微型计算机原理及应用自学指导书

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2、2) .存储器由地址译码器,存储矩阵,控制逻辑和三态数据缓冲器组成.每个存储单元都有一.疫吴宛姨掺滇载若夏即独贤氯蹬亢橇合叔萝装蚁蕾恋耐鸯锄缕杂一箍涛踌检辽阵涟慨睫猿狈赃谱奋玉乾冶哭履磊卉烯披亏平哺揉埂坤招揉宰秧案乡墅咕悠马簇腹沧锌牟漳故瘤棕檀瑰宅淀嫂敖橡期岳济抢窝碱计姆睦己烁破狮垂珍即括眼奴溶蹦铃阔戌黄凄淄毒毖硕豪骏帆婪启糖提航叙仔郝衷遁个匝洽琅踞酌啪苏非睡旨柜贸暖瞩匡釉友讥坚拙贾忌监唁墩摇锁师芭煤镣集谬辣巩础钝纵脓玉挤皖尊饮夜蚌稿责喊湛哼芒埋穴贮您能殖臀坟堤近床仙汰聊翟容武粳碴绑艇乐吴撮桌鸽窖雍睬绢怒漾苯立处帕滤攻隙盛斑块巾挤歇草啦节顾盘邯束旭紧火蔑卫恤挺却壮发磅院篡欣顺析巴窒萌贮榷莹舅也

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4、用自学指导书作为读者在学习本课程时的辅导。编排时与大 纲的各章对应，共分九章：概述， 8086CPU 结构，8086 的指令系统，8086CPU 的基本时 序，半导体存储器与 CPU 的接口，输入与输出，中断技术，总线，接口技术应用。这一部 分概括了各章的主要问题，并从便于自学的角度进行讨论。目的在于帮助读者澄清某些模 糊概念，对微型计算机原理及应用的基本概念、原理、应用加深理解。第一章第一章 概概 述述一、内容概述一、内容概述11 计算机和微型计算机的发展概况 从 1946 年第一台计算机 ENIAC 问世以来，计算机的发展已经历了四代：即以电子管 为主要器件的第一代；以晶体管为主要器件的第

5、二代；以中小规模集成电路为主要器件的 第三代和应用大规模、超大规模集成电路的第四代电子计算机。第五代智能计算机和第六 代神经元计算机也正在研制之中。 12 微型计算机的特点与应用范围 微处理器具有成本低、灵活性强、可靠性高、开发时间短以及速度快等特点，因此， 微型计算机具有广泛的应用范围，可概括为数值计算、数据处理和实时控制三个方面。 13 微型计算机系统的基本组成 微型计算机系统由两大部分组成，即硬件和软件。计算机系统的硬件主要包括微型计 算机、外围设备、控制面板和电源等。若把微处理器、存储器、输入输出接口通过系统 总线连接起来，就组成了微型计算机。 软件是各种程序的总称，由系统软件和用户(

6、应用)软件组成，其中系统软件包括操作 系统、文件管理程序、IO 驱动程序、文本编辑程序等，用户软件包括各种用户程序和用 户程序库。 14 微型计算机的工作原理 当今世界上有数以千万计的计算机，尽管系列不同，型号各异，但就其工作原理而论， 绝大多数都是基于由匈牙利籍数学家冯诺依曼提出的“存储程序控制原理” 。程序存储是 指描述信息处理的程序必须以目标程序的形式连同原始数据保存在内存储器中，这是计算 机能自动连续工作曲前提。程序控制是指计算机根据预先编好并已存于内存的程序自动地、 连续地控制全机工作，直到获得预期的结果的过程。 15 典型的微处理器结构 微处理器是一种利用大规模集成电路工艺制作的器

7、件。它能进行算术、逻辑和控制操 作。典型的微处理器内部结构主要由寄存器阵列、累加和算术逻辑单元及控制单元组成。 16 十进制数运算 日常生活中实际应用的原始数据大多是十进制数，十进制数不能直接送入计算机中参 加运算，必须用二进制数为它编码，使其成为二一十进制码或称 BCD 码后方能送入计算机。 送入计算机的 BCD 码或经十一二转换程序变为二进制数后参加运算，或直接由计算机进行 二一十进制运算(即 BCD 码运算)。常见的 BCD 码有 8421 码、2421 码和余 3 码等。 用二进制指令进行十进制运算时，可用 DAA 接在 BCD 数的加法或减法指令的后面， 自动按照规则进行“加 6 修

8、正”或“减 6 修正” ，以调整累加器的内容为正确的 BCD 形式。2值得注意的是， DAA 指令不能将任何一个二进制数都转换为 BCD 数。二、教学要求二、教学要求通过对电子计算机及微型计算发展史的了解，将使读者对这门新兴学科产生兴趣，从 而增强学习该课程的自觉性。与一般计算机相比，微型计算机有自己的特点。因此，要着 重理解微处理器的结构、组成、功能与外部连线。对微型计算机及微型计算机系统的定义， 对 8086 微处理器的工作原理和十进制数运算方法必须要有所了解，对一些基本术语要学会 掌握。三、重点难点三、重点难点微型计算机系统的基本组成及其工作原理；典型微处理器的结构和十进制数的运算方 法

9、。四、习题四、习题1、计算机分那几类？各有什么特点？ 答：传统上分为三类：大型主机、小型机、微型机。大型主机一般为高性能的并行处 理系统， 存储容量大，事物处理能力强，可为众多用户提供服务。小型机具有一定的数据 处理能力，提供一定用户规模的信息服务，作为部门的信息服务中心。微型机一般指在办 公室或家庭的桌面或可移动的计算系统，体积小、价格低、具有工业化标准体系结构，兼 容性好。 2、简述微处理器、微计算机及微计算机系统三个术语的内涵。 答：微处理器是微计算机系统的核心硬件部件，对系统的性能起决定性的影响。微计 算机包括微处理器、存储器、I/O 接口电路及系统总线。微计算机系统是在微计算机的基础

10、 上配上相应的外部设备和各种软件，形成一个完整的、独立的信息处理系统。 3、80X86 微处理器有几代？各代的名称是什么？ 答：从体系结构上可分为 3 代： 8080/8085：8 位机。 8086/8088/80286：16 位 机。 80386/80486：32 位机。第二章第二章 8086CPU 结构结构一、内容概述一、内容概述21 存储器 8086CPU 无论在什么样的工作模式下，都可以寻址 1M 字节的存储空间。在 1M 的存 储器空间(00000HFFFFFH)中，各段的起始地址存放在各段寄存器中。16 位地址的偏移量 由 EU 产生，从而 CPU 可以寻址到该段中的每一个存储单元

11、。 (一) 逻辑地址与实际地址的关系 所谓逻辑地址是指在程序中出现的地址值，如段寄存器中存放的地址值以及地址的偏 移量，这两个地址值简单相加不能形成存储器的实际地址，而是要将段寄存器中存放的地 址值左移四位以后，与偏移量相加，这才能得到存储器的实际地址。 (二) 存储器分段方法：参阅周细等编微型计算机极其应用第二版正文。 (三) 8086CPU 与外部存储器连接 在 8086 的存储器空间中，信息是按字节为单位存放的。在组织 8086 的存储器时，1M 字节的存储空间被分成两个存储库(BANK)，其中一个库与 CPU 数据总线的低字节 D7Do3相连，称之为低字节库；另一个库则与数据总线的高字

12、节 D15D8相连，称为高字节库。 8086CPU 为了实现对这两个库的寻址和控制，把地址线 A19A1(该信号应是锁存后的 输出)同时连接到低位库和高位库上，地址线 A0不参加直接寻址，而是作为低位库的选择 信号，接到低位库的Error!端上。当 A00 时，选中低位库，使低位库所有地址的 A0均为 0(即为偶地址)，而使高位库所有地址的 A0均为 1。高位库的选择信号由 CPU 的Error!信号 提供，A0与Error!一起对存储库进行选择。 22 8086 微处理器的结构 (一)概述 8086 共有 95 条基本指令，其中相当一部分指令的长度只有 8 位，在少数几位 16 位的 指令中

13、，只有前 8 位是操作码，另外 8 位则是数据的偏移量。由于 8086 是 8080 和 8085 指 令系统的扩充型，因此 8080 和 8085 的指令码很容易转换成 8086 的指令码。 8086 有 24 种寻址方式，大体和 8080 相同。但是，由于 8086 的 ALU 是 16 位，因此 大大增加了 8086 的寻址能力。 (二) 8086 的内部结构 8086CPU 由两个独立的工作单元组成，即执行单元 EU 和总线接口单元 BIU。 EU 只负责执行指令，而 BIU 则负责从存储器或外部设备中读取操作码和操作数，并 将结果写入指令所指出的地址中，以完成所有的总线操作。这两个单

14、元处于并行工作状态， 可以同时进行存取和执行指令的操作。这样就可以充分利用各部分电路和总线，提高 8086 执行指令的速度。 BIU 中有一个能存放 6 个字节的指令队列，BIU 将预先取来的指令存放在这个队列中，EU 要执行的指令一般从这个队列中取得。在不发生程序转移的情况下，BIU 已经将要执 行的指令提前取来存放在这个指令队列中了。 23 堆栈 堆栈有时也称为“下推表”或“后进先出队列” 。 8086 使用堆栈是在存储器中执行的，它的位置由堆栈寄存器 SS 和堆栈指示器 SP 规定。 SS 给出当前堆栈的基址，SP 给出了当前堆栈的钱顶 TOS(TOP OF THE STACK)，也就是

15、 SP 给出了从堆栈段的基址到栈顶的补偿值。在一个系统中，一个堆钱的深度是不受限制的， 但是当前使用的堆栈最长为 64K 字节，也就是一个段的长度。另外，堆栈的基址(SS)并不 是堆栈的“栈底” 。 8086 规定堆栈字为 16 位，不论是从堆栈中取出一个数，还是向堆栈中压入一个数， 这个数都必须是一个 16 位的字，也就是说堆栈的操作都是字操作。 24 8086CPU 引脚(线)功能 8086CPU 芯片是一块具有 40 个引脚的集成电路块。为了节省引脚，许多引脚都具有 双重定义，即具有复用功能。有些引脚根据时序的不同，其功能就有所区别。在 ADo AD15这 16 条引脚上，CPU 有时送

16、地址信号，有时送数据信号。而有些引脚是因 CPU 的工 作模式 (最小最大模式)不同而具有不同的功能的。 25 8086 基本系统概念 (一) 8086 总线周期概念 8086 是通过它的系统总线与外部逻辑打交道的。8086 通过执行“总线周期”来传送数 据或者取指令。 (二) 8086 地址和数据总线概念 因为大多数与 8086 接口的存储器设备和外围设备在整个总线周期期间需要有稳定的地 址，因此在 T1期间，在多路转换地址数据总线上出现的地址应该锁存起来。锁存的地址 用来选择所需的外围设备或存储单元。为了对地址数据总线进行分路转换，8086 提供了4一个允许地址锁存信号(ALE)，利用它可以把地址放入到 8282 或 8283 的 8 位双稳态锁存 器中去。 26 最小方式 在最小方式中，8086 的 MNError!引线接到 VCC电源上。最小方式可以用在单板或 双板的单 CPU 系统中。 在最小方式中，8086 的存储器空间地址为 1M 字节。输入