微機(jī)原理第六章課件XX有限公司匯報(bào)人：XX目錄第一章微機(jī)原理概述第二章微機(jī)指令系統(tǒng)第四章微機(jī)輸入輸出系統(tǒng)第三章微機(jī)存儲(chǔ)系統(tǒng)第五章微機(jī)中斷系統(tǒng)第六章微機(jī)總線技術(shù)微機(jī)原理概述第一章微機(jī)系統(tǒng)組成CPU是微機(jī)的核心，負(fù)責(zé)執(zhí)行指令和處理數(shù)據(jù)，例如Intel和AMD生產(chǎn)的處理器。中央處理單元(CPU)存儲(chǔ)器包括RAM和ROM，用于臨時(shí)和永久存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和程序，如DDR4內(nèi)存和SSD固態(tài)硬盤(pán)。存儲(chǔ)器系統(tǒng)I/O設(shè)備如鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、顯示器和打印機(jī)，用于微機(jī)與外界的信息交換。輸入輸出(I/O)設(shè)備總線連接CPU、內(nèi)存和I/O設(shè)備，傳輸數(shù)據(jù)和控制信號(hào)，如PCIe總線和USB總線。總線系統(tǒng)微處理器功能微處理器通過(guò)內(nèi)置的算術(shù)邏輯單元(ALU)執(zhí)行指令，處理數(shù)據(jù)和執(zhí)行程序。指令執(zhí)行微處理器負(fù)責(zé)管理計(jì)算機(jī)的輸入輸出操作，實(shí)現(xiàn)與外部設(shè)備的數(shù)據(jù)交換。微處理器產(chǎn)生控制信號(hào)，協(xié)調(diào)計(jì)算機(jī)內(nèi)部各部件的工作，確保指令正確執(zhí)行。微處理器內(nèi)部集成的寄存器用于臨時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和指令，保證處理速度。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)控制信號(hào)生成輸入輸出管理微機(jī)工作原理CPU是微機(jī)的核心，負(fù)責(zé)執(zhí)行指令和處理數(shù)據(jù)，是微機(jī)運(yùn)算和控制的中心。中央處理器（CPU）功能輸入輸出系統(tǒng)負(fù)責(zé)微機(jī)與外部設(shè)備的數(shù)據(jù)交換，包括鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、顯示器等設(shè)備的接口。輸入輸出系統(tǒng)存儲(chǔ)器分為RAM和ROM，RAM用于臨時(shí)存儲(chǔ)運(yùn)行中的數(shù)據(jù)，ROM存儲(chǔ)系統(tǒng)固件和引導(dǎo)程序。存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)總線是連接微機(jī)各部件的通道，包括數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線，確保信息流暢傳輸。總線系統(tǒng)01020304微機(jī)指令系統(tǒng)第二章指令集架構(gòu)指令集架構(gòu)是微處理器硬件與軟件之間的接口，定義了處理器能理解和執(zhí)行的指令。指令集架構(gòu)的定義例如x86架構(gòu)、ARM架構(gòu)等，它們決定了微處理器的性能和適用范圍。常見(jiàn)的指令集架構(gòu)指令集架構(gòu)影響微處理器的內(nèi)部設(shè)計(jì)，如流水線、緩存和執(zhí)行單元等。指令集與微處理器設(shè)計(jì)隨著技術(shù)進(jìn)步，指令集不斷擴(kuò)展新指令以支持高級(jí)語(yǔ)言和特定應(yīng)用需求。指令集的擴(kuò)展與優(yōu)化指令格式與類(lèi)型固定長(zhǎng)度指令格式簡(jiǎn)化了解碼過(guò)程，例如早期的Intel8086處理器使用16位固定長(zhǎng)度指令。固定長(zhǎng)度指令可變長(zhǎng)度指令格式提高了代碼密度，如現(xiàn)代的x86架構(gòu)處理器支持1至15字節(jié)的指令長(zhǎng)度?？勺冮L(zhǎng)度指令單操作數(shù)指令簡(jiǎn)化了指令集，例如ARM架構(gòu)中的MOV指令，用于數(shù)據(jù)傳輸。單操作數(shù)指令雙操作數(shù)指令執(zhí)行復(fù)雜操作，如x86架構(gòu)中的ADD指令，可以同時(shí)處理兩個(gè)寄存器或內(nèi)存位置的數(shù)據(jù)。雙操作數(shù)指令指令執(zhí)行過(guò)程微處理器首先從內(nèi)存中取出指令代碼，確定需要執(zhí)行的操作類(lèi)型和操作數(shù)地址。指令的取指階段取出的指令代碼被送入指令寄存器，由控制單元進(jìn)行譯碼，以識(shí)別操作碼和操作數(shù)。指令的譯碼階段譯碼后，控制單元生成相應(yīng)的控制信號(hào)，指揮算術(shù)邏輯單元(ALU)執(zhí)行指令規(guī)定的操作。指令的執(zhí)行階段執(zhí)行完操作后，結(jié)果通常會(huì)被寫(xiě)回到寄存器或內(nèi)存中，完成指令的整個(gè)執(zhí)行周期。指令的寫(xiě)回階段微機(jī)存儲(chǔ)系統(tǒng)第三章存儲(chǔ)器分類(lèi)存儲(chǔ)器可按其使用的物理介質(zhì)分為半導(dǎo)體存儲(chǔ)器、磁性存儲(chǔ)器和光學(xué)存儲(chǔ)器等。按存儲(chǔ)介質(zhì)分類(lèi)存儲(chǔ)器根據(jù)數(shù)據(jù)的存取方式可分為隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）、順序存取存儲(chǔ)器（SAM）等。按存取方式分類(lèi)存儲(chǔ)器按用途可分為主存儲(chǔ)器、輔助存儲(chǔ)器和高速緩沖存儲(chǔ)器（Cache）等。按存儲(chǔ)器用途分類(lèi)根據(jù)數(shù)據(jù)是否能長(zhǎng)期保持，存儲(chǔ)器可分為易失性存儲(chǔ)器和非易失性存儲(chǔ)器。按數(shù)據(jù)保持性分類(lèi)內(nèi)存管理技術(shù)分頁(yè)技術(shù)將物理內(nèi)存劃分為固定大小的頁(yè)，通過(guò)頁(yè)表實(shí)現(xiàn)虛擬地址到物理地址的映射。分頁(yè)內(nèi)存管理虛擬內(nèi)存通過(guò)硬盤(pán)空間模擬額外的內(nèi)存，使得程序可以使用比實(shí)際物理內(nèi)存更大的地址空間。虛擬內(nèi)存技術(shù)分段允許程序按邏輯模塊劃分內(nèi)存空間，每個(gè)段可以獨(dú)立增長(zhǎng)，提高內(nèi)存使用效率。分段內(nèi)存管理高速緩存原理高速緩存位于CPU和主存之間，分為L(zhǎng)1、L2、L3等層次，以減少訪問(wèn)延遲。緩存的層次結(jié)構(gòu)01020304包括直接映射、組相聯(lián)映射和全相聯(lián)映射，決定了數(shù)據(jù)如何在緩存中定位。緩存映射策略當(dāng)緩存滿時(shí)，替換算法決定哪些數(shù)據(jù)被保留，哪些被替換，如最近最少使用（LRU）算法。替換算法高速緩存的寫(xiě)策略包括寫(xiě)回和寫(xiě)直達(dá)，影響數(shù)據(jù)一致性和系統(tǒng)性能。寫(xiě)策略微機(jī)輸入輸出系統(tǒng)第四章輸入輸出接口01并行接口并行接口允許數(shù)據(jù)同時(shí)在多個(gè)線路上傳輸，提高了數(shù)據(jù)傳輸速率，常用于打印機(jī)和外部存儲(chǔ)設(shè)備。02串行接口串行接口一次只傳輸一位數(shù)據(jù)，雖然速度較慢，但連接簡(jiǎn)單，成本低，廣泛應(yīng)用于鼠標(biāo)和鍵盤(pán)。輸入輸出接口USB接口支持熱插拔和即插即用，已成為連接各種外圍設(shè)備的主流接口，如U盤(pán)、移動(dòng)硬盤(pán)等。USB接口01HDMI接口能夠傳輸未壓縮的視頻數(shù)據(jù)和壓縮或未壓縮的音頻數(shù)據(jù)，廣泛用于高清視頻設(shè)備連接。HDMI接口02I/O控制方式程序查詢方式中斷驅(qū)動(dòng)方式01程序查詢方式是早期微機(jī)系統(tǒng)中常見(jiàn)的I/O控制方式，CPU不斷檢查I/O設(shè)備狀態(tài)，直到數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好。02中斷驅(qū)動(dòng)方式允許CPU在等待I/O操作完成時(shí)執(zhí)行其他任務(wù)，提高了效率，如鍵盤(pán)輸入時(shí)的即時(shí)響應(yīng)。I/O控制方式DMA方式允許外設(shè)直接訪問(wèn)內(nèi)存，無(wú)需CPU介入，適用于高速數(shù)據(jù)傳輸，如硬盤(pán)數(shù)據(jù)讀寫(xiě)。直接內(nèi)存訪問(wèn)（DMA）I/O通道控制方式通過(guò)專用的通道處理器管理I/O操作，減輕CPU負(fù)擔(dān)，適用于復(fù)雜的I/O任務(wù)。I/O通道控制方式外設(shè)連接技術(shù)03并行通信技術(shù)通過(guò)并行端口連接外設(shè)，如打印機(jī)，傳輸速度快，但逐漸被USB等技術(shù)取代。并行通信技術(shù)02串行通信技術(shù)通過(guò)串行端口連接外設(shè)，如調(diào)制解調(diào)器和某些打印機(jī)，雖然速度較慢，但成本低廉。串行通信技術(shù)01USB接口廣泛用于連接各種外設(shè)，如鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、打印機(jī)等，支持熱插拔和即插即用功能。USB接口技術(shù)04無(wú)線技術(shù)如藍(lán)牙和Wi-Fi，使得外設(shè)連接更加靈活，無(wú)需物理線纜，適用于移動(dòng)設(shè)備和遠(yuǎn)程控制。無(wú)線連接技術(shù)微機(jī)中斷系統(tǒng)第五章中斷機(jī)制原理中斷優(yōu)先級(jí)的判斷系統(tǒng)根據(jù)預(yù)設(shè)的優(yōu)先級(jí)規(guī)則，決定響應(yīng)哪個(gè)中斷請(qǐng)求，以保證關(guān)鍵任務(wù)的及時(shí)處理。中斷返回與恢復(fù)中斷服務(wù)完成后，系統(tǒng)通過(guò)中斷返回指令恢復(fù)被中斷的任務(wù)，繼續(xù)執(zhí)行。中斷請(qǐng)求的產(chǎn)生微處理器在執(zhí)行程序時(shí)，外部設(shè)備或內(nèi)部條件變化可產(chǎn)生中斷請(qǐng)求信號(hào)。中斷服務(wù)程序的執(zhí)行一旦中斷被確認(rèn)，處理器會(huì)暫停當(dāng)前任務(wù)，轉(zhuǎn)而執(zhí)行相應(yīng)的中斷服務(wù)程序。中斷處理流程微處理器在執(zhí)行程序時(shí)，會(huì)通過(guò)中斷請(qǐng)求線檢測(cè)是否有中斷信號(hào)，如有則暫停當(dāng)前任務(wù)。中斷請(qǐng)求的識(shí)別識(shí)別中斷后，CPU根據(jù)中斷類(lèi)型查找中斷向量表，獲取中斷服務(wù)程序的入口地址。中斷向量的獲取CPU跳轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)程序執(zhí)行，處理中斷請(qǐng)求，完成后返回被中斷的程序繼續(xù)執(zhí)行。中斷服務(wù)程序的執(zhí)行中斷服務(wù)完成后，通過(guò)執(zhí)行中斷返回指令，CPU恢復(fù)執(zhí)行被中斷程序的下一條指令。中斷返回中斷優(yōu)先級(jí)管理在固定優(yōu)先級(jí)系統(tǒng)中，中斷請(qǐng)求根據(jù)預(yù)設(shè)的優(yōu)先級(jí)順序被處理，如CPU中斷請(qǐng)求。01可編程優(yōu)先級(jí)系統(tǒng)允許操作系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)整中斷請(qǐng)求的優(yōu)先級(jí)，以適應(yīng)不同的運(yùn)行環(huán)境。02中斷嵌套允許高優(yōu)先級(jí)中斷打斷低優(yōu)先級(jí)中斷的處理，提高了系統(tǒng)的響應(yīng)能力。03通過(guò)中斷屏蔽技術(shù)，可以臨時(shí)改變中斷優(yōu)先級(jí)，防止低優(yōu)先級(jí)中斷影響關(guān)鍵任務(wù)的執(zhí)行。04固定優(yōu)先級(jí)中斷系統(tǒng)可編程優(yōu)先級(jí)中斷系統(tǒng)中斷嵌套處理中斷屏蔽與優(yōu)先級(jí)微機(jī)總線技術(shù)第六章總線標(biāo)準(zhǔn)與分類(lèi)ISA（IndustryStandardArchitecture）總線是早期PC機(jī)中使用的擴(kuò)展總線標(biāo)準(zhǔn)，支持16位數(shù)據(jù)傳輸。ISA總線標(biāo)準(zhǔn)PCI（PeripheralComponentInterconnect）總線是一種高性能的局部總線標(biāo)準(zhǔn)，廣泛用于連接主板和高速外圍設(shè)備。PCI總線標(biāo)準(zhǔn)總線標(biāo)準(zhǔn)與分類(lèi)01USB總線標(biāo)準(zhǔn)USB（UniversalSerialBus）總線是一種通用串行總線標(biāo)準(zhǔn)，支持熱插拔和即插即用功能，廣泛應(yīng)用于各種計(jì)算機(jī)外設(shè)。02總線的分類(lèi)總線按照功能和位置可以分為內(nèi)部總線、系統(tǒng)總線和外部總線，它們各自承擔(dān)不同的數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)?？偩€仲裁機(jī)制集中式仲裁通過(guò)一個(gè)中央仲裁器來(lái)決定哪個(gè)設(shè)備可以使用總線，例如8086系統(tǒng)中的總線控制器。集中式仲裁01分布式仲裁允許多個(gè)設(shè)備通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)來(lái)獲得總線控制權(quán)，例如PCI總線的仲裁機(jī)制。分布式仲裁02優(yōu)先級(jí)仲裁根據(jù)設(shè)備的優(yōu)先級(jí)來(lái)決定總線使用權(quán)，高優(yōu)先級(jí)設(shè)備可以中斷低優(yōu)先級(jí)設(shè)備的總線訪問(wèn)。優(yōu)先級(jí)仲裁03令牌傳遞仲裁通過(guò)一個(gè)令牌在設(shè)備間傳遞來(lái)決定總線使用權(quán)，令牌持有者可以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。令牌傳遞仲裁04總線傳輸效率總線