1 1 第2章微處理器與總線 2 一 微型計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu) 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成 硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng) 3 一 微型計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu) 4 計(jì)算機(jī)的硬件 Hardware 指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中看得見(jiàn) 摸的著的物理實(shí)體 它是組成一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ) 硬件系統(tǒng)的基本功能是能夠執(zhí)行預(yù)先設(shè)計(jì)好的在相應(yīng)指令系統(tǒng)中的各種指令 計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)由存儲(chǔ)器 控制器 運(yùn)算器 輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大部分組成 5 輸入 輸出設(shè)備 計(jì)算機(jī)與人之間進(jìn)行信息交換的設(shè)備按功能分為3類(lèi) 輸入設(shè)備 輸出設(shè)備和輸入輸出兼用設(shè)備輸入設(shè)備 向主機(jī)輸入程序 數(shù)據(jù)和命令信息的設(shè)備 如鍵盤(pán) 鼠標(biāo) 觸摸屏等 微型計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu) 輸入輸出設(shè)備 6 輸出設(shè)備 將計(jì)算機(jī)處理過(guò)的二進(jìn)制代碼信息 轉(zhuǎn)化成人能識(shí)別的形式輸出設(shè)備 如打印機(jī)等輸入輸出兼用設(shè)備 具有輸入和輸出功能的設(shè)備 如磁帶 磁盤(pán)等 微型計(jì)算機(jī)概念結(jié)構(gòu) 輸入輸出設(shè)備 7 2 1微處理器概述 微處理器簡(jiǎn)稱(chēng)CPU 是計(jì)算機(jī)的核心 主要包括 運(yùn)算器控制器寄存器組 8 運(yùn)算器的組成 核心部件算術(shù)邏輯單元ALU 核心功能是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算 1 運(yùn)算器 9 控制器用于計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)中 指揮 協(xié)調(diào)各部件的工作 是整個(gè)計(jì)算機(jī)的中樞 基本功能 從存儲(chǔ)器中一次取出程序的各條指令 并根據(jù)指令的要求 向微機(jī)的各個(gè)部件發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào) 使各部件協(xié)調(diào)工作 2 控制器 10 2 28088 8086微處理器 11 2 2 1 8088的指令流水線 一條指令的執(zhí)行過(guò)程取指令分析指令取操作數(shù)執(zhí)行指令寫(xiě)入存儲(chǔ)器8088出現(xiàn)以前 以上步驟順序執(zhí)行 串行 8088內(nèi)部有BIU EU兩個(gè)獨(dú)立單元 可獨(dú)立完成總線操作和執(zhí)行指令的任務(wù) 即兩個(gè)單元可重疊工作 12 12 串行工作方式 8088以前的CPU采用串行工作方式 取指令1 執(zhí)行指令1 分析指令1 CPU BUS 忙碌 忙碌 取指令2 執(zhí)行指令2 分析指令2 13 13 并行工作方式 8088CPU采用并行工作方式 BUS EU 取指令1 執(zhí)行指令1 分析指令1 CPU 取指令2 執(zhí)行指令2 分析指令2 取指令2 執(zhí)行指令2 分析指令2 忙碌 忙碌 忙碌 忙碌 忙碌 14 14 結(jié)論 指令預(yù)取隊(duì)列的存在使EU和BIU兩個(gè)部分可并行工作 從而提高了CPU的效率 降低了對(duì)存儲(chǔ)器存取速度的要求 15 2 2 2 8088處理器引腳 40條引腳 采用雙列直插式封裝為了減少芯片的引線 8088的許多引腳具有雙重定義和功能 采用分時(shí)復(fù)用工作方式最大和最小兩種工作模式可通過(guò)引腳選擇 16 16 兩種工作模式的選擇方式 8088是工作在最小還是最大模式由MN MX端狀態(tài)決定 MN MX 0工作于最大模式 反之工作于最小模式 17 17 二 8088CPU的引線及功能 引腳定義的方法可大致分為 每個(gè)引腳只傳送一種信息 RD等 引腳電平的高低不同的信號(hào) IO M等 CPU工作于不同方式有不同的名稱(chēng)和定義 WR LOCK等 分時(shí)復(fù)用引腳 AD7 AD0等 引腳的輸入和輸出分別傳送不同的信息 RQ GT 18 18 主要引線 最小模式下 地址線和數(shù)據(jù)線 AD7 AD0 低8位地址和數(shù)據(jù)信號(hào)分時(shí)復(fù)用 在傳送地址信號(hào)時(shí)為單向 傳送數(shù)據(jù)信號(hào)時(shí)為雙向 A19 A16 高4位地址信號(hào) 分時(shí)復(fù)用 A15 A8 輸出8位地址信號(hào) 19 19 主要的控制和狀態(tài)信號(hào) WR 寫(xiě)信號(hào) RD 讀信號(hào) IO M 為 0 表示訪問(wèn)內(nèi)存 為 1 表示訪問(wèn)接口 DEN 低電平有效時(shí) 允許進(jìn)行讀 寫(xiě)操作 RESET 復(fù)位信號(hào) 20 20 例 當(dāng)WR 1 RD 0 IO M 0時(shí) 表示CPU當(dāng)前正在進(jìn)行讀存儲(chǔ)器操作 21 21 中斷請(qǐng)求和響應(yīng)信號(hào) INTR 可屏蔽中斷請(qǐng)求輸入端NMI 非屏蔽中斷請(qǐng)求輸入端INTA 中斷響應(yīng)輸出端 22 22 總線保持信號(hào) HOLD 總線保持請(qǐng)求信號(hào)輸入端 當(dāng)CPU以外的其他設(shè)備要求占用總線時(shí) 通過(guò)該引腳向CPU發(fā)出請(qǐng)求 HLDA 總線保持響應(yīng)信號(hào)輸出端 CPU對(duì)HOLD信號(hào)的響應(yīng)信號(hào) 23 8086 8088CPU從功能上分成兩大部分 總線接口單元BIU BusInterfaceUnit 執(zhí)行單元EU ExecutionUnit BIU作用 負(fù)責(zé)CPU與存儲(chǔ)器 I O接口之間的信息傳送EU的作用 負(fù)責(zé)分析指令和執(zhí)行指令 2 2 3 8088的功能結(jié)構(gòu) 24 24 8086 8088的內(nèi)部寄存器 含14個(gè)16位寄存器 按功能可分為三類(lèi)8個(gè)通用寄存器4個(gè)段寄存器2個(gè)控制寄存器 25 25 通用寄存器 數(shù)據(jù)寄存器 AX BX CX DX 地址指針寄存器 SP BP 變址寄存器 SI DI 26 26 數(shù)據(jù)寄存器 8088含4個(gè)16位數(shù)據(jù)寄存器 它們又可分為8個(gè)8位寄存器 即 AXBXCXDX AH AL CH CL BH BL DH DL 27 27 數(shù)據(jù)寄存器特有的習(xí)慣用法 AX 累加器 所有I O指令都通過(guò)AX與接口傳送信息 中間運(yùn)算結(jié)果也多放于AX中 BX 基址寄存器 在間接尋址中用于存放基地址 CX 計(jì)數(shù)寄存器 用于在循環(huán)或串操作指令中存放計(jì)數(shù)值 DX 數(shù)據(jù)寄存器 在間接尋址的I O指令中存放I O端口地址 在32位乘除法運(yùn)算時(shí) 存放高16位數(shù) 28 28 地址指針寄存器 SP 堆棧指針寄存器 其內(nèi)容為棧頂?shù)钠频刂?BP 基址指針寄存器 常用于在訪問(wèn)內(nèi)存時(shí)存放內(nèi)存單元的偏移地址 29 29 BX與BP在應(yīng)用上的區(qū)別 作為通用寄存器 二者均可用于存放數(shù)據(jù) 作為基址寄存器 用BX表示所尋找的數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)段 常與DS配對(duì)使用 用BP則表示數(shù)據(jù)在堆棧段 常與SS配對(duì)使用 30 30 變址寄存器 SI 源變址寄存器DI 目標(biāo)變址寄存器變址寄存器常用于指令的間接尋址或變址尋址 特別是在串操作指令中 用SI存放源操作數(shù)的偏移地址 而用DI存放目標(biāo)操作數(shù)的偏移地址 31 31 段寄存器 用于存放相應(yīng)邏輯段的段基地址CS 代碼段寄存器 代碼段存放指令代碼DS 數(shù)據(jù)段寄存器ES 附加段寄存器SS 堆棧段寄存器 指示堆棧區(qū)域的位置 存放操作數(shù) 32 32 控制寄存器 IP 指令指針寄存器 其內(nèi)容為下一條要執(zhí)行指令的偏移地址FLAGS 標(biāo)志寄存器 存放運(yùn)算結(jié)果的特征6個(gè)狀態(tài)標(biāo)志位 CF SF AF PF OF ZF 3個(gè)控制標(biāo)志位 IF TF DF 33 存儲(chǔ)器用來(lái)存儲(chǔ)程序 原始數(shù)據(jù) 中間結(jié)果及運(yùn)算結(jié)果在計(jì)算機(jī)內(nèi)部 程序中的指令和數(shù)據(jù)都是以二進(jìn)制代碼形式出現(xiàn)的兩種基本的操作 讀操作 寫(xiě)操作 2 2 4 8086 8088的存儲(chǔ)器組織 34 存儲(chǔ)器中若干個(gè)二進(jìn)制位組成一個(gè)存儲(chǔ)單元 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)內(nèi)存儲(chǔ)器中的每一個(gè)存儲(chǔ)單元進(jìn)行編號(hào) 這個(gè)編號(hào)稱(chēng)為該存儲(chǔ)單元的地址 35 物理地址 段基址 16 10H 偏移地址 段內(nèi)偏移量 物理地址的生成 36 36 物理地址 段基地址 6000H段首地址偏移地址物理地址 數(shù)據(jù)段 60009H 00H 12H 60000H 0009H 37 例2 將下面的邏輯地址轉(zhuǎn)換成物理地址 1 2000 1234H 2 2100 0234H 38 解 1 物理地址 2000H 16 1234H 20000H 1234H 21234H 2 物理地址 2100H 16 0234H 21000H 0234H 21234H結(jié)論 不同的邏輯地址有可能對(duì)應(yīng)同一物理地址 39 段寄存器的使用約定8086 8088對(duì)訪問(wèn)不同的內(nèi)存段所使用的段寄存器和相應(yīng)的偏移地址的來(lái)源有一些具體的約定 8086 8088的存儲(chǔ)器組織 40 2 3系統(tǒng)總線 41 總線 就是連接多個(gè)部件的一組公共信息傳輸線 它能分時(shí)地發(fā)送與接收信息分類(lèi) 地址總線 數(shù)據(jù)總線 控制總線 42 地址總線 AB 用于傳遞存儲(chǔ)單元或I O端口地址信息的一組信號(hào)線 由CPU發(fā)出 對(duì)存儲(chǔ)單元和I O端口進(jìn)行尋址 單向并行 位數(shù)決定了CPU的尋址能力數(shù)據(jù)總線 DB 用于傳送數(shù)據(jù)信息 雙向并行控制總線 CB 用于傳送各種控制命令 如定時(shí)脈沖 中斷請(qǐng)求 不同的控制信號(hào)有不同的方向 三 微型計(jì)算機(jī)概念結(jié)構(gòu) 總線