微型計算機原理微處理器微型計算機原理微處理器微型計算機原理微處理器第1.3微型計算機系統(tǒng)

的組成及配制212021/2/21第1.3微型計算機系統(tǒng)

的組成及配制22021/2/211.3.1微型計算機的構成

微型計算機系統(tǒng)的三個層次

微處理器(Microprocessor)

微型計算機(Microcomputer)

微型計算機系統(tǒng)(MicrocomputerSystem)32021/2/21微型計算機系統(tǒng)的三個層次微處理器總線存儲器I/O接口硬件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)微型計算機系統(tǒng)微型計算機(主機)外設ALU寄存器控制器鍵盤、鼠標顯示器軟驅(qū)、硬盤、光驅(qū)打印機、掃描儀系統(tǒng)軟件應用軟件42021/2/21存儲器I/O接口輸入設備I/O接口輸出設備CPUI/O接口AB:AddressBusCB:ControlBusDB:DataBus52021/2/21第一層次：核心級——微處理器微處理器簡稱CPU，是計算機的核心，主要包括：

運算器ALU

控制器CU寄存器組RegistersCPU實現(xiàn)運算功能和控制功能62021/2/21第二層次：硬件系統(tǒng)級——微型計算機以微處理器為核心，配上只讀存儲器(ROM)、讀寫存儲器(RAM)、輸入/輸出(I/O)接口電路及系統(tǒng)總線等部件，就構成了微型計算機。將CPU、存儲器、I/O接口、總線等集成在一片超大規(guī)模集成電路芯片上，稱為單片微型計算機，簡稱單片機。72021/2/21第三層次：系統(tǒng)級以微型計算機為中心，配以相應的外圍設備以及控制微型計算機工作的軟件，就構成了完整的微型計算機系統(tǒng)。微型計算機如果不配有軟件，通常稱為裸機軟件分為系統(tǒng)軟件和應用軟件兩大類。82021/2/21★

CPU總線BUSCPU連接外部多個功能部件的一組公共信號線。包括：地址總線AB：用來傳送CPU輸出的地址信號，確定被訪問的存儲單元、I/O端口。地址線的根數(shù)決定了CPU的尋址范圍。CPU的尋址范圍=2n，

n—地址線根數(shù)。數(shù)據(jù)總線DB：在CPU與存儲器、I/O接口之間數(shù)據(jù)傳送的公共通路。數(shù)據(jù)總線的條數(shù)決定CPU一次最多可以傳送的數(shù)據(jù)寬度?？刂瓶偩€CB：用來傳送各種控制信號。

92021/2/21內(nèi)存單元的地址和內(nèi)容內(nèi)存包含有很多存儲單元(每個內(nèi)存單元包含8bit)，為區(qū)分不同的內(nèi)存單元，對計算機中的每個內(nèi)存單元進行編號，內(nèi)存單元的編號就稱為內(nèi)存單元的地址。1011011038F04H內(nèi)存單元地址內(nèi)存單元內(nèi)容......Bit7654321001011000*內(nèi)存單元有時又稱為地址單元102021/2/21內(nèi)存操作讀：將內(nèi)存單元的內(nèi)容取入CPU，原單元內(nèi)容不改變；寫：CPU將信息放入內(nèi)存單元，單元中原內(nèi)容被覆蓋；內(nèi)存的讀（或?qū)懀┎襟E為：CPU把要讀（或?qū)懀┑膬?nèi)存單元的地址放到AB上；若是寫操作，CPU緊接著把要寫的數(shù)據(jù)放到DB上；CPU發(fā)出讀（或?qū)懀┟?；從指定的單元讀出送到DB總線或數(shù)據(jù)通過DB總線被寫入指定的單元；若是讀操作，CPU緊接著從DB上取回數(shù)據(jù)。112021/2/21★

輸入/輸出接口簡寫為I/O接口，是CPU與外部設備間的橋梁。I/O端口操作分為：輸出操作和輸入操作。輸出操作——CPU向訪問的端口送信息。輸入操作——CPU向訪問的端口要信息。CPUI/O接口外設122021/2/211.48086/8088微處理器主要內(nèi)容：8088/8086CPU的內(nèi)部結構和特點；各內(nèi)部寄存器的功能；8088/8086CPU外部引線及功能；

132021/2/211.4.1概述

1、8088/8086CPU的功能結構142021/2/21（1）、總線接口部件BIU（BusInterfaceUnit）1)功能：負責與M、I/O端口傳送信息。具體講：

BIU完成以下幾個主要任務：（1）取指令和預取指令；（2）配合EU執(zhí)行的指令，傳送數(shù)據(jù)；（3）形成物理地址；152021/2/212）總線接口部件組成:(a)四個段寄存器；①CS——CodeSegmentRegister代碼段寄存器，用來識別當前代碼段（程序一般放在代碼段）。②DS——DataSegmentRegister數(shù)據(jù)段寄存器，用來識別當前數(shù)據(jù)段。③SS——StackSegmentRegister堆棧段寄存器，用來識別當前堆棧段。④ES——ExtraSegment

附加段寄存器。(b)16位指令指針寄存器IP；(c)20位的物理地址加法器；(d)先進先出(FIFO)指令隊列；162021/2/21（2）執(zhí)行部件EU（ExecutionUnit）1）功能：負責指令執(zhí)行。EU完成以下幾個主要任務：

（1）指令譯碼；（2）執(zhí)行指令；（3）向BIU傳送偏移地址信息；（4）管理通用寄存器和標志寄存器；2）組成：4個數(shù)據(jù)寄存器：AX、BX、CX、DX4個專用寄存器：BP、SP、SI、DI1個標志寄存器（FLAGS）：共定義了9個標志位，其中6個狀態(tài)標志位,3個控制標志位。算術邏輯運算單元ALU：用于對寄存器和指令操作數(shù)進行算術或邏輯運算。

172021/2/212、8088/8086CPU內(nèi)部寄存器8086/8088CPU內(nèi)部寄存器歸納182021/2/21含14個16位寄存器，按功能可分為三類8個通用寄存器（含4個數(shù)據(jù)寄存器、4個專用寄存器）4個段寄存器2個控制寄存器192021/2/21其中如下4個16位數(shù)據(jù)寄存器，它們又可分為8個8位寄存器，即：AXAH，ALBXBH，BLCXCH，CLDXDH，DL202021/2/21控制寄存器IP：指令指針寄存器。FLAGS：標志寄存器含6個狀態(tài)標志位(CF，SF，AF，PF，OF，ZF)3個控制標志位(IF，TF，DF)6個標志位與運算結果的關系？212021/2/21寄存器的習慣用法1.常用來存放參與運算的操作數(shù)或運算結果的寄存器有：AX(AH,AL),BX(BH,BL),CX(CH,CL),DX(DH,DL),BP,DI,SI。2.對內(nèi)存尋址時用來提供內(nèi)存偏移地址的寄存器有：BX,BP,SI,DI。3.對內(nèi)存尋址時用來提供內(nèi)存段基地址的寄存器有：CS,DS,ES,SS222021/2/21特殊功用寄存器1.AX（或AL)：凡訪問I/O端口的指令必須通過AX（或AL)與接口傳送信息；2.CX：用于在循環(huán)指令中存放循環(huán)次數(shù)或串操作指令中存放重復次數(shù)；3.DX：在32位乘除法運算指令時，用于存放高16位數(shù)；另外，在間接尋址的I/O指令中用DX存放I/O端口地址。4.SP:堆棧操作指令中用作堆棧指針。其內(nèi)容為棧頂?shù)钠频刂?，堆棧操作時自動修正內(nèi)容。5.IP:指令指針。其內(nèi)容為下一條要執(zhí)行的指令的偏移地址，執(zhí)行指令時自動修正內(nèi)容。232021/2/216.SI：源變址寄存器，在串操作指令中，用SI存放源操作數(shù)的偏移地址。串操作時自動修正內(nèi)容。7.DI：目標變址寄存器，在串操作指令中，用DI存放目標操作數(shù)的偏移地址。串操作時自動修正內(nèi)容。242021/2/213、8086CPU的引腳兩種工作模式：最小工作模式最大工作模式252021/2/218086是工作在最小還是最大模式由MN/MX端狀態(tài)決定：MN/MX=0時工作于最大模式，反之工作于最小模式。主要引線（最小模式下）（一）數(shù)據(jù)/地址和狀態(tài)/地址分時復用引腳：（1）AD15～AD0：三態(tài)，地址/數(shù)據(jù)分時復用線。地址信號有效時為輸出；傳送數(shù)據(jù)信號時為雙向。（2）A19/S6～A16/S3：三態(tài)，輸出。高4位地址信號，與狀態(tài)信號S6-S3分時復用。（3）:高8位允許控制信號/狀態(tài)信號分時復用?？梢姡?086CPU有D15～D0共16條數(shù)據(jù)線，所以8086CPU字長（WORD)為16位；A19～A0共20條地址線，尋址空間為1MB。262021/2/21總線操作:CPU訪問存儲器或I/O端口時，通過三大總線實現(xiàn)信息傳送，所以叫總線操作。

總線周期：CPU完成一次總線操作所需時間，稱為一個總線周期。一個總線周期一般由4個CLOCK組成。

分時復用:同一信號線在一個總線周期內(nèi)不同時段出現(xiàn)不同類型的信息。分時復用線信號分離原理：CLOCKALEAD15~AD0A15~A0D15~D0A19.\S6~A16\S3A19~A16S6~S3272021/2/21(二）主要的控制信號：（3）WR：三態(tài)，輸出。寫命令信號；（4）RD：三態(tài)，輸出。讀命令信號；（5）M/IO：三態(tài)，輸出。指出當前訪問的是存儲器還是I/O接口。高：內(nèi)存，低：I/O接口。（6）DEN：三態(tài)，輸出。低電平時，表示DB上的數(shù)據(jù)有效；（7）RESET：輸入，為高時，CPU執(zhí)行復位操作；（8）ALE：三態(tài)，輸出。高：用于鎖存AB地址信息；（9）DT/R：三態(tài)，輸出。數(shù)據(jù)傳送方向，高：CPU輸出（發(fā)送），低：CPU輸入（接收）；(10)BHE:高8位數(shù)據(jù)總線允許信號；282021/2/21注意：計算機當前的一個具體總線操作決定上述控制信號的輸出狀態(tài)例1：CPU當前正在進行讀存儲器操作。則，WR=1，RD=0，M/IO=1例2：BHE輸出狀態(tài)與CPU當前總線操作是什么關系？292021/2/21例、RESET復位引腳：引腳高電平后8086/8088各寄存器初始值302021/2/21（11）READY：外部存儲器或I/O端口準備好信號。用于協(xié)調(diào)CPU與存儲器、I/O接口之間的速度差異，READY信號由存儲器或I/O接口發(fā)出。READY=0時，CPU就在T3后插入TW周期，插入的TW個數(shù)取決于READY何時變?yōu)楦唠娖健EADY312021/2/21（12）INTR：可屏蔽中斷請求輸入端。高：有INTR中斷請求。（13）NMI：非屏蔽中斷請求輸入端。由低變高，有NMI中斷請求。（14）INTA：輸出，是對INTR信號的響應。其它引腳略述。8088CPU引腳與8086CPU的差異（略）最大模式引腳功能（略）322021/2/214、8088/8086CPU總線形成（1）最小模式最小模式——僅支持單處理器最小模式下要解決如下問題：地址與數(shù)據(jù)的分離地址鎖存數(shù)據(jù)緩沖電路實現(xiàn)方案用3片8位的鎖存器8282實現(xiàn)地址鎖存。ALE為鎖存控制信號，OE≡0使鎖存的地址直接輸出；8088CPU用1片(8086CPU用2片）雙向三態(tài)門8286用作數(shù)據(jù)總線驅(qū)動和隔離，DT/R作為方向控制，DEN作為開門信號；其他控制信號由cpu直接產(chǎn)生。332021/2/21342021/2/21352021/2/21（2）最大模式最大模式——可支持多處理器，最大模式下8088/8086CPU不提供控制信號，僅提供總線操作狀態(tài)。大多數(shù)控制信號是由總線控制器8288對S0、S1、S2三個信號譯碼得到，如DT/R、ALE、DEN、IOR、IOW、MEMR、MEMW信號。DB和AB的構成基本同最小模式。362021/2/21372021/2/215、8086/8088的存儲器管理物理地址8088/8086：20根地址線，可尋址220(1MB)個存儲單元。CPU送到AB上的20位地址稱為物理地址

存儲器中每個存儲單元能存儲8位二進制數(shù)。一個16位二進制數(shù)在存儲器中占連續(xù)的兩個存貯單元，低8位在低地址單元，高8位在高地址單元，16位二進制數(shù)在存儲器中的地址用低地址表示。邏輯地址8088/8086用兩個16位邏輯地址表達外部存儲器地址。邏輯地址包含—段基地址（16位）：段內(nèi)偏移地址（16位）382021/2/2139202