微機(jī)原理 課件 第1章 概 述

微計算機(jī)原理機(jī)電及自動化學(xué)院授課教師：盧希釗聯(lián)系郵箱：luxizhao@2024/1/142課程性質(zhì)、目的和任務(wù)學(xué)科基礎(chǔ)課：工科機(jī)電類專業(yè)計算機(jī)基礎(chǔ)課程之一工科學(xué)生學(xué)習(xí)計算機(jī)硬件知識和匯編語言程序設(shè)計的入門課程。學(xué)習(xí)和掌握微型機(jī)的基本組成、工作原理、接口電路、硬件連接及匯編語言程序設(shè)計方法；建立微機(jī)系統(tǒng)的整體概念；培養(yǎng)初步的微機(jī)系統(tǒng)軟硬件開發(fā)能力。微機(jī)原理課的核心地位微機(jī)原理數(shù)控技術(shù)微機(jī)控制數(shù)字邏輯電路C語言計算機(jī)基礎(chǔ)自動化儀表技術(shù)基礎(chǔ)課。。。。。。。。。。。。2024/1/144微機(jī)原理及應(yīng)用課程的框架微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和原理8086微處理器結(jié)構(gòu)匯編語言及其程序設(shè)計微計算機(jī)擴(kuò)展第1章第2章第3、4章存儲器擴(kuò)展I/O擴(kuò)展第5章第6-8章第一章概述1.1計算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理1.2微處理器、微計算機(jī)、微處理器系統(tǒng)1.3微處理器系統(tǒng)的產(chǎn)生和發(fā)展1.4IA-32結(jié)構(gòu)微處理器1.5微計算機(jī)系統(tǒng)的組成1.6典型微處理器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理1.7IA-32結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)類型1.8微計算機(jī)實例1.9用匯編語言程序設(shè)計微處理器系統(tǒng)1.1計算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理第一章概述硬件（Hardware）：物理設(shè)備軟件（Software）：程序和文檔1.1.1計算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)1.1.1計算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)5大部件組成運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備（1）運算器對數(shù)據(jù)進(jìn)行運算，對信息進(jìn)行加工、處理的部件；（2）存儲器存儲數(shù)據(jù)、信息和執(zhí)行程序的部件；（3）輸入設(shè)備輸入各種原始信息，并將其轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制代碼存入存儲器中，是（4）輸出設(shè)備將運算結(jié)果輸出并進(jìn)行轉(zhuǎn)換的裝置；（5）控制器計算機(jī)發(fā)布操作命令的控制中心，指揮，實現(xiàn)運算自動化的部件（一般由指令寄存器、狀態(tài)寄存器、指令譯碼器、時序電路和控制電路組成)。3個硬件子系統(tǒng)處理器、存儲系統(tǒng)和輸入輸出系統(tǒng)按性能可分為：巨型機(jī)，大型機(jī)，小型機(jī)（中型機(jī)），微機(jī)現(xiàn)代計算機(jī)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)：存儲程序控制結(jié)構(gòu)1945年，美籍匈牙利數(shù)學(xué)家JohnVonNeumann提出,諾依曼計算機(jī)ENIAC(1946)掌上電腦(2000)1.1.2計算機(jī)的工作原理天河一號巨型機(jī)IBM大型機(jī)IBM小型機(jī)1.1.2計算機(jī)的工作原理馮.諾依曼原理

計算機(jī)在運行時，先從內(nèi)存中取出第一條指令，通過控制器的譯碼，按指令的要求，從存貯器中取出數(shù)據(jù)進(jìn)行指定的運算和邏輯操作等加工，然后再按地址把結(jié)果送到內(nèi)存中去。接下來，再取出第二條指令，在控制器的指揮下完成規(guī)定操作。依此進(jìn)行下去，直至遇到停止指令。采用二進(jìn)制形式表示數(shù)據(jù)和指令。指令由操作碼和地址碼組成將程序和數(shù)據(jù)存放在存儲器中，計算機(jī)在工作時從存儲器取出指令加以執(zhí)行，自動完成計算任務(wù)。這就是“存儲程序”和“程序控制”（簡稱存儲程序控制）的概念指令的執(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)。1.2微處理器、微計算機(jī)、微處理器系統(tǒng)

運算器

控制器寄存器組

主存儲器總線輸入輸出接口電路外部設(shè)備軟件微處理器（MicroProcessor）微型計算機(jī)（Microcomputer）微型計算機(jī)系統(tǒng)（MicroComputerSystem）微型處理器系統(tǒng)（MicroProcessingSystem）：行業(yè)專用，自行設(shè)計的嵌入式概念，專用性和具備功能的量體裁衣微處理器（MicroProcessor）：微縮的包括運算器和控制器的大規(guī)模集成電路LSI。微型計算機(jī)（Microcomputer）圍繞著CPU，配上大規(guī)模集成電路的RAM，ROM，I/O以及相應(yīng)輔助電路。微型計算機(jī)系統(tǒng)（MicroComputerSystem）：配置齊全的微計算機(jī)系統(tǒng)稱為通用微計算機(jī)系統(tǒng)。微型處理器系統(tǒng)（MicroProcessingSystem）：以微處理器為核心的專用系統(tǒng)，是行業(yè)專用，自行設(shè)計的嵌入式概念，專用性和具備功能的量體裁衣1.2微處理器、微型計算機(jī)、微型計算機(jī)系統(tǒng)系統(tǒng)軟件：DOS、Windows95/98/2000應(yīng)用軟件：WPS、Word、Photoshop微處理器CPU

存儲器(RAM,ROM)I/O接口總線硬件軟件微型計算機(jī)系統(tǒng)微型計算機(jī)(主機(jī))外設(shè)ALU寄存器控制部件鍵盤、鼠標(biāo)顯示器軟驅(qū)、硬盤、光驅(qū)打印機(jī)、掃描儀1)

按構(gòu)成分類單片機(jī)、單板機(jī)、多板機(jī)

單片機(jī)將CPU、內(nèi)存、I/O接口電路全部集成一塊芯片上，構(gòu)成具備基本功能的計算機(jī)，稱單片機(jī)。特點：超小型、高可靠性、價廉應(yīng)用：智能儀表、工業(yè)實時控制、家用電器等產(chǎn)品：Intel的8051、8096/8098系列(有選修課)Motorola的6801、6805系列

Hitachi(日立)的H8S、SH系列(有選修課)DSP（數(shù)字信號處理器）功能更強大的單片機(jī)TI、MOTOROLA單片機(jī)(有選修課)單板機(jī)將CPU、內(nèi)存、I/O接口及其它輔助電路全部裝在一塊印刷電路板上，組成單板機(jī)。當(dāng)單片機(jī)片上資源不夠時，也可以擴(kuò)展為單扳機(jī)。特點：結(jié)構(gòu)簡單、價廉應(yīng)用：過程控制、數(shù)據(jù)處理

多板機(jī)把CPU、內(nèi)存、I/O接口芯片裝在多塊電路板上，各印刷板插在主機(jī)板的總線插槽上，通過系統(tǒng)總線連接起來，構(gòu)成多板機(jī)。特點：見前面微型計算機(jī)的特點產(chǎn)品：486機(jī)、Pentium機(jī)等

90年代以來各院?！拔C(jī)原理”和計算機(jī)硬件的實驗機(jī)控制總線CB數(shù)據(jù)總線DB地址總線AB微處理器I/O設(shè)備I/O接口存儲器系統(tǒng)總線BUS典型微處理器系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖1.3微處理器及計算機(jī)發(fā)展簡史1.根據(jù)使用的基本電子器件，計算機(jī)經(jīng)歷了四個階段：電子管計算機(jī)(1946—1956)晶體管計算機(jī)(1957—1964) 集成電路計算機(jī)(1965—1970)

超大規(guī)模集成電路計算機(jī)(1971—至今)

用機(jī)器語言、匯編語言編寫程用于軍事和國防尖端技術(shù) 開始使用高級語言開始用于工程技術(shù)、數(shù)據(jù)處理和其它科學(xué)領(lǐng)域采用微程序、流水線等技術(shù)，提高運行速度出現(xiàn)操作系統(tǒng)、診斷程序等軟件采用半導(dǎo)體存儲器采用圖形界面操作系統(tǒng)器件速度更快,軟件、外設(shè)更加豐富主要特點1.3.1微處理器的發(fā)展概況1971--1973年，Intel公司設(shè)計了世界上第一個微處理器芯片Intel4004，開創(chuàng)了一個全新的計算機(jī)時代第1代（1971—1973）

：4位和低檔8位微機(jī)4004→4040→8008第2代（1974—1977）

：中高檔8位微機(jī)Z80、I8085、M6800，Apple-II微機(jī)第3代（1978—1984）

：16位微機(jī)8086→8088→80286，IBMPC系列機(jī)字長，微處理器芯片作為微型計算機(jī)發(fā)展的標(biāo)志。第4代（1985---1993）：32位微機(jī)80386→80486→Pentium→PentiumII→PentiumIII→Pentium4第5代（1993------）：64位微機(jī)微機(jī)服務(wù)器、工程工作站、圖形工作站1995：Pentiumpro(P6)550萬個晶體管，時頻150MHz，運算速度400MIPS1996：PentiumMMX（MultiMediaeXtension）增加了57條多媒體指令1997：PentiumII（Pentiumpro的MMX）750萬個晶體管，時頻450MHz1999:PentiumIII950萬個晶體管，時頻450和500MHz,增加了70條多數(shù)據(jù)流擴(kuò)展指令（SSE）2000-2002：Pentium44200萬個晶體管，時頻1.5GHz以上1.5GHzIDE2PentiumIV北橋440BXAGP南橋PIIX4ECMOS&RTCUSB超級I/OIDE1COM1COM2LPT12.1GHzL1CacheL2Cache處理機(jī)總線500MHz500MHzPCI總線100MHzPCI插槽ISA插槽ISA總線8MHz內(nèi)存條ROMBIOS顯示器硬盤光驅(qū)軟驅(qū)鍵盤鼠標(biāo)打印機(jī)MODEM66MHz顯卡1.4IA-32結(jié)構(gòu)微處理器返回年代Intel處理器字長時鐘頻率集成度197140044位108kHz2300197280088位500kHz35001978808616位5MHz2.9萬19858038632位16MHz27.5萬2003Pentium432位3.4GHz1.25億2007Core2Quad64位2.66GHz5.82億IA-32結(jié)構(gòu)微處理器的推廣原因有二：一為后一代結(jié)構(gòu)覆蓋前一代，二為指令系統(tǒng)上的向上兼容1.4.2IA-32處理器英特爾32位結(jié)構(gòu) IA-32（IntelArchitecture-32）指令集結(jié)構(gòu)IA-32處理器Intel80386Intel80486PentiumPentiumPro、PentiumII、PentiumIIIPentium4Celeron、Xeon、PentiumM（1）.8038632位結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)總線32位，地址總線32位，可尋址4GB主存80386指令系統(tǒng)全面升級為32位虛擬8086方式（Virtual8086Mode）保護(hù)方式下的8086工作方式系統(tǒng)管理方式（SystemManagementMode）低功耗節(jié)能狀態(tài)Intel386（2）.8048680486＝80386＋80387＋8KBCache集成浮點處理單元FPU8086/8088：8087，80286：80287，80386：80387具有片上高速緩沖存儲器(L1Cache)微處理器與主存之間速度很快但容量較小的存儲器用于提高整個存儲器系統(tǒng)的存取速度融合RISC的技術(shù)的CISC指令流水線指令執(zhí)行劃分成多個步驟在多個部件中獨立地進(jìn)行多條指令可以在不同的執(zhí)行階段同時進(jìn)行時鐘倍頻思想（3）.Pentium俗稱的80586處理器，奔騰處理器32位結(jié)構(gòu)，連接主存的外部數(shù)據(jù)總線是64位超標(biāo)量（Superscalar）技術(shù)具有可以并行工作的2條整數(shù)處理流水線可以達(dá)到每個時鐘周期執(zhí)行2條指令雙路高速緩沖結(jié)構(gòu)8KB代碼高速緩沖存儲器8KB數(shù)據(jù)高速緩沖存儲器IntelPentium（4）.PentiumPro原稱P6，中文名稱為“高能奔騰”兩個芯片組成CPU與一級（L1）Cache（8KB代碼和8KB數(shù)據(jù)）二級（L2）Cache（256KB或512KB）擴(kuò)展的超標(biāo)量技術(shù)12級指令流水線能同時執(zhí)行3條指令動態(tài)執(zhí)行技術(shù)分支預(yù)測、數(shù)據(jù)流分析和推測執(zhí)行（5）.PentiumII多媒體擴(kuò)展指令（MMX指令）MMX（MutliMediaeXtension）整數(shù)運算多媒體指令圖像、音頻、視頻和通信方面的程序進(jìn)行優(yōu)化提升微機(jī)對多媒體的處理能力PentiumMMX（多能奔騰）MMX指令應(yīng)用于Pentium處理器PentiumIIMMX指令應(yīng)用于PentiumProIntelPentiumII（6）.PentiumIII數(shù)據(jù)流SIMD擴(kuò)展指令（SSE指令）SSE（StreamingSIMDExtensions）浮點單精度多媒體運算指令提高浮點3D數(shù)據(jù)的處理能力SSE指令類似于AMD公司發(fā)布的3DNow!指令PentiumIII：SSE指令應(yīng)用于PentiumII單指令多數(shù)據(jù)SIMDSingleInstructionMultipleData表示一條指令具有同時處理多組數(shù)據(jù)的能力（7）.Pentium4NetBurst的微結(jié)構(gòu)（Microarchitecture）指令級并行ILP（Instruction-LevelParallel）進(jìn)一步發(fā)掘指令之間可以同時執(zhí)行的能力超線程HT（HyperThreading）線程級并行TLP（Thread-LevelParallel）發(fā)掘程序中的并行性一個物理處理器形成兩個邏輯處理器SSE2指令增強浮點雙精度多媒體運算能力SSE3指令增強和完善MMX，SSE和SSE2指令I(lǐng)ntelPentium41.5微計算機(jī)系統(tǒng)的組成微計算機(jī)主板（CPU，ROM、RAM、Cache，I/O接口，系統(tǒng)總線）電源，機(jī)箱外圍設(shè)備：外部設(shè)備（含I/O設(shè)備，外存儲器）過程I/O1.5.1硬件系統(tǒng)1.5.2軟件系統(tǒng)程序設(shè)計語言（機(jī)器語言，匯編語言，高級語言）系統(tǒng)軟件語言處理程序（匯編程序，解釋程序，編譯程序）服務(wù)程序，診斷程序，應(yīng)用軟件，中間件軟件的固化（固件-Firmware，ROM，PROM，EPROM，EEPRM）如監(jiān)控程序，系統(tǒng)引導(dǎo)程序，I/O驅(qū)動程序（BIOS）總線結(jié)構(gòu)：片內(nèi)總線：實現(xiàn)CPU內(nèi)各單元之間連接和傳遞型號片總線：各個芯片間的連接內(nèi)總線：板級總線，實現(xiàn)插件板之間的連接，如PCI，AGP外總線：通信總線，用于系統(tǒng)之間的連接,USB,RS-232C1.5.3微計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特殊性按CPU的分類CPU的性能可以用兩個主要參數(shù)來描述：速度：用CPU的工作頻率表示，單位M（G）HzCPU內(nèi)部寄存器寬度：寄存器的位數(shù)寬度：外部數(shù)據(jù)總線寬度：數(shù)據(jù)線的根數(shù)地址總線寬度：地址線的根數(shù)按CPU的數(shù)據(jù)總線寬度，微機(jī)可分為：

4位機(jī)、8位機(jī)、16位機(jī)、32位機(jī)CPU內(nèi)部的寄存器寬度可用字長描述1.6典型微處理器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理為簡化模型，以8位微處理器為例，微型計算機(jī)的結(jié)構(gòu)圖，它是由微處理器(CPU)、存儲器、接口電路組成，通過三條總線(BUS)——地址總線(AddressBus)，控制總線(ControlBus)和雙向數(shù)據(jù)總線(DataBus)來連接。1.6.1系統(tǒng)內(nèi)部連接1.數(shù)據(jù)總線（DB）：雙向傳遞，8條，其條數(shù)與處理器字長相同，D0-D7，三態(tài)控制門TSC=1時，輸入門開放，數(shù)據(jù)由存儲器（或者I/O）流進(jìn)CPU；否則當(dāng)——TSC=0時，數(shù)據(jù)自CPU內(nèi)部傳輸?shù)酱鎯ζ髦小?.地址總線（AB）：微處理器用于尋址存儲器及I/O接口的端口用總線。16位，16條：A0-A15其尋址范圍是0000H-FFFFH。3.控制總線（CB）：傳送控制信號，用于微處理器和其他芯片之間相互聯(lián)系。正負(fù)邏輯——高低電平有效。按信號的作用，總線分為三類：地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線存儲器I/O接口輸入設(shè)備I/O接口數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB地址總線AB輸出設(shè)備CPU地址總線尋址000000000000000000000000000000010000000000000010——————0000000011111111000000010000000000010000000000010001000000000010——————1111111111111111

0頁面…？頁面總共多少個地址？單總線結(jié)構(gòu)；（1）.寄存器陣列：微處理器內(nèi)部臨時存儲單元，包含通用寄存器R1-R8，專用寄存器SP，PC等。（位數(shù)等數(shù)據(jù)條數(shù)）（2）.運算器算術(shù)邏輯單元ALU(ArithmeticLogicUnit)是執(zhí)行算術(shù)和邏輯運算的裝置，它以累加器AL(Accumulator)的內(nèi)容作為一個操作數(shù)；另一個操作數(shù)由內(nèi)部數(shù)據(jù)總線供給，可以是寄存器(Register)BL中的內(nèi)容，也可以是由數(shù)據(jù)寄存器DR(DataRegister)供給的由內(nèi)存讀出的內(nèi)容等；結(jié)果放在AL中。

累加器

暫存器

算術(shù)邏輯單元

標(biāo)志寄存器或狀態(tài)碼寄存器（3）.控制器（4）.數(shù)據(jù)和地址緩沖器1.6.2典型微處理器內(nèi)部結(jié)構(gòu)1.6.2典型微處理器內(nèi)部結(jié)構(gòu)PCF(Flag)是標(biāo)志寄存器，由一些標(biāo)志位組成。PC程序計數(shù)器，提供要執(zhí)行的指令的地址。AR(AddressRegister)是地址寄存器，由它把要尋址的單元的地址(可以是指令——則地址由PC提供；也可以是數(shù)據(jù)——則地址要由指令中的操作數(shù)部分給定)通過地址總線，送至存儲器。從存儲器中取出的指令，由數(shù)據(jù)寄存器送至指令寄存器IR(InstructionRegister)，經(jīng)過指令譯碼器ID(InstructionDecoder)譯碼，通過控制電路，發(fā)出執(zhí)行一條指令所需要的各種控制信息。1.6.2典型微處理器內(nèi)部結(jié)構(gòu)存儲器是存放程序和數(shù)據(jù)的地方。組成：（1）.存儲單元陣列、（2）.地址寄存器、（3）.地址譯碼器、（4）.數(shù)據(jù)緩沖器（5）.控制電路。1.6.3典型

存儲器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)CPU信號存儲器中的不同存儲單元，是由地址總線上送來的地址(8位二進(jìn)制數(shù))，經(jīng)過存儲器中的地址譯碼器來尋找的(每給定一個地址號，可從（0000-00FF）256個存儲單元中找到相應(yīng)于這個地址號的某一存儲單元)，然后就可以對這個存儲單元的內(nèi)容進(jìn)行讀或?qū)懙牟僮鳌?1)讀操作若已知在04號存儲單元中，存的內(nèi)容為10000100即84H，若要把它讀出至數(shù)據(jù)總線上，則要求CPU的地址寄存器先給出地址號04，然后通過地址總線送至存儲器，存儲器中的地址譯碼器對它進(jìn)行譯碼，找到04號存儲單元；再要求CPU發(fā)出讀的控制命令，于是04號存儲單元的內(nèi)容84H就出現(xiàn)在數(shù)據(jù)總線上，由它送至數(shù)據(jù)寄存器DR，如圖所示。(2)寫操作若要把數(shù)據(jù)寄存器中的內(nèi)容26H寫入到10H存儲單元，則要求CPU的AR地址寄存器先給出地址10，通過地址總線(AB)送至存儲器，經(jīng)譯碼后找到10H存儲單元；然后把DR數(shù)據(jù)寄存器中的內(nèi)容26H經(jīng)數(shù)據(jù)總線(DB)送給存儲器；且CPU發(fā)出寫的控制命令，于是數(shù)據(jù)總線上的信息26H就可以寫入到10H存儲單元中，如圖所示。信息寫入后，在沒有新的信息寫入以前，該信息是一直保留的，而且我們的存儲器的讀出是非破壞性的，即信息讀出后存儲單元的內(nèi)容不變。1.4.2存儲器內(nèi)部結(jié)構(gòu)及讀/寫操作由CPU來的地址信號地址寄存器地址譯碼器

。。。內(nèi)存P00H01H2P-1數(shù)據(jù)緩沖器至CPU的數(shù)據(jù)總線由CPU來的控制信號控制電路存儲器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖1.4.2存儲器內(nèi)部結(jié)構(gòu)及讀/寫操作00H地址譯碼器

。。。內(nèi)容00H01HRD控制電路存儲器讀操作示意圖XXXXXX001111103EDDBPAB1.4.2存儲器內(nèi)部結(jié)構(gòu)及讀/寫操作20H地址譯碼器

。。內(nèi)容00H01HRD控制電路存儲器寫操作示意圖XXXXXX001111104CHDBPAB0100110020H1.4處理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及微機(jī)的工作過程1.4.3微型計算機(jī)的工作過程一、指令系統(tǒng)和程序指令：計算機(jī)中所規(guī)定的基本操作命令，稱為指令，通常一條指令對應(yīng)著一種基本操作。程序：基本操作命令按一定的順序排列起來組成程序。程序是實現(xiàn)即定任務(wù)的指令序列，是指令的有序集合。指令系統(tǒng)：計算機(jī)所能識別和執(zhí)行的全部指令稱為指令系統(tǒng)，這是計算機(jī)所固有的，不同的微處理器有不同的指令系統(tǒng)。源程序：用戶為解決自己的問題，所編寫的程序為，源程序。一、指令系統(tǒng)和程序機(jī)器碼（指令代碼）：指令用二進(jìn)制來表示。在計算機(jī)里按一定規(guī)律組合起來代表某操作命令的二進(jìn)制代碼稱為指令的機(jī)器碼，或指令代碼。指令的機(jī)器碼分為：操作碼、操作數(shù)。加法指令：ADDAX，BX；AXAX+BX該指令的機(jī)器碼：01C3H，占兩個字節(jié)。操作碼：表示計算機(jī)執(zhí)行什么操作，操作數(shù)：參加操作的數(shù)本身，或操作數(shù)所在的地址。機(jī)器語言程序：使用指令的機(jī)器編寫的程序稱為機(jī)器語言程序。匯編語言程序：利用助記符和符號編寫的程序稱為匯編語言源程序。1.指令系統(tǒng)簡介2.程序的編制LDA，15HADDA，37HLD（20H），AHALT3.執(zhí)行過程若程序已經(jīng)存放在內(nèi)存中，大部分8位機(jī)執(zhí)行過程就是取指(取出指令)和執(zhí)行（執(zhí)行指令）這兩個階段的循環(huán)。機(jī)器從停機(jī)狀態(tài)進(jìn)入運行狀態(tài)，要把第一條指令所在的地址賦給PC，然后就進(jìn)入取指階段。在取指階段從內(nèi)存中讀出的內(nèi)容必為指令，所以DR把它送至IR，然后由指令譯碼器譯碼，就知道此指令要執(zhí)行什么操作，在取指階段結(jié)束后就進(jìn)入執(zhí)行階段。當(dāng)一條指令執(zhí)行完以后，就進(jìn)入到了下一條指令的取指階段，這樣的循環(huán)一直進(jìn)行到程序結(jié)束(遇到停機(jī)指令)。1.6.4簡單程序的編制和執(zhí)行過程處理器的基本性能指標(biāo)字長（Word）處理器每個時間單位處理的二進(jìn)制數(shù)據(jù)位數(shù)（例如一次進(jìn)行運算、傳輸?shù)奈粩?shù)）指示處理器的數(shù)據(jù)處理能力時鐘頻率處理器的處理速度反映處理器的基本時間單位集成度芯片上集成的晶體管數(shù)量表明處理器的生產(chǎn)工藝水平4、8、16、32、64、128Hz、kHz、MHz、GHz2024/1/1456不同的指令，CPU的具體執(zhí)行過程不同。當(dāng)一條指令需要從內(nèi)存或I/O端口取得或存放數(shù)據(jù)時，CPU在執(zhí)行階段，需對指令指定的內(nèi)存單元或I/O端口進(jìn)行讀/寫操作。當(dāng)一條指令取走后:

程序計數(shù)器會被修改成下一條要執(zhí)行指令的地址PC+1，這樣，當(dāng)一條指令執(zhí)行后，又進(jìn)入取指令階段，如此不斷的重復(fù)。特點小結(jié)2024/1/1457例

ADDA,R3；將寄存器A與R3的內(nèi)容相加，結(jié)果存在A中。

指令1在CPU內(nèi)部即可完成CPU總線內(nèi)存標(biāo)志寄存器地址總線AB程序數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB地址譯碼器、、、指令1指令2指令3指令4、、、、、、數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)3、、、指令寄存器數(shù)據(jù)暫存器控制電路指令譯碼器地址寄存器程序計數(shù)器AR2R3R4寄存器組運算器PC2024/1/1458例

LDR2,(20H)；將內(nèi)存中的數(shù)據(jù)2送至CPU的寄存器R2中指令2的執(zhí)行階段包括一個到內(nèi)存取數(shù)(即讀內(nèi)存)的過程。CPU總線內(nèi)存標(biāo)志寄存器地址總線AB程序數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB地址譯碼器、、、指令1指令2指令3指令4、、、、、、數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)3、、、指令寄存器數(shù)據(jù)暫存器控制電路指令譯碼器地址寄存器程序計數(shù)器R1R2R3R4寄存器組運算器PC2024/1/1459例

LD(21H)，R3；將寄存器R3的內(nèi)容送至數(shù)據(jù)3的內(nèi)存單元中指令3的執(zhí)行階段包括一個向內(nèi)存存數(shù)(即寫內(nèi)存)的過程。CPU總線內(nèi)存標(biāo)志寄存器地址總線AB程序數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB地址譯碼器、、、指令1指令2指令3指令4、、、、、、數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)3、、、指令寄存器數(shù)據(jù)暫存器控制電路指令譯碼器地址寄存器指令計數(shù)器R1R2R3R4寄存器組運算器PC1.6.4微型計算機(jī)的工作過程例子：15H+36H=？指令指令機(jī)器碼地址說明MOVA，15H3E15H0000H被加數(shù)放AADDA，36HC636H0002HA與36H相加，結(jié)果放AMOV（20H），A3220H0004HA中內(nèi)容送AHALT76H0006H暫停操作1.6處理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及微機(jī)的工作過程1.6.4微型計算機(jī)的工作過程3EH15HC6H36H32H20H76H地址內(nèi)容00H01H02H03H04H05H06H07H

程序必須事先放在存儲器中，假設(shè)起始地址為00H，，計算機(jī)啟動時，PC被賦值00H，機(jī)器就依次執(zhí)行這段程序。程序的執(zhí)行過程就是取指令，譯碼、和執(zhí)行指令的過程，1.4處理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及微機(jī)的工作過程在程序執(zhí)行時，PC賦以第一條指令的地址00H，然后進(jìn)入第一條指令的取指階段：1、PC指針的內(nèi)容00H送地址寄存器。2、PC的內(nèi)容自動加1，指向下一條指令01H3、地址寄存器AR把地址號00H通過地址總線送地址譯碼器，經(jīng)譯碼后選種存儲器00H單元4、CPU給出讀命令5、所選中單元的內(nèi)容3EH讀至數(shù)據(jù)總線上6、數(shù)據(jù)經(jīng)總線送到數(shù)據(jù)寄存器DR7。因為是取指階段，所以DR將把指令送指令寄存器IR，經(jīng)譯碼發(fā)出執(zhí)行這條指令的控制命令1.4處理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及微機(jī)的工作過程00100000H01110110H01001011H05H20H1、PC指針的內(nèi)容05H送地址寄存器。PC的內(nèi)容自動加1，指向下一條指令06H2、地址寄存器AR把地址號05H通過地址總線送地址譯碼器，經(jīng)譯碼后選種存儲器06H單元3、CPU給出讀命令4、所選中單元的內(nèi)容20H讀至數(shù)據(jù)總線上5、數(shù)據(jù)經(jīng)總線送到數(shù)據(jù)寄存器DR6。得到的地址，暫存在一個寄存器中。7、地址寄存器AR把地址號06H地址譯碼器，經(jīng)譯碼后選中相應(yīng)的單元。8、由指令譯碼可知，已讀出的為存儲單元的地址，且將A的內(nèi)容4BH送至數(shù)據(jù)寄存器。CPU把20H送地址譯碼器，選中單元，4BH就寫進(jìn)20H單元。

1.6.4微型計算機(jī)的工作過程

從上分析可知，執(zhí)行程序就是一個反復(fù)循環(huán)取指令、進(jìn)行譯碼、執(zhí)行指令的過程。注意：在標(biāo)準(zhǔn)的8位微處理器中是按以上介紹循環(huán)來完成的，這樣在每一條指令執(zhí)行完后，CPU必須等待到下一條指令取出后才能執(zhí)行。在16位及以上的CPU中取指令和執(zhí)行指令是可以重疊進(jìn)行的。2024/1/14657.1常用名詞術(shù)語1.位(bit)：一個二進(jìn)制位2.字節(jié)(Byte)：8個二進(jìn)制位，存儲器單元容量3.字(word)和字長：字：計算機(jī)的數(shù)據(jù)傳遞、處理的基本單位，通常與內(nèi)部的寄存器和數(shù)據(jù)總線，運算器相一致。字長：一個字包含的二進(jìn)制位的位數(shù)PC中的通用字：16位，雙字節(jié)4.雙字(DoubleWord)、四字(QuadWord)和雙四字：雙字為32位，即4個字節(jié)數(shù)據(jù)量單位1word（字）=2Byte（字節(jié)）=16bit（位）

1個Byte表示10進(jìn)制的0~255K=210

，M=220，G=230，T=2401.7IA-32結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)類型2024/1/14667.2數(shù)據(jù)的表示位置計數(shù)法數(shù)碼：數(shù)字符號

ai基數(shù)：數(shù)碼的個數(shù)X計數(shù)規(guī)則：逢基數(shù)進(jìn)一權(quán)：由位置所決定的權(quán)重Xi例：數(shù)據(jù)的各種進(jìn)制表示二進(jìn)制、八進(jìn)制、十六進(jìn)制十進(jìn)制1.7IA-32結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)類型2024/1/14677.3數(shù)據(jù)的各種進(jìn)制表示二進(jìn)制：數(shù)碼：0、1特點：二進(jìn)制只有兩種狀態(tài)、容易用電路表示雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、電容、電路通斷等都可表示二進(jìn)制運算規(guī)則簡單，容易用數(shù)字邏輯電路實現(xiàn)二進(jìn)制便于表示邏輯值，進(jìn)行邏輯運算十六進(jìn)制數(shù)碼：0~9、A~F特點：1位十六進(jìn)制數(shù)可以表示4位二進(jìn)制、半個字節(jié)，轉(zhuǎn)換方便八進(jìn)制數(shù)碼：0~71位八進(jìn)制數(shù)可以表示3位二進(jìn)制1.7IA-32結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)類型2024/1/14686.3數(shù)據(jù)的各種進(jìn)制表示進(jìn)制的簡化符號二進(jìn)制B,十六進(jìn)制H,八進(jìn)制Q,十進(jìn)制Dbinaryhexoctaldecimal書寫表達(dá)十進(jìn)制：最高位不能為0十六進(jìn)制：數(shù)據(jù)最高位為字母時必須以0開頭，否則不需要0二進(jìn)制：最高位可以些0數(shù)據(jù)最后添加進(jìn)制符號（十進(jìn)制可以省略）1.7IA-32結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)類型2024/1/14697.3數(shù)制轉(zhuǎn)換基本方法二進(jìn)制十六進(jìn)制四位