微型計算機原理第六版

微型計算機原理第六版目錄CONTENTS計算機系統(tǒng)概述微處理器與中央處理器存儲器與I/O接口指令系統(tǒng)與匯編語言總線與數(shù)據(jù)傳輸中斷系統(tǒng)與異常處理輸入輸出系統(tǒng)與接口技術(shù)01計算機系統(tǒng)概述從電子管計算機到現(xiàn)代微型計算機，計算機技術(shù)經(jīng)歷了巨大的變革。計算機的發(fā)展歷程計算機的應(yīng)用領(lǐng)域計算機的未來發(fā)展計算機在科學(xué)計算、數(shù)據(jù)處理、自動控制、人工智能等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。隨著技術(shù)的不斷進步，計算機將朝著更高性能、更智能化、更綠色環(huán)保的方向發(fā)展。030201計算機的發(fā)展與應(yīng)用包括中央處理器、存儲器、輸入輸出設(shè)備等，是計算機的物理實體。硬件系統(tǒng)包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件，是計算機的程序和數(shù)據(jù)。軟件系統(tǒng)是計算機系統(tǒng)的核心軟件，負責(zé)管理硬件和軟件資源，提供用戶界面。操作系統(tǒng)計算機系統(tǒng)的組成計算機內(nèi)部采用二進制數(shù)制進行運算和存儲。二進制數(shù)制計算機通過執(zhí)行指令來處理數(shù)據(jù)和完成任務(wù)。指令執(zhí)行計算機通過存儲器訪問來讀寫數(shù)據(jù)和程序代碼。存儲器訪問計算機通過輸入輸出操作與外部設(shè)備進行數(shù)據(jù)交換。I/O操作計算機的工作原理02微處理器與中央處理器微處理器的結(jié)構(gòu)執(zhí)行算術(shù)和邏輯運算的部件，包括加法器、乘法器等?？刂莆⑻幚砥鞲鞑考f(xié)調(diào)工作的部件，負責(zé)指令的取指、譯碼、執(zhí)行和完成操作。用于暫存數(shù)據(jù)和指令的存儲部件，通常由多個寄存器組成。負責(zé)數(shù)據(jù)傳輸和控制信號的傳輸，連接運算器、控制器、寄存器組和其他部件。運算器控制器寄存器組總線接口用于存儲操作數(shù)和運算結(jié)果的寄存器，如累加器、通用寄存器等。數(shù)據(jù)寄存器用于暫存正在執(zhí)行的指令，以便控制器譯碼并執(zhí)行。指令寄存器用于控制微處理器的操作模式和狀態(tài)，如標(biāo)志寄存器、狀態(tài)寄存器等。控制寄存器用于特殊功能的寄存器，如中斷向量寄存器、段寄存器等。專用寄存器微處理器的寄存器按照程序計數(shù)器的指示，從內(nèi)存中取出指令并執(zhí)行。指令執(zhí)行數(shù)據(jù)傳輸控制操作中斷處理將數(shù)據(jù)從內(nèi)存或其他部件傳輸?shù)郊拇嫫骰驈募拇嫫鱾鬏數(shù)絻?nèi)存。根據(jù)指令和操作數(shù)的不同，控制運算器和寄存器的操作。響應(yīng)外部事件或異常，保存現(xiàn)場并跳轉(zhuǎn)到中斷處理程序執(zhí)行。中央處理器的功能03存儲器與I/O接口主存儲器（內(nèi)存儲器）、輔助存儲器、緩沖存儲器、高速緩存存儲器等。按用途分類半導(dǎo)體存儲器、磁表面存儲器、光存儲器等。按存儲介質(zhì)分類存儲器的分類與特點容量大可以存儲大量的數(shù)據(jù)和程序。讀寫速度快比磁盤和磁帶等輔助存儲器快得多。存儲器的分類與特點可靠性高具有錯誤檢測和糾正功能。價格昂貴相對于其他存儲器而言，價格較高。存儲器的分類與特點用于存放運行中的程序和數(shù)據(jù)，是計算機的重要組成部分。具有讀寫速度快、容量較小、價格較貴等特點。常見的內(nèi)存儲器有DRAM、SRAM、ROM等。主存儲器（內(nèi)存儲器）用于存放大量數(shù)據(jù)和程序，其容量比主存儲器大得多，但讀寫速度較慢。常見的輔助存儲器有硬盤、軟盤、光盤等。輔助存儲器主存儲器與輔助存儲器將數(shù)據(jù)從主存儲器傳輸?shù)酵獠吭O(shè)備或從外部設(shè)備傳輸?shù)街鞔鎯ζ?，并進行必要的格式轉(zhuǎn)換。通過I/O接口實現(xiàn)對外部設(shè)備的控制，如啟動設(shè)備、停止設(shè)備等。I/O接口的功能與類型控制設(shè)備操作數(shù)據(jù)緩沖和轉(zhuǎn)換設(shè)備選擇：通過I/O接口實現(xiàn)對多個設(shè)備的選擇，以便同時與多個設(shè)備進行通信。I/O接口的功能與類型I/O接口的功能與類型并行接口數(shù)據(jù)以并行方式傳輸，傳輸速度快，但線路較復(fù)雜。常見的并行接口有IEEE-1284等。串行接口數(shù)據(jù)以串行方式傳輸，線路簡單，但傳輸速度較慢。常見的串行接口有RS-232等。04指令系統(tǒng)與匯編語言指令的格式包括操作碼和地址碼兩部分，操作碼表示指令的操作類型，地址碼表示操作數(shù)或操作數(shù)的地址。指令格式尋址方式是指確定操作數(shù)所在內(nèi)存單元地址的方法。常見的尋址方式有立即尋址、寄存器尋址、內(nèi)存直接尋址、間接尋址、基址尋址和變址尋址等。尋址方式指令的格式與尋址方式從內(nèi)存單元中取出指令并存放到CPU的指令寄存器中。取指令將運算或操作的結(jié)果存儲到內(nèi)存單元或寄存器中。存儲結(jié)果根據(jù)指令寄存器中的操作碼對指令進行譯碼，確定指令的操作類型和操作數(shù)所在內(nèi)存單元的地址。指令譯碼根據(jù)指令中給出的地址或寄存器號，從內(nèi)存單元或寄存器中取出操作數(shù)。取操作數(shù)根據(jù)指令的操作碼對操作數(shù)進行相應(yīng)的運算或操作。執(zhí)行指令0201030405指令的執(zhí)行過程匯編語言程序設(shè)計匯編語言是一種低級語言，使用助記符表示機器指令，易于理解和編寫。匯編語言程序設(shè)計需要了解指令系統(tǒng)、尋址方式和寄存器使用等方面的知識。匯編語言實例以下是一個簡單的匯編語言程序示例，用于計算兩個整數(shù)的和匯編語言程序設(shè)計與實例```assemblynum1db5section.data匯編語言程序設(shè)計與實例匯編語言程序設(shè)計與實例010203resultdb0section.textnum2db10global_start匯編語言程序設(shè)計與實例匯編語言程序設(shè)計與實例01_start02moval,[num1];將num1的值存入寄存器al中addal,[num2];將num2的值加到寄存器al中03mov[result],al;將寄存器al中的值存入result變量中```匯編語言程序設(shè)計與實例05總線與數(shù)據(jù)傳輸VS總線是微型計算機中各部件之間進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊唤M共用信號線，是微型計算機中各部件之間進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ǖ?。總線的分類根據(jù)傳輸方式，總線可分為單向總線和雙向總線；根據(jù)連接的部件，總線可分為片內(nèi)總線、系統(tǒng)總線和外部總線?？偩€的概念總線的概念與分類并行傳輸01并行傳輸是指數(shù)據(jù)各位同時傳輸，其特點是傳輸速度快，但需要多條數(shù)據(jù)線。串行傳輸02串行傳輸是指數(shù)據(jù)一位一位地順序傳輸，其特點是傳輸速度慢，但只需一條數(shù)據(jù)線。直接數(shù)據(jù)傳送和間接數(shù)據(jù)傳送03直接數(shù)據(jù)傳送是指數(shù)據(jù)從源地址直接傳送到目標(biāo)地址，間接數(shù)據(jù)傳送是指數(shù)據(jù)先傳送到一個中間地址，然后再由中間地址傳送到目標(biāo)地址。數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞脚c特點總線位寬總線位寬是指總線上傳輸數(shù)據(jù)的位數(shù)，通常用bit表示?？偩€標(biāo)準(zhǔn)為了規(guī)范總線的性能指標(biāo)和電氣特性，制定了一系列的總線標(biāo)準(zhǔn)，如ISA、EISA、PCI、AGP等?？偩€時鐘頻率總線時鐘頻率是指總線上時鐘信號的頻率，通常用MHz表示。總線帶寬總線帶寬是指總線在單位時間內(nèi)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，通常用MB/s表示?？偩€的性能指標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)06中斷系統(tǒng)與異常處理中斷的概念與分類中斷是一種硬件或軟件向CPU發(fā)送的信號，要求CPU暫停當(dāng)前任務(wù)，轉(zhuǎn)而執(zhí)行其他任務(wù)。概念根據(jù)中斷源的不同，中斷可以分為外部中斷和內(nèi)部中斷；根據(jù)優(yōu)先級的不同，中斷可以分為高優(yōu)先級中斷和低優(yōu)先級中斷。分類當(dāng)CPU收到中斷信號時，會保存當(dāng)前任務(wù)的上下文（如程序計數(shù)器和寄存器值），轉(zhuǎn)而執(zhí)行相應(yīng)的中斷處理程序。在中斷處理程序執(zhí)行完畢后，CPU會恢復(fù)被中斷任務(wù)的上下文，繼續(xù)執(zhí)行。中斷優(yōu)先級決定了CPU在接收到多個中斷信號時的處理順序。高優(yōu)先級的中斷可以打斷低優(yōu)先級的中斷，但同優(yōu)先級的中斷按照硬件固定的順序進行處理。中斷處理過程中斷優(yōu)先級中斷處理的過程與優(yōu)先級異常處理方法異常處理通常包括檢測異常、保存上下文、轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應(yīng)的異常處理程序、恢復(fù)上下文和返回。實例例如，當(dāng)除數(shù)為0時，CPU會觸發(fā)一個異常，進入異常處理程序。在異常處理程序中，CPU會保存被除數(shù)和除數(shù)的值，然后轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應(yīng)的除零異常處理程序。在處理完畢后，CPU會恢復(fù)被除數(shù)和除數(shù)的值，繼續(xù)執(zhí)行除法運算。異常處理的方法與實例07輸入輸出系統(tǒng)與接口技術(shù)

輸入輸出系統(tǒng)的組成與功能輸入輸出系統(tǒng)的組成輸入輸出系統(tǒng)主要由輸入輸出接口、輸入輸出數(shù)據(jù)總線、輸入輸出控制器等組成。輸入輸出系統(tǒng)的功能輸入輸出系統(tǒng)的主要功能是實現(xiàn)主機與外部設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸和控制，支持各種輸入輸出操作，如數(shù)據(jù)讀取、寫入、傳輸?shù)?。輸入輸出系統(tǒng)的特點輸入輸出系統(tǒng)具有獨立于主機的控制方式，可以根據(jù)需要進行擴展和配置，支持多種外部設(shè)備的連接和控制。接口技術(shù)的原理接口技術(shù)是實現(xiàn)主機與外部設(shè)備之間通信和控制的關(guān)鍵技術(shù)，主要通過接口電路實現(xiàn)。接口電路可以對外部設(shè)備進行尋址、狀態(tài)檢測、數(shù)據(jù)傳輸?shù)炔僮?，實現(xiàn)主機與外部設(shè)備的協(xié)調(diào)工作。要點一要點二接口技術(shù)的應(yīng)用接口技術(shù)廣泛應(yīng)用于微型計算機的各個領(lǐng)域，如鍵盤、鼠標(biāo)、顯示器、打印機等設(shè)備的連接和控制。通過接口技術(shù)，可以實現(xiàn)設(shè)備的即插即用和熱插拔功能，方便用戶的使用和維護。接口技術(shù)的原理與應(yīng)用鍵盤是常見的輸入設(shè)備，通過鍵盤接口電路與主機連接。鍵盤接口電路可以對鍵盤進行尋址和數(shù)據(jù)傳輸，支持鍵盤按