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 计算机系统的组成与工作原理 3.1 理解模型机的结构及工作过程 3.2 掌握单片机的结构

第三章计犷机系统的组成与工作原理 本章学习目标 ◇3.1理解模型机的结构及工作过程 ◇3.2掌握单片机的结构 ◆32,1单片机的内部结构 ◆32,2单片机的引脚及功能 ◇33掌握单片机IO口的使用 ◇34掌握单片机应用系统的典型构成 8:5

12:28:52 第三章 计算机系统的组成与工作原理 本章学习目标 3.1 理解模型机的结构及工作过程 3.2 掌握单片机的结构 3.2.1 单片机的内部结构 3.2.2 单片机的引脚及功能 3.3 掌握单片机I/O口的使用 3.4 掌握单片机应用系统的典型构成 3 16:52

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 8:5

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 16:52

3.1.1模型机的结构简介 CPU 总线 存储器 程序 寄存器组 PC 地址寄 地址总线AB 程序 地指令1 累加器计数器存 址□指令2 令3 器数据总线DB 译/指令4 数 A 匚数据寄存器K 据 指令寄存器 码 指令译码器 数据1 器上数据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 8:5

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 16:52 I/O接口 运算器 控制器

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。 8:5

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 16:52

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)。 8:5

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 16:52

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I( Instruction Register):用于存放指令 的操作码。 ◆指令译码器ID( nstruction Decode):用于将指令的 操作码翻译成机器能识别的命令信号。 8:5

12:28:52 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)：用于存放指令 的操作码。 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 16:52

(2)控制器 ◇控制器组成(续) ◆微操作信号发生器MOSG( Microoperation Signa Generator):用于产生一系列微操作控制信号。 ◆地址寄存器AR( Address register):用于存放操作数 或结果单元的地址。 ◆数据寄存器 DROata register):用于存放操作数 ◇控制器种类:根据产生微操作控制信号的方式不同 ◆组合逻辑控制型 ◆存储逻辑型 ◆组合逻辑存储逻辑结合型 ◇根本区别在于微操作信号发生器的实现方法不同。 8:5

12:28:52 （2）控制器 控制器组成(续) 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)：用于存放操作数 或结果单元的地址。 数据寄存器DR(Data Register)：用于存放操作数。 控制器种类：根据产生微操作控制信号的方式不同 组合逻辑控制型 存储逻辑型 组合逻辑-存储逻辑结合型 根本区别在于微操作信号发生器的实现方法不同。 9 16:52

微操作信号发生器的基本结构 微操作控制信号 时序信号微操作控制信号发生器卜—各部件状态反馈信号 译码输出 指令译码器ID 图3-2微操作信号发生器的基本结构示意图 8:5

12:28:52 微操作信号发生器的基本结构 图3-2 微操作信号发生器的基本结构示意图 10 16:52

控制器种类 ◇组合逻辑型控制器 ◆优点:其微操作信号发生器是由门电路组成的复 杂树状网络构成的。最大优点是速度快 ◆缺点:微操作信号发生器结构不规整,设计、调 试、维修较困难,难以实现设计自动化。一旦控 制部件构成后,难以增加新的控制功能。 ◆目前仅有一些巨型机和RISC机为追求高速度仍采 用组合逻辑控制器。 8:5

12:28:52 控制器种类 组合逻辑型控制器 优点：其微操作信号发生器是由门电路组成的复 杂树状网络构成的。最大优点是速度快。 缺点：微操作信号发生器结构不规整，设计、调 试、维修较困难，难以实现设计自动化。一旦控 制部件构成后，难以增加新的控制功能。 目前仅有一些巨型机和RISC机为追求高速度仍采 用组合逻辑控制器。 11 16:52

控制器种类 ◇存储逻辑型控制器 ◆原理:采用存储逻辑来实现,即把微操作信号代 码化,使每条机器指令转化成为一段微程序,存 入控制存储器中,徼操作控制信号由微指令产生。 ◆优点:它具有设计规整,调试、维修、更改、扩 充指令都方便的优点,易于实现自动化设计,已 成为当前控制器的主流。 ◆缺点:由于它增加了一级控制存储器,所以指令 的执行速度比组合逻辑控制器慢。 8:5

12:28:52 控制器种类 存储逻辑型控制器 原理：采用存储逻辑来实现，即把微操作信号代 码化，使每条机器指令转化成为一段微程序，存 入控制存储器中，微操作控制信号由微指令产生。 优点：它具有设计规整，调试、维修、更改、扩 充指令都方便的优点，易于实现自动化设计，已 成为当前控制器的主流。 缺点：由于它增加了一级控制存储器，所以指令 的执行速度比组合逻辑控制器慢。 12 16:52