ch2_0微机系统组成及原理概述

2008-2-13微机系统组成及原理概述河北师大王秀青2008-2-13主要内容•冯·诺依曼计算机结构•微机系统的组成及其主要性能指标•微处理器的组成•微机基本工作原理2008-2-13冯·诺依曼计算机结构•由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五部分组成2008-2-13冯·诺依曼计算机结构•数据和程序以二进制代码形式不加区别地存放在存储器中，存放位置由地址指定，地址码也为二进制•控制器是根据存放在存储器中的指令序列即程序来工作的，并由一个程序计数器（即指令地址计数器）控制指令的执行。控制器具有判断能力，能根据指令，选择不同的动作流程2008-2-13•微处理器包括运算器和控制器。以其为核心，通过地址(AB)、数据(DB)、控制(CB)三总线连接存储器、输入/输出接口，进而输入设备和输出设备。返回上一级2008-2-13微机系统的组成2008-2-13微机系统的主要性能指标•字长•运算速度•存储器容量：内存外存•外设扩展能力常用平均运算速度MIPS(MillionsofInstructionPerSecond)和CPU的主频表示。计算机内部一次可处理的二进制数的位数。取决于微处理器内部通用寄存器的位数和数据总线的宽度。字长越长，则表示的数据精度越高，完成相同精度的数据运算速度越快微处理器的寻址空间和实际配置的存储器容量(内存条容量)计算机系统配接各种外部设备的可能性、灵活性和适应性2008-2-13微处理器基本结构示意图2008-2-13微处理器(MPU)结构•控制器•运算器•寄存器•内部总线及缓冲器2008-2-13控制器•指令寄存器IR•指令译码器ID•操作控制器OC存放从存储器中取出的指令分析指令，确定进行什么操作向相应的部件发出控制信号返回上一级2008-2-13寄存器组•专用寄存器(SP等)•通用寄存器(AX等)•不可访问寄存器(如IP)•程序计数器PC或指令指针寄存器IP•堆栈和堆栈指针SP2008-2-13运算器•算术逻辑单元ALU，可完成加、减、乘、除运算和各种逻辑运算•累加器ACC、累加锁存器和暂存器•标志寄存器FR2008-2-13存储器•内存单元的地址和内容都是数字信号，都可获得，且为二进制形式•地址通过地址线传输，内容通过数据线传输•地址不可长久维持（组合逻辑），而内容可以维持（触发器）•地址说明内容位置,而内容是地址所说明的值•存储器中的内容可以是数据或程序•地址和内容是完全不同的概念！•内存操作：有读、写两种操作•存储器有多种结构2008-2-132008-2-132008-2-132008-2-13I/O接口及设备I/O设备的种类繁多，结构、原理各异，有机械式、电子式、电磁式等。与CPU相比，I/O设备的工作速度较低，处理的信息从数据格式到逻辑时序一般不可能直接兼容。因此，微型机与I/O设备间的连接与信息交换不能直接进行，而必须设计一个接口电路作为两者之间的桥梁。如键盘接口、IDE接口等2008-2-132008-2-132008-2-132008-2-13三总线2008-2-13总线2008-2-13微机基本工作原理•指令与程序•指令类别•指令与程序的执行•程序执行过程2008-2-13指令与程序•指令：规定计算机执行特定操作的命令，包括操作码和操作数操作码指明要完成操作的性质，如加、减、乘、除、数据传送、移位等操作数指明参与上述规定操作的数据或数据存放的地址•指令系统：CPU全部指令的集合2008-2-13指令与程序•程序：由指令和数据编写而成的一个相互联系的序列•机器语言：计算机能直接识别、理解和执行的二进制代码•汇编语言：由字母等构成的，与机器语言具有同等作用的符号（助记符）2008-2-13指令类别•数据传送与交换类指令•算术及逻辑类指令•输入/输出类指令•程序控制类指令•CPU控制类指令2008-2-13指令与程序的执行三个阶段：•取指令•分析指令•执行指令2008-2-13指令与程序的执行•取指令：根据PC的值，从存储器读出指令，送到IR，PC再自动增加指向下一条指令地址•分析指令：将IR中的指令操作码译码，分析其指令性质。若指令要求操作数，则寻找操作数地址•执行指令：执行指令规定的操作（执行时，可能需要取出操作数）2008-2-13程序执行过程•8086CPU采用流水线结构，有总线接口部件BIU和执行部件EU，EU执行一条指令的同时，BIU就取下一条指令2008-2-13程序执行过程2008-2-13举例：2008-2-132008-2-132008-2-132008-2-13