計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)

專業(yè)課程

微機(jī)接口技術(shù)課程的目的與意義軟件熱：軟件更有用??？軟件熱：軟件更容易??？硬件還值得做嗎？硬件之上、“軟件”之下，需要什么？誰(shuí)來(lái)完成二者的結(jié)合？計(jì)算機(jī)專業(yè)需要培養(yǎng)什么人才？人機(jī)接口、單片機(jī)、嵌入式系統(tǒng)？軟件系統(tǒng)固件系統(tǒng)硬件系統(tǒng)課程的目的與意義（2）我們經(jīng)?？匆?jiàn)的，需要深入了解鍵盤鼠標(biāo)接口串行通信接口音頻接口USB接口調(diào)制解調(diào)器電話線接口網(wǎng)絡(luò)接口并行行通信接口課程的目的與意義（3）北橋接口芯片CPU芯片存儲(chǔ)器接口南橋接口芯片接口插座（物理形態(tài)）PCI總線AGPIDE本課程的基本任務(wù)了解微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成及發(fā)展史（2學(xué)時(shí)）以Intel的8086/8088為主，兼顧80X86，掌握微處理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、編程結(jié)構(gòu)、引腳及時(shí)序（先修）（4學(xué)時(shí)）掌握80x86的尋址方式及I/O指令的工作方法（先修）(不講）學(xué)會(huì)80386的內(nèi)存管理機(jī)制（次重點(diǎn)）（2學(xué)時(shí)）掌握內(nèi)存譯碼方法、存儲(chǔ)芯片與CPU的連接方法（重點(diǎn)）（6）掌握常用接口芯片（8255/8253/8251）的工作原理及簡(jiǎn)單應(yīng)用方法（重點(diǎn)）（16-18學(xué)時(shí)）掌握接口控制方法（中斷和DMA）的芯片級(jí)原理與應(yīng)用（8237/8259）的原理，了解二者在PC計(jì)算機(jī)的應(yīng)用方法（次重點(diǎn)）（6）掌握模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換原理及其簡(jiǎn)單D/A和A/D接口芯片的使用(重點(diǎn)）（6）了解幾種典型總線及其驅(qū)動(dòng)技術(shù)（次重點(diǎn)）（4）課程的基本目標(biāo)《微機(jī)接口技術(shù)》是學(xué)習(xí)和掌握微機(jī)硬件知識(shí)、接口芯片、固件和利用他們進(jìn)行硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主干課程。包括如下三方面的內(nèi)容：微型計(jì)算機(jī)的基本工作原理匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)（先修《匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)》）微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)通過(guò)學(xué)習(xí)，學(xué)生必須建立微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的整體概念，形成微機(jī)系統(tǒng)軟硬件開(kāi)發(fā)的初步能力，達(dá)到：會(huì)看芯片手冊(cè)（DataSheet）（簡(jiǎn)單芯片實(shí)例，復(fù)雜芯片實(shí)例）會(huì)看芯片時(shí)序圖會(huì)設(shè)根據(jù)芯片手冊(cè)和應(yīng)用需要計(jì)基本應(yīng)用電路（使用Protel軟件）主要參考書桂小林，微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)，高等教育出版社，2010Intel微處理器——從8086到Pentium系列體系結(jié)構(gòu)、編程與接口技術(shù)，高等教育出版社（中英文版）李保紅、繆相林、桂小林，微型計(jì)算機(jī)機(jī)組織與接口技術(shù)，清華大學(xué)出版社，2005考核要求作業(yè)：10％實(shí)驗(yàn)上機(jī)：10％實(shí)驗(yàn)報(bào)告交任課教師考試：80％===========================聯(lián)系：xlgui@課件：52/gxl/

教學(xué)綱要微機(jī)系統(tǒng)概論80x86微處理器結(jié)構(gòu)、時(shí)序與存儲(chǔ)器組織總線接口及技術(shù)ISA、PCIUSB（了解原理、后續(xù)第9章應(yīng)用）、RS232、485I2C、SPI、JTAG8、16、32位存儲(chǔ)器系統(tǒng)接口設(shè)計(jì)（16位重點(diǎn)）輸入/輸出接口控制方法/譯碼設(shè)計(jì)并行接口芯片-8255A及其應(yīng)用(重點(diǎn)應(yīng)用）LED鍵盤打印機(jī)24教學(xué)綱要串行接口芯片-8251ARS-232應(yīng)用可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器芯片：8253A精確定時(shí)，計(jì)算機(jī)日時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)，編碼盤可編程DMA控制芯片8237原理（一般掌握）中斷系統(tǒng)與可編程中斷控制芯片8259原理（一般掌握）模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)碼轉(zhuǎn)換接口A/D應(yīng)用D/A應(yīng)用第1章：微機(jī)系統(tǒng)概論1.1計(jì)算機(jī)發(fā)展概論1.2微處理器與單片機(jī)1.3微型計(jì)算機(jī)1.4微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用1.1計(jì)算機(jī)發(fā)展概論圖靈機(jī)模型1936年，英國(guó)數(shù)學(xué)家阿倫?圖靈(A.M.Turring)從計(jì)算一個(gè)數(shù)的一般過(guò)程著手對(duì)計(jì)算的本質(zhì)進(jìn)行了研究，提出了一種理想的計(jì)算機(jī)的數(shù)學(xué)模型：圖靈機(jī)（TurringMachine，TM）。圖靈機(jī)并不是具體的機(jī)器，而是一個(gè)通用的計(jì)算機(jī)模型。馮·諾依曼計(jì)算機(jī)馮?諾依曼提出了3個(gè)重要的設(shè)計(jì)思想（EDVAC）：（1）計(jì)算機(jī)由5個(gè)基本部分組成：運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備；（2）采用二進(jìn)制形式表示計(jì)算機(jī)的指令和數(shù)據(jù)；（3）將程序（由一系列指令組成）和數(shù)據(jù)存放在存儲(chǔ)器中，并讓計(jì)算機(jī)自動(dòng)地執(zhí)行程序。這就是“存儲(chǔ)程序和程序控制”思想的基本含義。該思想奠定了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的根基。第一臺(tái)計(jì)算機(jī)－ENIAC(1946年)1.2微處理器與單片機(jī)1.2.1微處理器1.2.2單片計(jì)算機(jī)1.2.1微處理器微處理器的發(fā)展史正是微型計(jì)算機(jī)發(fā)展史的一個(gè)真實(shí)縮影。微處理器是指由一片或幾片大規(guī)模集成電路組成的具有運(yùn)算器和控制器功能的中央處理器部件(CPU)，又稱為微處理機(jī)（MicroProcessor,MP）。在微型計(jì)算機(jī)中直接用CPU來(lái)表示微處理器，它除算術(shù)邏輯部件和控制部件以外，還包含一組寄存器（Registers）和高速緩沖存儲(chǔ)器（Cache）等特殊的存儲(chǔ)器。微處理器的發(fā)展大體上分為8個(gè)階段1、第一階段：4位或8位微處理器2、第二階段：8位微處理器3、第三階段：16位微處理器4、第四階段：16位高性能微處理器5、第五階段：32位微處理器6、第六階段：32位Pentium微處理器7、第七階段：64位Itanium處理器8、第八階段：雙核和多核處理器1、第一階段：4位或8位微處理器1971年10月，Intel公司推出了第一片微處理器4004，它的字長(zhǎng)為4位，后來(lái)，Intel公司又推出了8位微處理器8008，集成了2000個(gè)晶體管，工藝水平是10μm。這是微處理器發(fā)展的第一階段。2、第二階段：8位微處理器Zilog公司在于1976年推出了8位微處理器Z80，Motorola公司也推出了8位微處理器MC6800。Intel公司也相繼推出了8位微處理器8080和8085世界上第一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)Altair8800是1975年4月由一家名為Altair的公司推出的，采用了Z80芯片做微處理器。沒(méi)有顯示器，沒(méi)有鍵盤，面板上只有指示燈和開(kāi)關(guān)，給人的感覺(jué)更像是一臺(tái)儀器箱。3、第三階段：16位微處理器1978年，Intel公司推出了8位微處理器8086，Zilog公司推出了Z8000，Motorola公司推出了MC68000。IBM公司利用8088生產(chǎn)的個(gè)人計(jì)算機(jī)IBMPC/XT，在市場(chǎng)上獲得巨大成功，也幫助Intel公司確立了在微處理器市場(chǎng)上的主導(dǎo)地位，幫助Microsoft公司確立了在操作系統(tǒng)市場(chǎng)上的主導(dǎo)地位。4、第四階段：16位高性能微處理器1982年，Intel發(fā)布了80286處理器，也就是俗稱的286。80286芯片上集成了14.3萬(wàn)只晶體管，處理器16位字長(zhǎng)，時(shí)鐘頻率由最初的6MHz逐步提高到20MHz。其內(nèi)部和外部數(shù)據(jù)總線皆為16位，地址總線24位。與8086相比，80286尋址能力達(dá)到了16MB，其速度比8086提高了5倍甚至更多。80286處理器出現(xiàn)標(biāo)志微處理器的發(fā)展進(jìn)入第四個(gè)階段。IBM公司將80286用在技術(shù)更為先進(jìn)IBMPCAT機(jī)中，AT機(jī)的外部總線為16位(IBMPC機(jī)為8位)，內(nèi)存容量可擴(kuò)展到16MB，可使用更大的硬盤來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，支持VGA彩色顯示系統(tǒng)，在性能上有了重大的進(jìn)步。第一臺(tái)IBMPC機(jī)5、第五階段：32位微處理器1985年，Intel公司推出了32位的微處理器80386，集成度達(dá)到100萬(wàn)個(gè)晶體管，主頻為25~200MHz。與80286相比，80386不僅字長(zhǎng)、尋址空間和主頻有較大提高，而且也擴(kuò)充了保護(hù)模式，并且提供了實(shí)地址模式和虛擬8086模式來(lái)實(shí)現(xiàn)向上兼容，此外80386在片內(nèi)增加了16位的高速緩存器（Cache），使運(yùn)行更加流暢。1989年Intel公司又發(fā)布了80486，其主要特點(diǎn)是將80386和協(xié)處理器80387集成在一起。Intel使用了一種叫“倍頻”的技術(shù)。6、第六階段：32位Pentium微處理器從1993年開(kāi)始，Intel公司相繼發(fā)布了Pentium、PentiumPro、PentiumMMX、PentiumⅡ、PentiumIII和PentiumIV等微處理器，成為市場(chǎng)主流。在同一時(shí)期，AMD公司也先后發(fā)布了K6、K6-2、K7，以及Thunderbird（雷鳥(niǎo)）、Atnlon（速龍）、Duron（鉆龍）等。Pentium處理器集成了310萬(wàn)個(gè)晶體管，最初的工作頻率是60MHz、66MHz，后來(lái)又提升到200MHz以上。7、第七階段：64位Itanium處理器

2001年，Intel公司推出了64位的安騰處理器，采用0.18微米的CMOS制造工藝，獲得了業(yè)界的廣泛支持，開(kāi)始了安騰家族的發(fā)展史。2002年，Intel又推出了安騰家族的第二代產(chǎn)品—安騰2處理器。安騰處理器是構(gòu)建在IA-64(IntelArchitecture64)上，IA-64突破了傳統(tǒng)IA-32架構(gòu)的許多限制，在數(shù)據(jù)的處理能力，系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性、可用性等方面獲得了突破性的提高。2006年，Intel推出了雙核安騰2處理器9000系列，其性能與IBMPower5（4核）處理器相當(dāng)，與安騰2處理器相比，性能則提高了一倍。雙核安騰2提供近三級(jí)高速緩存（24MB），支持超線程（HT）技術(shù)和改進(jìn)的英特爾虛擬化技術(shù)，功耗降低了20%。8、第八階段：雙核和多核處理器

目前，Intel公司和AMD公司都推出了自己的多核處理器，而且雙核和4核處理器目前已經(jīng)投入市場(chǎng)。從公司市場(chǎng)導(dǎo)向來(lái)看，他們計(jì)劃在2010年左右推出8核處理器。雙核處理器就是在一塊CPU基板上集成兩個(gè)處理器核心，并通過(guò)并行總線將各處理器核心連接起來(lái)。雙核只是單芯片多處理器(ChipMultiProcessors，CMP)中最基本、最簡(jiǎn)單、最容易實(shí)現(xiàn)的一種類型。CMP最早是由美國(guó)斯坦福大學(xué)提出的，其思想是在一塊芯片內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)稱多處理(SymmetricalMulti-Processing，SMP)架構(gòu)，可并行執(zhí)行不同進(jìn)程?？傊?，從微處理器的發(fā)展歷程可以看出，隨著新的半導(dǎo)體工藝、新的計(jì)算機(jī)技術(shù)的涌現(xiàn)，微處理器的性能不斷提高，而成本不斷降低，這使得微型計(jì)算機(jī)在科學(xué)計(jì)算、信息處理、工業(yè)控制、儀器儀表和家用電器等領(lǐng)域的應(yīng)用日趨廣泛，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和日常生活中扮演著愈來(lái)愈重要的角色。單核與多核比較微處理器的發(fā)展規(guī)律摩爾定律微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展是以微處理器的發(fā)展來(lái)表征的；微處理器的集成度每隔18個(gè)月就會(huì)翻一番，芯片的性能也隨之提高一倍GordonE.Moore，Intel公司的創(chuàng)始人之一處理器發(fā)展曲線性能功能197219741976197819801982198519891993

199520014004800880808085808680286803868048680586808880186804880228049805180968098Intel公司微處理器單片機(jī)奔騰AVRPICARM1.2.2單片計(jì)算機(jī)單片機(jī)即單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)，是將計(jì)算機(jī)主要功能(CPU、內(nèi)存和I/O接口等)集成在一小塊硅片上的微型計(jì)算機(jī)單片機(jī)目前發(fā)展非常迅速，種類也很多，用途非常廣泛。Intel的8031/8051/8052等普通8位單片機(jī)Atmel的AVR系列增強(qiáng)型8位單片機(jī)PIC系列增強(qiáng)型16位單片機(jī)ARM公司等的ARM7/9等32位單片機(jī)單片機(jī)為工業(yè)測(cè)控而設(shè)計(jì)，具有三高優(yōu)勢(shì)(集成度高、可靠性高、性價(jià)比高)。主要應(yīng)用于工業(yè)檢測(cè)與控制、計(jì)算機(jī)外設(shè)、智能儀器儀表、通訊設(shè)備家用電器等。特別適合于嵌入式微型機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。MCS-51系列MCS-51系列基本產(chǎn)品型號(hào)：8051、8031、8751稱為51子系列。不同型號(hào)MCS-51單片機(jī)CPU處理能力和指令系統(tǒng)完全兼容，只是存儲(chǔ)器和I/O接口的配置有所不同。MCS-96系列1983-16位單片機(jī)IntelMCS-96系列8098/8096、80C198/80C19632位單片機(jī)8096032位新一代通用單片機(jī)新一代通用單片機(jī)AVR、PIC、ARM新一代專用單片機(jī)DSP、MPEG4、VOIP、IPTV、RF如，ATmega128是一種增強(qiáng)型外8位/內(nèi)32位AVR微處理器（內(nèi)部32位總線），具有128K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程FlashAVR單片機(jī)外設(shè)接口豐富兩個(gè)具有獨(dú)立的預(yù)分頻器和比較器功能的8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器兩個(gè)具有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器具有獨(dú)立預(yù)分頻器的實(shí)時(shí)時(shí)鐘計(jì)數(shù)器兩路8位PWM，6路分辨率可編程（2到16位）的PWM輸出比較調(diào)制器8路10位ADC面向字節(jié)的兩線接口-TWI兩個(gè)可編程的串行同步異步接口-USART異步RS-232C可工作于主機(jī)/從機(jī)模式的SPI串行接口具有獨(dú)立片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時(shí)器片內(nèi)模擬比較器JTAG調(diào)試接口(與IEEE1149.1標(biāo)準(zhǔn)兼容)工作電壓：2.7-5.5V1.3微型計(jì)算機(jī)1981年8月12日，IBM公司在紐約宣布IBMPC機(jī)面世，計(jì)算機(jī)從此進(jìn)入了個(gè)人電腦的新紀(jì)元。第一臺(tái)IBMPC采用Intel的8088微處理器芯片，主頻4.77MHz，有64KB內(nèi)存，采用低分辨率單色顯示器，使用單面160K軟盤存儲(chǔ)文件和操作系統(tǒng)，配備了微軟公司編寫的MS-DOS1.0操作系統(tǒng)軟件。微型計(jì)算機(jī)的基本組成如圖1.2所示。它也由硬件和軟件兩大部分構(gòu)成。其中，硬件部分由主機(jī)和外設(shè)構(gòu)成；軟件由系統(tǒng)軟件（如操作系統(tǒng)）、應(yīng)用軟件（如稅務(wù)管理軟件）和程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言（如VisualBasic）等構(gòu)成。主機(jī)由微處理器、存儲(chǔ)器、輸入輸出接口（I/O接口）和總線等構(gòu)成；外設(shè)由顯示器、鍵盤、鼠標(biāo)、音箱等部分組成。這些硬件的功能各異，各自完成相應(yīng)的工作，如輸入、輸出、運(yùn)算和存儲(chǔ)。微型計(jì)算機(jī)組成微型計(jì)算機(jī)硬件主機(jī)微處理器(CPU)存儲(chǔ)器（RAM、ROM）輸入/輸出接口(并行、串行、CTC、ADC、DAC等)總線(AB、DB、CB)軟件外設(shè)

輸入設(shè)備(鍵盤、掃描儀、語(yǔ)音識(shí)別儀…)

輸出設(shè)備(顯示器、打印機(jī)、繪圖儀、…)

輔助存儲(chǔ)器(磁帶、磁盤、光盤)電源電路時(shí)鐘電路系統(tǒng)軟件(操作系統(tǒng)，編輯、編譯程序，故障診斷,監(jiān)控程序等)應(yīng)用軟件(科學(xué)計(jì)算軟件，工業(yè)控制軟件，數(shù)據(jù)處理軟件等)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言(VisualBasci、Dephi等)圖1-2微型計(jì)算機(jī)的基本組成主機(jī)結(jié)構(gòu)主機(jī)板電路結(jié)構(gòu)主機(jī)是微型計(jì)算機(jī)的核心部件，通常采用總線結(jié)構(gòu)，CPU、存儲(chǔ)器、外設(shè)接口等均掛接在總線上，外設(shè)通過(guò)總線和外設(shè)接口與主機(jī)互連，完成各種輸入輸出功能。下面以IBMPC/AT為例，闡述微型計(jì)算機(jī)的主機(jī)板電路結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)如圖1-3所示，主要由4部分組成。IBMPC/AT選用80286作CPU。80286采用實(shí)地址工作方式時(shí)，與8086完全相同，但運(yùn)行速度更快。80286還可以采用功能更強(qiáng)的保護(hù)虛地址工作方式。IBMPC/AT的主存由半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片ROM和RAM構(gòu)成。ROM部分主要是固化ROM-BIOS（BasicInput/OutputSystem）。主板以I/O操作形式設(shè)置了中斷控制器8259A（兩個(gè)芯片）、DMA控制器8237A（兩個(gè)芯片）和定時(shí)控制器8254等I/O接口電路。IBMPC/AT的系統(tǒng)總線由數(shù)據(jù)總線（DB）、地址總線（AB）和控制總線（CB）構(gòu)成，已經(jīng)成為PC工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)（IndustryStandardArchitecture，ISA），并被稱為ISA總線。微型計(jì)算機(jī)的總線功能地址總線AB：用來(lái)傳送CPU輸出的地址信號(hào)，確定被訪問(wèn)的存儲(chǔ)單元、I/O端口。地址總線的條數(shù)決定微處理器的尋址能力數(shù)據(jù)總線DB：用來(lái)在CPU與存儲(chǔ)器、I/O接口之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送數(shù)據(jù)總線的條數(shù)決定微處理器一次最多可以傳送的數(shù)據(jù)寬度控制總線CB：用來(lái)傳送各種控制信號(hào)1.4微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展很大程度上是由其廣泛的應(yīng)用所推動(dòng)的，正是微機(jī)的普及將普通人與計(jì)算機(jī)聯(lián)系起來(lái)，從而使人類步入信息時(shí)代。以下僅是微機(jī)應(yīng)用中的幾個(gè)主要的方面。科學(xué)計(jì)算信息處理和事務(wù)管理過(guò)程控制儀器儀表控制計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)與設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信家用電器和民用產(chǎn)品控制Thanks!第2章、微處理器與單片機(jī)52第二章微型處理器與單片機(jī)

第1節(jié)CPU的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)第2節(jié)CPU的外部結(jié)構(gòu)第3節(jié)8086支持的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)第4節(jié)8086系統(tǒng)配置第5節(jié)CPU的操作和時(shí)序53第1節(jié)CPU的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)一、CPU的組成和功能1、CPU的組成

CPU主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器組和片內(nèi)總線等組成2、CPU的功能(1)指令控制(2)操作控制(3)時(shí)序控制(4)執(zhí)行指令(5)數(shù)據(jù)加工（運(yùn)算）54二、8086/8088微處理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)8086是16位的微處理器，有16位數(shù)據(jù)線和20位地址線，可尋址220即1MB。8088是準(zhǔn)16位微處理器，內(nèi)部為16位，外部數(shù)據(jù)線為8位。8086主要分為兩個(gè)獨(dú)立的功能模塊，總線接口模塊（BIU）和執(zhí)行部件（EU），它們可以并行工作。如圖2.1所示。55561、總線接口部件BIU

總線接口部件負(fù)責(zé)與存儲(chǔ)器、輸入/輸出端口傳送數(shù)據(jù)?？偩€接口部件組成：

(1)專用寄存器組：段地址寄存器CS、DS、ES、SS和指令指針寄存器IP，均為16位。

(2)地址加法器：8086在尋址1M字節(jié)地址空間時(shí)需用20位地址，這個(gè)地址就是由地址加法器產(chǎn)生的。57

具體的說(shuō)，地址加法器將段寄存器(16位)的內(nèi)容左移4位，然后與指令指針寄存器IP的內(nèi)容相加得到20位的物理地址。例如：從內(nèi)存取指令時(shí)，

(CS)＝5760H，(IP)=1234H，則物理地址為：

57600H+1234H=57934H。這里，先將段寄存器CS左移4位（16進(jìn)制數(shù)只需后面加一個(gè)零）。58(3)6字節(jié)的指令隊(duì)列：總線接口部件從內(nèi)存中取來(lái)的指令放在一個(gè)緩沖區(qū)中，這個(gè)緩沖區(qū)叫指令隊(duì)列。執(zhí)行部件在執(zhí)行指令過(guò)程中從指令隊(duì)列取來(lái)指令執(zhí)行。

(4)輸入/輸出控制電路：該控制電路將8086CPU的片內(nèi)總線與系統(tǒng)總線相連，是8086CPU與外部交換數(shù)據(jù)的必經(jīng)之路。592、執(zhí)行部件EU(ExecutionUnit)

執(zhí)行部件負(fù)責(zé)執(zhí)行指令。通常，從指令隊(duì)列中取得等待執(zhí)行的指令。組成如下：(1)算術(shù)邏輯單元ALU：完成各種運(yùn)算。(2)標(biāo)志寄存器FR：用來(lái)保存ALU運(yùn)算結(jié)果的一些特征信息，如運(yùn)算是否進(jìn)位。(3)通用寄存器組：數(shù)據(jù)寄存器AX,BX,CX,DX和寄存器BP,SP,SI及DI，均16位。(4)執(zhí)行部件控制電路603、BIU和EU的管理BIU和EU可以并行工作，提高CPU效率。(1)BIU監(jiān)視著指令隊(duì)列。當(dāng)指令隊(duì)列中有2個(gè)空字節(jié)時(shí)，就自動(dòng)把指令取到隊(duì)列中。(2)EU執(zhí)行指令時(shí)，從指令隊(duì)列頭部取指令，然后執(zhí)行。如需訪問(wèn)存儲(chǔ)器，則EU向BIU發(fā)出請(qǐng)求，由BIU訪問(wèn)存儲(chǔ)器。(3)在執(zhí)行轉(zhuǎn)移、調(diào)用、返回指令時(shí)，需改變隊(duì)列中的指令，要等新指令裝入隊(duì)列中后，EU才繼續(xù)執(zhí)行指令。(4)當(dāng)指令隊(duì)列已滿，而且執(zhí)行部件對(duì)總線接口部件又沒(méi)有總線訪問(wèn)請(qǐng)求時(shí)，總線接口部件便進(jìn)入空閑狀態(tài)614、寄存器結(jié)構(gòu)（編程結(jié)構(gòu)）

(1)通用寄存器組8086CPU有8個(gè)16位的通用寄存器，分2組。通用數(shù)據(jù)寄存器：AX,BX,CX,DX，用來(lái)存放數(shù)據(jù)或地址；一個(gè)16位寄存器也可以當(dāng)作兩個(gè)8位寄存器用，此時(shí)表示為AH,AL,BH,BL,CH,CL,DH,DL。基地址寄存器BP，堆棧指針寄存器SP，源變址寄存器SI和目的變址寄存器DI主要存放地址，也可以存放數(shù)據(jù)。62(2)段寄存器四個(gè)段寄存器為CS（代碼段寄存器）、DS（數(shù)據(jù)段寄存器）、ES（附加段寄存器）SS（堆棧段寄存器）。通過(guò)這四個(gè)段寄存器，CPU可=以定位4個(gè)邏輯段，分別為：當(dāng)前代碼段當(dāng)前數(shù)據(jù)段當(dāng)前附加段當(dāng)前堆棧段。63(3)指令指針寄存器IP

該寄存器的內(nèi)容用來(lái)指明將要執(zhí)行的下一條指令在代碼段中的位置?？偩€接口部件BIU負(fù)責(zé)修改IP寄存器的值，使它始終指向?qū)⒁獔?zhí)行的下一條指令。64(4)標(biāo)志寄存器FR

FR主要用來(lái)標(biāo)志運(yùn)算結(jié)果的狀態(tài)，以及控制CPU的操作。各標(biāo)志位定義如圖2.2所示（共有9個(gè)標(biāo)志）：65標(biāo)志位共有9個(gè)，6個(gè)是狀態(tài)標(biāo)志，用來(lái)表示運(yùn)算結(jié)果的特征，包括CF、PF、AF、ZF、SF和OF；3個(gè)是控制標(biāo)志，用來(lái)控制CPU的操作，包括IF、DF和TF。CF：進(jìn)位標(biāo)志，表示本次運(yùn)算中最高位（第7位或第15位）有進(jìn)位或有借位。PF：奇偶標(biāo)志。

PF=1表示本次運(yùn)算中低8位有偶數(shù)個(gè)“1”；

PF=0表示有奇數(shù)個(gè)“1”。AF：輔助進(jìn)位標(biāo)志。AF=1表示本次運(yùn)算第3位向第4位有進(jìn)位或有借位。在十進(jìn)制運(yùn)算中作為是否進(jìn)行十進(jìn)制調(diào)整的依據(jù)。ZF：零標(biāo)志。ZF=1表示本次運(yùn)算結(jié)果為零，否則ZF=0SF：符號(hào)標(biāo)志。SF=0為正數(shù)；SF=1為負(fù)數(shù)。OF：溢出標(biāo)志。OF=1表示本次運(yùn)算結(jié)果產(chǎn)生溢出，否則OF=0。所謂溢出就是指運(yùn)算結(jié)果超出了相應(yīng)類型數(shù)據(jù)所能表示的范圍。66DF：方向標(biāo)志，用來(lái)控制串操作指令的執(zhí)行。

DF=0則串操作指令的地址自動(dòng)增量；若DF=1，則自動(dòng)減量。IF：中斷標(biāo)志，用來(lái)控制對(duì)可屏蔽中斷的響應(yīng)。IF=1,則允許CPU響應(yīng)可屏蔽中斷；IF=0，則CPU不能響應(yīng)可屏蔽中斷。TF：?jiǎn)尾綐?biāo)志。若TF=1，則CPU進(jìn)入單步工作方式，即CPU每執(zhí)行一條指令就自動(dòng)產(chǎn)生一次內(nèi)部中斷；TF=0,則CPU正常執(zhí)行。675、8088與8086的區(qū)別8088的指令隊(duì)列只有4個(gè)字節(jié)，若出現(xiàn)1個(gè)空字節(jié)，BIU就會(huì)自動(dòng)取指令補(bǔ)充。

8088BIU與外部交換數(shù)據(jù)是8位的，I/O控制電路與專用寄存器之間的數(shù)據(jù)總線寬度也是8位的。68第二節(jié)CPU的外部結(jié)構(gòu)8086/8088CPU芯片都是40條引腳的雙列直插式封裝。部分引腳采用了分時(shí)復(fù)用方式，即同一條引腳在不同的時(shí)刻具有不同的用途。如圖2.3所示。8086/8088CPU可有兩種工作模式，即最大模式和最小模式。不同模式下個(gè)別引腳的功能是不同的。698086與8088CPU外觀比較70一、8086引腳分類(1)公共引腳地址總線數(shù)據(jù)總線時(shí)鐘信號(hào)中斷信號(hào)就緒/等待信號(hào)(2)模式選擇引腳最小模式引腳最大模式引腳71最小模式和最大模式的概念所謂最小模式，就是系統(tǒng)中只有8086或8088一個(gè)微處理器。最大模式是相對(duì)最小模式而言。最大模式用在中等規(guī)模的或者大型的8086／8088系統(tǒng)中。有外圍總線控制器72(1)、公共引腳說(shuō)明地址總線數(shù)據(jù)總線時(shí)鐘信號(hào)中斷信號(hào)就緒/等待信號(hào)73地址總線Intel808812345678910111213141516171819204039383736353433323130292827262524232221獨(dú)立輸出之高8位地址：A8～A15A8A14A15AD0AD7A16/S3A19/S6分時(shí)輸出的AD0～AD7，通過(guò)鎖存器產(chǎn)生低8位地址A0～A7，Pin16~9分時(shí)輸出的A16/S3～19/S6，通過(guò)鎖存器產(chǎn)生最高4位地址A16～A19共20根地址線，尋址空間為：220＝1M74數(shù)據(jù)總線Intel808812345678910111213141516171819204039383736353433323130292827262524232221A8A14A15AD0AD7A16/S3A19/S6分時(shí)輸出的AD0～AD7，直接產(chǎn)生8位數(shù)據(jù)D0～D7Pin16~9共8根數(shù)據(jù)線，字長(zhǎng)為：8位75時(shí)鐘信號(hào)Intel808812345678910111213141516171819204039383736353433323130292827262524232221A8A14A15AD0AD7A16/S3A19/S6時(shí)鐘輸入：CLK，Pin-19為8088提供基準(zhǔn)，來(lái)自8284芯片，為4.77MHZ不可屏蔽中斷請(qǐng)求：NMI，輸入，上升沿觸發(fā)。INT2，Pin-17CLKNMI不可屏蔽中斷信號(hào)76可屏蔽中斷Intel808812345678910111213141516171819204039383736353433323130292827262524232221A8A14A15AD0AD7A16/S3A19/S6可屏蔽中斷請(qǐng)求：INTR，輸入，高電平觸發(fā)。Pin-18中斷允許標(biāo)志可屏蔽中斷請(qǐng)求?？偩€周期的最后一個(gè)時(shí)鐘周期檢測(cè)INTR。可以通過(guò)8259擴(kuò)充中斷源。CLKNMIINTR77就緒與等待Intel808812345678910111213141516171819204039383736353433323130292827262524232221A8A14A15AD0AD7A16/S3A19/S6READY信號(hào)用來(lái)與慢速存儲(chǔ)器或外設(shè)進(jìn)行速度匹配。T2時(shí)鐘周期末檢測(cè)到READY為低時(shí)，在總線周期的第3時(shí)鐘周期插入一個(gè)等待周期Tw。如此每個(gè)T后檢測(cè)，重復(fù)插入Tw直到READY變高。CLKNMIINTRREADYCPU就緒信號(hào)：READY，輸入，高電平有效。Pin-2278等待測(cè)試Intel808812345678910111213141516171819204039383736353433323130292827262524232221A8A14A15AD0AD7A16/S3A19/S6TEST信號(hào)與WAIT指令聯(lián)合使用。CPU每5個(gè)時(shí)鐘時(shí)鐘周期檢測(cè)一次TEST信號(hào)，如高，繼續(xù)執(zhí)行WAIT，否則，跳過(guò)WAIT指令，執(zhí)行后續(xù)指令。可用來(lái)支持實(shí)現(xiàn)多CPU協(xié)同工作。CLKNMIINTRREADYCPU測(cè)試信號(hào)：TEST，輸入，低電平有效。Pin-23TEST792、模式選擇信號(hào)8086的有兩種組態(tài)模式1.兩種組態(tài)分別為:最小組態(tài)(模式)和最大組態(tài)(模式)2.兩種組態(tài)的區(qū)別:(1)8086引腳 MN/MX=1時(shí),8086工作在最小組態(tài). MN/MX=0時(shí),8086工作在最大組態(tài).(2)最小組態(tài)時(shí),系統(tǒng)中只有一個(gè)8086CPU工作,所有總線控制信號(hào)均有8086產(chǎn)生,總線控制邏輯被減小到最小;(3)最大組態(tài)時(shí),8086提供一組信號(hào)，以組成多處理器/協(xié)處理器微機(jī)系統(tǒng)。即在一個(gè)系統(tǒng)中有兩個(gè)或兩個(gè)以上的微處理器，每個(gè)處理器能執(zhí)行它自己的程序。另外,系統(tǒng)中增加了總線控制器8288,許多總線控制信號(hào)由8288產(chǎn)生.80模式選擇Intel808812345678910111213141516171819204039383736353433323130292827262524232221A8A14A15AD0AD7A16/S3A19/S6可用來(lái)選擇最大模式或最小模式工作。最大模式：存儲(chǔ)器與IO讀寫信號(hào)由總線控制器產(chǎn)生，要較多外圍芯片。最小模式：存儲(chǔ)器與I/O讀寫信號(hào)由CPU直接提供，外圍芯片較少。CLKNMIINTRREADYTESTMIN/MAXCPU模式選擇信號(hào)：MIN/MAX，輸入，Pin-33813、最小模式信號(hào)Intel808812345678910111213141516171819204039383736353433323130292827262524232221A8A14A15AD0AD7A16/S3A19/S6RD：輸出，三態(tài)。存儲(chǔ)器與IO讀信號(hào)，CPU自動(dòng)產(chǎn)生。DMA時(shí)浮空。Pin-32WR：輸出，三態(tài)。存儲(chǔ)器與IO寫信號(hào)。由CPU產(chǎn)生。Pin-29IO/M：存儲(chǔ)器與IO讀寫選擇。Pin-28CLKNMIINTRREADYTESTMIN/MAX最小模式的讀寫信號(hào)：RDIO/MWR82最小模式信號(hào)－2Intel808812345678910111213141516171819204039383736353433323130292827262524232221A8A14A15AD0AD7A16/S3A19/S6DT/R：數(shù)據(jù)傳輸方向，輸出，三態(tài)。高，發(fā)送；低，接受。Pin-27DEN：輸出，三態(tài)。有效即低時(shí)，表示DB上的數(shù)據(jù)有效，用作總線驅(qū)動(dòng)。Pin-26ALE：輸出，三態(tài)。分離AD0～AD7上的地址信號(hào)。Pin-25CLKNMIINTRREADYTESTMIN/MAX最小模式的控制信號(hào)：RDIO/MWRDT/RDENALE83最小模式信號(hào)－3Intel808812345678910111213141516171819204039383736353433323130292827262524232221A8A14A15AD0AD7A16/S3A19/S6INTA：中斷應(yīng)答，輸出，低有效。Pin-24HOLD：輸入，高有效。DMA請(qǐng)求。Pin-31HLDA：輸出，高有效，DMA應(yīng)答。Pin-30CLKNMIINTRREADYTESTMIN/MAX最小模式的控制信號(hào)：RDIO/MWRHOLDHLDAINTAHOLD84最小模式總線周期狀態(tài)選擇IO/M,DT/R,SS0操作類型0,0,0INTA0,0,1IOR0,1,0IOW0,1,1HALT1,0,0取指令操作碼1,0,1MEMR1,1,0MEMW1,1,1NOP854、最大模式信號(hào)Intel808812345678910111213141516171819204039383736353433323130292827262524232221A8A14A15AD0AD7A16/S3A19/S6S0～S2：總線周期狀態(tài)標(biāo)志。Pin–26,27,28經(jīng)過(guò)S0～S2譯碼產(chǎn)生存儲(chǔ)器與I/O讀寫信號(hào)CLKNMIINTRREADYTESTMIN/MAXRDIO/MWRHOLDHLDAINTAHOLDS2S1S0S2S1S0操作類型000INTA001IOR010IOW011HALT100取指令操作碼101MEMR110MEMW111NOP86最大模式信號(hào)－2Intel808812345678910111213141516171819204039383736353433323130292827262524232221A8A14A15AD0AD7A16/S3A19/S6QS0～QS1：指令隊(duì)列狀態(tài)。Pin–24,25CLKNMIINTRREADYTESTMIN/MAX最的模式的控制信號(hào)：RDIO/MWRHOLDHLDAINTAHOLDS2S1S0QS1，QS0隊(duì)列性能0，0NOP0，1隊(duì)列中操作碼的第一個(gè)字節(jié)1，0隊(duì)列空1，1隊(duì)列中非第一個(gè)操作碼字節(jié)QS0QS187最大模式信號(hào)－3Intel808812345678910111213141516171819204039383736353433323130292827262524232221A8A14A15AD0AD7A16/S3A19/S6\RQ/GT0～RQ/GT1：總線請(qǐng)求允許。Pin–31,30\LOCK：總線鎖存信號(hào)。低有效。Pin–29CLKNMIINTRREADYTESTMIN/MAX最的模式的總線控制信號(hào)：RDIO/MWRHOLDHLDAINTAHOLDS2S1S0QS0QS1RQ/FT0RQGT1LOCK88S3～S4：指示使用的段寄存器S3，S4代表的REG0，0DS0，1SS1，0CS（I/O，INT）1，1ES最大模式信號(hào)－3Intel808812345678910111213141516171819204039383736353433323130292827262524232221A8A14A15AD0AD7A16/S3A19/S6CLKNMIINTRREADYTESTMIN/MAXRDIO/MWRHOLDHLDAINTAHOLDS2S1S0QS0QS1RQ/FT0RQGT1LOCKS3S4S5用來(lái)表示中斷標(biāo)志狀態(tài)線，當(dāng)IF為1時(shí)，S5=1。

S6保持恒為0。89

：總線高位有效信號(hào)BHEAD0總線使用情況0016位數(shù)據(jù)總線上進(jìn)行字傳送01高8位數(shù)據(jù)總線上進(jìn)行字節(jié)傳送10低8位數(shù)據(jù)總線上進(jìn)行字節(jié)傳送11無(wú)效908086微處理器信號(hào)一覽1.AD15-AD0：分時(shí)復(fù)用的地址/數(shù)據(jù)總線2.A19/S6-A16/S3：分時(shí)復(fù)用的地址/狀態(tài)線3.BHE：總線高位有效信號(hào)4.：讀信號(hào)，低有效5.：寫信號(hào)，低有效6.：存儲(chǔ)器或I/O端口訪問(wèn)信號(hào)，低I/O，高M(jìn)EM與MEMR與MEMW917.Ready：準(zhǔn)備就緒信號(hào)8.INTR：中斷請(qǐng)求信號(hào)9.：中斷響應(yīng)信號(hào)10.NMI：非屏蔽中斷請(qǐng)求信號(hào)11.：測(cè)試信號(hào)12.RESET：復(fù)位信號(hào)13.ALE：地址鎖存允許信號(hào)14.：數(shù)據(jù)發(fā)送/接收控制信號(hào)15.：數(shù)據(jù)允許信號(hào)9216.HOLD：總線請(qǐng)求信號(hào)17.HLDA：總線請(qǐng)求響應(yīng)信號(hào)18.：工作模式選擇信號(hào)19.CLK：主時(shí)鐘信號(hào)20.Vcc：CPU+5V電源21.GND：電源地最大模式系統(tǒng)時(shí)24－31引腳重定義如下：22：總線周期狀態(tài)信號(hào)23.：封鎖信號(hào)24. ：請(qǐng)求/同意信號(hào)25.QS1，QS0：指令隊(duì)列狀態(tài)信號(hào)93第3節(jié)8086支持的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)8086CPU有20根地址線，直接尋址內(nèi)存空間為220=1M字節(jié)，按（00000H-FFFFFH）編址。直接尋址外設(shè)空間為216=64K字節(jié)，按（0000H-FFFFH）編址。8086CPU連接的1M字節(jié)存儲(chǔ)器的空間實(shí)際上分成兩個(gè)512KB的存儲(chǔ)體，偶體與CPU的D0~D7相連奇體與CPU的D8~D15相連。A0和/BHE信號(hào)用于選擇兩體（之一或兩者）。如下頁(yè)：94圖2.4存儲(chǔ)體與總線的連接95在訪問(wèn)一個(gè)字節(jié)時(shí)，無(wú)論給出的是偶地址還是奇地址，都只需要一個(gè)總線周期就可以完成。在訪問(wèn)一個(gè)字時(shí)，偶起始地址一個(gè)總線周期，奇起始地址兩個(gè)總線周期。MOVAL,[0080H]MOVAL,[0081H]MOVAX,[0080H]MOVAX,[0081H]訪問(wèn)奇起始地址需要兩個(gè)總線周期96第4節(jié)系統(tǒng)配置系統(tǒng)配置的目的是形成存儲(chǔ)器和輸入/輸出接口的公共總線，方便外設(shè)和存儲(chǔ)器與微處理器的連接。8086/8088在最小模式與最大模式下的系統(tǒng)配置有較大區(qū)別，以下以8086為例分別介紹在兩種工作模式下的系統(tǒng)配置的典型方法。由MN/MX信號(hào)控制。高小、低大。971、最小模式的系統(tǒng)配置在最小模式下，存儲(chǔ)器和外設(shè)的地址、數(shù)據(jù)與控制信號(hào)由微處理器8086自行產(chǎn)生，通過(guò)三片地址鎖存器74LS373（或Intel8282）和兩片總線收發(fā)器74LS245（或Intel8286）形成外設(shè)和存儲(chǔ)器的總線信號(hào)。圖中8284A作為時(shí)鐘發(fā)生器使用，為8086通過(guò)精確時(shí)鐘。82828286或373或245988282、8286或373、24537324599最小模式的地址與數(shù)據(jù)分離方法8088鎖存器（74LS373）AD0|AD7ALEA0~A7D0~D7ALE100最小模式的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法245101最小模式－讀寫電路構(gòu)成方法RDWRM/IO邏輯電路IORMEMRIOWMEMW存儲(chǔ)器讀存儲(chǔ)器寫輸入輸出寫輸入輸出讀1022、最大模式系統(tǒng)最大模式與最小模式的主要區(qū)別在于使用了總線控制器8288來(lái)產(chǎn)生地址鎖存器、總線收發(fā)器和訪問(wèn)存儲(chǔ)器、I/O接口所需要的全部控制信號(hào)。在最大模式中，系統(tǒng)通常有兩個(gè)或多個(gè)微處理器，設(shè)置總線控制器便于這些微處理器相互協(xié)調(diào)和共享控制。有關(guān)8288可以參考書上的內(nèi)容，不作要求。1032、最大模式系統(tǒng)1048288總線發(fā)生器結(jié)構(gòu)狀態(tài)譯碼器命令信號(hào)發(fā)生器控制信號(hào)發(fā)生器控制邏輯105S2S1S08088輸出8288輸出000INTA\INTA001IOR\IORC010IOW\IOWC、\AIOWC011HALT－100取指令操作碼\MRDC101MEMR\MRDC110MEMW\MWTC、\AMWTC111NOP－8288總線發(fā)生器的輸出106XTBUS形成電路ALE107第5節(jié)CPU的操作和時(shí)序一、基本概念1、時(shí)鐘周期：是CPU的基本時(shí)間計(jì)量單位，它由計(jì)算機(jī)主頻決定。8086主頻是4.77MHz，一個(gè)時(shí)鐘周期就是210ns。2、總線周期：BIU完成一次訪問(wèn)存儲(chǔ)器操作所需要的時(shí)間稱作一個(gè)總線周期。一個(gè)最基本的總線周期由4個(gè)時(shí)鐘周期組成，習(xí)慣上稱4個(gè)狀態(tài)，T1,T2,T3,T4狀態(tài)。只有在CPU和內(nèi)存或I/O端口之間傳遞數(shù)據(jù)以及取指令時(shí)，CPU才執(zhí)行總線周期。1083、空閑周期：如果在一個(gè)總線周期之后，不立即執(zhí)行下一個(gè)總線周期，則系統(tǒng)總線就處于空閑狀態(tài)，此時(shí)執(zhí)行空閑周期Ti。4、指令周期：就是計(jì)算機(jī)完成對(duì)一條指令的讀取并執(zhí)行這一系列步驟所需要的時(shí)間。指令周期包含一個(gè)或幾個(gè)總線周期。例如，執(zhí)行一條8位寄存器乘法（MUL），這是一條兩字節(jié)指令，需70－77個(gè)時(shí)鐘周期的執(zhí)行時(shí)間。109總線操作序列機(jī)器周期指令周期總線周期110時(shí)鐘周期①在T1狀態(tài)，CPU往多路復(fù)用總線上發(fā)出地址信息，以指出要尋址的存儲(chǔ)單元或外設(shè)端口的地址。②在T2狀態(tài)，CPU從總線上撤消地址，而使總線的低16位浮置成高阻狀態(tài)，為傳輸數(shù)據(jù)作準(zhǔn)備?？偩€的最高4位(Al9一A16)用來(lái)輸出本總線周期狀態(tài)信息。這些狀態(tài)信息用來(lái)表示中斷允許狀態(tài)、當(dāng)前正在使用的段寄存器名等。③在T3狀態(tài)，多路總線的高4位繼續(xù)提供狀態(tài)信息，而多路總線的低16位(8088則為低8位)上出現(xiàn)由CPU寫出的數(shù)據(jù)或者CPU從存儲(chǔ)器或端口讀入的數(shù)據(jù)。

111二、系統(tǒng)的復(fù)位與啟動(dòng)操作復(fù)位與啟動(dòng)是在RESET引腳上至少維持4個(gè)時(shí)鐘周期的高電平，時(shí)序如圖2.11所示。圖2.118086/8088的復(fù)位時(shí)序112

復(fù)位時(shí)各內(nèi)部寄存器的值： 標(biāo)志寄存器FR 清零 指令指針I(yè)P 0000H CS寄存器 FFFFH DS寄存器 0000H SS寄存器 0000H ES寄存器 0000H

指令隊(duì)列 空 其他寄存器 0000H113三、最小模式系統(tǒng)中的總線操作8086CPU為了要與存儲(chǔ)器或I/O端口交換數(shù)據(jù)，需要執(zhí)行一個(gè)總線周期，這就是總線操作?？偩€操作可以分為總線讀操作和總線寫操作。讀操作是CPU從存儲(chǔ)器或I/O端口讀取數(shù)據(jù)，寫操作是CPU將數(shù)據(jù)寫入存儲(chǔ)器或I/O端口。114最小模式系統(tǒng)中的總線讀操作如圖2.12所示。圖2.12最小模式下的讀操作時(shí)序115存儲(chǔ)器讀指令與存儲(chǔ)器讀時(shí)序的關(guān)系MOVAX，0000HMOVDS，AXMOVAL，[8000H]；讀1）ALE變高，將0000:8000H放到AD0～AD19信號(hào)線上；譯碼器對(duì)其譯碼產(chǎn)生存儲(chǔ)器選擇信號(hào)2）發(fā)出M/IO信號(hào)（高），發(fā)出RD信號(hào)為低3）被選擇的存儲(chǔ)器將數(shù)據(jù)放到AD0～AD7信號(hào)線4）CPU在RD上升沿將AD0～AD7信號(hào)線的數(shù)據(jù)讀入CPU內(nèi)部AL寄存器。122341116最小模式系統(tǒng)中的總線寫操作如圖2.13所示。圖2.138086最小模式寫操作時(shí)序117四、最大模式系統(tǒng)中的總線操作圖2.148086最大模式的讀操作時(shí)序118最大模式系統(tǒng)中的總線寫操作S2~

S0有效數(shù)據(jù)地址S6~

S3A19~A16CLK一個(gè)總線周期T1T2T3T4A19/S6~A16/S3AD15~AD0BHE/S7BHEALEMWTC/IOWCDENDT/R8086最大模式的寫總線周期高阻S2~

S0AMWC/AIOWC119最小模式下的總線保持（了解）在DMA控制器8237部分解釋120中斷響應(yīng)周期

121指令與時(shí)序的關(guān)系二、外設(shè)接口指令與I/O讀寫時(shí)序的關(guān)系MOVDX，0220HINAL，DX ；讀I/O接口時(shí)序上執(zhí)行四個(gè)動(dòng)作：（1）將0200H放到AD0～AD19信號(hào)線上；譯碼器對(duì)其譯碼產(chǎn)生外設(shè)選擇信號(hào)（2）發(fā)出M/IO信號(hào)（低），發(fā)出RD信號(hào)為低（3）被選擇的外設(shè)將數(shù)據(jù)放到AD0～AD7信號(hào)線（4）CPU在RD上升沿將AD0～AD7信號(hào)線的數(shù)據(jù)讀入CPU內(nèi)部AL寄存器122指令與時(shí)序的關(guān)系A(chǔ)B譯碼器鎖存器存儲(chǔ)器接口或外設(shè)接口DBCPU0200HM/IORDA123指令執(zhí)行與信號(hào)的關(guān)系針對(duì)上頁(yè)圖，運(yùn)行如下程序，A點(diǎn)的信號(hào)如何變化？(思考)MOVDX，200HMOVAL，00HREPT：OUTDX，ALDECALJMPREPT124作業(yè)題（下周四交，單號(hào)）P90-91第1次作業(yè)：2、8、11、16；1253微機(jī)386－V8.pptTHANKS！1261271281291301311321331341351361371381391401411421431441451461471482.280386微處理器149目錄2.280386微處理器2.3雙核微處理器2.480x8尋址方式2.580x86的指令系統(tǒng)2.6單片計(jì)算機(jī)1502.280386微處理器1985年10月推出了高性能的32位微處理器80386，具有32位數(shù)據(jù)總線和32位地址總線，直接尋址能力為4GB，在16MHz主頻下每秒可執(zhí)行4×106條指令。它采用了流水線和指令重疊執(zhí)行技術(shù)、虛擬存儲(chǔ)技術(shù)和存儲(chǔ)管理技術(shù)等，這些技術(shù)以后被廣泛采用，故80386是微處理器發(fā)展史上的一個(gè)里程碑。1512.2.180386的組織結(jié)構(gòu)80386的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以劃分為:指令預(yù)取部件、指令譯碼部件、指令執(zhí)行部件、分段部件、分頁(yè)部件和總線接口部件等6個(gè)功能部件1522.2.180386的組織結(jié)構(gòu)指令預(yù)取部件IPU（InstructionPrefetchUnit）IPU中設(shè)置了一個(gè)16字節(jié)的指令隊(duì)列，只要指令隊(duì)列有空字節(jié)，IPU就向總線接口部件提出請(qǐng)求，若總線接口部件處于空閑狀態(tài)，則從存儲(chǔ)器中取出指令裝入指令隊(duì)列。指令譯碼部件IDU（InstructionDecodeUnit）IDU的作用就是對(duì)指令操作碼進(jìn)行譯碼，實(shí)現(xiàn)從指令到微指令的轉(zhuǎn)換。IDU中設(shè)置了譯碼指令隊(duì)列，譯碼得到的微指令存放在該隊(duì)列中。指令執(zhí)行部件EU（ExecuteUnit）EU包括算術(shù)邏輯運(yùn)算部件ALU、8個(gè)32位通用寄存器和1個(gè)64位桶形移位寄存器和1個(gè)乘/除法器，其功能就是完成各種數(shù)據(jù)運(yùn)算和處理。此外，EU還包括保護(hù)測(cè)試部件，用于檢驗(yàn)指令執(zhí)行過(guò)程中是否符合存儲(chǔ)器分段規(guī)則。上述三個(gè)部件IPU、IDU和EU合稱為中央處理部件CPU（CentralProcessingUnit），它們實(shí)際構(gòu)成了一個(gè)指令流水線。1532.2.180386的組織結(jié)構(gòu)分段部件SU（SegmentationUnit）80386采用了分段、分頁(yè)兩級(jí)存儲(chǔ)管理機(jī)制，存儲(chǔ)器首先以段為單位進(jìn)行劃分，每個(gè)段的長(zhǎng)度最大為4GB，每個(gè)段又進(jìn)一步劃分為多個(gè)頁(yè)面，頁(yè)面長(zhǎng)度固定為4KB。分頁(yè)部件PU（PagingUnit）PU的作用是將SU生成的線性地址轉(zhuǎn)換為存儲(chǔ)器的物理地址，這種轉(zhuǎn)換是通過(guò)兩級(jí)頁(yè)表來(lái)實(shí)現(xiàn)的。PU是80386的可選部件，若不使用PU，則SU生成的線性地址就是物理地址。SU和PU合稱為存儲(chǔ)管理部件MMU（MemoryManagementUnit）?？偩€接口部件BIU（BusInterfaceUnit）BIU是80386與外部之間的高速接口。當(dāng)指令預(yù)取部件取指令，或者指令執(zhí)行部件讀寫操作數(shù)和運(yùn)算結(jié)果時(shí)，都會(huì)向BIU提出訪問(wèn)存儲(chǔ)器和I/O設(shè)備的請(qǐng)求，BIU根據(jù)一定的優(yōu)先級(jí)來(lái)響應(yīng)這些請(qǐng)求，產(chǎn)生所需要的地址信號(hào)和讀寫控制信號(hào)，以完成有關(guān)操作。此外，BIU也實(shí)現(xiàn)了80386與其它協(xié)處理器之間的控制功能。SU、PU和BIU實(shí)際上也構(gòu)成一條地址流水線，1542.2.280386的編程結(jié)構(gòu)80386有6類寄存器，分別是通用寄存器、指令指針寄存器、標(biāo)志寄存器、控制寄存器、調(diào)試與測(cè)試寄存器、段寄存器、段描述符寄存器、系統(tǒng)地址寄存器。(1)通用寄存器(下頁(yè)圖示）80386有8個(gè)32位的通用寄存器,分別是EAX、EBX、ECX和EDX，以及ESP、EBP、ESI和EDI，(2)標(biāo)志寄存器/標(biāo)志寄存器32位的標(biāo)志寄存器EFLAGS也是由16位的標(biāo)志寄存器FLAGS擴(kuò)展而來(lái)的。原有的9個(gè)標(biāo)志含義相同，在此基礎(chǔ)上又增加了4個(gè)新的標(biāo)志。155(2)標(biāo)志寄存器/標(biāo)志寄存器32位的標(biāo)志寄存器EIP用于存放下一條指令的偏移量，當(dāng)兼容8086時(shí)，其低16位就是IP寄存器。156(3)80386有4個(gè)32位的控制寄存器CR0、CR1、CR2和CR3，其中CR1未使用。這些控制寄存器主要用于對(duì)80386各種功能和運(yùn)行方式的控制。(4)調(diào)試寄存器/測(cè)試寄存器80386設(shè)置了8個(gè)32位的調(diào)試寄存器DR0~DR7，其中DR4~DR5為Intel公司保留，而其它6個(gè)寄存器用于設(shè)置斷點(diǎn)和調(diào)試功能。80386使用了兩個(gè)測(cè)試寄存器TR6和TR7，用于測(cè)試TLB（TranslationLookasideBuffer）。其中TR6存放測(cè)試控制命令，而TR7存放測(cè)試所得數(shù)據(jù)。157（5）系統(tǒng)地址寄存器系統(tǒng)地址寄存器包括全局描述符表寄存器GDTR、中斷描述符表寄存器IDTR、局部描述符表寄存器LDTR和任務(wù)狀態(tài)段寄存器TR。設(shè)置這些寄存器的目的是為了便于對(duì)各個(gè)描述符表進(jìn)行訪問(wèn)，它們分別保存著對(duì)應(yīng)描述符表的存儲(chǔ)地址。系統(tǒng)地址寄存器的內(nèi)容和作用在后續(xù)章節(jié)詳細(xì)介紹。（6）段寄存器和段選擇子80386與8086一樣，段寄存器也是16位的，但增加了兩個(gè)附加數(shù)據(jù)段寄存器FS和GS。在實(shí)地址方式中，80386物理地址的計(jì)算與8086相同。但在保護(hù)方式下，段寄存器的作用則不同，其內(nèi)容和作用在后續(xù)章節(jié)詳細(xì)介紹。1582.2.380386的工作方式實(shí)地址方式（RealAddressMode）8086兼容方式（段）,80386復(fù)位后就進(jìn)入實(shí)地址方式

保護(hù)方式（ProtectedVirtualAddressMode）段頁(yè)式虛擬8086方式（Virtual8086Mode）段頁(yè)式（386下執(zhí)行86代碼，某個(gè)任務(wù)）15980386的工作方式實(shí)地址方式（RealAddressMode）8086工作模式，只采用分段方式，每段固定長(zhǎng)度為64KB，20位物理地址由段寄存器內(nèi)容左移4位后與偏移量相加得到。不同之處是80386可以進(jìn)行32位數(shù)據(jù)的運(yùn)算和處理。復(fù)位后進(jìn)入實(shí)地址方式，保護(hù)方式（ProtectedVirtualAddressMode）80386在保護(hù)方式下采用了段頁(yè)式的存儲(chǔ)管理機(jī)制，提供保護(hù)機(jī)制，支持虛擬存儲(chǔ)和多任務(wù)操作系統(tǒng)。保護(hù)方式是80386最常用的方式。虛擬8086方式（Virtual8086Mode）80386在虛擬8086方式同樣采用段頁(yè)式存儲(chǔ)管理機(jī)制，具有護(hù)功能，可以支持多任務(wù)。虛擬8086方式是針對(duì)多個(gè)任務(wù)中的某一個(gè)任務(wù)而言的，也就是說(shuō)在多個(gè)任務(wù)中，某一個(gè)任務(wù)是在虛擬8086方式，而另一些任務(wù)可以在保護(hù)方式。當(dāng)一個(gè)任務(wù)工作在虛擬8086方式時(shí)，可以直接執(zhí)行8086的代碼。1602.2.480386的引腳和時(shí)序80386采用132條引腳的PGA（陶瓷網(wǎng)格陣列）封裝，主要包括：（1）數(shù)據(jù)總線D31~D0（2）地址總線A31~A2、/BH3~/BH0（3）時(shí)鐘信號(hào)CLK2,（4）與總線周期有關(guān)信號(hào)：16180386時(shí)序修訂：BE3-BH31622.2.580386的存儲(chǔ)管理圖2.19給出了80386的存儲(chǔ)管理機(jī)制的實(shí)現(xiàn)原理。用戶程序在訪問(wèn)存儲(chǔ)器時(shí)給出的是48位虛擬地址（或稱為邏輯地址），由16位的段選擇子（SegmentSelector）和32位偏移量?jī)刹糠纸M成，段選擇子由段寄存器給出，而偏移量則根據(jù)不同的尋址方式得到。1631、基本概念與術(shù)語(yǔ)（1）虛擬存儲(chǔ)器和高速緩沖存儲(chǔ)器（2）描述符描述符又稱為段描述符，由8個(gè)字節(jié)構(gòu)成，用于對(duì)程序段進(jìn)行描述，向CPU提供虛擬地址并向?qū)嵉刂忿D(zhuǎn)換所需的數(shù)據(jù)；包括段的基地址、段的大小和段的屬性(稱訪問(wèn)權(quán)字段)。圖2.21說(shuō)明了段描述符的格式。164①32位段基址：指明一個(gè)段的起始位置，可以為32位的線性地址空間中的任一地址。②20位段限：段限決定了一個(gè)段的可尋址范圍，目的是為了判斷對(duì)存儲(chǔ)段的訪問(wèn)是否越界，以免破壞其它信息。386的段限長(zhǎng)是32位，但在段描述符中只規(guī)定了20位，根據(jù)此20位限長(zhǎng)及段屬性中的G位計(jì)算出真正的段限長(zhǎng)。在不使用分頁(yè)機(jī)制時(shí)（G=0），則長(zhǎng)度單位為字節(jié)，段的最大長(zhǎng)度為1B×220=1MB；在啟用分頁(yè)機(jī)制時(shí)（G=1），則長(zhǎng)度單位是頁(yè)面數(shù)（每頁(yè)4KB），因此段的最大長(zhǎng)度為4KB×220=4GB。例如，G=1時(shí)的段基址＝00000000H，限長(zhǎng)＝0FFFFFH，則真實(shí)的段限長(zhǎng)＝0FFFFFH*1000H+0FFFH＝0FFFFFFFFH。165③段的屬性包括以下字段A——訪問(wèn)位，A=1表示已經(jīng)訪問(wèn)過(guò)該段，操作系統(tǒng)利用該位統(tǒng)計(jì)段的使用情況。S——描述符類型位，若S=1，則為非系統(tǒng)描述符，所描述的段是代碼段、數(shù)據(jù)段（包括堆棧段）；若S=0，則為系統(tǒng)描述符，所描述的是局部描述符表、任務(wù)狀態(tài)段和各種門。TYPE——段類型，用于說(shuō)明對(duì)應(yīng)的段的類型，包括是否為可執(zhí)行的代碼段、存儲(chǔ)地址增長(zhǎng)的方向、該段是否可以進(jìn)行寫操作等。DPL——描述符的特權(quán)級(jí)（DescriptorPrivilegelevel），用于特權(quán)檢查，以決定對(duì)該段能否訪問(wèn)。P——存在位，當(dāng)P=1時(shí)，說(shuō)明對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)段已經(jīng)裝入內(nèi)存。D——操作數(shù)長(zhǎng)度標(biāo)志，僅用于代碼段描述符，當(dāng)D=1時(shí)，說(shuō)明對(duì)應(yīng)的代碼段的代碼是32位的，而當(dāng)D=0則為16位。166（3）描述符表系統(tǒng)中有三類描述符表：全局描述符表GDT、局部描述符表LDT和中斷措述符表IDT。這些表都是可變長(zhǎng)度的存儲(chǔ)器數(shù)組，表的長(zhǎng)度從8B～64KB之間，每個(gè)表最多可容納8192個(gè)描述符（每個(gè)描述符由8B組成）。中斷描述符表IDT存放的是描述中斷服務(wù)程序入口地址等有關(guān)屬性的門描述符，包括中斷門、陷阱門和任務(wù)門。每個(gè)任務(wù)有且只有一個(gè)獨(dú)立的局部描述符表LDT，整個(gè)系統(tǒng)只有一個(gè)全局描述符表GDT，167（4）系統(tǒng)地址寄存器系統(tǒng)地址寄存器包括：全局描述符表寄存器GDTR、中斷描述符表寄存器IDTR、局部描述符表寄存器LDTR和任務(wù)狀態(tài)段寄存器TR。168系統(tǒng)地址寄存器80位的LDTR分為兩個(gè)字段，高16位稱為L(zhǎng)DT選擇子，用于在GDT中查找LDT描述符，一旦查找到LDT描述符，則由硬件自動(dòng)存放在低64位中。169段寄存器和段選擇子段寄存器選擇子16位（用戶可見(jiàn)）描述符64位（用戶不可見(jiàn)）170段寄存器和段選擇子高13位存放的是段選擇子，也就是段描述符在GDT或LDT中的索引號(hào)。表索引標(biāo)志TI：當(dāng)TI=1時(shí)，在LDT中查找，而當(dāng)TI=0時(shí)，則在GDT中進(jìn)行查找。另外2位RPL，用來(lái)作描述請(qǐng)求特權(quán)級(jí)(RequestedPrivilegeLevel)，用于特權(quán)檢查。171LDTR描述符獲取過(guò)程在訪問(wèn)LDT之前，首先需要在GDT中查找到該LDT描述符。通過(guò)LDTR的選擇子查找GDT獲得LDT描述符的過(guò)程如下圖所示。Index17280386特權(quán)級(jí)80386中共規(guī)定有4個(gè)特權(quán)級(jí)，由0到3。0級(jí)別權(quán)限最高，3級(jí)最小。操作系統(tǒng)核心運(yùn)行在0級(jí)，80386處理器共設(shè)置4個(gè)優(yōu)先級(jí)（0級(jí)～3級(jí)）。0級(jí)是最高級(jí)（特權(quán)級(jí)）；3級(jí)是最低級(jí)（用戶級(jí)）；1級(jí)和2級(jí)介于它們之間。特權(quán)級(jí)代碼一般是操作系統(tǒng)的代碼，可以訪問(wèn)全部系統(tǒng)資源；其他級(jí)別的代碼一般是用戶程序，可以訪問(wèn)的資源受到限制。

1732．特權(quán)保護(hù)80386采用保護(hù)機(jī)制主要為了檢查和防止低級(jí)別代碼的越權(quán)操作，如訪問(wèn)不該訪問(wèn)的數(shù)據(jù)、端口以及調(diào)用高優(yōu)先級(jí)的代碼等。80386中的每個(gè)段描述符號(hào)中都有DPL字段，高于該特權(quán)級(jí)別的程序才有權(quán)訪問(wèn)它。段寄存器的請(qǐng)求特權(quán)級(jí)(RPL)：用于特權(quán)檢查。檢查主要是讓當(dāng)前優(yōu)先級(jí)(CPL)和DPL比大小，如果大于等于才允許訪問(wèn)。而RPL和CPL之間不作判斷，將RPL和CPL中特權(quán)更高的那個(gè)和被訪問(wèn)段的DPL比較作判斷。

1743．虛擬地址到線性地址的轉(zhuǎn)換虛擬地址通常由兩部分組成：段選擇器和偏移地址。段選擇器用來(lái)選擇一個(gè)段，偏移地址用來(lái)指出操作數(shù)在所選擇的段中的偏移量。例如：MOVFS:IOTA，AL該指令中IOTA用來(lái)指定偏移地址。該指令的功能是：將寄存器AL的內(nèi)容存入FS的選擇器字段所選擇的段中偏移量為IOTA的虛擬地址單元中。例如：MOVEAX，DS:[EBX]該指令的功能是：將DS的選擇器字段所選擇的段中由．EBX內(nèi)容代表的偏移量所確定的虛擬地址單元開(kāi)始的4個(gè)字節(jié)的內(nèi)容送人EAX。175轉(zhuǎn)換過(guò)程CPU只要將段選擇器所指向的段描述符中的32位基地址與32位偏移地址相加即可得到線性地址。將32位虛擬地址轉(zhuǎn)換到32位線性地址的過(guò)程包括：首先，CPU將邏輯地址中的段選擇子裝入段寄存器中；其次，硬件根據(jù)選擇子的TI字段自動(dòng)訪問(wèn)局部描述符表LDT或全局描述符表GDT；然后，獲取LDT或GDT中的描述符，進(jìn)行段限比較；最后，根據(jù)描述符的基地址和程序給出的偏移地址，計(jì)算得到線性地址。176轉(zhuǎn)換實(shí)例例如，80386的某指令給出的32位邏輯地址為0000000001100100，0000000100000000B，則根據(jù)圖2.26所示的結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)邏輯地址到線性地址的變換。具體過(guò)程如下：177轉(zhuǎn)換實(shí)例首先，32位邏輯地址的高16位裝入段寄存器。根據(jù)圖2.24的結(jié)構(gòu)，得到的段寄存器的高13位為0000000001100B（00CH），TI=1B，RPL=00B，偏移地址為0100H。178轉(zhuǎn)換實(shí)例然后，硬件根據(jù)選擇子的TI字段自動(dòng)訪問(wèn)局部描述符表LDT，把段選擇子的索引值000CH乘8以后的值0060H與全局描述符寄存器（GDTR）的段限00FF進(jìn)行比較，由于該值沒(méi)有超出界限，因此，可以對(duì)局部描述符表進(jìn)行訪問(wèn)。179轉(zhuǎn)換實(shí)例其次，把0060H與局部描述符表的基地址（在LDTR中）相加得到訪問(wèn)數(shù)據(jù)段描述符的絕對(duì)地址00100060H。如果保護(hù)機(jī)構(gòu)對(duì)訪問(wèn)權(quán)檢查通過(guò)，CPU就自動(dòng)地把地址為00100060H的數(shù)據(jù)段描述符（包括數(shù)據(jù)段基地址、段限和訪問(wèn)權(quán)字段）裝入DS寄存器相應(yīng)的段描述符寄存器高速緩沖器中。180轉(zhuǎn)換實(shí)例最后，用段描述符寄存器的訪