微機(jī)原理及接口技術(shù)課件一目錄微機(jī)原理概述微機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)微機(jī)的指令系統(tǒng)匯編語言程序設(shè)計(jì)微機(jī)的中斷系統(tǒng)微機(jī)的輸入輸出技術(shù)01微機(jī)原理概述010203微機(jī)微型計(jì)算機(jī)的簡稱，是一種體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、性能強(qiáng)大、易于擴(kuò)展的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。微機(jī)的特點(diǎn)高集成度、低功耗、高性能、低成本等。微機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域工業(yè)控制、智能家居、醫(yī)療設(shè)備、航空航天等。微機(jī)的基本概念以8位微處理器為核心，代表機(jī)型為AppleI和IBMPC。以16位微處理器為核心，代表機(jī)型為IBMPC/AT。以32位微處理器為核心，代表機(jī)型為Pentium系列。以64位微處理器為核心，代表機(jī)型為AMDOpteron和IntelItanium。第一代微機(jī)第二代微機(jī)第三代微機(jī)第四代微機(jī)微機(jī)的發(fā)展歷程是微機(jī)的核心部件，負(fù)責(zé)執(zhí)行指令和處理數(shù)據(jù)。中央處理器（CPU）存儲(chǔ)器（Memory）輸入/輸出接口（I/O）總線（Bus）用于存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)，分為隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）和只讀存儲(chǔ)器（ROM）。用于連接外部設(shè)備和主機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸。是連接各部件的公共通道，負(fù)責(zé)傳輸數(shù)據(jù)和控制信號(hào)。微機(jī)的基本組成02微機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)中央處理器010203中央處理器（CPU）是微機(jī)的核心部件，負(fù)責(zé)執(zhí)行指令和處理數(shù)據(jù)。CPU由運(yùn)算器和控制器組成，運(yùn)算器負(fù)責(zé)進(jìn)行算術(shù)和邏輯運(yùn)算，控制器負(fù)責(zé)控制指令的執(zhí)行順序。CPU的性能指標(biāo)包括時(shí)鐘頻率、指令集、核心數(shù)等，這些指標(biāo)直接影響微機(jī)的運(yùn)算速度和效率。存儲(chǔ)器是微機(jī)中用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和程序的部件。存儲(chǔ)器分為內(nèi)部存儲(chǔ)器和外部存儲(chǔ)器，內(nèi)部存儲(chǔ)器包括高速緩存（Cache）和寄存器，外部存儲(chǔ)器包括硬盤、光盤、閃存等。存儲(chǔ)器的容量和速度也是重要的性能指標(biāo)，直接影響微機(jī)的存儲(chǔ)能力和運(yùn)行速度。存儲(chǔ)器

輸入輸出接口輸入輸出接口是微機(jī)中用于連接外部設(shè)備和軟件的部件。常見的輸入輸出接口包括串口、并口、USB、HDMI等，這些接口可以連接鍵盤、鼠標(biāo)、顯示器、打印機(jī)等設(shè)備。輸入輸出接口的性能指標(biāo)包括數(shù)據(jù)傳輸速率、接口類型、兼容性等，這些指標(biāo)直接影響微機(jī)的外部設(shè)備和軟件的使用效果?？偩€的帶寬和速度也是重要的性能指標(biāo)，直接影響微機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸能力和效率?？偩€是微機(jī)中用于連接各個(gè)部件的通道。總線分為地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線，地址總線用于傳輸?shù)刂沸畔ⅲ瑪?shù)據(jù)總線用于傳輸數(shù)據(jù)信息，控制總線用于傳輸控制信號(hào)?？偩€03微機(jī)的指令系統(tǒng)一條指令是一個(gè)具體的操作命令，它告訴計(jì)算機(jī)做什么。指令指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)的發(fā)展一個(gè)計(jì)算機(jī)所擁有的全部指令的集合，它定義了計(jì)算機(jī)的全部操作。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，指令系統(tǒng)的功能越來越強(qiáng)大，操作越來越復(fù)雜。030201指令系統(tǒng)的基本概念指令的格式包括操作碼和地址碼兩部分，操作碼表示指令的操作類型，地址碼表示操作數(shù)所在內(nèi)存單元的地址。指令的格式尋址方式是指確定操作數(shù)所在內(nèi)存單元地址的方式，包括隱含尋址、立即尋址、直接尋址、間接尋址、變址尋址和相對尋址等。尋址方式指令的格式和尋址方式指令集指令集是計(jì)算機(jī)硬件所能執(zhí)行的全部指令的集合，包括算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送、控制轉(zhuǎn)移等指令。RISC和CISC指令集根據(jù)指令集的特點(diǎn)，可以將指令集分為RISC（精簡指令集計(jì)算機(jī)）和CISC（復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)）兩種類型。RISC指令集強(qiáng)調(diào)指令系統(tǒng)的簡單和優(yōu)化，而CISC則強(qiáng)調(diào)指令系統(tǒng)的完整性和易用性。指令集04匯編語言程序設(shè)計(jì)匯編語言是一種面向機(jī)器的程序設(shè)計(jì)語言，用助記符表示指令代碼，便于程序員理解和記憶。匯編語言定義由于計(jì)算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，為了更方便地控制硬件，匯編語言應(yīng)運(yùn)而生。匯編語言的產(chǎn)生匯編語言具有高度的可移植性、可讀性和可維護(hù)性，同時(shí)能夠直接訪問計(jì)算機(jī)硬件，執(zhí)行效率高。匯編語言的特點(diǎn)匯編語言的基本概念每條匯編指令都有特定的格式，包括操作碼和操作數(shù)。操作碼指明指令的功能，操作數(shù)指明操作的對象。指令格式操作數(shù)可以是立即數(shù)、寄存器、內(nèi)存單元等，尋址方式包括隱含尋址、直接尋址、間接尋址等。尋址方式匯編語言中的數(shù)據(jù)類型包括字節(jié)型、字型、雙字型等，不同數(shù)據(jù)類型對應(yīng)不同的存儲(chǔ)空間大小。數(shù)據(jù)類型匯編語言的語法規(guī)則程序主體程序主體是程序的執(zhí)行部分，包括指令序列和數(shù)據(jù)單元。程序入口程序入口是程序的起始點(diǎn)，通常使用標(biāo)簽來表示。程序出口程序出口是程序的結(jié)束點(diǎn)，通常使用標(biāo)簽來表示。匯編語言的程序結(jié)構(gòu)05微機(jī)的中斷系統(tǒng)中斷是微處理器在執(zhí)行程序過程中，遇到突發(fā)異常事件或外部請求時(shí)，暫時(shí)停止當(dāng)前工作，轉(zhuǎn)去處理突發(fā)事件或響應(yīng)外部請求，處理完畢后再返回到原程序繼續(xù)執(zhí)行的過程。中斷是實(shí)現(xiàn)多任務(wù)并發(fā)、實(shí)時(shí)控制、異常處理等的重要手段。中斷可以由硬件產(chǎn)生，也可以由軟件產(chǎn)生。中斷的基本概念中斷的處理過程中斷請求中斷判優(yōu)保存現(xiàn)場轉(zhuǎn)入處理恢復(fù)現(xiàn)場當(dāng)某個(gè)事件發(fā)生時(shí)，產(chǎn)生中斷請求信號(hào)。根據(jù)中斷優(yōu)先級(jí)和判優(yōu)邏輯，選擇優(yōu)先級(jí)最高的中斷進(jìn)行處理。將當(dāng)前程序的執(zhí)行環(huán)境（如程序計(jì)數(shù)器、寄存器等）保存到內(nèi)存中。轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應(yīng)的中斷處理程序。將保存的現(xiàn)場信息恢復(fù)，返回到原程序繼續(xù)執(zhí)行。用于確定不同中斷事件的優(yōu)先級(jí)，優(yōu)先級(jí)高的中斷可以打斷優(yōu)先級(jí)低的中斷。用于保存中斷處理程序的地址，當(dāng)發(fā)生中斷時(shí)，通過查找向量表，可以快速找到對應(yīng)的中斷處理程序地址，實(shí)現(xiàn)中斷的快速處理。中斷的優(yōu)先級(jí)和向量表向量表優(yōu)先級(jí)06微機(jī)的輸入輸出技術(shù)輸入輸出接口是微機(jī)系統(tǒng)中的重要組成部分，負(fù)責(zé)連接微機(jī)與外部設(shè)備，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和控制信號(hào)的傳遞。輸入輸出接口輸入輸出接口的主要功能包括數(shù)據(jù)傳輸、地址譯碼、設(shè)備選擇、數(shù)據(jù)緩沖、狀態(tài)控制等。輸入輸出接口的功能輸入輸出接口一般由數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線等組成，根據(jù)需要還可以包括中斷控制器、DMA控制器等。輸入輸出接口的組成輸入輸出接口的基本概念統(tǒng)一編址方式在這種方式下，輸入輸出設(shè)備被視為內(nèi)存的一部分，通過讀寫內(nèi)存指令進(jìn)行訪問。編址方式的比較獨(dú)立編址方式的優(yōu)點(diǎn)是簡單易實(shí)現(xiàn)，但需要占用大量的地址空間；統(tǒng)一編址方式的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省地址空間，但實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜。獨(dú)立編址方式在這種方式下，輸入輸出端口被分配獨(dú)立的地址空間，通過專門的輸入輸出指令進(jìn)行訪問。輸入輸出接口的編址方式123在這種方式下，CPU通過執(zhí)行程序中的輸入輸出指令，逐個(gè)字節(jié)地讀取或?qū)懭霐?shù)據(jù)。程