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

微機原理與接口技術(shù)（第3版）2微型計算機系統(tǒng)基礎(chǔ)指令系統(tǒng)微型計算機系統(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)計語言

程序設(shè)計語言：機器語言、匯編語言、高級語言

1.指令系統(tǒng)指令：要計算機執(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CPU能識別的所有指令的集合。2.1指令系統(tǒng)2微型計算機系統(tǒng)基礎(chǔ)2.1.1程序設(shè)計語言2.匯編語言和匯編程序機器指令：二進制指令，由指令操作碼和操作數(shù)組成。機器語言：由機器指令構(gòu)成的編程語言。匯編語言：用約定的符號和數(shù)字按規(guī)定的格式來表示指令。匯編程序：將匯編源程序自動翻譯成機器語言的過程。算法語言（高級語言）：由預(yù)先規(guī)定的基本符號構(gòu)成程序，比較接近數(shù)學(xué)語言，與具體機器無關(guān)，通用性強、便于學(xué)習(xí)和掌握。2.1指令系統(tǒng)2微型計算機系統(tǒng)基礎(chǔ)1.系列計算機：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現(xiàn)的一系列不同型號的機器。2.1.2處理體系結(jié)構(gòu)2微型計算機系統(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)計算機（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)計成本高。

精簡指令集計算機（ReducedInstructionSetComputer，RISC）

去除不常用的復(fù)雜指令，硬件只支持常用的簡單指令。通過減少指令種類、規(guī)范指令格式、簡化尋址方式、存儲器并行處理等方式，大幅度的提高處理器的總性能。2微型計算機系統(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微處理器與微型計算機微處理器(Microprocessor，μP，MP)：將運算器和控制器集成在一起的中央處理器部件。微型計算機(Microcomputer，μC，MC)：以微處理器為核心，配上內(nèi)存儲器、輸入/輸出接口電路及系統(tǒng)總線所組成的計算機。微型計算機系統(tǒng)(MicrocomputerSystem，μCS,MCS)：是指以微型計算機為中心，配以相應(yīng)的外圍設(shè)備、電源、輔助電路以及控制微型計算機工作的系統(tǒng)軟件所構(gòu)成的計算機系統(tǒng)。2.2微型計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2微型計算機系統(tǒng)基礎(chǔ)2微型計算機系統(tǒng)基礎(chǔ)微型計算機系統(tǒng)組成2.2微型計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.2.1微處理器與微型計算機2.2.2微處理器中主要的寄存器2微型計算機系統(tǒng)基礎(chǔ)指令寄存器（InstructionRegister，IR）程序計數(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微型計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2微型計算機系統(tǒng)基礎(chǔ)訪問內(nèi)存示意圖2.2.3微型計算機中的存儲器與地址分配內(nèi)存組織2.2微型計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.2.3微型計算機中的存儲器與地址分配統(tǒng)一編址：將I/O端口和內(nèi)存儲器統(tǒng)一編址獨立編址：內(nèi)存儲器和I/O端口地址空間各自獨立編址

堆棧：堆棧是按后進先出（Last-InFirst-Out，LIFO）原則進行存取的存儲結(jié)構(gòu)2微型計算機系統(tǒng)基礎(chǔ)2.2微型計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.2.4微機系統(tǒng)中采用的先進技術(shù)流水線技術(shù)哈佛結(jié)構(gòu)：將指令和數(shù)據(jù)分別放在兩個獨立存儲器中，每個存儲器獨立編址、獨立訪問Cache技術(shù)虛擬存儲管理技術(shù)多核處理器結(jié)構(gòu)2微型計算機系統(tǒng)基礎(chǔ)2.2微型計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.3.1信息交換方式程序查詢方式中斷控制方式直接存儲器存取控制方式通道方式外圍處理機方式2.3輸入/輸出系統(tǒng)2微型計算機系統(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.中斷處理過程中斷請求

中斷響應(yīng)

①保護斷點

②保護現(xiàn)場

③識別中斷源中斷處理中斷返回2微型計算機系統(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微型計算機系統(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、以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，采用可剪裁軟硬件，能夠滿足應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、實時性、成本、體積功耗等指標(biāo)的嚴(yán)格要求的專用計算機系統(tǒng)，用于對其他設(shè)備的控制、監(jiān)視或管理等功能。2.5嵌入式系統(tǒng)2微型計算機系統(tǒng)基礎(chǔ)嵌入式系統(tǒng)的特點專用性強技術(shù)融合集成度高實時性好資源受限2微型計算機系統(tǒng)基礎(chǔ)2.5嵌入式系統(tǒng)交叉編譯本地編譯：在當(dāng)前編譯平臺下，編譯出來的程序只能放到當(dāng)前平臺下運行。交叉編譯：在當(dāng)前編譯平臺下，編譯出來的程序能夠運行在另一種體系結(jié)構(gòu)的目標(biāo)平臺上，但是該編譯平臺本身卻不能運行。通常將這個編譯平臺成為宿主機，而目標(biāo)平臺稱為目標(biāo)機。例如：在x86平臺上，編寫程序并編譯成