2. 微型计算机结构.ppt

1、第2章微计算机结构，2.1 80 x86微处理器概述2.2基于微处理器的计算机系统配置2.3微处理器2.4内存演习问题2，引言和基本概念，汇编语言是直接在硬件上运行的编程语言访问重点是如何利用硬件系统的编程结构和指令集来运行高效灵活的控制系统。基于2.2微处理器的计算机硬件系统配置、2.3 CPU概述(P26 )、典型的CPU由诸如运算器、控制器和寄存器的设备构成，这些设备通过内部总线连接。 内部总线实现CPU内部各设备之间的连接。 外部总线实现CPU与主板上其他设备的连接。 另外，图2.3 8086CPU内部结构、寄存器概要、8086 CPU有14个寄存器，它们的名称是通用寄存器： AX、B

2、X、CX、DX、SI、DI、SP、BP专用寄存器： IP、作为psp的AX、BX、CX、DX 以AX为例，看一下寄存器的逻辑结构。 可以在16位寄存器中存储16位数据。 (数据的存储情况) 1个16位寄存器中能存储的数据的最大值是多少？ 答案： 216-1、2.3.1通用寄存器、16位数据在寄存器中的存储情况、数据： 18二进制显示： 10010在寄存器AX中的存储情况、16位数据在寄存器中的存储情况、数据： 20000二进制显示： 0100111000000 AX能够分成AH和AL，BX能够分成BH和BL，CX能够分成CH和CL，DX能够分成DH和DL。 以8086CPU的8位寄存器存储逻辑

3、、2.3.1通用寄存器、AX为例，8086CPU的16位寄存器分为2个8位寄存器时：2.3.1通用寄存器、AX的低位8位(0位7位)为AL寄存器8086CPU的8位寄存器数据保存情况1个8位寄存器中可保存的数据的最大值是多少？ 答： 28-1、2.3.1通用寄存器、2.3.2字存储在寄存器中，1字可存储在1个16位寄存器中，该字的高位字节和低位字节当然存储在该寄存器的高位8位寄存器和低位8位寄存器中。 2.4存储器、CPU是计算机的核心部件，控制计算机整体的动作进行运算，为了使一个CPU动作，必须提供指令和数据。 命令和数据存储在内存中。 也就是说，平时说的内存。 2.4内存、1台PC的内存作

4、用仅次于CPU。 即使离开内存，性能再好的CPU也无法工作。 光盘与内存不同，光盘上的数据和程序必须读到内存中，CPU才能使用。 内存被分割成多个存储单元，各存储单元从0开始依次编号的2.6存储单元，例如，一个存储单元有128个存储单元，编号是0127。 如右图所示，2.6存储单元对于大容量的存储器，一般以以下单位来纠正预测容量(以下，byte用b表示):1kb=1024kb1GB=1024mb1TB=1024GB盘的容量单位与存储器相同，实际上，2.7 CPU的存储器CPU为了进行数据的读写，需要与外部设备(标准的芯片)进行3种信息的交换：存储单元的地址(地址信息)设备的选择、读写命令(控制

5、信息)的读写数据(数据信息)、2.7 CPU电子校正计算机进行处理2.7 CPU对内存的读写，在计算机上有连接CPU和其他芯片的导线，通常被称为总线。 物理：一条导线的集合逻辑是地址总线的数据总线控制总线图、2.7 CPU对内存的读写、总线逻辑图、2.7 CPU对内存的读写、CPU对内存的读写数据演示： CPU从读写演示上但是，如何命令计算机进行数据的读写呢？使用1.7 CPU对内存进行读写，使用1.7 CPU对内存进行读写，使用2.7 CPU对内存进行读写，对8086CPU， 以下机器代码可以从3号单元读写数据：机器代码： 10100000000011000000000意思，2.7 CPU对

6、内存的读写，机器代码的记忆困难，用汇编指令表示的话， 机械代码：与10100000000011000000000对应的汇编指令： MOV AX，3的意思：将第3单元的内容转送到AX，2.8地址总线如果能够在地址总线上转送几个不同的信息，则CPU对几个存储单元进行寻址、2.8地址总线、地址总线发送地址信息演示、2.8地址总线、2.8地址总线、如果一个CPU有n条地址总线，则该CPU的地址总线的宽度可以说是n。 这样的CPU最大可以找到的n次方个存储单元。 2.9数据总线、CPU和内存或其他设备之间的数据传输通过数据总线进行。 数据总线的宽度决定了CPU和外部的数据传输速度。 2.9数据总线，看看

7、它们向存储器写入数据89D8H时，如何通过数据总线传输数据： 8088CPU数据总线上的数据传输状况8086CPU数据总线上的数据传输状况、2.9数据总线、8位数据总线上有多少控制总线意味着CPU向外部设备提供多少种控制。 因此，控制总线的宽度决定了CPU对外部设备的控制能力。 通过多条控制线共同发出经由控制总线传输的控制信息、2.10控制总线、2.10控制总线及上述存储器读出或写入命令。 被称为写入信号的输出控制线承担从CPU向外部发送写入信号的作用。 总结，CPU可直接使用的信息存储在内存中。 从零开始对存储单元进行编号。 一个存储单元可以存储八个比特(以“b”为单位)或八个比特的二进制数

8、据。 总结为1 b=8b1kb=1024 b1MB=1024 kb1GB=1024 MB，每个CPU芯片有许多引脚，这些引脚连接到总线。 这些别针也可以说是拉出公共汽车。 一个CPU可以提供三种总线：总线的宽度说明了CPU的不同方面的性能：寻址总线的宽度决定了CPU的寻址能力，而总线的宽度决定了CPU的寻址能力。 数据总线的宽度决定了CPU与其他设备进行数据传输时的一次数据传输量。 控制总线宽度决定了CPU对系统中其他设备的控制能力。 2.4存储器(P33 )，在CPU访问存储器单元时给出存储器单元的地址。 所有存储单元构成的存储空间是一维线性空间。 每个存储单元在这个空间中都有唯一的地址，这

9、个唯一的地址称为物理地址。图2.6数据类型、2.4内存、2.4.1内存单元的地址和内容校正器存储信息的基本单位为二进制位，1位可以存储二进制： 0或1。 每8位构成一个字节，并且在图2 a中示出位编号。 8086、80286的字长为16位，由2字节构成，位编号如图2.6(b )所示。从80386位到奔腾功能的字长为32位，由2个字即4字节构成，在80386系列中称为双字，位号如图2.6(c )所示。 另外，还存在由8字节即字长64位构成的4字，位编号如图2.6(d )所示。 在机器中，地址也用二进制表示，为无符号整数，格式使用十六进制形式。 每个字节单位都有表示地址的二进制数，所以16位的二进

10、制数可以表示多少字节单位的地址。 显然，答案必须是216个。 因此，可显示的地址范围为065535，即64 KB，地址编号范围以十六进制表示为0000HFFFFH。 8086/8088的地址总线为20位，可访问的以字节为单位的地址范围为00000HFFFFFH。 存储在一个存储单元中的信息称为该存储单元的内容，图2.7表示存储在存储器中的情况。 由此可知，存储在地址为0004H的单元中的信息为78H。 图2.7存储单元的地址和内容，即该单元的内容为78H，可显示为(0004H)78H。 机械语言长度为16位时，大部分数据以字为单位显示。 将1个字保存在内存中需要占用连续的2个字节，保存时将低位

11、字节保存在低位地址中，将高位字节保存在高位地址中。 这样，2字节的单元构成一个字单元，字单元的地址用其下位地址表示。 另外，图2.7所示的： 0004H字单元的内容为5678H，即，低地址0004H的值为78H，高地址0005H的值为56H，将两个地址合起来则形成0004H字单元，内容为5678H则显示为(0004H)=5678H的字单元然而，在8086、80286中，存取存储器(要求提取或存储器的数目)都按字执行，即设备按偶数地址访问存储器。 另外，如上所述，当用x表示某存储器单元的地址时，如果在x单元中存储y，其中x单元的内容可表示为(x )，并且y是另一个地址，则可用(Y)(X ) )表

12、示y单元的内容。 另外，图2.7中的(0004H)=5678H，(5678H)=2F1EH也可以记载为(0004H)=2F1EH存储器。 那个内容取不完。 也就是说，从某个单元中取出其内容后，该单元仍然保存原来的内容，可以重复取出，在保存新的信息之前，原来的保存内容会自动丢失。 2.11内存地址空间(补充)、内存地址空间是什么？如果1个CPU的地址线宽为10，则能够地址指定1024个内存单元，该1024个可检索的内存单元构成该CPU的内存地址空间。 以下将进行详细研究。 首先，需要介绍两个基本知识：主板和接口卡。 2.12主板，每台PC都有主板，主板有核心设备和主要设备。 这些装置通过总线(地

13、址总线、数据总线、控制总线)连接。 在2.13接口卡、计算机系统中，所有可用程序控制动作的设备必须由CPU控制。 CPU不能直接控制显示器、音箱、打印机等外部设备。 插入扩展插槽中的接口卡可直接控制这些设备并运行。 从可读写属性来看，2.14各种存储器芯片可将随机存储器(RAM )和只读存储器(ROM )从功能和连接中分类：随机存储器RAM在安装有BIOS的ROM接口卡上的RAM PC上的各种存储器的逻辑连接状况、2.14芯片类型。 搭载BIOS的rombiom BIOS是主板和各种接口卡(例如图形卡、网卡等)制造商提供的软件系统，可以利用该硬件设备进行最基本的输入输出。 主板和某些接口卡插入

14、了一个ROM，用于存储相应的BIOS。 2.15内存地址空间，上述内存是物理上独立的设备。 但是，它们在1、全部连接到CPU的总线这一点上是相同的。2.CPU在对这些进行读写时，通过控制线发出存储器读写命令。 2.15将存储器地址空间、各种存储器视为一个逻辑存储器：所有物理存储器被视为由多个存储单元构成的逻辑存储器的各物理存储器，占有该逻辑存储器内的地址段、即地址空间的CPU向该地址空间读写数据、2.15存储器地址空间，假设上图的存储器空间地址段为地址07FFFH的32KB空间是主随机存储器的地址空间地址8000H9FFFH的8KB空间或存储器地址空间，则地址A000HFFFFH的24KB空间

15、为各ROM 内存地址空间的分配因2.15内存地址空间、校正机系统而异。 8086PC的内存地址空间分配的基本情况、8086PC的内存地址空间分配、2.15内存地址空间、内存地址空间：最终执行程序的是CPU，我们在组装中编程时，从CPU的角度来看不考虑问题对于CPU，系统中所有存储器中的存储单元都位于单个逻辑存储器中，其容量受CPU寻址能力的限制。 此逻辑内存被称为内存地址空间。 关于数量的讨论，可以在1个存储器单元中存储8位的数据，因此CPU的寄存器中可以存储n个8位的数据。 也就是说，校正计算机中的大部分数据由1n个8位数据构成。 用十六进制数表示数据，可以直观地看到该数据由哪8位数据组成。 示例： 20000=010011100010000B=4E20H，2.3.3某些装配指令，装配指令不区分大小写，2.3.3某些装配指令，CPU执行下表段的各指令后， 由此可见，寄存器中的数据、2.3.3一些重组指令、以及2.3.3一些重组指令将在重组指令的校正结果中丢失超过寄存器比特的最高有效比特。 这里的缺失意味着进位不能保存在8位寄存器中，但是CPU并不是真正丢弃这个进位值，而是将进位放置在别的寄存器中。 这个问题将在下节