微机原理及应用课件 第1,2章.ppt

微机原理与应用Principles and Application of Microcontroller 第一章 微型计算机基本结构 §1.1 概述 微型计算机基本硬件功能部件及其关系如图所示： 由图可知，主要包括以下部件： 除了上述硬件部分外，计算机还必须有完成特定功能的程序，即软件。 微型计算机系统组成： 硬件：微型计算机+外设 软件：系统软件 操作系统 实用程序：各种计算机语言程序、调试 程序、汇编程序、编译程序 等 计算机的工作过程可概括为： 通常，运算器、控制器设计制作在一起，称为： 因此，计算机的基本结构可以进一步表示为下图所示的结构： 即微型计算机的组成： CPU 存储器 外部输入/输出接口电路（I/O接口） 系统总线 §1.2 微处理器 —— CPU 如前所述，微处理器 也称微处理机，由一片或几片大规模集成电路组成的具有控制器和运算器功能的中央处理单元，统称微处理器，其逻辑结构如图所示： ALU（Arithmetic Logic Unit）：算术逻辑单元。进行算术、逻辑运算 ，专门负责处理各种数据信息。ALU以累加器A的内容作为一个操作数，另一个操作数有系统总线提供。既可以是工作寄存器的内容，也可以是由数据寄存器 DR提供的由存储器读出的内容； 控制逻辑阵列：从内存取指、译码，发控制信息和时序协调CPU内部和外部的工作 可进一步理解CPU的功能主要包括： §1.3 存储器 — 性能指标 存储器:计算机实现大容量记忆功能的核心部件 容量=字数(存储单元数)×字长 ==位数 最大存取时间 访问一次存储器（对指定单元写入或读出）所需要的时间 根据运行时存取（读写）过程的不同，半导体存储器分类：  §1.4 系统总线 如前所述，系统总线 是计算机系统的重要组成部分。 微型计算机的各个部件之间通过三组不同的总线相连 §1.5 输入/输出（I/O）接口电路 CPU与外部设备间的数据信息传送称为输入/输出（I/O）。 I/O接口电路主要功能 接口电路的功能主要包括： 电平转换：计算机可处理信息电平信号往往与外部设备的电平信号不同，所以I/O接口电路的一项重要功能是电平转换； 计算机与外围设备间传送信息 计算机与外围设备间传送三种信息： 例如，计算机与作为输入设备的键盘之间的接口电路： 端口及端口地址 如前所述，计算机与外设间通过接口电路传送三种信息：数据、状态信息、控制信息，而三种信息的性质不同，应分别传送。 如此，我们选中了端口就选中了端口所在的接口电路，从而选中了对应的外部设备。 有两种端口编址方法： 这种端口编址方法的优点： 与存储器单元分别编址：即存储器存储单元与端口分别独立编址。 这种端口编址方法的优点： 数据传送方式 计算机外围设备种类繁多，但计算机与外设之间传送数据的方式可归纳为以下4种： ——无条件传送方式 CPU需要输入/输出数据时不必考虑外部设备的即时工作状态，而按需随时进行输入/输出操作，这样的传送方式称作无条件传送方式。 —— 查询传送方式 CPU需要输入/输出数据时，需要首先询问外部设备的即时工作状态，仅当外设准备好时才能进行输入/输出操作，否则CPU就等待，这样的传送方式称作查询传送方式。 查询方式传送数据时，需要传送数据、状态、控制三种信息。 —— 中断传送方式 CPU与外设独立工作，当外设需要CPU 输入/输出数据时，向CPU发出一申请信号，请求CPU 暂时“中断”自身当前的工作（主程序）而转去进行相应的输入/输出操作（中断服务程序），且在完成后CPU 可以自动返回继续其自身原来被“中断”处（断点）的工作，这样的传送方式称作中断传送方式。 实现中断方式的硬件、软件成为计算机的中断系统 中断过程与中断系统 一、中断申请 二、中断优先权 中断优先权的确定方法随CPU不同而有所区别，但一般是采用硬件、软件结合的方法，即用户可以通过程序对中断优先权进行一定程度的设定 三、中断响应 针对各中断源不同的要求，编制不同的中断服务程序，并且具有不同的入口地址 四、中断服务程序及返回 —— DMA传送方式 外设与存储器直接通过总线进行数据交换，这种方式称为直接数据传送（DMA）方式 §1.5 计算机指令执行过程 前面我们介绍了计算机的基本结构，作为计算机来讲，我们知道软件是其不可或缺的部分。 首先我们应明确下面几个问题： CPU执行程序的过程分为取指、译码执行二个阶段； 下面我们结合模型机CPU进行分析。 我们以51单片机为例来分析说明。 我们使用这两条指令即可实现7+10的计算任务： 但是，CPU只能理解执行二进制表示的指令码指令。 首先，复位状态时PC内容为0000