电子教案·《微型计算机原理及应用(第二版)》课件

1、微型计算机原理及应用一 计算机概述普通高等教育“十一五”国家级规划教材21世纪高职高专新概念教材 微型计算机原理及应用（第二版）中国水利水电出版社概述 一、什么是计算机？ 电子计算机是20世纪人类最伟大、最卓越的技术发明之一。同时，计算机正把我们带入一个崭新的信息时代。=？ 所谓电子计算机，是一种能预先存储程序，自动的、高速的、精确的进行信息处理的现代电子设备。分类工作原理用 途规 模数字计算机模拟计算机混合计算机通用计算机专用计算机巨型机大型机中型机微型机工作站应用 计算机的应用类型 1. 科学计算 2. 数据处理 3. 电子商务 4. 过程控制 5. 计算机辅助系统 6. 多媒体技术 、网

2、络 7. 人工智能 计算机的主要应用领域 1. 工商：电子商务、CAD/CAM 2. 教育：多媒体教育、远程教育 3. 医药：CAT、MRI、远程医疗 4. 政府：电子政府 5. 娱乐：虚拟现实、电影特技 6. 科研：数据采集、计算分析 7. 家庭：家庭信息化 发展 第一台计算机在美国问世，名为ENIAC（电子数字积分计算机）。档案：体积庞大、重达30吨占地179平方米 启动电力150000瓦含18000个电子管仅能保存80个字节服役期:1946.21955.101、传统计算机的发展 第一台计算机诞生以来50年里，计算机发展共经历了四个时代。阶段年份器件软件应用一1946-1957电子管机器语

3、言汇编语言科学计算二1958-1964晶体管高级语言数据处理工业控制三1965-1970中小规模集成电路操作系统文字处理图形处理四1971至今大、超大规模集成电路数据库、网络等社会的各个领域冯诺依曼的三个重要设计思想 五大基本部件; 采用二进制数表示指令和数据; 将程序（由一系列指令组成）和数据存放在计算机的内存中，并让计算机自动执行 摩尔定律 集成电路中的晶体管数平均每18个月翻一番，芯片的性能也随之提高一倍 引起计算机突飞猛进的主要原因是芯片集成度的提高 2、 微型计算机的发展 常见的微机系统： 微型计算机属于第四代计算机,是大规模集成电路技术的产物。一台微型计算机通常由运算器、控制器、存

4、储器、输入设备和输出设备五大部分组成。其中运算器和控制器（被集成在一个芯片上，这样的芯片称为微处理器。)年代时间（年）字长典型产品第一代197119734/8Intel4004/8008等第二代197419778Intel8080等第三代1978198416Intel8086/8088等第四代1985199132Intel80486等第五代1992现在32/64Pentium、Alpha等2、 微型计算机的发展！字长：指计算机的运算部件能同时处理的二进制数据的位数，决定了计算机的运算精度。微型计算机的分类 为了满足不同的市场需求，现在厂家生产的PC机有很多种型号： 台式PC：分为立式机箱和卧式

5、机箱 笔记本式PC：是一种可以放到办公包中的计算 机，是当代移动式办公的优选设 备。 掌中宝式PC：可放进口袋的一种PC机，相对 来说功能较简单。 终端式PC：不可以单独使用。 计算机系统组成一个完整的计算机由硬件系统和软件系统两大部分组成. 硬件系统：构成计算机物理结构的电气、电子 和机械设备. 软件系统：控制计算机运行的程序. 硬件系统（设备）软件系统（程序) 计算机系统组成图计算机系统硬件软件主机外部设备内存CPU控制器随机存储器(RAM)只读存储器(ROM)输入设备输出设备系统软件(操作系统)应用软件(字处理)运算器冯诺依曼结构框图数据流地 址控制流输入设备输出设备（外）存储器（内）存

6、储器中央处理器（CPU）控制器运算器运 算 器：用于对数据进行加工的部件控 制 器：用于控制各个部分自动协调地工作存 储 器：用于存放程序和数据的记忆装置输入设备：是外部想计算机传送信息的装置输出设备：是将计算机内部二进制的信息 转换成人们所需要的或能够识别 的信息形式部分硬件功能介绍计算机软件系统指计算机系统中所需要运行的各种程序和文档的总称.通常分为系统软件和应用软件.软件系统类别实例系统软件操作系统（核心）DOS、Windows系列、UNIX、LINUX 等语言处理程序Visual Basic、 Visual C+ 等数据库管理系统FoxBASE、FoxPro、Access 等网络通信管

7、理程序Windows2000、Windows NT、 UNIX 等常用的服务程序软件调试程序、错误测试、诊断程序 等应用软件办公自动化软件Word、 Excel 、WPS 等防杀病毒KILL、KV3000、Rising常用工具软件WinZIP、WinRAR、NetAnts 等 微型计算机系统 主机箱、显示器、键盘、鼠标、音箱和打印机等。 在主机箱内有主机板、存储器、显示卡、声卡、视频卡、网卡、硬盘和软盘驱动器、光盘驱动器等。 如左图所示： 1 微型计算机的基本配置 微型计算机主要部件 1 中央处理器(CPU) C P U: 对数据进行加工的部件包括： 运算器 用来快速地进行各种算术运算和 逻辑

8、计算. 控制器 用来控制和管理计算机各部件协 调一致地工作. 把运算器和控制器采用现代集成工艺制成在一块芯片上,称为微处理器。下面逐一介绍重要的硬件设备.主流产品：Intel 、AMD2 主板（母板） 主板是位于主机箱底部的一块大型印刷电路板，由CPU插槽/插座、内存插槽、局域总线的扩展总线、高速缓存、时钟和CMOS、主板BIOS、软/硬盘、串口、并口等外设接口、控制芯片等。内存条芯片组BIOS芯片CPU插座串型接口AGP扩展槽PCI扩展槽电池3 存储器用于存储数据和程序的硬件，分为内存和外存。 内部存储器访问速度快、信息暂时性、相对价格高 外部存储器访问速度慢、信息永久性、相对价格低3.1

9、内存（1）随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM) RAM通常指计算机主存，使用动态随机存储器，制作成内存条形式出现。CPU对它们既可读出又可写入数据。（2）只读存储器(Read only Memory，简称ROM) CPU对它们只取不存，其信息用户无法修改。断电时信息不会丢失。ROM中一般存放计算机系统管理程序。（3）高速缓冲存储器Cache 是介于CPU和内存之间的一种可高速存取信息的芯片，用于解决它们之间的速度冲突问题。4 输入输出设备（I/O设备）4.1 驱动器 输入设备是用于将外面的信息送入计算机中的装置。 输出设备是用于将计算机中的数据信息传送到外部介

10、质上的装置。软盘驱动器： 驱动软盘转动和磁头 移动的机械部件光盘驱动器： 采用聚焦激光束在盘式介质上非接触地记录高密度信息的新型存储设备进位计数制用若干数位（由数码表示）的组合来表示一个数，各个数位之间是什么关系，即逢“几”进位，就是进位计数制（进位制）的问题。几个概念 数位：指数码在一个数中的位置，如十进制的个位、十位等。 基数：指在某种进制中允许使用的基本数码的个数，一般“几 进制”它的基数就是“几”，如十进制有十个（0-9)， 所以它的基数就是十。 权 ： 是一个和数位有关的概念，每一个数位上的数码所表示 数值的大小一般等于该数码本身乘以一个常数，这个常 数就是该数位的权。如十进制中的个

11、位 的权为100 = 1、十位的权为101 = 10十进制数（D）数码： 0、1、2、3、4、5、6、7、8、9基数： 10 权 ： 数码在不同的位置则大小不同（10n）规则： 逢10进1二进制（B） ！计算机中的数据是以二进制形式存储。数码： 0、1基数： 2 权 ： 2n规则： 逢2进1常见的计数制八进制（Q）数码：0、1、2、3、4、5、 6、7。基数：8， 权 ：8n规则：逢8进1。十六进制（H）数码: 0、1、 9、A、B、C、D、E、F基数: 16 权 ： 16n规则： 逢16进1。常见的计数制 其中，符号A对应十进制中的10，B代11，F代15。四种进位制之间的对照关系十进制二进

12、制八进制十六进制十进制二进制八进制十六进制000000091001119100011110101012A200102211101113B300113312110014C401004413110115D501015514111016E601106615111117F7011177161000020108100010817100012111按权展开多项式 十进制： 452.61 = 4*102 + 5*101 + 2*100 + 6*10-1 + 1*10-2 二进制： 1011.01 = 1*23 + 0*22 + 1*21 + 1*20 + 0*2-1 + 1*2-2 八进制： 127.6 =

13、 1*82 + 2*81 + 7*80 + 6*8-1 十六进制： 8CF.E = 8*162 + 12(C)*161 + 15(F)*160 + 14(E)*16-1进制之间的转换1、二进制数、八进制数、十六进制数转换为十进制数 方法：各种进制的数按权展开后求得结果即为十进制数。 例（1011.101）2 = 123 + 022 + 121 + 120+ 12-1 + 02-2 + 12-3 = 8 + 0 + 2 + 1 +1/2 + 0 +1/8 =（11.625）10 ！八进制、十六进制可以采用同样的权展开式得到它们各自的十进制数的表示。2. 十进制转换成N进制一、十进制 二进制 对于

14、十进制数的整数部分和小数部分在转换时须作不同的计算，分别求得后再组合。 1. 十进制整数转换为二进制数（除 2 取余法） 方法：逐次除以2，每次求得的余数即为二进制数整 数部分各位的数码，直到商为0。 2. 十进制 小 数转换为二进制数（ 乘 2 取整法） 方法：逐次乘以2，每次乘积的整数部分即为二进制 数小数各位的数码。 例：（38.25）10=（100110.01）2二、十进制 八进制、十六进制 转换规则类似于十进制数转换到二进制数的转换。 八进制： 整数部分使用“除8逆序取余”转换，小数部分使用“乘8顺序取整”转换。 例：（474.1875）10=（732.14）8 十六进制： 整数部分

15、使用“除16逆序取余”转换，小数部分使用“乘16顺序取整”转换。 例：（1192.9032）10=（4A8.E738）16例 100.345(D)=1100100.01011(B)100(D)=144(O)=64(H)100(D)=144(O)=64(H)=1100100(B)01002502 2521226232100100111008128180441100166046160.34520.69021.382 0.76021.5202 1.043. 二进制与八进制、十六进制的转换一、二进制八/十六进制方法： 从小数点开始，整数部分向左，小数部分向右每三（四）位分成一组，最高位和最低位的两组如

16、不足三（四）位，则用0分别补最左边和最右边凑成三位，然后把每组3（4）位二进制数转换成对应的1位八/十六进制数。例：10111100111101.1011 （27475.54）8 （2F3D.B）16=二、八/十六进制二进制方法： 以小数点为界，整数部分向左，小数部分向右，将每一位八/十六进制数写成相应的（4）位二进制数，再按顺序排列好。 例：把八进制数（2376.14）8转换为二进制数。八进制： 2 3 7 6 . 1 4二进制：010 011 111 110. 001 100 （2376.14）8（10011111110.0011）2！同方法可以得到十六进制数的表示八进制和十六进制转化成二

17、进制2C1D(H)=0010 1100 0001 1101(B) 2 C 1 D7123(O)=111 001 010 011(B) 7 1 2 3二进制转化成八进制和十六进制11 0110 1110.1101 01(B) = 36F.D4(H)3 6 F D 41 101 101 110.110 101(B) = 1556.65(O)1 5 5 6 6 5 位 (bit：比特）：是计算机中最小的数据单位，一位 存一个二进制数，即“”或“” ； 字节 (Byte：简写为）：相邻的8位二进制位组成一 个字节，它是计算机中用于衡量容量大小的 最基本的单位； 容量一般用 KB、MB、GB、TB 来表

18、示； 单位换算： 1KB = 1024 B 1MB = 1024 KB 1GB = 1024 MB 1TB = 1024 GB 数据的单位！其中 1024 = 210数值数据的表示机器数与真值数机器数：在计算机内部连正负都数字化了的真值数：计算机外部由正负号表示的数数的定点和浮点表示定点：小数点固定在某个约定位置浮点：小数点可以浮动正：0 负：1机器数：10111010真值数：-0111010原码、反码和补码 在计算机中对带符号的数的表示有以下三种形式。原码 规定符号位用数码0表示正号，用数码1表示负号，数 值部分按一般二进制形式表示。反码 反码表示法规定正数的反码和原码相同，负数的反码 是对

19、该数的原码除符号位外各位求反。补码 正数的补码与原码相同，负数补码则先对该数原码除 符号外各位取反，然后末位加。0X1|X|0=XX=00X1|X| 0=XX=00X1|X|+10=XX=0+7： 00000111 +0：00000000 7： 10000111 0：10000000 +7： 00000111 +0：00000000 7：11111 000 0：11111111 +7： 00000111 +0：00000000 X原=X反=X反=7：11111001 0：00000000 例： 美国信息交换标准代码（American Standard Code for Information

20、Interchange）的简称。国际上规定的统一的微机编码,用一组二进制数表示相应的字符,即用二进制数对字符(包括数字,字母,特殊符号)进行了统一编码,这就是ASCII码.一个字节(即8位)可以代表一个数字,一个字母或一个特殊符号例:十进制 字母 (b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0) 65 A 0 1 0 0 0 0 0 1 66 B 0 1 0 0 0 0 1 0ASCII码注意: 共128个字符记住ASCII码的规律：09 AZ az非数值数据表 在计算机中只能识别二进制数码信息，因此，一切字母、数字、符号等信息都要用二进制特定编码来表示。ASCII码汉字交换码汉字机内码汉字

21、输入码汉字输出码微处理器概述 CPU的基本概念和组成 CPU (中央处理器)CPU又叫中央处理器，是英文单词Central Processing Unit的缩写，是整个计算机系统的核心。负责整个系统指令的执行，对数据信息进行数学与逻辑运算和处理；数据的存储与传送；以及对内对外输入与输出的控制，并实现本身运行过程的自动化。早期微处理器以MPU表示，以区别于大型主机的多芯片CPU。但现在已经不加区分，都用CPU表示。现在的MPU用来特指一些嵌入式系统的中央处理单元。CPU是微机的核心芯片，它的性能也就大体上反映了它所配置的那部微机的性能和档次。 学习目标 本章着重介绍8086/8088的硬件结构和

22、指令系统，它是Intel系列微处理器的基础。通过本章学习，应该了解和掌握以下内容： :8086/8088CPU的组成、引脚功能和工作模式。 :时序基本概念。 :微处理器的发展历程,主流CPU及其最新技术 . 微处理器的基本框图 8086的引脚图 8088的结构图 CPU的类型通用CPU和嵌入式CPU 的分别:通用CPU: 通用CPU芯片的功能一般比较强，能运行复杂的操作系统和大型应用软件。 嵌入式CPU: 嵌入式CPU在功能和性能上有很大的变化范围。嵌入式应用中，把CPU、存储器和一些外围电路集成到一个芯片上，构成所谓的系统芯片（简称为SOC），而把SOC上的那个CPU称为CPU芯核。 通用C

23、PU的内核 从结构上说，任何CPU都包括运算器（算术逻辑运算 单元Arithmetic Logic Unit；ALU）、控制器（Control Unit；CU）和寄存器（Register）三个主要组成部分。 运算器 算术逻辑运算单元ALU ALU主要完成对二进制数据的定点算术运算（加减乘除）、逻辑运算（与、或、非、异或等等）以及移位、循环等操作。 浮点运算单元FPU（Floating Point Unit） FPU主要负责浮点运算和高精度整数运算有些FPU具有向量运算的功能控制器 控制器用于控制着整个CPU的工作。指令控制器 指令控制器是要完成取指令、分析指令等操作，然后给执行单元（ALU或F

24、PU）来执行，同时还要形成下一条指令的地址。时序控制器 时序控制器的作用是为每条指令按时间顺序提供控制信号总线控制器 总线控制器主要用于控制CPU与外界联系的内外部总线上的操作。 中断控制器 中断控制器用于控制各种各样CPU外部的中断请求 内部寄存器组寄存器（Register）是CPU内部的高速存储单元。 运算寄存器 运算寄存器包括累加器A（Accumulator）和暂存器。数据寄存器DR(Data Register) 用来暂存从内存读出的数据和指令地址寄存器AR(Address Register) 用来存放CPU所要访问的内存单元的地址标志寄存器FR（Flag Register） 保存运算结

25、果的数字特征以及运算过程中状态的变化。 程序计数器PC（Program Counter） 用来存放CPU正要从内存中取出的指令的地址。 通用寄存器组通用寄存器组是一组存储器，可以由程序员指定其用途，通常用来保存参加运算的操作数和中间结果。专用寄存器 专用寄存器通常是一些状态寄存器，不能通过程序改变，由CPU自己控制，表明某种状态。 寄存器的组成图.CPU的外核 （1）解码器（Decode Unit） 硬件解码解码器微解码作用：把长度不定的x86指令转换为长度固定的指令，并交由内核处理。一级缓存和二级缓存（Cache） 一级缓存和二级缓存是为了缓解较快的CPU与较慢的存储器之间的矛盾而产生的，一

26、级缓存（L1）通常集成在CPU内核，而二级缓存（L2）则是以OnDie或OnBoard（组元）的方式以较快于存储器的速度运行。 .指令系统 指令系统指的是CPU所能够处理的全部指令的集合，是CPU的根本属性，因为它决定了CPU能够运行什么样的程序。4. CPU的构架和封装方式 CPU的构架 CPU构架是按CPU的安装插座类型和规格确定的。(2) CPU的封装方式 所谓封装是指安装半导体集成电路芯片用的外壳，通过芯片上的接点用导线连接到封装外壳的引脚上，这些引脚又通过印刷电路板上的插槽与其他器件相连接。 CPU主要技术参数 位、字节和字长 位（bit）：在数字电路和电脑技术中采用二进制，代 码只

27、有“0”和“1”，其中无论是“0”或是“1”在CPU中都占一“位”。字节（byte）和字长： 通常把CPU能进行一次最基本的运算的二进制数的位数叫字长。 8位微处理器按字 16位微处理器长分 32位微处理器 64位微处理器 CPU外频与主频 主时钟:每个计算机的主板上均有一个按固定频率产生时钟信号的装置 ,主时钟的频率叫外频 （即CPU与外部进行数据传输时使用的频率，也叫做系统总线频率。 ）CPU的内核实际运行频率被称为主频，主频的高低直接影响CPU的运算速度，即CPU每秒钟运算的次数。前端总线（FSB）频率 前端总线也就是以前所说的CPU总线，一般主板上前端总线频率与内存总线频率相同。 高速

28、缓冲存储器（L1和L2 Cache）的容量和速率 为了加快CPU的运行速度，普遍在CPU和常规主存之间增设一级或二级高速小容量存储器，称为高速缓冲存储器，简称Cache CPU主流技术术语浅析 流水线技术 流水线（pipeline）是InteI首次在486芯片中开始使用的。流水线的工作方式就像工业生产上的装配流水线。 超流水线和超标量技术 超流水线：是指某些CPU内部的流水线超过通常的56步以上 超标量是指在CPU中有一条以上的流水线，并且每时钟周期内可以完成一条以上的指令，这种设计就叫超标量技术。 乱序执行技术 乱序执行 ：是指CPU采用了允许将多条指令不按程序规定的顺序，分开发送给各相应电

29、路单元处理的技术。动态执行技术 动态执行 ：分支预测（Branch Prediction）和推测执行（Epeculation Execution）是CPU动态执行技术中的主要内容。指令特殊扩展技术 至今，对大多数计算机而言，一条指令只能执行一次计算。此类计算机采用的是“单指令单数据”（SISD）处理器。 处理器的体系结构（IA）与微体系结构： 体系结构 ：是指令集、寄存器和程序员公用的内存驻留的数据结构，它们在处理器的发展进程中得到继承和增强。微体系结构 ：是处理器在硅片上的实现。 第2章 微处理器2.2 8086/8088微处理器8086微处理器是Intel系列的16位微处理器，它是采用具有

30、高速运算功能的HMOS工艺制造的集成电路，内部包含约29000个半导体管。8086有16根数据线和20根地址线。16根数据线表明8086微处理器可以处理16位二进制数据；20根地址线表明可用20位二进制数码编写地址，存储器以字节（8位二进制数据）为单位组织存储，也就是可寻址的地址空间可达220，即1M字节的数量级。 8086的时钟频率为5MHz，工作时，只要一个5V电源，除了数据总线宽度不同外，8088与8086在其他方面几乎完全相同。它们的另一个突出特点是其多重处理的能力，能极方便的和数值数据处理器（NPX）8087，输入输出I/O处理器（IOP）8089或其他处理器组成多处理器系统，大幅度

31、提高系统数据吞吐能力和数据处理能力。2.2.1 8086的编程结构 8086分为两部分，即总线接口部件BIU（Bus Interface Unit）和执行部件EU（Execution Unit）。右图为8086的编程结构图1总线接口部件 (BIU) 总线接口部件的功能是负责与存储器、I/O端口传送数据。CPU执行指令时，总线接口部件要配合执行部件从指定的内存单元或者外设端口中取数据或指令，将数据先放入“指令队列”排队，当需要时，再由执行部件EU从中取出；或者把执行部件EU的操作结果传送到指定的内存单元或外设端口中。 总线接口部件的部分组成： （1）4个16位的段地址寄存器；CS16位的代码段寄

32、存器：用来存放当前程序所在段的段基址； DS16位的数据段寄存器：用来存放当前程序所用数据段的段基址； ES16位的扩展段寄存器：用来存放辅助数据所在段的段基址； SS16位的堆栈段寄存器：用来存放当前程序所用堆栈段的段基址； （2）16位的指令指针寄存器IP：用来存放下一条指令的偏移地址，IP在当前程序运行中能够进行自动加1的修正，使其指向下一条指令； （3）20位的地址加法器：用来形成20位的物理地址； （4）6字节的指令队列缓冲器。 （5）总线控制部件。用来产生并发出总线控制信号，实现对存储器、I/O端口的读写控制，并将内部总线与外部总线相连接。2执行部件EU 执行部件EU的功能就是负责

33、从指令队列取指令并执行。它由下列几个部分组成： （1）算术逻辑单元ALU：用来进行算术、逻辑运算，以及按照寻址方式计算寻址单元的偏移量。 （2）暂存器：协助ALU完成运算，用来暂时存放参加运算的数据。 （3）通用寄存器组：包括4个通用寄存器，即AX（也称累加器）、BX、CX、DX；以及4个专用寄存器： 基数指针寄存器BP：存放数据段中某一单元的偏移地址；也可指示堆栈段中某一单元的偏移地址；堆栈指针寄存器SP：存放堆栈栈顶偏移地址； 源变址寄存器SI： 与数据段寄存器DS连用，确定数据段中某一存储单元的地址； 目的变址寄存器DI：与数据段寄存器DS连用，确定数据段中某一存储单元的地址； （4）1

34、6位的标志寄存器FR；用来存放控制标志和反映CPU运行的状态特征。 （5）EU控制电路：由定时电路、控制电路和状态逻辑电路组合而成。3“流水线”结构的指令队列 总线接口部件BIU和执行部件EU并不是同步工作的， 每当EU从指令队列头部取出一条指令并在分析、执行指令这段时间内，或当指令队列中有2个空字节时，BIU会自动把指令取到指令队列中。当指令队列已满（6个字节），而且EU对BIU又无总线访问请求时，BIU便进入空闲状态；但EU在分析、执行指令过程中，如须访问内存或I/O设备，EU就会向BIU申请总线周期，若BIU总线空闲，就会立即响应；若BIU此时正在取一条指令，EU就必须等待BIU取指令的

35、操作完成以后，才会得到BIU响应。在8086/8088中，EU和BIU这种并行的工作方式有力地提高了工作效率。4通用寄存器的用法 由于某些寄存器具有良好的通用性，因而被称为通用寄存器，其中包括AX，BX，CX，DX。通用寄存器主要用来保存算术或逻辑运算的操作数、中间运算结果。它们既可以作为一个16位的寄存器使用，也可以分别作为两个8位的寄存器使用，高位字节的寄存器为AH，BH，CH，DH；低位字节的寄存器为AL，BL，CL，DL。由于这些寄存器具有良好的通用性，使用十分灵活，因而称为通用寄存器。通用寄存器的特殊用途和隐含用法如表2-1所示。表2-1 寄存器的特殊用途和隐含用法寄存器 执行操作

36、AX累加器，I/O指令中用作数据寄存器整字乘法，整字除法，整字I/O，存放被乘数，乘积，被除数，商 ALI/O指令中用作数据寄存器字节乘法，字节除法，字节I/O。存放被乘数，乘积，被除数，商查表，十进制算术运算中用作累加器；在XLAT（换码）指令中用作累加器 AH字节乘法，字节除法在LAHF（标志寄存器传送）指令中用作目标寄存器 BX用作间接寻址的地址寄存器和基地址寄存器；查表；在XLAT（换码）指令中用作基地址寄存器 表2-1 寄存器的特殊用途和隐含用法CX计数寄存器，在LOOP(循环)和串操作中充当计数器字符串操作，循环 CL在变量的移位和循环移位指令中用作移位次数计数器 DX在乘法、除法

37、指令中作为辅助累加器；在乘法、除法指令中存放乘积高位、被除数高位或余数在间接寻址的I/O指令中作为地址寄存器； SP堆栈操作中用作堆栈指针 BP在间接寻址中用作基址寄存器； SI在字符串操作中用作变址寄存器；在间接寻址中用作变址寄存器； DI字符串操作 标志寄存器（Flag Register）标志寄存器共有16位，其中有7位未用，已用的9个标志位按功能可分为6个条件标志和3个控制标志。（1）条件标志（条件标志用于存放程序运行的状态信息，由硬件自动设定。控制标志由软件设定，用于中断、串操作等控制）：图2-2 标志寄存器结构图OFDFIFTFSFZFAFPFCFOF：溢出标志。反映带符号数运算结果

38、是否超过机器所能表示的数值范围，对字节运算为-128+127，对字运算为-32768+32767。若超过上述范围称为“溢出”，OF置1。否则，置0。实际机器在进行处理时，是判断最高位的进位（CF）与次高位的进位是否相同，若二者相同，则OF。否则，OF。SF：符号标志。反映运算结果的符号。若结果为负数，即最高位为1时，SF置1，否则，置0。SF取值与运算结果最高位一致。ZF：零标志。反映运算结果是否为零。若结果为零，ZF置1，否则，置0。AF：半进位标志。反映一个8位量的低4位向高4位有无进位或借位。有则置1，否则，置0。用于BCD码算术运算指令。PF：奇偶标志。反映操作结果的低8位中“1”的个

39、数的奇偶性。若“1”的个数为偶数，PF置1，否则，置0。CF：进位标志。反映算术运算后最高位出现进位或借位的情况。有则置1，否则，置0。移位和循环指令也会改变CF的值。（2）控制标志DF：方向标志。进行字符串操作时，每执行一条串操作指令，对地址会进行一次自动调整，由DF决定地址是增还是减。若DF为1，则为减，否则为增。IF：表示系统是否允许“外部可屏蔽中断”（其含义见后述“中断”内容）。若IF为1，表示允许，否则表示不允许。IF对非屏蔽中断和内部中断请求不起作用。该标志可由中断控制指令设置或清除。TF：陷阱标志。TF为1时，CPU每执行完一条指令，便自动产生一个内部中断，可以利用它对程序进行逐

40、条检查。程序调试过程中的“单步执行”就是利用这个标志。例21 观察下面的运算，写出运算结果的状态标志。 10001000 88H 一128 + 10001100 = + 8CH = + 一116 1 00010100 114H 一244方框中的1表示溢出。运算结果的标志位如下：因为运算结果的最高位有进位，所以产生溢出，CF=1；运算结果的低位有偶数个，所以， PF=1；运算结果的低4位向高4位有进位，所以，AF=1；运算结果不为零，所以， ZF=0；最高位为，所以，SF=0；因为D7的进位是，D6的进位是，所以产生溢出，OF=1。 2.2.2 8086的工作模式和引脚功能8086 CPU芯片的

41、最小模式和最大模式所谓最小模式，就是在系统中只有8086一个CPU，而所有的总线控制信号都由8086直接产生。而最大模式的系统中可以有两个或多个微处理器，其中有一个是主处理器8086，其他的处理器称为协处理器，它们协助主处理器工作。常见的有8087、8089两种。一个约定：当芯片引脚代号上有一横线时，则表示在该引脚上加低电平时芯片有效工作；否则，表示高电平有效。如M/指明： M/为高电平时，访问存储器有效，否则访问I/O端口有效。1最小工作模式 在8086的最小模式中，硬件连接的特点： （1）当MN/引脚接+5V电压时，8086工作才在最小模式。（2）有一片8234A，作为时钟发生器。用来产生

42、系统所需要的时钟信号CLK，同时对外部准备信号READY和系统复位信号RESET进行同步，其输出送向8086相应引脚。（3）有三片8282或74LS373的地址锁存器，用来作为20位地址和信号锁存，使得整个总线读写周期内地址信号始终有效(让其输出允许端直接接地)，以支持8086CPU地址总线、数据总线分时复用的工作方式。（4）当系统中所连接的存储器和外设比较多时，需要增强系统数据总线的驱动能力。这时，可选用两片8286或74LS245作为总线收发器，也称总线缓冲器。最小方式适用于由单微处理器组成的小系统。在这种系统中，8086/8088 CPU直接产生所有的总线控制信号，无须总线控制器。图2-

43、3 8086CPU最小模式下的典型配置2最大工作模式 将MN/引脚接地就构成8086 CPU的最大工作模式最大模式配置和最小模式配置有很多相同的地方，二者之间一个主要的差别是： 最大模式下多了8288总线控制器。在最大模式系统中有可能包含两个或多个处理器，将MN/引脚接地这样就解决了主处理器和协处理器之间的协调工作问题和对总线的共享控制问题。一个微处理器可采用最大模式以增强总线控制能力。图2-4 8086CPU最大工作模式下的典型配置SO、SI、S2和总线具体操作之间的对应关系见表2-2。SOS1S2操作000发中断响应信号001读I/O端口 010写I/O端口 011暂停 100取指令 10

44、1读存储器 110写存储器 111无源状态 38086CPU的引脚信号 8086CPU采用双列直插式的封装形式，具有40条引脚，它采用分时复用的地址/数据总线，有一部分引脚具有双重功能，在不同时钟周期内，引脚的作用不同。右图2-5 为 8086的引脚信号（括号中为最大模式下的名称）图2-5 8086的引脚信号（括号中为最大模式下的名称）两种模式下定义相同的引脚信号：（1）AD0AD15(Address Data Bus)：双向/三态。这16条线是多路转换的地址/数据总线的复用引脚。在一个总线周期的第一个时钟周期里，这些引脚表示地址的低16位。在其他的时钟周期，这些引脚都用作数据总线。当8086

45、执行中断响应周期或者“保持响应”周期时，这些线处在高阻状态。（2）A16/S3 A19/S6 (Address/Status)：输出三态。4条地址/状态复用引脚，在一条指令执行的第一个时钟周期内用作地址线，其余时钟周期输出状态信息。 两种模式下定义相同的引脚信号：（1）AD0AD15(Address Data Bus)：双向/三态。这16条线是多路转换的地址/数据总线的复用引脚。在一个总线周期的第一个时钟周期里，这些引脚表示地址的低16位。在其他的时钟周期，这些引脚都用作数据总线。当8086执行中断响应周期或者“保持响应”周期时，这些线处在高阻状态。（2）A16/S3 A19/S6 (Addr

46、ess/Status)：输出三态。4条地址/状态复用引脚，在一条指令执行的第一个时钟周期内用作地址线，其余时钟周期输出状态信息。 （5）READY：输入。存储器或输入/输出设备利用这一信号表明它已准备就绪，可以完成数据传送操作。如果READY输入与时钟同步且READY输入在某个合适的时间（时钟周期T3之前）为低电平，则8086将插入TW时钟周期而处于“等待”状态，一直到READY电平升高为止。（6）：输入。只有8086的WAIT指令才使用它，在执行WAIT指令时，8086将停止操作，处于等待状态，直到输入电平变低才结束WAIT指令。（7）INTR：输入。可屏蔽中断请求信号，CPU在每条指令执行

47、的最后一个时钟周期将采样这个信号。如果允许中断位IF为1，而且INTR为高，则8086将进入一个中断响应的时序，并且转移到相应的中断服务程序中，否则执行下一条指令。INTR是高电平触发的输入信号。（8）NMI：输入。不可屏蔽中断请求信号，它是上升沿触发的输入信号。如果NMI从低电平变高，则8086将完成当前指令的执行，然后把控制转移到不可屏蔽中断服务程序。 不可屏蔽中断服务程序的地址放在存储单元00008H起的四个字节中。对于这种中断，IF标志位是不能禁止的。（9）RESET：输入。系统复位信号，由8284时钟发生器同步后送给CPU，加电源时，RESET高电平信号至少要持续50ms。当RESE

48、T回到低电平时，CPU复位完毕将处于以下状况： 标志寄存器置成0000H，其结果为禁止中断和禁止单步方式； DS，SS，ES和IP寄存器复位到0000H； CS寄存器置成FFFFH，指令队列空。 复位信号消失后，程序从CS16+IP=FFFF0H存储器单元开始执行，通常在该单元放置一条转移指令，转到引导程序入口。复位时，所有的三态输出总线变为高阻状态，ALE、HLDA、QS0、QS1等引脚信号降为低电平，、等引脚信号上升为高电平。最大模式和最小模式下有不同意义的引脚信号（括号内为最大模式下意义）。（10） ()：输出/三态。最小模式下，它的功能为。（Data Enable）用来控制8286总线

49、缓冲器，即允许缓冲器工作；如果是最大模式，则该引脚用来和及一起提供状态信息，状态信息提供给总线控制器8288。（11）DT/（）：输出/三态。最小模式下引脚功能为DT/，控制8286总线缓冲器数据传送的方向。若DT/为高，收发器就把数据放到系统总线上去，对于CPU来说是输出数据；若为低，收发器就把数据从系统总线上取回，对于CPU来说是读入数据。如果是最大模式，则该引脚功能为状态信息。由8288总线控制器产生和DT/ 输出。（12）M/（）：输出/三态。最小模式下引脚功能为M/。在访问存储器或输入/输出设备时，若M/为高，则访问存储器；为低，则访问的是输入/输出设备。 如果是最大模式，则该引脚功

50、能为。（13）ALE（QS0）：输出。最小模式下功能为ALE。当有效的存储器地址出现在地址/数据总线上时，将输出一个ALE高电平脉冲用于地址锁存器的锁存信号。 最大模式下功能为QS0，用来和QS1一起提供8086指令队列状态，多处理器中使用。当QS0=QS1=0时，对指令队列无操作； 当QS0=0，QS1=1时，从指令队列的第一个字节取走代码； 当QS0=1，QS1=0时，指令队列为空； 当QS0=1，QS1=1时，从指令队列取走前两个字节代码； 指令队列是一个6字节的空间，它是用来保持将要执行的指令代码。最大模式系统中，ALE信号由8288总线控制器提供。14）INTA（QS1）：输出/三态

51、。最小模式下引脚功能为INTA。当8086执行一个中断响应时序时，INTA输出为低，作为中断响应信号。 最大模式下引脚功能为QS1。此时INTA信号由8288总线控制器提供。（15）HOLD（）：输入/双向。最小模式下HOLD（）的功能为HOLD（保持）。外部逻辑把HOLD引线置为高电平时，8086将在完成当前总线周期以后进入保持状态，让出总线。作为响应，8086会在HLDA线上输出高电平。 最大模式时引脚的功能为，它是一条双向的请求/允许线。其他的总线主模块若要强迫8086进入保持状态，只要该引脚上加入一个低电平脉冲即可。而8086如要响应，则需通过输出一个低电平脉冲给正在请求的总线主模块，

52、表示它正在进入保持状态。于是，8086将交出系统总线控制权并变成浮空状态。当新的总线主模块交出系统总线控制权时，将发出另一个低的脉冲。于是8086重新取得总线控制。（16）HLDA（）：输出/双向。最小模式下引脚功能为HLDA，HLDA是HOLD的响应信号。当HLDA信号升高时，8086使系统总线浮空而让出总线。最大模式下该引脚的功能为。其功能和是一样的，只不过的优先权低于。（17）()：输出/三态。最小模式下，引脚功能为。在向存储器或I/O端口写数据时，发出低电平脉冲，其后沿用于写入数据。最大模式下引脚功能为，低电平时，阻止8086在执行指令过程中失掉系统总线控制权。当8086执行LOCK前

53、缀指令时，信号输出为低。2.2.3 8086的系统组成18086的存储体结构 按字节（byte）为基本单位在存储器里存储数据的，一个字节有8位（bit）二进制数，8086CPU对应的1兆字节存储空间可分为两个512K字节的地址存储体，其中由奇数地址的存储单元组成的称为高字节体（或奇体），和数据总线D15D8相连，用信号作为存储体选择信号；由偶数地址的存储单元组成的称为低字节体（或偶体），和数据总线D7D0相连，利用A0作为存储体选择信号。 在组成存储系统时，8086总是使偶地址单元的数据经地址/数据复用引脚AD0AD7并通过地址总线A0A7和数据总线D0D7传送，而奇地址单元的数据经地址/数据

54、复用引脚AD0AD7并通过地址总线A8A15和数据总线D8D15传送。 表2-3 BHE和A0的意义:操作 BEHA0 使用的地址/数据复用线 传送偶地址的一个字节 10AD7AD0 传送奇地址的一个字节 01AD15AD8 存取规则字 00AD15AD0 存取不规则字 01AD15AD8（第一个总线周期）10AD7AD0（第二个总线周期） 8086在构成一个字时，可以是规则字也可以是不规则字。所谓规则字就是一个字的低字节存放在偶数地址单元，高字节存放在这个单元之后的奇数地址单元。反之，就是不规则字图2-6 8086系统的存储结构28086存储器的分段结构 8086 CPU把1MB的存储器空间

55、划分为任意的一些存储段，每一个存储段又分成许多存储单元。一个存储段是存储器中可独立寻址的一个逻辑单位，也称逻辑段，每个段的最大长度为64KB。8086 CPU中有四个段寄存器：CS，DS，SS和ES，这四个段寄存器存放了CPU当前可以寻址的四个段的基值，也即可以从这四个段寄存器规定的逻辑段中存取指令代码和数据。一旦这四个段寄存器的内容被设定，就规定了CPU当前可寻址的段。图2-7 当前可寻址的存储器段（堆栈段和附加段重叠）38086存储器的逻辑地址与物理地址 物理地址，也称实际地址。8086 CPU中的每个存储元在存 储体中的位置都可以使用物理地址和逻辑地址来表示。为编程方便，8086存储器采

56、用逻辑地址在程序中使用，它 由两部分组成：段基址和偏移量。偏移量又称为有效地址EA，是在段基址上的附加值。 假如把一条马路从头到尾编号01000，比作物理地址，逻辑地址就好比把这条马路分成几段，若各段的段基址分别为0、100、300、500、800，为了简便，记作0、1、3、5、8，则物理地址的126号，其对应的逻辑地址，就是段基址1左移两位（相当于乘以100）再加上偏移量16；则物理地址的574号，其对应的逻辑地址，就是段基址5左移两位（相当于乘以100）加上偏移量74。48086存储器20位物理地址的形成 在存储段划分时，段内地址是连续的，段与段之间是相互独立的。每个段的起始地址称段的基址

57、，段基址必须是能被16整除的那些地址，即20位的段基址的低四位应当是0000。当CPU访问存储器时，根据逻辑地址（由段基址和偏移值构成），在BIU的地址加法器中形成20位的物理地址，其方法是将段址左移四位（相当于乘以16）再加上偏移量。2.2.4 8086的总线时序时钟周期是时钟脉冲的重复周期，时钟周期又叫T状态，是CPU的时间基准，时序系统中的最小时间单位，由计算机主频决定。指令周期是指从取指令开始，经过分析指令、对操作数寻址，然后执行指令，保存操作结果这个过程。总线周期是在一个指令执行周期中，通过总线进行一次或多次对存储单元或I/O端口读或写的操作。完成一次读/写操作所需要的时间，它又称机

58、器周期。所有指令的第一个机器周期都是“取指” 周期。一个指令周期可细分为若干个总线周期，而一个总线周期又有若干个时钟周期组成。8086系统总线周期由四个时钟周期组成（T1T4）。8086CPU的总线周期主要有以下几种：最小模式下的总线读写，包括存储器读写和I/O读写；最大模式下的总线读写，包括存储器读写和I/O读写；中断周期；最小模式下的总线保持；最大模式下的总线请求允许。最大模式与最小模式的总线读写周期操作在逻辑上基本相同，只是在最大模式下要同时考虑CPU发出的信号和总线控制器发出的信号。2.3.1 辉煌的历程 CPU的飞速发展。位CPU 1971年Intel公司，在11月15日的电子新闻上

59、推出了世界上第一款用于计算器4位微处理器4004。8位CPU 1974年，8008发展成首款真正的通用微处理器Intel 8080，时钟频率为2MHz。Zilog公司生产了8080的增强型Z80，摩托罗拉公司生产了6800，都属于第二代微处理器。16位CPU 1978年，Intel公司首次生产出16位的微处理器8086，1981年，美国IBM公司将8088芯片用于其研制的PC机中，个人电脑(PC)的概念开始建立起来。1982年Intel推出了80286芯片，虽然它仍旧是16位结构，但是在CPU的内部含有13.4万个半导体管，68个引脚，采用四列直插式封装，分开设置16条（内部和外部统一）数据线

60、和24条地址线，可寻址16MB物理内存。时钟频率由最初的6MHz逐步提高到8、10、12、16、20、25MHz。80286支持更大的内存；能够模拟内存空间；能同时运行多个任务；提高了处理速度。从80286开始，CPU的工作方式演变出两种来：实模式和保护模式。5Pentium系列Intel在1993年推出了全新一代的高性能处理器Pentium，中文为名字：“奔腾”。Pentium的内部含有的半导体管数量高达310万个，时钟频率由最初推出的60MHz和66MHz，最后提高到200MHz。单单是最初版本的66MHz的Pentium微处理器，它的运算性能比33MHz的80486 DX就提高了3倍多，