北京航空航天大學(xué)微機原理課件

北京航空航天大學(xué)微機原理課件2023-2026ONEKEEPVIEWREPORTING目錄CATALOGUE微機原理概述微機系統(tǒng)的組成指令系統(tǒng)與匯編語言匯編語言程序設(shè)計微機接口技術(shù)微機系統(tǒng)的發(fā)展趨勢與展望微機原理概述PART01123微機原理是一門研究微型計算機系統(tǒng)設(shè)計的學(xué)科，主要涉及計算機硬件和軟件的基本原理、組成結(jié)構(gòu)和實現(xiàn)方法。微機原理是計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的重要基礎(chǔ)課程之一，對于理解計算機系統(tǒng)的工作原理、設(shè)計和應(yīng)用具有重要意義。微機原理的主要內(nèi)容包括計算機體系結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、匯編語言、輸入輸出技術(shù)、中斷技術(shù)等。微機原理的定義微機原理在嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，涉及智能家居、智能儀表、智能交通等領(lǐng)域。嵌入式系統(tǒng)微機原理在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用主要涉及自動化生產(chǎn)線、機器人控制等方面。工業(yè)控制微機原理在醫(yī)療電子領(lǐng)域的應(yīng)用主要涉及醫(yī)療設(shè)備、醫(yī)療器械等方面。醫(yī)療電子微機原理在通信與網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的應(yīng)用主要涉及路由器、交換機、服務(wù)器等方面。通信與網(wǎng)絡(luò)微機原理的應(yīng)用領(lǐng)域20世紀(jì)70年代初，隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，微型計算機開始出現(xiàn)。微型計算機的誕生微處理器的發(fā)展個人計算機的出現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)的普及隨著微處理器技術(shù)的不斷進步，微型計算機的性能不斷提高，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大。20世紀(jì)80年代初，隨著個人計算機的出現(xiàn)，微型計算機開始進入家庭和辦公領(lǐng)域。隨著嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的不斷發(fā)展，微型計算機在工業(yè)控制、醫(yī)療電子等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。微機原理的發(fā)展歷程微機系統(tǒng)的組成PART02微處理器微處理器是微機的核心，負責(zé)執(zhí)行指令和處理數(shù)據(jù)。微處理器的性能決定了整個微機系統(tǒng)的性能和功能。微處理器由運算器、控制器、寄存器等組成，是計算機的“大腦”。常見的微處理器類型包括Intel的x86系列和ARM的Cortex系列。010204存儲器存儲器是微機中用于存儲數(shù)據(jù)和程序的硬件設(shè)備。根據(jù)存儲速度和訪問方式，存儲器可以分為高速緩存、主存和輔助存儲器。高速緩存采用快速的RAM，用于存儲頻繁訪問的指令和數(shù)據(jù)。主存即計算機的RAM，用于存儲當(dāng)前運行的程序和數(shù)據(jù)。03輸入輸出設(shè)備是微機中用于與外部環(huán)境進行交互的硬件設(shè)備。常見的輸入設(shè)備包括鍵盤、鼠標(biāo)、觸摸屏等，輸出設(shè)備包括顯示器、打印機等。輸入輸出設(shè)備通過總線與微處理器連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，輸入輸出設(shè)備的種類和功能也在不斷擴展和更新。01020304輸入輸出設(shè)備總線是微機中用于連接各個部件的通信通道?？偩€的性能決定了微機系統(tǒng)的通信能力和數(shù)據(jù)傳輸速率?？偩€由一組導(dǎo)線和控制信號組成，用于傳輸數(shù)據(jù)和地址信號。根據(jù)傳輸方式，總線可以分為并行總線和串行總線，根據(jù)用途可以分為系統(tǒng)總線和外部總線。總線指令系統(tǒng)與匯編語言PART03指令系統(tǒng)的發(fā)展歷程隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，指令系統(tǒng)的功能和性能也在不斷改進。指令系統(tǒng)的分類根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，可以將指令系統(tǒng)分為不同的類型，如復(fù)雜指令系統(tǒng)（CISC）和精簡指令系統(tǒng)（RISC）。指令系統(tǒng)定義指令系統(tǒng)是計算機硬件與軟件之間的接口，它規(guī)定了計算機執(zhí)行的基本操作。指令系統(tǒng)的基本概念指令格式指令格式是指令系統(tǒng)中規(guī)定的指令長度、操作碼長度、地址碼長度等信息。尋址方式尋址方式是指計算機在執(zhí)行指令時如何找到操作數(shù)所在內(nèi)存單元的方法。常見尋址方式立即尋址、寄存器尋址、內(nèi)存間接尋址、基址加變址加位移尋址等。指令格式與尋址方式030201匯編語言是一種低級語言，其語法規(guī)則與高級語言有所不同。匯編語言的基本語法匯編語言的指令格式包括操作碼和操作數(shù)兩部分。匯編語言的指令格式偽指令是匯編語言中用于控制程序流程的特殊指令，如ORG、END等。匯編語言的偽指令匯編語言的語法規(guī)則匯編語言程序設(shè)計PART04測試和調(diào)試對程序進行測試和調(diào)試，確保程序正確運行。匯編和鏈接將匯編源代碼轉(zhuǎn)換成目標(biāo)文件，并進行鏈接，生成可執(zhí)行文件。編寫程序根據(jù)任務(wù)需求，使用匯編語言編寫程序。確定任務(wù)明確程序需要完成的功能，進行需求分析和任務(wù)分解。選擇合適的指令系統(tǒng)根據(jù)任務(wù)需求，選擇適合的指令集和尋址方式。匯編語言程序設(shè)計的基本步驟按照指令的順序依次執(zhí)行。順序結(jié)構(gòu)根據(jù)條件判斷，選擇不同的執(zhí)行路徑。分支結(jié)構(gòu)重復(fù)執(zhí)行某段代碼，直到滿足特定條件為止。循環(huán)結(jié)構(gòu)將重復(fù)使用的代碼封裝成子程序，方便調(diào)用和管理。子程序結(jié)構(gòu)匯編語言程序設(shè)計的基本結(jié)構(gòu)排序算法如冒泡排序、插入排序、快速排序等。查找算法如線性查找、二分查找等。數(shù)值計算算法如求最大值、最小值、求和、求積等。數(shù)據(jù)壓縮算法如Huffman編碼、LZ77等。匯編語言程序設(shè)計的基本算法微機接口技術(shù)PART05中斷技術(shù)定義01中斷技術(shù)是一種使CPU暫時中止正在執(zhí)行的程序，轉(zhuǎn)而去執(zhí)行另一些專門用于處理突發(fā)事件的操作，處理完后再返回原程序繼續(xù)執(zhí)行的技術(shù)。中斷優(yōu)先級02中斷優(yōu)先級是用來確定哪個中斷源具有最高優(yōu)先權(quán)，以便當(dāng)多個中斷源同時產(chǎn)生時，CPU優(yōu)先響應(yīng)優(yōu)先級最高的中斷源。中斷處理過程03中斷處理過程包括中斷請求、中斷判優(yōu)、中斷響應(yīng)、中斷服務(wù)、中斷返回等步驟，用于實現(xiàn)CPU對多個中斷源的快速響應(yīng)和處理。中斷技術(shù)DMA定義DMA傳輸具有速度快、效率高的特點，可以大大減輕CPU的負擔(dān)，提高系統(tǒng)的整體性能。DMA傳輸特點DMA傳輸過程DMA傳輸過程包括初始化、數(shù)據(jù)傳輸、結(jié)束等步驟，其中數(shù)據(jù)傳輸階段由DMA控制器自動完成，不需要CPU的干預(yù)。DMA（DirectMemoryAccess）技術(shù)是一種允許外部設(shè)備直接與內(nèi)存進行數(shù)據(jù)交換而不需要CPU介入的技術(shù)。DMA技術(shù)并行接口是一種數(shù)據(jù)傳輸方式，它通過多個數(shù)據(jù)線同時傳輸多個數(shù)據(jù)位，提高了數(shù)據(jù)傳輸速度。并行接口定義并行接口應(yīng)用并行接口特點并行接口廣泛應(yīng)用于打印機、掃描儀等外部設(shè)備與計算機之間的連接。并行接口具有傳輸速度快、數(shù)據(jù)量大、實時性好的特點，但同時也存在占用資源多、成本高等問題。030201并行接口技術(shù)03串行通信特點串行通信具有占用資源少、成本低、易于實現(xiàn)的特點，但同時也存在傳輸速度慢、數(shù)據(jù)量小的缺點。01串行通信定義串行通信是一種數(shù)據(jù)傳輸方式，它通過一條數(shù)據(jù)線逐位傳輸數(shù)據(jù)。02串行通信應(yīng)用串行通信廣泛應(yīng)用于計算機與其他設(shè)備之間的遠距離通信，如串口通信、調(diào)制解調(diào)器等。串行通信接口技術(shù)微機系統(tǒng)的發(fā)展趨勢與展望PART06多核微處理器技術(shù)是當(dāng)前微機系統(tǒng)的重要發(fā)展方向，它通過將多個處理器核心集成到一個芯片上，提高了處理器的并行處理能力和效率。多核微處理器技術(shù)通過并行計算，可以實現(xiàn)更快速的數(shù)據(jù)處理和更高效的計算能力，廣泛應(yīng)用于高性能計算、服務(wù)器、游戲等領(lǐng)域。多核微處理器技術(shù)詳細描述總結(jié)詞嵌入式系統(tǒng)是微機系統(tǒng)的一個重要應(yīng)用領(lǐng)域，它通過將計算機硬件和軟件集成到特定的設(shè)備中，實現(xiàn)設(shè)備的智能化和自動化。總結(jié)詞嵌入式系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于智能家居、智能制造、智能交通等領(lǐng)域，通過嵌入式系統(tǒng)可以實現(xiàn)設(shè)備的遠程控制、數(shù)據(jù)采集、自動化生產(chǎn)等功能。詳細描述嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展總結(jié)詞網(wǎng)絡(luò)化微機系統(tǒng)是實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)和云計算的關(guān)鍵技術(shù)之一，它通過將多個微機系統(tǒng)連接起來