第二章微型計算機(jī)基礎(chǔ)2.1微型計算機(jī)基本結(jié)構(gòu)微型計算機(jī)又稱為PC機(jī)，由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成。第二章微型計算機(jī)基礎(chǔ)2.1微型計算機(jī)基本結(jié)構(gòu)12.1.1微型計算機(jī)的概念結(jié)構(gòu)如圖所示，是微型計算機(jī)的典型組成結(jié)構(gòu)示意圖，從圖中我們可以看出，微型計算機(jī)由微處理器CPU①、一定容量的內(nèi)部存儲器（包括②ROM、RAM）、③輸入/輸出接口電路組成。各功能部件之間通過④總線有機(jī)地連接在一起，其中微處理器是整個微型計算機(jī)的核心部件。2.1.1微型計算機(jī)的概念結(jié)構(gòu)21.硬件系統(tǒng)1）微處理器（centralprocessingunite)簡稱為CPU，又名中央處理器和中央處理單元用途：解釋指令并進(jìn)行運(yùn)算指標(biāo)：能否超頻、工作溫度組成：運(yùn)算器、控制器、（CPU內(nèi)部）寄存器組運(yùn)算器：用于完成數(shù)據(jù)的算術(shù)和邏輯運(yùn)算控制器：通常由指令寄存器、指令譯碼器和控制電路組成（CPU內(nèi)部）寄存器組：暫存參加運(yùn)算的操作數(shù)和運(yùn)算結(jié)果分為專用寄存器和通用寄存器工作原理：猶如一個工廠系統(tǒng)中的生產(chǎn)車間對產(chǎn)品的加工過程1.硬件系統(tǒng)32）存儲器（又叫內(nèi)存或主存）組成：通常由CPU之外的半導(dǎo)體存儲器芯片組成用途：存放程序、原始操作數(shù)、運(yùn)算的中間結(jié)果數(shù)據(jù)、最終結(jié)果數(shù)據(jù)（1）內(nèi)存單元的地址和內(nèi)容地址——每個存儲單元編上不同的且唯一的號碼，一般用十六進(jìn)制數(shù)表示內(nèi)容——每個存儲器地址中又存放著的那一組二進(jìn)制（或十六進(jìn)制）表示的數(shù)兩者關(guān)系：前者為某一個房間號碼，后者為此房間里住的人2）存儲器（又叫內(nèi)存或主存）4（2）數(shù)據(jù)在內(nèi)存儲器中的存儲方式（板書分析）第一，內(nèi)存儲器是有唯一地址的字節(jié)的有序陣列第二，對于一個字的數(shù)據(jù)存儲，占用兩個相鄰存儲單元，高字節(jié)放高地址，低字節(jié)放低地址，以低地址命名為此字?jǐn)?shù)據(jù)的地址。

（3）內(nèi)存的操作

CPU對內(nèi)存的操作有讀/寫兩種。讀操作：CPU將內(nèi)存單元的內(nèi)容取到CPU內(nèi)部，不改變被讀單元的內(nèi)容寫操作：CPU將內(nèi)部信息傳送到內(nèi)存單元保存起來，改變被寫單元的內(nèi)容。（2）數(shù)據(jù)在內(nèi)存儲器中的存儲方式（板書分析）5例如：讀出地址為04H內(nèi)存單元中的內(nèi)容讀出信息操作過程如下圖所示例如：CPU將數(shù)據(jù)26H寫入地址為08H的存儲單元向存儲器寫入信息的操作過程如上圖所示例如：讀出地址為04H內(nèi)存單元中的內(nèi)容6（4）內(nèi)存的分類

按工作方式不同，可將存儲器分為隨機(jī)存取存儲器（又稱讀寫存儲器）、只讀存儲器兩種形式。（4）內(nèi)存的分類73）輸入/輸出設(shè)備及其接口電路輸入/輸出（input/output縮寫I/O）設(shè)備稱為外部設(shè)備輸入任務(wù)：將程序、原始數(shù)據(jù)及現(xiàn)場信息計算機(jī)自動計算和處理輸出任務(wù)：計算機(jī)中的計算和處理結(jié)果/回答信號以人能識別的各種形式表示出來接口電路的主要職責(zé)：將微處理器和輸入/輸出設(shè)備之間的信息

統(tǒng)一和聯(lián)系起來接口電路的種類：常用的有8255可編程并行接口電路、8253可編程定時/計數(shù)電路等3）輸入/輸出設(shè)備及其接口電路84）總線微型計算機(jī)大多采用總線結(jié)構(gòu)，因為在微型計算機(jī)系統(tǒng)中，無論是各部件之間的信息傳送，還是處理器內(nèi)部信息的傳送，都是通過總線進(jìn)行的，系統(tǒng)中各功能部件之間的相互關(guān)系變?yōu)楦鱾€部件面向總線的單一關(guān)系。問題：什么是總線所謂總線，是連接多個功能部件或多個裝置的一組公共信號線，用作微機(jī)各部分傳遞信息所共同使用的“高速信息公路”。

按在系統(tǒng)中的不同位置，總線可以分為內(nèi)部總線和外部總線。內(nèi)部總線是CPU內(nèi)部各功能部件和寄存器之間的連線；外部總線是連接系統(tǒng)的總線，即連接CPU、存儲器和I/O接口的總線，又稱為系統(tǒng)總線。4）總線9解釋：三總線結(jié)構(gòu)按所傳送信息的不同類型，總線可以分為數(shù)據(jù)總線DB(DataBus)、地址總線AB(AddressBus)和控制總線CB(ControlBus)三種類型，通常稱微型計算機(jī)采用三總線結(jié)構(gòu)。①地址總線(AddressBus)

地址總線是微型計算機(jī)用來傳送地址信息的信號線。地址總線的位數(shù)決定了CPU可以直接尋址的內(nèi)存空間的大小。因為地址總是從CPU發(fā)出的，所以地址總線是單向的、三態(tài)總線。單向指信息只能沿一個方向傳送，三態(tài)指除了輸出高、低電平狀態(tài)外，還可以處于高阻抗?fàn)顟B(tài)（浮空狀態(tài)）。

解釋：三總線結(jié)構(gòu)10②數(shù)據(jù)總線(DataBus)

數(shù)據(jù)總線是CPU用來傳送數(shù)據(jù)信息的信號線（雙向、三態(tài)）。數(shù)據(jù)總線是雙向三態(tài)總線，即數(shù)據(jù)既可以從CPU送到其它部件，也可以從其它部件傳送給CPU，數(shù)據(jù)總線的位數(shù)和處理器的位數(shù)相對應(yīng)。③控制總線(ControlBus)控制總線是用來傳送控制信號的一組總線。這組信號線比較復(fù)雜，由它來實(shí)現(xiàn)CPU對外部功能部件（包括存儲器和I/O接口）的控制及接收外部傳送給CPU的狀態(tài)信號，不同的微處理器采用不同的控制信號?？刂瓶偩€的信號線，有的為單向，有的為雙向或三態(tài)，有的為非三態(tài)，取決于具體的信號線，但作為整體是雙向的，以雙向線表示。②數(shù)據(jù)總線(DataBus)112.微處理器、微型計算機(jī)與微型計算機(jī)系統(tǒng)三者之間的關(guān)系微處理器、微型計算機(jī)與微型計算機(jī)系統(tǒng)三者之間的關(guān)系如下：2.微處理器、微型計算機(jī)與微型計算機(jī)系統(tǒng)三者之間的關(guān)系123.軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類。系統(tǒng)軟件包括操作系統(tǒng)和系統(tǒng)實(shí)用程序。應(yīng)用軟件是用戶為解決各種實(shí)際問題而編制的程序。3.軟件系統(tǒng)132.1.2微型計算機(jī)的工作過程

我們已經(jīng)介紹了微型計算機(jī)的組成及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并且分析討論了作為微型計算機(jī)核心部件的CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在這一基礎(chǔ)上，討論微型計算機(jī)系統(tǒng)的工作過程。1．存儲程序計算機(jī)

(1)程序與指令指令就是能被計算機(jī)識別的并能執(zhí)行的基本操作命令，以二進(jìn)制代碼的形式出現(xiàn)的。程序就是實(shí)現(xiàn)既定任務(wù)的指令序列。(2)程序存儲把執(zhí)行一項信息處理任務(wù)的程序代碼，以字節(jié)為單位，按順序存放在存儲器的一段連續(xù)的存儲區(qū)域內(nèi)，這就是程序存儲的概念。2.1.2微型計算機(jī)的工作過程142.計算機(jī)工作過程的實(shí)質(zhì)計算機(jī)之所以能在沒有人直接干預(yù)的情況下，自動地完成各種信息處理任務(wù)，是因為人們事先為它編制了各種工作程序，計算機(jī)的工作過程，就是執(zhí)行程序的過程，包括取指令與執(zhí)行指令兩個基本階段。簡單地講，微型計算機(jī)系統(tǒng)的工作過程是取指令(代碼)→分析指令(譯碼)→執(zhí)行指令的不斷循環(huán)的過程。2.計算機(jī)工作過程的實(shí)質(zhì)152.28086/8088微處理器

2.2.18086/8088微處理器概述1．引言8086/8088微處理器是Intel公司推出的第三代CPU芯片，它們的內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本相同，都采用16位結(jié)構(gòu)進(jìn)行操作及存儲器尋址，但外部性能有所差異，兩種處理器都封裝在相同的40腳雙列直插組件（DIP）中。2．8086微處理器的一般性能特點(diǎn)：

16位的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，16位雙向數(shù)據(jù)信號線；

20位地址信號線，可尋址1M字節(jié)存儲單元；較強(qiáng)的指令系統(tǒng)；利用16位的地址總線來進(jìn)行I/O端口尋址，可尋址64K個I/O端口；2.28086/8088微處理器

2.2.18086/816中斷功能強(qiáng)，可處理內(nèi)部軟件中斷和外部中斷，中斷源可達(dá)256個；

單一的＋5V電源，單相時鐘5MHz。另外，Intel公司同期推出的Intel8088微處理器是一種準(zhǔn)16位微處理器，其內(nèi)部寄存器，內(nèi)部操作等均按16位處理器設(shè)計，與Intel8086微處理器基本上相同，不同的是其對外的數(shù)據(jù)線只有8位，目的是為了方便地與8位I/O接口芯片相兼容。中斷功能強(qiáng)，可處理內(nèi)部軟件中斷和外部中斷，中斷172.2.28086/8088的功能結(jié)構(gòu)及指令流水線1.8086/8088的功能結(jié)構(gòu)(又稱為編程結(jié)構(gòu)）如右圖所示是8086/8088CPU的內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)。從功能上來看，8086/8088CPU可分為兩部分，即總線接口部件BIU（BusInterfaceUnit）和執(zhí)行部件EU（ExecutionUnit）2.2.28086/8088的功能結(jié)構(gòu)及指令流水線18(1)執(zhí)行部件（EU）功能：負(fù)責(zé)指令的執(zhí)行。組成：包括①ALU(算術(shù)邏輯單元)、②通用寄存器組③標(biāo)志寄存器等，主要進(jìn)行8位及16位的各種運(yùn)算(2)總線接口部件（BIU）功能：負(fù)責(zé)與存儲器及I/O接口之間的數(shù)據(jù)傳送操作。具體來看，完成取指令送指令隊列，配合執(zhí)行部件的動作，從內(nèi)存單元或I/O端口取操作數(shù)，或者將操作結(jié)果送內(nèi)存單元或者I/O端口。組成：它由①段寄存器（DS、CS、ES、SS）、②16位指令指針寄存器IP（指向下一條要取出的指令代碼）、③20位地址加法器（用來產(chǎn)生20位地址）和④6字節(jié)（8088為4字節(jié)）指令隊列緩沖器組成。(1)執(zhí)行部件（EU）19(3)8086/8088BIU的特點(diǎn)①指令流隊列是一個內(nèi)部的存儲器陣列，類似一個先進(jìn)先出的倉庫。8086/8088的指令流隊列最多能保存分別為6/4個字節(jié)，且只要隊列出現(xiàn)2/1個空字節(jié)，同時EU也未要求BUI進(jìn)入存取操作數(shù)的總線周期，BIU便自動從內(nèi)存單元順序取指令字節(jié)，并填滿指令流隊列。若數(shù)據(jù)存取請求與預(yù)取指令請求同時發(fā)生，BIU將優(yōu)先處理數(shù)據(jù)存取操作，可以提高CPU的工作效率。②地址加法器用來產(chǎn)生20位物理地址。8086/8088可用20位地址尋址1M字節(jié)的內(nèi)存空間，而CPU內(nèi)部的寄存器都是16位，因此需要由一個附加的機(jī)構(gòu)來計算出20位的物理地址，這個機(jī)構(gòu)就是20位的地址加法器。例如：CS＝0FE00H，IP＝0400H，則表示要取指令代碼的物理地址為0FE400H。(3)8086/8088BIU的特點(diǎn)20(4)BIU與EU的動作協(xié)調(diào)原則：總線接口部件（BIU）和執(zhí)行部件（EU）按以下流水線技術(shù)原則協(xié)調(diào)工作，共同完成所要求的信息處理任務(wù)：①每當(dāng)8086的指令隊列中有兩個空字節(jié)，或8088的指令隊列中有一個空字節(jié)時，BIU就會自動把指令取到指令隊列中。其取指的順序是按指令在程序中出現(xiàn)的前后順序。②每當(dāng)EU準(zhǔn)備執(zhí)行一條指令時，它會從BIU部件的指令隊列前部取出指令的代碼，然后用幾個時鐘周期去執(zhí)行指令。在執(zhí)行指令的過程中，如果必須訪問存儲器或者I／O端口，那么EU就會請求BIU，進(jìn)入總線周期，完成訪問內(nèi)存或者I／O端口的操作；如果此時BIU正好處于空閑狀態(tài)，會立即響應(yīng)EU的總線請求。如BIU正將某個指令字節(jié)取到指令隊列中，則BIU將首先完成這個取指令的總線周期，然后再去響應(yīng)EU發(fā)出的訪問總線的請求。(4)BIU與EU的動作協(xié)調(diào)原則：21③當(dāng)指令隊列已滿，且EU又沒有總線訪問請求時，BIU便進(jìn)入空閑狀態(tài)。④在執(zhí)行轉(zhuǎn)移指令、調(diào)用指令和返回指令時，由于待執(zhí)行指令的順序發(fā)生了變化，則指令隊列中已經(jīng)裝入的字節(jié)被自動消除，BIU會接著往指令隊列裝入轉(zhuǎn)向的另一程序段中的指令代碼。從上述BIU與EU的動作管理原則中，不難看出，它們兩者的工作是不同步的，正是這種既相互獨(dú)立又相互配合的關(guān)系，使得8086/8088可以在執(zhí)行指令的同時，進(jìn)行取指令代碼的操作，也就是說BIU與EU是一種并行工作方式，改變了以往計算機(jī)取指令→譯碼→執(zhí)行指令的串行工作方式，大大提高了工作效率，這正是8086/8088獲得成功的原因之一。

③當(dāng)指令隊列已滿，且EU又沒有總線訪問請求時，B228086/8088CPU80286CPU80386CPU主要性能

8086CPU為典型的16位CPU，具有16位內(nèi)部DB和16位外部DB，8088也具有16位內(nèi)部DB但外DB只有8位，故稱為準(zhǔn)16位機(jī)，其他方面幾乎完全相同。40條引腳，20位地址總線（AB）可尋址1MB的內(nèi)存地址空間和64KB的I/O地址空間，工作方式為實(shí)地址方式

比8086/8088更先進(jìn)的16位CPU，有68個引腳，分開設(shè)置16條數(shù)據(jù)線和24條地址線，具有存儲器管理和保護(hù)機(jī)構(gòu)，采用分段的方法管理存儲器，有兩種工作方式：實(shí)地址和虛地址。

32位CPU，132條引腳，DB和AB各32條，有3種工作方式：實(shí)地址、虛地址和虛擬8086方式

2、8086/8088、80286、80386CPU對比表8086/8088CPU80286CPU80386C238086/80888028680386功能結(jié)構(gòu)

兩部分：執(zhí)行部件EU和總線接口部件BIUEU包括：ALU（算術(shù)邏輯單元）、16位標(biāo)志寄存器、寄存器陣列、指令譯碼器及控制電路BIU包括：4個16位段寄存器、一個16位指令指針、一個地址加法器、一個指令流隊列和總線控制電路

四個部分：EU、AU、IU、BIUAU：地址部件，包括物理地址發(fā)生器、段寄存器、段描述符高速緩沖存儲器等IU：指令部件，包括指令譯碼器和已譯碼指令隊列EU：包括ALU及標(biāo)志寄存器、通用寄存器陣列（用來暫存操作數(shù)和運(yùn)算結(jié)果）和控制電路等BIU：包括總線接口電路、預(yù)取器和6字節(jié)的預(yù)取隊列每個部件都可與其他部件異步并行操作

六個部分：總線接口部件指令預(yù)取部件指令譯碼部件執(zhí)行部件分段部件分頁部件8086/8088802868038243.80386CPU基本寄存器包括4個32位通用寄存器、2個32位變址寄存器、3個32位指針寄存器、6個16位段寄存器和1個32位標(biāo)志寄存器，它們組成了一個基本寄存器集。①通用寄存器（EAX、EBX、ECX、EDX）②變址寄存器（ESI、EDI）③指針寄存器（EBP、ESP、EIP）④段寄存器（CS、DS、SS、ES、FS、GS）使用約定表3.80386CPU基本寄存器25約定表如下：約定表如下：26⑤標(biāo)志寄存器（EFLAGS）其為32位寄存器，有6位狀態(tài)標(biāo)志、3位控制標(biāo)志、2位保護(hù)方式標(biāo)志及兩個新增的標(biāo)志。⑤標(biāo)志寄存器27a.狀態(tài)標(biāo)志：6個狀態(tài)標(biāo)志表示前一步操作（如加、減等）執(zhí)行以后，ALU所處的狀態(tài)，后續(xù)操作可以根據(jù)這些狀態(tài)標(biāo)志進(jìn)行判斷，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)移。

（0）CF—進(jìn)位標(biāo)志位，做加法時最高位出現(xiàn)進(jìn)位或做減法時最高位出現(xiàn)借位，該位置1，反之為0。

（2）PF—奇偶標(biāo)志位，當(dāng)運(yùn)算結(jié)果的低8位中l(wèi)的個數(shù)為偶數(shù)時，則該位置1，反之為0。

（4）AF—半進(jìn)位標(biāo)志位，做字節(jié)加法時，當(dāng)?shù)退奈挥邢蚋咚奈坏倪M(jìn)位，或在做減法時，低四位有向高四位的借位時，該標(biāo)志位就置1。

（6）ZF—零標(biāo)志位，運(yùn)算結(jié)果為0時，該標(biāo)志位置1，否則清0。a.狀態(tài)標(biāo)志：6個28（7）SF—符號標(biāo)志位，當(dāng)運(yùn)算結(jié)果的最高位為1，該標(biāo)志位置1，否則清0。即與運(yùn)算結(jié)果的最高位相同。

（11）OF—溢出標(biāo)志位，OF溢出的判斷方法如下：加法運(yùn)算：若兩個加數(shù)的最高位為0，而和的最高位為1，則產(chǎn)生上溢出；若兩個加數(shù)的最高位為1，而和的最高位為0，則產(chǎn)生下溢出；兩個加數(shù)的最高位不相同時，不可能產(chǎn)生溢出。減法運(yùn)算：若被減數(shù)的最高位為0，減數(shù)的最高位為1，而差的最高位為1，則產(chǎn)生上溢出；若被減數(shù)的最高位為1，減數(shù)的最高位為0，而差的最高位為0，則產(chǎn)生下溢出；被減數(shù)及減數(shù)的最高位相同時，不可能產(chǎn)生溢出。

（7）SF—符號標(biāo)志位，當(dāng)運(yùn)算結(jié)果的最高位為1，該標(biāo)志位置29如果所進(jìn)行的運(yùn)算是帶符號數(shù)的運(yùn)算，則溢出標(biāo)志恰好能夠反映運(yùn)算結(jié)果是否超出了8位或16位帶符號數(shù)所能表達(dá)的范圍，即字節(jié)運(yùn)算大于十127或小于－128時，字運(yùn)算大于十32767或小于－32768時，該位置1，反之為0。

舉例：CF＝0、AF＝1、PF＝1、ZF＝0、SF＝1、OF＝1（兩正數(shù)相加結(jié)果為負(fù)）一般來講，不是每次運(yùn)算后所有的標(biāo)志都改變，只是在某些操作之后，才對其中某個標(biāo)志進(jìn)行檢查。

0101010000111001＋

01000101011010101001100110100011如果所進(jìn)行的運(yùn)算是帶符號數(shù)的運(yùn)算，則溢出標(biāo)志恰30b.控制標(biāo)志控制標(biāo)志可以通過指令人為設(shè)置，用以對某一種特定的功能起控制作用（如中斷屏蔽等），反映了人們對微機(jī)系統(tǒng)工作方式的可控制性。與8086/8088、80286兼容的控制標(biāo)志位3個

（8）TF—陷阱標(biāo)志位(單步標(biāo)志位、跟蹤標(biāo)志)，當(dāng)該位置1時，將進(jìn)入單步工作方式，通常用于程序的調(diào)試。

（9）IF—中斷允許標(biāo)志位，若該位置1，則處理器可以響應(yīng)可屏蔽中斷，否則就不能響應(yīng)可屏蔽中斷。

（10）DF—方向標(biāo)志位，若該位置1，則串操作指令的地址修改為自動減量方向，反之，為自動增量方向。b.控制標(biāo)志31保護(hù)方式標(biāo)志只在保護(hù)方式下有效，8086仿真方式（實(shí)方式）下無效，可用程序來設(shè)置以便控制處理器的運(yùn)行，也屬控制標(biāo)志（13、12）IOPL—輸入/輸出特權(quán)級標(biāo)志，占用兩位二進(jìn)制位，四個狀態(tài)來確定需要執(zhí)行的I/O操作的特權(quán)級。當(dāng)為00時，表示特權(quán)級最高，當(dāng)為11時，表示特權(quán)級最低。若當(dāng)前特權(quán)級在數(shù)值上小于或等于IOPL（高于等于），I/O指令可以執(zhí)行，否則，便產(chǎn)生一個保護(hù)異常。（14）NT—嵌套任務(wù)標(biāo)志，若為0，表明發(fā)生中斷或執(zhí)行調(diào)用指令時無任務(wù)切換。若為1，表明發(fā)生中斷或執(zhí)行調(diào)用指令時有任務(wù)切換。保護(hù)方式標(biāo)志32c.80386新增的控制標(biāo)志：2個（16）RF—重新啟動標(biāo)志，又稱調(diào)整恢復(fù)標(biāo)志，若為0，調(diào)試故障被接受并應(yīng)答。若為1，調(diào)試故障被忽略。（17）VM—虛擬8086方式標(biāo)志，

若為0，處理器在一般方式下運(yùn)行若為1，處理器在虛擬8086方式下運(yùn)行c.80386新增的控制標(biāo)志：2個332.2.38086/8088的存儲器組織1.存儲容量8088/8086有20根地址總線，因此，它可以直接尋址的存儲器單元數(shù)為220=1Mbyte2.物理地址8088/8086可直接尋址1Mbyte的存儲空間，其地址區(qū)域為00000H—FFFFFH，與存儲單元一一對應(yīng)的20位地址，我們稱之為存儲單元的物理地址。3.存儲器的分段及段地址由于CPU內(nèi)部的寄存器都是16位的，為了能夠提供20位的物理地址，系統(tǒng)中采用了存儲器分段的方法。規(guī)定存儲器的一個段為64KB，由段寄存器來確定存儲單元的段地址，由指令提供該單元相對于相應(yīng)段起始地址的16位偏移量。這樣，系統(tǒng)的整個存儲空間可分為16個互不重疊的邏輯段。2.2.38086/8088的存儲器組織34如下圖所示，系統(tǒng)的整個存儲空間可分為16個互不重疊的邏輯段，存儲器的每個段的容量為64KB，并允許在整個存儲空間內(nèi)浮動，非常靈活。存儲空間段結(jié)構(gòu)分段邏輯結(jié)構(gòu)如下圖所示，系統(tǒng)的整個存儲空間可分為16個互不重疊354.偏移地址偏移地址是某存儲單元相對其所在段起始位置的偏移字節(jié)數(shù)，或簡稱偏移量。它是一個16位的地址，根據(jù)指令的不同，它可以來自于CPU中不同的16位寄存器（IP、SP、BP、SI、DI、BX等）。5.邏輯地址與物理地址的形成段基址和段內(nèi)偏移稱為邏輯地址，寫成段基址：偏移地址的形式。物理地址是由段地址與偏移地址共同決定的，段地址來自于段寄存器（CS、DS、ES、SS），是十六位地址，由段地址及偏移地址計算物理地址的表達(dá)式如下：物理地址=段基址×16+偏移地址4.偏移地址36例如：系統(tǒng)啟動后，指令的物理地址由CS的內(nèi)容與IP的內(nèi)容共同決定，由于系統(tǒng)啟動的CS=0FFFFH，IP=0000H，所以初始指令的物理地址為0FFFF0H，我們可以在0FFFF0H單元開始的幾個單元中，固化一條無條件轉(zhuǎn)移指令的代碼，即轉(zhuǎn)移到系統(tǒng)初始化程序部分。例如：系統(tǒng)啟動后，指令的物理地址由CS的內(nèi)容與IP的376.特殊的內(nèi)存區(qū)域8088/8086系統(tǒng)中，有些內(nèi)存區(qū)域的作用是固定的，用戶不能隨便使用，如：①中斷矢量區(qū)：00000H—003FFH共1K字節(jié)，用以存放256種中斷類型的中斷矢量，每個中斷矢量占用4個字節(jié)，共256×4=1024=1K②

顯示緩沖區(qū)：B0000H—B0F9FH約4000（25×80×2）字節(jié)，是單色顯示器的顯示緩沖區(qū)，存放文本方式下，所顯示字符的ASCII碼及屬性碼；B8000H—BBF3FH約16K字節(jié)，是彩色顯示器的顯示緩沖區(qū)，放圖形方式下，屏幕顯示象素的代碼。③啟動區(qū)：0FFFF0H—0FFFFFH共16個單元，用以存放一條無條件轉(zhuǎn)移指令的代碼，轉(zhuǎn)移到系統(tǒng)的初始化部分。

6.特殊的內(nèi)存區(qū)域382.2.48086/8088微處理器的外部引腳及其功能

1．8086/8088CPU的兩種工作模式為了適應(yīng)各種使用場合，在設(shè)計8088/8086CPU芯片時，就考慮了其應(yīng)能夠使它工作在兩種模式下，即最小模式與最大模式。所謂最小模式，就是系統(tǒng)中只有一個8088/8086微處理器，在這種情況下，所有的總線控制信號，都是直接由8088/8086CPU產(chǎn)生的，系統(tǒng)中的總線控制邏輯電路被減到最少，該模式適用于規(guī)模較小的微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。最大模式是相對于最小模式而言的，最大模式用在中、大規(guī)模的微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，在最大模式下，系統(tǒng)中至少包含兩個微處理器，其中一個為主處理器，即8086/8086CPU，其它的微處理器稱之為協(xié)處理器，它們是協(xié)助主處理器工作的。2.2.48086/8088微處理器的外部引腳及其功能139與8088/8086CPU配合工作的協(xié)處理器有兩類，一類是數(shù)值協(xié)處理器8087另一類是輸入/輸出協(xié)處理器8089。

8087是一種專用于數(shù)值運(yùn)算的協(xié)處理器，它能實(shí)現(xiàn)多種類型的數(shù)值運(yùn)算以大大提高主處理器的運(yùn)行速度。8089協(xié)處理器它有一套專門用于輸入/輸出操作的指令系統(tǒng)，它可以直接為輸入/輸出設(shè)備服務(wù)，使主處理器不再承擔(dān)這類工作。在系統(tǒng)中增加8089協(xié)處理器之后，會明顯提高主處理器的效率，尤其是在輸入/輸出操作比較頻繁的系統(tǒng)中。與8088/8086CPU配合工作的協(xié)處理器有兩402．8086/8088CPU的引腳信號和功能(1).引言如圖1-12所示，是8088CPU的外部結(jié)構(gòu)，即引腳信號圖，注意：在不同的工作模式下，其中一部分引腳的名稱和功能可能不一致。2．8086/8088CPU的引腳信號和功能418088/8086CPU芯片都是雙列直插式集成電路芯片，都有40個引腳，其中32個引腳在兩種工作模式下的名稱和功能是相同的，還有8個引腳在不同的工作模式下，具有不同的名稱和功能。下面，我們來介紹8088CPU引腳的輸入/輸出信號及其功能(2).兩種模式下，名稱和功能相同的32個引腳VCC、GND：電源、接地引腳(3個),8088/8086CPU采用單一的+5V電源，但有兩個接地引腳。AD0—AD7（AddressDataBus）:地址/數(shù)據(jù)復(fù)用信號輸入/輸出引腳(8個),分時輸出8位地址信號及進(jìn)行數(shù)據(jù)信號的輸入/輸出。

A8—A15,，地址輸出，三態(tài)。8088/8086CPU芯片都是雙列直插式集成電路芯42

A19/s6—A15/s3（AddressStatusBus）:地址/狀態(tài)復(fù)用信號輸出引腳(4個),分時輸出地址的高4位及狀態(tài)信息，其中s6為0用以指示8086/8088CPU當(dāng)前與總線連通；s5為1表明8086/8088CPU可以響應(yīng)可屏蔽中斷；s4、s3共有四個組態(tài)，用以指明當(dāng)前使用的段寄存器，00—ES，01—SS，10—CS或不使用，11—DS。NMI(Non-MaskableInterrupt)、INTR（InterruptRequest）:中斷請求信號輸入引腳(2)，引入中斷源向CPU提出的中斷請求信號，高電平有效，前者為非屏蔽中斷請求，后者為可屏蔽中斷請求信號。

（Read）:讀控制輸出信號引腳(1)，低電平有效，用以指明要執(zhí)行一個對內(nèi)存單元或I/O端口的讀操作，具體是讀內(nèi)存單元，還是讀I/O端口，取決于M/IO控制信號。A19/s6—A15/s3（Address43CLK(Clock）：時鐘信號輸入引腳(1)，時鐘信號的方波信號，8088的時鐘頻率（又稱為主頻）為4.77MHz，即從該引腳輸入的時鐘信號的頻率為4.77MHz。Reset(Reset):復(fù)位信號輸入引腳(1)，高電平有效。8088/8086CPU要求復(fù)位信號至少維持4個時鐘周期才能起到復(fù)位的效果，復(fù)位信號輸入之后，CPU結(jié)束當(dāng)前操作，并對處理器的標(biāo)志寄存器、IP、DS、SS、ES寄存器及指令隊列進(jìn)行清零操作，而將CS設(shè)置為0FFFFH。READY（Ready）:“準(zhǔn)備好”狀態(tài)信號輸入引腳(1)，高電平有效，“Ready”輸入引腳接收來自于內(nèi)存單元或I/O端口向CPU發(fā)來的“準(zhǔn)備好”狀態(tài)信號，表明內(nèi)存單元或I/O端口已經(jīng)準(zhǔn)備好進(jìn)行讀寫操作。該信號是協(xié)調(diào)CPU與內(nèi)存單元或I/O端口之間進(jìn)行信息傳送的聯(lián)絡(luò)信號。CLK(Clock）：時鐘信號輸入引腳(1)，時鐘信44（Minimum/MaximumModelControl）最小/最大模式設(shè)置信號輸入引腳(1)，該輸入引腳電平的高、低決定了CPU工作在最小模式還是最大模式，當(dāng)該引腳接+5V時，CPU工作于最小模式下，當(dāng)該引腳接地時，CPU工作于最大模式下。(3).最小模式下的24--31引腳當(dāng)8088/8086CPU的引腳固定接+5V時，CPU處于最小模式下，這時候剩余的引腳的名稱及功能如下：/SS0:系統(tǒng)狀態(tài)信號輸出引腳(1個)，與和信號決定最小模式下當(dāng)前總線周期的狀態(tài)，三者的組合所表示的處理器操作見下表。（Min45

性能100中斷響應(yīng)101讀I/O端口110寫I/O端口111暫停（Halt）000取指令操作碼001讀存儲器010寫存儲器011無作用

46（InterruptAcknowledge）中斷響應(yīng)信號輸出引腳(1)，低電平有效，該引腳是CPU響應(yīng)中斷請求后，向中斷源發(fā)出的認(rèn)可信號，用以通知中斷源，以便提供中斷類型碼，該信號為兩個連續(xù)的負(fù)脈沖。ALE（AddressLockEnable）:地址鎖存允許輸出信號引腳(1)，高電平有效，CPU通過該引腳向地址鎖存器8282/8283發(fā)出地址鎖存允許信號，把當(dāng)前地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線上輸出的是地址信息，鎖存到地址鎖存器8282/8283中去。注意：ALE信號不能被浮空。微型計算機(jī)基礎(chǔ)課件47（DataEnable）:數(shù)據(jù)允許輸出信號引腳，低電平有效，為總線收發(fā)器8286提供一個控制信號，表示CPU當(dāng)前準(zhǔn)備發(fā)送或接收一項數(shù)據(jù)。（DataTransmit/Receive）:數(shù)據(jù)收發(fā)控制信號輸出引腳(1)，CPU通過該引腳發(fā)出控制數(shù)據(jù)傳送方向,在使用8286/8287作為數(shù)據(jù)總線收發(fā)器時，信號用以控制數(shù)據(jù)傳送的方向，當(dāng)該信號為高電平時，表示數(shù)據(jù)由CPU經(jīng)總線收發(fā)器8286/8287輸出，否則，數(shù)據(jù)傳送方向相反

（DataEnable）:數(shù)據(jù)允許輸出信48（Memory/Input&Output）:存儲器/I/O端口選擇信號輸出引腳(1),這是CPU區(qū)分進(jìn)行存儲器訪問還是I/O訪問的輸出控制信號。當(dāng)該引腳輸出高電平時，表明CPU要進(jìn)行I/O端口的讀寫操作，低位地址總線上出現(xiàn)的是I/O端口的地址；當(dāng)該引腳輸出低電平時，表明CPU要進(jìn)行存儲器的讀寫操作，地址總線上出現(xiàn)的是訪問存儲器的地址。

(Write):寫控制信號輸出引腳(1)，低電平有效，與配合實(shí)現(xiàn)對存儲單元、I/O端口所進(jìn)行的寫操作控制。

(Test):測試信號輸入引腳(1)，低電平有效,TEST信號與WAIT指令結(jié)合起來使用，CPU執(zhí)行WAIT指令后，處于等待狀態(tài)，當(dāng)TEST引腳輸入低電平時，系統(tǒng)脫離等待狀態(tài)，繼續(xù)執(zhí)行被暫停執(zhí)行的指令。（Memory/Input&Outpu49

HOLD(HoldRequest):總線保持請求信號輸入引腳(1)，高電平有效。這是系統(tǒng)中的其它總線部件向CPU發(fā)來的總線請求信號輸入引腳。HLDA（HoldAcknowledge）:總線保持響應(yīng)信號輸出引腳，高電平有效，表示CPU認(rèn)可其他總線部件提出的總線占用請求，準(zhǔn)備讓出總線控制權(quán)。

(4)最大模式下的引腳當(dāng)8088/8086CPU的引腳固定接地時，CPU處于最大模式下，這時候剩余的24—31共8個引腳的名稱及功能如下：①

QS1、QS0（InstructionQueueStatus）:指令隊列狀態(tài)信號輸出引腳(2),HOLD(HoldRequest):總線50這兩個信號的組合給出了前一個T狀態(tài)中指令隊列的狀態(tài)，以便于外部8088/8086CPU內(nèi)部指令隊列的動作跟蹤，如下表示：00無操作01從指令隊列的第一個字節(jié)取走代碼10隊列為空11除第一個字節(jié)外，還取走了后續(xù)字節(jié)中的代碼性能這兩個信號的組合給出了前一個T狀態(tài)中指令隊列的狀態(tài)，051②/S2、/S1、/S0：總線周期狀態(tài)信號輸出引腳(3)，低電平的信號輸出端，這些信號組合起來，可以指出當(dāng)前總線周期中，所進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸過程的類型，總線控制器8288利用這些信號來產(chǎn)生對存儲單元、I/O端口的控制信號。/S2、/S1、/S0代碼組合及對應(yīng)的操作，如下表所示。表/S2—/S0的狀態(tài)編碼性能000中斷響應(yīng)001讀I/O端口010寫I/O端口011暫停11100取指101讀存儲器110寫存儲器111無作用②/S2、/S1、/S0：總線周期狀態(tài)信號輸出引腳(3)52(Lock)：總線封鎖輸出信號引腳(1)，低電平有效，當(dāng)該引腳輸出低電平時，系統(tǒng)中其它總線部件就不能占用系統(tǒng)總線。信號是由指令前綴LOCK產(chǎn)生的，在LOCK前綴后面的一條指令執(zhí)行完畢之后，便撤消信號。、(Request/Grant)：總線請求信號輸入/總線允許信號輸出引腳(2)。這兩個引腳都是雙向的，請求與應(yīng)答信號在同一引腳上分時傳輸，方向相反；這兩個信號端可供CPU以外的兩個處理器，用來發(fā)出使用總線的請求信號和接收CPU對總線請求信號的應(yīng)答。其中比的優(yōu)先級高。HIGH：在最大模式下始終為高電平輸出。

(Lock)：總線封鎖輸出信號引腳(1)，53(4)相關(guān)問題的說明1、除了個別引腳外，8088/8086的控制信號引腳的定義是一致的，有差別的是，8088的第28腳為，8086為，主要是為了使前者能與8位微處理器8080/8085相兼容的緣故。8088的第34引腳為，8086為/S7，這是因為8086有16根數(shù)據(jù)線，可以用高、低8位總線分別進(jìn)行一個字節(jié)的傳送，也可以同時進(jìn)行兩個字節(jié)的傳送，正是為了指明這幾類操作而設(shè)置的，而8088的數(shù)據(jù)線只有8根，就不存在這一要求，因此就不需要引腳了。2、8088/8086的數(shù)據(jù)線與地址線、狀態(tài)線是分時復(fù)用的，即在某一時刻，總線上出現(xiàn)的是輸出地址信息，在另一時刻，總線上是所需讀、寫的數(shù)據(jù)信息，或狀態(tài)信息。(4)相關(guān)問題的說明54

3、Reset引腳是復(fù)位信號輸入端，系統(tǒng)啟動、或在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，CPU在接收到Reset信號后，會使系統(tǒng)復(fù)位。復(fù)位后，CPU處于如下狀態(tài)：CPU的標(biāo)志寄存器、指令指針寄存器IP、段寄存器DS、ES、SS和指令隊列均被清零，代碼段寄存器CS被置為0FFFFH，CPU將從0FFFF0H處開始執(zhí)行指令。4、CPU與內(nèi)存、I/O端口之間在時間上的匹配主要靠“READY”信號。5、信號與（或）配合使用，指明從內(nèi)存或者I/O端口讀信息6、高4位地址線與狀態(tài)線分時復(fù)用，在T1狀態(tài)，輸出地址信息，在其余狀態(tài)，輸出狀態(tài)信息。3、Reset引腳是復(fù)位信號輸入端，系統(tǒng)啟動55(6)8086/8088CPU的引腳分類8086/8088CPU的40個引腳可以分成下列幾大類：（1）數(shù)據(jù)/地址復(fù)用線、地址線、地址/狀態(tài)復(fù)用線――AD0~AD7、A8~A15、A16~A19/S3~S6；（2）常規(guī)信號――GND（2個）、、CLK；（3）常用信號――ALE、、、；（4）中斷――INTR、NMI、；（5）、READY、RESET；（6）HOLD、HLDA；（7）（8086）（8088）、、、。(6)8086/8088CPU的引腳分類562.2.58086/8088CPU典型時序分析一、

相關(guān)的基本概念1.

什么是時序

時序是計算機(jī)操作運(yùn)行的時間順序。2.指令周期、總線周期及時鐘周期

微機(jī)系統(tǒng)的工作，必須嚴(yán)格按照一定的時間關(guān)系來進(jìn)行，CPU定時所用的周期有三種，即指令周期、總線周期和時鐘周期。(1).指令周期

一條指令從其代碼被從內(nèi)存單元中取出到其所規(guī)定的操作執(zhí)行完畢，所用的時間，稱為相應(yīng)指令的指令周期。

2.2.58086/8088CPU典型時序分析57由于指令的類型、功能不同，因此，不同指令所要完成的操作也不同，相應(yīng)地，其所需的時間也不相同。也就是說，指令周期的長度因指令的不同而不同。(2).時鐘周期時鐘周期是微機(jī)系統(tǒng)工作的最小時間單元，它取決于系統(tǒng)的主頻率，系統(tǒng)完成任何操作所需要的時間，均是時鐘周期的整數(shù)倍。時鐘周期又稱為T狀態(tài)。

時鐘周期是基本定時脈沖的兩個沿之間的時間間隔，而基本定時脈沖是由外部振蕩器產(chǎn)生的，通過CPU的CLK輸入端輸入，基本定時脈沖的頻率，我們稱之為系統(tǒng)的主頻率。一個基本的總線周期由4個T狀態(tài)組成，我們分別稱為4個狀態(tài)，在每個T狀態(tài)下，CPU完成不同的動作。由于指令的類型、功能不同，因此，不同指令所要完成的操58(3).總線周期我們把CPU通過總線與內(nèi)存或I/O端口之間，進(jìn)行一個字節(jié)數(shù)據(jù)交換所進(jìn)行的操作，稱為一次總線操作，相應(yīng)于某個總線操作的時間即為總線周期。雖然，每條指令的功能不同，所需要進(jìn)行的操作也不同，指令周期的長度也必不相同。但是，我們可以對不同指令所需進(jìn)行的操作進(jìn)行分解，它們又都是由一些基本的操作組合而成的。如存儲器的讀/寫操作、I/O端口的讀/寫操作、中斷響應(yīng)等，這些基本的操作都要通過系統(tǒng)總線實(shí)現(xiàn)對內(nèi)存或I/O端口的訪問的。不同的指令所要完成的操作，是由一系列的總線操作組合而成的，而總線操作的數(shù)量及排列順序因指令的不同而不同。8088的總線操作，就是8088CPU利用總線（AB、DB、CB）與內(nèi)存及I/O端口進(jìn)行信息交換的過程，與這些過程相對應(yīng)的總線上的信號變化的相對時間關(guān)系，就是相應(yīng)總線操作的時序。(3).總線周期593.8086/8088微機(jī)系統(tǒng)的主要操作8086/8088微機(jī)系統(tǒng)，能夠完成的操作有下列幾種主要類型：

系統(tǒng)的復(fù)位與啟動操作；

暫停操作；

總線操作；（I/O讀、I/O寫、存貯器讀、存貯器寫）

中斷操作；

最小模式下的總線保持；

最大模式下的總線請求/允許。

3.8086/8088微機(jī)系統(tǒng)的主要操作60二、

典型的8088時序分析

1．最小模式下的典型時序CPU為了與存貯器或I/O端口進(jìn)行一個字節(jié)的數(shù)據(jù)交換，需要執(zhí)行一次總線操作，按數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较騺矸?，可將總線操作分為讀操作和寫操作兩種類型；按照讀/寫的不同對象，總線操作又可分為存貯器讀/寫與I/O讀/寫操作，下面我們就最小模式下的總線讀/寫操作時序，來進(jìn)行具體分析。二、典型的8088時序分析61(1).最小模式下的總線讀操作時序一個最基本的讀周期包含有4個狀態(tài)，即、、、，必要時可插入1個或幾個。

狀態(tài)①有效，用來指出本次讀周期是存貯器讀還是I/O讀，它一直保持到有效。②20位地址線信號有效，由高4位通過地址/狀態(tài)線送出，和低8位通過地址/數(shù)據(jù)線送出，用來指出操作對象的地址，即存貯器單元地址或I/O端口地址。③ALE有效，在最小模式的系統(tǒng)配置中我們講過，地址信號通過地址鎖存器8282鎖存，ALE即為8282的鎖存信號，下降沿有效。

(1).最小模式下的總線讀操作時序62當(dāng)系統(tǒng)中配有總線驅(qū)動器時，使變低，用來表示本周期為讀周期，并通知總線驅(qū)動器接收數(shù)據(jù)（）

狀態(tài)⑤高四位地址/狀態(tài)線送出狀態(tài)信息，。⑥低8位地址/數(shù)據(jù)線浮空，為下面?zhèn)魉蛿?shù)據(jù)準(zhǔn)備。⑦有效，表示要對存貯器/I/O端口進(jìn)行讀。⑧有效，使得總線收發(fā)器（驅(qū)動器）可以傳輸數(shù)據(jù)（）

微型計算機(jī)基礎(chǔ)課件63

狀態(tài)

從存貯器/I/O端口讀出的數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線。

狀態(tài)

若存貯器或外設(shè)速度較慢，不能及時送上數(shù)據(jù)，則通過READY線通知CPU，CPU在的前沿（即結(jié)束末的下降沿）檢測READY，若發(fā)現(xiàn)READY＝0，則在結(jié)束后自動插入1個或幾個，并在每個的前沿處檢測READY，等到READY變高后，則自動脫離進(jìn)入。

狀態(tài)64

狀態(tài)

在與（或）的交界處（下降沿），采集數(shù)據(jù)，使各控制及狀態(tài)線進(jìn)入無效。

狀態(tài)65(2).最小模式下的總線寫操作時序

時序如圖所示，最基本的總線寫周期也包括四個狀態(tài)必要時插入。

(2).最小模式下的總線寫操作時序66

T1狀態(tài)基本上同讀周期，只有此時為高不是低。T2狀態(tài)與讀周期有兩點(diǎn)不同：變成；

AD0~AD7不是浮空，而是發(fā)出要寫入存貯器/I/O端口的數(shù)據(jù)。

T3狀態(tài)、TW狀態(tài)、T4狀態(tài)三個狀態(tài)同讀周期。已完成CPU→存貯器/I/O端口的數(shù)據(jù)傳送，使數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)無效，同時，使各控制與狀態(tài)信號無效。T1狀態(tài)67

(3).中斷響應(yīng)周期(對可屏蔽中斷)波形圖如圖所示，由兩個連續(xù)的總線周期所組成。說明：①要求INTR信號是一個高電平信號，并且維持兩個T，因為CPU在一條指令的最后一個T采樣INTR，進(jìn)入中斷響應(yīng)后，它在第一個周期的T1仍需采樣INTR。

(3).中斷響應(yīng)周期(對可屏蔽中斷)68②在最小模式下，中斷應(yīng)答信號來自8086的引腳③第一個總線周期通過用來通知外設(shè)，CPU準(zhǔn)備響應(yīng)中斷，第二個總線周期通過通知外設(shè)送中斷類型碼，該類型碼通過數(shù)據(jù)總線的低8位傳送，來自中斷源。CPU據(jù)此轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)子程序。④在中斷響應(yīng)期間，為低，數(shù)據(jù)/地址線浮空，數(shù)據(jù)/狀態(tài)線浮空。在兩個中斷響應(yīng)周期之間可安排2～3個空閑周期（8086）或沒有（8088）。

②在最小模式下，中斷應(yīng)答信號來自8086的引69(4).系統(tǒng)的復(fù)位和啟動操作（對最大小模式都一樣）8086/8088的復(fù)位和啟動操作，是通過RESET引腳上的觸發(fā)信號來執(zhí)行的，當(dāng)RESET引腳上有高電平時，CPU就結(jié)束當(dāng)前操作，進(jìn)入初始化（復(fù)位）過程，包括把各內(nèi)部寄存器（除CS）清0，標(biāo)志寄存器清0，指令隊列清0，將FFFFH送CS。重新啟動后，系統(tǒng)從FFFF0H開始執(zhí)行指令。重新啟動的動作是當(dāng)RESET從高到低跳變時觸發(fā)CPU內(nèi)部的一個復(fù)位邏輯電路，經(jīng)過7個T狀態(tài)，CPU即自動啟動。要注意的是，由于在復(fù)位操作時，標(biāo)志寄存器被清0，因此其中的中斷標(biāo)志IF也被清0，這樣就阻止了所有的可屏蔽中斷請求，都不能響應(yīng)，即復(fù)位以后，若需要必需用開中斷指令來重新設(shè)置IF標(biāo)志。(4).系統(tǒng)的復(fù)位和啟動操作（對最大小模式都一樣）70第二章微型計算機(jī)基礎(chǔ)2.1微型計算機(jī)基本結(jié)構(gòu)微型計算機(jī)又稱為PC機(jī)，由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成。第二章微型計算機(jī)基礎(chǔ)2.1微型計算機(jī)基本結(jié)構(gòu)712.1.1微型計算機(jī)的概念結(jié)構(gòu)如圖所示，是微型計算機(jī)的典型組成結(jié)構(gòu)示意圖，從圖中我們可以看出，微型計算機(jī)由微處理器CPU①、一定容量的內(nèi)部存儲器（包括②ROM、RAM）、③輸入/輸出接口電路組成。各功能部件之間通過④總線有機(jī)地連接在一起，其中微處理器是整個微型計算機(jī)的核心部件。2.1.1微型計算機(jī)的概念結(jié)構(gòu)721.硬件系統(tǒng)1）微處理器（centralprocessingunite)簡稱為CPU，又名中央處理器和中央處理單元用途：解釋指令并進(jìn)行運(yùn)算指標(biāo)：能否超頻、工作溫度組成：運(yùn)算器、控制器、（CPU內(nèi)部）寄存器組運(yùn)算器：用于完成數(shù)據(jù)的算術(shù)和邏輯運(yùn)算控制器：通常由指令寄存器、指令譯碼器和控制電路組成（CPU內(nèi)部）寄存器組：暫存參加運(yùn)算的操作數(shù)和運(yùn)算結(jié)果分為專用寄存器和通用寄存器工作原理：猶如一個工廠系統(tǒng)中的生產(chǎn)車間對產(chǎn)品的加工過程1.硬件系統(tǒng)732）存儲器（又叫內(nèi)存或主存）組成：通常由CPU之外的半導(dǎo)體存儲器芯片組成用途：存放程序、原始操作數(shù)、運(yùn)算的中間結(jié)果數(shù)據(jù)、最終結(jié)果數(shù)據(jù)（1）內(nèi)存單元的地址和內(nèi)容地址——每個存儲單元編上不同的且唯一的號碼，一般用十六進(jìn)制數(shù)表示內(nèi)容——每個存儲器地址中又存放著的那一組二進(jìn)制（或十六進(jìn)制）表示的數(shù)兩者關(guān)系：前者為某一個房間號碼，后者為此房間里住的人2）存儲器（又叫內(nèi)存或主存）74（2）數(shù)據(jù)在內(nèi)存儲器中的存儲方式（板書分析）第一，內(nèi)存儲器是有唯一地址的字節(jié)的有序陣列第二，對于一個字的數(shù)據(jù)存儲，占用兩個相鄰存儲單元，高字節(jié)放高地址，低字節(jié)放低地址，以低地址命名為此字?jǐn)?shù)據(jù)的地址。

（3）內(nèi)存的操作

CPU對內(nèi)存的操作有讀/寫兩種。讀操作：CPU將內(nèi)存單元的內(nèi)容取到CPU內(nèi)部，不改變被讀單元的內(nèi)容寫操作：CPU將內(nèi)部信息傳送到內(nèi)存單元保存起來，改變被寫單元的內(nèi)容。（2）數(shù)據(jù)在內(nèi)存儲器中的存儲方式（板書分析）75例如：讀出地址為04H內(nèi)存單元中的內(nèi)容讀出信息操作過程如下圖所示例如：CPU將數(shù)據(jù)26H寫入地址為08H的存儲單元向存儲器寫入信息的操作過程如上圖所示例如：讀出地址為04H內(nèi)存單元中的內(nèi)容76（4）內(nèi)存的分類

按工作方式不同，可將存儲器分為隨機(jī)存取存儲器（又稱讀寫存儲器）、只讀存儲器兩種形式。（4）內(nèi)存的分類773）輸入/輸出設(shè)備及其接口電路輸入/輸出（input/output縮寫I/O）設(shè)備稱為外部設(shè)備輸入任務(wù)：將程序、原始數(shù)據(jù)及現(xiàn)場信息計算機(jī)自動計算和處理輸出任務(wù)：計算機(jī)中的計算和處理結(jié)果/回答信號以人能識別的各種形式表示出來接口電路的主要職責(zé)：將微處理器和輸入/輸出設(shè)備之間的信息

統(tǒng)一和聯(lián)系起來接口電路的種類：常用的有8255可編程并行接口電路、8253可編程定時/計數(shù)電路等3）輸入/輸出設(shè)備及其接口電路784）總線微型計算機(jī)大多采用總線結(jié)構(gòu)，因為在微型計算機(jī)系統(tǒng)中，無論是各部件之間的信息傳送，還是處理器內(nèi)部信息的傳送，都是通過總線進(jìn)行的，系統(tǒng)中各功能部件之間的相互關(guān)系變?yōu)楦鱾€部件面向總線的單一關(guān)系。問題：什么是總線所謂總線，是連接多個功能部件或多個裝置的一組公共信號線，用作微機(jī)各部分傳遞信息所共同使用的“高速信息公路”。

按在系統(tǒng)中的不同位置，總線可以分為內(nèi)部總線和外部總線。內(nèi)部總線是CPU內(nèi)部各功能部件和寄存器之間的連線；外部總線是連接系統(tǒng)的總線，即連接CPU、存儲器和I/O接口的總線，又稱為系統(tǒng)總線。4）總線79解釋：三總線結(jié)構(gòu)按所傳送信息的不同類型，總線可以分為數(shù)據(jù)總線DB(DataBus)、地址總線AB(AddressBus)和控制總線CB(ControlBus)三種類型，通常稱微型計算機(jī)采用三總線結(jié)構(gòu)。①地址總線(AddressBus)

地址總線是微型計算機(jī)用來傳送地址信息的信號線。地址總線的位數(shù)決定了CPU可以直接尋址的內(nèi)存空間的大小。因為地址總是從CPU發(fā)出的，所以地址總線是單向的、三態(tài)總線。單向指信息只能沿一個方向傳送，三態(tài)指除了輸出高、低電平狀態(tài)外，還可以處于高阻抗?fàn)顟B(tài)（浮空狀態(tài)）。

解釋：三總線結(jié)構(gòu)80②數(shù)據(jù)總線(DataBus)

數(shù)據(jù)總線是CPU用來傳送數(shù)據(jù)信息的信號線（雙向、三態(tài)）。數(shù)據(jù)總線是雙向三態(tài)總線，即數(shù)據(jù)既可以從CPU送到其它部件，也可以從其它部件傳送給CPU，數(shù)據(jù)總線的位數(shù)和處理器的位數(shù)相對應(yīng)。③控制總線(ControlBus)控制總線是用來傳送控制信號的一組總線。這組信號線比較復(fù)雜，由它來實(shí)現(xiàn)CPU對外部功能部件（包括存儲器和I/O接口）的控制及接收外部傳送給CPU的狀態(tài)信號，不同的微處理器采用不同的控制信號?？刂瓶偩€的信號線，有的為單向，有的為雙向或三態(tài)，有的為非三態(tài)，取決于具體的信號線，但作為整體是雙向的，以雙向線表示。②數(shù)據(jù)總線(DataBus)812.微處理器、微型計算機(jī)與微型計算機(jī)系統(tǒng)三者之間的關(guān)系微處理器、微型計算機(jī)與微型計算機(jī)系統(tǒng)三者之間的關(guān)系如下：2.微處理器、微型計算機(jī)與微型計算機(jī)系統(tǒng)三者之間的關(guān)系823.軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類。系統(tǒng)軟件包括操作系統(tǒng)和系統(tǒng)實(shí)用程序。應(yīng)用軟件是用戶為解決各種實(shí)際問題而編制的程序。3.軟件系統(tǒng)832.1.2微型計算機(jī)的工作過程

我們已經(jīng)介紹了微型計算機(jī)的組成及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并且分析討論了作為微型計算機(jī)核心部件的CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在這一基礎(chǔ)上，討論微型計算機(jī)系統(tǒng)的工作過程。1．存儲程序計算機(jī)

(1)程序與指令指令就是能被計算機(jī)識別的并能執(zhí)行的基本操作命令，以二進(jìn)制代碼的形式出現(xiàn)的。程序就是實(shí)現(xiàn)既定任務(wù)的指令序列。(2)程序存儲把執(zhí)行一項信息處理任務(wù)的程序代碼，以字節(jié)為單位，按順序存放在存儲器的一段連續(xù)的存儲區(qū)域內(nèi)，這就是程序存儲的概念。2.1.2微型計算機(jī)的工作過程842.計算機(jī)工作過程的實(shí)質(zhì)計算機(jī)之所以能在沒有人直接干預(yù)的情況下，自動地完成各種信息處理任務(wù)，是因為人們事先為它編制了各種工作程序，計算機(jī)的工作過程，就是執(zhí)行程序的過程，包括取指令與執(zhí)行指令兩個基本階段。簡單地講，微型計算機(jī)系統(tǒng)的工作過程是取指令(代碼)→分析指令(譯碼)→執(zhí)行指令的不斷循環(huán)的過程。2.計算機(jī)工作過程的實(shí)質(zhì)852.28086/8088微處理器

2.2.18086/8088微處理器概述1．引言8086/8088微處理器是Intel公司推出的第三代CPU芯片，它們的內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本相同，都采用16位結(jié)構(gòu)進(jìn)行操作及存儲器尋址，但外部性能有所差異，兩種處理器都封裝在相同的40腳雙列直插組件（DIP）中。2．8086微處理器的一般性能特點(diǎn)：

16位的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，16位雙向數(shù)據(jù)信號線；

20位地址信號線，可尋址1M字節(jié)存儲單元；較強(qiáng)的指令系統(tǒng)；利用16位的地址總線來進(jìn)行I/O端口尋址，可尋址64K個I/O端口；2.28086/8088微處理器

2.2.18086/886中斷功能強(qiáng)，可處理內(nèi)部軟件中斷和外部中斷，中斷源可達(dá)256個；

單一的＋5V電源，單相時鐘5MHz。另外，Intel公司同期推出的Intel8088微處理器是一種準(zhǔn)16位微處理器，其內(nèi)部寄存器，內(nèi)部操作等均按16位處理器設(shè)計，與Intel8086微處理器基本上相同，不同的是其對外的數(shù)據(jù)線只有8位，目的是為了方便地與8位I/O接口芯片相兼容。中斷功能強(qiáng)，可處理內(nèi)部軟件中斷和外部中斷，中斷872.2.28086/8088的功能結(jié)構(gòu)及指令流水線1.8086/8088的功能結(jié)構(gòu)(又稱為編程結(jié)構(gòu)）如右圖所示是8086/8088CPU的內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)。從功能上來看，8086/8088CPU可分為兩部分，即總線接口部件BIU（BusInterfaceUnit）和執(zhí)行部件EU（ExecutionUnit）2.2.28086/8088的功能結(jié)構(gòu)及指令流水線88(1)執(zhí)行部件（EU）功能：負(fù)責(zé)指令的執(zhí)行。組成：包括①ALU(算術(shù)邏輯單元)、②通用寄存器組③標(biāo)志寄存器等，主要進(jìn)行8位及16位的各種運(yùn)算(2)總線接口部件（BIU）功能：負(fù)責(zé)與存儲器及I/O接口之間的數(shù)據(jù)傳送操作。具體來看，完成取指令送指令隊列，配合執(zhí)行部件的動作，從內(nèi)存單元或I/O端口取操作數(shù)，或者將操作結(jié)果送內(nèi)存單元或者I/O端口。組成：它由①段寄存器（DS、CS、ES、SS）、②16位指令指針寄存器IP（指向下一條要取出的指令代碼）、③20位地址加法器（用來產(chǎn)生20位地址）和④6字節(jié)（8088為4字節(jié)）指令隊列緩沖器組成。(1)執(zhí)行部件（EU）89(3)8086/8088BIU的特點(diǎn)①指令流隊列是一個內(nèi)部的存儲器陣列，類似一個先進(jìn)先出的倉庫。8086/8088的指令流隊列最多能保存分別為6/4個字節(jié)，且只要隊列出現(xiàn)2/1個空字節(jié)，同時EU也未要求BUI進(jìn)入存取操作數(shù)的總線周期，BIU便自動從內(nèi)存單元順序取指令字節(jié)，并填滿指令流隊列。若數(shù)據(jù)存取請求與預(yù)取指令請求同時發(fā)生，BIU將優(yōu)先處理數(shù)據(jù)存取操作，可以提高CPU的工作效率。②地址加法器用來產(chǎn)生20位物理地址。8086/8088可用20位地址尋址1M字節(jié)的內(nèi)存空間，而CPU內(nèi)部的寄存器都是16位，因此需要由一個附加的機(jī)構(gòu)來計算出20位的物理地址，這個機(jī)構(gòu)就是20位的地址加法器。例如：CS＝0FE00H，IP＝0400H，則表示要取指令代碼的物理地址為0FE400H。(3)8086/8088BIU的特點(diǎn)90(4)BIU與EU的動作協(xié)調(diào)原則：總線接口部件（BIU）和執(zhí)行部件（EU）按以下流水線技術(shù)原則協(xié)調(diào)工作，共同完成所要求的信息處理任務(wù)：①每當(dāng)8086的指令隊列中有兩個空字節(jié)，或8088的指令隊列中有一個空字節(jié)時，BIU就會自動把指令取到指令隊列中。其取指的順序是按指令在程序中出現(xiàn)的前后順序。②每當(dāng)EU準(zhǔn)備執(zhí)行一條指令時，它會從BIU部件的指令隊列前部取出指令的代碼，然后用幾個時鐘周期去執(zhí)行指令。在執(zhí)行指令的過程中，如果必須訪問存儲器或者I／O端口，那么EU就會請求BIU，進(jìn)入總線周期，完成訪問內(nèi)存或者I／O端口的操作；如果此時BIU正好處于空閑狀態(tài)，會立即響應(yīng)EU的總線請求。如BIU正將某個指令字節(jié)取到指令隊列中，則BIU將首先完成這個取指令的總線周期，然后再去響應(yīng)EU發(fā)出的訪問總線的請求。(4)BIU與EU的動作協(xié)調(diào)原則：91③當(dāng)指令隊列已滿，且EU又沒有總線訪問請求時，BIU便進(jìn)入空閑狀態(tài)。④在執(zhí)行轉(zhuǎn)移指令、調(diào)用指令和返回指令時，由于待執(zhí)行指令的順序發(fā)生了變化，則指令隊列中已經(jīng)裝入的字節(jié)被自動消除，BIU會接著往指令隊列裝入轉(zhuǎn)向的另一程序段中的指令代碼。從上述BIU與EU的動作管理原則中，不難看出，它們兩者的工作是不同步的，正是這種既相互獨(dú)立又相互配合的關(guān)系，使得8086/8088可以在執(zhí)行指令的同時，進(jìn)行取指令代碼的操作，也就是說BIU與EU是一種并行工作方式，改變了以往計算機(jī)取指令→譯碼→執(zhí)行指令的串行工作方式，大大提高了工作效率，這正是8086/8088獲得成功的原因之一。

③當(dāng)指令隊列已滿，且EU又沒有總線訪問請求時，B928086/8088CPU80286CPU80386CPU主要性能

8086CPU為典型的16位CPU，具有16位內(nèi)部DB和16位外部DB，8088也具有16位內(nèi)部DB但外DB只有8位，故稱為準(zhǔn)16位機(jī)，其他方面幾乎完全相同。40條引腳，20位地址總線（AB）可尋址1MB的內(nèi)存地址空間和64KB的I/O地址空間，工作方式為實(shí)地址方式

比8086/8088更先進(jìn)的16位CPU，有68個引腳，分開設(shè)置16條數(shù)據(jù)線和24條地址線，具有存儲器管理和保護(hù)機(jī)構(gòu)，采用分段的方法管理存儲器，有兩種工作方式：實(shí)地址和虛地址。

32位CPU，132條引腳，DB和AB各32條，有3種工作方式：實(shí)地址、虛地址和虛擬8086方式

2、8086/8088、80286、80386CPU對比表8086/8088CPU80286CPU80386C938086/80888028680386功能結(jié)構(gòu)

兩部分：執(zhí)行部件EU和總線接口部件BIUEU包括：ALU（算術(shù)邏輯單元）、16位標(biāo)志寄存器、寄存器陣列、指令譯碼器及控制電路BIU包括：4個16位段寄存器、一個16位指令指針、一個地址加法器、一個指令流隊列和總線控制電路

四個部分：EU、AU、IU、BIUAU：地址部件，包括物理地址發(fā)生器、段寄存器、段描述符高速緩沖存儲器等IU：指令部件，包括指令譯碼器和已譯碼指令隊列EU：包括ALU及標(biāo)志寄存器、通用寄存器陣列（用來暫存操作數(shù)和運(yùn)算結(jié)果）和控制電路等BIU：包括總線接口電路、預(yù)取器和6字節(jié)的預(yù)取隊列每個部件都可與其他部件異步并行操作

六個部分：總線接口部件指令預(yù)取部件指令譯碼部件執(zhí)行部件分段部件分頁部件8086/8088802868038943.80386CPU基本寄存器包括4個32位通用寄存器、2個32位變址寄存器、3個32位指針寄存器、6個16位段寄存器和1個32位標(biāo)志寄存器，它們組成了一個基本寄存器集。①通用寄存器（EAX、EBX、ECX、EDX）②變址寄存器（ESI、EDI）③指針寄存器（EBP、ESP、EIP）④段寄存器（CS、DS、SS、ES、FS、GS）使用約定表3.80386CPU基本寄存器95約定表如下：約定表如下：96⑤標(biāo)志寄存器（EFLAGS）其為32位寄存器，有6位狀態(tài)標(biāo)志、3位控制標(biāo)志、2位保護(hù)方式標(biāo)志及兩個新增的標(biāo)志。⑤標(biāo)志寄存器97a.狀態(tài)標(biāo)志：6個狀態(tài)標(biāo)志表示前一步操作（如加、減等）執(zhí)行以后，ALU所處的狀態(tài)，后續(xù)操作可以根據(jù)這些狀態(tài)標(biāo)志進(jìn)行判斷，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)移。

（0）CF—進(jìn)位標(biāo)志位，做加法時最高位出現(xiàn)進(jìn)位或做減法時最高位出現(xiàn)借位，該位置1，反之為0。

（2）PF—奇偶標(biāo)志位，當(dāng)運(yùn)算結(jié)果的低8位中l(wèi)的個數(shù)為偶數(shù)時，則該位置1，反之為0。

（4）AF—半進(jìn)位標(biāo)志位，做字節(jié)加法時，當(dāng)?shù)退奈挥邢蚋咚奈坏倪M(jìn)位，或在做減法時，低四位有向高四位的借位時，該標(biāo)志位就置1。

（6）ZF—零標(biāo)志位，運(yùn)算結(jié)果為0時，該標(biāo)志位置1，否則清0。a.狀態(tài)標(biāo)志：6個98（7）SF—符號標(biāo)志位，當(dāng)運(yùn)算結(jié)果的最高位為1，該標(biāo)志位置1，否則清0。即與運(yùn)算結(jié)果的最高位相同。

（11）OF—溢出標(biāo)志位，OF溢出的判斷方法如下：加法運(yùn)算：若兩個加數(shù)的最高位為0，而和的最高位為1，則產(chǎn)生上溢出；若兩個加數(shù)的最高位為1，而和的最高位為0，則產(chǎn)生下溢出；兩個加數(shù)的最高位不相同時，不可能產(chǎn)生溢出。減法運(yùn)算：若被減數(shù)的最高位為0，減數(shù)的最高位為1，而差的最高位為1，則產(chǎn)生上溢出；若被減數(shù)的最高位為1，減數(shù)的最高位為0，而差的最高位為0，則產(chǎn)生下溢出；被減數(shù)及減數(shù)的最高位相同時，不可能產(chǎn)生溢出。

（7）SF—符號標(biāo)志位，當(dāng)運(yùn)算結(jié)果的最高位為1，該標(biāo)志位置99如果所進(jìn)行的運(yùn)算是帶符號數(shù)的運(yùn)算，則溢出標(biāo)志恰好能夠反映運(yùn)算結(jié)果是否超出了8位或16位帶符號數(shù)所能表達(dá)的范圍，即字節(jié)運(yùn)算大于十127或小于－128時，字運(yùn)算大于十32767或小于－32768時，該位置1，反之為0。

舉例：CF＝0、AF＝1、PF＝1、ZF＝0、SF＝1、OF＝1（兩正數(shù)相加結(jié)果為負(fù)）一般來講，不是每次運(yùn)算后所有的標(biāo)志都改變，只是在某些操作之后，才對其中某個標(biāo)志進(jìn)行檢查。

0101010000111001＋

01000101011010101001100110100011如果所進(jìn)行的運(yùn)算是帶符號數(shù)的運(yùn)算，則溢出標(biāo)志恰100b.控制標(biāo)志控制標(biāo)志可以通過指令人為設(shè)置，用以對某一種特定的功能起控制作用（如中斷屏蔽等），反映了人們對微機(jī)系統(tǒng)工作方式的可控制性。與8086/8088、80286兼容的控制標(biāo)志位3個

（8）TF—陷阱