微机原理课件第1章1.ppt

1、微机原理和接口技术王法社临沂大学理学院Email:：电话：15653972302课堂要求n不无故缺勤，不迟到，不早退有事请假n保持良好的课堂纪律和课堂秩序n学业成绩=平时成绩10%+期中成绩20%+主卷成绩70%n平时成绩采取百分制，主要由点名和课外作业。n考勤缺席1/3者不准参加期末考试3课程目标n掌握：n微型计算机的基本工作原理n汇编语言程序设计方法n微型计算机接口技术n建立微型计算机系统的整体概念，形成微机系统软硬件开发的初步能力4教材及实验指导书n教材：n微机原理与接口技术（第3版）.冯博琴，吴宁主编.清华大学出版社n实验指导书n微机原理与接口技术实验指导书（讲义）陈文革，吴宁，夏秦编

2、.西安交通大学n微机原理与接口技术题解及实验指导（第3版）.吴宁，陈文革编.清华大学出版社5第1章 微型计算机基础概论n主要内容：n微机系统的组成n计算机中的编码、数制及其转换n无符号二进制数的运算n算术运算和逻辑运算n运算中的溢出n机器数的表示及运算n基本逻辑门及译码器第1章 微型计算机基础概论n教学目的：n1、理解微机系统的结构n2、掌握计数制、两种编码的的表示方法和转换n3、掌握二进制数的算术运算和逻辑运算n4、理解补码的概念及运算7一、微型计算机系统n微型机的工作原理微型机的工作原理n微机系统的基本组成微机系统的基本组成冯诺伊曼体系结构 存储器存储器 运算器运算器 控制器控制器 输出设

3、备输出设备 输入设备输入设备冯诺伊曼体系结构 存储器存储器 运算器运算器 控制器控制器 输出设备输出设备 输入设备输入设备1.输入入设备：用于将：用于将程序程序（指令的集合，告（指令的集合，告诉计算机做什算机做什么以及怎么做的工作步么以及怎么做的工作步骤）和）和数据数据从外界从外界输入入计算机（算机（存存储器器），供），供计算机算机处理，主要任理，主要任务是数字化。是数字化。冯诺伊曼体系结构 存储器存储器 运算器运算器 控制器控制器 输出设备输出设备 输入设备输入设备2.存存储器：是器：是计算机的算机的记忆装置，用于存放程序和数据。装置，用于存放程序和数据。冯诺伊曼体系结构 存储器存储器 运算

4、器运算器 控制器控制器 输出设备输出设备 输入设备输入设备3.运算器：是运算器：是计算机算机对数据数据进行加工行加工处理的部件，完成加、理的部件，完成加、减、乘、除等减、乘、除等基本算基本算术运算运算和与、或、非等和与、或、非等基本基本逻辑运算运算。冯诺伊曼体系结构 存储器存储器 运算器运算器 控制器控制器 输出设备输出设备 输入设备输入设备4.控制器：用于控制控制器：用于控制计算机各部件算机各部件协调工作。控制器从存工作。控制器从存储器中取出器中取出指令指令（告（告诉计算机做什么以及怎么做）并根据指令算机做什么以及怎么做）并根据指令向有关部件向有关部件发出控制命令。出控制命令。冯诺伊曼体系结

5、构 存储器存储器 运算器运算器 控制器控制器 输出设备输出设备 输入设备输入设备5.输出出设备：用于将：用于将计算机的算机的处理理结果果转换成外界能成外界能够识别的文字、的文字、电压等信息并等信息并输出。出。计算机的工作原理 冯诺依曼体系依曼体系结构的主要特征：存构的主要特征：存储程序。程序。存存储程序程序：事先编制好程序并将程序（指令的集合）事先编制好程序并将程序（指令的集合）和数据存入计算机的存储器中，计算机在运行时就能自和数据存入计算机的存储器中，计算机在运行时就能自动、连续地从存储器中逐条取出指令并执行，因此，动、连续地从存储器中逐条取出指令并执行，因此，计计算机的工作过程就是运行程序

6、的过程，也就是执行指令算机的工作过程就是运行程序的过程，也就是执行指令的过程。的过程。指令：指示计算机执行特定操作（告诉计算机做什么指令：指示计算机执行特定操作（告诉计算机做什么以及如何做）的命令，以及如何做）的命令，一条指令是计算机硬件可以执行一条指令是计算机硬件可以执行的一步操作。的一步操作。计算机的工作原理 存储器存储器 运算器运算器 控制器控制器 输出设备输出设备 输入设备输入设备程序程序数据数据存操作存操作取操作取操作输输入入命命令令输输出出命命令令取取数数存存数数取取命命令令取取指指令令运运算算命命令令运运算算状状态态结果结果计算机的工作原理 存储器存储器 运算器运算器 控制器控制

7、器 输出设备输出设备 输入设备输入设备程序程序数据数据存操作存操作取操作取操作输输入入命命令令输输出出命命令令取取数数存存数数取取命命令令取取指指令令运运算算命命令令运运算算状状态态结果结果第一步：控制器发出输入命令启动输入设备将程序和数据第一步：控制器发出输入命令启动输入设备将程序和数据输入到计算机的存储器中。输入到计算机的存储器中。存储程序存储程序自动化自动化计算机的工作原理 存储器存储器 运算器运算器 控制器控制器 输出设备输出设备 输入设备输入设备程序程序数据数据存操作存操作取操作取操作输输入入命命令令输输出出命命令令取取数数存存数数取取命命令令取取指指令令运运算算命命令令运运算算状状

8、态态结果结果第二步：控制器发出取命令从存储器第二步：控制器发出取命令从存储器取出一条指令取出一条指令。计算机的工作原理 存储器存储器 运算器运算器 控制器控制器 输出设备输出设备 输入设备输入设备程序程序数据数据存操作存操作取操作取操作输输入入命命令令输输出出命命令令取取数数存存数数存存取取命命令令取取指指令令运运算算命命令令运运算算状状态态结果结果第三步：将读出的指令存储到控制器中；控制器第三步：将读出的指令存储到控制器中；控制器分析指令分析指令并向运算器发出相应的运算命令。并向运算器发出相应的运算命令。计算机的工作原理 存储器存储器 运算器运算器 控制器控制器 输出设备输出设备 输入设备输

9、入设备程序程序数据数据存操作存操作取操作取操作输输入入命命令令输输出出命命令令取取数数存存数数存存取取命命令令取取指指令令运运算算命命令令运运算算状状态态结果结果第四步：运算器从存储器中取出数据第四步：运算器从存储器中取出数据执行相应的操作执行相应的操作，并，并将结果存入存储器中（或暂存在运算器）。将结果存入存储器中（或暂存在运算器）。计算机的工作原理 存储器存储器 运算器运算器 控制器控制器 输出设备输出设备 输入设备输入设备程序程序数据数据存操作存操作取操作取操作输输入入命命令令输输出出命命令令取取数数存存数数存存取取命命令令取取指指令令运运算算命命令令运运算算状状态态结果结果重复执行重复

10、执行，即取指令，即取指令分析指令分析指令执行指令。行指令。计算机的工作原理 存储器存储器 运算器运算器 控制器控制器 输出设备输出设备 输入设备输入设备程序程序数据数据存操作存操作取操作取操作输输入入命命令令输输出出命命令令取取数数存存数数存存取取命命令令取取指指令令运运算算命命令令运运算算状状态态结果结果指令：一个非常低级的操作，计算机所做的每一件事都被分指令：一个非常低级的操作，计算机所做的每一件事都被分解为一系列极其简单又极其快速的算术运算和逻辑运算。解为一系列极其简单又极其快速的算术运算和逻辑运算。计算机的工作原理 存储器存储器 运算器运算器 控制器控制器 输出设备输出设备 输入设备输

11、入设备程序程序数据数据存操作存操作取操作取操作输输入入命命令令输输出出命命令令取取数数存存数数存存取取命命令令取取指指令令运运算算命命令令运运算算状状态态结果结果第五步：控制器发出输出命令启动输出设备将计算机的处第五步：控制器发出输出命令启动输出设备将计算机的处理结果输出给用户。理结果输出给用户。计算机家族 在在冯冯诺依曼体系结构下，诺依曼体系结构下，计算机的定义计算机的定义：能够按照事：能够按照事先存储的程序，自动先存储的程序，自动、高速地对数据进行输入高速地对数据进行输入、处理处理、输出和存储的系统。输出和存储的系统。由于计算机技术的迅猛发展和应用领域的不断扩大，由于计算机技术的迅猛发展和

12、应用领域的不断扩大，计算机已经成为一个庞大的家族。计算机已经成为一个庞大的家族。241.计算机的工作原理冯 诺依曼计算机的工作原理 存储程序工作原理25冯 诺依曼机的工作过程内存中的程序内存中的程序指令指令1指令指令2指令指令n 分析分析获取操作数获取操作数执行执行存放结果存放结果 程序计程序计数器数器PC地址地址CPU取出取出操作数操作数将指令所在地址赋给程序计数器PC；PC内容送到地址寄存器AR，PC自动加1；把AR的内容通过地址总线送至内存储器，经地址译码器译码，选中相应单元。CPU的控制器发出读命令。26冯 诺依曼机的工作过程n取一条指令的工作过程：n在读命令控制下，把所选中单元的内容

13、（即指令操作码）读到数据总线DB。n把读出的内容经数据总线送到数据寄存器DR。n指令译码n因为取出的是指令的操作码，故数据寄存器DR把它送到指令寄存器IR，然后再送到指令译码器ID 微型计算机的工作过程计算1+2=?汇编语言程序对应的机器指令 对应的操作 MOV AL,110110000将立即数1传送到累加寄存器AL中00000001ADD Al,200000100计算两个数的和，结果存放到AL中00000010MOV 0008,AL10100010将AL中的数传送到地址单元00080000100100000000HLT11110100停机冯 诺依曼机的特点和不足n特点：n程序存储，共享数据，

14、顺序执行n属于顺序处理机，适合于确定的算法和数值数据的处理。n不足：n与存储器间有大量数据交互，对总线要求很高；n执行顺序有程序决定，对大型复杂任务较困难；n以运算器为核心，处理效率较低；n由PC控制执行顺序，难以进行真正的并行处理。28292.系统组成 主机 硬件系统 外设 微机系统 系统软件 软件系统 应用软件CPU存储器存储器输入输入/输出接口输出接口总线总线30微处理器n微处理器简称CPU，是计算机的核心。n主要包括：运算器 控制器 寄存器组图1.6 微处理器结构框图32存储器n定义：n用于存放计算机工作过程中需要操作的数据和程序。33有关内存储器的几个概念n内存单元的地址和内容n内存

15、容量n内存的操作n内存的分类34内存单元的地址和内容n内存按单元组织n每单元都对应一个地址，以方便对单元的寻址1011011038F04H内存地址内存地址单元内容单元内容35内存容量n内存容量：n所含存储单元的个数，以字节为单位n内存容量的大小依CPU的寻址能力而定n实地址模式下为CPU地址信号线的位数36内存操作n读：n将内存单元的内容取入CPU，原单元内容不改变；n写：nCPU将信息放入内存单元，单元中原来的内容被覆盖。37内存储器的分类随机存取存储器（RAM）只读存储器（ROM）按工作方按工作方式可分为式可分为n随机存取存储器随机存取存储器（RAM）又称读写存储器：又称读写存储器：随机存

16、取：可以根据需要读写任意位置上的内容，而不像可以根据需要读写任意位置上的内容，而不像磁盘一样必须成块地顺序读写。磁盘一样必须成块地顺序读写。可读可写：随机存储器中的信息可以读出，也可以写入随机存储器中的信息可以读出，也可以写入。易失性：断电后储存的信息自动消失，是易失性存储器。断电后储存的信息自动消失，是易失性存储器。用途：用于存放当前正在使用的程序和数据。用于存放当前正在使用的程序和数据。n只读存储器只读存储器(ROM)：只读：信息在一般情况下只能读出，不能写入和修改：信息在一般情况下只能读出，不能写入和修改非易失性：断电后原信息不会丢失，是非易失性存储器，：断电后原信息不会丢失，是非易失性存储器，用途：用来存放固定的程序和数据表格。：用来存放固定的程序和数据表格。39输入/输出接口n接口是CPU与外部设备间的桥梁CPUI/OI/O接口接口外外设设3 输入输出接口电路输入输出接口电路 介于计算机和外部设备之间的电路称为输入输出接口电路。介于计算机和外部设备之间的电路称为输入输出接口电路。微型计算机的接口普遍采用大规模集成电路芯片，大多数接口芯片微型计算机的接口普遍采用大规模集成电路芯