02微型計算機結(jié)構(gòu)教學教案

0.2微型計算機結(jié)構(gòu)1

微型計算機功能部件2

微型計算機結(jié)構(gòu)特點3

微型計算機軟件介紹微型計算機結(jié)構(gòu)和工作原理1

微型計算機功能部件1

微型計算機功能部件1-1

中央處理器

CPU1．算術(shù)邏輯單元ALU

運算器的核心部件，執(zhí)行算術(shù)運算、邏輯運算、移位、比較等各種數(shù)據(jù)處理的操作。CPU—微型計算機的核心部件CPU由運算器、控制器組成。(一)

運算器運算器進行數(shù)據(jù)分析、計算和處理。

(二)控制器1.指令部件：讀取程序指令、指令譯碼、修改程序指針。1）程序計數(shù)器

PC：存放當前指令地址。CPU執(zhí)行程序時，先按PC給出的地址到存儲器取一條指令，PC自動加1。CPU執(zhí)行完一條指令，再到存儲器取下一條指令，…。2)指令寄存器IR：暫存當前指令。指令操作碼送指令譯碼器。3)指令譯碼器ID：將每條指令譯碼變成控制電平。處理程序指令，并協(xié)調(diào)各邏輯部件按一定時序工作。(二)控制器2.時序部件

時鐘和內(nèi)部分頻電路。時鐘信號經(jīng)過分頻，與指令譯碼信號組合，形成一定節(jié)拍的時序信號，控制各邏輯部件協(xié)調(diào)工作。1)PC給出當前指令的存儲地址。PC=程序存儲器地址

程序代碼0000H

指令代碼10001H

指令代碼20002H

指令代碼3…

N

指令代碼nPC=PC=2)CPU到存儲器取指令，PC自動加13)指令譯碼器對指令譯碼，

CPU執(zhí)行指令。4)CPU到存儲器取指令，PC=PC+1。5)CPU執(zhí)行下一條指令，…

指令代碼i

指令代碼i指令寄存器CPU執(zhí)行程序的簡要過程：

1-2

存儲器與讀寫操作位b(bit)：一個二進制位，信息最小單位。字節(jié)B(Byte)：8位為一個字節(jié)。字長W(WordLength)：一個字包含的二進制位數(shù)。(一)存儲器基本信息單位(二)存儲器結(jié)構(gòu)存儲器功能：存放程序和數(shù)據(jù)等信息。存儲內(nèi)容：程序或數(shù)據(jù)的二進制代碼。存儲地址：存儲器每個單元的位置編號存儲器容量：指存儲單元的多少。 如存儲器容量為1KB=1024×8位。1KB存儲器地址

存儲內(nèi)容

010011010101101011…102310100111(三)存儲器讀寫操作存儲器讀：將信息從存儲器中讀入CPU。存儲器寫：將信息從CPU寫到存儲器中。1KB存儲器地址

存儲內(nèi)容

010011010101101011…102310100111

CPU

地址內(nèi)容讀寫控制存儲器的讀寫操作：2.發(fā)出讀寫控制時序信號，對選定單元進行讀或?qū)憽?/p>

1.CPU先送出一個確定的單元地址給存儲器(四)半導體存儲器RAM：隨機讀寫存儲器。 能方便讀出和改寫信息，但失電后信息將不復存在。RAM常用作數(shù)據(jù)存儲器，暫存各種現(xiàn)場數(shù)據(jù)、運算結(jié)果和正在調(diào)試的程序。ROM：只讀存儲器。

工作時從ROM中讀出信息，不能隨意改寫。斷電后信息不會丟失。ROM常用作程序存儲器，存放已調(diào)試好的固定程序和常數(shù)。程序存儲器：存放程序指令代碼。 每個指令周期CPU自動對程序存儲器讀操作。數(shù)據(jù)存儲器：存放待處理數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)存儲器讀寫操作發(fā)生在CPU執(zhí)行程序的過程中。1-3

I/O接口

I/O接口是聯(lián)系微型計算機與外部設備的橋梁。每一臺外部設備必須通過I/O接口與計算機連接。

微型計算機有多種功能I/O接口：

PIO：并行I/O接口。

SIO：串行I/O接口。

CTC：定時計數(shù)器。

ADC、DAC：A/D、D/A轉(zhuǎn)換器。 INT：中斷輸入口。2微型計算機結(jié)構(gòu)特點微型計算機由大規(guī)模集成電路組成，微型機應用系統(tǒng)一般也采用特定功能的大規(guī)模集成電路器件和組件。總線(Bus)：微型計算機各功能部件的連接線，各功能部件之間的公共信息通道。

總線寬度：總線上能并行傳送的二進制位數(shù)。內(nèi)部總線：CPU或單片機芯片內(nèi)部各邏輯部件之間的信息傳輸線。通常為單總線結(jié)構(gòu)。外部總線：指微型機各功能芯片之間的信息傳輸線。CPU或單片機芯片應用系統(tǒng)的主要外部引線。系統(tǒng)總線：微機系統(tǒng)各邏輯功能板卡之間的信息傳輸線。通常為統(tǒng)一標準總線。2 微型計算機的結(jié)構(gòu)特點2-1

微型機的總線結(jié)構(gòu) 微型計算機總線的主要信號線：(二)數(shù)據(jù)總線DB雙向三態(tài)。傳送程序和數(shù)據(jù)的二進制代碼。數(shù)據(jù)總線寬度一般與微型機的字長相同。(一)地址總線AB單向三態(tài)。傳送存儲器和I/O接口的地址信息。地址總線寬度決定計算機尋址空間(最大尋址)。1KB存儲器地址

存儲內(nèi)容

010011010101101011…102310100111

CPU

地址內(nèi)容讀寫控制MCS-51有16根地址總線，尋址空間216=64K=65536(三)控制總線CB

單向三態(tài)。傳送各種控制脈沖、聯(lián)絡、狀態(tài)電平等信號，使存儲器、I/O接口等部件協(xié)調(diào)工作。

控制總線的根數(shù)根據(jù)微型計算機控制功能的需要而定。1KB存儲器地址

存儲內(nèi)容

010011010101101011…102310100111

CPU

地址內(nèi)容讀寫控制0.3微處理器與外設之間數(shù)據(jù)傳送的三種方式①查詢結(jié)構(gòu)簡單，但信息交換速度慢，CPU效率低通常用來實現(xiàn)CPU與低速外設間的信息交換②中斷 當CPU需要輸入輸出時，若外設已準備好，CPU就暫停原執(zhí)行的程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行輸入輸出任務，完成后，再繼續(xù)執(zhí)行原來的程序 中斷方式適用于隨機出現(xiàn)的服務（如：鍵盤、打印機）③DMA

信息交換時，由DMA控制器控制總線直接在主存儲器和外設之間進行數(shù)據(jù)交換。

DMA利用中斷申請歸還總線使用權(quán)

DMA方式適用于高速成組的數(shù)據(jù)交換3微型計算機軟件（二）匯編語言

與機器語言指令一一對應的英文單詞縮寫，稱為指令助記符。匯編語言編寫的程序稱為匯編語言程序。MCS-51兩個寄存器相加匯編語言指令：ADDA，R0

（三）高級語言

語句和語法接近人們習慣的表達方式。高級語言編寫的程序稱為高級語言源程序。（一）機器語言

指令的二進制代碼，又稱指令代碼。機器語言指令組成的程序稱目標程序。MCS-51兩個寄存器相加的機器語言指令001010003-1計算機語言不同計算機語言的應用

源程序通過編譯得到機器能執(zhí)