51单片机(内部结构)

是计算机系统发布操作命令的部件， 控制器CU 是计算机的指挥中心。所有的操作都 （Control Unit）是在控制器的控制下实现的。

程序计数器PC（Program Counter） 指令寄存器IR（Instruction Register） 指令译码器ID（Instruction Decoder） 操作控制部件或称为组合逻辑阵列PLA（ Programmed Logic Array） 时序发生器
址
AB 0001H 译 码
0002H
入
输 出 DB
器
FFFFH
电
路 请点击鼠标!
CB
读/写控制电路
存储器的读操作过程
存储单元
0000H 地 0001H 0 0 1 0 1 1 0 0 输
址
AB 0001H 译 码
0002H
入
输 出 DB
器
FFFFH
电
路 请点击鼠标!
CB 读信号
读/写控制电路
存储器的读操作过程
构 成 部 件
( 输入/输出接口简称I/O接口 )
各部件通过总线连接。
最终结果
运算器
数 据 中间结果/ 最后结果 最后 结果
输入设备
原始数据 与程序
存储器
程 序
输出设备
将程序和数据送 到计算机中的存 储器。
控制器
计算机系统的硬件组成框图
常用输入设备有
键盘，鼠标器。
最终结果 实现算术和逻辑运 算，运行数据处理 数 据 中间结果/ 最后结果 最后 结果
存储器
字节内容： （75422H）＝ 9CH （75424H）＝ 5DH
字内容： （75422H）＝ 249CH （75424H）＝ 6E5DH
75420H 1 2 3 4 5
13H 78H 9CH 24H 5DH 6EH
存储单元
0000H 地 0001H 输
址
AB 0000H 译 码
0002H
入
地址码
0000H 地 0001H
存储单元
输
址
AB 译 码
0002H
入
输 出 DB
器
FFFFH
电
路
CB
读/写控制电路
存储器的组成框图
地址码
0000H 地 0001H
存储单元
址
AB 译 码
0002H
器
FFFFH
CB
1.存储单元是存储器的核心部 件。 2.存储器的每个存储单元可以 输 存 入 储8位二进制信息。 注意:人们选定 输 8位二进制为一 DB 个字节（Byte）,用B表示。即 出 1 个字节由8 个二进制数位组成。 电 除字节单位外，还有千字 路 节（KB）、兆字节（ MB）以及 千兆字节（GB）等。它们之间 存在下列换算关系： lB=8bit lKB=l024B 读/写控制电路 lMB=l024KB lGB=l024MB
常用的输出设备有： 打印机，显示器。
最终结果
实现算术和逻辑运 算，运行数据处理
运算器
数 据 中间结果/ 最后结果 最后 结果
用于存储 数据和程 序
输入设备
原始数据 与程序
存储器
程 序
输出设备
将计算机的 处理结果输 出到外部， 供人们识别 和存储，常 用的输出设 备有：打印 机，显示器
将程序和 数据送到 计算机中 的存储 器，常用 输入设备 有盘，鼠 标器
可读可写
易失性，临时存放程序和数据
掉电后丢失存储的数据
只读存储器（ROM）
工作时只能读 非易失性，永久或半永久性存放信息 掉电后不会丢失存储的数据 一般用途：存放固定的程序和数据
开机自 检引导 程序….
存储器单元
存储器单元的地址 存储器单元的内容 对存储器的读/写操作
址
AB 0000H 译 码
0002H
入
输 出 DB 34 H
器
FFFFH
电
路
请点击鼠标!
CB 写信号 读/写控制电路
存储器的写操作过程
存储单元
0000H 0 0 1 1 0 1 0 0 地 0001H 输
址
AB 0000H 译 码
0002H
入
输 出 DB
器
FFFFH
电
路
结束!
CB 写信号 读/写控制电路
主要作用：
解题程序与原始数据的输入 从内存中取出指令并译码 控制运算器对数据信息进行传送与加工 运算结果的输出 外部设备与主机之间的信息交换 计算机系统中随机事件的自动处理等
2、主机硬件系统——存储器
存储器(memory)是计算机的主要组成部分。用来存储 计算机要进行处理的原始数据以及指示计算机如何工 作的程序，并将运算的中间结果以及处理后的中间结 果保存起来。 存储容量：能存储信息的字节数，通常用B(byte)、 KB、GB、TB来表示。
地址总线、数据总线、控制总线
地址总线 AB
存 储 器 I/O 接 口 输 入 设 备
CPU
I/O 接 口
输 出 设 备 数据总线 DB 控制总线 CB
地址总线AB(Address Bus) ：单向
用来传送 CPU 输出的地址信号，确定被访问的存 储单元、I/O端口。
地址总线 AB 输 出 设 备
CPU
存储器的组成框图
地址码
0000H 为了区分不同的 地 0001H
存储单元
输
址 存储单元，需要 AB 译 对存储单元进行 码 编号，一般用二 器 进制对存储单元 编号，称这种编
为地址。 CB
0002H
入
输 出 DB
电
FFFFH 路
读/写控制电路
存储器的组成框图
地址与存储内容表示方法：
（X）=Y；地址X中的内容是Y。
微型计算机系统模型
第一章第二节
概述
ENIAC (1946)
掌上电脑(2000)
▲ 现代计算机的结构基础：存储程序控制结构
1945年，美籍匈牙利数学家John Von Neumann提出, 冯.诺依曼计算机
1 计算机系统的组成

一个完整的计算机系统包括硬件系统和 软件系统两大部分。
组成计算机的物理 实体
存 储 器
I/O 接 口
输 入 设 备
I/O 接 口
地址总线是微型计算机用来传送地址信息的信号线。地址总 数据总线 DB 线的位数决定了CPU可以直接寻址的内存空间的大小。因 为地址总是从CPU发出的，所以地址总线是单向的、三态 控制总线 CB 总线。单向指信息只能沿一个方向传送，三态指除了输出高、 低电平状态外，还可以处于高阻抗状态（浮空状态）。
通用微处理器基本组成图
运算器
在控制器控制下对二进制数进行算术逻辑运算 及信息传递的部件。
•算术逻辑单元ALU（Arithmetic Logic Unit） •累加器A或ACC（Accumulator） •标志寄存器FR（Flag Register) •寄存器组RS（Registers）
！！！ 相互之间通过内 部总线连接而成。
存储器
程 序
输出设备
对指令进行译码 后向各部件发出 控制信号，指挥 计算机按规定进 行工作 计算机系统的硬件组成框图
控制器
最终结果
运算器
数 据 中间结果/ 最后结果 最后 结果
输入设备
原始数据 与程序
存储器
程 序
输出设备
将计算机的处理 结果输出到外，供
控制器
计算机系统的硬件组成框图
人们识别和存储，
主机硬件系统——输入/输出接口
简写为I/O接口，是CPU与外部设备间的
桥梁
CPU
I/O 接口
外设
I/O接口结构示意图
AB 地址 译码 数据 缓冲 控制 电路 I/O端口1
C P U
DB
外
I/O端口2
CB
I/O端口3
设
CPU通过对I/O端口进行读/写操作，实现对外设 的控制。
4、总线
总线是连接多个功能部件的一组公共信号线，
地址总线AB
内存储器 微处理器
数据总线DB 控制总线CB
I/O接口
I/O设备
1、核心级——微处理器
微处理器简称CPU，是计算机的核心
运算器ALU 控制器CU 寄存器组Registers 实现运算功能和控制功能
注：不同型号的微型计算机性能的差别，在于微处理器性能 的不同。但无论哪种微处理器，其基本部件总是相同的。
地址0004H字节单元内容表示成：
（0004H)=34H
地址0004H字单元内容表示成：
（0004H)=1234H
同一地址存储的是字节还是字，由数据定义伪指令 指示。
0001H 0002H 0003H 0004H 0005H 0006H
34H 12H
思考：在存储器中存放的数据如下图所示，试读 出75422H和75424H字节单元的内容是什么？读出 75422H和75424H字单元的内容是什么？
内存
外存
高速缓存CACHE容量小，速 度最高，直接与CPU交换数据； 外存容量大，速度低;内存处 于中间。
3、主机硬件系统——I/O设备
包括输入、输出设备，通过接口电路与
主机相连。
输入设备：向主机输入程序、数据和命令信息的
设备，如键盘、鼠标、触摸屏等。
输出设备：将计算机处理过的二进制代码信息， 转换成人们能识别的形式输出的设备，如打印机等。
排的一系列指令。
计算机的软件系统 硬件只是使计算机具备了计算的可能，但是计算机脱 离人的干预自动进行计算，还需要有软件的配合。 1 软件系统是指计算机所使用的各种程序的集合。
程序是指指令的有序集合，是人们
为使计算机完成某一特定任务而编
排的一系列指令。 指令是规定计算机完成某种操作 的命令，它用二进制码表示，存 于存储器中。
1 计算机系统的组成

一个完整的计算机系统包括硬件系统和 软件系统两大部分。
为使计算机正常工
作而设置的命令
微型计算机的硬件系统
地址总线 AB
存 储 器 I/O 接 口
输 入 设 备
CPU
I/O 接 口
输 出 设 备
数据总线 DB 控制总线 CB 微机的硬件由CPU、存储器、输入/输出设备构成； 输入/输出设备通过输入/输出接口与系统相连；
微机中各功能部件之间的信息是通过总线传输。
存 储 器 I/O 接 口 输 入 设 备
CPU
I/O 接 口
输 出 设 备
总线 BUS
微机总线是微机的数据通道， 分为外部总线和内部总线。 这里介绍的外部总线。 CPU内部总线由CPU产厂家 设计/决定，一般都是单总线 结构。
按信号的作用，总线分为三类：
最终结果
运算器
数 据 中间结果/ 最后结果 最后 结果
输入设备
原始数据 与程序
存储器
程 序
输出设备
控制器
计算机的工作过程 单击鼠标开始！
结束！
二、 微机系统硬件主要组成部分及功能
特点：
1. 运算器和控制器集成在一个芯片上，称之为CPU芯片。 2. 存储器由半导体存储器芯片组成。 3. 外设通过I/O口芯片与机器内各部件交换信息。 4. CPU，存储器，I/O 口通过AB，DB，CB三总线交换信息。
运算器
输入设备
原始数据 与程序
存储器
程 序
输出设备
控制器
计算机系统的硬件组成框图
最终结果
运算器
数 据 中间结果/ 最后结果 最后 结果
用于存储数据
和程序 。
输入设备
原始数据 与程序
存储器
程 序
输出设备
控制器
计算机系统的硬件组成框图
最终结果
运算器
数 据 中间结果/ 最后结果 最后 结果
输入设备
原始数据 与程序
存储单元
0000H 地 4 0001H 0 0 1 0 1 1 0 0 C H 0002H 输
址
AB 0001H 译 码
入
输 出 DB
器
FFFFH
电
路
结束!
CB 读信号 读/写控制电路
存储器的读操作过程
存储器组织
为了适应CPU的高速运行，建立了层次结构的存
储器组织，如下图所示：
中央处理器单元 高速缓存Cache
输 出 DB
器
FFFFH
电
路
CB
读/写控制电路 请点击鼠标!
存储器的写操作过程
例:将34H写入0000H单元
存储单元
0000H 地 0001H 输 34H DB
址
AB 0000H 译 码
0002H
入பைடு நூலகம்
输 出
器
FFFFH
电
路
CB
读/写控制电路 请点击鼠标!
存储器的写操作过程
存储单元
0000H 地 0001H 输
内存与外存
计算机内存：主存储器，它由半导体集成电路
芯片组成，用于存储当前运行所需要的程序和 数据。一般工作速度快，但容量有限。 计算机外存：除内存外，把磁带、磁盘这些存 储器通称外存储器。如硬盘，光盘等。通常容 量大如硬盘120G，工作速度慢。不能直接参 与计算机运算
内存储器的分类
读写存储器（RAM）
控制器
计算机系统的硬件组成框图 对指令进行译码后向各部件发出 控制信号，指挥计算机按规定进行 工作
计算机的软件系统 硬件只是使计算机具备了计算的可能，但是计算机脱 离人的干预自动进行计算，还需要有软件的配合。 1 软件系统是指计算机所使用的各种程序的集合。
程序是指指令的有序集合，是人们
为使计算机完成某一特定任务而编
存储器的写操作过程
存储单元
0000H 地 0001H 0 0 1 0 1 1 0 0 输
址
AB 0001H 译 码
0002H
入
输 出 DB
器
FFFFH
电
路
请点击鼠标! CB 读/写控制电路
存储器的读操作过程
例:从0001H单元读出数据
存储单元
0000H 地 0001H 0 0 1 0 1 1 0 0 输