山东大学：《微机原理及单片机接口技术》课程教学资源（PPT课件讲稿）第三章 IAP15W4K58S4单片机的硬件结构

第三章IAP15W4K58S4单片机的硬件结构〈 本章学习目标 ◇3.1理解模型机的结构及工作过程 ◇32掌握IAP15W4K584单片机的内部结构 ◇3.3掌握IAPI5W4K584单片机存储器 ◇3.4掌握单片机的引脚(IO口的使用) ◇3.5掌握单片机应用系统的典型构成 2:P

12:28:52 第三章 IAP15W4K58S4单片机的硬件结构 本章学习目标 3.1 理解模型机的结构及工作过程 3.2 掌握IAP15W4K58S4单片机的内部结构 3.3 掌握IAP15W4K58S4单片机存储器 3.4 掌握单片机的引脚（I/O口的使用） 3.5 掌握单片机应用系统的典型构成 3 20:18

83.1模型机的结构及工作过程 3.1.1模型机的结构简介 微型计算机的结构模型(简称模型机)。 模型机的主要构成 °三总线(地址总线、数据总线和控制总线) °中央处理器(CPU) °存储器 ●I/O接口 2:P

12:28:52 §3.1模型机的结构及工作过程 3.1.1模型机的结构简介 微型计算机的结构模型（简称模型机）。 模型机的主要构成： • 三总线(地址总线、数据总线和控制总线) • 中央处理器（CPU） • 存储器 • I/O接口 4 20:18

8086汇编语言「机器码 3.1.1模型机的结构简介「MoA07B0HonH CPU 总线 存储器 地 PC 程序 寄存器组 址‖地址总线AB 程序 寄 地指令1 累加器A 计数器存 指令2 址凵指令3 器数据总线DB 指令4 匚数据寄存器k 译 数据 指令寄存器 码 指令译码器 数据1 器「数据2 微操作信号发生器控制总线CB 数据3 标志 控制电路 寄存器 I/0接口 运算器控制器 图3-1模型机的结构 2:P

12:28:52 3.1.1模型机的结构简介 CPU 总线 标 志 地址总线AB 程 序 数 据 数据总线DB 控制总线CB 地 址 译 码 器 指令1 指令2 指令3 指令4 … … 数据1 数据2 数据3 控制电路 地 址 寄 存 器 PC 程序 累加器A A L U 存储器 标志 寄存器 地 址 译 码 器 指令寄存器 数据寄存器 控制电路 指令译码器 地 址 寄 存 器 PC 程序 计数器 寄存器组 累加器A A L U 微操作信号发生器 … … 图3-1 模型机的结构 5 20:18 I/O接口 运算器 控制器 MOV A, #07H 机器码 B0H 07H 8086汇编语言

3.1.1模型机的结构简介 1、中央处理器的组成 中央处理器(CPU)由运算器和控制器组成。 (1)运算器 定义:运算器是计算机中加工和处理数据的功能 部件。 功能:对数据进行加工处理,主要包括算术和逻辑 运算,如加、减、乘、与、或、非运算等 还暂时存放参与运算的数据和中间结果。 2:P

12:28:52 3.1.1模型机的结构简介 1、中央处理器的组成 中央处理器（CPU）由运算器和控制器组成。 （1）运算器 定义: 运算器是计算机中加工和处理数据的功能 部件。 功能: 对数据进行加工处理,主要包括算术和逻辑 运算，如加、减、乘、与、或、非运算等。 还暂时存放参与运算的数据和中间结果。 6 20:18

1、中央处理器的组成 ◇运算器组成部分 ◆算数逻辑单元 ALU(Arithmetic Logical Unit):主 要完成算术、逻辑运算。 ◆累加寄存器(简称累加器)A( Accumulator):用 于存放操作数或运算结果。 ◆寄存器组:由其它寄存器组成,主要用于存放操 作数或运算结果。 ◆标志寄存器F(Flag):存放运算结果的标志(零 正负、进位、溢出等)。 2:P

12:28:52 1、中央处理器的组成 运算器组成部分 算数逻辑单元ALU(Arithmetic Logical Unit)：主 要完成算术、逻辑运算。 累加寄存器（简称累加器）A(Accumulator)：用 于存放操作数或运算结果。 寄存器组：由其它寄存器组成，主要用于存放操 作数或运算结果。 标志寄存器F(Flag)：存放运算结果的标志（零、 正负、进位、溢出等）。 7 20:18

1、中央处理器的组成(2)控制器 功能:控制器用于控制和指挥计算机内各功能部件协 调动作,完成计算机程序功能 控制器组成 ◆程序计数器PC( Program Counter):用于存放将要取出的 指令地址,指令取出后,其内容自动加1 ◆指令寄存器IR( (Instruction Register):存放指令操作码。 ◆指令译码器I( nstruction decode):用于将指令的操作码 翻译成机器能识别的命令信号。 微操作信号发生器MOSG( cooperation Signal Generator): 用于产生一系列微操作控制信号。 ◆地址寄存器AR( Address register):存放操作数(结果)单元地址 ◆数据寄存器DR( Data register):用于存放操作数。 2:P

12:28:52 1、中央处理器的组成 功能：控制器用于控制和指挥计算机内各功能部件协 调动作，完成计算机程序功能。 控制器组成 程序计数器PC(Program Counter)：用于存放将要取出的 指令地址, 指令取出后, 其内容自动加1。 指令寄存器IR(Instruction Register): 存放指令操作码。 指令译码器ID(Instruction Decode)：用于将指令的操作码 翻译成机器能识别的命令信号。 8 20:18 （2）控制器 微操作信号发生器MOSG(Microoperation Signal Generator ): 用于产生一系列微操作控制信号。 地址寄存器AR(Address Register):存放操作数(结果)单元地址 数据寄存器DR(Data Register)：用于存放操作数

3.1.1模型机的结构简介 2、存储器的结构 ◇功能:主要用于保存程序和数据。 ◇组成部分:包含地址译码器、存储单元和控制逻辑。 ◇存储器访间过程 (1)读操作 CPU首先将地址寄存器AR的内容放到地址总线AB上, 地址总线上的内容进入地址译码器,由地址译码器进 行译码,选通相应的存储单元。 被选通的存储单元的内容就出现数据总线上,在控 制信号的作用下,CPU从数据总线上读取数据到数据寄 存器DR,从而完成存储器的读操作。 2:P

12:28:52 3.1.1模型机的结构简介 2、存储器的结构 功能：主要用于保存程序和数据。 组成部分：包含地址译码器、存储单元和控制逻辑。 存储器访问过程 （1）读操作 CPU首先将地址寄存器AR的内容放到地址总线AB上， 地址总线上的内容进入地址译码器，由地址译码器进 行译码，选通相应的存储单元。 被选通的存储单元的内容就出现数据总线上，在控 制信号的作用下，CPU从数据总线上读取数据到数据寄 存器DR，从而完成存储器的读操作。 9 20:18

存储器访问过程 (2)写操作 CPU将地址寄存器AR的内容送到地址总线AB上,地 址总线上的内容进入地址译码器,由地址译码器进行 译码,以选通相应的存储单元。 在控制信号的作用下,CPU将要写入的数据通过数据 总线写入到被选通的存储单元,完成存储器的写操作 2:P

12:28:52 存储器访问过程 （2）写操作 CPU将地址寄存器AR的内容送到地址总线AB上，地 址总线上的内容进入地址译码器，由地址译码器进行 译码，以选通相应的存储单元。 在控制信号的作用下，CPU将要写入的数据通过数据 总线写入到被选通的存储单元，完成存储器的写操作。 10 20:18

3.12模型机的工作过程:通过执行指令完成计算控制功能 ◇执行过程:读取指令→分析指令→执行指令→保存结果 ◇在让计算机进行计算之前,应做如下工作: ◆用助记符号指令(汇编语言)编写源程序); ◆用汇编软件(汇编程序)将源程序汇编成计算机能 识别的机器语言程序; ◆将数据和程序通过输入设备送入存储器中存放。 例如,计算7+10=?,结果在A中。微机8086汇编语言 汇编语言语句 注释 机器码 MOA,#0H;07送入累加器A BOH OZH ADDA,#0AH;10与A中内容相加结果在A中04H0AH HIT ;暂停 F4H 2:P

12:28:52 执行过程:读取指令→分析指令→执行指令→保存结果 在让计算机进行计算之前，应做如下工作： 用助记符号指令(汇编语言)编写源程序）； 用汇编软件（汇编程序）将源程序汇编成计算机能 识别的机器语言程序； 将数据和程序通过输入设备送入存储器中存放。 汇编语言语句 注释 MOV A, #07H ;07送入累加器A ADD A, #0AH ;10与A中内容相加, 结果在A中 HLT ；暂停 机器码 B0H 07H 04H 0AH F4H 例如，计算7+10=?，结果在A中。 20:18 3.1.2模型机的工作过程 :通过执行指令完成计算控制功能 11 微机8086汇编语言

例如,计算7+10=?,结果在A中。 4地址存储内容机器码 假设程序在存储器中的存储格式00B0H BOH OTH (设程序从00开始存放如图示。0B0m0m0Am 读取指令阶段的执行过程如下: 03H OAH F4H 04H F4H ◆①CPU将程序计数器PC的内容00H送地址寄存器AR ◆②程序计数器PC的内容自动加1变为01H,为取下一条指 令作好准备。 ◆③地址寄存器AR将00H通过地址总线AB送至存储器地址 译码器译码,选中0OH单元。 ◆④CPU发出“读”命令。 ◆⑤所选中00单元的内容BOH由存储器送至数据总线DB上 ◆⑥经数据总线DB,CPU将读出内容B0H送数据寄存器DR

12:28:52 例如, 计算7+10=?, 结果在A中。 假设程序在存储器中的存储格式 (设程序从00H开始存放)如图示。 地址 存储内容 00H B0H 01H 07H 02H 04H 03H 0AH 04H F4H 机器码 B0H 07H 04H 0AH 读取指令阶段的执行过程如下： F4H ①CPU将程序计数器PC的内容00H送地址寄存器AR。 ②程序计数器PC的内容自动加1变为01H，为取下一条指 令作好准备。 ③地址寄存器AR将00H通过地址总线AB送至存储器地址 译码器译码，选中00H单元。 ④CPU发出“读”命令。 ⑤所选中00单元的内容B0H由存储器送至数据总线DB上。 ⑥经数据总线DB, CPU将读出内容B0H送数据寄存器DR。 12 20:18 PC AR ALU A B DR IR ID 01H MOSG 1 00H 2 00 B0H 01 07H 02 04H 03 0AH 04 F4H 3 4 读命令 B0H 5 6 B0H 7 控制信号