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微机原理第一章-微型计算机概述

课程介绍 微机 原理 及 接口 技术 课程定位 硬件系列课程之一 计算机组成原理 微机原理及接口技术 计算机体系结构 1.1.1 世界第一台计算机的诞生与冯·诺伊曼计算机结构 第一代计算机：电子管时代 第二代计算机：晶体管时代 第三代计算机：中、小规模集成电路 第四代计算机：大规模集成电路 精简指令集计算机(Reduced Instruction Set Computer，RISC)。微型计算机(Microcomputer)也 是在第四代计算机时代产生的。 第五代计算机：超大规模集成电路 英特尔微处理器芯片 微处理器 主存储器 总线 I/O接口和I/O设备 各部件之间通过地址总线(Address Bus，AB)，数据总线(Data Bus，DB)和控制总线(Control Bus，CB)相互连接与通信。通常将这三组总线统称为系统总线(System Bus)。 ◆ 微处理器 (详见1.2.2节) 微处理器也称微处理机，是整个微型计算机的中央处理部件，由运算器和控制器组成，用来执行程序指令，完成各种运算和控制功能。 ◆ 主存储器 存储器是微机的存储和记忆装置，用来存放数据和程序。 根据存储器和CPU的关系，存储器可分为主存储器(简称主 存，又称内存)和辅助存储器(简称辅存，又称外存)。 主存储器是CPU可以直接对它进行读出或写入(也称访 问)的存储器，用来存放当前正在使用或经常要使用的程序 和数据；它的容量较小，速度较快，但价格较高。外存用来 存放相对来说不经常使用的程序和数据，在需要时与内存进 行成批的数据交换，CPU不能直接对外存进行访问。外存的 特点是存储容量大，价格较低，但存取速度较慢。 按读、写能力，它又分为只读存储器(Read Only Memory，ROM)和随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)两大类。 主存储器通常由存储体和有关的控制逻辑电路组成。 存储体被划分为若干个存储单元，每个单元存放一 串二进制信息，也称存储单元的内容。为了便于存取， 每个存储单元有一个对应的编号，称为存储单元的地址。 存储体中存放着程序和数据信息。 为了对存储器进行读/写操作，控制器除了要给出地 址外，还要给出启动读、写操作的控制信号。 ◆ 总线 ☆ 数据总线(DB) ◆ I/O接口和I/O设备 I/O接口是微机与I/O设备之间的桥梁，是数据进 出微机的通道，也是微机与I/O设备协同工作的协调者。 I/O设备是指那些为微机提供数据或信息的输入 设备(如扫描仪、键盘、鼠标等)和那些接收从微机 中输出的信息或数据的输出设备(如打印机、显示器 等)。 CPU是微型计算机的核心部件，主要包 括运算器、控制器、寄存器阵列、内部总线。 ◆ 运算器 实现算术运算和逻辑运算功能。 它以算术逻辑部件(Arithmetic Logic Unit，ALU)为核心，再加上累加器A (Accumulator)、程序状态标志寄存器FLAGS(Flag Register)及暂存器等。 ◆ 控制器 控制器是指挥和控制计算机各部件协调动作的功能部件， 发出控制信号，实现控制指令执行的功能。 它从存储器中逐条取出指令，翻译指令代码，并产生各种 控制信号指挥整个计算机有条不紊地工作，一步一步地完成指 令序列所规定的任务。 控制器主要由定时控制逻辑电路、指令寄存器IR (Instruction Register)、指令译码器ID (Instruction Decoder)组成。 IR存放当前正在执行的指令代码；ID对指令代码进行分 析、译码，根据指令译码的结果，输出相应的控制信号；定时 控制逻辑电路产生出各种操作电位、不同节拍的信号、时序脉 冲等执行此条命令所需的全部控制信号。 ◆ 控制器(续) 为了让各种操作能按照一定的时间关系有序地进行，计算 机内设有一套时序信号，给出时间标志。计算机的各个功能部 件按照统一的时钟或节拍信号，一个节拍一个节拍地快速而有 秩序地完成各种操作任务。 通常将一条指令的整个执行时间定义为一个指令周期 (Instruction Cycle)；每个指令周期再划分为几个机器周期 (Machine Cycle)；每个机器周期又分为几个时钟周期。时钟 周期是机器操作的最小时间单位，它由机器的主频来决定。 ◆ 寄存器阵列 用来存放参加运算的数据、中间结果、地址等。 寄存器阵列实际上相当于微处理器内部的存储 器，包括一组通用寄存器和专用寄存器