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1、第二章 微型计算机概论,主要内容,1微型机的基本结构,8088（8086）微处理器的工作原理,8086/8088 CPU 的引脚信号和工作模式,8086/8088的主要操作功能,系统的复位和启动操作,8086总线的工作周期和操作,中断操作,最小工作模式下的总线请求,8282锁存器,8286收发器,总线的一般概念,微型计算机系统概述,存储器(ROM.RAM),输入输出接口,系统总线,微处理器,微 型 计 算 机,微型计算机系统,外部设备,系统软件,以一台个人电脑为例。CPU就是微处理器，内存就是存储器（不是硬盘），主板上的各种接口就是输入输出接口，而系统总线在主板上。鼠标，键盘，扫描仪，打印机就
2、是外部设备，而系统软件就是WIN98,DOS,UNIX等等操作系统。,计算机系统组成,CPU存储器 主机 输入/输出接口硬件系统 总线外设 微机系统系统软件软件系统 应用软件,微型计算机总线系统,数据总线 DB 地址总线 AB 控制总线 CB,微处理器,CPU,存储器,输入/输出,接口电路,数 据 总 线,地 址 总 线,外 围 设 备,控 制 总 线,思考,数据总线:用来传输数据。从结构上看，数据总线是双向的,即数据即可从CPU送到其他部件，也可从其它部件送到CPU.,数据总线上传送的一定是数据吗？,答：在微型机中，数据的含义也是广义的。 数据总线上传送的不一定是真正的数据， 还有可能是指令
3、代码、状态量或控制量,数 据 总 线,地址总线:专门用来传送地址信息。由于地址总是从CPU送出的，所以和数据线不同，地址总线是单向的。地址总线的位数决定了CPU可以直接寻址的内存范围。,地 址 总 线,控制总线:用来传输控制信号。其中包括 CPU送往存储器和I/O接口电路的控制信号，如读信号、写信号和中断响应信号等;还包括其他部件送到CPU的信号，如时钟信号、中断请求信号和准备就绪信号。,控 制 总 线,微处理器的组成和功能,微处理器(Microprocessor)是微型机算计的运算及控制部件，也称为中央处理单元（CPU）。它本身不构成独立的工作系统，因而它也不能独立地执行程序。,组成：由算术
4、逻辑单元（ALU） 、寄存器阵列、控制单元和片内总线组成,是计算机系统的核心，一般由大规模集成电路构成,微处理器的功能,1 保存少量的数据,2 计算功能,3 控制功能,4 编程功能,寄存器的装入门LOAD,三态输出电路(三态门),三态输出电路,触发器只有两个状态：0和1，使用三态门可使一条信息传输线随意多个触发器的信息。,三态输出电路可以由两个或非门和两个NMOS晶体管(T1，T2)及一个非门组成,E,B,A,三态输出电路符号,三态输出电路的逻辑,三态门寄存器,三态门(E门)和装入门(L门)一样，都可加到任何寄存器电路上去。这样的寄存器就称为三态寄存器。L门专管对寄存器的装入数据的控制，而E门
5、专管由寄存器输出数据的控制。,总线结构,控制字CON=LAEALBEBLCECLDED,设有A、B、C、D四个寄存器，它们都有L门和E门且它们的数据位数为四。,存储器（Memory）,存储器又叫内存或主存，是微型计算机的存储和记忆部件，用于存放数据和当前执行的程序。,有关内存储器的几个概念：,内存单元的地址和内容 内存容量 内存的操作 内存的分类,内存单元的地址和内容,每个单元都对应一个地址，以实现对单元内容的寻址。,10110110,38F04H,内存地址,单元内容,内存容量,内存所含存储单元的个数，以字节为单位。 内存容量的大小依CPU的寻址范围而定（即CPU地址信号线的位数）,注意观察：
6、存储单元、位、单元地址、地址线根数,存储器,存储器由寄存器组成, 可以看看作是一个寄存器堆, 每个存储单元实际上相当于一个缓冲寄存器。,内存操作,读：将内存单元的内容取入CPU，原单元内容不改变写：CPU将信息放入内存单元，单元中原来的内容被覆盖,内存储器按工作方式可分为:随机存取存储器（RAM）只读存储器（ROM）,只读存储器(ROM),ROM是用以存放固定程序的存储器，一旦程序放进去之后，即不可改变，不能再“写”入新的字节，而只能从中“读”出其所有存储的内容，因此称为只读存储器。 存储地址寄存器(MAR)：作为存储器的一个附件，它将所要寻找的存储单元的地址暂存下来，以备下一条指令之用。,R
7、OM符号,例：程序计数器PC，存储地址寄存器MAR和ROM通过总线的联系如图所示。设开机时CLR=1，PC=0000。设控制字CPEPLMER依次是： (1)0110 (2)0001 (3)1000 问：它们之间的信息是 如何流通的？,取数周期的信号流通,随机存储器(RAM),随机存储器又叫读/写存储器, 它不但能读取已存放在其各个存储单元中的数据, 而且还能够随时写进新的数据, 或者改写原来的数据。因此, RAM的每一个存储单元相当于一个可控缓冲寄存器。,RAM的符号,例：一个微型计算机的一部分如图所示。设要将数据I0=1100 0001 1001装入到RAM中，已知其控制字 CON=CP
8、EP LM WE ME LD LI EI. 已设计好的控制字的次序如下： CON1=0110 0000 CON2=0000 0010 CON3=0000 0101 CON4=0001 1000 CON5=1000 0000 问：经过CLR1 之后，机器的动 作顺序和现象如 何？,取数周期的信号流通(步进方式),输入/输出接口,接口是CPU与外部设备间的桥梁,接口的功能：,数据缓冲寄存 信号电平或类型的转换 实现主机与外设间的运行匹配,计算机的工作原理,将计算过程描述为由许多条指令按一定顺序组成的程序，并放入存储器保存 指令按其在存储器中存放的顺序执行 由控制器控制整个程序和数据的存取以及程序的
9、执行 以运算器为核心，所有的执行都经过运算器,冯 诺依曼机的特点：,计算机的工作过程,计算机如何实现运算：710？,思考,什么程序？什么是指令？机器指令必须满足什么条件？,利用指令编写程序：MOV AL, 07HADD AL, 0AHHLT,计算机的工作过程,指令表,计算机的工作过程,翻译： MOV AL,07H 1011 0000 0000 0111 ADD AL, 0AH 0000 1000 0000 1010,存储器分配：,动画,一个简单微型计算机的设计,功能简单：只能做两个数的加减法内存量小：只有一个16 x 8 PROM(可编程序只读存储器）字长短： 二进制8位显示手动输入：用拨钮开
10、关输入程序和数据,硬件特点,借用这个最简单的模型来学习计算机的各个基本电路和部件之间的信息流通过程指令系统的意义程序设计的步骤控制部件的功能及其结构控制矩阵产生控制字的过程等等 以帮助同学领会计算机的基本工作原理。,简化的微型计算机的设计的目的,简化的微型计算机的组成部件,（1） 程序计数器PC 计数范围0000至1111。每次运行之前，先复位0000 ，取出一条指令后PC加1。（2） 存储地址寄存器MAR 接收来自PC的二进制程序号，作为地址码送至PROM去。,（3) 可编程只读存储器PROM PROM和 ROM的不同点： PROM实际上同时具有RAM和ROM 的功能。,简化的微型计算机的组
11、成部件,（4） 指令寄存器I R IR从PROM 接收到指令字（当LI=1,EP=1），同时将指令字分送到控制部件CON和W总线上去。 指令是8位的：,简化的微型计算机的组成部件,高 四 位 低 四 位 指令字段 地址字段,（5） 控制部件CON 1）每次运行之前，CON先发出CLR=1，使有关的部件清零。即：PC=0000；IR=0000 0000 2）CON有一个同步时钟，能发出脉冲CLK到各个部件去，使他们同步运行。3）在 CON中有一个控制矩阵CM，能根据IR送来的指令发出12位的控制字：CON=CPEPLMERL1E2LAEASU EU LB IO根据控制字中各位的 置1或置0情况，
12、计算机就能自动的按指令而有秩序的运行。,简化的微型计算机的组成部件,（6） 累加器A 用以存储计算机运行的中间结果，可接收w总线送来的数据（LA=1），也能将数据送到w总线上去(EA=1)。还有一个双态输出端(数据)，将数据送至ALU进行算术运算。此输出端不受E门的控制。,简化的微型计算机的组成部件,(7) 算术逻辑部件ALU为一个二进制补码加法器/减法器。当SU=0 ALU A+B 当SU=1 ALU A-B ( 8 ) 寄存器B B到ALU的输出是双态的，即无E门控制。 主要将要与A相加减的数据暂存于其中。,简化的微型计算机的组成部件,（9） 输出寄存器O 计算机运行结束时，累加器存有答案
13、，如果输出此答案，就得送入O，此时 EA=1，L0=1，则O=A。 典型的计算机具有若干输出寄存器，称为输出接口电路，以驱动不同的外围设备 （10） 二进制显示器D 显示器由发光二极管组成，每一个LED接到寄存器O的一位上去。当某位为高电平时，该位LED 发光。寄存器O的位数决定LED的个数,简化的微型计算机的组成部件,我们所介绍的简化微机具有五条指令。即其控制部件能完成一系列例行程序以执行五种命令： ：把数据装入累加器：进行加法运算：进行减法运算：输出结果：停机 这五条指令一起被称为这台计算机的指令系统，不同型号的微机器指令系统是不同的。,简化的微型计算机指令系统的设计,例：编写程序完成 D
14、=(R9)+(RA)+(RB)+(Rc) -(RD) ；把9中的数据存入 ；把中的数据与的相加 ；把中的数据与的相加 ；把中的数据与的相加 ；把中的数据与的相减 ； 输出中的数据，即结果(D)=(A) ；停机 ，CLR停止发脉冲,简化的微型计算机程序设计,简化计算机程序设计,将指令清单中的每一条指令都翻译成二进制码即机器码。另外由于存储器中既要写入计算程序，也要存放参与运算的数据，我们还应进行存储空间分配。即程序设计应包括：、编制汇编语言写的程序；、助记符的翻译、存储器的分配。,程序的设计步骤,一、先需有一个操作码表 由计算机厂家提供的翻译表，它是每一个助记符与二进制码相应的对照表。本机型中的
15、五个助记符极其相应的操作码为：,二、存储器的分配 本例微机中把总的个存储单元分配成两个区：程序存放区（指令区）和数据存放区（数据区）,程序的设计步骤,三、将源程序翻译成目的程序 方法：根据助记符与二进制的对照表将每一条指令的助记符译成二进制码，并将存储单元符号写成地址码。,四、程序及数据的输入方法 (1)指令区：一旦存入指令就不许再改（除非要计算的公式改变）。(2)数据区：是可以随时存入要运算的数据。在第一次安排程序时，都得把程序和数据存入。(3)方 法：是将的每一个数据位的开头拨向置或置的位置即可。,程序的设计步骤,注意: 程序设计好，并输入至之后就可以开始执行程序了，程序执行的第一步必须先使计算机复位，此时，控制器发出一个为高电位的脉冲，同时时钟脉冲开始工作，即发出脉冲电压系列到各个部件，每一个K脉冲都起到指挥各部件的同步运行作用。,
