华中理工大学：《单片机原理与应用》课程电子教案（PPT课件讲稿）第二章 微型计算机结构

第二章微型计算机结构 2-1微型计算机功能部件 2-2微型计算机结构特点 2-3微型计算机软件 24MCS51单片机结构

第二章 微型计算机结构 2-1 微型计算机功能部件 2-2 微型计算机结构特点 2-3 微型计算机软件 2-4 MCS-51单片机结构

微型计算机功能部件 介绍微型计算机结构和工作原理 捕助电路 外部设备 控制面板 控制总线 数据总线 存储器ROM 』」』」

• 介绍微型计算机结构和工作原理 2-1 微型计算机功能部件

21微型计算机功能部件 211中央处理器CPU CPU微型计算机的核心部件 CPU由运算器、控制器组成。 (一)运算器 运算器进行数据分析、计算和处理。 1.算术逻辑单元ALU 运算器的核心部件,执行算术运算、逻辑运算、移位、 比较等各种数据处理的操作

2-1 微型计算机功能部件 • 2-1-1 中央处理器 CPU 1．算术逻辑单元ALU 运算器的核心部件，执行算术运算、逻辑运算、移位、 比较等各种数据处理的操作。 • CPU—微型计算机的核心部件 CPU由运算器、控制器组成。 (一) 运算器 运算器进行数据分析、计算和处理

()运算器 2.寄存器组 1)工作寄存器(通用寄存器) 用来暂存ALU待处理的数据和中间结果。 2)特殊功能寄存器SFR(专用寄存器) 规定了特殊用途的寄存器,其内容会影响计算机的 工作方式和过程。 3)累加器( Accumulator) 使用最频繁的寄存器,配合ALU进行各种数据处理

2．寄存器组 • 1)工作寄存器(通用寄存器) 用来暂存ALU待处理的数据和中间结果。 (一) 运算器 • 2)特殊功能寄存器SFR(专用寄存器) 规定了特殊用途的寄存器，其内容会影响计算机的 工作方式和过程。 • 3) 累加器(Accumulator) 使用最频繁的寄存器，配合ALU进行各种数据处理

二)控制器 处理程序指令,并协调各逻辑部件按一定时序工作 1.指令部件: 读取程序指令、指令译码、修改程序指针 1)程序计数器PC:存放当前指令地址。 CPU执行程序时,先按PC给出的地址到存储器取 条指令,PC自动加1。CPU执行完一条指令,再到存 储器取下一条指令, 2)指令寄存器IR:暂存当前指令 指令操作码送指令译码器。 3)指令译码器I:将每条指令译码变成控制电平

(二) 控制器 • 1.指令部件： 读取程序指令、指令译码、修改程序指针。 • 1）程序计数器 PC：存放当前指令地址。 CPU执行程序时，先按PC给出的地址到存储器取一 条指令，PC自动加1。CPU执行完一条指令，再到存 储器取下一条指令，…。 • 2) 指令寄存器IR ：暂存当前指令。 指令操作码送指令译码器。 • 3) 指令译码器ID ：将每条指令译码变成控制电平。 处理程序指令，并协调各逻辑部件按一定时序工作

(二)控制器 2.时序部件 时钟和内部分频电路。时钟信号经过分频,与指 令译码信号组合,形成一定节拍的时序信号,控制各逻 辑部件协调工作。 指令寄存器 CPU执行程序的简要过程: 1)PC给出当前指令的存储地址。 程序存储器 地址程序代码 2)CPU到存储器取指令,PC自动加 PC=000指令代码1 3)指令译码器对指令译码, PC=0001指令代码2 CPU执行指令。 PC=1000指令代码3 4CPU到存储器取指令,PC=PC+1。 5)CPU执行下一条指令 N指令代码n

(二) 控制器 • CPU执行程序的简要过程： 1)PC给出当前指令的存储地址。 • 2. 时序部件 时钟和内部分频电路。时钟信号经过分频，与指 令译码信号组合，形成一定节拍的时序信号，控制各逻 辑部件协调工作。 PC= 程序存储器 地址 程序代码 0000H 指令代码1 0001H 指令代码2 0002H 指令代码3 … N 指令代码n PC= PC= 2)CPU到存储器取指令，PC自动加1 3)指令译码器对指令译码， CPU执行指令。 4)CPU到存储器取指令，PC=PC+1。 5)CPU执行下一条指令，… 指令代码 i 指令寄存器i

存储器与读写操作 (-)存储器基本信息单位 位b(bit): 二进制位,信息最小单位。 字节B(Byte):8位为一个字节。 字长W( Word length):一个字包含的二进制位数。 二)存储器结构 IKB存储器 存储器功能:存放程序和数据等信息。地址存储内容 存储内容:程序或数据的二进制代码。010010 存储地址:存储器每个单元的位置编号 01101011 存储器容量:指存储单元的多少。 如存储器容量为1KB=1024×8位。 1023|1010011

2-1-2 存储器与读写操作 • 位 b (bit)：一个二进制位，信息最小单位。 • 字节 B (Byte)：8位为一个字节。 • 字长 W (Word Length)：一个字包含的二进制位数。 (一) 存储器基本信息单位 (二)存储器结构 存储器功能：存放程序和数据等信息。 存储内容：程序或数据的二进制代码。 存储地址：存储器每个单元的位置编号 存储器容量：指存储单元的多少。 如存储器容量为1KB = 1024×8位。 1KB存储器 地址 存储内容 0 10011010 1 01101011 … 1023 10100111

(三)存储器读写操作 存储器读:CPU从存储器中取出信息。 存储器写:CPU将信息存入存储器 存储器的读写操作 1.CPU先送出一个确定的单元地址给存储器 2.发出读写控制时序信 IKB存储器 号,对选定单元进行 地址、地址存储内容 读或写 CPU,内容 010011010 101101011 读写控制 102310100111

(三)存储器读写操作 • 存储器读： CPU从存储器中取出信息。 • 存储器写： CPU将信息存入存储器。 1KB存储器 地址 存储内容 0 10011010 1 01101011 … 1023 10100111 CPU 地址 内容 读写控制 • 存储器的读写操作： 2.发出读写控制时序信 号，对选定单元进行 读或写。 1.CPU先送出一个确定的单元地址给存储器

(四)半导体存储器 ROM:只读存储器 工作时从ROM中读出信息,不能随意改写。断电 后信息不会丢失。ROM常用作程序存储器,存放已调 试好的固定程序和常数。 RAM:随机读写存储器。 能方便读出和改写信息,但失电后信息将不复存 在。RAM常用作数据存储器,暂存各种现场数据、运 算结果和正在调试的程序 程序存储器:存放程序指令代码。 每个指令周期CPU自动对程序存储器读操作 数据存储器:存放待处理数据。 数据存储器读写操作发生在CPU执行程序的过程中

(四) 半导体存储器 RAM：随机读写存储器。 能方便读出和改写信息，但失电后信息将不复存 在。RAM常用作数据存储器，暂存各种现场数据、运 算结果和正在调试的程序。 ROM：只读存储器。 工作时从ROM中读出信息，不能随意改写。断电 后信息不会丢失。ROM常用作程序存储器，存放已调 试好的固定程序和常数。 程序存储器：存放程序指令代码。 每个指令周期CPU自动对程序存储器读操作。 数据存储器：存放待处理数据。 数据存储器读写操作发生在CPU执行程序的过程中

213MO接口 I/O接口是联系微型计算机与外部设备的桥梁。 每一台外部设备必须通过ⅣO接口与计算机连接 微型计算机有多种功能IO接口: PIO:并行ⅣO接口 SIO:串行ⅣO接口。 CTC:定时计数器。 ADC、DAC:AD、DA转换器。 INT:中断输入口 22微型计算机结构特点 微型计算机由大规模集成电路组成,微型机应用系统 般也采用特定功能的大规模集成电路器件和组件

2-1-3 I/O接口 I/O接口是联系微型计算机与外部设备的桥梁。 每一台外部设备必须通过I/O接口与计算机连接。 微型计算机有多种功能I/O接口： PIO：并行 I/O接口。 SIO：串行 I/O接口。 CTC：定时计数器。 ADC、DAC：A/D、D/A转换器。 INT：中断输入口。 2-2 微型计算机结构特点 微型计算机由大规模集成电路组成，微型机应用系统 一般也采用特定功能的大规模集成电路器件和组件