB,CB,C,P,U,I/O,端口的內(nèi)容,1001 0101,(,狀態(tài),端口),0110 1010,(,數(shù)據(jù)端口,),1100 0110,(,控制端口,),地址,譯碼,數(shù)據(jù),緩沖,控制,電路,外,設(shè),AB,DB,CB,C,P,U,根據(jù)存放內(nèi)容的不同可分為：狀態(tài),端口，數(shù)據(jù)端口，控制端口,指,I/O,端口存放的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。,對,I/O,端口的讀,/,寫操作：,（與內(nèi)存的讀,/,寫操作相類似）,CPU,發(fā)出地址信號(hào)，選中相應(yīng)的,I/O,端口。,若是,讀操作,，,CPU,發(fā)出,I/O,端口讀控制信號(hào)，,被選中的,I/O,端口將其內(nèi)容經(jīng)數(shù)據(jù)總線送入,CPU,。,若是,寫操,作，,CPU,發(fā)出,I/O,端口寫控制信號(hào)，,CPU,將欲寫的內(nèi)容經(jīng)數(shù)據(jù)總線，寫入被選中的,I/O,端口中。,I/O,端口,1,(23H,端口),I/O,端口,2,(24H,端口,),I/O,端口,3,(25H,端口,地址,譯碼,數(shù)據(jù),緩沖,控制,電路,外,設(shè),AB,DB,CB,C,P,U,總線,總線是連接多個(gè)功能部件的一組公共信號(hào)線,微機(jī)中各功能部件之間的信息是通過總線傳輸,總線,BUS,存,儲(chǔ),器,I/O,接,口,輸,入,設(shè),備,I/O,接,口,輸,出,設(shè),備,CPU,補(bǔ)充,ISA,插,槽,PCI,插槽,AGP,插,槽,北橋,芯片組,南橋,芯片組,內(nèi)存插槽,CPU,插槽,IDE,接口,軟驅(qū)接口,并口連接器,串口連接器,ROM BIOS,鼠標(biāo)鍵盤,USB,接口,主板,電源,插座,550MHz,IDE2,Pentium III,北橋,440BX,AGP,南橋,PIIX4E,CMOS&RTC,USB,超級(jí),I/O,IDE1,COM1,COM2,LPT1,550MHz,L1,Cache,L2,Cache,處理機(jī)總線,100MHz,100MHz,PCI,總線,33MHz,PCI,插槽,ISA,插槽,ISA,總線,8MHz,內(nèi)存條,ROM BIOS,顯,示,器,硬盤,光驅(qū),軟驅(qū),鍵盤鼠標(biāo),打印機(jī),MODEM,66MHz,顯卡,按信號(hào)的作用，總線分為三類：,地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線,存,儲(chǔ),器,I/O,接,口,輸,入,設(shè),備,I/O,接,口,數(shù)據(jù)總線,DB,控制總線,CB,地址總線,AB,輸,出,設(shè),備,CPU,地址總線,AB,(Address Bus),：,單向,用來傳送,CPU,輸出的地址信號(hào)，,確定被訪問的存儲(chǔ)單元、,I/O,端口。,存,儲(chǔ),器,I/O,接,口,輸,入,設(shè),備,I/O,接,口,數(shù)據(jù)總線,DB,控制總線,CB,地址總線,AB,輸,出,設(shè),備,CPU,地址總線的條數(shù),決定,CPU,的尋址能力。,10,根,2,10,1024,1K,20,根,2,20,1024K,1M,32,根,2,32,2,2,2,30,4G,36,根,2,36,2,6,2,30,64G,數(shù)據(jù)總線,DB,(Data Bus),：,雙向,用來在,CPU,與存儲(chǔ)器、,I/O,接口之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。,存,儲(chǔ),器,I/O,接,口,輸,入,設(shè),備,I/O,接,口,數(shù)據(jù)總線,DB,控制總線,CB,地址總線,AB,輸,出,設(shè),備,CPU,數(shù)據(jù)總線,的條數(shù)決定一次可最多傳送數(shù)據(jù)的寬度。,8,根,一次傳送,8,位,16,根,一次傳送,16,位,32,根,一次傳送,32,位,64,