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1、微机原理及应用The Principle and Application of Microcomputer主讲：主讲： 刘勇刘勇 微型计算机基础教师联系方式任课教师：刘 勇办公室：工程楼 教师办公室联系电话：E-mail: rzliuyon微型计算机基础主要参考书主要参考书1、杨素行等编著、杨素行等编著,微型计算机系统原理及应用微型计算机系统原理及应用, 北京北京:清华大学出版社清华大学出版社,2009年第年第3版版.考核方式考核方式平时作业平时作业15% 实验实验15%期末考试期末考试 70%课程目标课程目标(1)了解一个微处理器了解一个微处理器(8086/8088)的基本结构、工作原的基本
2、结构、工作原理及组成一个简单的计算机的方法理及组成一个简单的计算机的方法.(2)熟悉一门汇编语言熟悉一门汇编语言(8086/8088),学会编写和调试简单学会编写和调试简单的汇编语言程序的汇编语言程序.(3)掌握几种常用可编程输入掌握几种常用可编程输入/输出接口芯片的工作原理、输出接口芯片的工作原理、与与CPU系统的连接方法及编程使用方法系统的连接方法及编程使用方法.微型计算机基础为什么学习微机原理及应用为什么学习微机原理及应用专业水平的试金石专业水平的试金石各种专业考试各种专业考试:研究生入学考试、等级考试研究生入学考试、等级考试(三三级级PC技术技术)后续主干课程的重要基础后续主干课程的重
3、要基础计算机接口技术、单片机技术、计算机接口技术、单片机技术、DSP技术技术 以后工作的基础以后工作的基础控制硬件设计、单片机开发、控制硬件设计、单片机开发、DSP开发开发微型计算机基础教学大纲教学大纲第一章第一章 微型计算机基础微型计算机基础第二章第二章 微型机指令系统微型机指令系统第三章第三章 汇编语言程序设计汇编语言程序设计第四章第四章 半导体存储器半导体存储器第五章第五章 输入输出系统输入输出系统微型计算机基础第一章第一章 微型计算机基础微型计算机基础1.1 概述概述1.2 计算机中的数制和编码计算机中的数制和编码 1.2.1无符号数的表示及运算无符号数的表示及运算 1.2.2带符号数
4、的表示及运算带符号数的表示及运算 1.2.3 二进制编码二进制编码 1.2.4计算机中数的定点表示和浮点表示计算机中数的定点表示和浮点表示1.3 微型计算机系统的组成、分类和配置微型计算机系统的组成、分类和配置1.4 微处理器微处理器微型计算机基础1.1 概述概述世界上第一台现代意义的电子计算机是世界上第一台现代意义的电子计算机是1946年年美国宾夕法尼亚大学设计制造的美国宾夕法尼亚大学设计制造的ENIACv电子计算机的发展电子计算机的发展 电子管计算机电子管计算机(1946年年) 晶体管计算机晶体管计算机(1958年年) 集成规模电路计算机集成规模电路计算机(1965年年) (微处理器芯片上
5、集成晶体管数微处理器芯片上集成晶体管数300030000个个) 超大规模集成电路计算机超大规模集成电路计算机(1970年年) (微处理器芯片上集成晶体管数微处理器芯片上集成晶体管数100000100000000个个)微型计算机基础第一台电子计算机第一台电子计算机ENIAC第一台电子计算机第一台电子计算机(通用可编程序通用可编程序) 18800电子管电子管30吨吨150平方米平方米150kw5000次次/秒秒微型计算机基础微型计算机基础微型计算机基础微型计算机基础微型计算机的发展微型计算机的发展微型计算机的发展是以微处理器的发展来表征的微型计算机的发展是以微处理器的发展来表征的微处理器的集成度每
6、隔微处理器的集成度每隔18个月就会翻一番个月就会翻一番,芯片的性能也芯片的性能也随之提高一倍随之提高一倍-摩尔定律摩尔定律微处理器微处理器(Micro Processing Unit),即微型化的中央处理器即微型化的中央处理器.中央处理器中央处理器CPU的英文全称是的英文全称是Central Processing Unit.它它是将计算机中的运算器和控制器集成在一片硅片上集成是将计算机中的运算器和控制器集成在一片硅片上集成的集成电路的集成电路.微型计算机基础摩尔定律摩尔定律微处理器的集成度每隔微处理器的集成度每隔18个月就会翻一番个月就会翻一番,芯片的性能芯片的性能也随之提高一倍也随之提高一倍
7、.微型计算机基础Intel微处理器的发展微处理器的发展微型计算机基础微型计算机的常用术语微型计算机的常用术语(1)、位和字节、位和字节位位(bit)是计算机所能表示的最小最基本的数据单是计算机所能表示的最小最基本的数据单 位位,它指的是取值只能为它指的是取值只能为0或或1的一个二进制数值的一个二进制数值 位位.位作为单位时记作位作为单位时记作b.字节字节(byte)由由8个二进制位组成个二进制位组成,通常用作计算通常用作计算 存储容量的单位存储容量的单位.字节作为单位时记作字节作为单位时记作B.KB是是kilobyte(千字节千字节)的缩写的缩写,1KB=1024B=2*10BMB是是mega
8、byte(兆字节兆字节)的缩写的缩写,1MB=1024KB=2*20BGB是是Gigabyte(十亿字节十亿字节)的缩写的缩写,1GB=1024MB=2*30BTB是是Terabyte(太字节太字节)的缩写的缩写,1TB=1024GB=2*40B微型计算机基础(2)、字长、字长v字长是微处理器一次可以直接处理的二进制数码字长是微处理器一次可以直接处理的二进制数码的位数的位数,它通常取决于微处理器数据总线的宽度它通常取决于微处理器数据总线的宽度.微微处理器的字长有处理器的字长有4位、位、8位、位、16位和位和32位等等位等等.v8086为为16位微处理器位微处理器,8088称为准称为准16位微处
9、理器位微处理器.微型计算机基础(3)、主频、主频v主频也叫做时钟频率主频也叫做时钟频率,用来表示微处理器的运行用来表示微处理器的运行速度速度,主频越高表明微处理器运行越快主频越高表明微处理器运行越快,主频的单位主频的单位是是MHz.(4)、微处理器的集成度、微处理器的集成度v指微处理器芯片上集成的晶体管的密度指微处理器芯片上集成的晶体管的密度.最早最早Intel 4004的集成度为的集成度为2250个晶体管个晶体管,Pentium III的的集成度已经达到集成度已经达到950万个晶体管以上万个晶体管以上,集成度提高了集成度提高了3000多倍多倍.SSI(小规模集成电路小规模集成电路) 晶体管数
10、晶体管数100个以下个以下MSI(中规模集成电路中规模集成电路) 晶体管数晶体管数1003000个个LSI(大规模集成电路大规模集成电路) 晶体管数晶体管数300030000个个VLSI(超大规模集成电路超大规模集成电路) 晶体管数晶体管数100000100000000个个ULSI(甚大规模集成电路甚大规模集成电路) 晶体管数晶体管数100000000以上以上微型计算机基础(5)、微处理器的运算速度、微处理器的运算速度v运算速度是计算机完成任务的时间指标运算速度是计算机完成任务的时间指标.用计算用计算机每秒所能执行指令条数来表示机每秒所能执行指令条数来表示(MIPS指标指标).vMIPS是是M
11、illions of Instruction Per Second的缩写，的缩写，用来表示微处理器的性能用来表示微处理器的性能,意思是每秒钟能执行多意思是每秒钟能执行多少百万条指令少百万条指令.微型计算机基础1.2 计算机中的数制和编码计算机中的数制和编码1.2.1无符号数的表示及运算无符号数的表示及运算1.2.2带符号数的表示及运算带符号数的表示及运算1.2.3 二进制编码二进制编码1微型计算机基础1.2.1无符号数的表示及运算无符号数的表示及运算1、无符号数的表示方法、无符号数的表示方法(1)计算机本身采用二进制计算机本身采用二进制为什么选用二进制为什么选用二进制?关键是由电路状态决定的关
12、键是由电路状态决定的,在计算机在计算机中中“a”的二进制是的二进制是01100001.(2)计算机程序和资料中普遍采用十进制和十六进制计算机程序和资料中普遍采用十进制和十六进制虽然二进制在计算机底层使用虽然二进制在计算机底层使用,但对于人来说记忆使用但对于人来说记忆使用太繁琐太繁琐,所以在计算机程序中经常使用十进制、八进制所以在计算机程序中经常使用十进制、八进制和十六进制和十六进制.微型计算机基础进位计数制进位计数制:按进位的原则进行计数按进位的原则进行计数,逢逢N进进1.常常用进位计数制有用进位计数制有:十进制数十进制数:有有10个不同的数学符号个不同的数学符号,即即09二进制数二进制数:有
13、有2个不同的数学符号个不同的数学符号,即即0和和1十六进制十六进制:有有16个不同的数学符号个不同的数学符号, 即即:0,1,29,A,B,C,D,E,F八进制数八进制数:有有8个不同的数学符号个不同的数学符号,即即:0,1,27.微型计算机基础2、数制转换、数制转换(1)任意进制数转换为十进制数任意进制数转换为十进制数转换规则转换规则:将各位数字与位权相乘求和将各位数字与位权相乘求和,所得和数即为转所得和数即为转换结果换结果.微型计算机基础(2)十进制整数转为任意进制十进制整数转为任意进制(R)数数转换规则转换规则:“除除R取余法取余法”.即用十进制数反复地除以即用十进制数反复地除以R,记下
14、每次得的余数记下每次得的余数,直至商为直至商为0.将所得余数按最后一个余将所得余数按最后一个余数到第一个余数的顺序依次排列起来即为转换结果数到第一个余数的顺序依次排列起来即为转换结果.若要若要转换成二进制数转换成二进制数,则用则用“除二取余法除二取余法”.微型计算机基础(3)十进制小数转换成任意进制十进制小数转换成任意进制(R)小数小数转换规则转换规则:“乘乘R取整法取整法”.即用十即用十进进制小数乘以制小数乘以R,得到一个乘得到一个乘积积,将将乘乘积积的整数部分取出来的整数部分取出来,将乘将乘积积的小数部分再乘以的小数部分再乘以R,重复以上重复以上过过程程,直至乘直至乘积积的小数部分的小数部
15、分为为0或或满满足足转换转换精度要求精度要求为为止止,最后将每次最后将每次取得的整数依次从左到右排列即取得的整数依次从左到右排列即为转换结为转换结果果.若要若要转换转换成二成二进进制制小数小数,则则采用采用“乘乘2取整法取整法”.微型计算机基础微型计算机基础(4)一个十进制数既有整数部分一个十进制数既有整数部分,又包括小数部分又包括小数部分,要将其要将其转换成转换成R进制数进制数转换规则转换规则:将该十进制数的整数部分和小数部分分别进将该十进制数的整数部分和小数部分分别进行转换行转换,然后将两个转换结果拼接起来即可然后将两个转换结果拼接起来即可.例如例如:将将13.8125D转换成二进制：转换
16、成二进制：因为因为13D1101B 0.8125D=0.1101B所以所以13.8125D1101.1101B微型计算机基础总结总结:以上介绍了十进制数与以上介绍了十进制数与R进制数进制数(在此主要在此主要是指二进制、八进制及十六进制数是指二进制、八进制及十六进制数)的相互转换的相互转换方法方法,为便于记忆为便于记忆,可简单归纳为可简单归纳为:R至十至十,位权展位权展开求和开求和;十至十至R用连除连乘法用连除连乘法,并特别注意转换结并特别注意转换结果的排列规则果的排列规则(除除R取余法是取余法是“先余为低先余为低,后余为后余为高高”;乘乘R取整法是取整法是“先整为高先整为高,后整为低后整为低”
17、).微型计算机基础(5)二进制数与八进制、十六进制数之间的转换二进制数与八进制、十六进制数之间的转换因为因为2*38,所以每一位八进制数可以用一个所以每一位八进制数可以用一个3位二进制位二进制数表示数表示;因为因为2*416,所以每一位十六进制数可以用一所以每一位十六进制数可以用一个个4位二进制数表示位二进制数表示.微型计算机基础二进制数与八进制、十六进制数之间的转换规则二进制数与八进制、十六进制数之间的转换规则微型计算机基础微型计算机基础3、二进制数的运算、二进制数的运算(1)算术运算算术运算(2)逻辑运算逻辑运算微型计算机基础练习练习把把(1101101110.11)2 和和(4EB7)1
18、6 转换为十进制数；把转换为十进制数；把255.786转换为二进制。转换为二进制。微型计算机基础1.2.2带符号数的表示及运算带符号数的表示及运算日常生活中遇到的数日常生活中遇到的数,除上述的无符号数外除上述的无符号数外,还有大量的还有大量的带符号数带符号数.数的符号在计算机中也用二进制数表示数的符号在计算机中也用二进制数表示,通常通常用二进制的最高位表示数的符号用二进制的最高位表示数的符号.把一个数及其符号在把一个数及其符号在机器中的表示加以数值化机器中的表示加以数值化,这样的数称为机器数这样的数称为机器数,而机器而机器数所代表的数称为该机器数的真值数所代表的数称为该机器数的真值.机器数可以
19、用不同机器数可以用不同方法表示方法表示,常用的有原码、反码和补码表示法常用的有原码、反码和补码表示法.微型计算机基础1、带符号数的表示法、带符号数的表示法原码、反码和补码原码、反码和补码原码原码:以数值的符号加上数值的二进制表示组成的编码以数值的符号加上数值的二进制表示组成的编码.+1原原=0-1原原=1负数反码负数反码:原码的符号位不变原码的符号位不变,数值位取反数值位取反(0变变1,1变变0)+1反反=0-1反反=1负数补码负数补码:反码加反码加1+1补补=0-1补补=1正数的原码、反码和补码的表示相同的正数的原码、反码和补码的表示相同的.微型计算机基础那计算机中为什么要引入反码和补码呢那
20、计算机中为什么要引入反码和补码呢?直接用直接用1位位0、1码表码表示正、负示正、负,而数值部分不变而数值部分不变,在运算时带来一些新的问题在运算时带来一些新的问题.(1)两个正数相加时两个正数相加时,符号位可以同时相加符号位可以同时相加:000,即其和即其和仍然为正数仍然为正数,没有影响运算的正确性没有影响运算的正确性;(2)一个正数与一个负数相加一个正数与一个负数相加,和的符号位不是两符号位直接和的符号位不是两符号位直接运算的值运算的值:011,而由两数的数值大小决定而由两数的数值大小决定.即其和的符号即其和的符号位是由两数中绝对值大的一个数所决定的位是由两数中绝对值大的一个数所决定的;(3
21、)两个负数相加时两个负数相加时,由于由于1110,因此其和的符号也不是因此其和的符号也不是由两符号位直接运算的结果所决定的由两符号位直接运算的结果所决定的.简单地说简单地说,用原码形式进行加运算时用原码形式进行加运算时,负数的符号位不能与其负数的符号位不能与其数值部分一道参加运算数值部分一道参加运算,而必须利用单独的电路确定和的符而必须利用单独的电路确定和的符号位号位.这样使计算机的结构变得复杂化了这样使计算机的结构变得复杂化了.为了解决机器内负为了解决机器内负数的符号位参加运算的问题数的符号位参加运算的问题,引入了反码和补码两种机器数引入了反码和补码两种机器数形式形式.微型计算机基础(1)原
22、码原码结论结论:原码为符号位加数的绝对值原码为符号位加数的绝对值,符号位用符号位用“0”表示正表示正,用用“1”表示表示负负;原码零有两个编码原码零有两个编码,“0”和和“0”的编码不同的的编码不同的;原码难以用于加减运算原码难以用于加减运算;n位原码表示数的范围是位原码表示数的范围是真值和其原码表示之间的对应关系简单真值和其原码表示之间的对应关系简单,容易理解容易理解;微型计算机基础(2)反码反码结论结论:反码为符号位反码为符号位“0”正正,“1”负负,数值位取反数值位取反;反码零有两个编码反码零有两个编码,“0”和和“0”的编码不同的的编码不同的;n位反码表示数的范围是位反码表示数的范围是
23、微型计算机基础(3)补码补码结论结论: 补码的最高位表示符号位补码的最高位表示符号位,“0”正正,“1”负负; 补码零有唯一的编码补码零有唯一的编码,“0”和和“0”的编码相同的的编码相同的; n位补码表示数的范围是位补码表示数的范围是 微型计算机基础2、真值与补码之间的转换、真值与补码之间的转换(1)真值转换为补码真值转换为补码按照补码的定义可直接由真值求得有符号数的补码按照补码的定义可直接由真值求得有符号数的补码.(2)补码转换为真值补码转换为真值正数的补码正数的补码=真值真值负数的补码如何转换为真值负数的补码如何转换为真值?根据求补运算根据求补运算:是将一个二进制数按位求反是将一个二进制
24、数按位求反(包括符号位包括符号位)再加再加1的运算的运算.其中其中,X是带符号数是带符号数,正负皆可正负皆可.验证求补运算验证求补运算:(1)设设X=+1,则则-X=-1(2)设设X=-1,则则-X=+1微型计算机基础例例1.1 求下列数的补码求下列数的补码.(1)设设X=+127D,求求X补补(2)设设X=-127D,求求X补补例例1.2 求以下补码的真值求以下补码的真值.(1)设设X补补=01111110,求求X.(2)设设X补补=10000010,求求X.微型计算机基础3、补码的运算、补码的运算(1)补码的加法补码的加法 X+Y补补=X补补+Y补补在数值的加减运算中在数值的加减运算中,由
25、最高位向更高位的进位由于机由最高位向更高位的进位由于机器字长的限制而自动丢失器字长的限制而自动丢失,不会影响运算结果的正确性不会影响运算结果的正确性.微型计算机基础(2)补码的减法补码的减法 X-Y补补=X补补+-Y补补微型计算机基础由上述分析由上述分析,可以看出可以看出:计算机中的带符号数用补码表示计算机中的带符号数用补码表示时时,有许多优点有许多优点.第一第一,负数的补码与对应正数的补码之间的转换可以用同负数的补码与对应正数的补码之间的转换可以用同一方法一方法求补运算实现求补运算实现,因而可简化硬件因而可简化硬件.第二第二,可以将减法变为加法运算可以将减法变为加法运算,从而省去了减法器从而
26、省去了减法器.第三第三,无符号数及带符号数的加法运算可用同一电路完成无符号数及带符号数的加法运算可用同一电路完成,结果都是正确的结果都是正确的.例如例如,两个内存单元的内容分别为两个内存单元的内容分别为11110001及及00001100,无论它们代表无符号数还是带符号无论它们代表无符号数还是带符号数数,运算结果都是正确的运算结果都是正确的. 微型计算机基础溢出概念溢出概念例如例如:120补补+10补补 01111000+00001010 1如果运算结果超出了所能表示的数值范围如果运算结果超出了所能表示的数值范围,则产则产生溢出生溢出,运算结果不正确运算结果不正确.微型计算机基础1.2.3 二
27、进制编码二进制编码计算机处理的信息并不全是数计算机处理的信息并不全是数,有时需要处理字符或字有时需要处理字符或字符串符串,例如从键盘输入或打印输出的信息都是以字符方例如从键盘输入或打印输出的信息都是以字符方式输入输出的式输入输出的.字符包括字符包括:大小写英文字母、数字、运算大小写英文字母、数字、运算符、标点符号等符、标点符号等.这些字符在机器里必须用二进制数来这些字符在机器里必须用二进制数来表示表示,目前微机中最常用的是目前微机中最常用的是ASCII码码(American Standard Code for Information Interchange,美国信息交美国信息交换标准代码换标准
28、代码).另另外外,尽尽管管计计算算机机采采用用的的二二进进制制数数的的表表示示方方法法及及运运算算规规则则简简单单,但但是是其其书书写写冗冗长长、不不直直观观且且易易出出错错,因因此此计计算算机机的的输输入入/输输出出时时仍仍采采用用人人们们习习惯惯的的十十进进制制数数.当当然然,十十进进制制数数在在计计算算机机中中也也需需要要用用二二进进制制编编码码表表示示.计计算算机机通通常常用用8421 BCD码码来表示十进制数来表示十进制数.微型计算机基础二进制编码的十进制数二进制编码的十进制数是指用等值的是指用等值的4位二进制数来表位二进制数来表示示1位十进制数位十进制数.压缩的压缩的BCD码码:压
29、缩的压缩的BCD码的每一位十进制数用码的每一位十进制数用4位二位二进制表示进制表示,一个字节表示两位十进制数一个字节表示两位十进制数.例如例如,10010110B表示十进制数据表示十进制数据96.非压缩的非压缩的BCD码码:非压缩的非压缩的BCD码用码用1个字节表示一位十个字节表示一位十进制进制,高高4位总是位总是0000,低低4位的位的00001001表示表示09.例如例如,00001000B表示十进制表示十进制8.1、二进制编码的十进制数、二进制编码的十进制数(BCD码码)微型计算机基础微型计算机基础BCD码的用途码的用途:(1)在以二进制工作的机器内在以二进制工作的机器内,数从十进制到二
30、进制或从数从十进制到二进制或从二进制到十进制转换时二进制到十进制转换时,BCD码用作中间表示码用作中间表示.提高数据提高数据转换的效率转换的效率.(2)使使用用BCD码码为为了了压压缩缩数数据据,一一个个手手机机号号通通常常是是11位位数数字字,如如果果不不用用BCD码码表表示示就就会会占占用用11Byte,但但是是经经过过BCD编编码码后后只只占占用用6 Byte,几几乎乎节节省省了了一一半半的的空空间间.这这不不论论对对于于信信息息的的携携带带还还是是海海量量信信息息的的存存储都有巨大作用储都有巨大作用. 微型计算机基础2、字母与符号的编码、字母与符号的编码(ASCII码码)在计算机中在计
31、算机中,各种字符也必须用二进制代码来编码各种字符也必须用二进制代码来编码,如如26个英文字母、个英文字母、10个阿拉伯数字、运算符号、标点符号以个阿拉伯数字、运算符号、标点符号以及一些特殊的控制符及一些特殊的控制符,如换行、换页、回车等如换行、换页、回车等.ASCII码码(American Standard Code for Information Interchange,即美国信息交换标准代码即美国信息交换标准代码 ), ASCII码用码用8位位二进制对字符进行编码二进制对字符进行编码.数字数字09的的ASCII码为码为3039H;大写英语字母大写英语字母AZ的的ASCII码为码为41H5A
32、H;小写英文字母小写英文字母az的的ASCII码为码为61H7AH.微型计算机基础 50IBM PC IBM PC ASCII ASCII 码码字符表字符表 (P362,(P362,附录附录1)1)10H10H1FH1FH十六进制十六进制十六进制十六进制0AH0AH微型计算机基础1.3 微型计算机系统的组成、分类和配置微型计算机系统的组成、分类和配置微型计算机基础微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成(1)、微处理器、微处理器(CPU)CPU是微型计算机的核心芯片是微型计算机的核心芯片, 它包含运算器、控制它包含运算器、控制器和寄存器三个主要部分器和寄存器三个主要部分:v运算器运算器(也称为
33、算术逻辑单元也称为算术逻辑单元ALUArithmetic and Logic Unit):完成数据的算术和逻辑运算完成数据的算术和逻辑运算.v控制器控制器:一般由指令寄存器、指令译码器和控制电一般由指令寄存器、指令译码器和控制电路组成路组成.控制器根据指令的要求控制器根据指令的要求,对微型计算机各部件对微型计算机各部件发出相应的控制信息发出相应的控制信息,使它们协调工作使它们协调工作,从而完成对整从而完成对整个计算机系统的控制个计算机系统的控制.v寄存器寄存器:用来存放经常使用的数据用来存放经常使用的数据.微型计算机基础(2)、存储器、存储器存储器存储器(Memory)又称为主存又称为主存,是
34、微型计算机的存储和是微型计算机的存储和记忆装置记忆装置,用以存放数据和程序用以存放数据和程序.微型机通过各个内存微型机通过各个内存单元规定不同地址来管理内存单元规定不同地址来管理内存.这样这样,CPU便能识别不便能识别不同的内存单元同的内存单元. 内存单元的地址和内容内存单元的地址和内容:内存单元的地址和内存单元内存单元的地址和内存单元的内容是两个完全不同的概念的内容是两个完全不同的概念.(图图1.6)第6号内存单元的地址是00006H,而其内容是11001111B,即CFH.微型计算机基础内内存存的的操操作作:读读或或写写操操作作.读读操操作作是是CPU将将内内存存单单元元的的内内容容读读入
35、入CPU内内部部,而而写写操操作作是是CPU将将其其内内部部信信息息送送到到内内存存单单元元保保存存起起来来.显显然然,写写操操作作的的结结果果改改变变了了被被写写内内存存单单元元的的内内容容,是是破破坏坏性性的的,而而读读操操作作是是非非破破坏坏性性的的,即即,该该内内存单元的内容在信息被读存单元的内容在信息被读“走走”之后仍保持原信息之后仍保持原信息.内存的分类内存的分类:RAM和和ROM.随随机机存存储储器器RAM (Random Access Memory)和和只只读读存存储储器器ROM (Read Only Memory).RAM可可以以被被CPU随随机机地地读读写写,故故又又称称为
36、为读读写写存存储储器器.这这种种存存储储器器用用于于存存放放用用户户装装入入的的程程序序、数数据据及及部部分分系系统统信信息息.当当机机器器断断电电时时,所所存存信信息息消消失失.ROM中中的的信信息息只只能能被被CPU读读取取,而而不不能能由由CPU任任意意写写入入,故故称称为为只只读读存存储储器器,机机器器断断电电,信信息息仍仍保保留留.这这种种存存储储器器用用于于存存放放固固定定的的程程序序,如如:基基本本的的IO程程序序,BASIC解解释释程程序序以以及及用用户户编编写写的的专专用用程程序序.ROM中中的的内内容只能用专用设备写入容只能用专用设备写入.微型计算机基础(3)、输入、输入/
37、输出输出(I/O)设备和输入设备和输入/输出接口输出接口(I/O Interface)IO设备是微型机系统的重要组成部分设备是微型机系统的重要组成部分.程序、数据及现程序、数据及现场信息要通过输入设备输入给微型机场信息要通过输入设备输入给微型机.CPU计算的结果通计算的结果通过输出设备输出到外部过输出设备输出到外部.常用的外部设备有键盘、鼠标等常用的外部设备有键盘、鼠标等,常用的输出设备有显示器、打印机等常用的输出设备有显示器、打印机等.v外设处理的信息是数字量、模拟量、开关量等外设处理的信息是数字量、模拟量、开关量等,而微型而微型计算机只能处理数字量计算机只能处理数字量.v外设的速度慢外设的
38、速度慢,而微型计算机的速度快而微型计算机的速度快.v外设有时是串行数据外设有时是串行数据,而微型计算机处理的是并行数据而微型计算机处理的是并行数据.鉴于以上原因鉴于以上原因,微型计算机与外设间的连接及信息交换不微型计算机与外设间的连接及信息交换不能直接进行能直接进行,而须设计一个而须设计一个“接口电路接口电路”作为微型计算机作为微型计算机之间的桥梁之间的桥梁.微型计算机基础微型计算机的外部结构框图微型计算机的外部结构框图微型计算机基础综上所述综上所述,微型计算机硬件主要由微型计算机硬件主要由CPU、内存、内存、I/O接口接口和和I/O设备组成设备组成.微型计算机各部件之间是用系统总线连微型计算
39、机各部件之间是用系统总线连接的接的.系统总线就是传送信息的公共导线系统总线就是传送信息的公共导线,一般有三组总一般有三组总线线.地址总线地址总线AB(Address Bus)传送传送CPU发出的地址信息发出的地址信息,是单向总线是单向总线.数据总线数据总线DB(Data Bus)传送数据信息传送数据信息,是双是双向总线向总线,CPU既可通过既可通过DB从内存或输入设备接口电路读入从内存或输入设备接口电路读入数据数据,又可通过又可通过DB将将CPU内部数据送至内存或输出设备内部数据送至内存或输出设备接口电路接口电路.控制总线控制总线CB(Control Bus)传送控制信息传送控制信息,其中其中
40、,有的是有的是CPU向内存及外设发出的信息向内存及外设发出的信息,有的是外设等发有的是外设等发送给送给CPU的信息的信息,因此因此,CB中每一根线的传送方向是一定中每一根线的传送方向是一定的的.微型计算机的系统结构图如上所示微型计算机的系统结构图如上所示,图中图中CB作为一个作为一个整体整体,用双向表示用双向表示.微型计算机基础v微型计算机的工作过程就是执行程序的过程微型计算机的工作过程就是执行程序的过程,而程序由指令而程序由指令序列组成序列组成,因此因此,执行程序的过程执行程序的过程,就是执行指令序列的过程就是执行指令序列的过程,即逐条地从存储器中取出指令并完成指令所指定的操作即逐条地从存储
41、器中取出指令并完成指令所指定的操作.v由于执行每一条指令由于执行每一条指令,都包括取指、译码和执行三个基本步都包括取指、译码和执行三个基本步骤骤,所以所以,微型计算机的工作过程微型计算机的工作过程,也就是不断地取指、译码和也就是不断地取指、译码和执行的过程执行的过程,直到遇到停机指令时才结束机器的运行直到遇到停机指令时才结束机器的运行.微型计算机的工作过程微型计算机的工作过程微型计算机基础1.4 微处理器微处理器1.4.1 8086/8088的功能结构的功能结构1.4.2 8086/8088的引脚信号的引脚信号1.4.3 8086/8088的工作方式的工作方式1.4.4 8086/8088的存
42、储器管理的存储器管理微型计算机基础1.4.1 8086/8088的功能结构的功能结构8086:是是Intel系列系列16位处理器位处理器,其集成度其集成度29000个管个管/片片,数据总线数据总线:16位位地址总线地址总线:20位位,可直接寻址的地址空间可直接寻址的地址空间1M(2*20)字节字节 8088:准准16位机位机,CPU内部数据总线内部数据总线16位位,外部外部8位位,20位地址位地址总线总线,推出推出8088的目的是为了向下兼容以前的的目的是为了向下兼容以前的8位微型机位微型机.微型计算机基础微型计算机基础微型计算机基础微型计算机基础在编程结构下在编程结构下,按功能分可将按功能分
43、可将8086分为两个部分分为两个部分:总线接总线接口部件口部件BIU(Bus Interface Unit)和执行部件和执行部件EU(Execution Unit)总线接口部件总线接口部件(BIU)的功能和组成的功能和组成:功能功能:总线接口部件负责总线接口部件负责CPU与存储器、输入与存储器、输入/输出设备输出设备之间的数据传送之间的数据传送,包括对存储器读写数据操作、对包括对存储器读写数据操作、对I/O接接口的读写操作以及取指令操作口的读写操作以及取指令操作.执行部件执行部件(EU)的功能和组成的功能和组成:功能功能:负责指令的执行的部件负责指令的执行的部件.Intel 8088的功能结构
44、的功能结构微型计算机基础BIU和和EU协调工作的管理原则协调工作的管理原则:(1)当当8086指令队列中有指令队列中有2个字节个字节(8088有有1个字节个字节)为空为空时时,BIU自动将指令取到指令队列中自动将指令取到指令队列中.(2)当当EU执行一条指令时执行一条指令时,它先从指令队列的它先从指令队列的队队首取出指首取出指令代码令代码,再用几个时钟周期去执行指令再用几个时钟周期去执行指令.在指令执行的过在指令执行的过程中程中,如果必须访问存储器或如果必须访问存储器或I/O设备设备,则则EU请求请求BIU进进入总线周期去完成访问内存或入总线周期去完成访问内存或I/O端口的操作端口的操作.如果
45、如果BIU此时正好空闲此时正好空闲,则立即响应总线请求则立即响应总线请求;如果此时如果此时BIU正在正在取指令取指令,需完成当前取指令周期需完成当前取指令周期,然后去响应然后去响应EU的总线请的总线请求求.(3)当指令队列已满当指令队列已满,而且而且EU对对BIU无总线请求无总线请求,BIU进入进入空闲状态空闲状态.(4)当执行转移、调用和返回指令时当执行转移、调用和返回指令时,指令队列清零指令队列清零,BIU再向指令队列中装入另一个程序段的指令再向指令队列中装入另一个程序段的指令.原因是下面原因是下面要执行的指令不是指令队列中的下一条指令了要执行的指令不是指令队列中的下一条指令了.微型计算机
46、基础指令队列的存在指令队列的存在使使8086/8088的的EU和和BIU并并行工作行工作,从而减少了从而减少了CPU为取指令而等待时为取指令而等待时间间,提高了提高了CPU的利用率的利用率,加快了整机的运行加快了整机的运行速度速度.在整个程序运行期间在整个程序运行期间,BIU总是忙碌的总是忙碌的,效率很高效率很高.微型计算机基础执行部件执行部件(EU)的组成的组成:组成组成:通用寄存器组、算术逻辑运算单元通用寄存器组、算术逻辑运算单元(ALU)、标志寄标志寄存器存器(FLAGS)和内部控制逻辑和内部控制逻辑EU五部分组成五部分组成.(1)数据寄存器数据寄存器一般用于存放参与运算的数据或运算的结
47、果一般用于存放参与运算的数据或运算的结果.4个数据寄个数据寄存器存器AX、BX、CX、DX既可以作为既可以作为16位寄存器使用位寄存器使用,也可以作为也可以作为8位寄存器使用位寄存器使用.用作用作8位寄存器时分别记为位寄存器时分别记为AH、AL、BH、BL、CH、CL、DH、DL.微型计算机基础AX(AH、AL):累加器累加器.有些指令约定有些指令约定AX(或或AL)寄存器为寄存器为累加器累加器,如乘法、除法、输入如乘法、除法、输入/输出等指令输出等指令.累加器累加器:既向既向ALU提供操作数提供操作数,又接收存放又接收存放ALU的运算结果的运算结果.MUL BL:BLALAXBX(BH、BL
48、):基址寄存器基址寄存器.可用作基址寻址的基址寄存可用作基址寻址的基址寄存器器,在计算内存地址时在计算内存地址时,常用来存放基址常用来存放基址.MOV AX,BXCX(CH、CL):计数寄存器计数寄存器.循环和串操作中用作计数器循环和串操作中用作计数器.DX(DH、DL):数据寄存器数据寄存器.除用作通用寄存器外除用作通用寄存器外,在在I/O指令中用作端口地址寄存器指令中用作端口地址寄存器,乘除指令中用作辅助累加乘除指令中用作辅助累加器器.IN AL,DXMUL BX:BXAXDX:AX微型计算机基础(2)指针寄存器指针寄存器堆栈指针寄存器堆栈指针寄存器SP(Stack Pointer)基址指
49、针寄存器基址指针寄存器BP(Base Pointer)BP、SP常用来指示堆栈段中相对于段起始地址的偏移常用来指示堆栈段中相对于段起始地址的偏移量量.BP一般用于访问堆栈段任意单元一般用于访问堆栈段任意单元,SP用于访问堆栈段用于访问堆栈段栈顶单元栈顶单元. MOV AX,BP(3)变址寄存器变址寄存器源变址寄存器源变址寄存器SI(Source Index)目的变址寄存器目的变址寄存器DI(Destination Index)SI、DI常用于变址寻址方式常用于变址寻址方式,访问数据段任意单元访问数据段任意单元.MOV AX,SIMOV AX,DI微型计算机基础(3)标志寄存器标志寄存器(FLA
50、GS)FLAGS共共16位位,其中其中7位未用位未用,07位与位与Intel的的8位微型位微型机相同机相同.微型计算机基础状态标志状态标志:CF(Carry Flag):进位标志进位标志.如果加法操作使最高位产生如果加法操作使最高位产生进位进位,或减法操作从最高位有借位时或减法操作从最高位有借位时,CF为为1,否则否则CF为为0.PF(Parity Flag):奇奇/偶标志偶标志.如果运算结果中所含的如果运算结果中所含的1的的个数为偶数个数为偶数,则则PF为为1,否则为否则为0.AF(Auxiliary Carry Flag):辅助进位标志辅助进位标志.字节运算时字节运算时,低半个字节向高半个
51、字节有进位或有借位时低半个字节向高半个字节有进位或有借位时,AF=1,否则否则AF=0;字运算时字运算时,低字节向高字节有进位或有借位时低字节向高字节有进位或有借位时,AF=1,否则否则AF=0.微型计算机基础状态标志状态标志:ZF(Zero Flag):零标志零标志.如果当前运算的结果为零如果当前运算的结果为零,则则ZF为为1,否则为否则为0.SF(Sign Flag):符号标志位符号标志位.当运算结果的最高位为当运算结果的最高位为1时时SF=1,否则否则SF=0.指出当前运算执行后的结果是正还是负指出当前运算执行后的结果是正还是负.OF(Overflow Flag):溢出标志溢出标志.在运
52、算过程中在运算过程中,如果操作如果操作结果超过了带符号数的范围则称为溢出结果超过了带符号数的范围则称为溢出,OF被置为被置为1,否否则则OF置为置为0.如果如果8位带符号数的范围是位带符号数的范围是-128+127,16位位带符号数的范围是带符号数的范围是-32768+32767.微型计算机基础控制标志：控制标志：DF(Direction Flag):方向标志方向标志.控制串操作命令方向的标控制串操作命令方向的标志志.如果如果DF为为0,串操作过程中地址自增串操作过程中地址自增,DF为为1,串操作过串操作过程中地址自减。程中地址自减。IF(Interrupt Flag):中断标志中断标志.控制
53、可屏蔽中断的标志控制可屏蔽中断的标志.如如果果IF为为0,CPU不能对可屏蔽中断做出响应不能对可屏蔽中断做出响应,IF为为1则可以则可以接受可屏蔽中断请求。接受可屏蔽中断请求。TF(Trap Flag):跟踪标志跟踪标志.如果如果TF为为1,则则CPU处于单步执处于单步执行指令的工作方式行指令的工作方式.这种方式便于进行程序调试这种方式便于进行程序调试.每执行每执行一条指令后一条指令后,自动产生一次内部中断自动产生一次内部中断,从而使用户能逐条从而使用户能逐条指令地检查程序指令地检查程序.微型计算机基础运算结果的标志位如下运算结果的标志位如下:CF=1,PF=1,AF=1,ZF=0,SF=0,
54、OF=0.可以看出如作为无可以看出如作为无符号数运算符号数运算,则相当于完成十进制数则相当于完成十进制数202+120,结果结果322,显显然超出了然超出了8位二进制数所能表示的最大无符号数位二进制数所能表示的最大无符号数255,运算运算结果溢出结果溢出,CF=1.当看为有符号数运算时当看为有符号数运算时,相当于十进制数相当于十进制数(-54)+(+120),结果结果+66,不溢出不溢出,OF=0.微型计算机基础判断溢出的方法判断溢出的方法两个同号数相加两个同号数相加,运算结果的符号如果与加数、被加数运算结果的符号如果与加数、被加数的符号不同的符号不同,则产生溢出则产生溢出;微型计算机基础运算
55、结果的标志位如下运算结果的标志位如下:CF=0,PF=1,AF=1,ZF=0,SF=1,OF=1.可以看出如作为无可以看出如作为无符号数运算符号数运算,则相当于完成十进制数则相当于完成十进制数20682+28018,结果结果48700,显然没有超出了显然没有超出了16位二进制数所能表示的最大无位二进制数所能表示的最大无符号数符号数65535,运算结果没有溢出运算结果没有溢出,CF=0.当看为有符号数当看为有符号数运算时运算时,结果结果48700已经超出了已经超出了16位有符号数表示的范围位有符号数表示的范围-32768+32767,结果溢出结果溢出,OF=1.微型计算机基础例例1:执行两个数的
56、加法执行两个数的加法,分析对标志位的影响分析对标志位的影响例例2:执行两个数的加法执行两个数的加法,分析对标志位的影响分析对标志位的影响微型计算机基础总线接口部件总线接口部件(BIU)的组成的组成:组成组成:段寄存器段寄存器(CS、DS、SS、ES)、指令指针寄存器指令指针寄存器(IP)、地址地址加法器、内部暂存器、指令队列缓冲器及加法器、内部暂存器、指令队列缓冲器及I/O控制逻辑等部分组成控制逻辑等部分组成.(1)段寄存器段寄存器CS代码段寄存器代码段寄存器DS数据段寄存器数据段寄存器SS堆栈段寄存器堆栈段寄存器ES扩展段寄存器扩展段寄存器采用段寄存器的优点为采用段寄存器的优点为:解决了解决
57、了16位寄存器如何访问大于位寄存器如何访问大于64KB的内存空间的的内存空间的问题问题可以实现程序重定位可以实现程序重定位,即一个小于即一个小于64KB的程序可通过的程序可通过改变段寄存器的内容放到改变段寄存器的内容放到1MB空间中的任意段位置空间中的任意段位置,从从而为同时运行多道程序提供了方便而为同时运行多道程序提供了方便.微型计算机基础IBM PC机对段的起始地址有限制机对段的起始地址有限制,即段不能从任意地址开始即段不能从任意地址开始,必须从任一小段必须从任一小段(paragraph)的首地址开始的首地址开始.从从0地址开始每地址开始每16字节为一小段字节为一小段,对于对于16位地址总
58、线位地址总线,段内存储器小段地址如下段内存储器小段地址如下.微型计算机基础(2)地址加法器地址加法器用于产生用于产生20位物理地址位物理地址.物理地址的获得方法是物理地址的获得方法是:将段寄将段寄存器的内容左移存器的内容左移4位位,与偏移地址与偏移地址(即对段首的偏移量即对段首的偏移量)在在地址加法器内相加地址加法器内相加,产生产生20位物理地址位物理地址.根据寻址方式的根据寻址方式的不同不同,偏移地址可以来自程序计数器偏移地址可以来自程序计数器(IP)或其他寄存器或其他寄存器.假设假设CS=8200H,IP=1234H,则物理地址为则物理地址为83234H.微型计算机基础(3)指令队列缓冲器
59、指令队列缓冲器8086有有6字节缓冲器字节缓冲器,8088有有4字节缓冲器字节缓冲器.在执行部件执在执行部件执行指令的同时行指令的同时,可以从内存中取出下一条或下几条指令可以从内存中取出下一条或下几条指令放到缓冲器放到缓冲器,一条指令执行完成后一条指令执行完成后,可立即译码执行下一可立即译码执行下一条指令条指令,从而解决了以往从而解决了以往CPU取指令期间取指令期间,运算器的等待运算器的等待问题问题.由于取指令和执行指令并行进行由于取指令和执行指令并行进行,从而提高了从而提高了CPU的效率的效率.(4)输入输入/输出控制电路输出控制电路(总线控制逻辑总线控制逻辑)输入输入/输出控制电路控制输出
60、控制电路控制CPU与外部电路数据交换与外部电路数据交换.8086有有20条地址线条地址线,16条数据线条数据线,由输入由输入/输出控制电路控制输出控制电路控制分时复用分时复用CPU芯片的芯片的16条引脚条引脚.(5)内部暂存器内部暂存器用于内部数据的暂存用于内部数据的暂存,该部分对用户透明该部分对用户透明,用户无权访问用户无权访问.(6)指令指针寄存器指令指针寄存器(IP)又称指令计数器又称指令计数器,存放预取指令的偏移地址存放预取指令的偏移地址.自动加自动加1.3微型计算机基础1.4.2 8086/8088的引脚信号的引脚信号微型计算机基础40根线根线,一线多用一线多用,引脚可以分为如下五类
61、引脚可以分为如下五类:(1)只传送一种信息只传送一种信息.如如32脚只传送脚只传送CPU发出的读信号发出的读信号RD*.(2)每个引脚电平的高低代表不同的信号每个引脚电平的高低代表不同的信号,如如28脚的脚的IO/M*.(3)8086/8088的两种不同工作方式的两种不同工作方式最小模式和最大模最小模式和最大模式下有不同的名称和定义式下有不同的名称和定义,例如例如:29脚为脚为WR*(LOCK*).(4)每个引脚可以传送两种信息每个引脚可以传送两种信息.这两种信息在时间上是可这两种信息在时间上是可以分开的以分开的.因此可以用一个引脚在不同时刻传送不同的信因此可以用一个引脚在不同时刻传送不同的信
62、息息,一般称这类引脚为分时复用线一般称这类引脚为分时复用线.如如AD7AD0是地址和数是地址和数据的分时复用线据的分时复用线.当当CPU访问内存或访问内存或I/O设备时设备时, 在在AD7AD0上首先出现的是被访问的内存单元或上首先出现的是被访问的内存单元或I/O设备的设备的低低8位地址位地址.然后然后,在这些线上出现在这些线上出现CPU进行读写的进行读写的8位数据位数据.(5)输入输出时分别传送不同的信息输入输出时分别传送不同的信息,如如RQ*/GT0*.输入时输入时传送总线请求信号传送总线请求信号RQ*,输出时传送总线请求允许信号输出时传送总线请求允许信号GT0*.微型计算机基础vGND、
63、Vcc(引脚引脚1、20、40):第第1、20引脚为地引脚为地,第第40引引脚为电源脚为电源.vAD0AD7:低低8位地址、数据复用端、双向工作位地址、数据复用端、双向工作.vA15A8:高高8位地址输出端位地址输出端.vA19/S6A16/S3(引脚引脚3538):地址地址/状态复用引脚状态复用引脚,输输出在总线周期的出在总线周期的T1状态输出要访问的存储器或状态输出要访问的存储器或I/O端口端口的地址的地址,T2T4状态状态,用来输出用来输出CPU的状态信息的状态信息.其中其中,S6:总为总为0,表示当前表示当前8086/8088与总线是相连的与总线是相连的 S5:中断允许标志的当前设置中
64、断允许标志的当前设置(IF), 1表示允许可屏蔽中断请求表示允许可屏蔽中断请求 S4/S3:合起来表示当前正在使用哪个段寄存器合起来表示当前正在使用哪个段寄存器.微型计算机基础vNMI(NonMaskable Interrupt,引脚引脚17):不可屏蔽的不可屏蔽的中断输入引脚中断输入引脚 上升沿触发上升沿触发,不受不受IF影响影响.vINTR(Interrupt Request,引脚引脚18):可屏蔽的中断请求可屏蔽的中断请求信号输入引脚信号输入引脚 高电平有效高电平有效,受受IF影响影响.vCLK(Clock,引脚引脚19):时钟时钟,输入输入vRESET(Reset,引脚引脚21):复位
65、信号复位信号,输入输入高电平有效高电平有效.复位信号要求至少维持复位信号要求至少维持4个时钟周期个时钟周期.CPU将将结束当前操作结束当前操作,并将并将FLAG、IP、DS、ES、SS及指令队及指令队列清零列清零.CS置为置为FFFFH,当复位信号变低电平时当复位信号变低电平时,CPU从从FFFF0H开始执行程序开始执行程序.微型计算机基础vREADY(Ready,引脚引脚22):“准备好准备好”信号信号,输入输入高电平有效高电平有效.是由是由CPU要访问的存储器或者要访问的存储器或者I/O设备发来的响设备发来的响应信号应信号.当其有效时当其有效时,表示存储器或者表示存储器或者I/O设备已准备
66、好设备已准备好,CPU可以进行数据传送可以进行数据传送;若还未准备好若还未准备好,则使则使READY信号为低电平信号为低电平.CPU采集到低电平的采集到低电平的READY信号后信号后,自动插入自动插入TW,直到直到READY变为高电平后变为高电平后,CPU才脱离等待状态才脱离等待状态,完成数据传送过完成数据传送过程程.vTEST*(Test,引脚引脚23):测试信号测试信号,输入输入低电平有效低电平有效.结束等待状态结束等待状态.和和WAIT指令结合使用指令结合使用,用于用于CPU与外部硬件同步与外部硬件同步.CPU执行执行WAIT指令时指令时,处于等待状态处于等待状态,当当TEST信号有效时
67、信号有效时,结束等待状态结束等待状态,CPU继续执行被暂停的指令继续执行被暂停的指令.vRD*(Read,引脚引脚32):读信号读信号,输出输出读信号是一个低电平有效的输出信号读信号是一个低电平有效的输出信号,当当RD为低电平时为低电平时,表明表明CPU正在对内存或外设进行读操作正在对内存或外设进行读操作.微型计算机基础vMN/MX*(Minimum/Maximum,引脚引脚33):最大和最小最大和最小模式控制信号模式控制信号,输入输入.接接+5V电压电压,则则CPU处于最小模式处于最小模式;接地接地,则处于最大模则处于最大模式式.第第2431引脚信号功能与引脚信号功能与8088的工作模式有关
68、的工作模式有关,在相应工在相应工作模式中介绍作模式中介绍.微型计算机基础1.4.3 8086/8088的工作方式的工作方式8086/8088可以在两种模式下工作可以在两种模式下工作:最大模式和最小模式最大模式和最小模式.(1)最小模式最小模式:整个微型计算机系统只有一个整个微型计算机系统只有一个CPU,所有所有的总线控制信号都直接由这个的总线控制信号都直接由这个CPU产生产生,因此因此,系统的总系统的总线控制电路被减到最小线控制电路被减到最小.(2)最大模式最大模式:包括两个以上的包括两个以上的CPU,其中一个为主处理其中一个为主处理器器8086/8088,其他的称为协处理器其他的称为协处理器
69、,协助主处理器进行工协助主处理器进行工作作.如如:8087数字运算协处理器数字运算协处理器.(3)实现实现:8086/8088第第33引脚引脚(MN/MX*)接地为最大模式接地为最大模式,接接+5v电压为最小模式电压为最小模式.微型计算机基础8087协处理器协处理器q浮点数据处理的微处理器浮点数据处理的微处理器.q使一般的算术运算及常用的函数都由硬件直接使一般的算术运算及常用的函数都由硬件直接完成完成,运算速度提高运算速度提高10100倍甚至更高倍甚至更高.q例如例如:当系统时钟为当系统时钟为5MHz时时,8087进行平方根进行平方根运算只用运算只用36us,若用若用8086/8088指令编程
70、完成该指令编程完成该运算则需要运算则需要19600us.微型计算机基础最小模式下的系统配置最小模式下的系统配置微型计算机基础配置组成配置组成:(1)一片一片8284A时钟发生器时钟发生器:产生系统所需要的时钟信号产生系统所需要的时钟信号CLK,同时对外部同时对外部READY信号和系统复位信号信号和系统复位信号RESET进进行同步行同步,它的输出送向它的输出送向8086相应引脚相应引脚.(2)三片三片8282地址锁存器地址锁存器:用于用于20位地址信号锁存位地址信号锁存,使得整使得整个总线读写周期地址信号始终有效个总线读写周期地址信号始终有效,以支持以支持8088CPU地址、地址、数据总线分时复
71、用的工作方式数据总线分时复用的工作方式.(3)两片两片8286总线驱动器又称总线收发器总线驱动器又称总线收发器:当系统所含存当系统所含存储器和外设较多时储器和外设较多时,为了提高数据总线的驱动能力为了提高数据总线的驱动能力,可以可以接入接入8286芯片芯片.微型计算机基础8282与与8088的连接的连接微型计算机基础8286与与8088的连接的连接微型计算机基础微型计算机基础最小工作模式下第最小工作模式下第2431引脚信号功能引脚信号功能vINTA*(Interrupt Acknowledge,引脚引脚24):中断响应信号中断响应信号,输出输出,是对中断请求设备的响应是对中断请求设备的响应.I
72、NTA*信号实际上是位信号实际上是位于连续周期中的两个负脉冲于连续周期中的两个负脉冲,第一个负脉冲通知外部设第一个负脉冲通知外部设备的接口备的接口,它发出的中断请求已经得到允许它发出的中断请求已经得到允许;外设接口收外设接口收到第二个负脉冲后到第二个负脉冲后,往数据总线上放中断类型码往数据总线上放中断类型码.vALE(Address Latch Enable,引脚引脚25):地址锁存允许信地址锁存允许信号号,输出输出,高电平有效高电平有效.ALE是是8086/8088提供给地址锁存器提供给地址锁存器8282的控制信号的控制信号,在在总线周期的总线周期的T1状态状态,ALE输出高电平输出高电平,
73、表示当前地址表示当前地址/数据数据复用总线上输出的是地址信息复用总线上输出的是地址信息,8282将地址进行锁存将地址进行锁存(对对地址进行备份地址进行备份).微型计算机基础vDEN*(Data Enable,引脚引脚26):数据允许信号数据允许信号,输出输出,低电低电平有效平有效.提供控制信号提供控制信号,通知收发器通知收发器,CPU准备接收或发送一个数准备接收或发送一个数据据.在读周期在读周期,DEN从从T2状态的中间开始变为低电平状态的中间开始变为低电平,一直一直保持到保持到T4的中间的中间;在写周期时在写周期时,DEN在在T2的一开始就变为的一开始就变为低电平低电平,一直保持到一直保持到
74、T4的中间的中间.vDT/R*(Data Transmit/Receive,引脚引脚27):数据收发信号数据收发信号,输出输出.数据收发方向的控制信号数据收发方向的控制信号,通知总线收发器是接受通知总线收发器是接受还是发送数据还是发送数据.为高电平为高电平,则进行的数据发送则进行的数据发送,否则是接否则是接收数据收数据.微型计算机基础vIO/M*(Memory/Input and Output,引脚引脚28):输入输出输入输出/存储器控制信号存储器控制信号,输出输出.用来区分用来区分CPU访问存储器还是访问存储器还是I/O端口端口.高电平高电平, CPU与与I/O端口传送数据端口传送数据;低电
75、平低电平,CPU与存储器传送数据与存储器传送数据.vWR*(Write,引脚引脚29):写信号写信号,输出输出,低电平有效低电平有效.WR有效时有效时,表示表示CPU当前正在进行对存储器或当前正在进行对存储器或I/O之间之间的写操作的写操作,有效电平保持在有效电平保持在T2、T3、TW状态状态.微型计算机基础vHOLD(Hold Request,引脚引脚31):总线保持请求信号总线保持请求信号,输输入入,高电平有效高电平有效.当系统中其他部件需要占用总线时当系统中其他部件需要占用总线时,通通过该引脚向过该引脚向CPU发出的总线请求信号发出的总线请求信号,比如比如DMA控制器控制器就是通过这种方
76、式申请总线占用的就是通过这种方式申请总线占用的.vHLDA(Hold Request Acknowledge,引脚引脚30):总线保持总线保持响应信号响应信号,输出输出.为高电平有效为高电平有效.当当CPU查询到查询到HOLD信信号时号时,如果如果CPU允许其他部件占用总线允许其他部件占用总线,则在当前总线周则在当前总线周期结束时期结束时,于于T4状态从状态从HLDA引脚发出高电平响应信号引脚发出高电平响应信号.同时同时,CPU的所有三态总线进入浮置状态的所有三态总线进入浮置状态,申请部件接到申请部件接到HLDA后接管总线后接管总线,直到操作完成直到操作完成,撤销撤销HOLD信号信号,CPU才
77、接管总线才接管总线.微型计算机基础微型计算机基础最大模式下的系统配置最大模式下的系统配置微型计算机基础8288与与8086的连接的连接微型计算机基础与最小模式系统相比与最小模式系统相比,最大模式的配置中增加了总线控制最大模式的配置中增加了总线控制器芯片器芯片8288.所有总线控制信号均由所有总线控制信号均由S2*、S1*、S0*信号经信号经8288译码处理后产生的译码处理后产生的.采用采用8288可以实现多处理器配置可以实现多处理器配置.8288用于协调各处理器间的工作用于协调各处理器间的工作.即使不配多处理器即使不配多处理器,增增加加8288之后也可增强控制总线的驱动能力之后也可增强控制总线
78、的驱动能力.8282地址锁存器和地址锁存器和8286总线缓冲器的接法和最小模式下的总线缓冲器的接法和最小模式下的接法相似接法相似,只是其控制信号不是来自只是其控制信号不是来自CPU,而是来自总线控而是来自总线控制器制器8288.即即8282的地址锁存信号的地址锁存信号STB来自来自8288.8286输出使输出使能信号能信号OE*由由8288数据输出使能信号数据输出使能信号DEN反相后获得反相后获得.而而传输方向控制信号传输方向控制信号T由由8288DT/R*信号产生信号产生.微型计算机基础微型计算机基础最大工作模式下第最大工作模式下第2431引脚信号功能引脚信号功能QS1、QS0(Instru
79、ction Queue Status,引脚引脚24,25):指令队指令队列状态信号列状态信号,输出输出.组合提供了前一个时钟周期的指令队组合提供了前一个时钟周期的指令队列的状态。列的状态。微型计算机基础v S2*、S1*、S0*(Bus Cycle Status,引脚引脚26、27、28):总总线周期状态信号线周期状态信号,输出组合指出了当前总线周期中所进输出组合指出了当前总线周期中所进行的数据传输过程的类型。行的数据传输过程的类型。用来产生对存储器和用来产生对存储器和I/O接接口的控制信号。口的控制信号。(低电平代表低电平代表1)微型计算机基础vLOCK*(Lock,引脚引脚29):总线封锁
80、信号总线封锁信号,输出输出.为低电平为低电平时时,系统中其他的总线主设备不能获得系统总线的控制系统中其他的总线主设备不能获得系统总线的控制权而占有总线权而占有总线.LOCK*信号由前缀指令信号由前缀指令LOCK产生产生,LOCK指令后面的一条指令执行完后指令后面的一条指令执行完后,LOCK*信号失效信号失效.另外另外,在在DMA期间期间,LOCK*浮空浮空.vRQ*/GT1*、RQ*/GT0*(Request/Grant,引脚引脚30、31):总线请求信号输入总线请求信号输入/总线请求允许信号输出总线请求允许信号输出,双向双向.这两这两个信号端可供个信号端可供8086/8088以外的两个总线主
81、设备向以外的两个总线主设备向8086/8088发送使用总线的请求信号发送使用总线的请求信号RQ*(相当于最小模相当于最小模式时的式时的HOLD信号信号).而而8086/8088在现行总线周期结束后在现行总线周期结束后让出总线让出总线,发出总线请求允许信号发出总线请求允许信号GT*(相当于最小模式相当于最小模式时的时的HLDA信号信号),此时此时,外部的总线主设备便获得了总外部的总线主设备便获得了总线的控制权线的控制权.微型计算机基础1.4.4 8086/8088的存储器管理的存储器管理 8086/8088CPU有有20条地址线条地址线,存储器地址的编址范围存储器地址的编址范围是是00000HF
82、FFFFH,共共1M字节的存储空间字节的存储空间.但但8086/8088内部的寄存器都是内部的寄存器都是16位的位的,显然无法直接对显然无法直接对1M的内存空的内存空间进行寻址间进行寻址,因而引入了分段的概念因而引入了分段的概念. 引入分段后引入分段后,一个存储单元的地址就可以用段地址和偏一个存储单元的地址就可以用段地址和偏移量两部分来表示移量两部分来表示,段地址由段寄存器段地址由段寄存器(CS、DS、SS、ES)提供提供,偏移量由偏移量由IP、SP、BP、SI、DI、BX等寄存器等寄存器提供提供.不同的指令有不同的组合方式不同的指令有不同的组合方式.计算一个存储单元计算一个存储单元的物理地址
83、时的物理地址时,先将其段寄存器的内容左移四位先将其段寄存器的内容左移四位(相当于相当于乘十进制数乘十进制数16),得到一个得到一个20位的值位的值,然后加上然后加上16位的偏移位的偏移量量.微型计算机基础同一物理地址可以由不同的段地址和偏移量表示同一物理地址可以由不同的段地址和偏移量表示.例如例如:CS=3000H,IP=2000H,物理地址物理地址=32000H CS=3100H,IP=1000H,物理地址物理地址=32000H CS=3200H,IP=0000H,物理地址物理地址=32000H段地址的引入段地址的引入,为程序在内存中浮动创造了条件为程序在内存中浮动创造了条件.因为一般因为一般用户程序只涉及偏移地址用户程序只涉及偏移地址,段地址在程序装入内存时由操段地址在程序装入内存时由操作系统分配作系统分配,所以一个程序可在内存中任何一个逻辑段所以一个程序可在内存中任何一个逻辑段(64KB)中运行中运行.微型计算机基础归纳段寄存器和其他寄存器组合指向存储单元示意图如下归纳段寄存器和其他寄存器组合指向存储单元示意图如下:微型计算机基础联系实验联系实验: 孔红英老师孔红英老师微型计算机基础
