《中科大微機(jī)原理》課件

《中科大微機(jī)原理》ppt課件微機(jī)原理概述微機(jī)的基本組成指令系統(tǒng)與匯編語言微機(jī)的中斷技術(shù)微機(jī)的輸入輸出技術(shù)微機(jī)的存儲管理目錄01微機(jī)原理概述總結(jié)詞微機(jī)是一種體積小、功耗低、價(jià)格便宜、易于使用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，具有高速運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理能力。詳細(xì)描述微機(jī)通常采用集成電路技術(shù)，將計(jì)算機(jī)的各個(gè)部件集成在一個(gè)芯片上，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的小型化。由于其體積小、功耗低的特點(diǎn)，微機(jī)廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、智能家居、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域。微機(jī)的定義與特點(diǎn)微機(jī)的發(fā)展經(jīng)歷了多個(gè)階段，從早期的4位機(jī)到8位機(jī)、16位機(jī)，再到32位機(jī)和64位機(jī)，其性能和功能不斷提升?？偨Y(jié)詞微機(jī)的發(fā)展始于上世紀(jì)70年代，最早的微機(jī)是4位機(jī)，主要用于簡單的控制和運(yùn)算。隨著技術(shù)的發(fā)展，8位機(jī)、16位機(jī)相繼出現(xiàn)，微機(jī)的運(yùn)算速度和數(shù)據(jù)處理能力得到大幅提升。進(jìn)入90年代后，32位機(jī)和64位機(jī)成為主流，微機(jī)的性能和功能得到了極大的提升，能夠滿足各種復(fù)雜的應(yīng)用需求。詳細(xì)描述微機(jī)的發(fā)展歷程微機(jī)在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用微機(jī)在現(xiàn)實(shí)生活中有著廣泛的應(yīng)用，如智能家居、工業(yè)自動化、醫(yī)療設(shè)備、航空航天等?？偨Y(jié)詞智能家居是微機(jī)應(yīng)用的一個(gè)重要領(lǐng)域，各種智能家電和家居控制系統(tǒng)都離不開微機(jī)的支持。在工業(yè)自動化領(lǐng)域，微機(jī)被用于控制生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)線，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。在醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域，各種醫(yī)療檢測和監(jiān)護(hù)設(shè)備都離不開微機(jī)的控制。此外，航空航天領(lǐng)域的各種控制系統(tǒng)也需要微機(jī)的支持。詳細(xì)描述02微機(jī)的基本組成03CPU的性能指標(biāo)包括速度、字長、主頻等，這些指標(biāo)直接影響微機(jī)的整體性能。01中央處理器（CPU）是微機(jī)的核心部件，負(fù)責(zé)執(zhí)行指令和處理數(shù)據(jù)。02CPU由運(yùn)算器和控制器組成，運(yùn)算器負(fù)責(zé)進(jìn)行算術(shù)和邏輯運(yùn)算，控制器負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)各個(gè)部件的工作。中央處理器123存儲器是微機(jī)中用于存儲數(shù)據(jù)和程序的部件。存儲器分為內(nèi)存儲器和外存儲器，內(nèi)存儲器包括RAM和ROM，外存儲器包括硬盤、U盤等。存儲器的容量和速度也是影響微機(jī)性能的重要因素。存儲器輸入輸出設(shè)備是微機(jī)中用于輸入和輸出數(shù)據(jù)的部件。常見的輸入設(shè)備包括鍵盤、鼠標(biāo)、攝像頭等，常見的輸出設(shè)備包括顯示器、打印機(jī)等。輸入輸出設(shè)備的性能和兼容性也會影響微機(jī)的整體性能和使用體驗(yàn)。輸入輸出設(shè)備總線分為地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線，分別負(fù)責(zé)地址傳輸、數(shù)據(jù)傳輸和信號控制?？偩€的帶寬和速度也是影響微機(jī)性能的重要因素?？偩€是微機(jī)中各個(gè)部件之間傳輸數(shù)據(jù)和控制信號的通道?？偩€03指令系統(tǒng)與匯編語言指令系統(tǒng)的定義指令系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)硬件能夠直接識別的指令的集合，是計(jì)算機(jī)的基本指令集。指令系統(tǒng)的分類根據(jù)指令的操作性質(zhì)，指令系統(tǒng)可分為數(shù)據(jù)操作指令、控制指令和輸入輸出指令等。指令系統(tǒng)的功能指令系統(tǒng)具有運(yùn)算、控制、存儲等功能，是計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜操作的基礎(chǔ)。指令系統(tǒng)的基本概念指令的類型根據(jù)操作數(shù)的個(gè)數(shù)和性質(zhì)，指令可分為單操作數(shù)指令、雙操作數(shù)指令和無操作數(shù)指令等類型。指令的尋址方式尋址方式指明操作數(shù)的有效地址來源，包括直接尋址、間接尋址、寄存器尋址等。指令的基本格式指令由操作碼和操作數(shù)組成，操作碼指明指令的操作性質(zhì)，操作數(shù)指明參與運(yùn)算的數(shù)據(jù)來源和存放結(jié)果的地址。指令的格式與類型匯編語言的語法規(guī)則匯編語言的程序結(jié)構(gòu)包括程序頭、程序主體和程序尾等部分，其中程序主體由若干個(gè)匯編指令組成。匯編語言的程序結(jié)構(gòu)匯編語言由匯編指令和偽指令組成，匯編指令是計(jì)算機(jī)能夠執(zhí)行的指令，偽指令是用于指示匯編程序如何處理匯編指令的指令。匯編語言的格式匯編語言的語法規(guī)則包括操作碼的書寫規(guī)則、操作數(shù)的書寫規(guī)則、注釋的書寫規(guī)則等。匯編語言的語法規(guī)則04微機(jī)的中斷技術(shù)中斷是一種使CPU暫時(shí)停止正在執(zhí)行的程序，轉(zhuǎn)而去執(zhí)行另一些程序或處理一些事件的技術(shù)。中斷的定義中斷可以由硬件設(shè)備、操作系統(tǒng)或其他程序產(chǎn)生，用來通知CPU需要處理一些重要事件。中斷的來源中斷可以用于實(shí)現(xiàn)多任務(wù)處理、實(shí)時(shí)控制、異常處理等功能，是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中不可或缺的一部分。中斷的作用010203中斷的基本概念當(dāng)某個(gè)事件發(fā)生時(shí)，中斷源向CPU發(fā)送中斷請求信號。中斷請求CPU檢測到中斷請求后，會暫時(shí)停止當(dāng)前正在執(zhí)行的程序，保存現(xiàn)場，轉(zhuǎn)而去執(zhí)行中斷處理程序。中斷響應(yīng)中斷處理程序會對中斷事件進(jìn)行處理，例如讀取數(shù)據(jù)、執(zhí)行計(jì)算等。中斷處理中斷處理完成后，CPU會恢復(fù)被中斷的程序，繼續(xù)執(zhí)行。中斷返回中斷的處理過程中斷的優(yōu)先級與向量表優(yōu)先級每個(gè)中斷源都有自己的優(yōu)先級，當(dāng)多個(gè)中斷同時(shí)發(fā)生時(shí)，CPU會根據(jù)優(yōu)先級的高低來決定先處理哪個(gè)中斷。向量表向量表是存放中斷處理程序地址的表格，CPU通過查找向量表來找到對應(yīng)的中斷處理程序地址，從而執(zhí)行相應(yīng)的中斷處理程序。05微機(jī)的輸入輸出技術(shù)功能接口的主要功能包括數(shù)據(jù)傳輸、地址譯碼、設(shè)備選擇、數(shù)據(jù)緩沖、設(shè)備控制等。組成輸入輸出接口通常由寄存器、譯碼器、緩沖器等組成。接口定義輸入輸出接口是微機(jī)系統(tǒng)中的重要組成部分，它負(fù)責(zé)連接微處理器和外部設(shè)備，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和控制信號的傳遞。輸入輸出接口的基本概念程序控制方式在這種方式下，CPU通過執(zhí)行輸入輸出指令來控制數(shù)據(jù)的傳輸。這種方式的特點(diǎn)是簡單可靠，但效率較低。中斷方式在這種方式下，當(dāng)外部設(shè)備需要與CPU交換數(shù)據(jù)時(shí)，它會向CPU發(fā)送中斷請求，CPU在響應(yīng)中斷后進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。這種方式的特點(diǎn)是效率較高，但需要設(shè)計(jì)合理的中斷處理程序。DMA方式在這種方式下，數(shù)據(jù)傳輸由DMA控制器控制，CPU只需發(fā)送起始地址和傳輸長度即可。這種方式的特點(diǎn)是傳輸速度快，但需要設(shè)計(jì)復(fù)雜的DMA控制器。輸入輸出數(shù)據(jù)的傳輸方式在這種方式下，輸入輸出設(shè)備和內(nèi)存單元分別進(jìn)行編址，訪問輸入輸出設(shè)備需要使用專門的輸入輸出指令。這種方式的特點(diǎn)是簡單直觀，但需要占用一定的內(nèi)存地址空間。獨(dú)立編址方式在這種方式下，輸入輸出設(shè)備和內(nèi)存單元使用同一套地址碼進(jìn)行編址，訪問輸入輸出設(shè)備可以使用與訪問內(nèi)存單元相同的指令。這種方式的特點(diǎn)是方便靈活，但需要設(shè)計(jì)復(fù)雜的指令系統(tǒng)。統(tǒng)一編址方式輸入輸出設(shè)備的編址方式06微機(jī)的存儲管理存儲管理的基本概念用于存儲程序和數(shù)據(jù)的硬件設(shè)備，分為內(nèi)存儲器和外存儲器。存儲器中的最小存儲單位，用于存儲二進(jìn)制數(shù)據(jù)。標(biāo)識存儲單元的二進(jìn)制數(shù)，用于訪問存儲單元中的數(shù)據(jù)。由多個(gè)連續(xù)的存儲單元組成的區(qū)域，用于存儲程序或數(shù)據(jù)。存儲器存儲單元地址碼存儲空間固定分配將內(nèi)存劃分為固定大小的區(qū)域，每個(gè)區(qū)域只能用于一種特定功能。動態(tài)分配根據(jù)程序運(yùn)行時(shí)的需要，動態(tài)地分配和釋放內(nèi)存空間。分段分配將內(nèi)存劃分為多個(gè)段（每個(gè)段大小固定），每個(gè)段用于一種特定功能。實(shí)模式下內(nèi)存的分配方式段式管理將內(nèi)存劃分為多個(gè)段，每個(gè)段大小可變。每