微机原理 第1章 概述.ppt

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1、机电学院机电学院微型计算机原理及应用第一章第一章 概述概述课程性质、目的和任务学科基础课：学科基础课：工科机电类专业计算机工科机电类专业计算机基础课程基础课程之一之一工科学生学习计算机工科学生学习计算机硬件知识硬件知识和和汇编语言程序设计汇编语言程序设计的入门的入门课程。课程。学习和掌握微型机的学习和掌握微型机的基本组成基本组成、工作原理工作原理、接口电接口电路路、硬件连接硬件连接及及汇编语言程序设计方法汇编语言程序设计方法；建立；建立微机微机系统的整体概念系统的整体概念；培养初步的微机系统；培养初步的微机系统软硬件开发软硬件开发能力。能力。2023/1/192微机原理课的核心地位微机原理微机

2、原理微机原理微机原理数控技术数控技术微机控制数字逻辑电路数字逻辑电路C语言计算机基础自动化仪表自动化仪表技术基础课技术基础课。课程的框架2023/1/194微机原理及应用微机原理及应用微机原理及应用微机原理及应用微机的基本结构和原理微机的基本结构和原理8086微处理器结构微处理器结构汇编语言及其程序设计汇编语言及其程序设计微计算微计算机扩展机扩展第第1章章第第2章章第第3、4章章存储器扩展存储器扩展I/O扩展扩展第第5章章第第6-8章章第1章 概述1、计算机的基本结构和工作原理2、几个基本概念3、计算机的发展简史4、微机系统的组成5、典型微处理器系统的结构及工作原理6、IA-32结构的数据类型

3、7、基本门电路知识8、微机实例9、微型计算机的应用概况2023/1/1951 计算机的基本结构和工作原理一、冯一、冯.诺依曼结构诺依曼结构1.使用二进制2.存储程序3.由五部分组成：2023/1/196输入设备输入设备输出设备输出设备运算器运算器存储器存储器控制器控制器程序、原始数据计算处理结果主机中央处理单元数据信息控制命令1 计算机的基本结构和工作原理二、二、计算机工作原理计算机工作原理编制程序输入、存储程序、分配存储单元启动、执行程序输出结果结束2023/1/1972112-117132112-11713252252暂存暂存暂存暂存2121 2112=2522112=2522529=24

4、32529=24311711711713=911713=9 99暂存暂存暂存暂存243243保存保存保存保存2 几个基本概念 中央处理单元中央处理单元中央处理单元中央处理单元（Central Processing Unit，CPU）由运算器和控制器构成 微处理器微处理器微处理器微处理器（Microprocessor,MP、P、CPU）缩微的CPU大规模集成电路LSI 微计算机微计算机微计算机微计算机（Microcomputer,MC、C）由CPU、RAM、ROM、I/O、辅助电路等构成微型化的计算机主机装置，通过系统总线系统总线系统总线系统总线连接微计算机主板：安装以上芯片的印刷电路板 单片微

5、型计算机单片微型计算机单片微型计算机单片微型计算机（单片机）CPU+MEM+I/O接口 集成在一块芯片上 微计算机系统微计算机系统微计算机系统微计算机系统（微机系统）主机+外设+软件，构成通用系统，配置齐全 微处理器系统微处理器系统微处理器系统微处理器系统（Microprocessing System，MS）以MP为核心的、自行设计的专用系统两种开发方式：以CPU为核心完全自主开发；开发扩展插卡2023/1/1982 几个基本概念2023/1/199微处理器、微型计算机和微型计算机系统三者的关系3 计算机的发展简史3.1 计算机的发展电子管计算机晶体管计算机集成电路计算机大规模集成电路计算机人

6、工智能计算机（尚在研制）3.2 微处理器的发展2023/1/19103 计算机的发展简史1946年第一代电子计算机电子计算机电子计算机电子计算机（ENIAC）在美国研制成功。使用了18800个电子管，重30吨，占地150平方米，耗电150千瓦，每秒完成5000次加法运算。2023/1/19113.2 计算机的发展3 计算机的发展简史1958年第二代晶体管计算机晶体管计算机晶体管计算机晶体管计算机推出，用晶体管代替了电子管，大大降低了计算机的成本和体积，运算速度成百倍提高。2023/1/19123.2 计算机的发展美国贝尔实验室的肖克利、巴丁和布拉顿3 计算机的发展简史1965年中小规模集成电路

7、中小规模集成电路中小规模集成电路中小规模集成电路为主体的计算机问世，使计算机的体积进一步缩小，配上各类操作系统，计算机性能极大提高。2023/1/19133.2 计算机的发展3 计算机的发展简史发展到第四代，微型计算机微型计算机微型计算机微型计算机是第四代计算机的典型代表。1971年在美国硅谷第一块通用微处理器Intel4004诞生，从而开创了微型计算机的新时代。2023/1/1914由于由于VLSI发展，从而导致以发展，从而导致以CPU为核心的微型计算机的诞生。为核心的微型计算机的诞生。3.2 计算机的发展3 计算机的发展简史计算机发展的四个方向：巨、微、网、智2023/1/19153.2

8、计算机的发展天河一号（国防科技大学）峰值速度：1206万亿次处理器数:6144(CPU)、5120(GPU)2023/1/1916（以微处理器的发展为表征。）（以微处理器的发展为表征。）1.19711.1971年年19731973年年 4 4位或位或8 8位低档微处理器和微型计算机位低档微处理器和微型计算机 INTEL INTEL 40048008集成度低、速度慢、指令简单。主要用于家电和简单控制系统。2.19742.1974年年19771977年年 8 8位中档位中档PP和和C C INTEL 8080 INTEL 8080，采用NMOS工艺，集成度进一步提高 Z-80Z-80，MC6800

9、 MC6800 5K-1万；基本指令速度1 2s 结构、指令系统完善 3.19783.1978年年19841984年年 1616位中档位中档PP和和CC INTEL 8086/8088INTEL 8086/8088，采用HMOS工艺,字长从8位扩展到16位,Z-8000 Z-8000，MC68000 MC68000 集成度提高，指令和体系结构完善，采用多级中断、多重寻址和段式Reg。IBM公司推出的IBM PC、IBM PC/XT中均采用8088主板（前者不带硬盘）3.3 微型计算机的发展2023/1/19174.19854.1985年年19921992年年 3232位位PP和和3232位位C

10、 C INTEL INTEL 80386、80486为微型机带来了小型机的性能。PC386（32位机），时钟最大40MHz PC486（32位机），时钟最大50MHz 66MHz 80MHz 100MHz 这期间，为了和这期间，为了和16位外设兼容，还推出了位外设兼容，还推出了80386SX（DB内为32位，外为16位）80386DX（内外DB均为32位）80486SX（外加协处理器与80486DX的区别）80486DX（内部集成了386、387及8KB的Cache）80486DX2（内外两种主频，内部主频是外部主频的两倍）作为过渡，作为过渡，1982年年出现出现Intel80286 对应微机

11、 PC/AT （数据线16位，地址线20位，最大内存寻址1MB）（以微处理器的发展为表征。）（以微处理器的发展为表征。）3.3 微型计算机的发展2023/1/19185、1993年以来年以来32位高档位高档P和和C 外部数据总线外部数据总线64位位1993年年Intel公司推出外部数据总线公司推出外部数据总线64位的位的PentiumCPU（P5）地址总线32位,内部数据总线32位,工作主频60MH z以上.1995年年 Intel公司公司PentiumPro（P6）高能奔腾高能奔腾地址总线36位 具有两倍P5的性能1996年年1997年年采用采用MMX多媒体扩展结构多媒体扩展结构多媒体技术处

12、理指令多媒体技术处理指令MMX+P5P55C（又称Pentium MMX）（32KBCache）MMX+P6P（新的封装工艺）由P55C和P构成的PC机分别称为多能奔腾机和 奔腾二代机 1999年年Pentium主频主频450MHz以上以上32KB的一级Cache、512KB的二级Cache2000年年Pentium至2001年主频已达到1.8G 6、近几年、近几年64位高档位高档P和和C 3.3 微型计算机的发展2023/1/19192003年3月 Intel公司推出公司推出英特尔奔腾M处理器采用英特尔0.13微米制程技术生产，包含7700万个晶体管.2005年5月 Intel公司公司第一个

13、主流双核处理器“英特尔奔腾D处理器”采用英特尔领先的90纳米制程技术生产，含有2.3亿个晶体管2006年7月 Intel公司公司酷睿2双核处理器诞生 采用英特尔65纳米制程技术，含有2.9亿多个晶体管 2007年1月 Intel公司公司 酷睿2四核处理器 采用英特尔65纳米制程，含有5.8亿多个晶体管。同月，生产出了英特尔45纳米微处理器。2010年11月 NVIDIA发布全新的GF110核心 含30亿个晶体管，采用先进的40纳米工艺制造。6、近几年、近几年64位高档位高档P和和C 3.3 微型计算机的发展2023/1/1920第一代第一代1971-1973年年第二代第二代1974-1977年

14、年第三代第三代1978-1980年年第四代第四代1980年以后年以后典型的微处理器芯片典型的微处理器芯片Intel4004Intel4040Intel8008Intel8080M6800Z-80Intel8086/8088M68000Intel80X86M68020Z-80000字长（位）字长（位）4/881616/32集成度（晶体管数集成度（晶体管数/芯片）芯片）100020005000100002000070000100000时钟频率（时钟频率（MHZ）0.50.81451010数据总线宽度（位）数据总线宽度（位）4/881616/32地址总线宽度（位）地址总线宽度（位）488202424

15、32存储容量存储容量16KB实存实存64KB64KB实存实存1MB1MB实存实存4GB4GB实存和实存和64GB64GB虚虚存存指令执行时间指令执行时间（s）1010151 12110.1250.125软件水平软件水平机器语言机器语言汇编语言汇编语言汇编语言汇编语言高级语言高级语言操作系统操作系统汇编语言汇编语言高级语言高级语言操作系统操作系统汇编语言汇编语言高级语言高级语言部分软件硬化部分软件硬化3.3 微型计算机的发展P6表表1-1：IA-32结构的微处理器芯片结构的微处理器芯片3 计算机的发展简史2023/1/1921Intel 4004Intel 8008Motorola 6800In

16、tel 8086Intel 80286Intel 80386Intel 80486Intel PentiumIntel Pentium IIIntel Pentium IIIIntel Pentium IV3.3 微型计算机的发展3 计算机的发展简史摩尔定律歌登歌登歌登歌登摩尔摩尔摩尔摩尔（Gordon Moore）是Intel公司奠基者之一19641964年提出：年提出：年提出：年提出：每每每每1818个月半导体集成电路里面晶体管的个数会翻一倍，也个月半导体集成电路里面晶体管的个数会翻一倍，也个月半导体集成电路里面晶体管的个数会翻一倍，也个月半导体集成电路里面晶体管的个数会翻一倍，也就是就是

17、就是就是集成度提升一倍集成度提升一倍集成度提升一倍集成度提升一倍，每隔，每隔，每隔，每隔1818个月其个月其个月其个月其性能会提升一倍性能会提升一倍性能会提升一倍性能会提升一倍 19951995年修改：年修改：年修改：年修改：每两年芯片的集成度会提升一倍，特性提升一倍，但价格不变。2023/1/19223.3 微型计算机的发展4 微机系统的组成2023/1/1923系统软件系统软件应用软件应用软件微微处处理理器器CPU存储器存储器(RAM,ROM)I/O接口接口总线总线硬硬 件件软软 件件微微型型计算机计算机系系统统微微型型计算机计算机(主机主机)外外 设设ALU寄存器寄存器控制部件控制部件输

18、入设备输入设备：鼠标、键盘、扫描仪、麦克等输出设备输出设备：显示器、打印机、音箱、投影机等外存储器外存储器：磁盘、光盘等P7图图1-44 微机系统的组成硬件系统软件系统2023/1/1924 软件系统软件系统软件系统软件系统是人们为使用和发挥计算机效能而设计的各种程各种程各种程各种程序序序序以及程序设计语言程序设计语言程序设计语言程序设计语言和有关资料有关资料有关资料有关资料的总称。基本功能基本功能基本功能基本功能是控制、管理、维护计算机系统运行，解决用户的各种实际问题。微机的软件可分为微机的软件可分为系统软件系统软件和和应用软件应用软件两大类。两大类。软件系统4 微机系统的组成4.2 4.2

19、 系统软件：系统软件：系统软件：系统软件：进行计算机系统管理、调度、监控和维护管理、调度、监控和维护管理、调度、监控和维护管理、调度、监控和维护的软件 监控程序（管理程序）监控程序（管理程序）监控程序（管理程序）监控程序（管理程序）作用：合理安排主机和外设的各种操作；实现人机交流类型：驻留软件、BIOS 操作系统操作系统操作系统操作系统：作用：流程组织、软硬件资源的指挥调度、维护类型类型DOSWindows 95/98/2000/xp/Vista/win7/win8;Windows server 2000/2003/2008MacUnix、Linux 软件开发工具软件开发工具软件开发工具软件开

20、发工具2023/1/1925软件系统4 微机系统的组成4.2 4.2 系统软件系统软件系统软件系统软件 软件开发工具软件开发工具软件开发工具软件开发工具程序设计语言程序设计语言（了解优缺点）机器语言机器语言:二进制代码，速度快，不直观，通用性差二进制代码，速度快，不直观，通用性差汇编语言：使用助记符，直观，但不能直接运行汇编语言：使用助记符，直观，但不能直接运行高级语言：高级语言：语言处理程序语言处理程序：汇编程序：汇编语言程序汇编程序：汇编语言程序目标程序目标程序解释程序：边翻译边执行解释程序：边翻译边执行编译程序：高级语言编译程序：高级语言目标程序目标程序服务程序：服务程序：2023/1/

21、1927软件系统初级语言混合编程源程序目标程序翻译、翻译、翻译、翻译、连接、连接、连接、连接、定位等定位等定位等定位等直接控制硬件，实时能力强4 微机系统的组成4.2 4.2 系统软件系统软件系统软件系统软件软件开发工具软件开发工具程序设计语言程序设计语言语言处理程序语言处理程序服务程序：服务程序：编辑编辑连接连接定位定位调试、诊断等程序调试、诊断等程序4.3 4.3 应用软件应用软件应用软件应用软件是用户根据自己的需要，为解决某种问题而编制的一些软件。可为通用应用软件通用应用软件和专用应用软件专用应用软件两大类。2023/1/1928软件系统4 微机系统的组成4.3 4.3 微计算机系统结构

22、的特殊性微计算机系统结构的特殊性微计算机系统结构的特殊性微计算机系统结构的特殊性（与电子计算机比较）（与电子计算机比较）（与电子计算机比较）（与电子计算机比较）软件的固化软件的固化软件的固化软件的固化将某些程序烧录到ROM中总线结构总线结构总线结构总线结构总线（总线（Bus）：）：信号线的集合，用于信号线的集合，用于p与部件之间的连接，也用于部与部件之间的连接，也用于部件与设备的扩充。件与设备的扩充。总线的优点：总线的优点：总线的优点：总线的优点：减少计算机中信息传送线信息传送线根数，提高可靠性提高可靠性。方便对存贮器及I/O接口芯片进行扩充进行扩充。但以牺牲但以牺牲“分时分时”工作速度为代价

23、。工作速度为代价。2023/1/1929特殊性4 微机系统的组成4.3 4.3 微计算机系统结构的特殊性微计算机系统结构的特殊性微计算机系统结构的特殊性微计算机系统结构的特殊性（与电子计算机比较）（与电子计算机比较）（与电子计算机比较）（与电子计算机比较）软件的固化软件的固化软件的固化软件的固化将某些程序烧录到ROM中总线结构总线结构总线结构总线结构总线（总线（Bus）：）：信号线的集合，用于信号线的集合，用于p与部件之间的连接，也用于部与部件之间的连接，也用于部件与设备的扩充。件与设备的扩充。按总线连接对象总线连接对象总线连接对象总线连接对象不同，总线可分为：片内总线：片内总线：芯片内各功能

24、单元电路连接连接片总线片总线（元件级总线）：芯片间连接连接内总线内总线（板级或系统总线）：插件板间连接连接外总线：外总线：系统间连接连接 按传递信号类型按传递信号类型按传递信号类型按传递信号类型，总线可分为：AB、DB、CB。2023/1/1930特殊性4 微机系统的组成4.3 4.3 微计算机系统结构的特殊性微计算机系统结构的特殊性微计算机系统结构的特殊性微计算机系统结构的特殊性（与电子计算机比较）（与电子计算机比较）（与电子计算机比较）（与电子计算机比较）总线结构：总线结构：总线结构：总线结构：按总线连接对象总线连接对象总线连接对象总线连接对象不同总线结构2023/1/1931特殊性片内总

25、线外总线片总线系统总线P11图1-65 典型微处理器系统的结构及工作原理5.1 5.1 系统连接系统连接系统连接系统连接5.2 5.2 典型微处理器的内部结构典型微处理器的内部结构典型微处理器的内部结构典型微处理器的内部结构5.3 5.3 典型存储器的内部结构典型存储器的内部结构典型存储器的内部结构典型存储器的内部结构5.4 5.4 程序的编制和执行程序的编制和执行程序的编制和执行程序的编制和执行2023/1/19335 典型微处理器系统的结构及工作原理5.15.1系统连接系统连接系统连接系统连接2023/1/1934微处理器CPUI/O接口I/O接口存储器存储器数据总线数据总线数据总线数据总

26、线DBDB控制总线控制总线控制总线控制总线CBCB地址总线地址总线地址总线地址总线ABAB典型微处理器系统组成典型微处理器系统组成5.1系统连接双向；宽度为字长单向：输出；宽度决定存储空间大小；页面概念每一根的方向是单向的;输入（状态信息）或输出（控制信息）之一5 典型微处理器系统的结构及工作原理5.2 典型微处理器的内部结构典型微处理器的内部结构2023/1/1935运算器寄存器阵列控制器5.2典型CPU内部结构P13图1-95 典型微处理器系统的结构及工作原理5.2、典型微处理器的内部结构、典型微处理器的内部结构寄存器阵列通用寄存器通用寄存器：作用：作用：作用：作用：暂存数据和地址 位数：

27、位数：位数：位数：与数据线数量一致 数量数量数量数量:由CPU体系结构决定PC：作用：作用：作用：作用：指向下条指令地址 位数：位数：位数：位数：与地址线宽度一致 值的改变方式：自动加值的改变方式：自动加值的改变方式：自动加值的改变方式：自动加1 1、跳转、跳转、跳转、跳转SP 作用：作用：作用：作用：指示RAM中堆栈栈顶地址 位数：位数：位数：位数：与地址线宽度一致2023/1/19365.2典型CPU内部结构5 典型微处理器系统的结构及工作原理5.25.2、典型微处理器的内部结构、典型微处理器的内部结构、典型微处理器的内部结构、典型微处理器的内部结构寄存器阵列 运算器运算器运算器运算器 累

28、加器累加器累加器累加器A A：两个作用：运算的第一个数据；运算结果 暂存器暂存器暂存器暂存器TMPTMP 算术逻辑单元算术逻辑单元算术逻辑单元算术逻辑单元(ALU)(ALU)(P14P14图图图图1-101-10)标志寄存器标志寄存器标志寄存器标志寄存器F F 控制器控制器控制器控制器 指令寄存器指令寄存器指令寄存器指令寄存器IRIR：暂存指令暂存指令暂存指令暂存指令 指令译码器指令译码器指令译码器指令译码器IDID：将指令译码产生控制电位将指令译码产生控制电位将指令译码产生控制电位将指令译码产生控制电位 定时控制电路：定时控制电路：定时控制电路：定时控制电路：将控制电位转换将控制电位转换将控

29、制电位转换将控制电位转换为一定节拍的控制信号为一定节拍的控制信号为一定节拍的控制信号为一定节拍的控制信号，控制各，控制各，控制各，控制各部件工作部件工作部件工作部件工作2023/1/19375.2典型CPU内部结构5 典型微处理器系统的结构及工作原理5.25.2、典型微处理器的内部结构、典型微处理器的内部结构、典型微处理器的内部结构、典型微处理器的内部结构寄存器阵列 运算器运算器运算器运算器 累加器累加器累加器累加器A A：两个作用：运算的第一个数据；运算结果 暂存器暂存器暂存器暂存器TMPTMP 算术逻辑单元算术逻辑单元算术逻辑单元算术逻辑单元(ALU)(ALU)(P14P14图图图图1-1

30、01-10)标志寄存器标志寄存器标志寄存器标志寄存器F F：保存运行结果的特征状态 控制器控制器控制器控制器 指令寄存器指令寄存器指令寄存器指令寄存器IRIR、指令译码器指令译码器指令译码器指令译码器IDID、定时控制电路定时控制电路定时控制电路定时控制电路 数据和地址缓冲器数据和地址缓冲器数据和地址缓冲器数据和地址缓冲器三态的总线缓冲器：隔离作用及提供附加驱动能力位数、方向2023/1/19385.2典型CPU内部结构存储器的五个组成部分2023/1/19395.35.3典型存储器的内部结构典型存储器的内部结构典型存储器的内部结构典型存储器的内部结构地址寄存器地址译码器存储单元数据缓冲器控制

31、电路CPU控制信号CPU地址信号数据总线PP00H2P-1 读操作读操作读操作读操作和写操作写操作写操作写操作过程5 典型微处理器系统的结构及工作原理5.3典型存储器的内部结构数据数据数据数据数据数据数据数据每个存储单元有一个唯唯唯唯一的编址一的编址一的编址一的编址，可以按字编址，也可按字节编址5 典型微处理器系统的结构及工作原理5.45.4、程序的编制和执行、程序的编制和执行、程序的编制和执行、程序的编制和执行指令系统指令系统指令系统指令系统汇编语言程序的编制依赖于具体的CPU指令系统。指令组成程序编制程序编制程序编制程序编制熟悉语言指令分析问题设计算法编写程序编程翻译存储程序的执行程序的执

32、行程序的执行程序的执行取指令取指令取指令取指令 执行指令执行指令执行指令执行指令 取指令取指令取指令取指令 执行指令执行指令执行指令执行指令 结束结束2023/1/1940操作码操作码操作码操作码操作数操作数操作数操作数指令的组成指令的组成告诉告诉uC干什么干什么指出操作数或操作数所指出操作数或操作数所在地址在地址5.4 5.4 程序的编制和执行程序的编制和执行程序的编制和执行程序的编制和执行2023/1/1941l取指令阶段取指令阶段（CPU读内存操作）：读内存操作）：地址经地址经地址寄存器地址寄存器地址寄存器地址寄存器地址总线地址总线地址总线地址总线地址译码器地址译码器地址译码器地址译码器

33、,选中选中指令所在的内存单元指令所在的内存单元指令所在的内存单元指令所在的内存单元CPUCPU发出内存发出内存读控制信号读控制信号读控制信号读控制信号 指令指令指令指令从从内存内存内存内存数据总线数据总线数据总线数据总线数据暂存器数据暂存器数据暂存器数据暂存器指令寄存器指令寄存器指令寄存器指令寄存器指令译码器指令译码器指令译码器指令译码器对指令进行对指令进行译码译码译码译码由由PCPC给出指令在内存的地址，自加给出指令在内存的地址，自加15.4 5.4 程序的编制和执行程序的编制和执行程序的编制和执行程序的编制和执行2023/1/1942l取指令阶段取指令阶段（CPU读内存操作）：读内存操作）

34、：地址经地址经地址寄存器地址寄存器地址寄存器地址寄存器地址总线地址总线地址总线地址总线地址译码器地址译码器地址译码器地址译码器,选中选中指令所在的内存单元指令所在的内存单元指令所在的内存单元指令所在的内存单元CPUCPU发出内存发出内存读控制信号读控制信号读控制信号读控制信号 指令指令指令指令从从内存内存内存内存数据总线数据总线数据总线数据总线数据暂存器数据暂存器数据暂存器数据暂存器指令寄存器指令寄存器指令寄存器指令寄存器指令译码器指令译码器指令译码器指令译码器对指令进行对指令进行译码译码译码译码由由PCPC给出指令在内存的地址，自加给出指令在内存的地址，自加1标标志志寄存器寄存器地址总线地址

35、总线AB程程序序数数据据数据总线数据总线DB控制总线控制总线CB地地址址译译码码器器、指令指令1指令指令2指令指令3指令指令4、数据数据1数据数据2数据数据3、指令寄存器指令寄存器数据暂存器数据暂存器控制电路控制电路指令译码器指令译码器地地址址寄寄存存器器程序计程序计数器数器R1R2R3R4寄存器组寄存器组运运算算器器PC5.4 5.4 程序的编制和执行程序的编制和执行程序的编制和执行程序的编制和执行2023/1/1943l执行指令阶段：执行指令阶段：经译码后的指令，由经译码后的指令，由控制电路控制电路控制电路控制电路发出发出控制信号控制信号控制信号控制信号去执行。去执行。CPU总线总线内存内

36、存标标志志寄存器寄存器地址总线地址总线AB程程序序数数据据数据总线数据总线DB控制总线控制总线CB地地址址译译码码器器、指令指令1指令指令2指令指令3指令指令4、数据数据1数据数据2数据数据3、指令寄存器指令寄存器数据暂存器数据暂存器控制电路控制电路指令译码器指令译码器地地址址寄寄存存器器程序计程序计数器数器R1R2R3R4寄存器组寄存器组运运算算器器PC5.4 5.4 程序的编制和执行程序的编制和执行程序的编制和执行程序的编制和执行2023/1/19445.4 5.4 程序的编制和执行程序的编制和执行程序的编制和执行程序的编制和执行例例ADD A,R3；将寄存器；将寄存器A与与R3的内容相加

37、，结果存在的内容相加，结果存在A中。中。指令指令指令指令1 1在在在在CPUCPU内部即可完成内部即可完成内部即可完成内部即可完成CPU总线总线内存内存标标志志寄存器寄存器地址总线地址总线AB程程序序数数据据数据总线数据总线DB控制总线控制总线CB地地址址译译码码器器、指令指令1指令指令2指令指令3指令指令4、数据数据1数据数据2数据数据3、指令寄存器指令寄存器数据暂存器数据暂存器控制电路控制电路指令译码器指令译码器地地址址寄寄存存器器程序计程序计数器数器AR2R3R4寄存器组寄存器组运运算算器器PC5 典型微处理器系统的结构及工作原理2023/1/19455.4 5.4 程序的编制和执行程序

38、的编制和执行程序的编制和执行程序的编制和执行例例LD R2,(20H)；将内存中的数据；将内存中的数据2送至送至CPU的寄存器的寄存器R2中中指令指令2的执行阶段包括一个到内存取数的执行阶段包括一个到内存取数(即读内存即读内存)的过程。的过程。CPU总线总线内存内存标标志志寄存器寄存器地址总线地址总线AB程程序序数数据据数据总线数据总线DB控制总线控制总线CB地地址址译译码码器器、指令指令1指令指令2指令指令3指令指令4、数据数据1数据数据2数据数据3、指令寄存器指令寄存器数据暂存器数据暂存器控制电路控制电路指令译码器指令译码器地地址址寄寄存存器器程序计程序计数器数器R1R2R3R4寄存器组寄

39、存器组运运算算器器PC5 典型微处理器系统的结构及工作原理2023/1/19465.4 5.4 程序的编制和执行程序的编制和执行程序的编制和执行程序的编制和执行例例LD(21H)，R3；将寄存器将寄存器R3的内容送至数据的内容送至数据3的内存单元中的内存单元中指令指令3的执行阶段包括一个向内存存数的执行阶段包括一个向内存存数(即写内存即写内存)的过程。的过程。CPU总线总线内存内存标标志志寄存器寄存器地址总线地址总线AB程程序序数数据据数据总线数据总线DB控制总线控制总线CB地地址址译译码码器器、指令指令1指令指令2指令指令3指令指令4、数据数据1数据数据2数据数据3、指令寄存器指令寄存器数据

40、暂存器数据暂存器控制电路控制电路指令译码器指令译码器地地址址寄寄存存器器指令计指令计数器数器R1R2R3R4寄存器组寄存器组运运算算器器PC5 典型微处理器系统的结构及工作原理2023/1/1947 不同的指令不同的指令不同的指令不同的指令，CPU的的具体执行过程具体执行过程具体执行过程具体执行过程不同。不同。当当一一条条指指令令需需要要从从内内存存或或I/O端端口口取取取取得得得得或或或或存存存存放放放放数数数数据据据据时时，CPU在在执执行行阶阶段段，需需对对指指令令指指定定的的内内存存单单元元或或I/O端端口口进进行行读读读读/写写写写操作操作操作操作。当当一条指令取走后一条指令取走后一

41、条指令取走后一条指令取走后:程程程程序序序序计计计计数数数数器器器器会会被被修修改改成成下下一一条条要要执执行行指指令令的的地地址址PC+1PC+1，这样，当一条指令执行后，又进入取指令阶段，这样，当一条指令执行后，又进入取指令阶段，如此不断的重复。如此不断的重复。5.4 5.4 程序的编制和执行程序的编制和执行程序的编制和执行程序的编制和执行5 典型微处理器系统的结构及工作原理特点小结特点小结6 IA-32结构的数据类型6.1 常用名词术语1.位位(bit)：一个二进制数一个二进制数一个二进制数一个二进制数2.字节字节(Byte)：8 8个二进制数个二进制数个二进制数个二进制数3.字字(wo

42、rd)和字长：和字长：字：计算机的数据传递、处理的基本单位字：计算机的数据传递、处理的基本单位字：计算机的数据传递、处理的基本单位字：计算机的数据传递、处理的基本单位 PCPC中的通用字：中的通用字：中的通用字：中的通用字：1616位，双字节位，双字节位，双字节位，双字节4.双字双字(Double Word)、四字、四字(Quad Word)和双四字和双四字l数据量单位数据量单位l1word（字）（字）=2 Byte（字节字节）=16 bit（位）（位）l 1个Byte 表示10进制的 0255lK=210，M=220，G=230，T=240 2023/1/19482023/1/19496.2

43、 数据的表示数据的表示l位置计数法位置计数法l l数码数码数码数码：数字符号 ail l基数基数基数基数：数码的个数 Xl l计数规则计数规则计数规则计数规则：逢基数进一l l权权权权：由位置所决定的权重 Xil例：l数据的各种进制表示l二进制、八进制、十六进制l十进制6 IA-32结构的数据类型6 IA-32结构的数据类型6.3 数据的各种进制表示l l二进制：二进制：二进制：二进制：l数码：数码：0、1l特点：l二进制只有两种状态、容易用电路表示两种状态、容易用电路表示两种状态、容易用电路表示两种状态、容易用电路表示双稳态触发器、电容、电路通断等都可表示l二进制运算规则简单运算规则简单运算

44、规则简单运算规则简单，容易用数字逻辑电路实现l二进制便于表示逻辑值便于表示逻辑值便于表示逻辑值便于表示逻辑值，进行逻辑运算l l十六进制十六进制十六进制十六进制l数码：09、AFl特点：1位十六进制数可以表示4位二进制、半个字节，转换方便l l八进制八进制八进制八进制l数码：07l1位八进制数可以表示3位二进制2023/1/19506 IA-32结构的数据类型6.3 数据的各种进制表示l进制的简化符号进制的简化符号l二进制 B,十六进制 H,八进制 QQ,十进制 D binary hex octal decimall l书写表达书写表达书写表达书写表达l l十进制十进制十进制十进制：最高位不能

45、为：最高位不能为：最高位不能为：最高位不能为0 0l l十六进制十六进制十六进制十六进制：数据最高：数据最高：数据最高：数据最高 位为字母时必须以位为字母时必须以位为字母时必须以位为字母时必须以0 0开头，否则不需要开头，否则不需要开头，否则不需要开头，否则不需要0 0l l二进制二进制二进制二进制：最高位可以是：最高位可以是：最高位可以是：最高位可以是0 0l l数据最后添加进制符号（十进制可以省略）数据最后添加进制符号（十进制可以省略）数据最后添加进制符号（十进制可以省略）数据最后添加进制符号（十进制可以省略）2023/1/19516 IA-32结构的数据类型6.3 数制转换数制转换l基本

46、方法l二进制 十六进制 四位二进制对应一位十六进制四位二进制对应一位十六进制四位二进制对应一位十六进制四位二进制对应一位十六进制 l二进制 八进制 三位二进制对应一位八进制三位二进制对应一位八进制三位二进制对应一位八进制三位二进制对应一位八进制l十进制 其他进制：整数部分整数部分整数部分整数部分除基数取余除基数取余除基数取余除基数取余、小数部分小数部分小数部分小数部分乘基数取整乘基数取整乘基数取整乘基数取整l其他进制 十进制 按公式展开计算就得到十进制 例：例：(101.101)2 转换成十进制。按公式展开：转换成十进制。按公式展开：2023/1/19522023/1/1953例：例：(11.

47、375)10转换成二进制。转换成二进制。整数部分：整数部分：小数部分：小数部分：6 IA-32结构的数据类型数制转换数制转换先获得先获得的数据距距离小数点近离小数点近，反之则远！2023/1/19546.4 有无符号数的表示有无符号数的表示l l无符号数无符号数无符号数无符号数：直接表示l l有符号数有符号数有符号数有符号数：原码、反码、补码6 IA-32结构的数据类型n n为为为为机机机机器器器器字字字字长长长长2023/1/19556.4 有无符号数的表示有无符号数的表示l l无符号数无符号数无符号数无符号数：直接表示l l有符号数有符号数有符号数有符号数：原码、反码、补码6 IA-32结

48、构的数据类型6 IA-32结构的数据类型2023/1/19566.5、补码的求法、补码的求法正数补码等于其原码正数补码等于其原码正数补码等于其原码正数补码等于其原码。以下针对负数求补。1)1)根据定义求根据定义求根据定义求根据定义求：（X)补 2n X如如X1010111，n8，则（，则（X)补补28（1010111）100000000101011110101001，有减法运算不方便有减法运算不方便有减法运算不方便有减法运算不方便。2)2)利利利利用用用用原原原原码码码码求求求求：一个负数的补码等于其原原原原码码码码除除除除符符符符号号号号位位位位以以以以外外外外的各位按位取反，再在最低位加1

49、。如如X1010111，（X)原原11010111，则则（X)补补101010001101010013)3)简简简简便便便便的的的的求求求求补补补补：从原码的最最最最低低低低位位位位起起起起，到出现第第第第一一一一个个个个1 1以以以以前前前前（包包包包括括括括第第第第一一一一个个个个1 1）的数字不变不变不变不变，以后逐位取反以后逐位取反以后逐位取反以后逐位取反，但符号位不变符号位不变符号位不变符号位不变。如如X=1010111,（X)原原11010111，则（，则（X)补补10101001X1110000，则（，则（X)原原11110000，则（，则（X)补补100100006 IA-32

50、结构的数据类型2023/1/19576.6、已知补码求其真值、已知补码求其真值 1)1)正数补码正数补码正数补码正数补码：按位计算按位计算 2)2)负数补码负数补码负数补码负数补码：除符号位外按位取反，再在最低位加除符号位外按位取反，再在最低位加1。简简简简便便便便的的的的求求求求真真真真值值值值：从补码的最最最最低低低低位位位位起起起起，到出现第第第第一一一一个个个个1 1以以以以前前前前（包包包包括括括括第第第第一一一一个个个个1 1）的数字不不不不变变变变，以以以以后后后后逐逐逐逐位位位位取取取取反反反反，但符符符符号号号号位位位位不不不不变变变变。2023/1/19586.6 BCD码