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1、微型计算机系统的总线结构第1页，本讲稿共13页2总线通常有以下三种：总线通常有以下三种：内部总线内部总线：指微处理器内部各部件之间传送信：指微处理器内部各部件之间传送信息的通路，用来连接息的通路，用来连接CPUCPU内部的各逻辑部件。内部的各逻辑部件。系统总线系统总线：又称外部总线。用于连接微型计算：又称外部总线。用于连接微型计算机内的机内的CPUCPU、存贮器及、存贮器及I/OI/O接口电路。接口电路。通信总线通信总线：用于各微型计算机系统之间或微型：用于各微型计算机系统之间或微型计机系统与其它系统之间的通信。计机系统与其它系统之间的通信。通常所说的总线是指系统总线。通常所说的总线是指系统总
2、线。总线总线(BUS)(BUS)是指连接计算机各部件或计算机是指连接计算机各部件或计算机之间的一束公共信息线，是计算机系统中传送信息之间的一束公共信息线，是计算机系统中传送信息的公共途径。的公共途径。第2页，本讲稿共13页3鼠标器鼠标器键盘键盘显示器显示器调制解调器调制解调器打印机打印机显示卡显示卡并口并口串口串口键盘接口键盘接口软驱软驱光驱光驱主板主板(CPU(CPU、芯片组、芯片组、BIOSBIOS、RAM RAM 等等)硬驱硬驱接口接口光驱光驱接口接口 软驱接口软驱接口硬盘硬盘电电源源主机箱主机箱总线插槽总线插槽 PC PC 机的硬件组成框图机的硬件组成框图第3页，本讲稿共13页4 微型
3、计算机的基本结构就是微型计算机的基本结构就是以系统总线为连接以系统总线为连接的结构的结构，简称，简称总线结构总线结构。第4页，本讲稿共13页5 系统总线系统总线分为地址总线分为地址总线AB(Address Bus)AB(Address Bus)、数据总线、数据总线DB(Data Bus)DB(Data Bus)和控制总线和控制总线CB(Control Bus)CB(Control Bus)三种。三种。第5页，本讲稿共13页6 地址总线的宽度地址总线的宽度(根数根数)决定了决定了CPU可直接寻址可直接寻址的内存容量的内存容量。当地址总线的宽度为。当地址总线的宽度为N N时，其直接寻时，其直接寻址
4、的内存容量为址的内存容量为 2 2N N。如。如8086 8086 的地址总线有的地址总线有20 根根（位），则它直位），则它直 接寻址的内存容量为接寻址的内存容量为2 22020=1 MB=1 MB。386386、486486的地址总线为的地址总线为32 32 根，则它可直接寻址的根，则它可直接寻址的内存容量为内存容量为2 23232=4GB=4GB。地址总线地址总线一般是单向的一般是单向的。地址总线地址总线 用于从用于从CPUCPU输出一组地址信息，以输出一组地址信息，以指明指明CPUCPU所要找的某个外界部件所要找的某个外界部件(存贮器或外部设备存贮器或外部设备)的地的地址。址。第6页，
5、本讲稿共13页7数据总线数据总线 用来传送数据。用来传送数据。数据总线的宽度决定数据总线的宽度决定了一次最多可传送的数据位数。数据总线是双向的。了一次最多可传送的数据位数。数据总线是双向的。控制总线控制总线 用于传送控制信号和状态信号，使各部用于传送控制信号和状态信号，使各部件能协调动作。件能协调动作。第7页，本讲稿共13页81.3.2 1.3.2 系统运行过程的名词概念系统运行过程的名词概念 数据从存贮器或数据从存贮器或 I/OI/O接口电路送往接口电路送往CPUCPU称为称为CPUCPU读数读数或或取数取数。读是非破坏性的读是非破坏性的。数据从数据从CPUCPU送往存贮器或送往存贮器或I/
6、OI/O接口电路称为接口电路称为CPUCPU写数写数或或存数存数。读（取）写（存）数据的过程又统称为读（取）写（存）数据的过程又统称为访问访问。存贮器分为内存与外存。存贮器分为内存与外存。CPUCPU不直接与外存打不直接与外存打交道交道。一、一、读读/写数写数 第8页，本讲稿共13页9 CPU CPU把一条指令分解成若干个步骤完成。把一条指令分解成若干个步骤完成。取指取指 控制器发出指令地址及控制信号，将需要执行的那条控制器发出指令地址及控制信号，将需要执行的那条指令从存储器取出送到控制器，这一过程称为指令从存储器取出送到控制器，这一过程称为“取指取指”。一条指令取走后，指令指针寄存器。一条指
7、令取走后，指令指针寄存器IPIP自动加自动加1,1,被被修改成下一条要读取的指令的地址。修改成下一条要读取的指令的地址。译码译码 控制器将取来的指令分解成一些更简单的微操作称为控制器将取来的指令分解成一些更简单的微操作称为“译码译码”。微指令参与。译码后放入指令队列中。微指令参与。译码后放入指令队列中。取数取数 按照指令中给出的地址从存储器取出参与运算的操作按照指令中给出的地址从存储器取出参与运算的操作数，这一过程称为数，这一过程称为“取数取数”。有的指令不用再取数。有的指令不用再取数。二、操作方式二、操作方式执行执行 控制器控制控制器控制ALUALU完成指令规定的操作，这一过程完成指令规定的
8、操作，这一过程称为称为“执行执行”。第9页，本讲稿共13页10 同一时刻有若干条指令由不同的部件同时处理，同一时刻有若干条指令由不同的部件同时处理，完成不同的操作，这种操作方式称为完成不同的操作，这种操作方式称为流水方式流水方式。分步越细，流。分步越细，流水深度越深，水深度越深，CPUCPU的性能越高，甚至，有多条流水线。的性能越高，甚至，有多条流水线。将将CPUCPU划分成若干个独立的功能部件，使它们独立地并行操划分成若干个独立的功能部件，使它们独立地并行操作，称为作，称为并行操作方式并行操作方式。第10页，本讲稿共13页11三、寄存器三、寄存器 寄存器分为两类：通用寄存器寄存器分为两类：通
9、用寄存器 和专用寄存器。和专用寄存器。通用寄存器用于临时存放通用寄存器用于临时存放数据和地址，以减少数据和地址，以减少CPU CPU 对存对存储器的访问，储器的访问，提高运行速度提高运行速度。专用寄存器如程序计数器专用寄存器如程序计数器PC(PC(在在Intel 微处理器中称为微处理器中称为指指令指针令指针IP)IP)、标志寄存器等。、标志寄存器等。控制部件控制部件微处理器微处理器CPU算术逻辑部件算术逻辑部件寄存器寄存器内总线内总线第11页，本讲稿共13页12四、堆栈四、堆栈 堆栈堆栈是按先入后出的原则存取信息的一种数据是按先入后出的原则存取信息的一种数据结构。结构。堆栈只有一个数据出入的端
10、口，称为堆栈只有一个数据出入的端口，称为栈顶栈顶。堆堆栈指针栈指针SPSP总是指向堆栈栈顶的那个数据。当堆栈为总是指向堆栈栈顶的那个数据。当堆栈为空栈时，空栈时，SPSP指向堆栈的栈底。指向堆栈的栈底。数据存入堆栈称为数据存入堆栈称为压入压入（PUSHPUSH），数据从堆），数据从堆栈取出称为栈取出称为弹出弹出（POPPOP）。）。堆栈以字为单位操作堆栈以字为单位操作。第12页，本讲稿共13页13 CPU CPU通过对通过对I/OI/O端口进行读端口进行读/写操作，实现对写操作，实现对外设的控制。外设的控制。I/O接口结构示意图接口结构示意图I/O端口端口1I/O端口端口2I/O端口端口3地址地址译码译码数据数据缓冲缓冲控制控制电路电路外外设设ABDBCBCPU1.3.3 1.3.3 输入输入/输出接口电路输出接口电路第13页，本讲稿共13页