清华大学微机原理-基本组成电路71页PPT
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微机原理课件ppt
04
微机程序执行过程
程序加载与执行
程序加载
将程序从存储介质中读取到内存中， 为程序的执行做好准备。
程序执行
CPU按照指令逐条执行程序，完成程 序所要求的任务。
指令执行流程
取指令
CPU从内存中读取指令并存放到指令寄存器 中。
指令译码
对指令进行译码，确定指令的操作码和操作 数。
执行指令
根据译码结果，完成相应的操作，如数据传 输、算术运算、逻辑运算等。
的外设接口。进入21世纪后，微机进一步 发展为DSP（数字信号处理）和FPGA（现 场可编程门阵列）等高性能计算平台。现在 ，微机已进入物联网和人工智能时代，成为
智能硬件的核心组成部分。
微机的应用领域
总结词
微机广泛应用于工业控制、智能家居、医疗设备、航 空航天等领域。
详细描述
由于微机具有体积小、功耗低、价格实惠等优点，它被 广泛应用于各种领域。在工业控制领域，微机可以用于 实现自动化生产线的控制和监测。在智能家居领域，微 机可以用于实现智能照明、智能安防、智能家电控制等 功能。在医疗设备领域，微机可以用于实现医疗影像处 理、医疗数据分析和医疗设备控制等功能。在航空航天 领域，微机可以用于实现飞行控制、导航数据处理和卫 星通信等功能。
立即数
表示常数或立即操作数的值。
注释
用于解释指令的含义和功能，方便阅读和理解。
指令类型
数据传输指令
用于在内存和寄存器之间传输数据，如 MOV指令。
逻辑运算指令
用于进行逻辑运算，如AND、OR、XOR等 指令。
算术运算指令
用于进行算术运算，如ADD、SUB、MUL 、DIV等指令。
控制转移指令
用于改变程序的执行流程，如JMP、CALL 、RET等指令。
微机原理PPT(第一、二、三章)
格雷码
相邻两个数之间只有一位不同，常用 于模拟量和数字量之间的转换以及误 差检测等场合。
03
微处理器结构与工作原理
微处理器内部结构剖析
微处理器基本组成
流水线技术
包括运算器、控制器、寄存器等基本 部件。
提高指令执行效率的关键技术之一。
指令执行过程
取指、译码、执行、访存、写回等阶 段。
指令系统概述及分类方法
实现不同进制数之间的转换。
计算机中数的表示方法
原码表示法
将最高位作为符号位，其余各位表示 数值本身。
反码表示法
正数的反码与其原码相同，负数的反 码是在其原码的基础上，符号位不变， 其余各位取反。
补码表示法
正数的补码与其原码相同，负数的补 码是在其原码的基础上，符号位不变， 其余各位取反后加1。
移码表示法
02
计算机中的数与编码
进制数及其转换方法
十进制数
以10为基数，采用0-9共10个 数字符号组成的数值表示方法
。
二进制数
以2为基数，采用0和1两个数字 符号组成的数值表示方法。
十六进制数
以16为基数，采用0-9和A-F共 16个数字符号组成的数值表示 方法。
进制数转换方法
包括整数部分和小数部分的转换 ，通过除基取余法和乘基取整法
微机原理ppt(第一、二 、三章)
目录 CONTENT
• 绪论 • 计算机中的数与编码 • 微处理器结构与工作原理 • 汇编语言程序设计基础 • 输入输出接口技术与应用 • 中断系统与定时/计数器应用
01
绪论
微机原理课程概述
课程性质
微机原理是一门研究微型计算机 基本组成、工作原理、接口技术
及其应用的课程。
清华大学 微机原理课件 CPU设计ALU
12
ALU电路设计
（2）移位器
采用2:1多路选择器构造的8位右移位器
A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 S2 S1 S0
1
0
1
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0 R7
1
0 R6
1 R5
0
1 R4
0
1 R3
0
1 R2
0
1 R1
0
1 R0
0
MSB的输入如何? 32位移位器需要多少级?
CPU逻辑设计
—— ALU电路设计
1
MIPS对ALU的需求
Add, AddU, Sub, SubU, AddI, AddIU =>带溢出检测和反向器的补码加法器 SltI, SltIU(Set Less than) =>带反向器的补码加法器，检测结果的符号 And, Or, AndI, OrI =>逻辑或、逻辑与
B12 B11 B10 B9
B11 B10 B9 B8
B6 B5 B4 B3
B5 B4 B3 B2
B4
B3 B2
B1
B3
B2 B1
B0 S1 S0
3
2
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3
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ALU电路设计
（2）移位器
采用2:1多路选择器构造的8位右移位器
A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 S2 S1 S0
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MSB的输入如何? 32位移位器需要多少级?
CPU逻辑设计
—— ALU电路设计
1
MIPS对ALU的需求
Add, AddU, Sub, SubU, AddI, AddIU =>带溢出检测和反向器的补码加法器 SltI, SltIU(Set Less than) =>带反向器的补码加法器，检测结果的符号 And, Or, AndI, OrI =>逻辑或、逻辑与
B12 B11 B10 B9
B11 B10 B9 B8
B6 B5 B4 B3
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2
微机原理课件
运算器是计算机的核心部件，负责进行算术和逻辑运算；控制器是计算机的指挥 中心，负责统一指挥计算机的各个部件；存储器是计算机的信息存储部件，用于 存储程序和数据；输入输出设备是计算机与外部进行信息交换的部件。
微机系统的硬件结构
微机系统的硬件结构包括主机箱、电源、主板、CPU 、内存、硬盘、显示器、键盘、鼠标等。
难度：较高。
课外拓展与学习建议
拓展内容
阅读相关文献和书籍，了解微机原理 的前沿技术和应用领域。
学习建议
积极参与课外实践和学习小组，与同 学和老师交流学习心得和经验，提高 学习效果。源自THANKS感谢观看
汇编语言的语法
汇编语言的语法包括指令格式、操作数、寻址方式、指令语句等。其中，指令格式是用来规定指令的操 作码和操作数的格式；操作数是用来指定指令操作的对象；寻址方式是指令中寻找操作数的地址的方式 ；指令语句是指令的书写格式。
汇编程序的设计方法
汇编程序设计的步骤
汇编程序设计的步骤包括分析问题、设计程序、编写 代码、调试程序等。其中，分析问题是程序设计的前 提，设计程序是程序设计的主要环节，编写代码是程 序设计的具体实现，调试程序是保证程序正确性的重 要步骤。
中断请求与响应
当外部设备需要与微机系统进行信息交换时，会向系统发出中断请求。 系统会根据优先级和中断向量表来响应中断请求。
中断的基本概念与工作原理
中断的基本概念
中断是指当外部事件发生时，打断正在执行的程序，转而执行相应的中断处理程序。中断 处理程序通常包括保存现场、处理中断事件、恢复现场等步骤。
中断源
主机箱是微机系统的外壳，用于保护和支撑内部硬件； 电源是微机系统的能源供应部件；主板是微机系统的核 心部件，上面集成了许多重要的电子元件；CPU是微 机的中央处理器，是计算机的核心部件；内存是微机的 临时存储部件，用于存储当前正在运行的程序和数据； 硬盘是微机的永久存储部件，用于存储程序和数据；显 示器是微机的输出设备，用于显示输出的信息；键盘和 鼠标是微机的输入设备，用于输入用户指令。
微机系统的硬件结构
微机系统的硬件结构包括主机箱、电源、主板、CPU 、内存、硬盘、显示器、键盘、鼠标等。
难度：较高。
课外拓展与学习建议
拓展内容
阅读相关文献和书籍，了解微机原理 的前沿技术和应用领域。
学习建议
积极参与课外实践和学习小组，与同 学和老师交流学习心得和经验，提高 学习效果。源自THANKS感谢观看
汇编语言的语法
汇编语言的语法包括指令格式、操作数、寻址方式、指令语句等。其中，指令格式是用来规定指令的操 作码和操作数的格式；操作数是用来指定指令操作的对象；寻址方式是指令中寻找操作数的地址的方式 ；指令语句是指令的书写格式。
汇编程序的设计方法
汇编程序设计的步骤
汇编程序设计的步骤包括分析问题、设计程序、编写 代码、调试程序等。其中，分析问题是程序设计的前 提，设计程序是程序设计的主要环节，编写代码是程 序设计的具体实现，调试程序是保证程序正确性的重 要步骤。
中断请求与响应
当外部设备需要与微机系统进行信息交换时，会向系统发出中断请求。 系统会根据优先级和中断向量表来响应中断请求。
中断的基本概念与工作原理
中断的基本概念
中断是指当外部事件发生时，打断正在执行的程序，转而执行相应的中断处理程序。中断 处理程序通常包括保存现场、处理中断事件、恢复现场等步骤。
中断源
主机箱是微机系统的外壳，用于保护和支撑内部硬件； 电源是微机系统的能源供应部件；主板是微机系统的核 心部件，上面集成了许多重要的电子元件；CPU是微 机的中央处理器，是计算机的核心部件；内存是微机的 临时存储部件，用于存储当前正在运行的程序和数据； 硬盘是微机的永久存储部件，用于存储程序和数据；显 示器是微机的输出设备，用于显示输出的信息；键盘和 鼠标是微机的输入设备，用于输入用户指令。
清华大学微机原理32位微处理器PPT文档73页
39、没有不老的誓言，没有不变的承 诺，踏 上旅途 ，义无 反顾。 40、对时间的价值没有没有深切认识 的人， 决不会 坚韧勤 勉。
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
清华大学微机原理32位微处理器
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
清华大学微机原理32位微处理器
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。
微机原理课件
他内部器件，外部总线连接微机和其他外部设备。
总线的性能指标包括总线的带宽、总线的时钟频率、总线的传
03
输速率等。
03 软件组成
指令系统
指令集
指令系统是计算机硬件与软件之间的接口，它规定了计算机所支持 的指令集合，包括指令格式、寻址方式、操作码等。
指令类型
根据功能的不同，指令可以分为多种类型，如算术运算指令、逻辑 运算指令、移位指令、跳转指令等。
03
微机系统的基本工作流程是： 输入信息 -> 存储器存储 -> 控 制器指挥运算器进行运算 -> 输出结果。
02 硬件组成
中央处理器
01
CPU是微机的核心部件，负责执行指令和处理数据。
02
CPU由运算器和控制器组成，运算器负责进行算术和
逻辑运算，控制器负责控制指令的执行顺序。
03
CPU的性能指标包括时钟频率、指令集、缓存大小等
04 系统组成与控制
操作系统
操作系统定义
操作系统是计算机系统中的核心软件，负责管理系统资源、控制程序执行、提供系统界 面等。
操作系统功能
操作系统具有进程管理、内存管理、文件管理、设备管理等功能，旨在提高计算机系统 的效率和可靠性。
常见操作系统
Windows、Linux、MacOS等。
程序控制与中断系统
微机原理课件
目录
• 微机系统概述 • 硬件组成 • 软件组成 • 系统组成与控制 • 应用领域与发展趋势 • 实验与上机操作指南
01 微机系统概述
微机系统的基本组成
运算器是计算机的核心部件 ，负责进行算术运算和逻辑
运算。
计算机的基本组成包括运算 器、控制器、存储器、输入
数字电子技术_基本组成电路(PPT87页)
23
• 上面的门电路称作“L门” ：高电平时使数据装入，低电 平时数据自锁在其中。
•对于多位的寄存器，每位各加一套L门电路。
2019/11/20
微型计算机原理及应用_宋廷强
24
•可控缓冲寄存器的符号
2019/11/20
微型计算机原理及应用_宋廷强
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2019/11/20
74LS244 典型芯片介绍
2019/11/20
微型计算机原理及应用_宋廷强
22
•LOAD门工作原理：
在X0端送入数据(0或1)后， – 如LOAD端(以下简称为L端)为低电位，则右边的与门被阻塞，X0
过不去，而原来已存在此位中的数据由Q0送至左边的与门。此与 门的另一端输入从非门引来的与L端反相的电平，即高电位。所 以Q0的数据可以通过左边的与门，再经或门而送达D0端。这就形 成自锁，即既存的数据能够可靠地存在其中而不会丢失。
74LS244为3态8位缓冲
器，一般用作总线驱 动器. 双4位单向缓冲器 • 分成4位的两组
• 每组的控制端连接在 一起
• 控制端低电平有效 • 输出与输入同相
微型计算机原理及应用_宋廷强
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总线驱动器
• 通常说计算机有地址、数据、控制三总线，由于总线上需 要驱动的负载多，CPU是大规模集成电路，不具备功率驱 动能力，总线驱动器的作用就是提供功率驱动，第二个原 因是，CPU总线常常是分时复用总线，就是说在不同的时 段，管脚上出现的信号功能不同，需要锁存器存储并分离 信号，总线驱动器起锁存器的作用
ROM的结构原理（PROM,EPROM,EPROM）。
2.理解
控制字、数据存储、数据流通的原理；
典型芯片的引脚及存储器容量的扩展
微机原理 第二章微机基本组成电路
⑵同步计数器
(3)程序计数器
(4)环形计数器
Q0
Q1
Q2
Q3
FF0
FF1
FF2
FF3
1D D0 C1
1D Q0 D1 C1
1D Q1 D2 C1
1D
Q2 D3 C1
Q3
CP
Q0
Q1
Q2
Q3
(D触发器组成的4位环形计数器)结构特点:
D0
=
Qn n −1
工 当CLR有高电位输入时（注意，这种D触发器是高电位清
如今有一些类型的存储器(如EEPROM和闪存)组合 了两者的特性。这些器件像RAM一样进行读写，并像 ROM一样在断电时保持数据，它们都可电擦除且可编程， 但各自有它们优缺点。
5
工作原理：（P30图2－27） 总线空闲（其他器件都以高阻态形式连接
在总线上）且一个器件要与目的器件通信 时，发起通信的器件驱动总线，发出地址和 数据。其他以高阻态形式连接在总线上的器 件如果收到（或能够收到）与自己相符的地 址信息后，即接收总线上的数据。发送器件 完成通信，将总线让出（输出变为高阻态）。
1
1.算术逻辑单元 (Arithmetic-Logic Unit, ALU) 是中央处理器(CPU)的执行单元，是所有中央处
理器的核心组成部分。 既能进行二进制数的四则运算，也能进行布尔代数
的逻辑运算。
A和B为两个二进制数， S为其运算结果， control为控制信号
图2.1
2.触发器
触发器是一种可以存储电路状态的电子 元件。是计算机记忆基本单元。
串行
S
S
S
S
输入
CP
经4个CP脉冲,Di 出现在Q4上
(3)程序计数器
(4)环形计数器
Q0
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1D Q0 D1 C1
1D Q1 D2 C1
1D
Q2 D3 C1
Q3
CP
Q0
Q1
Q2
Q3
(D触发器组成的4位环形计数器)结构特点:
D0
=
Qn n −1
工 当CLR有高电位输入时（注意，这种D触发器是高电位清
如今有一些类型的存储器(如EEPROM和闪存)组合 了两者的特性。这些器件像RAM一样进行读写，并像 ROM一样在断电时保持数据，它们都可电擦除且可编程， 但各自有它们优缺点。
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工作原理：（P30图2－27） 总线空闲（其他器件都以高阻态形式连接
在总线上）且一个器件要与目的器件通信 时，发起通信的器件驱动总线，发出地址和 数据。其他以高阻态形式连接在总线上的器 件如果收到（或能够收到）与自己相符的地 址信息后，即接收总线上的数据。发送器件 完成通信，将总线让出（输出变为高阻态）。
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1.算术逻辑单元 (Arithmetic-Logic Unit, ALU) 是中央处理器(CPU)的执行单元，是所有中央处
理器的核心组成部分。 既能进行二进制数的四则运算，也能进行布尔代数
的逻辑运算。
A和B为两个二进制数， S为其运算结果， control为控制信号
图2.1
2.触发器
触发器是一种可以存储电路状态的电子 元件。是计算机记忆基本单元。
串行
S
S
S
S
输入
CP
经4个CP脉冲,Di 出现在Q4上
第微机原理与接口技术清华大学ppt课件
ALE
8088 CPU
地址 锁存
数据 收发
地址总线 数据总线
总线 控制器
控制总线
两种任务方式的选择方式
8088是任务在最小还是最大方式由MN/MX端形 状决议。MN/MX=0任务于最大方式，反之任务 于最小方式
二、8088CPU的引线及功能
引脚定义的方法可大致分为： 每个引脚只传送一种信息〔RD等〕； 引脚电平的高低不同的信号〔IO/M等〕； CPU任务于不同方式有不同的称号和定义
保管运算结果特征
总线接口单元
功能：
从内存中取指令到指令预取队列
担任与内存或输入/输出接口之间的数据 传送
在执行转移程序时，BIU使指令预取队列 复位，从指定的新地址取指令EU和BIU两个 部分可同时进展任务，从而
提高了CPU的效率； 降低了对存储器存取速度的要求
AX BX CX DX
AH，AL BH，BL CH，CL DH，DL
数据存放器特有的习惯用法
AX：累加器。一切I/O指令都经过AX与接口传送
信息，中间运算结果也多放于AX中；
BX：基址存放器。在间接寻址中用于存放基地址；
CX：计数存放器。用于在循环或串操作指令
中存放计数值；
DX：数据存放器。在间接寻址的I/O指令中存放
串行任务方式
8088以前的CPU采用串行任务方式：
CPU 取指令1
分析 指令1
BUS 忙碌
执行 指令1
取指令2
分析 指令2
忙碌
执行 指令2
并行任务方式
8088CPU采用并行任务方式
EUCPU
取指令1
分析 指令1
取指令2
执行 指令1
分析 指令2
微机原理教学PPT
功能 4. 微型计算机的应用概况
3
第一章：概述——微机原理的课 程内容、学习目的
•
研究微型计算机的基本工作原理以及微型计算机接口技术（如中断控 制接口、定时/计数控制接口、并行/串行通信接口等）的课程。
冯·诺依曼体系结构 1. 能把需要的程序和数据送至计算机中。 （输入） 2. 必须具有长期记忆程序、数据、中间结果及最终运 算结果的能力。 （存储） 3. 能够完成各种算术、逻辑运算和数据传送等数据加 工处理的能力。 （运算） 4. 能够根据需要控制程序走向，并能根据指令控制机 器的各部件协调操作。 （控制） 5. 能够按照要求将处理结果输出给用户。（输出） 简单地其工作过程是取指令(代码)→分析指令(译码) →执行指令的不断循环的过程。
微型计算机技术及其应用
——第一章：概述
1
第一章：概述
1. 微机原理课程的内容、学习目的
2. 微型计算机的发展概况 3. 微型计算机系统的基本组成和各部件
功能 4. 微型计算机的应用概况
2
第一章：概述
1. 微机原理课程的内容、学习目的
2. 微型计算机的发展概况
3. 微型计算机系统的基本组成和各部件
第一章：概述——微型计算机系统的 基本组成和各部件功能
各种接口卡
24
第一章：概述——微型计算机系统的 基本组成和各部件功能
主板
25
Байду номын сангаас
第一章：概述——微型计算机系统的 基本组成和各部件功能
主板是机箱中最大的一块集成电路板，在它上面
集成有CPU插座、内存插座、扩展卡插座、输入 输出系统、总线系统、电源接口等。 地址总线(AB) ：是用来传送地址信息的信号线。 地址总线的位数决定了CPU可以直接寻址的内存 空间的大小。地址总是从CPU发出的，所以地址 总线是单向的三态总线。 数据总线(DB)：数据总线是CPU用来传送数据信 息的信号线。数据总线是双向三态总线。 控制总线(CB)：控制总线是用来传送控制信号的 一组总线。控制总线有的为单向，有的为双向或 三态，有的为非三态，取决于具体的信号线。