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1、0.2 微型计算机结构 1 微型计算机功能部件 2 微型计算机结构特点 3 微型计算机软件 介绍微型计算机结构和工作原理 1 微型计算机功能部件 1 微型计算机功能部件 1-1 中央处理器 CPU 1算术逻辑单元 ALU 运算器的核心部件，执行算术运算、逻辑运算、移位 、比较等各种数据处理的操作 。 CPU 微型计算机的核心部件 CPU由运算器、控制器组成。 (一 ) 运算器 运算器进行数据分析、计算和处理。 2寄存器组 1)工作寄存器 (通用寄存器 ) 用来暂存 ALU待处理的数据和中间结果。 (一 ) 运算器 2)特殊功能寄存器 SFR(专用寄存器 ) 规定了特殊用途的寄存器，其内容会影响
2、计算机的 工作方式和过程 。 3) 累加器 (Accumulator) 使用最频繁的寄存器，配合 ALU进行各种数据处理 。 (二 ) 控制器 1.指令部件： 读取程序指令 、 指令译码 、 修改程序指针 。 1） 程序计数器 PC： 存放当前指令地址。 CPU执行程序时，先按 PC给出的地址到存储器取一 条指令， PC自动加 1。 CPU执行完一条指令，再到存 储器取下一条指令， 。 2) 指令寄存器 IR ： 暂存当前指令。 指令操作码送指令译码器。 3) 指令译码器 ID ：将每条 指令译码变成控制电平。 处理程序指令，并协调各逻辑部件按一定时序工作 。 (二 ) 控制器 2. 时序部件
3、 时钟和内部分频电路。时钟信号经过 分频，与指令译码信号组合，形成一定节 拍的时序信号，控制各逻辑部件协调工作。 1)PC给出当前指令的存储地址。 PC= 程序存储器 地址 程序代码 0000H 指令代码 1 0001H 指令代码 2 0002H 指令代码 3 N 指令代码 n PC= PC= 2)CPU到存储器取指令， PC自动加 1 3)指令译码器对指令译码， CPU执行指令。 4)CPU到存储器取指令， PC=PC+1 。 5)CPU执行下一条指令 ， 指令代码 i 指令代码 i 指令寄存器 CPU执行程序的简要过程： 1-2 存储器与读写操作 位 b (bit)： 一个二进制位，信息最
4、小单位。 字节 B (Byte)： 8位为一个字节。 字长 W (Word Length)： 一个字包含的二进制位数。 (一 ) 存储器基本信息单位 (二 )存储器结构 存储器功能 ：存放程序和数据等信息。 存储内容 ：程序或数据的二进制代码。 存储地址 ：存储器每个单元的位置编号 存储器容量 ：指存储单元的多少。 如存储器容量为 1KB = 1024 8位 。 1KB存储器 地址 存储内容 0 10011010 1 01101011 1023 10100111 (三 )存储器读写操作 存储器 读 ： 将信息从存储器中读入 CPU 。 存储器 写 ：将信息从 CPU写到存储器中 。 1KB存储
5、器 地址 存储内容 0 10011010 1 01101011 1023 10100111 CPU 地址 内容 读写控制 存储器的 读写操作 ： 2.发出读写控制时序信 号，对选定单元进行 读或写 。 1.CPU先送出一个确定的单元地址给存储器 (四 ) 半导体存储器 RAM： 随机读写存储器 。 能方便读出和改写信息 ， 但失电后信息将不 复存在 。 RAM常用作数据存储器 ， 暂存各种现 场数据 、 运算结果和正在调试的程序 。 ROM： 只读存储器。 工作时从 ROM中读出信息，不能随意改写。 断电后信息不会丢失。 ROM常用作程序存储器， 存放已调试好的固定程序和常数 。 程序存储器：
6、 存放程序指令代码。 每个指令周期 CPU自动对程序存储器读 操作 。 数据存储器 ： 存放待处理数据。 数据存储器读写操作发生在 CPU执行程 序的过程中 。 1-3 I/O接口 I/O接口是联系微型计算机与外部设备的桥梁 。 每一台外部设备必须通过 I/O接口与计算机连接 。 微型计算机有多种功能 I/O接口： PIO： 并行 I/O接口。 SIO： 串行 I/O接口。 CTC： 定时计数器。 ADC、 DAC： A/D、 D/A转换器。 INT： 中断输入口 。 2 微型计算机结构特点 微型计算机由大规模集成电路组成 ， 微型机应用系统 一般也采用特定功能的大规模集成电路器件和组件 。
7、总线 (Bus)： 微型计算机各功能部件的连接线 ， 各功能 部件之间的公共信息通道 。 总线宽度 ：总线上能并行传送的二进制位数 。 内部总线： CPU或单片机芯片内部各逻辑部件之间的 信息传输线 。 通常为单总线结构 。 外部总线： 指微型机各功能芯片之间的信息传输线 。 CPU或单片机芯片应用系统的主要外部引线 。 系统总线： 微机系统各逻辑功能板卡之间的信息传输 线 。 通常为统一标准总线 。 2 微型计算机的结构特点 2-1 微型机的总线结构 微型计算机总线的主要信号线： (二 ) 数据总线 DB 双向三态 。 传送程序和数据的二进制代码 。 数据总线宽度一般与微型机的字长相同 。
8、(一 ) 地址总线 AB 单向三态 。 传送存储器和 I/O接口的地址信息 。 地址总线宽度决定计算机寻址空间 (最大寻址 )。 1KB存储器 地址 存储内容 0 10011010 1 01101011 1023 10100111 CPU 地址 内容 读写控制 MCS-51有 16根地址总线，寻址空间 216 = 64K=65536 (三 ) 控制总线 CB 单向三态。传送各种控制 脉冲、联络、状态电平等 信号，使存储器、 I/O接 口等部件协调工作。 控制总线的根数根据微型 计算机控制功能的需要而 定 。 1KB存储器 地址 存储内容 0 10011010 1 01101011 1023 1
9、0100111 CPU 地址 内容 读写控制 0.3微处理器与外设之间数据传送的三种方式 查询 结构简单 ， 但信息交换速度慢 ， CPU效率低 通常用来实现 CPU与低速外设间的信息交换 中断 当 CPU需要输入输出时 ， 若外设已准备好 ， CPU就暂停原执行的程序 ， 转去执行输入输出任 务 ， 完成后 ， 再继续执行原来的程序 中断方式适用于随机出现的服务 （ 如：键盘 、 打 印机 ） DMA 信息交换时 ， 由 DMA控制器控制总线直 接在主存储器和外设之间进行数据交换 。 DMA利用中断申请归还总线使用权 DMA方式适用于高速成组的数据交换 3 微型计算机软件 （ 二 ） 汇编语
10、言 与机器语言指令一一对应的英文单词缩写 ， 称为指令 助记符 。 汇编语言编写的程序称为汇编语言程序 。 MCS-51两个寄存器相加汇编语言指令： ADD A， R0 （ 三 ） 高级语言 语句和语法接近人们习惯的表达方式 。 高级语言编写 的程序称为高级语言源程序 。 （ 一 ） 机器语言 指令的二进制代码 ， 又称 指令代码 。 机器语言指令 组成的程序称目标程序 。 MCS-51两个寄存器相加的机器语言指令 00101000 3-1 计算机语言 不同计算机语言的应用 源程序通过编译得到机器能执行的目标程序 。 汇编语言程序可以高效率利用计算机资源 ， 目标程序 占用内存少 ， 执行速度快 ， 适合于自动测控系统反应快 速 、 结构紧凑的要求 。 实际应用中 ， 常与 C语言配合使用 。 高级语言程序容易掌握 ， 通用性好 ， 但编译程序系统 开销大 ， 目标程序占用内存多 ， 且执行时间比较长 ， 多 用于科学计算 、 工业设计 、 企业管理 。 源程序 目标程序 编译 程序
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