《微機(jī)原理與接口技術(shù)》第3版 課件 02 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)

微機(jī)原理與接口技術(shù)（第3版）2微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)指令系統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)輸入/輸出系統(tǒng)微處理器的發(fā)展嵌入式系統(tǒng)微處理器的發(fā)展2.1.1程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言

程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言：機(jī)器語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言、高級(jí)語(yǔ)言

1.指令系統(tǒng)指令：要計(jì)算機(jī)執(zhí)行某種操作的命令。

程序：是一組指令的有序集合。指令系統(tǒng)：一臺(tái)CPU能識(shí)別的所有指令的集合。2.1指令系統(tǒng)2微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)2.1.1程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言2.匯編語(yǔ)言和匯編程序機(jī)器指令：二進(jìn)制指令，由指令操作碼和操作數(shù)組成。機(jī)器語(yǔ)言：由機(jī)器指令構(gòu)成的編程語(yǔ)言。匯編語(yǔ)言：用約定的符號(hào)和數(shù)字按規(guī)定的格式來(lái)表示指令。匯編程序：將匯編源程序自動(dòng)翻譯成機(jī)器語(yǔ)言的過(guò)程。算法語(yǔ)言（高級(jí)語(yǔ)言）：由預(yù)先規(guī)定的基本符號(hào)構(gòu)成程序，比較接近數(shù)學(xué)語(yǔ)言，與具體機(jī)器無(wú)關(guān)，通用性強(qiáng)、便于學(xué)習(xí)和掌握。2.1指令系統(tǒng)2微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)1.系列計(jì)算機(jī)：具有相同的基本指令系統(tǒng)和基本體系結(jié)構(gòu)，但具有不同組成和實(shí)現(xiàn)的一系列不同型號(hào)的機(jī)器。2.1.2處理體系結(jié)構(gòu)2微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)2.1指令系統(tǒng)x86系列IBM-360曙光，神威，銀河......2.CISC和RISC

復(fù)雜指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)（ComplexInstuctionSetComputer）

有龐大的指令系統(tǒng)、較多的尋址方式、復(fù)雜的指令格式，CPU結(jié)構(gòu)復(fù)

雜、設(shè)計(jì)成本高。

精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)（ReducedInstructionSetComputer，RISC）

去除不常用的復(fù)雜指令，硬件只支持常用的簡(jiǎn)單指令。通過(guò)減少指令種類(lèi)、規(guī)范指令格式、簡(jiǎn)化尋址方式、存儲(chǔ)器并行處理等方式，大幅度的提高處理器的總性能。2微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)2.1.2處理體系結(jié)構(gòu)2.1指令系統(tǒng)2.2.1微處理器與微型計(jì)算機(jī)微處理器(Microprocessor，μP，MP)：將運(yùn)算器和控制器集成在一起的中央處理器部件。微型計(jì)算機(jī)(Microcomputer，μC，MC)：以微處理器為核心，配上內(nèi)存儲(chǔ)器、輸入/輸出接口電路及系統(tǒng)總線(xiàn)所組成的計(jì)算機(jī)。微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(MicrocomputerSystem，μCS,MCS)：是指以微型計(jì)算機(jī)為中心，配以相應(yīng)的外圍設(shè)備、電源、輔助電路以及控制微型計(jì)算機(jī)工作的系統(tǒng)軟件所構(gòu)成的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。2.2微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)2微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成2.2微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.2.1微處理器與微型計(jì)算機(jī)2.2.2微處理器中主要的寄存器2微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)指令寄存器（InstructionRegister，IR）程序計(jì)數(shù)器（ProgramCounter，PC）地址寄存器（AddressRegister，AR）數(shù)據(jù)寄存器（DataRegister，DR）通用寄存器（R0～Rn）程序狀態(tài)字寄存器（ProgramStatusWord，PSW）2.2微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)存示意圖2.2.3微型計(jì)算機(jī)中的存儲(chǔ)器與地址分配內(nèi)存組織2.2微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.2.3微型計(jì)算機(jī)中的存儲(chǔ)器與地址分配統(tǒng)一編址：將I/O端口和內(nèi)存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址獨(dú)立編址：內(nèi)存儲(chǔ)器和I/O端口地址空間各自獨(dú)立編址

堆棧：堆棧是按后進(jìn)先出（Last-InFirst-Out，LIFO）原則進(jìn)行存取的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)2微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)2.2微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.2.4微機(jī)系統(tǒng)中采用的先進(jìn)技術(shù)流水線(xiàn)技術(shù)哈佛結(jié)構(gòu)：將指令和數(shù)據(jù)分別放在兩個(gè)獨(dú)立存儲(chǔ)器中，每個(gè)存儲(chǔ)器獨(dú)立編址、獨(dú)立訪(fǎng)問(wèn)Cache技術(shù)虛擬存儲(chǔ)管理技術(shù)多核處理器結(jié)構(gòu)2微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)2.2微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.3.1信息交換方式程序查詢(xún)方式中斷控制方式直接存儲(chǔ)器存取控制方式通道方式外圍處理機(jī)方式2.3輸入/輸出系統(tǒng)2微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)2.3.2程序中斷方式1.中斷的基本思想2.中斷源3.中斷處理過(guò)程中斷請(qǐng)求

中斷響應(yīng)

①保護(hù)斷點(diǎn)

②保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)

③識(shí)別中斷源中斷處理中斷返回2微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)2.3輸入/輸出系統(tǒng)2.4.1Intel微處理器早期微處理器(1971—1973年)8位微處理器(1973—1978年)16位微處理器(1978—1983年)IA32架構(gòu)微處理器(1983—1993年)IA64位微處理器其他微處理器：除了Intel公司，還有其他一些優(yōu)秀的微處理器制造商，如Motorola、Zilog、AMD等公司2.4微處理器的發(fā)展2微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)嵌入式系統(tǒng)的定義嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，采用可剪裁軟硬件，能夠滿(mǎn)足應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、實(shí)時(shí)性、成本、體積功耗等指標(biāo)的嚴(yán)格要求的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，用于對(duì)其他設(shè)備的控制、監(jiān)視或管理等功能。2.5嵌入式系統(tǒng)2微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)專(zhuān)用性強(qiáng)技術(shù)融合集成度高實(shí)時(shí)性好資源受限2微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)2.5嵌入式系統(tǒng)交叉編譯本地編譯：在當(dāng)前編譯平臺(tái)下，編譯出來(lái)的程序只能放到當(dāng)前平臺(tái)下運(yùn)行。交叉編譯：在當(dāng)前編譯平臺(tái)下，編譯出來(lái)的程序能夠運(yùn)行在另一種體系結(jié)構(gòu)的目標(biāo)平臺(tái)上，但是該編譯平臺(tái)本身卻不能運(yùn)行。通常將這個(gè)編譯平臺(tái)成為宿主機(jī)，而目標(biāo)平臺(tái)稱(chēng)為目標(biāo)機(jī)。例如：在x86平臺(tái)上，編寫(xiě)程序并編譯成