微机微机的基本工作原理
补充一：最精炼微机工作原理
储器中的存储顺序依次执行。
1.CPU工作原理 2. CPU工作时对总线Bus输出激励信号 定义由CPU输出到总线上的信号为总线激励信号，简称为激励 信号。
CPU在①取指，②执行访问存储器的指令，③访问I/O接口的指 令时会产生激励信号
1.1微型计算机系统硬件结构
1.CPU 2.存储器 3.I/O接口 4.外部设备 5.总线 总线可一分为三：地址总线AB 、数据总线DB 、控制总线CB 。 它们来自微处理器CPU 。 采用总线结构后，计算机系统犹如长藤接瓜：藤即总线，藤的 根即CPU，瓜即存储器和诸接口
1.1微型计算机系统硬件结构
微型计算机基本原理
1.本章主要内容： 微机系统硬件、软件简介；CPU工作原理；微机系统工作理。
2.本章重点： CPU工作原理；微机系统工作理。
3.本章难点： 总线激励与响应概念
4.教学内容如下
1.1微型计算机系统硬件结构
微型计算机系统由中央处理器CPU、存储器、输入/输出电路 (I/O接口)和各种外部设备构成。芯片之间通过总线(Bus)连接。
语言。用机器语言编写的程序叫机器语言程序。
优点：是能被CPU直接理解和执行。 缺点：是编程烦琐、不直观、难记忆、易出错。
1.2指令与程序的概念 1.指令 2.程序 程序则是为解决某一问题而编写在一起的指令序列。目前微机
系统中使用着3个层次、3种形式的程序。 (1)机器语言程序 机器码指令二进制代码形式存在的。机器码指令的集合叫机器
(3)高级语言程序 接近自然语言和数学语言的高级语言：BASlC、C、FORTRAN、 COBOL、PASCAL、Turbo C、C++、VB、VC等。 高级语言程序就是用高级语言编写的程序。同样由于CPU只能 执行机器语言程序，高级语言程序必须先“编译”成机器语言程序 才能被CPU执行。
微型计算机原理及应用技术
0000
0
9
0001
1
10
0010
2
11
0011
3
12
0100
4
13
0101
5
14
0110
6
15
0111
7
16
1000
8
17
二进制
1001 1010 1011
1100 1101 1110 1111 10000 10001
16进制
9 A B
C D E F 10 11
4. 各种数制之间的转换 【例1-1】 十进制数22.625转换为二进制数
②小数部分转换，每次把乘积的整数取走作为转换结果的一位，对 剩下的小数继续进行乘法运算。对某些数可以乘到积的小数为0（如 上述两例），这种转换结果是精确的；对某些数（如0.3）永远不能 乘到积的小数为0，这时要根据精度要求，取适当的结果位数即可， 这种转换结果是不精确的。
例如 ：十六进制数
1
A
E
4
虽然BCD码是用二进制编码方式表示的，但它与二进制之间不 能直接转换，要用十进制作为中间桥梁，即先将BCD码转换为 十进制数，然后再转换为二进制数；反之亦然。
十进制 0 1 2 3 4 5
表1-2 BCD编码表
8421BCD码
十进制
0000
6
0001
7
0010
8
0011Leabharlann 9010010
0101
11
8421BCD码 0110 0111 1000 1001
1.3.1 计算机的硬件系统 1.3.2 计算机的软件系统 1.3.3 计算机的主要技术指标
1.1 引言 1.1.1 计算机发展概况
微机原理
第一章ENIAC 的不足：运算速度慢、存储容量小、全部指令没有存放在存储器中、机器操作复杂、稳定性差 。
冯·诺依曼（Johe V on Neumman ）提出了“存储程序”的计算机设计方案。
特点是： 1、采用二进制数形式表示数据和计算机指令。
2、指令和数据存储在计算机内部存储器中，能自动依次执行指令。
由控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备5大部分组成计算机硬件。
工作原理的核心是“存储程序”和“程序控制”。
一型计算机的分类字长：有4位、8位、16位、32位、64位微型计算机等 工艺：可分成MOS 工艺、双极型TTL 工艺的微处理器 结构类型：有单片机、单板机、位片机、微机系统等 用途：个人计算机、工作站/务器、网络计算机 体积大小：台式机、携机。
二．微型计算机的性能指标介绍位：这是计算机中所表示的最基本、最小的数据单元。
字长：是计算机在交换、加工和存放信息时的最基本的长度。
字节（Byte ）：是计算机中通用的基本单元，由8个二进制位组成。
字：是计算机内部进行数据处理的基本单位。
主频：也称时钟频率，是指计算机中时钟脉冲发生器所产生的频率。
访存空间：是该微处理器构成的系统所能访问的存储单元数。
指令数：构成微型计算机的操作命令数。
基本指令执行时间：计算机执行程序所花的时间。
可靠性：指计算机在规定时间和条件下正常工作不发生故障的概率。
兼容性：指计算机硬件设备和软件程序可用于其他多种系统的性能。
性能价格比：是衡量计算机产品优劣的综合性指标。
微型计算机是以微处理器为核心，再配上存储器、接口电路等芯片构成的微型计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成 ：1.中央处理单元CPU （Control Processing Unit ）是微型计算机的核心部件，是包含有运算器、控制器、寄存器组以及总线接口等部件的一块大规模集成电路芯片，俗称微处理器。
微处理器是微型计算机的核心，它的性能决定了整个微型机的各项关键指标。
微机原理
1.1微型计算机主要包括那几个组成部分？各部分的基本功能是什么？答：微型计算机由CPU，存储器，输入/输出接口及系统总线组成CPU是微型计算机的核心部件，一般具有下列功能：进行算术和逻辑运算，暂存少量数据，对指令译码并执行指令所规定的操作，与存储器和外设进行数据交换，提供整个系统所需要的定时和控制信号，响应其他部件发出的中断请求；总线是计算机系统各功能模块间传递信息的公共通道，一般由总线控制器，总线发送器，总线接收器以及一组导线组成；存储器是用来存储数据，程序的部件；I/O接口在CPU和外设之间起适配作用，是微型计算机的重要组成部件1.2简述CPU执行指令的工作过程答：CPU执行指令的工作过程可以归纳为3个阶段：取指令，分析指令，执行指令执行指令的基本过程：1、开始执行程序时，程序计数器中保存第一条指令的地址，指明当前将要执行的指令存放在存储器的哪个单元2控制器将程序计数器中的地址送至地址寄存器MAR，并发出读命令。
存储器根据此地址取出一条指令，经过数据总线进入指令寄存器IR3指令译码器译码，控制逻辑阵列发出操作命令，执行指令操作码规定的操作。
4、修改程序计数器的内容2.1、8086/8088CPU的功能结构由哪两部分组成？它们的主要功能是什么？答：8086/8088CPU的功能结构由以下两部分组成：总线接口单元BIU（Bus Interface Unit）和执行部件EU（Execution Unit）总线接口单元BIU的主要功能是负责与存储器，I/O端口进行数据传送。
具体讲：取指令，即总线接口部件从内存中取出指令后送到指令队列；预取指令；配合EU执行指令，存取操作数和运算结果。
执行部件EU主要功能是负责指令执行。
2.4、什么是总线周期？8086/8088CPU的基本总线周期由几个时钟周期组成？若CPU主时钟频率为10MHz，则一个时钟周期为多少？一个基本总线周期为多少？答：BIU通过系统总线对存储器或I/O端口进行一次读/写操作的过程成为一个总线周期。
第2章微型计算机系统的组成及工作原理
2.5.6 ISA总线的定义与应用
2. ISA总线的信号线定义 ——98芯插槽，包括地址线、数据线、控制线、时钟和电源线 (1)地址线：SA019和LA1723 (2)数据线：SD015 (3)控制线：AEN、BALE、 IOR 和 IOW、 SMEMR和 SMEMW
MEMR 和 MEMW、 MEM CS16 和 I/O CS16 、SBHE
2.1.2 微机系统的软件配置
系统软件、工具软件、应用软件、用户应用程序
.3 微机系统中的信息流与信息链
1. 微机系统中信息流与信息链的构成 信息流：存储器中的数据、程序代码；接口寄存器中的I/O数据、 状态、I/O命令 信息链：信息流在系统中流动的路径； 包括物理(硬件)环节和逻辑(软件)环节 2. 微机系统中信息流与信息链 ——早期微机系统/现代微机系统中的信息链 3. 研究信息流与信息链的意义 ——通过信息流从整体上认识微机体系结构和组成微机系统的各 部件之间的关系
2.5.7 现代微机总线技术的新特点
3. 总线桥 (1) 总线桥 ——总线转换器和控制器，是两种不同总线间的总线接口 内部包含兼容协议及总线信号和数据缓冲电路；把一条总线映 射到另一条总线上 北桥：连接CPU总线和PCI总线的桥 南桥：连接PCI总线和本地总线(如ISA)的桥 (2) PCI总线芯片组 ——实现总线桥功能的一组大规模集成专用电路 保持主板结构不变前提下，改变这些芯片组的设计，即可适应 不同微处理器的要求 4. 多级总线结构中接口与总线的连接
2.4 I/O设备与I/O设备接口
2.4.1 I/O设备及其接口的作用
1. I/O设备的作用 2. I/O设备接口的作用——连接与转换
2.4.2 I/O设备的类型及设备的逻辑概念
郑学坚《微型计算机原理及应用》课后习题详解(微型计算机的基本工作原理)【圣才出品】
第3章微型计算机的基本工作原理1．写出本章中简化式计算机的指令系统的每条指令的汇编语言的助记符及其相应的机器语言的机器码。
答：2．程序计数器PC的内容是什么意义？答：PC中存放的是下一条将要执行的指令地址。
3．指令寄存器IR从PROM接收到指令字（8位）后的运行过程如何，起什么作用？答：IR从PROM接收到指令字（当L1=1，E R=1）后，将指令字分送到控制部件CON 和W总线上。
其中左四位为指令字段，右四位为地址字段。
4．试简述程序设计的4个步骤。
答：程序设计的4个步骤：（1）获得操作码表；（2）进行存储器分配；（3）将源程序翻译成目标程序；（4）此程序按存储单元的地址顺序存入计算机。
5．环形计数器有何用处？什么叫环形字？答：（1）环形计数器用于发出环形字，从而产生机器节拍。
（2）环形字是由多个移位寄存器的输入位组成，其中移位寄存器最低一位的串行输出端Q1反馈到最高位的串行输入端。
6．什么叫例行程序？什么叫机器周期、取指周期和执行周期？本章简化式计算机的机器周期包括几个时钟周期（机器节拍）？机器周期是否一定是固定不变的？答：（1）例行程序：例行程序是指完成一个处理过程并产生多个处理结果且通过CALL 语句调用执行的程序。
（2）机器周期：取出一条指令并执行完这条指令所需要的时间。
（3）取指周期：取出指令所需要的时间，通常由三个机器节拍构成。
（4）执行周期：执行一条指令所需要的时间，通常由三个机器节拍构成。
（5）本章简化式计算机的机器周期包括6个时钟周期。
（6）机器周期不是固定不变的，和具体的指令有关。
7．控制部件包括哪些主要环节？各有何用处？答：控制部件主要包括：（1）环形计数器（RC）环形计数器用于发出环形字，从而产生机器节拍。
（2）指令译码器（ID）指令寄存器IR中数据的高四位被送到控制部件，指令译码器对该指令的高四位译码，确定该指令需要执行的操作，即译码器能将编码信息译成某一控制线为高电位。
微机工作的基本原理
微机工作的基本原理
微机工作的基本原理是指微处理器的运行原理。
微机的基本组成部分包括中央处理器（CPU）、内存、输入输出设备等。
其中，中央处理器是整个系统的核心，负责进行数据的处理和指令的执行。
具体来说，中央处理器由控制单元和算术逻辑单元组成。
控制单元负责指令的解码和调度，通过时钟控制执行各个指令。
算术逻辑单元则负责进行数据的运算和逻辑判断。
中央处理器通过总线与其他部件进行通信，实现数据的传输和交互。
微机的内存用于存储程序和数据。
其中，随机存储器（RAM）用于临时存储程序和数据，而只读存储器（ROM）用于存储
不可更改的程序和数据。
中央处理器可以从内存中读取指令和数据，并将处理结果写回内存。
输入输出设备用于与外部环境进行数据的交互。
例如，键盘、鼠标等输入设备用于接收用户的输入，显示器、打印机等输出设备用于向用户显示结果。
中央处理器通过输入输出控制器与输入输出设备进行通信，实现数据的输入和输出。
微机的工作过程可以简化为以下几步：首先，中央处理器从内存中读取指令。
然后，控制单元对指令进行解码，并调度算术逻辑单元执行相应的运算和逻辑操作。
处理结果存储到内存中或通过输出设备展示给用户。
整个过程通过时钟信号进行同步。
总之，微机工作的基本原理可以概括为指令的解码和执行、数据的传输和存储，以及与外部设备的交互等关键步骤。
通过这些操作，微机能够完成各种应用程序的运行和数据处理。
03章 微机的基本工作原理
3）CON的控制矩阵根据指令字段（由 ） 的控制矩阵根据指令字段（ 的控制矩阵根据指令字段 IR送来）发出 的控制字 送来） 送来 发出12的控制字 CON： ： CPEPLMER LIEILAEA SUEULBLO 4位 位 CON 12位 位 CLK CLR
累加器A： 六、累加器 ： 储存计算机运行期间的中间结果 LA门：接收数据 EA门：输出数据 A
ALU
七、ALU 8位 Su＝0 位 ＝ 加法 Su＝1 ＝ 减法 8 ω 有Eu，输出结果 ， ALU
ω 8
SU EU LB
B 八、寄存器 8位 有LB门，装入运算的数 位 无 E门
九、输出寄存器O 输出寄存器 接收来自A中的结果 中的结果， 接收来自 中的结果，将其输出 无输出门， ∴有LO门，无输出门，有CLK 显示器D 十、显示器
程序执行： 六、程序执行： 1）使机器复位 ）使机器复位CLR＝1，控制器发出 ＝ ， CLK，使相关控制部件相应（发 ，使相关控制部件相应（ 出控制字） 出控制字） 2）计算机在控制字的控制下，顺序执 ）计算机在控制字的控制下， 行每条指令（下节讲解） 行每条指令（下节讲解） 3）结果 见图 见图3-3 ） A＝16＋20＋24＋28－32＝56D ＝ ＋ ＋ ＋ － ＝ =00111000B
十大部件三大部分： 十大部件三大部分： 中央处理器： 中央处理器： CPU [ PC、 IR 、CON、ALU 、 A 、B ] 、 、 存储器M 存储器 [ MAR、PROM ] 、 I/O接口 [ 输入：手动开关，输出：显示器 接口 输入：手动开关，输出：显示器]
§3－2 指令系统 －
LDA ADD SUB OUT HLT 汇编语言格式： 汇编语言格式： 助记符 操作表 ；注释 一条指令中，常把操作数中的A省略 ①一条指令中，常把操作数中的 省略 不写，但操作与A有关 简化格式） 有关（ 不写，但操作与A有关（简化格式） ②加括号表示内容参数 即指2000H单元中的内容 如：[2000H]即指 即指 单元中的内容 停机（ ③HLA停机（停发 停机 停发CLK，但电源未断， ，但电源未断， 显示器D仍显示结果 仍显示结果） 显示器 仍显示结果）
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
=0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 (2)储存节拍(T1=1)：PROM指定单元内容送到IR，高四位
送控制部件 CON=0001 1000 0000，即ER=1，LI=1 (3)增量节拍(T2=1)：PC+1，指向下一条指令 CON=1000 0000 0000，即CP=1
15
执行周期也需要三个节拍：这里以LDA例 行程序为例：
运行结果：CLK停止发脉冲
最后一条指令，使时钟脉冲停发，则计算机停止运 行，但电源未切断，所以显示器中仍继续显示计算9 的结果。
3.3、程序设计
1、先要有一个操作码表：
2、存储器资源分配
–共16个存储单元R0～R15，每个单元8位，即内存为
16*8
–分成两个部分
•R0~R7：程序存储区（即指令区）
第3章 微机的基本工作原理
一个实际的微机的电路结构是相当复 杂的。本章内容将从微机的最基本功能出 发来讲解其电路原理，在有限的时间内让 同学们建立一个较完整的基本概念。
微机的基本功能可概括为“三能一 快”；能运算、能判别、能决策。但所有 这些“能”的过程都是建立在“快”的基 础上才能有实际意义。
1
在整个计算机中，信息量是很大的，部件数 很多，如何做到各个信息和部件能够“循序渐进、 各得其所、有条不紊、快而不乱”？这就是计算 机基本工作原理所要解答的问题。
LDA ADD ADD ADD
RRRR9CAB ；；；；把把把把RRRR9CBA中中中中的的的的数数数数据据据据存与与与入AAAA的的的相相相加加加
SUB OUT
RD ；；输把出AA中中的的数数据据与，R即D的结相果减
HLT ；停机
助记符 操作数 注释
8
这样的格式称为用汇编语言写的汇编语
言程序。最左边的符号称为助记符，中间的
（6）累加器A
（7）寄存器B
（8）输出寄存器O
（9）二进制显示器 D
可见结构简单，但
为一个可编程计算
机的雏形，麻雀虽
小，五脏具全。其
6
3.2、指令系统
指令系统就是用来编制程序的一个指令集合。
这台微型机有五条指令，即其控制部件能 完成一系列例行程序以执行五种命令：
LDA——将数据装入累加器A
ADD——进行加法运算
(4) T3=1，IR高四位送至控制器进行分析，IR低四 位送总线，MAR接受此低四位并指向PROM的 某个单元。（第一次访问的是指令区，第二次访 问的是数据区）
CON= CPEP LMER LIEILAEA SUEU LBLB = 0 0 1 0 01 0 0 0 0 0 0
（5） T4=1，PROM中数据区的存储单元的内容送 累加器A
SUB——进行减法运算
OUT——输出结果
HLT——停机
这五条指令在一起就称为这台计算机的指
令系统。
7
不同型号的微处理机的指令系统是不同
Hale Waihona Puke 的，指令的条数也不相同，如Z80型的指令
系统可达：58条，M6800型有72条，
6502型则有56条指令，而Intel 80386则
为152条。
例如一个计算程序的格式如下：
•R8~R15：数据存储区
10
3、将源程序翻译成目的程序
11
4、程序及数据的输入方法
12
3.4、执行指令的例行程序
执行一条指令的时间为一个机器周期。 机器周期又可分为取指周期和执行周期。取 指过程和执行过程都得通过不同的机器节拍。 在这些节拍内，每个寄存器（PC、MAR、 IR、A、B、O等）的内容可能发生变化。
符号R9、RA……等称为操作数，在“；” 之后的称为注释，每一行就是一条指令。
运行结果（A）=（R9） 运行结果（A）=（R9）＋（RA） 运行结果（A）=（R9）+（RA）+（RB） 运行结果（A）=（R9）+（RA）+（RB）+（RC） 运（行R结D果）（A）=（R9）+（RA）+（RB）+（RC）运行结果（D）=（A）
机器节拍：即一个时钟周期（时钟一个高电平+一 个低电平）
13
环形计数器和机器节拍 –作用：产生机器节拍，控制 电路依次发出各个动作，重复 执行指令 –其位数与指令的执行周期长 度有关 特点：各位依次为高电位。
14
2、取指周期及执行周期
取指周期需要三个机器节拍： (1)地址节拍(T0=1)：PC内容送MAR并到达PROM CON=CPEP LMER LIEILAEA SUEU LBLB
的概念。 2
3.1、微机结构的简化形式
简化的微机结构如图3-1所示，其硬 件结构特点是：功能简单、内存量小、 字长8位、手动输入。
微机组成：中央处理器CPU（Center Process Unit）（微处理器）、存储器（Memory）、外设 （I/O设备）
3
微型计算机的简化结构及功能分解（图3.1，P41)
3. MAR：存储器地址寄存器
4. A：累加器； B：B寄存器； O：输出寄存器； D：输出设备 5. CON：控制器 控制字：CON=CPEPLMER LIEILAEA SuEULB4LO
图3-2
PROM
结构 原理 图
5
（5）控制器 其功能： （PC、IR）清零； 发出同步脉冲CLK；发出12位控制字CON。
CP CLK CLR
EP
LI CLK CLR
EI
PC
IR
CLK CON
CLR
CPEP LMERLIEILAEASUEULBLO
LM CLK
MAR
ER
PROM
A
ALU B
CPU O D
LA CLK EA Su Eu LB CLK
LO CLK
1. PC(Program Control) 程序控制器，控制指令的运行
顺序。 Cp=1时候，PC=PC+1
2. IR（Instruction Register） 指令寄存器，从PROM中取
指令，分析指令后，将指令字 送CON和总线
指令系统和指令字：
**** **** 指令字段 地址字段 指令字段：如0000表示LDA指 令（Load A），操作码（助记 符）和操作数 指令存放于存储器的指令区 数据存放于存储器的数据区