1、计算机,1.3.1 微处理器的组成,1.3 微型计算机系统组成及工作过程,微处理器（CPU）：指由一片或几片大规模集成电路组成的具有运算器和控制器功能的中央处理器部件。 由运算器、控制器和寄存器组构成。,典型8位微处理器结构,1.3.2 微型计算机的组成,一、 微型计算机系统的基本组成,二、 总线结构 总线：连接多个功能部件或多个装置的一组公共信号线 内部总线：CPU内部各功能部件和寄存器之间的连线； 外部总线：连接系统的总线，即连接CPU、存储器和I/O接口的总线，又称为系统总线。 地址总线：用来传送地址信息的信号线。总是从CPU发出的，单向、三态。 数据总线：CPU用来传送数据信息的信号线
2、。双向、三态。 控制总线：用来传送控制信号的一组总线。,单向三态门,低电平将三态门打开,双向三态门,所有连到总线上的设备都必须用三态门隔离。微处理器本身也是通过三态门与外部的总线相连接的。,总线：,存储器可以看作是由许多寄存器电路组成的排列有序的记忆体，每个寄存器都被称为一个存储单元，每个存储器单元可以由若干触发器构成。,三、 存储器,存储单元：存储单元是指存储器中每次存取操作所使用到的触发器集合，也可以理解为存储器中的一个寄存器电路。 存储单元的长度：以字节为单位来描述存储单元的大小。 8个触发器可以存放一个8位（bit）的二进制数据，也称为1个字节的数据（Byte）。,存储器的容量：存储器
3、中有许多存储单元，这些存储单元的数量总和就是存储器的容量，也以字节数量来表示。1024字节210字节1K字节1KB1024KB1MB1024MB1GB,存储单元的地址：每个存储单元的编码就是存储单元的地址。,存储单元中的内容：即存储单元中所存放的一组二进制数据。,对存储器的访问（Access）：所谓对存储器的访问就是对存储单元的操作，这种操作只有两种类型，一种是读操作（数据输出），另外一种操作是写入操作（数据输入）。,一、微型计算机系统基本构成框架及运行规则,1.3.3 微型计算机的工作过程,微型计算机的基本运行规则： Von Neumann规则 取指令 （分析指令） 执行指令,基于Von N
4、eumann规则的计算机系统工作过程,暂存寄存器TR 临时存放第二操作数的寄存器,寄存器 地址寄存器AR（Address Register） 用于存放当前访问的存储单元地址编码,程序计数器PC（Program Counter）用于存放将要取出的指令所在存储单元的地址编码指令寄存器IR（Instruction Register） 用来存放当前即将执行的一条指令,二、简化的微处理器模型运算器 算术逻辑单元ALU 进行四则运算和逻辑运算的部件 累加器A 直接与ALU连接的寄存器，大多数算术和逻辑运算都要通过该寄存器存放操作数。,指令译码器ID（Instruction Decoder） 将指令译码器中
5、的编码转换为控制器输入电平 通用寄存器组 CPU内部的一组通用寄存器，既可以作为缓冲寄存器临时存放数据，也兼具其他相关功能。,控制逻辑阵列PLA的主要作用是发出各种控制信号（时序信号），使计算机所执行的各种操作均按照一定的节拍和顺序来完成，这样计算机内部的逻辑电路动作才能协调有序而不致发生混乱。,存储器存储器可以存放程序代码和数据，其中程序代码存放在连续的存储单元当中。通常在书面表达中存储单元的地址和存储单元中的数据均以十六进制形式表达。,三、简化的微型计算机系统基本工作原理,设一个CPU中的寄存器均为8位二进制数的寄存器，PC和AR均为8位寄存器，可存放8位二进制的地址编码，数据总线宽度均为
6、8位。,假设一段程序由两条指令组成，以汇编语言书写的程序表示如下： 地址(16进制) 指令编码(16进制) 指令助记符 注释 00H 3E07H MOV A， 7 ；A7 02H 040AH ADD A， 10 ；A+10,基于Von Neumann规则的计算机系统工作过程 第一条指令执行过程：1）取指令过程 PC00H,基于Von Neumann规则的计算机系统工作过程 第一条指令执行过程：1）取指令过程 PCAR，AR00H,基于Von Neumann规则的计算机系统工作过程 第一条指令执行过程：1）取指令过程 PC = PC +1，AR00H,基于Von Neumann规则的计算机系统工
7、作过程 第一条指令执行过程：1）取指令过程 AR 地址译码器,基于Von Neumann规则的计算机系统工作过程 第一条指令执行过程：1）取指令过程 地址译码器产生有效电平选通00H存储单元,基于Von Neumann规则的计算机系统工作过程 第一条指令执行过程：1）取指令过程 控制器发出READ信号使00H存储单元数据输出,基于Von Neumann规则的计算机系统工作过程 第一条指令执行过程：1）取指令过程 00H存储单元数据输出到总线,基于Von Neumann规则的计算机系统工作过程 第一条指令执行过程：1）取指令过程 00H存储单元内容进入内部总线,基于Von Neumann规则的计
8、算机系统工作过程 第一条指令执行过程：1）取指令过程 00H存储单元内容进入指令寄存器IR,基于Von Neumann规则的计算机系统工作过程 第一条指令执行过程：1）取指令过程 IR ID,基于Von Neumann规则的计算机系统工作过程 第一条指令执行过程：1）取指令过程 ID译码后输入控制器产生控制信号,基于Von Neumann规则的计算机系统工作过程 第一条指令执行过程：2）执行指令过程 PC01H,基于Von Neumann规则的计算机系统工作过程 第一条指令执行过程：2）执行指令过程 PCAR，AR01H,基于Von Neumann规则的计算机系统工作过程 第一条指令执行过程：
9、2）执行指令过程 PC=PC+1，AR01H,基于Von Neumann规则的计算机系统工作过程 第一条指令执行过程：2）执行指令过程 AR地址译码器,基于Von Neumann规则的计算机系统工作过程 第一条指令执行过程：2）执行指令过程 地址译码器产生有效电平选通01H存储单元,基于Von Neumann规则的计算机系统工作过程 第一条指令执行过程：2）执行指令过程 控制器发出READ信号使01H存储单元数据输出,基于Von Neumann规则的计算机系统工作过程 第一条指令执行过程：2）执行指令过程 01H存储单元数据输出到总线,基于Von Neumann规则的计算机系统工作过程 第一条
10、指令执行过程：2）执行指令过程 01H存储单元内容进入到内部总线,基于Von Neumann规则的计算机系统工作过程 第一条指令执行过程：2）执行指令过程 01H存储单元内容进入累加器A,基于Von Neumann规则的计算机系统工作过程 第二条指令执行过程：1）取指令过程 PC02H,基于Von Neumann规则的计算机系统工作过程 第二条指令执行过程：1）取指令过程 PC-AR ,AR=02H,基于Von Neumann规则的计算机系统工作过程 第二条指令执行过程：1）取指令过程 PCPC+1,AR=02H,基于Von Neumann规则的计算机系统工作过程 第二条指令执行过程：1）取指
11、令过程 AR - 地址译码器,基于Von Neumann规则的计算机系统工作过程 第二条指令执行过程：1）取指令过程 地址译码器产生有效电平选通02H存储单元,基于Von Neumann规则的计算机系统工作过程 第二条指令执行过程：1）取指令过程 控制器发出READ信号使02H存储单元数据输出,基于Von Neumann规则的计算机系统工作过程 第二条指令执行过程：1）取指令过程 02H存储单元数据输出到总线,基于Von Neumann规则的计算机系统工作过程 第二条指令执行过程：1）取指令过程 02H存储单元内容进入到内部总线,基于Von Neumann规则的计算机系统工作过程 第二条指令执
12、行过程：1）取指令过程 02H存储单元内容进入到指令寄存器IR,基于Von Neumann规则的计算机系统工作过程 第二条指令执行过程：1）取指令过程 IR ID,基于Von Neumann规则的计算机系统工作过程 第二条指令执行过程：1）取指令过程 ID译码后输入控制器产生控制信号,基于Von Neumann规则的计算机系统工作过程 第二条指令执行过程：2）执行指令过程 PC03H,基于Von Neumann规则的计算机系统工作过程 第二条指令执行过程：2）执行指令过程 PCAR ，AR=03H,基于Von Neumann规则的计算机系统工作过程 第二条指令执行过程：2）执行指令过程 PCP
13、C+1,AR=03H,基于Von Neumann规则的计算机系统工作过程 第二条指令执行过程：2）执行指令过程 AR 地址译码器,基于Von Neumann规则的计算机系统工作过程 第二条指令执行过程：2）执行指令过程 地址译码器产生有效电平选通03H存储单元,基于Von Neumann规则的计算机系统工作过程 第二条指令执行过程：2）执行指令过程 控制器发出READ信号使03H存储单元数据输出,基于Von Neumann规则的计算机系统工作过程 第二条指令执行过程：2）执行指令过程 03H存储单元数据输出到总线,基于Von Neumann规则的计算机系统工作过程 第二条指令执行过程：2）执行
14、指令过程 03H存储单元内容进入到内部总线,基于Von Neumann规则的计算机系统工作过程 第二条指令执行过程：2）执行指令过程 03H存储单元内容进入暂存器TR,基于Von Neumann规则的计算机系统工作过程 第二条指令执行过程：2）执行指令过程 与TR数据进入ALU作加法运算,基于Von Neumann规则的计算机系统工作过程 第二条指令执行过程：2）执行指令过程 ALU运算结束，结果输出到数据总线,基于Von Neumann规则的计算机系统工作过程 第二条指令执行过程：2）执行指令过程 计算结果在控制器信号作用下进入累加器,基于Von Neumann规则的计算机系统工作过程 继续取下一条指令并执行,
