微型计算机系统的总线结构

指1 指2 指3 指 4 指5 指1 指2 指3 指4 指5 指6
取指 指1 指2 指3 指4 指5 指6 指7 时间
t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7
四级流水处理, CPU各部件同时处理
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第一章 绪论
§1.3 微型计算机系统的总线结构
三、寄存器
寄存器分为两类：通用寄存器 和专用寄存器。
通用寄存器用于临时存放 数据和地址，以减少CPU 对存 储器的访问，提高运行速度。
数据从存贮器或 I/O接口电路送往CPU称为 CPU读数或取数。读是非破坏性的。
数据从CPU送往存贮器或I/O接口电路称为 CPU写数或存数。
读（取）写（存）数据的过程又统称为访问。 存贮器分为内存与外存。CPU不直接与外存打 交道。
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第一章 绪论
二、操作方式
§1.3 微型计算机系统的总线结构
CPU把一条指令分解成若干个步骤完成。
U
CB
控制
电路
I/O端口3
设
12
CPU 取指 1 执行 1 取指 2 执行 2 取指 3 执行 3 取指 4 执行 4
BUS 忙
忙
忙
忙
t
EU
执行 1 执行 2 执行 3 执行 4 执行 5 执行 6
BIU 取指 1 取指 2 取指 3 取指 4 取指 5 取指 6
BUS 忙 忙 忙 忙 忙 忙
t
空间
执行
指1 指2 指3 指4
取操作数 译码
操作数，这一过程称为“取数”。有的指令不用再取数。 执行 控制器控制ALU完成指令规定的操作，这一过程
称为“执行”。
寄存器组 AH AL AX BH BL BX CH CL CX DH DL DX
SI DI BP SP
运 算 器
标志寄存器 EU
BIU
DS ES SS
地 址
CS
加
法
IP
器
数据暂存器
指
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第一章 绪论
§1.3 微型计算机系统的总线结构
微型计算机的基本结构就是以系统总线为连接 的结构，简称总线结构。
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第一章 绪论
§1.3 微型计算机系统的总线结构
系统总线分为地址总线AB(Address Bus) 、数据总 线DB(Data Bus)和控制总线CB(Control Bus)三种。
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第一章 绪论
第一章 绪论
§1.3 微型计算机系统的总线结构
总线(BUS)是指连接计算机各部件或计算机 之间的一束公共信息线，是计算机系统中传送信息 的公共途径。
总线通常有以下三种： 内部总线：指微处理器内部各部件之间传送信
息的通路，用来连接CPU内部的各逻辑部件。 系统总线：又称外部总线。用于连接微型计算
机内的CPU、存贮器及I/O接口电路。 通信总线：用于各微型计算机系统之间或微型
计机系统与其它系统之间的通信。 通常所说的总线是指系统总线。
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第一章 绪论
§1.3 微型计算机系统的总线结构
主机箱
总线插槽
主板(CPU、芯片组、 BIOS、RAM 等)
显示卡
显示器
硬盘 光驱
硬驱 接口
光驱 接口
并口 串口
打印机 鼠标器
软驱接口
电 源
软驱
键盘接口
调制解调器 键盘
PC 机的硬件组成框图 2
总线
令
5 4
队
3 2
接口 控制 电路
列
1
执行部件控制电路
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第一章 绪论
§1.3 微型计算机系统的总线结构
将CPU划分成若干个独立的功能部件，使它们独立 地并行操作，称为并行操作方式。
同一时刻有若干条指令由不同的部件同时处理， 完成不同的操作，这种操作方式称为流水方式。分步越细， 流水深度越深，CPU的性能越高，甚至，有多条流水线。
地址总线一般是单向的。
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§1.3 微型计算机系统的总线结构
数据总线 用来传送数据。数据总线的宽度决定 了一次最多可传送的数据位数。数据总线是双向的。
控制总线 用于传送控制信号和状态信号，使各部 件能协调动作。
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第一章 绪论
§1.3 微型计算机系统的总线结构
1.3.2 系统运行过程的名词概念 一、 读/写数
数据存入堆栈称为压入（PUSH），数据从堆 栈取出称为弹出（POP）。
堆栈以字为单位操作。
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第一章 绪论
§1.3 微型计算机系统的总线结构
1.3.3 输入/输出接口电路
CPU通过对I/O端口进行读/写操作，实现对 外设的控制。
Байду номын сангаас
I/O接口结构示意图
AB
地址
C
译码
P
DB
数据 缓冲
I/O端口1
外
I/O端口2
专用寄存器如程序计数器 PC (在Intel 微处理器中称为指 令指针IP) 、标志寄存器等。
微处理器CPU
算术逻辑部件 控制部件 寄存器 内总线
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第一章 绪论
§1.3 微型计算机系统的总线结构
四、堆栈
堆栈是按先入后出的原则存取信息的一种数据 结构。
堆栈只有一个数据出入的端口，称为栈顶。堆 栈指针SP总是指向堆栈栈顶的那个数据。当堆栈为 空栈时， SP指向堆栈的栈底。
§1.3 微型计算机系统的总线结构
地址总线 用于从CPU输出一组地址信息，以
指明CPU所要找的某个外界部件(存贮器或外部设备) 的地址。
地址总线的宽度(根数)决定了CPU可直接寻址 的内存容量。当地址总线的宽度为N时，其直接寻 址的内存容量为 2N。如8086 的地址总线有20 根 （位），则它直 接寻址的内存容量为220=1 MB。 386、486的地址总线为32 根，则它可直接寻址的 内存容量为232=4GB。
取指 控制器发出指令地址及控制信号，将需要执行的
那条指令从存储器取出送到控制器，这一过程称为
“取指”。一条指令取走后，指令指针寄存器IP自动
加1,被修改成下一条要读取的指令的地址。
译码 控制器将取来的指令分解成一些更简单的微操作
称为“译码”。微指令参与。译码后放入指令队列中。 取数 按照指令中给出的地址从存储器取出参与运算的