微机原理及接口技术 第2章 微型计算机概述.ppt

1、2.1 微型计算机的基本结构 2.2 8088(8086)CPU 2.3 系统总线的形成,第2章 微型计算机概述,2.1 微型计算机的基本结构,2.1.1 微型计算机的组成及各部分的功能 1. 硬件系统 微型计算机硬件系统如图2.1所示。,图2.1 微型计算机的硬件结构,微型计算机主要由如下几个部分组成：微处理器或称中央处理单元(CPU)、内部存贮器(简称内存)、输入输出接口(简称接口)及系统总线。 (1) CPU CPU是一个复杂的电子逻辑元件，它包含了早期计算机中的运算器、控制器及其他功能，能进行算术、逻辑及控制操作。 (2)内存 顾名思义，所谓内存就是指微型计算机内部的存贮器。,(3)

2、系统总线 所谓总线就是用来传送信息的一组通信线。由图2.1可以看到系统总线将构成微型机的各个部件连接到一起，实现了微型机内部各部件间的信息交换。 (4) 接口 微型计算机广泛地应用于各个部门和领域，所连接的外部设备是各式各样的。,2. 软件系统 微型计算机软件系统包括系统软件和应用软件两大类。 (1)系统软件 系统软件用来对构成微型计算机的各部分硬件，如CPU、内存、各种外设进行管理和协调，使它们有条不紊高效率地工作。,(2) 应用软件 应用软件是针对不同应用，实现用户要求的功能软件，例如，Internet网点上的Web页、各部门的MIS程序、CIMS中的应用软件以及生产过程中的监测控制程序等

3、等。,2.1.2 微型计算机的工作过程 CPU进行简单的算术运算或逻辑运算，或从存贮器取数，将数据存放于存贮器，或由接口取数或向接口送数，这些都是一些基本动作，也称为CPU的操作。 用微型计算机求解“7+10=?”这样一个极为简单的问题，必须利用指令告诉计算机该做的每一个步骤，先做什么，后做什么。具体步骤就是： 7AL AL+10AL,其含义就是把7这个数送到AL里面，然后将AL中的7和10相加，把要获得的结果存放在AL里。把它们变成计算机能够直接识别并执行的程序如下： 10110000 00000111 第一条指令 00000100 00001010 第二条指令 11110100 第三条指令

4、,利用助记符加上操作数来表示指令就方便得多了。上面的程序可写成： MOVAL，7 ADDAL，10 HLT 程序中第一条指令将7放在AL中；第二条指令将AL中7加上10并将相加之和放在AL中；第三条指令是停机指令。当顺序执行完上述指令时，AL中就存放着要求的结果。,2.2 8088(8086)CPU,2.2.1概述 8088是8080和8085的改进型，像8080和8085一样，它的指令是以字节为基础构成的，它的性能的提高，主要依赖于采取了以下一些特殊措施。 1. 建立4字节的指令预取队列 2. 设立地址段寄存器 3. 在结构上和指令设置方面支持多微处理器系统,图2.2 一般8位处理器与808

5、8处理器指令执行过程对比 (a)一般8位处理器的指令执行过程；(b)8088处理器的指令执行过程,2.2.2 8088CPU引线及其功能 8088CPU是一块具有40条引出线的集成电路芯片，其各引出线的定义如图2.3所示。为了减少芯片的引线，有许多引线具有双重定义和功能，采用分时复用方式工作，即在不同时刻，这些引线上的信号是不相同的。,图2.3 8088处理器芯片引线图,1. 最小模式下的引线 在最小模式下，8088CPU的引线如图2.3所示(不包括括号内的信号)。它们是：A16A19/S3S6:这是4条时间复用、三态输出的引线。,表2.1 S4,S3的状态编码,A8A15 :它们是三态输出引

6、线。在CPU寻址内存或接口时，由这些引线送出地址A8A15。在某种特殊情况下，这些引线也可以处于高阻状态。 AD0AD7：它们是地址、数据时分复用的输入输出信号线。其信号是经三态门输出的。 :它是CPU的输出(三态)控制信号，用来区分当前操作是访问存贮器还是访问I/O端口。 :它是CPU的输出控制信号(三态)。该引脚输出为低电平时，表示CPU正处于写存贮器或写I/O端口的状态。,:该引脚是CPU的输出控制信号(三态)，用于确定数据传送的方向。 :这是CPU经三态门输出的控制信号。 ALE：三态输出控制信号，高电平有效。 ：它是读选通输出信号(三态)，低电平有效。 READY：它是准备就绪输入信

7、号，高电平有效。 INTR：它是可屏蔽中断请求输入信号，高电平有效。 ：它是可用WAIT指令对该引脚进行测试的输入信号，低电平有效。 NMI：它是非屏蔽中断输入信号，边沿触发，正跳变有效。,RESET：它是CPU的复位输入信号，高电平有效。 ：它是CPU输出的中断响应信号，是CPU对外部输入的INTR中断请求信号的响应。 HOLD：它是高电平有效的输入信号，用于向CPU提出保持请求。 :是一条状态输出线。 CLK：这个是时钟信号输入端。 V CC ：它是5V电源输入引脚。 GND：它是接地端。,表2.2 复位后的内部寄存器状态,表2.3 复位后各引脚的状态,表2.4 状态编码,2. 最大模式下

8、的引线 当 加上低电平时，8088CPU工作在最大模式之下。此时，除引线24到34之外，其他引线与最小模式完全相同。 :这是最大模式下由8088CPU经三态门输出的状态信号。 :它们是总线请求允许引脚。 :它是一个总线封锁信号，低电平有效。 QS1、QS0：它是CPU输出的队列状态信号。 HIGH：在最大模式时始终为高电平输出。,表2. 5 的状态编码,表2.6 QS1,QS0的状态编码,2.2.3 8088CPU的内部结构 1. 8088CPU的内部结构 8088微处理器内部分为两个部分：执行单元(EU)和总线接口单元(BIU)，如图2.4所示。 EU单元负责指令的执行。它包括ALU(运算器

9、)、通用寄存器和状态寄存器等，主要进行16位的各种运算及有效地址的计算。,图2.4 8088微处理器的内部结构,2. 8088处理器中的内部寄存器 在8088处理器中，用户能用指令改变其内容的，主要是一组内部寄存器，其结构如图2.5所示。 (1)数据寄存器 (2)指针寄存器 (3)变址寄存器 (4)控制寄存器 C进位标志位。 P奇偶标志位。 A半加标志位。,Z零标志位。 S符号标志位。 T陷阱标志位(单步标志位)。 I中断允许标志位。 D方向标志位。 O溢出标志位。 (5) 段寄存器,2.2.4 存贮器寻址 1.由段寄存器、段偏移地址确定物理地址 如图2.7所示，20位的物理地址是这样产生的：

10、 物理地址=段寄存器的内容16+偏移地址 表2.2中已经表明，复位时CS的内容为FFFFH，IP的内容为0000H。复位后的启动地址由CS段寄存器和IP的内容(作为偏移量)共同决定，即： 启动地址=CS16+IP =FFFF0H+0000H= =FFFF0H;,图2.7 物理地址的形成,图2.8 各段寄存器的使用情况,2. 段寄存器的使用 段寄存器的设立不仅使8088的存贮空间扩大到1MB，而且为信息按特征分段存贮带来了方便。在存贮器中，信息按特征可分为程序代码、数据、微处理器状态等。,下面对表2.8中的内容做简要说明如下： 在各种类型的存贮器访问中，其段地址要么由“默认”的段寄存器提供，要么

11、由“指定”的段寄存器提供。 段寄存器DS、ES和SS的内容是用传送指令送入的，但任何传送指令不能向段寄存器CS送数。 表中“段内偏移地址”一栏指明，除了有两种类型访问存贮器是“依寻址方式求得有效地址”外，其它都指明使用一个16位的指针寄存器或变址寄存器。,2.2.5 时序 在8088CPU中，CPU与内存或接口间进行通信，如将一个字节写入内存一个单元(或接口)，或者从内存某单元(或某接口)读一个字节到CPU，这种读(或)写的过程称为一个总线周期。 8088的读总线周期和写总线周期分别表示在图2.9和图2.10中。,图2.9 8088的读总线周期,图2.10 8088的写总线周期,2.3 系统总

12、线的形成,2.3.1 几种常用的芯片 1. 带有三态输出的锁存器 在形成8088(86)系统总线时，常用到具有三态输出的信号锁存器8282和8283。除前者是正相输出而后者是反相输出外，8282和8283的其他性能完全一样。其引线如图2.11所示。,2. 单向三态门驱动器 将数个三态门集成在一块芯片中构成单向三态门驱动器，其种类非常多。其中74系列的244就是经常使用的一种三态门驱动器。其引线如图2.12所示。 从图2.12可以看到，两个控制端分别控制4个三态门。当其控制端加上低电平时，相应的4个三态门导通；加高电平时，三态门呈高阻状态。,3. 双向三态门驱动器 对于数据总线，可采用双向驱动器

13、。在构成系统总线时，常用8286和8287。两者除8286是正相的，8287是反相的外，其他的完全相同。8286的框图如图2.13所示。,图2.11 具有三态输出的锁存器,图2.12 单向三态门74LS244,图2.13 双向三态门驱动器,2.3.2 最小模式下的系统总线形成 最小模式下，系统总线形成如图2.14所示。 这里说明两点： 系统总线的控制信号是8088CPU直接产生的。若8088CPU驱动能力不够，可以加上74LS244进行驱动。 现在形成的系统总线上不能进行DMA传送，因为未对系统总线形成器件(8282、8286)做进一步控制。若需要时，可参阅本节后面的内容，当然也可以考虑用HLDA来参与控制。,图2.14 8088最小模式下总线形成,2.3.3 最大模式下的系统总线的形成 在图2.15中，8282和8286可分别用74LS373和74LS245代替。在此图中同样没有考虑在系统总线上实现DMA传送的问题。下面提到的在PC/XT系统总线上所采用的DMA传送方法是一种解决