微機原理與應用：第四講 單片機結(jié)構(gòu)和工作原理

1、第四講,單片機結(jié)構(gòu)和CPU工作原理,1,課堂互動一,2,題1.已知真值X= -1000110，Y=1101001。求X補+Y補=,題2.已知X補=11000110，Y補=11010010。求X補+Y補=？并判斷運算結(jié)果是否發(fā)生溢出,題3.已知X補=11111111，Y補=10000001。求X補-Y補=？并判斷運算結(jié)果是否發(fā)生溢出,題4.將十進制數(shù)200分別用二進制數(shù)、十六進制數(shù)和8421BCD碼表示,1.3 單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)概論,圖1-8 典型單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu),3,1.3.1中央處理器CPU概論,CPU不僅是計算機的核心部件，也是單片機內(nèi)部的核心部件,因為它掌控著單片機系統(tǒng)運行,其具體的工作由控

2、制器和運算器來完成,4,一、控制器,5,控制器中主要部件的功能,1.指令寄存器IR（Instruction Register)：存放取得的指令代碼,2.指令譯碼器ID(Instruction Decoder)：分析取得的指令代碼,3.程序計數(shù)器PC(Program Counter)：存放將要執(zhí)行的指令的內(nèi)存地址，送出地址后自動加1,4.地址形成部件：是產(chǎn)生操作數(shù)（數(shù)據(jù)或地址）地址信息的部件，從而在存儲器或寄存器中獲取需要處理的數(shù)據(jù),6,控制器中主要部件的功能續(xù),5.時序電路：產(chǎn)生時序信號，使得CPU能按一定次序完成某一操作,6.微操作控制部件：產(chǎn)生執(zhí)行某一指令所需要的微操作信號,7,計算機工作

3、過程,執(zhí)行程序的過程，執(zhí)行指令的過程,指令執(zhí)行的過程：取指令，分析指令，執(zhí)行指令三步曲,PC）地址總線存儲器取出指令放在數(shù)據(jù)總線 CPU將指令存于指令寄存器,指令譯碼器分析指令產(chǎn)生該指令的微操作信號,將信號發(fā)往各部件執(zhí)行指令,取指令,分析指令,執(zhí)行指令,8,1、指令串行執(zhí)行方式,如果一條指令執(zhí)行完了以后，再執(zhí)行下一條指令，這種執(zhí)行指令的方式稱為串行方式,9,2、指令流水線執(zhí)行方式,如果第一條指令在完成取指令第一步驟以后，控制器就取第二條指令，取完了第二條指令就取第三條指令，以此類推，這種指令執(zhí)行的方式稱為并行方式，或稱為流水線方式,10,程序計數(shù)器PC的功能特點,它存放了需要執(zhí)行的指令在存儲器

4、中的地址。 它形成和指明了程序執(zhí)行路線。 它在完成指令執(zhí)行的第一步驟（取指令）后，自動將其內(nèi)容加1,11,二、運算器,運算器的主要功能是進行算術(shù)運算和邏輯運算，運算器中的核心部件是算術(shù)邏輯運算部件ALU(Arithmetic Logic Unit,12,運算器中各部件的功能,算術(shù)邏輯運算部件ALU(Arithmetic Logic Unit) ：進行算術(shù)和邏輯運算。 累加器ACC：暫時存放運算的數(shù)據(jù)和結(jié)果。 暫存器：暫時存放將要運算的數(shù)據(jù)。 標志位寄存器：存放數(shù)據(jù)的特征，運算的狀態(tài)，作為條件轉(zhuǎn)移指令執(zhí)行的依據(jù),13,運算器的工作步驟,第一步通過內(nèi)部數(shù)據(jù)總線將第一個數(shù)據(jù)送累加器。 第二步通過內(nèi)部數(shù)據(jù)總線將第二個數(shù)據(jù)送暫存器，同時ALU部件對已送入的數(shù)據(jù)按指令要求進行運算。 第三步將運算的結(jié)果按指令要求進行存放,14,CPU性能指標,1、字長：字（word）長是CPU一次處理的二進制數(shù)的位數(shù)，可以是8位，16位，32位，64位。 字長是反映CPU一次能處理信息量的一個指標,2、速度：CPU的速度傳統(tǒng)上是以每秒鐘能執(zhí)行的指令條數(shù)來衡量的，如一億次