微机原理第章

存储器I/O接口输入设备I/O接口数据总线DB控制总线CB地址总线AB输出设备CPU微机的硬件由CPU、存储器、输入/输出设备构成；输入/输出设备通过输入/输出接口与系统相连；(输入/输出接口简称I/O接口)各部件通过总线连接。构成部件(1)微型计算机的典型结构中央处理器CPU计算机的核心部件，一般具有下列功能：进行算术和逻辑运算；可保存少量的数据；能和存储器、I/O接口电路中的I/O端口交换数据；提供整个系统所需要的定时和控制。另外，CPU在内部结构上都包含下面这些部件：•算术逻辑部件（ALU）；•累加器和通用寄存器组；•程序计数器（指令指针）、指令寄存器和译码器；•时序和控制部件。CPU结构示意图地址信号标志寄存器指令寄存器数据暂存器控制部件指令译码器地址寄存器指令指针寄存器R1R2R3R4寄存器组数据信号控制信号ALUDSESSSCSIP数据暂存器执行部件控制电路指令译码器总线接口控制电路AXBXCXDXAHBHCHDHSIDIBPSPALBLCLDL寄存器组BIUABDBCB地址加法器指令队列PSW标志寄存器EU运算器DSESSSCSIP数据暂存器执行部件控制电路指令译码器总线接口控制电路AXBXCXDXAHBHCHDHSIDIBPSPALBLCLDL寄存器组ABDBCB地址加法器指令队列PSW标志寄存器运算器8088编程结构内存储器（内存）内存是存储程序和数据的部件，由地址译码器、内存单元等构成。n根CPU地址线AB数据线DB控制线CB地址译码器1100110000110011101010101111000010001000地址00...0000地址00...0001地址00...0010地址00...0011地址11…1111内存结构示意图内存单元内存单元的地址内存单元的内容对内存的读/写操作内存单元存储信息的基本单元。每片内存芯片有若干个内存单元。每个单元可存储1位或多位(2N位)等二进制数。n根CPU地址线AB数据线DB控制线CB地址译码器1100110000110011101010101111000010001000地址00...0000地址00...0001地址00...0010地址00...0011地址11…1111内存单元的地址为区分各内存单元，每个内存单元对应有一个地址。地址线上的数据经译码后只有唯一的内存单元被选中。n根CPU地址线AB数据线DB控制线CB地址译码器1100110000110011101010101111000010001000地址00...0000地址00...0001地址00...0010地址00...0011地址11…1111内存单元的内容每个内存单元所存储的二进制数据。n根CPU地址线AB数据线DB控制线CB地址译码器1100110000110011101010101111000010001000地址00...0000地址00...0001地址00...0010地址00...0011地址11…1111对内存的读/写操作CPU发出地址信号，选中相应的内存单元。若是读操作，CPU发出内存读控制信号，被选中的内存单元将其内容经数据总线送入CPU。若是写操作，CPU发出内存写控制信号，CPU将欲写的内容经数据总线，写入被选中的内存单元。n根CPU地址线AB控制线CB地址译码器1100110000110011101010101111000010001000地址00...0000地址00...0001地址00...0010地址00...0011地址11…1111数据线DB输入/输出接口（I/O接口）和外设（输入输出设备）外设的电信号、运行速度与CPU不匹配，不能与CPU直接相连，必须通过I/O接口与CPU相连。存储器I/O接口输入设备I/O接口数据总线DB控制总线CB地址总线AB输出设备CPUI/O接口结构示意图CPU通过对I/O端口进行读/写操作，实现对外设的控制。I/O端口1I/O端口2I/O端口3地址译码数据缓冲控制电路外设ABDBCBCPUI/O接口电路I/O端口I/O端口的地址I/O端口的内容对I/O端口的读/写操作I/O端口I/O接口内部通常有一个或多个寄存器，用以存放各种信息，称I/O寄存器或I/O端口。I/O端口1I/O端口2I/O端口3地址译码数据缓冲控制电路外设ABDBCBCPUI/O端口的地址为区分各I/O端口，每个端口对应有一个端口地址。I/O端口1(23H端口)I/O端口2(24H端口)I/O端口3(25H端口地址译码数据缓冲控制电路外设ABDBCBCPUI/O端口的内容10010101(状态端口)01101010(数据端口)11000110(控制端口)地址译码数据缓冲控制电路外设ABDBCBCPU根据存放内容的不同可分为：状态端口，数据端口，控制端口指I/O端口存放的二进制数据。对I/O端口的读/写操作：（与内存的读/写操作相类似）CPU发出地址信号，选中相应的I/O端口。若是读操作，CPU发出I/O端口读控制信号，被选中的I/O端口将其内容经数据总线送入CPU。若是写操作，CPU发出I/O端口写控制信号，CPU将欲写的内容经数据总线，写入被选中的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端口地址译码数据缓冲控制电路外设ABDBCBCPU(2)微机的工作过程计算机的工作原理是冯诺依曼存储程序工作原理：“存储程序”+“程序控制”，即预先存储程序，然后顺序取指令，再去分析指令、执行指令。冯诺依曼存储程序工作原理：在计算机工作之前，先把指挥计算机如何进行操作的指令序列和原始数据通过输入设备输送到计算机的内部存储器中；在运算过程中，计算机就从内部存储器中取出指令送到控制器去识别，分析该指令要求进行什么操作；控制器根据指令的含义发出相应的命令。这种通过取指令、分析指令、执行指令的操作重复执行，直到完成程序中的全部指令操作为止。CPU总线内存标志寄存器地址总线AB程序数据数据总线DB控制总线CB地址译码器、、、指令1指令2指令3指令4、、、、、、数据1数据2数据3、、、指令寄存器数据暂存器控制电路指令译码器地址寄存器指令指针寄存器R1R2R3R4寄存器组运算器微机的工作过程分两阶段：取指令执行指令0000两个概念（1）指令：就是规定计算机操作类型及操作数地址的一组代码（2）程序：是所有指令的有序集合取指令阶段（CPU读内存操作）：地址经地址寄存器→地址总线→地址译码器,选中指令所在的内存单元CPU发出内存读控制信号指令从内存→数据总线→数据暂存器→指令寄存器指令译码器对指令进行译码由IP给出指令在内存的地址标志寄存器地址总线AB程序数据数据总线DB控制总线CB地址译码器、、、指令1指令2指令3指令4、、、、、、数据1数据2数据3、、、指令寄存器数据暂存器控制电路指令译码器地址寄存器指令指针寄存器R1R2R3R4寄存器组运算器IP执行指令阶段：经译码后的指令，由控制电路发出控制信号去执行。CPU总线内存标志寄存器地址总线AB程序数据数据总线DB控制总线CB地址译码器、、、指令1指令2指令3指令4、、、、、、数据1数据2数据3、、、指令寄存器数据暂存器控制电路指令译码器地址寄存器指令指针寄存器R1R2R3R4寄存器组运算器IP不同的指令，CPU的具体执行过程不同。CPU可执行的操作通常有数据传送、算术逻辑运算等等。当一条指令需要从内存或I/O端口取得或存放数据时，CPU在执行阶段，需对指令指定的内存单元或I/O端口进行读/写操作。例指令1：将寄存器R1与R3的内容相加，结果存在R3中。指令1在CPU内部即可完成CPU总线内存标志寄存器地址总线AB程序数据数据总线DB控制总线CB地址译码器、、、指令1指令2指令3指令4、、、、、、数据1数据2数据3、、、指令寄存器数据暂存器控制电路指令译码器地址寄存器指令指针寄存器R1R2R3R4寄存器组运算器IP例指令2：将内存中的数据2送至CPU的寄存器R2中指令2的执行阶段包括一个到内存取数(即读内存)的过程。CPU总线内存标志寄存器地址总线AB程序数据数据总线DB控制总线CB地址译码器、、、指令1指令2指令3指令4、、、、、、数据1数据2数据3、、、指令寄存器数据暂存器控制电路指令译码器地址寄存器指令指针寄存器R1R2R3R4寄存器组运算器IP例指令3：将寄存器R3的内容送至数据3的内存单元中指令3的执行阶段包括一个向内存存数(即写内存)的过程。CPU总线内存标志寄存器地址总线AB程序数据数据总线DB控制总线CB地址译码器、、、指令1指令2指令3指令4、、、、、、数据1数据2数据3、、、指令寄存器数据暂存器控制电路指令译码器地址寄存器指令指针寄存器R1R2R3R4寄存器组运算器IP当一条指令取走后，指令指针寄存器会被修改成下一条要执行指令的地址，这样，当一条指令执行后，又进入取指令阶段，如此不断的重复。CPU总线内存标志寄存器地址总线AB程序数据数据总线DB控制总线CB地址译码器、、、指令1指令2指令3指令4、、、、、、数据1数据2数据3、、、指令寄存器数据暂存器控制电路指令译码器地址寄存器指令指针寄存器R1R2R3R4寄存器组运算器IP微机的工作过程：取指令→分析指令→执行指令→取指令→分析指令→执行指令、、、1、3、4微型计算机的工作过程在进行计算前，应做如下工作：（1）、用助记符号指令（汇编语言）编写程序（源程序）；（2）、用汇编软件（汇编程序）将源程序汇编成计算机能识别的机器语言程序；（3）、将数据和程序通过输入设备送入存储器中存放。完成5+6=？的程序：MOVA，05H/B0H05H；把05送入累加器AADDA，06H/04H06H；06与A中内容相加，结果存入累加器AHLT/F4H；停止所有操作。1、取指令阶段的执行过程：（设程序从00H开始存放）（1）、将指令指针（IP或PC）的内容送地址寄存器AR。（2）、指令指针IP的内容自动加1变为01H，为取下一条指令作好准备。（3）、地址寄存器AR将00H通过地址总线送至存储器地址译码器译码，选中00H单元。（4）、CPU发出“读”命令。（5）、所选中的00单元的内容B0H读至数据总线DB上。（6）、经数据总线DB，读出的B0H送至数据寄存器DR。（7）、数据寄存器DR将其内容送至指令寄存器IR中，经过译码CPU“识别”出这个操作码为“MOVA，05H”指令，于是控制器发出执行这条指令的各种控制命令。PCARALUABDRIRIDPLA00H100H200B0H0105H0204H0306H04F4H34读命令B0H56B0H7控制信号（取第一条指令操作示意图）2、执行指令阶段的执行过程：（1）、将指令指针（IP或PC）的内容送地址寄存器AR。（2）、指令指针IP的内容自动加1变为02H，为取下一条指令作好准备。（3）、地址寄存器AR将01H通过地址总线送至存储器地址译码器译码，选中01H单元。（4）、CPU发出“读”命令。（5）、所选中的01H单元的内容05H读至数据总线DB上。（6）、经数据总线DB，读出的05H送至数据寄存器DR。（7）、由控制码计算机已知到读出的是立即数，并要求将它送入累加器A中，所以数据寄存器DR通过内部总线将05H送入累加器A中。PCARALUABDRIRIDPLA02H101H200B0H0105H0204H0306H04F4H34读命令05H567控制信号05H（执行第一条指令操作示意图）第一章内容结束，请大家课后认真看书！CPU总线内存标志寄存器地址总线AB程序数据数据总线DB控制总线CB地址译码器、、、B0050406、、、、、、数据1数据2数据3、、、指令寄存器数据暂存器控制电路指令译码器地址寄存器指令指针寄存器R1R2R3R4寄存器组运算器IP