微机原理与系统设计一:总述

微型计算机系统组成分为:硬件子系统与软件子系统。

微型计算机系统框图:

1.早期计算机五大组成部分

算术逻辑运算单元(ALU)控制器、存储器、输入输出设备。框图如下:

根据上图可知,模块之间传送的信息分为三类:数据信息、控制信息、地址信息。而用来传输信息的通道称为总线,相应的为数据总线DB、控制总线CB、地址总线AB

2.(现代)微型计算机系统的硬件组成

2.1 CPU

而伴随着半导体的发展,ALU控制器集成在一起,就成为我们所说的CPU(中央处理器或微处理器)。微处理器的数据、控制、地址信息传输引脚很多,为缩小CPU体积与尺寸,CPU的外围的部分引脚采用了复用引脚。

2.2 系统总线与微处理器级总线

数据信息传送为双向的,CPU可通过数据总线给外部发送数据到存储器,也可以从存储器中读取数据;

地址信息传送为单向的,CPU发送地址码给存储器对相应的地址单元进行读写;也可以给I/O设备传送地址信息对相应的I/O设备进行操作。(存储器地址,I/O地址);

控制信息传送为双向的,由CPU发出的为命令信息,由设备反馈给CPU的为状态信息。

由于CPU很多引脚采用了复用功能,需要通过系统总线形成电路将不同的信息分离进而在相应的总线上进行传输。

系统总线形成电路的设计,需要掌握CPU引脚的功能、信号之间的时序关系,然后利用锁存器与缓冲器等进行电路的设计。

CPU到系统总线形成电路之间的部分也为总线,但其收缩到了CPU的引脚上,故CPU的引脚也为总线,称为微处理器级总线

由于微处理器级总线上部分引脚采用的复用功能,且每个引脚驱动负载的能力比较弱,故需要先将微处理器级总线通过系统总线形成电路转化为系统总线,即数据总线、地址总线与控制总线。存储器、I/O设备都是挂接在系统总线上来完成与CPU之间的通信。微处理器级总线驱动能力比较弱,只负责驱动系统总线形成电路这一个负载。而系统中大量的负载驱动交给了系统级总线来完成。

2.3存储器

微型计算机硬件组成是以微处理器为核心采用三总线形式来组成的,系统中其他部件都挂接在三总线上。其中首要部件就是存储器。存储器部分分为两大部分:ROM和RAM。ROM中存放系统中的管理程序。

存储器的每个单元存放着二进制数据,而计算机中的存储器都是由字节组织的。如果存储器芯片的每个地址单元只有四个bit位,则需要两片这样的存储其芯片来拼成8位。每个地址单元都有对应的地址码,要对指定的地址单元进行读写操作,需要寻找到改地址单元,即寻址。任意两个相邻的字节单元可以组成字单元,分为即低地址单元与高地址单元,一个字数据在字单元存放的规则是低字节存放在低地址单元,高字节存放在高地址单元。

计算机主板上有一片EPROM(紫外线可擦除),里面存放BIOS。计算机开机后,先执行BIOS程序,其任务是①对内存单元进行自检,检测地址单元的每个bit位是否能读能写;②对主板上的I/O接口电路初始化;③从磁盘上读取操作系统到内存。

2.4 I/O设备

系统总线上除了挂接存储器,还挂接了许多I/O设备,由于I/O设备接受数据信息的格式不同(如数字信息(并行或串行)、模拟信息),故其不能与CPU进行直接通信,需要在I/O设备与系统总线之间设计相应的接口电路,即I/O接口电路。如显示器与CPU通信需要用到显卡,音响与CPU通信需要用到声卡等等。为了实现与指定的I/O设备通信,所以要对I/O接口电路分配相应的I/O接口地址。很多CPU都是采用同一地址总线来给存储器发送地址,又给I/O设备发送地址。通过执行不同的指令实现对不同设备的寻址。对于I/O接口电路而言,地址码的识分一般是一个控制引脚(而地址总线往往不知一条),则往往通过I/O地址译码电路来实现。在存储接口电路中也涉及存储器地址译码。

PS:机器直接认识的语言为机器语言,机器语言的演变为汇编语言(低级语言),其直接面向机器。(机器指系统中的微处理器CPU)

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