微機原理(第一週)—微機硬件系統

微機硬件系統

微型計算機是指以微處理器爲核心，配上存儲器，輸入/輸出接口電路等所組成的計算機．微型計算機系統是指以微型計算機爲中心，配以相應的外圍設備，電源和輔助電路(統稱硬件)以及指揮計算機工作的系統軟件所構成的系統

• 微型計算機的組成
  

1.基於總線的微型計算機硬件系統

到目前爲止,計算機仍沿用馮諾依曼體系結構,其基本思想爲:

• 1.以二進制形式表示指令和數據
• 2.程序和數據事先放在存儲器中,計算機在工作時能夠高速地從存儲器中取出指令加以執行
• 3.由運算器,控制器,存儲器,輸入設備和輸出設備等五大部件組成計算機硬件系統

總線相關:

• 地址總線AB(Address Bus):對存儲器或者I/O端口進行訪問時,傳送由CPU提供的要訪問存儲單元或I/O端口的地址信息(即確定地址),單向,從CPU–>存儲器或I/O端口
• 數據總線DB(Data Bus):從存儲器取指令或讀寫操作數,對I/O端口進行讀寫操作時,指令碼或數據信息通過數據總線送往CPU或由CPU送出,DB是雙向總線
• 控制總線CB(Controller Bus):各種控制或狀態信息通過控制總線由CPU送往有關部件,或由有關部件送往CPU,單獨一個DB傳送方向是一定的,但整體是雙向的

2.微處理器

簡化的微處理器由運算器(ALU),控制器(CU)和內部寄存器®三部分組成

• 1.運算器:進行算數或邏輯運算以及以爲循環等操作.參加運算的兩個操作數一個來自累加器A,另一個來自內部數據總線(可能是來自數據緩衝寄存器DR,也可能是寄存器陣列RA中的內容)

• 2.控制器:負責 把指令逐條從存儲器中取出,經譯碼器分析後向全機發出取數,執行,存數等控制指令,以保證正確完成程序所要求的功能.控制器包括一下三個部分:

  • 1>指令寄存器IR(Instruction Register):用來存放從存儲器取出的將要執行的指令碼(指令通常由操作數和操作碼組成)
  • 2>指令譯碼器ID:對IR中的指令操作碼字段進行譯碼
  • 3>可編程邏輯陣列PLA:用來產生取指令和執行指令所需要的各種微型操作控制信號,通過CB送往有關部件

• 3.內部寄存器

  • 1.程序計數器PC:也被稱爲指令指針,他被用來存放下一條要執行指令所在存儲單元的地址.當讀取指令時,CPU將自動修改PC內容,以便使其保持的總是要執行的下一條指令的地址
  • 2.地址寄存器AR:用來存放正要取出的指令的地址或操作數的地址,取指令時:PC中存放的指令地址送到AR,根據此地址從存儲器中取出指令;取操作數時:操作數地址從內部數據總線送到AR,再根據此地址從存儲器中取出操作數;在向存儲器寫入數據時,也要先將待寫數據的地址送到AR,再根據此地址向存儲器寫入數據
  • 3.數據緩衝寄存器DR:用來暫時存放指令或數據
  • 4.累加器A:執行算數邏輯運算時,存放一個操作數,而運算結果通常又放回累加器(暫存ALU運算結果)
  • 5.標誌寄存器:也成爲程序狀態字,用來存放執行算術運算指令,邏輯運算指令或測試指令後建立的各種狀態碼內容以及CPU操作進行控制的控制信息
  • 寄存器陣列RA:相當於微處理器內部的RAM’

3.存儲器

用來存放指令,原始數據,中間結果和最終結果
CPU對內存的操作有兩種:讀和寫

下面是CPU讀存儲器中數據的過程

• 1>CPU經地址存儲器AR將要讀取單元的地址信息送地址總線AB,經過地址譯碼器選中某個單元

• 2>CPU發出"讀"控制信號(經過控制總線CB)

• 3>在讀控制信號的作用下,將該單元中的內容放到數據總線上,然後經過數據緩衝寄存器DR送入CPU的有關部件進行處理

• 下面是讀和寫操作的流程圖
  

4.I/O接口與輸入/輸出設備

I/O接口是微型計算機與輸入/輸出設備之間信息交換的橋樑