微型計(jì)算機(jī)原理第六版

微型計(jì)算機(jī)原理第六版目錄CONTENTS計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述微處理器與中央處理器存儲(chǔ)器與I/O接口指令系統(tǒng)與匯編語(yǔ)言總線(xiàn)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述從電子管計(jì)算機(jī)到現(xiàn)代微型計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)技術(shù)經(jīng)歷了巨大的變革。計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域計(jì)算機(jī)的未來(lái)發(fā)展計(jì)算機(jī)在科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、自動(dòng)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(jìn)步，計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)的發(fā)展與應(yīng)用包括中央處理器、存儲(chǔ)器、輸入輸出設(shè)備等，是計(jì)算機(jī)的物理實(shí)體。硬件系統(tǒng)包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件，是計(jì)算機(jī)的程序和數(shù)據(jù)。軟件系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的核心軟件，負(fù)責(zé)管理硬件和軟件資源，提供用戶(hù)界面。操作系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成計(jì)算機(jī)內(nèi)部采用二進(jìn)制數(shù)制進(jìn)行運(yùn)算和存儲(chǔ)。二進(jìn)制數(shù)制計(jì)算機(jī)通過(guò)執(zhí)行指令來(lái)處理數(shù)據(jù)和完成任務(wù)。指令執(zhí)行計(jì)算機(jī)通過(guò)存儲(chǔ)器訪(fǎng)問(wèn)來(lái)讀寫(xiě)數(shù)據(jù)和程序代碼。存儲(chǔ)器訪(fǎng)問(wèn)計(jì)算機(jī)通過(guò)輸入輸出操作與外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。I/O操作計(jì)算機(jī)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(yùn)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(fù)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(chǔ)部件，通常由多個(gè)寄存器組成。負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)傳輸和控制信號(hào)的傳輸，連接運(yùn)算器、控制器、寄存器組和其他部件。運(yùn)算器控制器寄存器組總線(xiàn)接口用于存儲(chǔ)操作數(shù)和運(yùn)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?？刂萍拇嫫饔糜谔厥夤δ艿募拇嫫鳎缰袛嘞蛄考拇嫫?、段寄存器等。專(zhuān)用寄存器微處理器的寄存器按照程序計(jì)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(yùn)算器和寄存器的操作。響應(yīng)外部事件或異常，保存現(xiàn)場(chǎng)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(chǔ)器與I/O接口主存儲(chǔ)器（內(nèi)存儲(chǔ)器）、輔助存儲(chǔ)器、緩沖存儲(chǔ)器、高速緩存存儲(chǔ)器等。按用途分類(lèi)半導(dǎo)體存儲(chǔ)器、磁表面存儲(chǔ)器、光存儲(chǔ)器等。按存儲(chǔ)介質(zhì)分類(lèi)存儲(chǔ)器的分類(lèi)與特點(diǎn)容量大可以存儲(chǔ)大量的數(shù)據(jù)和程序。讀寫(xiě)速度快比磁盤(pán)和磁帶等輔助存儲(chǔ)器快得多。存儲(chǔ)器的分類(lèi)與特點(diǎn)可靠性高具有錯(cuò)誤檢測(cè)和糾正功能。價(jià)格昂貴相對(duì)于其他存儲(chǔ)器而言，價(jià)格較高。存儲(chǔ)器的分類(lèi)與特點(diǎn)用于存放運(yùn)行中的程序和數(shù)據(jù)，是計(jì)算機(jī)的重要組成部分。具有讀寫(xiě)速度快、容量較小、價(jià)格較貴等特點(diǎn)。常見(jiàn)的內(nèi)存儲(chǔ)器有DRAM、SRAM、ROM等。主存儲(chǔ)器（內(nèi)存儲(chǔ)器）用于存放大量數(shù)據(jù)和程序，其容量比主存儲(chǔ)器大得多，但讀寫(xiě)速度較慢。常見(jiàn)的輔助存儲(chǔ)器有硬盤(pán)、軟盤(pán)、光盤(pán)等。輔助存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器與輔助存儲(chǔ)器將數(shù)據(jù)從主存儲(chǔ)器傳輸?shù)酵獠吭O(shè)備或從外部設(shè)備傳輸?shù)街鞔鎯?chǔ)器，并進(jìn)行必要的格式轉(zhuǎn)換。通過(guò)I/O接口實(shí)現(xiàn)對(duì)外部設(shè)備的控制，如啟動(dòng)設(shè)備、停止設(shè)備等。I/O接口的功能與類(lèi)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(guò)I/O接口實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)設(shè)備的選擇，以便同時(shí)與多個(gè)設(shè)備進(jìn)行通信。I/O接口的功能與類(lèi)型I/O接口的功能與類(lèi)型并行接口數(shù)據(jù)以并行方式傳輸，傳輸速度快，但線(xiàn)路較復(fù)雜。常見(jiàn)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(xiàn)路簡(jiǎn)單，但傳輸速度較慢。常見(jiàn)的串行接口有RS-232等。04指令系統(tǒng)與匯編語(yǔ)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(lèi)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(jiàn)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(yùn)算或操作的結(jié)果存儲(chǔ)到內(nèi)存單元或寄存器中。存儲(chǔ)結(jié)果根據(jù)指令寄存器中的操作碼對(duì)指令進(jìn)行譯碼，確定指令的操作類(lèi)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(hào)，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(duì)操作數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算或操作。執(zhí)行指令0201030405指令的執(zhí)行過(guò)程匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)匯編語(yǔ)言是一種低級(jí)語(yǔ)言，使用助記符表示機(jī)器指令，易于理解和編寫(xiě)。匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)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(shí)。匯編語(yǔ)言實(shí)例以下是一個(gè)簡(jiǎn)單的匯編語(yǔ)言程序示例，用于計(jì)算兩個(gè)整數(shù)的和匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)與實(shí)例```assemblynum1db5section.data匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)與實(shí)例匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)與實(shí)例010203resultdb0section.textnum2db10global_start匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)與實(shí)例匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)與實(shí)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(yǔ)言程序設(shè)計(jì)與實(shí)例05總線(xiàn)與數(shù)據(jù)傳輸VS總線(xiàn)是微型計(jì)算機(jī)中各部件之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊唤M共用信號(hào)線(xiàn)，是微型計(jì)算機(jī)中各部件之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ǖ??？偩€(xiàn)的分類(lèi)根據(jù)傳輸方式，總線(xiàn)可分為單向總線(xiàn)和雙向總線(xiàn)；根據(jù)連接的部件，總線(xiàn)可分為片內(nèi)總線(xiàn)、系統(tǒng)總線(xiàn)和外部總線(xiàn)?？偩€(xiàn)的概念總線(xiàn)的概念與分類(lèi)并行傳輸01并行傳輸是指數(shù)據(jù)各位同時(shí)傳輸，其特點(diǎn)是傳輸速度快，但需要多條數(shù)據(jù)線(xiàn)。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(diǎn)是傳輸速度慢，但只需一條數(shù)據(jù)線(xiàn)。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(gè)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(diǎn)總線(xiàn)位寬總線(xiàn)位寬是指總線(xiàn)上傳輸數(shù)據(jù)的位數(shù)，通常用bit表示。總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)為了規(guī)范總線(xiàn)的性能指標(biāo)和電氣特性，制定了一系列的總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)，如ISA、EISA、PCI、AGP等?？偩€(xiàn)時(shí)鐘頻率總線(xiàn)時(shí)鐘頻率是指總線(xiàn)上時(shí)鐘信號(hào)的頻率，通常用MHz表示?？偩€(xiàn)帶寬總線(xiàn)帶寬是指總線(xiàn)在單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，通常用MB/s表示?？偩€(xiàn)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(lèi)中斷是一種硬件或軟件向CPU發(fā)送的信號(hào)，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(jí)的不同，中斷可以分為高優(yōu)先級(jí)中斷和低優(yōu)先級(jí)中斷。分類(lèi)當(dāng)CPU收到中斷信號(hào)時(shí)，會(huì)保存當(dāng)前任務(wù)的上下文（如程序計(jì)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(huì)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(jí)決定了CPU在接收到多個(gè)中斷信號(hào)時(shí)的處理順序。高優(yōu)先級(jí)的中斷可以打斷低優(yōu)先級(jí)的中斷，但同優(yōu)先級(jí)的中斷按照硬件固定的順序進(jìn)行處理。中斷處理過(guò)程中斷優(yōu)先級(jí)中斷處理的過(guò)程與優(yōu)先級(jí)異常處理方法異常處理通常包括檢測(cè)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(shí)例例如，當(dāng)除數(shù)為0時(shí)，CPU會(huì)觸發(fā)一個(gè)異常，進(jìn)入異常處理程序。在異常處理程序中，CPU會(huì)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(huì)恢復(fù)被除數(shù)和除數(shù)的值，繼續(xù)執(zhí)行除法運(yùn)算。異常處理的方法與實(shí)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(xiàn)、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(shí)現(xiàn)主機(jī)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(xiě)入、傳輸?shù)?。輸入輸出系統(tǒng)的特點(diǎn)輸入輸出系統(tǒng)具有獨(dú)立于主機(jī)的控制方式，可以根據(jù)需要進(jìn)行擴(kuò)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(shí)現(xiàn)主機(jī)與外部設(shè)備之間通信和控制的關(guān)鍵技術(shù)，主要通過(guò)接口電路實(shí)現(xiàn)。接口電路可以對(duì)外部設(shè)備進(jìn)行尋址、狀態(tài)檢測(cè)、數(shù)據(jù)傳輸?shù)炔僮?，?shí)現(xiàn)主機(jī)與外部設(shè)備的協(xié)調(diào)工作。要點(diǎn)一要點(diǎn)二接口技術(shù)的應(yīng)用接口技術(shù)廣泛應(yīng)用于微型計(jì)算機(jī)的各個(gè)領(lǐng)域，如鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、顯示器、打印機(jī)等設(shè)備的連接和控制。通過(guò)接口技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的即插即用和熱插拔功能，方便用戶(hù)的使用和維護(hù)。接口技術(shù)的原理與應(yīng)用鍵盤(pán)是常見(jiàn)的輸入設(shè)備，通過(guò)鍵盤(pán)接口電路與主機(jī)連接。鍵盤(pán)接口電路可以對(duì)鍵盤(pán)進(jìn)行尋址和數(shù)據(jù)傳輸，支持鍵盤(pán)按