微机原理与接口技术 教学课件 李燕萍 华继钊 凌海云 WJYL1 3.pdfVIP

1 1 第 章 微型计算机基础知识 第 1 章 微型计算机基础知识 本章重点 微型计算机的组成和各部分的作用，以及计算机中数的表示方法 本章难点 计算机中数的表示方法：原码、反码、补码的关系 本章介绍微型计算机基础知识，内容包括：微型计算机的组成及工作原理，微处理 器及其发展、特点、分类及应用；计算机中常用的数制以及不同数制间的相互转换；数 据的编码；计算机数值数据表示与运算等。要求理解与掌握基础知识、专业名词、术语 及其相关概念，为后续学习做好必要的知识准备。 1.1 微型计算机的组成及工作原理 1.1.1 微型计算机的基本组成 微型计算机（Microcomputer ，简称微机）是通过总线将微处理器（Microprocessor ， 简称 MP ）、内存储器（RAM 、ROM ）和输入/输出接口连接在一起的有机整体。其组成 结构如图 1.1 所示，各个组成部分功能如下。 图 1.1 微型计算机组成结构图 1．微处理器（Microprocessor ） 中央处理器（Central Processing Unit，CPU ）是计算机内部对数据进行处理并对处 理过程进行控制的部件。随着大规模和超大规模集成电路技术的发展，芯片集成度越来 越高，CPU 可以集成在一个半导体芯片上，这种具有中央处理器功能的集成电路器件， 称为微处理器。 CPU 作为整个计算机的核心，可进行算术和逻辑运算；具有接收或发送数据给存储 器和外设的能力；可暂存少量的数据；可对指令进行译码并执行指令规定的操作；提供 2 微机原理与接口技术 整个系统所需的定时和控制信号；可响应其他部件发出的中断请求。一个典型的 CPU 结构如图 1.2 所示，各组成部分功能如下所述。 图 1.2 CPU 的典型结构 1）运算器 运算器实现算术运算（＋、－、×、÷、比较）和逻辑运算（与、或、非、异或、 移位）功能。它以算术逻辑单元（ALU ）为核心，再加上累加器A 、程序状态标志寄存 器 F 及暂存器等。ALU 用来完成二进制数的算术运算和逻辑运算，累加器 A 是 CPU 中 工作最频繁的寄存器。在进行算术、逻辑运算时，累加器 A 往往在运算前暂存一个操作 数（如被加数），而运算后又保存其结果（如代数和）。标志寄存器F 用来存放运算结果 的一些特征，如有无进位、借位等。暂存器用来暂时存放操作数。 2 ）控制器 控制器发出控制信号，实现控制指令执行的功能。控制器是 CPU 的神经中枢，主 要包括定时控制逻辑电路、指令寄存器、指令译码器。指令寄存器存放当前正在执行的 指令代码；指令译码器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；定时控制逻辑电路产生出各种操作电位、不同节拍的信号、时序脉冲等执行 此条命令所需的全部控制信号，以实现控制指令的执行。 3 ）寄存器阵列 寄存器阵列用于存放参加运算的数据、中间结果、地址等。寄存器阵列实际上相当于 微处理器内部的存储器，包括一组通用寄存器和专用寄存器。通用寄存器用来存放参加运 算的数据、中间结果或地址。CPU 内部有了这些寄存器之后，就可避免频繁地访问存储 器，可缩短指令长度和指令执行时间，提高机器的运行速度，也给编程带来方便。专用寄 存器包括程序计数器、堆栈指示器等，它们的作用是固定的，用来存放地址或地址基值。 4 ）内部总线 在 CPU 内部，运算器、控制器和寄存器阵列三部分之间的信息交换是通过总线结 构来实现的。内部总线用来连接微处理器的各功能部件并传送微处理器内部的数据和控 1 3 第 章 微型计算机基础知识 制信号。 2．内存储器 内存储器也称为主存，用于存放计算机当前执行的程序和需要使用的数据。它的存 取速度快，CPU 可以直接对它进行访问。内存储器按读、写方式分