第10章 微机计算机基本工作原理（课件）《计算机原理》同步教学（高教版）

第10章 微机计算机基本工作原理 知识目标 了解微型计算机结构的简化形式； 理解简化的微型计算机指令系统及如何进行程序设计； 掌握控制部件的组成及功能； 了解微型计算机功能的扩展； 了解流水线技术、高速缓冲存储器和虚拟存储器在微型计算机中的应用。 10.1 微型计算机结构的简化形式 为了易于分析和理解，我们先来介绍一个简化了的微型计算机。如图10-1（a）所示。其硬件结构特点如下： 功能简单─只能做两个数的加减法。 内存量小—只有一个16×8PROM（可编程序只读存储器） 字长8位—二进制8位显示 手动输入—用拨钮开关输入程序和数据。 10.2 指令系统 指令系统就是用来编制计算程序的一个指令集合。在未编制出计算程序之前，计算机是一堆无价值的电路硬件。 这台微型机有五条指令，即其控制部件能完成一系列例行程序以执行五种命令： LDA—将数据装入累加器A ADD—进行加法运算 10.3 程序设计 这几个参与运算的数当然可以是任意的，所以公式是用代数符号写的。这里所用的代数符号，故意与存储单元的序列相一致。事实也是如此，因为要参与运算的数必须先输入到存储器中去。 既然上面讲的微型计算机并不认识助记符的意义，因此必须将指令清单中每一条指令都翻译成二进制码──机器码。另外，存储器中既要写入计算程序，也要存放参与运算的数据，那么，还得决定存储器中的存储单元应如何分配—称为存储空间分配。 10.3 程序设计 总之，程序设计中得包括：编制汇编语言写的源程序、助记符的翻译、存储器的分配等几部分。下面介绍一下程序设计步骤。 10.4 执行指令的例行程序 在程序和数据装入之后，启动按钮将起动信号传给控制部件CON，然后控制部件产生控制字，以便取出和执行每条指令。 执行一条指令的时间为一个机器周期。机器周期又可分为取指周期和执行周期。取指过程和执行过程机器都得通过不同的机器节拍。在这些节拍内，每个寄存器（PC、MAR、IR、A、B、O等）的内容可能发生变化。 10.5 控制部件 控制部件是使计算机能够成为自动机的关键部件。 控制部件包括下列主要环节： 1．环形计数器（RC） 2．指令译码器（ID） 称为控制器 3．控制矩阵（CM） 4．其它控制电路 环形计数器用以发出环形字，从而产生机器节拍，其原理已在上一节中讲过了，下面分别介绍其它环节。 10.6 微型计算机功能的扩展 归根到底，计算机的功能在很大程度上取决于其中央处理器部分，而后者的功能又取决于其控制器的功能。此外，其它基本组成电路，如算术逻辑部件（ALU）、寄存器的个数等等，都必须作相应的改进，才能扩展计算机的功能。使之接近于现代微型计算机。 这个功能更大的微型计算机，在硬件上增加不多，而是算术逻辑部件及控制器的功能有相当的扩展。这样，就既可能进行逻辑运算，也有跳转和循环运算的功能 10.7初级程序设计举例 初级程序包括下列的程序模式： 1.简单程序：程序一统到底，中间没有任何分支和跳转。 2.分支程序：程序进行中，根据判断程序执行的不同结果而分别跳至其他子程序去。 3.循环程序：程序进行过程中，在某一循环体进行若干次循环运行，然后再继续前进。 4.调用子程序：程序进行至某一阶段，调用存储于某存储区中的某个子程序，然后返回至主程序继续运行下去。 $$