北航微機原理課件第二講目錄CONTENTS微機系統(tǒng)概述微處理器結(jié)構(gòu)與原理存儲器系統(tǒng)總線系統(tǒng)輸入輸出接口01微機系統(tǒng)概述CHAPTER微機系統(tǒng)是一種以微處理器為核心，由存儲器、輸入輸出接口電路和系統(tǒng)總線等構(gòu)成的計算機系統(tǒng)。體積小、功耗低、成本低、可靠性高、可擴(kuò)展性強、易于維護(hù)和使用。微機系統(tǒng)的定義與特點特點定義20世紀(jì)70年代初，隨著集成電路和微處理器技術(shù)的發(fā)展，第一代微機系統(tǒng)誕生。早期階段20世紀(jì)80年代，隨著個人電腦的興起，微機系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用。發(fā)展階段隨著互聯(lián)網(wǎng)和信息技術(shù)的不斷發(fā)展，微機系統(tǒng)在各個領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)代階段微機系統(tǒng)的歷史與發(fā)展微機系統(tǒng)在工業(yè)控制領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛，如自動化生產(chǎn)線控制、智能儀表等。工業(yè)控制微機系統(tǒng)在智能家居領(lǐng)域中發(fā)揮著重要作用，如智能家電、智能照明等。智能家居微機系統(tǒng)在醫(yī)療電子領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛，如醫(yī)療儀器、遠(yuǎn)程醫(yī)療等。醫(yī)療電子微機系統(tǒng)在金融電子領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛，如自助銀行設(shè)備、電子支付等。金融電子微機系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域02微處理器結(jié)構(gòu)與原理CHAPTER執(zhí)行算術(shù)和邏輯運算的部件，包括加法器、乘法器等。運算器負(fù)責(zé)控制微處理器的操作流程，包括指令譯碼器、時序產(chǎn)生器等?？刂破饔糜诖鎯Τ绦蚝蛿?shù)據(jù)，包括寄存器、高速緩存等。存儲器用于連接各個部件，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。總線微處理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)指令系統(tǒng)定義了微處理器可以執(zhí)行的指令集，包括算術(shù)指令、邏輯指令、控制指令等。匯編語言一種低級語言，與指令系統(tǒng)相對應(yīng)，用于編寫程序。指令系統(tǒng)與匯編語言從內(nèi)存中讀取指令并存放到寄存器中。取指譯碼執(zhí)行寫回對指令進(jìn)行譯碼，確定需要執(zhí)行的操作和操作數(shù)。根據(jù)譯碼結(jié)果，執(zhí)行相應(yīng)的運算或操作。將結(jié)果寫回到內(nèi)存或寄存器中。微處理器的工作原理微處理器一次能處理的二進(jìn)制位數(shù)，通常表示為32位或64位。字長微處理器每秒鐘執(zhí)行的時鐘周期數(shù)，通常表示為兆赫茲（MHz）或吉赫茲（GHz）。主頻微處理器每秒鐘執(zhí)行的指令數(shù)，通常表示為百萬條指令每秒（MIPS）。吞吐量微處理器在工作過程中消耗的能量，通常表示為瓦特（W）。功耗微處理器的性能指標(biāo)03存儲器系統(tǒng)CHAPTER存儲器分類根據(jù)存儲介質(zhì)和訪問速度，存儲器可以分為多種類型，如RAM、ROM、FlashMemory等。存儲器作用存儲器是計算機中不可或缺的組成部分，它提供了計算機運行所需的程序和數(shù)據(jù)存儲空間。存儲器定義存儲器是計算機中用于存儲數(shù)據(jù)和指令的部件。存儲器概述

半導(dǎo)體存儲器半導(dǎo)體存儲器定義半導(dǎo)體存儲器是以半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ)制作的存儲器。半導(dǎo)體存儲器分類根據(jù)工作原理，半導(dǎo)體存儲器可以分為靜態(tài)隨機存取存儲器（SRAM）和動態(tài)隨機存取存儲器（DRAM）等類型。半導(dǎo)體存儲器特點半導(dǎo)體存儲器具有存取速度快、集成度高、功耗低等優(yōu)點，是計算機中主要的存儲器類型之一。03磁表面存儲器特點磁表面存儲器具有容量大、可靠性高、成本低等優(yōu)點，是計算機中主要的輔助存儲器類型之一。01磁表面存儲器定義磁表面存儲器是在硬磁盤或軟磁盤等表面涂覆磁性材料制成的存儲器。02磁表面存儲器工作原理磁表面存儲器通過改變磁性材料的磁化方向來記錄二進(jìn)制信息，并利用磁頭讀取數(shù)據(jù)。磁表面存儲器光存儲器是以激光為信息載體，利用光學(xué)原理進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫的存儲器。光存儲器定義光存儲器分類光存儲器特點光存儲器可以分為光盤存儲器和光磁記錄器等類型。光存儲器具有容量大、可靠性高、壽命長等優(yōu)點，是計算機中一種新興的輔助存儲器類型。030201光存儲器04總線系統(tǒng)CHAPTER總線是連接計算機各部件的一組公共信號線，是計算機中各部件之間進(jìn)行信息傳輸?shù)耐ǖ馈？偩€的基本概念總線具有規(guī)范性、共享性、獨立性、高效性等特征?？偩€的特點總線的主要功能包括數(shù)據(jù)傳輸、地址傳遞、控制信號傳遞等?？偩€的功能總線的基本概念總線的分類總線可以根據(jù)傳輸速率、傳輸方式、連接方式等不同標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類。總線的標(biāo)準(zhǔn)總線標(biāo)準(zhǔn)是規(guī)范總線的技術(shù)要求和規(guī)格，以保證不同廠商生產(chǎn)的硬件設(shè)備能夠相互兼容?？偩€標(biāo)準(zhǔn)的意義總線標(biāo)準(zhǔn)的意義在于促進(jìn)硬件設(shè)備之間的互操作性和兼容性，降低系統(tǒng)成本和維護(hù)成本。總線的分類與標(biāo)準(zhǔn)總線時序總線時序是指總線上的信號在時間上的先后順序，包括時鐘信號、數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠鹗己徒Y(jié)束時間等。總線時序的作用總線時序的作用是保證數(shù)據(jù)在總線上正確傳輸，并確保各部件之間的協(xié)調(diào)工作?？偩€操作總線操作包括讀操作和寫操作，以及地址信號和數(shù)據(jù)信號的傳輸?？偩€操作與時序常見的總線包括ISA總線、PCI總線、AGP總線、PCI-Express總線等?？偩€舉例總線性能分析主要包括總線的帶寬、傳輸速率、延遲時間等指標(biāo)，這些指標(biāo)直接影響計算機的整體性能?？偩€性能分析總線舉例與性能分析05輸入輸出接口CHAPTER輸入輸出接口是微處理器與外部設(shè)備之間的橋梁，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)傳輸和控制信號的傳遞。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)備控制等。輸入輸出接口的硬件組成包括數(shù)據(jù)總線緩沖器、控制邏輯、定時器/計數(shù)器等。輸入輸出接口概述獨立編址方式輸入輸出地址空間與內(nèi)存地址空間分開，訪問輸入輸出端口需使用專門的輸入輸出指令。內(nèi)存映射編址方式將輸入輸出設(shè)備映射到內(nèi)存地址空間，通過訪問內(nèi)存地址實現(xiàn)對輸入輸出設(shè)備的操作。統(tǒng)一編址方式將輸入輸出設(shè)備當(dāng)作內(nèi)存的一部分進(jìn)行訪問，可直接對輸入輸出設(shè)備進(jìn)行讀寫操作。輸入輸出接口的編址方式中斷方式當(dāng)外部設(shè)備有數(shù)據(jù)需要傳輸時，通過中斷請求打斷CPU，CPU響應(yīng)中斷后進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。DMA方式直接內(nèi)存存取方式，通過硬件實現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速傳輸，無需CPU干預(yù)。程序控制方式通過程序控制數(shù)據(jù)的輸入輸出，適用于