微机课次02章节
35页1、1.4 微型计算机硬件系统,1.4.1 微型计算机系统的组成 INTEL CPU主要沿用1940年由冯.诺依曼首先提出的体系结构。其基本设计思想为:(程序存储控制) 以二进制形式表示指令和数据。 程序和数据事先存放在存储器中,计算机在工作时能够高速地从存储器中取出指令加以执行。 由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备等五大部件组成计算机系统。,所谓总线,是计算机中各功能部件间传送信息的公共通道,是微型计算机的重要组成部分。它们可以是带状的扁平电缆线,也可以是印刷电路板上的一层极薄的金属连线。所有的信息都通过总线传送。根据所传送信息的内容与作用不同,总线可分为三类: 地址总线AB(Address Bus):在对存储器或I/O端口进行访问时,传送 由CPU提供的要访问存储单元或I/O端口的地址信息,以便选中要访问的存储单元或I/O端口,是单向总线。,数据总线DB(Data Bus):从存储器取指令或读写操作数,对I/O端口进行读写操作时,指令码或数据信息通过数据总线送往CPU或由CPU送出,是双向总线。 控制总线CB(Control Bus):各种控制或状态信息通过控制总线由CPU送
2、往有关部件,或者从有关部件送往CPU。CB中每根线的传送方向是一定的,图1.3中CB作为一个整体,用双向表示。,1.4.2 微处理器,ALU & CU,1运算器 运算器又称算术逻辑单元ALU(Arithmetic Logic Unit),用来进行算术或逻辑运算以及移位循环等操作。参加运算的两个操作数一个来自累加器A(Accumulator),另一个来自内部数据总线,可以是数据缓冲寄存器DR(Data Register)中的内容,也可以是寄存器阵列RA(Register Array)中某个寄存器的内容。计算结果送回累加器A暂存。,2. 控制器 控制器又称控制单元CU(Control Unit),是全机的指挥控制中心。它负责把指令逐条从存储器中取出,经译码分析后向全机发出取数、执行、存数等控制命令,以保证正确完成程序所要求的功能。 (1) 指令寄存器IR(Instruction Register):用来存放从存储器取出的将要执行的指令码。当执行一条指令时,先把它从内存取到数据缓冲寄存器DR中,然后再传送到指令寄存器IR中。,(2) 指令译码器ID(Instruction Decoder):
3、用来对指令寄存器IR中的指令操作码字段(指令中用来说明指令功能的字段)进行译码,以确定该指令应执行什么操作。 (3) 可编程逻辑阵列PLA(Programmable Logic Array):用来产生取指令和执行指令所需要的各种微操作控制信号,并经过控制总线CB送往有关部件,从而使计算机完成相应的操作。,3. 内部寄存器阵列,1) 程序计数器PC(Program Counter) 程序计数器有时也被称为指令指针IP(Instruction Pointer)。它被用来存放下一条要执行指令所在存储单元的地址。在程序开始执行前,必须将它的起始地址,即程序的第一条指令所在的存储单元地址送入PC。当执行指令时,CPU将自动修改PC内容,以便使其保持的总是将要执行的下一条指令的地址。由于大多数指令是按顺序执行的,所以修改的办法通常只是简单地对PC加1。但遇到跳转等改变程序执行顺序的指令时,后继指令的地址(即PC的内容)将从指令寄存器IR中的地址字段得到。,2) 地址寄存器AR(Address Register): 地址寄存器用来存放正要取出的指令的地址或操作数的地址。由于在内存单元和CPU之间存在
4、着操作速度上的差异,所以必须使用地址寄存器来保持地址信息,直到内存的读/写操作完成为止。 在取指令时,PC中存放的指令地址送到AR,根据此地址从存储器中取出指令。 在取操作数时,将操作数地址通过内部数据总线送到AR,再根据此地址从存储器中取出操作数;在向存储器存入数据时,也要先将待写入数据的地址送到AR,再根据此地址向存储器写入数据。,3) 数据缓冲寄存器DR(Data Register) 数据缓冲寄存器用来暂时存放指令或数据。从存储器读出时,若读出的是指令,经DR暂存的指令经过内部数据总线送到指令寄存器IR;若读出的是数据,则通过内部数据总线送到运算器或有关的寄存器。同样,当向存储器写入数据时,也首先将其存放在数据缓冲寄存器DR中,然后再经数据总线送入存储器。 可以看出,数据缓冲寄存器 DR是CPU和内存、外部设备之间信息传送的中转站,用来补偿CPU和内存、外围设备之间在操作速度上存在的差异。,4) 指令寄存器IR(Instruction Register) 指令寄存器用来保存从存储器取出的将要执行的指令码,以便指令译码器对其操作码字段进行译码,产生执行该指令所需的微操作命令。,5)
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