第一章 微型計算機系統(tǒng)概述

1、 微機原理與嵌入式微機原理與嵌入式系統(tǒng)原理系統(tǒng)原理 聯(lián)大聯(lián)大信息學(xué)院信息學(xué)院1）教學(xué)安排教學(xué)安排本門課：考本門課：考試試課課（3學(xué)分）學(xué)分）學(xué)時數(shù)：學(xué)時數(shù)：48學(xué)時學(xué)時=32理論理論+16實驗實驗2）考核方法考核方法 作業(yè)和調(diào)研報告成績作業(yè)和調(diào)研報告成績=10% 課堂測驗成績課堂測驗成績=20% 實驗成績實驗成績=20% 期末考試成績期末考試成績=50% 教師記錄學(xué)生考勤，根據(jù)遲到、缺課情況，在總成績中扣教師記錄學(xué)生考勤，根據(jù)遲到、缺課情況，在總成績中扣 除相應(yīng)分?jǐn)?shù)。除相應(yīng)分?jǐn)?shù)。課程情況課程情況如何學(xué)好本門課如何學(xué)好本門課本門課特點：本門課特點：知識點多、應(yīng)用性強、硬軟件緊密結(jié)合，各知知識點多

2、、應(yīng)用性強、硬軟件緊密結(jié)合，各知 識單元之間相互聯(lián)系，所以要學(xué)會把所學(xué)的知識單元之間相互聯(lián)系，所以要學(xué)會把所學(xué)的知 識綜合分析。識綜合分析。學(xué)習(xí)要求：學(xué)習(xí)要求：（1 1）課前）課前預(yù)習(xí)預(yù)習(xí)，課后，課后自學(xué)自學(xué)時間為：時間為：1 1：2 2。（2 2）上課時認(rèn)真聽講，認(rèn)真做好筆記，要學(xué)會做筆記，認(rèn)真）上課時認(rèn)真聽講，認(rèn)真做好筆記，要學(xué)會做筆記，認(rèn)真 做好作業(yè)，做好作業(yè)，嚴(yán)禁互相抄襲嚴(yán)禁互相抄襲作業(yè)。作業(yè)。（3 3）要舉一反三，把學(xué)過的）要舉一反三，把學(xué)過的知識點綜合知識點綜合起來。起來。（4 4）獨立思考獨立思考，不懂的問題可，不懂的問題可 以寫在作業(yè)中。以寫在作業(yè)中。上課要求上課要求1、按時進

3、教室；、按時進教室；2、上課時嚴(yán)禁接聽手機電話；、上課時嚴(yán)禁接聽手機電話；3、上課時嚴(yán)禁大聲喧嘩；、上課時嚴(yán)禁大聲喧嘩；4、嚴(yán)禁在上課時睡覺；、嚴(yán)禁在上課時睡覺；參考資料參考資料1、微機原理與接口技術(shù)、微機原理與接口技術(shù) 高等教育出版社高等教育出版社 徐惠民徐惠民2、微型計算機原理與接口技術(shù)微型計算機原理與接口技術(shù)中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社出版社 周荷琴周荷琴3、新編新編16/32位微型計算機原理及應(yīng)用位微型計算機原理及應(yīng)用 李繼燦李繼燦 清華大學(xué)清華大學(xué) 出版社出版社4、ARM嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)教程嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)教程北京航空航天大學(xué)出版社北京航空航天大學(xué)出版社 周立功周立功 5、 h

4、ttp:/6w 微型計算機系統(tǒng)的構(gòu)成微型計算機系統(tǒng)的構(gòu)成7w 微型計算機系統(tǒng)的構(gòu)成微型計算機系統(tǒng)的構(gòu)成主機箱主機箱主板主板初識課程體系初識課程體系1. 1.2 2 微機系統(tǒng)組成微機系統(tǒng)組成1. 1.3 3 微機工作過程微機工作過程第第1 1章章 微型計算機系統(tǒng)概述微型計算機系統(tǒng)概述1.1 1.1 微機微機計算機的發(fā)展計算機的發(fā)展1. 1.4 4 計算機中數(shù)的表示計算機中數(shù)的表示 第一臺計算機第一臺計算機1.1 1.1 微機微機計算機的發(fā)展計算機的發(fā)展世界上第一臺數(shù)字電子計算機世界上第一臺數(shù)字電子計算機19461946年在美國年在美國賓夕法尼亞賓夕法尼亞大學(xué)莫爾大學(xué)莫爾電機學(xué)院誕生，取名為電機學(xué)

5、院誕生，取名為ENIAC(Electronic Numerical Integrator ENIAC(Electronic Numerical Integrator and Calculator).and Calculator). 第一臺計算機第一臺計算機該計算機共用該計算機共用1800018000多個電子管、多個電子管、60006000余個開關(guān)、余個開關(guān)、70007000個電阻、個電阻、1000010000個電容器和個電容器和5050萬條連線，重達(dá)萬條連線，重達(dá)3030噸，占地噸，占地170170平方米，耗平方米，耗電電140140千瓦，運算速度千瓦，運算速度50005000次加法次加法/

6、/秒。秒。盡管該計算機有諸多不足，如存儲器容量小，體積大、耗電多、盡管該計算機有諸多不足，如存儲器容量小，體積大、耗電多、可靠性差、使用不便等，但它的誕生可靠性差、使用不便等，但它的誕生宣布了電子計算機時代的到宣布了電子計算機時代的到來。來。1.1 1.1 微機微機計算機的發(fā)展計算機的發(fā)展第一代電子計算機第一代電子計算機特點使用特點使用電子管電子管，2020世紀(jì)世紀(jì)4040年代末和年代末和5050年代初年代初獲得重大發(fā)展；獲得重大發(fā)展； 計算機發(fā)展經(jīng)歷計算機發(fā)展經(jīng)歷第二代電子計算機第二代電子計算機于于2020世紀(jì)世紀(jì)5050年代中期問世，年代中期問世，晶體管晶體管代替電子代替電子管，并增加了浮

7、點運算；管，并增加了浮點運算；19641964年年4 4月月IBM360IBM360系統(tǒng)問世，成為使用系統(tǒng)問世，成為使用集成電路集成電路的的第三代電子計第三代電子計算機算機的著名代表；的著名代表；7070年以后，出現(xiàn)使用年以后，出現(xiàn)使用超大規(guī)模集成電路超大規(guī)模集成電路的的第四代電子計算機第四代電子計算機，1.1 1.1 微機微機計算機的發(fā)展計算機的發(fā)展8080年代開始研制年代開始研制第五代計算機第五代計算機，目標(biāo)是打破以往計算機固有的體，目標(biāo)是打破以往計算機固有的體系結(jié)構(gòu)，使計算機具有像人一樣的思維、推理和判斷能力，向智系結(jié)構(gòu)，使計算機具有像人一樣的思維、推理和判斷能力，向智能化發(fā)展，稱為能化

8、發(fā)展，稱為“智能計算機智能計算機”。 微型計算機的發(fā)展微型計算機的發(fā)展以微處理器以微處理器的發(fā)展為主要特征的發(fā)展為主要特征w 第一階段：第一階段：19711971的的4 4位位微處理器，典型的產(chǎn)品是微處理器，典型的產(chǎn)品是Intel 4004Intel 4004和和40404040為基礎(chǔ)；其集成度是為基礎(chǔ)；其集成度是23002300個晶體管個晶體管/ /片。片。 w 第二階段：第二階段： 19731973的的8 8位位微處理器為基礎(chǔ)，典型的產(chǎn)品有微處理器為基礎(chǔ)，典型的產(chǎn)品有Intel Intel 8080/80858080/8085、ZilogZilog公司的公司的Z80Z80及及Motorol

9、aMotorola公司的公司的68006800；集成；集成度是度是90009000晶體管晶體管/ /片片 。w 第三階段：第三階段：1978的的1616位和準(zhǔn)位和準(zhǔn)3232位微處理器為基礎(chǔ)，如位微處理器為基礎(chǔ)，如IntelIntel公公司的司的80868086、MotorolaMotorola的的6800068000和和ZilogZilog的的Z8000Z8000；集成度為；集成度為6800068000個晶體管個晶體管/ /片。片。 w 第四階段：第四階段：1981 的的3232位位微處理器微處理器 ，典型產(chǎn)品，典型產(chǎn)品Z80000Z80000，MC68020MC68020， Intel803

10、86Intel80386； 集成度為集成度為27.527.5萬個晶體管萬個晶體管/ /片。片。w 第五階段：第五階段：19951995年以來，年以來，6464位位微處理器，微處理器，Pentium ProPentium Pro（高（高能奔騰），能奔騰）， Pentium Pentium ，其集成度為，其集成度為21002100萬個晶體管萬個晶體管/ /片。片。 1.1 1.1 微機微機計算機的發(fā)展計算機的發(fā)展地址總線地址總線數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線存儲器尋址存儲器尋址空間空間工作頻率工作頻率集成度（只集成度（只/片）片）808016864K2M4500808620161M10M290008028624

11、1616M25M13.4萬8038632324G40M27.5萬8048632324G100M120萬Pentium32644G200M310萬Pentium366464G450M 750萬Pentium 366464G1.4G950萬Pentium 366464G2.0G1.25億Core366464G2.7G2.91億Xeon40641T 3.0G 8.2億1.1 1.1 微機微機計算機的發(fā)展計算機的發(fā)展16w 微處理器的發(fā)展微處理器的發(fā)展Intel 4004Intel 8008Motorola 6800Intel 8086Intel 80286Intel 80386Intel Penti

12、umIntel Pentium IIIntel Pentium IIIIntel Pentium IV至強至強w 采用二進制形式表示數(shù)據(jù)和指令。指令由操作碼和操作數(shù)組成采用二進制形式表示數(shù)據(jù)和指令。指令由操作碼和操作數(shù)組成w 將程序和數(shù)據(jù)存放在存儲器中，計算機在工作時從存儲器取出指令將程序和數(shù)據(jù)存放在存儲器中，計算機在工作時從存儲器取出指令加以執(zhí)行。加以執(zhí)行。w 指令的執(zhí)行是順序的，即一般按照指令在存儲器中存放的順序執(zhí)行指令的執(zhí)行是順序的，即一般按照指令在存儲器中存放的順序執(zhí)行，程序分支由轉(zhuǎn)移指令實現(xiàn)，程序分支由轉(zhuǎn)移指令實現(xiàn)w 計算機由存儲器、運算器、控制器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大基本計算機由

13、存儲器、運算器、控制器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大基本部件組成，并規(guī)定了部件組成，并規(guī)定了5 5部分的基本功能部分的基本功能馮諾依曼計算機結(jié)構(gòu)馮諾依曼計算機結(jié)構(gòu)1.2 1.2 微型計算機的系統(tǒng)組成微型計算機的系統(tǒng)組成1. 1. 微處理器微處理器(Microprocessor)(Microprocessor) 是指由一片或幾片大規(guī)模集成電路組成的具有是指由一片或幾片大規(guī)模集成電路組成的具有運算運算和控制和控制功能功能的中央處理器部件，俗稱的中央處理器部件，俗稱 CPUCPU?；窘M成：算術(shù)邏輯單元、控制器、寄存器組基本組成：算術(shù)邏輯單元、控制器、寄存器組； 2 .2 .微型計算機（微型計算機（Mic

14、rocomputer)Microcomputer) 是指以是指以微處理器微處理器為核心，為核心， 配上配上存儲器存儲器、 輸入輸輸入輸出接口出接口電路及電路及系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線組成的組成的計算機。計算機。 1.2 1.2 微型計算機的系統(tǒng)組成微型計算機的系統(tǒng)組成3. 3. 微型計算機系統(tǒng)微型計算機系統(tǒng)( (Microcomputer system) Microcomputer system) ： 是指以微型計算機為中心是指以微型計算機為中心, , 配以相應(yīng)的配以相應(yīng)的外圍設(shè)備外圍設(shè)備（如打印機、顯示器、鍵盤，硬盤等）、電源和輔（如打印機、顯示器、鍵盤，硬盤等）、電源和輔助電路等助電路等硬件硬件，

15、以及以及相關(guān)的相關(guān)的工作的工作的軟件軟件。1.2 1.2 微型計算機的系統(tǒng)組成微型計算機的系統(tǒng)組成1.2 1.2 微型計算機的系統(tǒng)組成微型計算機的系統(tǒng)組成運算器運算器 控制器控制器 寄存器組寄存器組 存儲器存儲器 總線總線 輸入輸出接口電路輸入輸出接口電路外部設(shè)備外部設(shè)備 軟件軟件微處理器微處理器微型計算機微型計算機微型計算機系統(tǒng)微型計算機系統(tǒng)區(qū)別區(qū)別3 3個概念個概念硬硬件件軟軟件件微處理器微處理器應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件外圍設(shè)備外圍設(shè)備微型計算機微型計算機主存儲器主存儲器I/O接口電路接口電路系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線運算器運算器控制器控制器并行并行I/O接口接口串行串行I/O接口接口地址總

16、線地址總線ABRAM數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線DB控制總線控制總線CBROM寄存器組寄存器組微型計算微型計算機系統(tǒng)機系統(tǒng)電源電源1.2 1.2 微型計算機的系統(tǒng)組成微型計算機的系統(tǒng)組成存儲器存儲器w 存儲器（存儲器（MemoryMemory）是存放程序和數(shù)據(jù)的部件）是存放程序和數(shù)據(jù)的部件n高性能微機的存儲系統(tǒng)高性能微機的存儲系統(tǒng)l微處理器內(nèi)部的寄存器（微處理器內(nèi)部的寄存器（RegisterRegister）l高速緩沖存儲器（高速緩沖存儲器（CacheCache）l主板上的主存儲器主板上的主存儲器l以外設(shè)形式出現(xiàn)的輔助存儲器以外設(shè)形式出現(xiàn)的輔助存儲器w 主存儲器（主存、內(nèi)存）主存儲器（主存、內(nèi)存）l半導(dǎo)體

17、存儲器芯片組成半導(dǎo)體存儲器芯片組成lRAMRAM部分?jǐn)嚯姾笮畔G失部分?jǐn)嚯姾笮畔G失l相對造價高、速度快、但容量小相對造價高、速度快、但容量小w 輔助存儲器（簡稱輔存或外存）輔助存儲器（簡稱輔存或外存）l磁盤、光盤存儲器等構(gòu)成磁盤、光盤存儲器等構(gòu)成l相對造價低、容量大、信息可長期保存，但速度慢相對造價低、容量大、信息可長期保存，但速度慢I/OI/O接口和接口和I/OI/O設(shè)備設(shè)備w I/OI/O設(shè)備：用戶與微機交互設(shè)備：用戶與微機交互n輸入（輸入（InputInput）設(shè)備）設(shè)備l標(biāo)準(zhǔn)輸入設(shè)備：鍵盤標(biāo)準(zhǔn)輸入設(shè)備：鍵盤n輸出（輸出（OutputOutput）設(shè)備）設(shè)備l標(biāo)準(zhǔn)輸出設(shè)備：顯示器標(biāo)準(zhǔn)輸

18、出設(shè)備：顯示器w I/OI/O接口接口(Interface)(Interface)：外設(shè)和主機間的橋梁：外設(shè)和主機間的橋梁n完成信號變換、數(shù)據(jù)緩沖、聯(lián)絡(luò)控制等工作完成信號變換、數(shù)據(jù)緩沖、聯(lián)絡(luò)控制等工作n較簡單的較簡單的I/OI/O接口電路與主板一體接口電路與主板一體n較復(fù)雜的較復(fù)雜的I/OI/O接口電路制成獨立的電路板（接口卡接口電路制成獨立的電路板（接口卡CardCard）系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線w 總線（總線（BusBus）傳遞信息的一組公用導(dǎo)線、信息通道傳遞信息的一組公用導(dǎo)線、信息通道n地址總線地址總線l單向輸出主存單元或單向輸出主存單元或I/OI/O端口的地址信息端口的地址信息n數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總

19、線l讀（讀（ReadRead）操作數(shù)據(jù)輸入微處理器）操作數(shù)據(jù)輸入微處理器l寫（寫（WriteWrite）操作數(shù)據(jù)輸出到外界（主存或外設(shè)）操作數(shù)據(jù)輸出到外界（主存或外設(shè)）n控制總線控制總線l有些控制信號或狀態(tài)信號輸出有些控制信號或狀態(tài)信號輸出l有些請求或聯(lián)絡(luò)信號輸入有些請求或聯(lián)絡(luò)信號輸入存儲器存儲器外設(shè)外設(shè)CPURead WriteALUOI1I2微處理器微處理器由由運算器運算器、控制器控制器和和內(nèi)部寄存器陣列內(nèi)部寄存器陣列3 3部分組成。部分組成。 CUCUPCPCRARAARARDRDRIRIRIDIDPLAPLAF FA至外部至外部CB微處理器微處理器（CPU）內(nèi)部數(shù)據(jù)總線內(nèi)部數(shù)據(jù)總線DB

20、4001H4001HE7HE7H4002H4002H34H34H4003H4003HA5HA5H4004H4004H62H62H4005H4005H38H38H地址地址單元內(nèi)容單元內(nèi)容外部外部AB外部外部DBIRIR1.2.11.2.1微處理器組成微處理器組成1 1、運算器、運算器又稱為算術(shù)邏輯單元又稱為算術(shù)邏輯單元ALU(Arithmetic Logic Unit),ALU(Arithmetic Logic Unit),用來進行用來進行算術(shù)或邏輯運算算術(shù)或邏輯運算以及以及位移循環(huán)位移循環(huán)等操作。等操作。 參加運算的兩個操作數(shù)：參加運算的兩個操作數(shù)：累加器累加器A(Accumulator)A(

21、Accumulator)內(nèi)部數(shù)據(jù)總線：內(nèi)部數(shù)據(jù)總線：寄存器陣列寄存器陣列RARA數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)寄存器DR(Data Register)DR(Data Register)運算結(jié)果送回累加器運算結(jié)果送回累加器A A暫存。暫存。1.2.11.2.1微處理器組成微處理器組成2 2 、控制器、控制器n指令寄存器指令寄存器IR(Instruction Register) IR(Instruction Register) 存放從存儲器取出的存放從存儲器取出的將要執(zhí)行的指令將要執(zhí)行的指令( (操作碼操作碼) ) 。n 指令譯碼器指令譯碼器ID(Instruction Decoder)ID(Instructio

22、n Decoder) 對指令寄存器對指令寄存器IRIR中的指令譯碼，確定該指令中的指令譯碼，確定該指令應(yīng)執(zhí)行什么操作應(yīng)執(zhí)行什么操作。n 可編程邏輯陣列可編程邏輯陣列PLA(Programmable Logic Array)PLA(Programmable Logic Array) 產(chǎn)生取指令和執(zhí)行指令所需的各種產(chǎn)生取指令和執(zhí)行指令所需的各種微操作控制信號微操作控制信號。1.2.11.2.1微處理器組成微處理器組成3 3 、內(nèi)部寄存器、內(nèi)部寄存器 包括若干個包括若干個功能不同功能不同的寄存器或寄存器組。的寄存器或寄存器組。1 1）累加器）累加器 A (Accumulator)A (Accumul

23、ator)算術(shù)邏輯運算時算術(shù)邏輯運算時運算前：保存一個操作數(shù)運算前：保存一個操作數(shù)運算后：保存結(jié)果運算后：保存結(jié)果2 2）數(shù)據(jù)寄存器）數(shù)據(jù)寄存器 DR (Data Register)DR (Data Register) 暫存數(shù)據(jù)或指令暫存數(shù)據(jù)或指令。從。從MM讀出時，讀出時，若讀出的是若讀出的是指令指令: : 經(jīng)經(jīng)DR DR 暫存的指令暫存的指令, ,經(jīng)內(nèi)部經(jīng)內(nèi)部DBDB送到送到IR;IR;若讀出的是若讀出的是數(shù)據(jù)數(shù)據(jù): : 經(jīng)內(nèi)部經(jīng)內(nèi)部DBDB送到相關(guān)的寄存器或運算器。送到相關(guān)的寄存器或運算器。1.2.11.2.1微處理器組成微處理器組成存放著正待取出的指令的地址存放著正待取出的指令的地址。

24、根據(jù)。根據(jù)PCPC中的指令地址，準(zhǔn)中的指令地址，準(zhǔn)備從存儲器中取出將要執(zhí)行的指令。備從存儲器中取出將要執(zhí)行的指令。程序按順序逐條執(zhí)行程序按順序逐條執(zhí)行, ,PCPC具有自動加具有自動加1 1的功能的功能。3 3）程序計數(shù)器）程序計數(shù)器PC (Program Counter)PC (Program Counter)寄存執(zhí)行指令時所產(chǎn)生的寄存執(zhí)行指令時所產(chǎn)生的結(jié)果結(jié)果或狀態(tài)的或狀態(tài)的標(biāo)志標(biāo)志信號。信號。標(biāo)志位的具體設(shè)置與功能和微處理器的型號有關(guān)。標(biāo)志位的具體設(shè)置與功能和微處理器的型號有關(guān)。根據(jù)檢測有關(guān)的標(biāo)志位是根據(jù)檢測有關(guān)的標(biāo)志位是0 0或或1, 1,可以按不同條件決定程序可以按不同條件決定程序的

25、流向。的流向。4 4）標(biāo)志寄存器）標(biāo)志寄存器F (Flag Register)F (Flag Register)1.2.11.2.1微處理器組成微處理器組成存放正要取出的存放正要取出的指令指令的地址或的地址或操作數(shù)操作數(shù)的地址的地址, ,根據(jù)此地址根據(jù)此地址從存儲器中取出指令。從存儲器中取出指令。取指令時：取指令時：將將PCPC中存放的指令地址送到中存放的指令地址送到ARAR，根據(jù)此地址根據(jù)此地址從從MM中取出指令。中取出指令。取操作數(shù)時：取操作數(shù)時：將操作數(shù)地址通過內(nèi)部將操作數(shù)地址通過內(nèi)部DBDB送到送到ARAR，再根據(jù)再根據(jù)此地址從此地址從MM中取出操作數(shù)；中取出操作數(shù)；向存儲器存入數(shù)據(jù)時

26、：向存儲器存入數(shù)據(jù)時：也要先將待寫入數(shù)據(jù)的地址送到也要先將待寫入數(shù)據(jù)的地址送到ARAR，再根據(jù)此地址向再根據(jù)此地址向MM寫入數(shù)據(jù)。寫入數(shù)據(jù)。5 5）地址寄存器）地址寄存器AR (Address Register)AR (Address Register)若干若干通用通用寄存器和寄存器和專用專用寄存器。其設(shè)置和微處理器型號寄存器。其設(shè)置和微處理器型號有關(guān)。有關(guān)。6 6）寄存器陣列）寄存器陣列RA (Register Arrag)RA (Register Arrag)1.2.11.2.1微處理器組成微處理器組成1 1 基本概念基本概念存儲器是微機的存儲器是微機的存儲和記憶部件存儲和記憶部件，用來存

27、放程序和數(shù)據(jù)。用來存放程序和數(shù)據(jù)。在計算機內(nèi)部，程序和數(shù)據(jù)都是在計算機內(nèi)部，程序和數(shù)據(jù)都是用用0 0、1 1二進制代碼的形式二進制代碼的形式來表示來表示的。每一個的。每一個0 0或或1 1就叫做就叫做1 1位信息。位信息。1.2.2 1.2.2 存儲器存儲器字節(jié)（字節(jié)（bytebyte）: :8 8位位二進制代碼為二進制代碼為1 1個字節(jié)。個字節(jié)。字（字（wordword）：）：2 2個字節(jié)個字節(jié)組成組成1 1個字，表示個字，表示1616位位數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)。字長：字長：計量處理二進制代碼位長的單位，表示計算機數(shù)據(jù)總線計量處理二進制代碼位長的單位，表示計算機數(shù)據(jù)總線上上1 1次能夠處理的信息的位數(shù)。

28、如：次能夠處理的信息的位數(shù)。如：8 8位機，位機，1616位機，位機，3232位機等位機等內(nèi)存（主存）：內(nèi)存（主存）：內(nèi)存劃分為很多個存儲單元（稱內(nèi)存單元）。內(nèi)存劃分為很多個存儲單元（稱內(nèi)存單元）。每個存儲單元存放每個存儲單元存放1 1個字節(jié)的二進制信息，表示數(shù)據(jù)或指令。個字節(jié)的二進制信息，表示數(shù)據(jù)或指令。存儲容量：存儲容量：存儲單元的總數(shù)目，取決于存儲單元的總數(shù)目，取決于地址線地址線的根數(shù)。的根數(shù)。地址：地址：賦予每個存儲單元賦予每個存儲單元1 1個編號，通常用個編號，通常用1616進制數(shù)進制數(shù)表示。表示。1.2.2 1.2.2 存儲器存儲器1 1 、基本概念、基本概念 假定存儲器由假定存儲

29、器由256256個單元組成，每個單元存儲個單元組成，每個單元存儲8 8位二進制信位二進制信息息, ,即即2562568 8位的讀寫存儲器。位的讀寫存儲器。從從CPUCPU來的來的CPU8 8位位ABAB來自來自CPUCPU的地址的地址讀讀/ /寫信號寫信號地地址址譯譯碼碼器器0000單元單元0101單元單元0202單元單元0303單元單元FE單元單元0000010102020303FEFF控制電路控制電路FFFF單元單元8 8位位DBDB往返于往返于CPUCPU隨機存取存儲器隨機存取存儲器2 2、存儲器組成、存儲器組成1.2.2 1.2.2 存儲器存儲器隨機存儲器隨機存儲器由由存儲體、地址譯碼

30、器、控制電路存儲體、地址譯碼器、控制電路組成。組成。w隨機存?。弘S機存取：所有存儲單元均可以隨機被訪問，所有存儲單元均可以隨機被訪問， 既可以讀出也可以寫入信息。既可以讀出也可以寫入信息。w存儲體：存儲體：若有若有8 8根地址線，存儲容量為根地址線，存儲容量為2 28 8=256=256個單元，個單元， 地址編號從地址編號從0000HFFHHFFH，( (00000000000000001111111111111111) )w地址譯碼器：地址譯碼器：接收從接收從ABAB送來的地址碼，送來的地址碼， 經(jīng)譯碼器譯碼，選中相應(yīng)的某個存儲單經(jīng)譯碼器譯碼，選中相應(yīng)的某個存儲單 元，從中讀出信息或?qū)懭胄畔?/p>

31、。元，從中讀出信息或?qū)懭胄畔?。w控制電路：控制電路：控制存儲器的控制存儲器的讀寫操作讀寫操作過程。過程。1.2.2 1.2.2 存儲器存儲器 3 3、存儲容量存儲容量 衡量計算機系統(tǒng)中存儲能力的一個指標(biāo)衡量計算機系統(tǒng)中存儲能力的一個指標(biāo)。 內(nèi)存最大容量由內(nèi)存最大容量由CPUCPU的地址總線的位數(shù)決定。的地址總線的位數(shù)決定。 2 2NN=內(nèi)存最大容量內(nèi)存最大容量 N-CPUN-CPU地址線條數(shù)地址線條數(shù) 地址線數(shù)與內(nèi)存容量地址線數(shù)與內(nèi)存容量: : 2 21010=1K=1K 8 8位機，位機，1616根地址線，根地址線， 內(nèi)存容量內(nèi)存容量2 21616=64K=64K 16 16位機，位機，20

32、20根地址線，內(nèi)存容量根地址線，內(nèi)存容量2 2202010241024K=1M K=1M 32 32位機，位機，3232根地址線，根地址線， 內(nèi)存容量內(nèi)存容量2 232324 4GBGB1.2.2 1.2.2 存儲器存儲器Intel 80 x86CPU的地址線條數(shù)的地址線條數(shù)Intel80 x86地址條數(shù)地址條數(shù)存儲容量存儲容量8086 20 1MB8088 20 1MB80286 24 16MB80386 32 4GB1.2.2 1.2.2 存儲器存儲器 4 4、讀操作過程、讀操作過程CPU的的AR先將地址先將地址04H放到放到AB上，經(jīng)地址譯碼上，經(jīng)地址譯碼器譯碼選中器譯碼選中04H單元；

33、單元；CPU發(fā)出發(fā)出“讀讀”信號給信號給M，指示它準(zhǔn)備把被尋，指示它準(zhǔn)備把被尋址的址的04H單元中的內(nèi)容單元中的內(nèi)容97H放到放到DB上；上；在在“讀讀”信號作用下，信號作用下，M將將04H單元內(nèi)容單元內(nèi)容97H放到放到DB上，經(jīng)它上，經(jīng)它送至送至DR，然后由，然后由CPU取走該內(nèi)容。取走該內(nèi)容。例如：例如：CPUCPU要讀出要讀出MM的的04H04H單元內(nèi)容單元內(nèi)容1001011110010111（97H97H）1.2.2 1.2.2 存儲器存儲器CPU的的AR先將地址先將地址08H放到放到AB上，經(jīng)上，經(jīng)地址譯碼器譯碼選地址譯碼器譯碼選中中08H單元；單元；CPU把把DR中的內(nèi)容中的內(nèi)容2

34、6H放到放到DB上；上；CPU發(fā)出發(fā)出“寫寫”信號給信號給M，將內(nèi)，將內(nèi)容容26H寫入被尋寫入被尋址的址的08H單元。單元。例如：例如：CPUCPU要把要把DRDR中的內(nèi)容中的內(nèi)容0010011000100110（26H26H），），寫入寫入MM的的08H08H單元。單元。 5 5、寫寫操作過程操作過程1.2.2 1.2.2 存儲器存儲器微機的工作過程就是微機的工作過程就是執(zhí)行程序執(zhí)行程序的過程，而程序由指令序列的過程，而程序由指令序列組成。組成。執(zhí)行每一條指令，都包括執(zhí)行每一條指令，都包括取指令取指令與與執(zhí)行指令執(zhí)行指令兩個基本階段。兩個基本階段。因此微機的工作過程，也就是因此微機的工作過程

35、，也就是不斷地取指令和執(zhí)行指令的不斷地取指令和執(zhí)行指令的過程。過程。執(zhí)行程序的過程，就是執(zhí)行執(zhí)行程序的過程，就是執(zhí)行指令序列指令序列的過程。的過程。1. 1.3 3 微機工作過程微機工作過程假定程序已由輸入設(shè)備存放到內(nèi)存中。當(dāng)計算機從停機狀假定程序已由輸入設(shè)備存放到內(nèi)存中。當(dāng)計算機從停機狀態(tài)進入運行狀態(tài)時態(tài)進入運行狀態(tài)時, ,首先把首先把第第1 1條指令條指令所在的地址賦給程序計所在的地址賦給程序計數(shù)器數(shù)器PCPC，然后機器進入取指階段。程序執(zhí)行過程示意圖：然后機器進入取指階段。程序執(zhí)行過程示意圖：取出指令取出指令指令譯碼指令譯碼操作數(shù)讀出操作數(shù)讀出執(zhí)行指令執(zhí)行指令( (地址碼地址碼) )取取

36、指指執(zhí)執(zhí)指指指令周期指令周期存儲器中存儲存儲器中存儲的一系列指令的一系列指令操作碼操作碼 操作數(shù)操作數(shù)指令格式指令格式( (地址碼地址碼) )指令指令1 1指令指令2 2指令指令n n開始開始結(jié)束結(jié)束程程序序1. 1.3 3 微機工作過程微機工作過程在取指階段，在取指階段，CPUCPU從內(nèi)存中讀出的內(nèi)容必為指令從內(nèi)存中讀出的內(nèi)容必為指令，于是，于是，DRDR便把它送至便把它送至IRIR；然后由指令譯碼器譯碼，控制器發(fā)出相應(yīng)的控；然后由指令譯碼器譯碼，控制器發(fā)出相應(yīng)的控制信號，制信號，CPUCPU便知道該條指令要執(zhí)行什么操作。便知道該條指令要執(zhí)行什么操作。在取指階段結(jié)束后，在取指階段結(jié)束后，機器

37、就進入執(zhí)指階段，這時，機器就進入執(zhí)指階段，這時，CPUCPU執(zhí)行指執(zhí)行指令所規(guī)定的具體操作。當(dāng)一條指令執(zhí)行完畢后，就轉(zhuǎn)入了下一令所規(guī)定的具體操作。當(dāng)一條指令執(zhí)行完畢后，就轉(zhuǎn)入了下一條指令的取指階段。條指令的取指階段。周而復(fù)始地循環(huán)，一直進行到程序中遇到周而復(fù)始地循環(huán)，一直進行到程序中遇到暫停指令暫停指令時方才結(jié)束。時方才結(jié)束。1. 1.3 3 微機工作過程微機工作過程指令根據(jù)其所含內(nèi)容不同有指令根據(jù)其所含內(nèi)容不同有單單字節(jié)、字節(jié)、雙雙字節(jié)、字節(jié)、3 3字節(jié)、字節(jié)、最多最多4 4字節(jié)之分。字節(jié)之分。指令通常包括指令通常包括操作碼操作碼和和操作數(shù)操作數(shù)。操作碼：操作碼：表示計算機執(zhí)行什么具體操作。

38、表示計算機執(zhí)行什么具體操作。操作數(shù)：操作數(shù)：表示參加操作的數(shù)的本身或操作數(shù)所在的地址，表示參加操作的數(shù)的本身或操作數(shù)所在的地址， 也稱之為也稱之為地址碼地址碼。1. 1.3 3 微機工作過程微機工作過程例：計算例：計算3+2=3+2=？處理器的處理器的指令表指令表每條指令規(guī)定了一個縮寫詞，稱作每條指令規(guī)定了一個縮寫詞，稱作助記符。助記符。機器碼機器碼用二進制和十六進制兩種形式表示。用二進制和十六進制兩種形式表示。名稱名稱助記符助記符機器碼機器碼 說明說明傳送指令傳送指令MOV A,n10110000nB0n將立即數(shù)將立即數(shù)n放入累加器放入累加器A中中加法指令加法指令A(yù)DD A,n0000010

39、0n4n將累加器將累加器A中的數(shù)據(jù)與立即數(shù)中的數(shù)據(jù)與立即數(shù)n相相加，結(jié)果放在累加器加，結(jié)果放在累加器A中。中。暫停暫停HLT11110100F4停止所有操作停止所有操作1. 1.3 3程序執(zhí)行過程實例程序執(zhí)行過程實例例：計算例：計算3+2=3+2=？根據(jù)指令表，加法運算的程序可表達(dá)為：根據(jù)指令表，加法運算的程序可表達(dá)為： MOV A,3 MOV A,3 ADD A,2 ADD A,2 HLT HLT計算機并不認(rèn)識助記符和十進制數(shù)，只認(rèn)識二進制表示的計算機并不認(rèn)識助記符和十進制數(shù)，只認(rèn)識二進制表示的操作碼和操作數(shù)，因此，必須操作碼和操作數(shù)，因此，必須按二進制的形式來寫程序按二進制的形式來寫程序，

40、即用對應(yīng)的操作碼代替每個助記符，用相應(yīng)的二進制數(shù)代即用對應(yīng)的操作碼代替每個助記符，用相應(yīng)的二進制數(shù)代替每個十進制數(shù)。替每個十進制數(shù)。 MOV A,3 變成變成1011 00000000 0011操作碼（操作碼（MOV A,n）操作數(shù)（操作數(shù)（3）ADD A,2 變成變成0000 01000000 0010操作碼（操作碼（ADD A,n）操作數(shù)（操作數(shù)（2）HLT 變成變成1111 0100操作碼（操作碼（HLT）1. 1.3 3程序執(zhí)行過程實例程序執(zhí)行過程實例注意：每個存儲單元都有兩組和它有關(guān)的注意：每個存儲單元都有兩組和它有關(guān)的8 8位二進制數(shù)，其中，位二進制數(shù)，其中， 方框左邊的一組是地址

41、，框內(nèi)的一組是內(nèi)容。不要混淆。方框左邊的一組是地址，框內(nèi)的一組是內(nèi)容。不要混淆。開始執(zhí)行程序時，必須先給開始執(zhí)行程序時，必須先給程序計數(shù)器程序計數(shù)器PCPC賦以第賦以第1 1條指令條指令的首地址的首地址00H00H。然后就進入。然后就進入第第1 1條指令的取指階段。條指令的取指階段。取取第第1 1條指令的第條指令的第1 1字節(jié)字節(jié)的操作過程如下：的操作過程如下：1. 1.3 3程序執(zhí)行過程實例程序執(zhí)行過程實例程序執(zhí)行過程實例程序執(zhí)行過程實例( (取第取第1 1條指令的操作條指令的操作) )0000 00000000 0000RARA0000 00000000 00001011 00001011

42、 0000IDIDPLAPLAA內(nèi)部內(nèi)部DB讀讀ABDB1011 00001011 0000ALUOI1I2PCARDR001011 0000010000 0011020000 0100030000 0010041111 0100IR+100取指取指控制控制執(zhí)指執(zhí)指控制控制PCPC內(nèi)容內(nèi)容00H00H送送ARARARAR內(nèi)容放在內(nèi)容放在ABAB上，并上，并送至送至M M，經(jīng)譯碼，選，經(jīng)譯碼，選中中00H00H單元單元CPUCPU發(fā)出發(fā)出讀指令讀指令讀命令控制下，把讀命令控制下，把00H00H單元內(nèi)容單元內(nèi)容B0HB0H讀讀到到DBDB上上把讀出的內(nèi)容把讀出的內(nèi)容B0HB0H，經(jīng)經(jīng)DBDB送到送

43、到DRDR指令譯碼指令譯碼MOV A,nMOV A,nPCPC自動加自動加1 1把把PC的內(nèi)容的內(nèi)容00H送到送到AR;PC的內(nèi)容可靠地送入的內(nèi)容可靠地送入AR，PC自動加自動加1，即由，即由00H變?yōu)樽優(yōu)?1H；把把AR的內(nèi)容的內(nèi)容00H放在放在AB上，并送至上，并送至M，經(jīng)地址譯碼器，經(jīng)地址譯碼器譯碼譯碼，選中相應(yīng)的，選中相應(yīng)的00H單元；單元； CPU發(fā)出發(fā)出讀讀命令。命令。1. 1.3 3程序執(zhí)行過程實例程序執(zhí)行過程實例在讀命令控制下，把所選中的在讀命令控制下，把所選中的00H單元中內(nèi)容單元中內(nèi)容即第即第1條指令的操作碼條指令的操作碼10110000（B0H）讀到）讀到DB上，然上，然

44、后到后到DR取指階段的最后一步是取指階段的最后一步是指令譯碼指令譯碼；經(jīng)過譯碼，經(jīng)過譯碼，CPU“識別識別”出這個操作碼出這個操作碼B0H就是就是MOV A,n指令，于是，它指令，于是，它“通知通知”控制器發(fā)出執(zhí)行這條指令的種控制器發(fā)出執(zhí)行這條指令的種控制命令，這就完成了第控制命令，這就完成了第1條指令的取指階段。條指令的取指階段。1. 1.3 3程序執(zhí)行過程實例程序執(zhí)行過程實例經(jīng)過對操作碼經(jīng)過對操作碼B0H譯碼后，譯碼后，CPU就就“知道知道”這是一條這是一條“下一存下一存儲單元中的操作數(shù)取入累加器儲單元中的操作數(shù)取入累加器A的雙字節(jié)指令的雙字節(jié)指令”MOV A,n，所以執(zhí)行第所以執(zhí)行第1條

45、指令就必須把指令第條指令就必須把指令第2字節(jié)中的操作數(shù)字節(jié)中的操作數(shù)03H取出來。取出來。取取第第1條指令的第條指令的第2字節(jié)字節(jié)的過程如下：的過程如下：1. 1.3 3程序執(zhí)行過程實例程序執(zhí)行過程實例然后轉(zhuǎn)入執(zhí)行第然后轉(zhuǎn)入執(zhí)行第1條指令的階段。條指令的階段。0000 00010000 0001RARA0000 00010000 00010000 00110000 0011IDIDPLAPLAA0000 0011內(nèi)部內(nèi)部DB讀讀ABDBIRIRALUOI1I2PCARDR001011 0000010000 0011020000 0100030000 0010041111 0100+101PCP

46、C內(nèi)容內(nèi)容01H01H送送ARARARAR內(nèi)容內(nèi)容01H01H放在放在ABAB上，上，并送至并送至M M，經(jīng)譯碼，經(jīng)譯碼，選中選中01H01H單元單元CPUCPU發(fā)出發(fā)出讀指令讀指令讀命令控制下，把讀命令控制下，把01H01H單元內(nèi)容單元內(nèi)容03H03H讀讀到到DBDB上上把讀出的內(nèi)容把讀出的內(nèi)容03H03H，經(jīng)經(jīng)DBDB送到送到DRDRDRDR內(nèi)容經(jīng)內(nèi)部內(nèi)容經(jīng)內(nèi)部DBDB送累加器送累加器A APCPC自動加自動加1 1程序執(zhí)行過程實例程序執(zhí)行過程實例( (取立即數(shù)的操作取立即數(shù)的操作) )把把PCPC的內(nèi)容的內(nèi)容0101H H送到送到地址寄存器地址寄存器ARAR。當(dāng)當(dāng)PCPC的內(nèi)容可靠地送到

47、的內(nèi)容可靠地送到ARAR后，后，PCPC自動加自動加1 1，變?yōu)?，變?yōu)?202H H。但這時但這時ARAR中的內(nèi)容中的內(nèi)容0101H H并未變化。并未變化。地址寄存器通過地址總線把地址地址寄存器通過地址總線把地址0101H H送到存儲器的送到存儲器的地址地址譯碼器譯碼器，經(jīng)過譯碼選中相應(yīng)的，經(jīng)過譯碼選中相應(yīng)的0101H H單元。單元。CPUCPU發(fā)出發(fā)出讀命令讀命令。1. 1.3 3程序執(zhí)行過程實例程序執(zhí)行過程實例在讀命令控制下，將選中的在讀命令控制下，將選中的0101H H單元單元的內(nèi)容的內(nèi)容0303H H讀到數(shù)讀到數(shù)據(jù)總線據(jù)總線DBDB上。上。通過通過DBDB把讀出的內(nèi)容送到把讀出的內(nèi)容送

48、到數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)寄存器DRDR。因因CPUCPU根據(jù)該條指令具有的字節(jié)數(shù)已知這時讀出的是操根據(jù)該條指令具有的字節(jié)數(shù)已知這時讀出的是操作數(shù)，且指令要求把它送到累加器作數(shù)，且指令要求把它送到累加器A, A, 故由數(shù)據(jù)寄存器故由數(shù)據(jù)寄存器DRDR取出的內(nèi)容就通過內(nèi)部數(shù)據(jù)總線送到累加器取出的內(nèi)容就通過內(nèi)部數(shù)據(jù)總線送到累加器A A。于于是第是第1 1次執(zhí)指階段完畢次執(zhí)指階段完畢, ,操作數(shù)操作數(shù)0303H H被取入累加器被取入累加器A A中中; ;并并進入第進入第2 2條指令的取指階段。條指令的取指階段。1. 1.3 3程序執(zhí)行過程實例程序執(zhí)行過程實例取第取第2 2條指令的過程條指令的過程與取第與取第1

49、 1條指令的過程相同條指令的過程相同，只是在，只是在取指階段的最后一步，讀出的指令操作碼取指階段的最后一步，讀出的指令操作碼04H04H由由DRDR把它把它送到送到IRIR，經(jīng)過譯碼發(fā)出相應(yīng)的控制信息。，經(jīng)過譯碼發(fā)出相應(yīng)的控制信息。取取第第2 2條指令的第條指令的第1 1字節(jié)字節(jié)的過程如下：的過程如下：當(dāng)當(dāng)IDID對指令譯碼后，對指令譯碼后，CPUCPU就就“知道知道”操作碼操作碼04H04H表示一條表示一條加法指令，意即以累加器加法指令，意即以累加器A A中的內(nèi)容作為一個操作數(shù)，另中的內(nèi)容作為一個操作數(shù)，另一個操作數(shù)在指令的第一個操作數(shù)在指令的第2 2字節(jié)中。字節(jié)中。1. 1.3 3程序執(zhí)行

50、過程實例程序執(zhí)行過程實例0000 00100000 0010RARA0000 00100000 00100000 01000000 0100IDIDPLAPLA0000 0011內(nèi)部內(nèi)部DB讀讀ABDB0000 01000000 0100ALUOI1I2PCARDR001011 0000010000 0011020000 0100030000 0010041111 0100IR+102PCPC內(nèi)容內(nèi)容02H02H送送ARARARAR內(nèi)容內(nèi)容02H02H放在放在ABAB上，上，并送至并送至M M，經(jīng)譯碼，經(jīng)譯碼，選中選中02H02H單元單元CPUCPU發(fā)出發(fā)出讀指令讀指令讀命令控制下，把讀命令控制下，把02H02H單元內(nèi)容單元內(nèi)容04H04H讀讀到到DBDB上上把讀出的內(nèi)容把讀出的內(nèi)容04H04H，經(jīng)經(jīng)