微機(jī)硬件基礎(chǔ)概要精編版

1、CPU 存儲(chǔ)器 I/O接口I/O設(shè)備微機(jī)組成（硬件） 微處理器微處理器CPU:由運(yùn)算器、控制器、寄存器3部分組成。實(shí)現(xiàn)運(yùn)算和控制功能。 存儲(chǔ)器：存儲(chǔ)器：由CPU之外的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器芯片組成，存放程序、操作數(shù)、運(yùn)算的中間結(jié)果和最終數(shù)據(jù)。 I/O設(shè)備及其接口電路設(shè)備及其接口電路：輸入設(shè)備將程序、原始數(shù)據(jù)和現(xiàn)場信息送給計(jì)算機(jī)；輸出設(shè)備將計(jì)算機(jī)的計(jì)算和處理結(jié)果或回答信號以各種形式表現(xiàn)出來。外設(shè)與CPU間的硬件連線和信息交換要經(jīng)接口電路。接口電路。 微機(jī)硬件基礎(chǔ)微機(jī)硬件基礎(chǔ) 2）微機(jī)系統(tǒng)組成）微機(jī)系統(tǒng)組成硬件硬件 接口電路接口電路：是微處理器與是微處理器與I/O設(shè)備聯(lián)系的必經(jīng)之路，設(shè)備聯(lián)系的必經(jīng)之路，具有

2、協(xié)調(diào)和轉(zhuǎn)換功能。種類很多。具有協(xié)調(diào)和轉(zhuǎn)換功能。種類很多。 總線總線：連結(jié)微機(jī)的各個(gè)部件，具有邏輯控制功能。：連結(jié)微機(jī)的各個(gè)部件，具有邏輯控制功能。 數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線DB：裝載數(shù)據(jù)和指令代碼。：裝載數(shù)據(jù)和指令代碼?？偩€寬度總線寬度：總線中：總線中 信號線的條數(shù)。信號線的條數(shù)。 地址總線地址總線AB：裝載地址信號。寬度由：裝載地址信號。寬度由CPU所能直接訪問所能直接訪問的存儲(chǔ)空間容量而定。的存儲(chǔ)空間容量而定。 控制總線控制總線CB：CPU向其他部件傳送控制信號，其他部件向其他部件傳送控制信號，其他部件向向CPU傳送狀態(tài)信號和請求信號。寬度各異。傳送狀態(tài)信號和請求信號。寬度各異。 微機(jī)硬件基礎(chǔ)微機(jī)

3、硬件基礎(chǔ) 2）微機(jī)系統(tǒng)組成）微機(jī)系統(tǒng)組成軟件軟件 軟件 系統(tǒng)軟件 應(yīng)用軟件 系統(tǒng)應(yīng)配置的軟件：操作系統(tǒng)，編譯程序，匯編程序，調(diào)試程序，診斷程序，標(biāo)準(zhǔn)程序庫等。 微機(jī)硬件基礎(chǔ)微機(jī)硬件基礎(chǔ) 3）地址）地址 地址地址-辨識存儲(chǔ)器和辨識存儲(chǔ)器和I/O寄存器內(nèi)的存儲(chǔ)單元。寄存器內(nèi)的存儲(chǔ)單元。 地址空間地址空間-所有地址的組合。所有地址的組合。 字節(jié)字節(jié)-存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)器和I/O寄存器的單位。寄存器的單位。1字節(jié)字節(jié)=8bit。 地址線的多少，決定了地址空間的大小。地址線的多少，決定了地址空間的大小。 n -2 n 微機(jī)硬件基礎(chǔ)微機(jī)硬件基礎(chǔ) 4）計(jì)算機(jī)基本操作過程）計(jì)算機(jī)基本操作過程-CPU結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 控制單

4、元控制單元 I/O控制邏輯控制邏輯 工作寄存器組工作寄存器組 ALU暫存數(shù)據(jù)和結(jié)果暫存數(shù)據(jù)和結(jié)果算術(shù)和算術(shù)和邏輯運(yùn)算邏輯運(yùn)算分析和分析和執(zhí)行指令執(zhí)行指令PCIRPSWSP 微機(jī)硬件基礎(chǔ)微機(jī)硬件基礎(chǔ) 4）計(jì)算機(jī)基本操作過程）計(jì)算機(jī)基本操作過程-CPU結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) PC：程序寄存器。保存下一條指令地址。自動(dòng)加程序寄存器。保存下一條指令地址。自動(dòng)加1。 IR：指令寄存器：存儲(chǔ)當(dāng)前正在譯碼、執(zhí)行的指令。：指令寄存器：存儲(chǔ)當(dāng)前正在譯碼、執(zhí)行的指令。 PSW：狀態(tài)字寄存器：存儲(chǔ)前一時(shí)刻指令執(zhí)行的狀態(tài)狀態(tài)字寄存器：存儲(chǔ)前一時(shí)刻指令執(zhí)行的狀態(tài)標(biāo)志。標(biāo)志。 SP：堆棧指針：保存斷點(diǎn)地址和現(xiàn)場信息：堆棧指針：保存斷點(diǎn)

5、地址和現(xiàn)場信息。 微機(jī)硬件基礎(chǔ)微機(jī)硬件基礎(chǔ) 4）計(jì)算機(jī)基本操作過程）計(jì)算機(jī)基本操作過程-指令執(zhí)行流程指令執(zhí)行流程 指令執(zhí)行過程：取指，分析指令，執(zhí)行指令。指令執(zhí)行過程：取指，分析指令，執(zhí)行指令。 AB PC PC PC+1 IR ID指令執(zhí)行流程 啟動(dòng) CPU發(fā)指令地址 CPU取指令 CPU將指令存IR并譯碼 分支？條件分支？ 檢查PSW 分支條件滿足？ 設(shè)置PC至分支地址 執(zhí)行指令 設(shè)置下一個(gè)順序指令地址 T F F T T F 一、一、80386CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 總線接口部件總線接口部件BIU 指令譯碼部件指令譯碼部件IDU 指令預(yù)取部件指令預(yù)取部件CPU 執(zhí)行部件執(zhí)行部件EU

6、段管理部件段管理部件SU 頁管理部件頁管理部件PU 上述部件實(shí)行上述部件實(shí)行流水線流水線作業(yè)，提高了作業(yè)，提高了CPU性能和總線利用率。性能和總線利用率。 總線接口部件總線接口部件BIU： 用于訪問CPU片外的存儲(chǔ)器和I/O口，提供所需地址、數(shù)據(jù)總線、控制與命令信號。此外，控制協(xié)處理器。 指令預(yù)取部件指令預(yù)取部件CPU： 80386的CPU中，含有16個(gè)字節(jié)的指令隊(duì)列，存放預(yù)取指令。 按“先進(jìn)先出”原則進(jìn)行管理。 指令譯碼部件指令譯碼部件IDU： 對指令的操作碼進(jìn)行譯碼，并將其存放在指令隊(duì)列里。 指令執(zhí)行部件指令執(zhí)行部件EU： 80386的EU，含有8個(gè)32位通用寄存器，1個(gè)64位的移位器。用

7、于數(shù)據(jù)處理，地址計(jì)算。存儲(chǔ)器管理部件存儲(chǔ)器管理部件MMU：分段部件：通過提供尋址器件對邏輯地址空間進(jìn)分段部件：通過提供尋址器件對邏輯地址空間進(jìn)行管理，把行管理，把邏輯地址邏輯地址變換成線形地址。變換成線形地址。分頁部件：將線形地址轉(zhuǎn)換成分頁部件：將線形地址轉(zhuǎn)換成物理地址物理地址。 虛地址，由內(nèi)、虛地址，由內(nèi)、外存共同構(gòu)成的存外存共同構(gòu)成的存儲(chǔ)空間儲(chǔ)空間 實(shí)地址，與地址總線實(shí)地址，與地址總線直接相連的內(nèi)存空間直接相連的內(nèi)存空間 二、二、80386CPU的寄存器結(jié)構(gòu)的寄存器結(jié)構(gòu) 通用寄存器通用寄存器 段寄存器段寄存器 指令指針和標(biāo)志寄存器指令指針和標(biāo)志寄存器 控制寄存器控制寄存器 系統(tǒng)描述符表寄存

8、器系統(tǒng)描述符表寄存器 調(diào)試寄存器調(diào)試寄存器 測試寄存器測試寄存器二、二、80386CPU的寄存器結(jié)構(gòu)的寄存器結(jié)構(gòu) 1、通用寄存器通用寄存器：暫存中間結(jié)果，加速：暫存中間結(jié)果，加速CPU運(yùn)行速度。運(yùn)行速度。 累加器累加器A 基址寄存器基址寄存器B 數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)寄存器 計(jì)數(shù)寄存器計(jì)數(shù)寄存器C 數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)寄存器D 可做可做32位雙字操作，位雙字操作，E標(biāo)識標(biāo)識如：如：EAX16位單字操作，位單字操作，X標(biāo)識標(biāo)識如：如：AX 8位字節(jié)操作，位字節(jié)操作，H或或L標(biāo)識標(biāo)識如：如：AH（高）（高） AL（低）（低）二、二、80386CPU的寄存器結(jié)構(gòu)的寄存器結(jié)構(gòu) 1、通用寄存器通用寄存器：暫存中間結(jié)果

9、，加速：暫存中間結(jié)果，加速CPU運(yùn)行速度。運(yùn)行速度。 變址寄存器變址寄存器ESI 用于存放存儲(chǔ)器的用于存放存儲(chǔ)器的偏移地址偏移地址。 變址寄存器變址寄存器EDI 指針寄存器指針寄存器EBP 指針寄存器指針寄存器ESP 所訪問的存儲(chǔ)單元相對一個(gè)所訪問的存儲(chǔ)單元相對一個(gè)段的起始地址的偏移量段的起始地址的偏移量二、二、80386CPU的寄存器結(jié)構(gòu)的寄存器結(jié)構(gòu) 2、段寄存器段寄存器：存放一個(gè)存儲(chǔ)段的起始地址。：存放一個(gè)存儲(chǔ)段的起始地址。 代碼段代碼段CS 堆棧段堆棧段SS 數(shù)據(jù)段數(shù)據(jù)段DS，ES，F(xiàn)S，GS 均為均為16位寄存器，位寄存器，2 =64K，所以一個(gè)段為，所以一個(gè)段為64K。 用戶可直接訪

10、問，即可通過軟件來改變段寄存器中的值。用戶可直接訪問，即可通過軟件來改變段寄存器中的值。 各段間可連續(xù)、相鄰、間斷或重疊。各段間可連續(xù)、相鄰、間斷或重疊。 16二、二、80386CPU的寄存器結(jié)構(gòu)的寄存器結(jié)構(gòu) 3、指令指針指令指針EIP：存放下一條要取出的指令：存放下一條要取出的指令偏移量，確定下一條要訪問的地址。偏移量，確定下一條要訪問的地址。 IP值自動(dòng)加值自動(dòng)加1。 二、二、80386CPU的寄存器結(jié)構(gòu)的寄存器結(jié)構(gòu) 4、標(biāo)志寄存器標(biāo)志寄存器FR： 31 -17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 CF：進(jìn)位進(jìn)位或或退位退位標(biāo)志標(biāo)志 PF：奇偶

11、奇偶標(biāo)志標(biāo)志ZF：零零標(biāo)志標(biāo)志 SF：符號符號標(biāo)志標(biāo)志OF：溢出溢出標(biāo)志標(biāo)志二、二、80386CPU的寄存器結(jié)構(gòu)的寄存器結(jié)構(gòu) 5、系統(tǒng)描述符表寄存器系統(tǒng)描述符表寄存器： GDTR IDTR LDTR TR 選擇子選擇子 選擇子選擇子 屬性屬性 基地址基地址 邊界邊界 屬性屬性 基地址基地址 邊界邊界基地址基地址 邊界邊界基地址基地址 邊界邊界 全局全局二、二、80386CPU的寄存器結(jié)構(gòu)的寄存器結(jié)構(gòu) 6、控制寄存器控制寄存器： 4個(gè)個(gè)32位的控制寄存器位的控制寄存器 CR0：32位，存放機(jī)器狀態(tài)字。位，存放機(jī)器狀態(tài)字。 CR1：保留，保存影響系統(tǒng)任務(wù)的機(jī)器狀態(tài)。：保留，保存影響系統(tǒng)任務(wù)的機(jī)器狀

12、態(tài)。 CR2：頁故障線形地址。：頁故障線形地址。 CR3：頁目錄基地址：頁目錄基地址二、二、80386CPU的寄存器結(jié)構(gòu)的寄存器結(jié)構(gòu) 7、調(diào)試寄存器調(diào)試寄存器 8、測試寄存器測試寄存器三、三、80386CPU的接口信號的接口信號-80386微處理器方框圖微處理器方框圖 80386DXMPU HOLDHLDAINTRNMIRESETPEREQBUSYERROR DMA接口接口 中斷中斷接口接口 協(xié)處理協(xié)處理接口接口 A2-A31 BE0-BE3 D0-D31 BS16W/RD/CM/IOADSREADYNALOCK M/IO接口接口 存儲(chǔ)器I/O接口 地址線地址線A字節(jié)選通線字節(jié)選通線BE數(shù)據(jù)線

13、數(shù)據(jù)線D數(shù)據(jù)總線寬度切換數(shù)據(jù)總線寬度切換BS16讀寫信號讀寫信號W/R數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)/命令控制信號命令控制信號D/C存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器/IO控制信號控制信號M/IO地址狀態(tài)地址狀態(tài)ADS傳輸確認(rèn)傳輸確認(rèn)READY地址請求地址請求NA總線鎖定信號總線鎖定信號LOCK 中斷接口 可屏蔽中斷請求可屏蔽中斷請求INTR非屏蔽中斷請求非屏蔽中斷請求NMI系統(tǒng)復(fù)位系統(tǒng)復(fù)位 RESET DMA接口 總線請求總線請求HOLD總線響應(yīng)總線響應(yīng)HLDA 協(xié)處理器接口 協(xié)處理請求協(xié)處理請求PEREQ 協(xié)處理忙信號協(xié)處理忙信號BUSY協(xié)處理出錯(cuò)協(xié)處理出錯(cuò)ERROR 四、四、80386非流水線和流水線總線周期非流水線和流水線總線周

14、期1、 外部輸入時(shí)鐘外部輸入時(shí)鐘CLK2-時(shí)鐘電路產(chǎn)生。時(shí)鐘電路產(chǎn)生。2、內(nèi)部內(nèi)部CPU時(shí)鐘時(shí)鐘PLCK的信號頻率是外部輸入時(shí)鐘的一半。的信號頻率是外部輸入時(shí)鐘的一半。3、內(nèi)部、內(nèi)部CPU時(shí)鐘的信號周期是外部輸入時(shí)鐘的一倍。時(shí)鐘的信號周期是外部輸入時(shí)鐘的一倍。例如：例如：CLK2=40MHZ， 則：則：T2=25ns( 時(shí)鐘周期時(shí)鐘周期) T =50ns（CPU時(shí)鐘周期）時(shí)鐘周期）4、總線周期總線周期 非流水線和流水線非流水線和流水線 五、五、80386存儲(chǔ)器地址空間的硬件結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器地址空間的硬件結(jié)構(gòu) 1、物理存儲(chǔ)空間、物理存儲(chǔ)空間 FFFFFFFFHFFFFFFFEHFFFFFFFDH4GB物理地址物理地址空間空間（保護(hù)方式）（保護(hù)方式）00000002H00000001H00000000H 2、物理存儲(chǔ)空間的硬件結(jié)構(gòu)、物理存儲(chǔ)空間的硬件結(jié)構(gòu) 從硬件觀點(diǎn)看，物理地址空間可分從硬件觀點(diǎn)看，物理地址空間可分 成成4個(gè)獨(dú)立的個(gè)獨(dú)立的存儲(chǔ)器組存儲(chǔ)器組，每組數(shù)據(jù)寬度為，每組數(shù)據(jù)寬度為1字節(jié)，每組的存儲(chǔ)