第2講 微機原理

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1、,第二級,第三級,第四級,第五級,第,2,講 概述,計算機,的硬件和軟件,主要內容,計算機基礎,初級計算機（微型計算機的結構）,簡單程序舉例,2009-9-16,要求：,掌握微型計算機的基本結構和相關概念，,掌握微機的工作過程。,計算機基礎,1.,計算機的基本結構,2.,常用的名詞術語和二進制編碼,3.,指令程序和指令系統(tǒng),相關內容回顧,運算器、控制器、存儲器、輸入輸出,、總線,位、字節(jié)、字、字長,馮,.,諾依曼計算機的工作原理可概述為：,“,存儲程序,”,+“,程序控制,”,要點：,1,以二進制,(,匯編語言或高級語言,),表示數(shù)據(jù)和指令,(,程序,),2.,把程序存入存儲器中,3.,由控制

2、器自動讀取程序并執(zhí)行,輸,入,設,備,控制器,輸,出,設,備,CPU,存儲器,運算器,ALU,馮,諾依曼體系結構的三個重要思想：,控制器根據(jù)存放在存儲器中的指令序列（即程序）工作，并有一個程序計數(shù)器（,PC,）控制指令的執(zhí)行?？刂破骶哂信袛嗄芰?，能夠根據(jù)計算結果選擇不同的動作流程。,數(shù)據(jù)和程序以,二進制代碼,的形式不加區(qū)別地存放在存儲器中，存放位置由地址指定，地址碼也是二進制形式。,整個計算機結構應由：運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備五大部分組成。,存,儲,器,I/O,接,口,輸,入,設,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,備,CPU,微機

3、的硬件由微處理器（,CPU,）,、,存儲器,、,接口電路,構成；,輸入,/,輸出設備通過,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,）,構成部件,四、初級計算機,見教材,p12,微機基本組成,微型計算機（,Micro-Computer),CPU,(,中央處理單元,),ALU,(,算術邏輯單元,),控制器,Memory,(,存儲器,),RAM,(,讀寫存儲器,),ROM,(,只讀存儲器,),I/O,接,口主機與外設的匹配連接,BUS,(,

4、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,的結構,CPU,是,計算機的核心部件,用來實現(xiàn)指令的自動裝入和自動執(zhí)行，實現(xiàn)計算機本身的自動化。,地址信號,標 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,(,或程序計數(shù)器,),R1,R2,R3,R4,寄存器組,運,算,器,PC,數(shù)據(jù)信號,控制信號,ALU,CPU,結構,示意圖,見教材,p13,算術邏輯單元,ALU,是執(zhí)行,算術和邏輯

5、運算,的裝置。,所有的算術運算,，,邏輯運算和移位操作都是由,ALU,完成的。,要執(zhí)行的指令地址由,程序計數(shù)器,PC,提供。一般計算機一上電，就給,PC,置個初值，這就是第一條指令存放的地址。以后每取出一個存儲單元的指令，,PC,的內容就自動加一。這樣,PC,中保存的就永遠是下一條要執(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器。,從存儲器中取出的指令，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。,2.,存儲器,n,根,C,P,U,地址線,AB,數(shù)據(jù)線,DB,控制線,CB,地,址,譯,碼,器,1

6、1001100,00110011,10101010,11110000,10001000,地址,00.0000,地址,00.0001,地址,00.0010,地址,00.0011,地址,111111,存儲器結構示意圖,存儲器是存儲程序和數(shù)據(jù)的部件，由地址譯碼器、存儲單元等構成。,見教材,p14,存儲器由若干個存儲單元組成。為了能區(qū)分不同的存儲單元，對這些單元分別編了號，用,X,位,16,進制數(shù)表示，這就是它們的地址。,每個存儲單元可以存放,8,位二進制,信息，這就是他們的內容。,每個存儲單元的地址和這個存儲單元中存放的內容是完全不同的兩回事,，千萬不要混淆。,一般地來說，如果一個存儲器有,2,n,

7、個存儲單元，那它需要有,n,根,地址線，如果每個存儲單元有,m,位,，那它需要有,m,根,數(shù)據(jù)線。一個存儲器的控制線至少有讀控制線和寫控制線。,內存單元,內存單元的地址,內存單元的內容,對內存的讀,/,寫操作,與存儲器相關的幾個概念,補充,內存單元,存儲信息的基本單元。,每片內存芯片有若干個內存單元。,每個單元可存儲,1,位或多位等二進制數(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,00.00

8、11,地址,111111,內存單元的地址,為區(qū)分各內存單元，每個內存單元對應有一個地址。,地址線上的數(shù)據(jù)經(jīng)譯碼后只有唯一的內存單元被選中,。,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,內存單元的內容,每個內存單元所存儲的二進制數(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,11001100,00110011,10101

9、010,11110000,10001000,地址,00.0000,地址,00.0001,地址,00.0010,地址,00.0011,地址,111111,對內存的讀操作,CPU,發(fā)出地址信號，選中相應的內存單元。,對,讀操作,，,CPU,發(fā)出內存讀控制信號，,被選中的內存單元將其內容經(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

10、單元讀出后，存儲單元的內容并不改變。,外設和輸入,/,輸出接口（,I/O,接口）,外設的電信號、運行速度與,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,器,I/O,接,口,輸,入,設,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,備,CPU,補充,對內存的寫操作,CPU,發(fā)出地址信號，選中相應的內存單元。,對,寫操作,，,CPU,發(fā)出內存寫控制信號，,CPU,將欲寫的內容經(jīng)數(shù)據(jù)總線，寫入被選中的內存單元。,n,根,C,P,U,地址線,AB,控制線,CB,地,址,譯,碼,器,11001100,00110011,1

11、0101010,11110000,10001000,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單元，由新的內容代替舊,的內容。,鍵 盤,鍵盤接口,顯示器,顯示卡,鼠 標,串行接口,網(wǎng) 絡,網(wǎng)卡,打印機,并行接口,音箱、麥可風,聲卡,IDE2,Pentium III,北橋,440BX,南橋,PIIX4E,CMOS&RTC,USB,超級,I/O,IDE1,COM1,COM2,LPT1,L1Cache,L2,Cache,PCI,插槽,ISA,插槽,內存條,ROM BIOS,顯,示,器,硬盤

12、,光驅,軟驅,鍵盤鼠標,打印機,MODEM,顯卡,I/O,端口,I/O,端口的地址,I/O,端口的內容,對,I/O,端口的讀,/,寫操作,與,I/O,接口相關的幾個概念,補充,I/O,端口,I/O,接口內部通常有一個或多個寄存器，,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,AB,DB,CB,C,P,U,I/O,端口的地址,為區(qū)分各,I/O,端口，每個端口對應有一個端口地址。,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

13、址,譯碼,數(shù)據(jù),緩沖,控制,電路,外,設,AB,DB,CB,C,P,U,I/O,端口的內容,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,AB,DB,CB,C,P,U,根據(jù)存放內容的不同可分為：狀態(tài),端口，數(shù)據(jù)端口，控制端口,指,I/O,端口存放的二進制數(shù)據(jù)。,對,I/O,端口的讀,/,寫操作：,（與內存的讀,/,寫操作相類似）,CPU,發(fā)出地址信號，選中相應的,I/O,端口。,若是,讀操作,，,CPU,發(fā)出,I/O,端口讀控制信號，,被選中的,I/O,端口將其內容經(jīng)數(shù)據(jù)總線送入,C

14、PU,。,若是,寫操,作，,CPU,發(fā)出,I/O,端口寫控制信號，,CPU,將欲寫的內容經(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,AB,DB,CB,C,P,U,總線,總線是連接多個功能部件的一組公共信號線,微機中各功能部件之間的信息是通過總線傳輸,總線,BUS,存,儲,器,I/O,接,口,輸,入,設,備,I/O,接,口,輸,出,設,備,CPU,補充,ISA,插,槽,PCI,插槽,AGP,插,槽,北橋,芯片組,南橋,芯片組,內存插槽,CPU,插

15、槽,IDE,接口,軟驅接口,并口連接器,串口連接器,ROM BIOS,鼠標鍵盤,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,I/O,IDE1,COM1,COM2,LPT1,550MHz,L1,Cache,L2,Cache,處理機總線,100MHz,100MHz,PCI,總線,33MHz,PCI,插槽,ISA,插槽,ISA,總線,8MHz,內存條,ROM BIOS,顯,示,器,硬盤,光驅,軟驅,鍵盤鼠標,打印機,MODEM,66MHz,顯卡,按信號的作用，總線分為三類：,地址總線、數(shù)

16、據(jù)總線、控制總線,存,儲,器,I/O,接,口,輸,入,設,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,備,CPU,地址總線,AB,(Address Bus),：,單向,用來傳送,CPU,輸出的地址信號，,確定被訪問的存儲單元、,I/O,端口。,存,儲,器,I/O,接,口,輸,入,設,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,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,與存儲器、,I/O,接口之間進行數(shù)據(jù)傳送。,存,儲,器,I/O,接,口,輸,入,設,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,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,