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1 第2章 微处理器与总线 1 一、微型计算机基本结构 n微型计算机系统组成：硬件系统和 软件系统 2 一、微型计算机基本结构 3 n计算机的硬件（Hardware）：指计算机系 统中看得见、摸的着的物理实体，它是组成 一个计算机系统的物质基础； n硬件系统的基本功能是能够执行预先设计好 的在相应指令系统中的各种指令； n计算机的硬件系统由存储器、控制器、运算 器、输入设备和输出设备五大部分组成。 4 n输入/输出设备：计算机与人之间进行信息 交换的设备 n按功能分为3类：输入设备、输出设备和输 入输出兼用设备 n输入设备：向主机 输入程序、数据和命令 信息的设备，如键盘、鼠标、触摸屏等 微型计算机基本结构输入输 出设备 5 n输出设备：将计算机处理过的二进制代码信 息，转化成人能识别的形式输出设备，如打 印机等 n输入输出兼用设备：具有输入和输出功能的 设备，如磁带、磁盘等 微型计算机概念结构输入输 出设备 6 2.1微处理器概述 n微处理器简称CPU，是计算机的核心。 n主要包括： 运算器 控制器 寄存器组 7 n运算器的组成：核心部件算术逻辑单元ALU ，； n核心功能是实现数据的算术运算和逻辑运算 ； 1、运算器 8 n控制器用于计算机硬件系统中，指挥、协调 各部件的工作，是整个计算机的中枢； n基本功能：从存储器中一次取出程序的各条 指令，并根据指令的要求，向微机的各个部 件发出相应的控制信号，使各部件协调工作 。 2、控制器 9 2.2 8088/8086微处理器 10 2.2.1-8088的指令流水线 n一条指令的执行过程 取指令 分析指令 取操作数 执行指令 写入存储器 n8088出现以前，以上步骤顺序执行（串行） n8088内部有BIU、EU两个独立单元，可独立 完成总线操作和执行指令的任务，即两个单 元可重叠工作。 11 12 串行工作方式 n8088以前的CPU采用串行工作方式： 取指令1 执行 指令1 分析 指令1 CPU BUS忙碌忙碌 取指令2 执行 指令2 分析 指令2 12 13 并行工作方式 n8088CPU采用并行工作方式 BUS EU 取指令1 执行 指令1 分析 指令1 CPU 取指令2 执行 指令2 分析 指令2 取指令2 执行 指令2 分析 指令2 忙碌忙碌忙碌忙碌忙碌 13 14 结论 n指令预取队列的存在使EU和BIU两个 部分可并行工作，从而 n提高了CPU的效率； n降低了对存储器存取速度的要求 14 2.2.2-8088处理器引脚 n40条引脚，采用 双列直插式封装 n为了减少芯片的 引线，8088的许 多引脚具有双重 定义和功能，采 用分时复用工作 方式 n最大和最小两种 工作模式可通过 引脚选择 15 16 两种工作模式的选择方式 n8088是工作在最小还是最大模式由MN/MX端状 态决定。MN/MX=0工作于最大模式，反之工作 于最小模式 16 17 二、8088CPU的引线及功能 n引脚定义的方法可大致分为： n每个引脚只传送一种信息（RD等）； n引脚电平的高低不同的信号（IO/M等）； nCPU工作于不同方式有不同的名称和定义（WR/LOCK 等）； n分时复用引脚（AD7AD0 等） ； n引脚的输入和输出分别传送不同的信息（RQ/GT） 17 18 主要引线（最小模式下） n地址线和数据线： nAD7-AD0：低8位地址和数据信号分时复用。在传 送地址信号时为单向，传送数据信号时为双向。 nA19-A16：高4位地址信号，分时复用。 nA15-A8 ：输出8位地址信号。 18 19 主要的控制和状态信号 nWR： 写信号； nRD： 读信号； nIO/M：为“0”表示访问内存， 为“1”表示访问接口； nDEN： 低电平有效时，允许进行读/写操作 ； nRESET：复位信号。 19 20 例： n当WR=1，RD=0，IO/M=0时， 表示CPU当前正在进行读存储器操作 20 21 中断请求和响应信号 nINTR：可屏蔽中断请求输入端 nNMI：非屏蔽中断请求输入端 nINTA：中断响应输出端 21 22 总线保持信号 nHOLD：总线保持请求信号输入端。当CPU 以外的其他设备要求占用总线时， 通过该引脚向CPU发出请求。 nHLDA：总线保持响应信号输出端。CPU对 HOLD信号的响应信号。 22 n8086/8088CPU从功能上分成两大部分： n总线接口单元 BIU（Bus Interface Unit） n执行单元 EU（Execution Unit） nBIU作用：负责CPU与存储器、I/O接口 之间的信息传送 nEU的作用：负责分析指令和执行指令 2.2.3-8088的功能结构 23 24 8086/8088的内部寄存器 n含14个16位寄存器，按功能可分为三 类 8个通用寄存器 4个段寄存器 2个控制寄存器 24 25 通用寄存器 数据寄存器（AX，BX，CX，DX） 地址指针寄存器（SP，BP） 变址寄存器（SI，DI） 25 26 数据寄存器 n8088含4个16位数据寄存器，它 们又可分为8个8位寄存器，即： nAX nBX nCX nDX AH，AL CH，CL BH，BL DH，DL 26 27 数据寄存器特有的习惯用法 nAX：累加器。所有I/O指令都通过AX与接口传送 信息，中间运算结果也多放于AX中； nBX：基址寄存器。在间接寻址中用于存放基地址； nCX：计数寄存器。用于在循环或串操作指令 中存放计数值； nDX：数据寄存器。在间接寻址的I/O指令中存放 I/O端口地址；在32位乘除法运算时，存放 高16位数。 27 28 地址指针寄存器 nSP：堆栈指针寄存器，其内容为栈顶的 偏移地址； nBP：基址指针寄存器，常用于在访问内 存时存放内存单元的偏移地址。 28 29 BX与BP在应用上的区别 n作为通用寄存器，二者均可用于存放数据； n作为基址寄存器，用BX表示所寻找的数据在 数据段，常与DS配对使用；用BP则表示数据 在堆栈段，常与SS配对使用。 29 30 变址寄存器 nSI：源变址寄存器 nDI：目标变址寄存器 n变址寄存器常用于指令的间接寻址或变 址寻址。特别是在串操作指令中，用SI 存放源操作数的偏移地址，而用DI存放 目标操作数的偏移地址。 30 31 段寄存器 用于存放相应逻辑段的段基地址 CS：代码段寄存器。代码段存放指令代码 DS：数据段寄存器 ES：附加段寄存器 SS：堆栈段寄存器：指示堆栈区域的位置 存放操作数 31 32 控制寄存器 nIP：指令指针寄存器，其内容为下一条要执行 指令的偏移地址 nFLAGS：标志寄存器，存放运算结果的特征 6个状态标志位（CF，SF，AF，PF，OF，ZF） 3个控制标志位（IF，TF，DF） 32 n存储器用来存储程序、原始数据、中间结果 及运算结果 n在计算机内部，程序中的指令和数据都是以 二进制代码形式出现的 n两种基本的操作：读操作、写操作 2.2.4-8086/8088的存储器组 织 33 n存储器中若干个二进制 位组成一个存储单元。 计算机系统对内存储器 中的每一个存储单元进 行编号，这个编号称为 该存储单元的地址 34 0 0 0 0 段首地址 1904 偏移地址 + 物 理 地 址 物理地址=段基址16（10H）+偏移地址（段 内偏移量） 物理地址的生成 35 36 物理地址 n段基地址 =6000H n段首地址 n偏移地址 n物理地址 数 据 段 60009H 00H 12H 60000H 0009H 36 例2： 将下面的逻辑地址转换成物理地址。 （1）2000：1234H （2）2100：0234H 37 解： （1）物理地址2000H161234H 20000H1234H 21234H （2）物理地址2100H160234H 21000H0234H 21234H 结论：不同的逻辑地址有可能对应同一物理地 址。 38 段寄存器的使用约定 n8086/8088对访问不同的内存段所使用的段 寄存器和相应的偏移地址的来源有一些具体 的约定 8086/8088的存储器组织 39 2.3 系统总线 40 n总线：就是连接多个部件的一组公共信息传 输线，它能分时地发送与接收信息 n分类：地址总线、数据