微机原理第4章课件.pptx

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1、微机原理第4章课件微机原理概述微机系统的组成指令系统与汇编语言存储器系统输入输出系统中断系统与多任务处理contents目录微机原理概述01总结词微机原理是研究计算机硬件和软件的基础理论，其特点包括高效性、并行性、模块化等。要点一要点二详细描述微机原理是计算机科学和工程领域的重要分支，主要研究计算机硬件和软件的设计、实现和应用。它涉及到计算机的内部结构、指令系统、数据表示、程序执行等方面的知识。微机原理具有高效性、并行性和模块化等特点，这些特点使得计算机能够快速、准确地处理各种复杂任务，广泛应用于科学计算、工程设计、数据处理、人工智能等领域。微机原理的定义与特点微机原理的应用领域包括工业自动化

2、、智能家居、医疗设备等。总结词微机原理的应用领域非常广泛，涉及到各个行业和领域。在工业自动化领域，微机原理被用于控制生产流程、监测设备状态等，提高了生产效率和产品质量。在智能家居领域，微机原理被用于智能控制、安全监控等方面，提高了家庭生活的便利性和安全性。在医疗设备领域，微机原理被用于医疗仪器、监护系统等方面，提高了医疗服务的水平和效率。详细描述微机原理的应用领域微机原理的发展历程微机原理的发展历程包括晶体管计算机、集成电路计算机、大规模集成电路计算机等阶段。总结词微机原理的发展历程可以追溯到20世纪50年代初的晶体管计算机时代，随着技术的不断发展，先后经历了集成电路计算机和大规模集成电路计算

3、机等阶段。随着半导体技术的不断进步，微机原理的应用范围越来越广泛，性能也越来越强大，成为现代社会不可或缺的重要技术之一。详细描述微机系统的组成02运算器控制器存储器输入输出设备硬件组成01020304执行算术和逻辑运算的部件，是计算机处理数据的关键部分。控制计算机各部件协调工作的部件，负责指令的读取和执行。存储程序和数据的部件，分为内存和外存。与外部世界进行交互的部件，如键盘、鼠标、显示器等。操作系统、编译器等，用于管理和控制计算机的资源。系统软件应用软件编程语言各种应用程序，用于解决实际问题或提供服务。用于编写软件的各种语言，如C、Java、Python等。030201软件组成微机系统的层次

4、结构微机的物理组成，包括各种硬件部件。管理计算机资源，提供系统调用接口。各种应用程序，为用户提供服务。用户与计算机交互的界面，如命令行、图形界面等。硬件层操作系统层应用程序层用户层指令系统与汇编语言03指令系统是计算机硬件能够直接识别的指令集合，是计算机的基本软件。指令系统的概念根据指令的操作性质和操作数的个数，可以将指令系统分为复杂指令系统（CISC）和精简指令系统（RISC）。指令系统的分类指令系统的概念与分类指令格式是指令的组成形式，包括操作码和操作数两部分。操作码指明指令的操作性质，操作数指明操作数及操作结果。指令格式寻址方式是指寻找操作数的有效地址的方法。根据操作数的有效地址是否在指

5、令中给出，可以分为隐含寻址、立即寻址、直接寻址、间接寻址、相对寻址和变址寻址等。寻址方式指令格式与寻址方式汇编语言的基本语法包括标识符、常数、变量、运算符、表达式等。汇编语言的语句类型包括指令性语句和控制性语句。指令性语句用于描述计算机的操作，控制性语句用于描述程序的控制流程。汇编语言的语法规则汇编语言的语句类型汇编语言的基本语法汇编语言的程序结构汇编语言的程序结构包括程序头、程序体和程序尾三部分。程序头包括程序标题、程序版本等信息，程序体包括指令性语句和控制性语句，程序尾包括程序结束标记等。汇编语言程序的编写规范为了提高程序的易读性和可维护性，需要遵循一定的编写规范，如变量命名规范、注释规范

6、、代码格式规范等。汇编语言的程序结构存储器系统04分类根据存储介质，存储器可以分为半导体存储器、磁表面存储器和光盘存储器等；根据存取方式，存储器可以分为随机存储器和顺序存储器。特点不同类型的存储器具有不同的特点，如读写速度、容量、价格等。在选择存储器时，需要根据实际需求进行综合考虑。存储器系统的分类与特点主存储器的组织结构组织结构主存储器由多个存储单元组成，每个单元存储一个二进制数。这些单元按照一定的规则排列，形成存储矩阵。地址码为了方便访问，每个存储单元都有一个唯一的地址码。通过地址码，可以快速找到需要访问的存储单元。工作原理高速缓存采用高速的静态随机访问存储器（SRAM）作为存储介质，用于

7、存储CPU近期访问过的数据和指令。当CPU再次需要访问这些数据或指令时，可以直接从高速缓存中读取，避免了从主存中读取速度慢的问题。缓存命中与失效当CPU访问数据或指令时，首先会检查高速缓存中是否存在相应的数据或指令。如果存在，则称为缓存命中；否则，则称为缓存失效。缓存失效时，需要将所需数据或指令从主存中读取到高速缓存中。高速缓存技术虚拟存储器技术将物理内存分为两部分：一部分为实存，另一部分为虚存。实存是物理内存中可以直接被CPU访问的区域，而虚存则是用户所看到的内存空间。通过将部分虚存映射到实存上，可以实现内存的扩充。工作原理当系统需要将实存中的数据移出时，需要采用一定的页面置换算法来决定哪些

8、数据被移出。常见的页面置换算法有先进先出（FIFO）、最近最少使用（LRU）等。页面置换算法虚拟存储器技术输入输出系统05VS输入输出系统是微机中实现输入输出操作的子系统，负责与外部设备进行数据交换。组成输入输出系统通常由输入输出接口、输入输出数据总线、输入输出控制器等组成。功能输入输出系统的功能与组成输入输出接口可分为独立编址和统一编址两种类型。独立编址方式下，输入输出地址空间独立于主存地址空间，访问输入输出端口需使用专门的输入输出指令。统一编址方式下，输入输出设备被视为内存的一部分，访问输入输出设备与访问内存一样使用访存指令。分类特点输入输出接口的分类与特点中断方式01当外部设备需要与主机

9、交换数据时，通过中断请求打断主机当前正在执行的指令，主机响应中断后，转去执行相应的中断处理程序完成数据交换。直接内存访问（DMA）方式02DMA控制器直接从主存中读取数据或把数据写入主存，不需要经过CPU的干预。在DMA期间，CPU将控制权交给DMA控制器，待数据传输完成后，DMA控制器通知CPU继续执行。程序查询方式03CPU通过不断地查询外部设备的状态，判断是否可以进行数据传输。当条件满足时，CPU执行输入输出指令完成数据交换。这种方式CPU的效率较低，主要用于低速外部设备的输入输出操作。输入输出操作的实现方式中断系统与多任务处理06总结词中断系统的概念与分类中断系统的定义中断系统是计算机

10、中用于处理异常事件的一种机制，当某个事件发生时，中断系统会打断当前正在执行的程序，转而执行相应的中断处理程序。中断的分类根据中断的性质和用途，中断可以分为硬件中断和软件中断。硬件中断由硬件设备产生，如键盘输入、时钟中断等；软件中断则由操作系统或其他程序产生，用于实现多任务之间的切换。中断系统的概念与分类总结词中断处理过程与中断优先级中断处理过程当某个中断发生时，计算机首先将当前程序的执行状态保存下来，然后转去执行相应的中断处理程序。在中断处理程序执行完毕后，计算机再恢复原来的程序执行。中断优先级中断优先级是指计算机在多个中断同时发生时，优先处理哪一个中断的次序。优先级高的中断会优先得到处理，而优先级低的中断则会被暂停或等待。中断处理过程与中断优先级多任务处理的概念与实现方式多任务处理是指在同一时间内，计算机可以同时执行多个程序或任务。通过合理地分配系统资源，使多个任务能够交替执行，从而实现高效的资源利用和任务完成。多任务处理可以通过时间片轮转、抢占式任务调度等方式实现。时间片轮转是指每个任务分配一定的执行时间，当时间片用完后，系统自动切换到下一个任务；抢占式任务调度则是指系统根据任务的优先级或其他调度策略，主动切换到优先级更高的任务上执行。总结词多任务处理的概念多任务处理的实现方式多任务处理的概念与实现方式THANKYOU感谢观看