微机原理----- 微处理器的结构及微型计算机工作原理.ppt

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1、第二章微处理器结构及微型计算机工作原理1微型计算机的基本结构2存储器I/O接口输入设备I/O接口数据总线DB控制总线CB地址总线AB输出设备CPU微机的硬件由CPU、存储器、输入/输出设备构成；输入/输出设备通过输入/输出接口与系统相连；(输入/输出接口简称I/O接口)各部件通过通过三总线AB、DB、CB连接。构成部件构成部件32.1CPU的基本结构与功能中央处理器简称CPU，是计算机系统的核心。主要功能：程序的执行，信息的处理，I/O设备的控制。组成：由运算器（主要为ALU），控制器，寄存器三

2、部分组成。4CPU内部结构图累加器（8位）暂存寄存器（8）标志寄存器多路转换开关指令寄存器锁存器（8）十进制调整通用寄存器阵列地址缓冲器指令译码器加1器/减1器地址锁存器程序计数器PC（16）寄存器选择堆栈指示器SP（16）定时与控制中断I/O存储器.请求写读请求请求等待时钟内部数据总线...WDRIORQMREQWAITRESETALU算术逻辑单元内部数据总线...INTRDMREQWAITRESETA15-A0DB7-DB0数据总线缓冲器/锁存器5一、内部寄存器组1、寄存器：是CPU中的重要

3、组成部分，是CPU内部的临时存储单元。增加寄存器可以提高CPU运行速度。2、存放内容：数据、地址、控制信息、CPU的工作状态信息。3、分类：可分为通用寄存器和专用寄存器两大类。6二、算术逻辑单元（ALU）1、ALU是运算器的主要功能部件，完成二进制补码的定点算术运算，逻辑运算，移位等操作。有的具有浮点运算功能。2、算术逻辑单元和通用寄存器的位数决定了CPU的字长。3、ALU内部没有存储功能，需设暂存器。4、ALU的运算结果影响标志寄存器。7三、控制器微操作控制逻辑部件FlagCPU外部状态时序脉

4、冲发生器脉冲源标志寄存器微操作控制信号ID指令译码器启停操作码地址码地址形成部件程序计数器+1指令控制器的基本结构图81、控制器控制器是指挥与控制整台计算机各功能部件协同工作、自动执行计算机程序的部件。2、基本结构一般由程序计数器、地址形成部件、指令寄存器IR、指令译码器ID、时序部件和控制逻辑电路等组成。（1）指令寄存器IR（InstructionRegister）用于存放当前正在执行的指令代码。（2）程序计数器PC和地址形成部件用于产生和存放下条待取指令的地址。（3）指令译码器ID用于对IR

5、中的指令操作码进行分析解释，产生相应的控制信号，进而与时序脉冲结合产生一系列顺序微操作命令。9（4）时序部件由时钟控制电路、时序脉冲发生器及CPU周期标志器组成。时钟控制电路由时钟脉冲发生器(石英晶体振荡器)和启停控制电路组成。为每条指令按时间顺序执行提供基准信号。石英晶体振荡器产生一定频率的时钟脉冲信号，作为整个机器的时间基准源。主频称为主机振荡频率，它的高低取决于这台计算机的CPU的适应能力。时序脉冲发生器可以是一个循环移位寄存器，在主时钟的作用下产生节拍序列脉冲信号，作为整机工作的时序信号

6、。（5）控制逻辑电路控制逻辑电路用来管理执行每条指令时所产生的一系列基本动作，指挥各部件协同工作，完成指令规定的功能。103、控制器的基本功能及控制过程控制器是指挥和协调整机工作的核心。控制过程是：不断地取指令、分析指令和执行指令。（1）从存储器（主存或高速缓存）取出一条指令，指出下一条指令在存储器的地址；（2）译码分析，产生相应的控制信号，送往各功能部件；（3）控制CPU、主存和输入输出部件之间的数据流向。4、与控制过程有关的几个基本概念（1）主频：称为主机振荡频率，越高，CPU运算速度越快。

7、（2）时钟周期：CPU执行一个位操作的最小时间单位。也是主频的倒数,表示相邻脉冲的时间间隔。11（3）指令周期：计算机取出并执行一条指令所需要的时间。（4）机器周期：将指令周期划分成几个时间段，每个阶段称为一个机器周期。时钟周期≤机器周期≤指令周期（5）微操作：计算机中，一条指令的功能是通过按一定次序执行一系列基本操作完成的，这些基本操作称为微操作。微操作通常只能直接控制一个数据通路门的开或关信号，或者对触发器、寄存器进行同步写入、置位或复位的脉冲信号。（6）微指令：把同时发出的控制信号所执行的

8、一组微操作称为微指令。一条指令可分成若干条微指令。（7）微命令：是组成微指令的微操作，微命令是构成控制信号序列的最小单位。（8）微程序：计算机每条指令的功能都是由微指令序列解释完成的，这些微指令序列的有机集合称作微程序。122.2微机的工作过程计算机的工作原理是：“存储程序”+“程序控制”CPU总线内存标志寄存器地址总线AB程序数据数据总线DB控制总线CB地址译码器、、、指令1指令2指令3指令4、、、、、、数据1数据2数据3、、、指令寄存器数据暂存器控制电路指令译码器地址寄存器指令指针寄存器R1