微机原理与接口技术 教学课件 作者 周鹏 第2章 微处理器与系统结构.ppt

* * 第2章 微处理器与系统结构2.1　微型计算机系统及其工作原理2.1.1　概述1．微型计算机的分类 微型计算机的发展已经历了五代： 第一代（1971～1973）是4位和低档8位微机。 第二代（1974～1978）是中高档8位微机。 第三代（1978～1981）是16位微机。 第四代（1981～1992）是32位微机。 第五代（1993年以后）是64位微机。2．微型计算机特点（1）体积小、重量轻（2）价格低廉（3）可靠性高、结构灵活（4）应用面广 开始 3．微型计算机的主要技术指标 评价一台微型计算机系统性能好坏的主要技术指标如下：（1）机器字长（2）主频（3）内存容量（4）运算速度2.1.2　硬件系统结构1．硬件的逻辑组成部分 计算机的硬件从逻辑功能上可分为五个部分,分别是： 运算器，控制器，存储器，输入设备和输出设备，如图2－1(见下页)所示。 说明： (1)运算器与控制器一般做在一块集成电路芯片上称为CPU。 (2)存储器实际上又可分为内存和外存二部分，上面所说 存储器指的是内存。外存是作为一种I/O设备来处理的。(3)输入设备、输出设备、外存储器统称为外部设备，简称 外设或I/O设备。 图2-1 计算机的硬件组成2．三类总线 总线是一组信号线，是计算机各部件之间传输信息的公共通路。组成计算机的各部件都挂接在总线上，并通过总线接收或发送信息，如图2－2(见下页)所示。 总线根据其传输的信号作用不同，分为三大类：地址总线、数据总线和控制/状态总线。 图2-2 三类总线1．地址总线AB（Address Bus） 地址总线专门负责传送地址信号。它上面的信号流向是单向的。2．数据总线DB（Data Bus） 数据总线上传递的是数据信息，是CPU与内存或I/O接口间 要交换的数据。3．控制/状态总线CB（Control Bus） 控制/状态总线用来传输控制信息和状态信息。①控制信息：CPU发出的命令，以控制其它部件的动作。②状态信息：存储器或I/O接口提供给CPU以反映自身状态的 信息。2.1.3　软件系统结构1．软件系统组成 计算机的软件分为系统软件和应用软件二大类。(1)．系统软件:分为操作系统、语言处理程序和服务程序。 ⊙操作系统 操作系统是计算机的第一层软件，是核心软件，它控制和管理着系统硬件资源，组织协调计算机的运行，为其它系统软件和应用软件提供服务和支持。  ⊙语言处理程序 语言处理程序包括汇编程序、解释程序和编译程序。 ⊙服务程序 常用的服务程序有编辑程序、调试程序、装入程序、连接程序、故障检查和诊断程序等。2．应用软件应用软件是由用户或第三方软件公司专门为解决某个问题编制的程序，如各种科学计算程序、数据统计程序、字处理程序、企业管理程序等。(2)．软件系统的层次结构 以磁盘操作为例，软件的层次结构如下图2－3所示。 在软件的层次中，越下层的软件功能越简单，每一个中间层软件都是在调用下层较简单服务的基础上，向上层提供功能更强大的服务。3．三类语言 程序设计语言分为机器语言、汇编语言和高级语言三类。(1)．机器语言 机器指令的集合构成了机器语言，直接用二进制的指令代码来编写的程序就是机器语言程序。 机器语言的优点： ⊙计算机可直接识别执行。 ⊙能访问硬件的全部功能。 ⊙可以对程序进行精细规划。 机器语言的缺点： ⊙二进制的指令代码难于记忆，且在书写、输入过程中极 易出。 ⊙不同类型的CPU间机器语言不通用。 (2)汇编语言 对机器语言中的指令、操作数、地址等进行符号化替代之后，机器语言就变成了汇编语言。 将汇编语言的源程序变成机器语言程序的过程称为汇编。能完成汇编功能的程序称为汇编程序。汇编过程如下图所示。 图2-4汇编的过程汇编语言的优点(略)汇编语言的缺点：比较难学难记，但困难程度比机器语言要  差得多。(3)．高级语言 高级语言主要是相对于汇编语言而言，它以较接近自然语 言和数学公式的形式编程，基本脱离了机器的硬件细节。 高级语言所编制的程序也不能直接被计算机所执行，必须转换成机器语言才行，这种转换既可以是解释，也可以是编译，其过程如下图所示。 图2-5高級語言的转换过程 高级语言表达能力强，开发效率