北航微机原理课件第二讲

北航微机原理课件第二讲目录CONTENTS•微机系统概述•微处理器结构与原理•存储器系统•总线系统•输入输出接口01微机系统概述CHAPTER微机系统的定义与特点定义微机系统是一种以微处理器为核心，由存储器、输入输出接口电路和系统总线等构成的计算机系统特点体积小、功耗低、成本低、可靠性高、可扩展性强、易于维护和使用微机系统的历史与发展早期阶段20世纪70年代初，随着集成电路和微处理器技术的发展，第一代微机系统诞生发展阶段20世纪80年代，随着个人电脑的兴起，微机系统得到了广泛应用现代阶段随着互联网和信息技术的不断发展，微机系统在各个领域都得到了广泛的应用微机系统的应用领域工业控制医疗电子微机系统在工业控制领域中应微机系统在医疗电子领域中应用广泛，如自动化生产线控制、用广泛，如医疗仪器、远程医智能仪表等疗等智能家居金融电子微机系统在智能家居领域中发微机系统在金融电子领域中应挥着重要作用，如智能家电、用广泛，如自助银行设备、电智能照明等子支付等02微处理器结构与原理CHAPTER微处理器的内部结构运算器控制器执行算术和逻辑运算的部件，包括加法器、负责控制微处理器的操作流程，包括指令译乘法器等码器、时序产生器等存储器总线用于存储程序和数据，包括寄存器、高速缓用于连接各个部件，实现数据传输存等指令系统与汇编语言指令系统定义了微处理器可以执行的指令集，包括算术指令、逻辑指令、控制指令等汇编语言一种低级语言，与指令系统相对应，用于编写程序微处理器的工作原理取指译码从内存中读取指令并存放到寄存器中对指令进行译码，确定需要执行的操作和操作数执行写回根据译码结果，执行相应的运算或操将结果写回到内存或寄存器中作微处理器的性能指标字长主频微处理器一次能处理的二进制位数，通常微处理器每秒钟执行的时钟周期数，通常表示为32位或64位表示为兆赫兹（MHz）或吉赫兹（GHz）吞吐量功耗微处理器每秒钟执行的指令数，通常表示微处理器在工作过程中消耗的能量，通常为百万条指令每秒（MIPS）表示为瓦特（W）03存储器系统CHAPTER存储器概述存储器定义存储器是计算机中用于存储数据和指令的部件存储器分类根据存储介质和访问速度，存储器可以分为多种类型，如RAM、ROM、Flash Memory等存储器作用存储器是计算机中不可或缺的组成部分，它提供了计算机运行所需的程序和数据存储空间半导体存储器半导体存储器定义半导体存储器特点半导体存储器具有存取速度快、集成半导体存储器是以半导体材料为基础度高、功耗低等优点，是计算机中主制作的存储器要的存储器类型之一半导体存储器分类根据工作原理，半导体存储器可以分为静态随机存取存储器（SRAM）和动态随机存取存储器（DRAM）等类型磁表面存储器磁表面存储器定义01磁表面存储器是在硬磁盘或软磁盘等表面涂覆磁性材料制成的存储器磁表面存储器工作原理02磁表面存储器通过改变磁性材料的磁化方向来记录二进制信息，并利用磁头读取数据磁表面存储器特点03磁表面存储器具有容量大、可靠性高、成本低等优点，是计算机中主要的辅助存储器类型之一光存储器010203光存储器定义光存储器分类光存储器特点光存储器是以激光为信息光存储器可以分为光盘存光存储器具有容量大、可载体，利用光学原理进行储器和光磁记录器等类型靠性高、寿命长等优点，数据读写的存储器是计算机中一种新兴的辅助存储器类型04总线系统CHAPTER总线的基本概念总线的基本概念总线的特点总线的功能总线是连接计算机各部件总线具有规范性、共享性、总线的主要功能包括数据的一组公共信号线，是计独立性、高效性等特征传输、地址传递、控制信算机中各部件之间进行信号传递等息传输的通道总线的分类与标准总线的分类总线可以根据传输速率、传输方式、连接方式等不同标准进行分类总线的标准总线标准是规范总线的技术要求和规格，以保证不同厂商生产的硬件设备能够相互兼容总线标准的意义总线标准的意义在于促进硬件设备之间的互操作性和兼容性，降低系统成本和维护成本总线操作与时序总线操作总线操作包括读操作和写操作，以及地址信号和数据信号的传输总线时序总线时序是指总线上的信号在时间上的先后顺序，包括时钟信号、数据传输的起始和结束时间等总线时序的作用总线时序的作用是保证数据在总线上正确传输，并确保各部件之间的协调工作总线举例与性能分析总线举例常见的总线包括ISA总线、PCI总线、AGP总线、PCI-Express总线等总线性能分析总线性能分析主要包括总线的带宽、传输速率、延迟时间等指标，这些指标直接影响计算机的整体性能05输入输出接口CHAPTER输入输出接口概述输入输出接口是微处理器与外输入输出接口的主要功能包括输入输出接口的硬件组成包括部设备之间的桥梁，负责数据数据传输、地址译码、设备控数据总线缓冲器、控制逻辑、传输和控制信号的传递制等定时器/计数器等输入输出接口的编址方式独立编址方式内存映射编址方式统一编址方式输入输出地址空间与内存地址空将输入输出设备映射到内存地址将输入输出设备当作内存的一部间分开，访问输入输出端口需使空间，通过访问内存地址实现对分进行访问，可直接对输入输出用专门的输入输出指令输入输出设备的操作设备进行读写操作输入输出接口的数据传输方式中断方式当外部设备有数据需要传输时，通过中断请求打断程序控制方式CPU，CPU响应中断后进行数据传输通过程序控制数据的输入输出，适用于慢速设备DMA方式直接内存存取方式，通过硬件实现数据的快速传输，无需CPU干预常见输入输出接口芯片8255可编程并行接8251可编程串行接口芯片常用于实现口芯片用于实现串并行输入输出接口行通信功能8253可编程定时器/计数器芯片用于实现定时器和计数器功能谢谢THANKS。