第4节 微型计算机基本结构及工作原理.ppt

1.4 微型计算机基本结构与工作原理 1. 冯·诺依曼计算机 2. 现代微型计算机系统(速度与容量是我们不懈的追求！) CPU的基本组成 CPU的基本组成（逻辑架构） 1.4.2 微型计算机的基本工作方法 CPU的基本组成 例：MOV指令的指令周期 取指周期 执行周期 * * 计 算 机 系 统 硬件 软件 主机 外部输入输出设备 CPU 存储器 运算器 控制器 ROM RAM 系统软件 应用软件/用户软件 1.4.1 微型计算机系统的组成 ②指令和数据均以二进制方式存放在同一个存储器中 运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备 冯·诺依曼结构的基本思想: ①计算机应由五部分组成:（硬件） ③将编好的程序和原始数据事先存入内存,使计算机自动、高速地从内存取指令并运行。 ④五大部分以运算器为中心进行组织（参见《计算机组成原理》！） 数据流 控制流 冯·诺依曼计算机结构 图1.8 冯·诺依曼计算机结构 运算器: 处理算术运算和逻辑运算,简称算逻单元ALU(Arithmetic Logic Unit) 控制器: 保证计算机系统的各个部件正确有序地执行程序 存储器: 存储程序和数据. 分为内部存储器和外部存储器. 输入设备: 接收用户输入的原始数据和程序,并将其转换为二进制编码. 输出设备: 将计算机的处理结果转换为人或其他设备可以接收或识别 的信息形式. ⑴ 以存储器为中心的计算机系统 存储器 输入设备 输出设备 运算器 控制器 数据流 控制流 ①定义 ②类型 连接CPU与I／O设备 数据总线(DB): 传送程序或数据 (2). 总线 提供外设访问内存和CPU资源的通道 ( 注意:最大寻址空间的计算方法) 地址总线(AB): 传送内存地址和I/O地址 控制总线(CB): 传送各种控制信号 是构成计算机系统的骨架，是多个系统功能部件之间进行数据传送的公共通路。 ①定义 ②类型 主机与外部设备互连的对接部分 USB口(Universal Serial Bus 通用串行总线) (3). I/O 接口 串行接口 并行接口 CPU Cache(高速缓冲存储器) 内部存储器 外部存储器(软盘、硬盘等) ⑷ 存储系统 ★微型计算机的三级存储结构 图1.11 微型计算机系统组成 图1.12典型微处理器结构（内部逻辑结构） 3. 微处理器的内部结构与基本功能 RD/WR LDDR LDIR LDPC LDAR PC+1 DL CL BL AL SI DI BP SP DH CH BH AH 内部寄存器 IP ES SS DS CS 运算寄存器 标志 执行部分 控制电路 6 5 4 3 2 1 输入/输出 控制电路 外部总线 指令队列缓冲器 Σ 地址加法器 20位 16位 8位 16位 ALU 执行部件EU 总线接口部件BIU 通用 寄存器 返回本节 ⑴ 累加器和算术逻辑运算部件ALU (Arithmetic Logic Unit) 累加器和算术逻辑运算部件主要用来完成数据的算术和逻辑运算。 ⑵ 寄存器阵列 ① 通用寄存器组：可由用户灵活支配，用来存放参与运算的数据或地址信息。 ② 地址寄存器（AR）：专门用来存放地址信息的寄存器。 ③ 程序计数器（PC）：它的作用是指明下一条指令在存储器中的地址。每取一个指令字节，PC自动加1，如果程序需要转移或分支，只要把转移地址放入PC即可。 ⑶ 指令控制部件 ① 指令寄存器（IR）用来存放当前正在执行的指令代码； ② 指令译码器（ID）用来对指令代码进行分析、译码，根据指令译码的结果，输出相应的控制信号； ③ 时序逻辑：产生出各种操作电位、不同节拍的信号、时序脉冲等执行一条命令所需的全部控制信号。 ⑷ 内部总线和总线缓冲器 内部总线是CPU内部连接各寄存器及ALU的总线。 4. 微型计算机的软件系统 控制、管理和协调微机及其外部设备 操作系统(最重要的系统软件) 语言处理程序(如:编译程序、汇编程序等) 数据库管理系统(如:FoxPro、SQL等) (1)系统软件 支持应用软件的开发和运行 服务性程序(如:诊断故障、装入程序、监督程序等)如:DEBUG 功能: 处理器管理 存储器管理 设备管理 文件管理 作业管理 数据库：就是实现有组织地、动态地存储大量相关数据，方便多用户访问，由软、硬件