《微機(jī)原理與應(yīng)用教學(xué)資料》第一、二章（）

1、編輯編輯ppt1第一章第一章 概概 述述 編輯編輯ppt2本章知識點(diǎn)本章知識點(diǎn) 微型計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)及分類微型計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)及分類 微型計(jì)算機(jī)面向總線結(jié)構(gòu)微型計(jì)算機(jī)面向總線結(jié)構(gòu)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的三層結(jié)構(gòu)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的三層結(jié)構(gòu)編輯編輯ppt3電子管計(jì)算機(jī)：電子管計(jì)算機(jī)：19461946年年晶體管計(jì)算機(jī)：晶體管計(jì)算機(jī)：19581958年年集成電路計(jì)算機(jī)：集成電路計(jì)算機(jī)：19651965年年大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)：大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)：19711971年年微電子技術(shù)在計(jì)算機(jī)技術(shù)中起基礎(chǔ)支微電子技術(shù)在計(jì)算機(jī)技術(shù)中起基礎(chǔ)支撐作用撐作用編輯編輯ppt4根據(jù)體積、性能、價(jià)格分為：根據(jù)體積、性能、價(jià)格分為： 微型計(jì)算

2、機(jī)微型計(jì)算機(jī) $200$20000；personal computer；workstation； portable computer小型計(jì)算機(jī)小型計(jì)算機(jī) $100,000；專用性比較強(qiáng)，常用于分布式數(shù)據(jù)處理；專用性比較強(qiáng)，常用于分布式數(shù)據(jù)處理中型計(jì)算機(jī)中型計(jì)算機(jī) $500,000$5,000,000；體積約為汽車大小，用于特大型或超；體積約為汽車大小，用于特大型或超大型數(shù)據(jù)庫處理大型數(shù)據(jù)庫處理巨型計(jì)算機(jī)巨型計(jì)算機(jī)Super-computer $5,000,000$20million，體積房間大小，特殊用途：，體積房間大小，特殊用途： 全球天氣預(yù)報(bào)、衛(wèi)星發(fā)射等全球天氣預(yù)報(bào)、衛(wèi)星發(fā)射等系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工

3、作原理都一樣，包含：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理都一樣，包含：CPUCPU、MemoryMemory、I/OI/O三結(jié)構(gòu)三結(jié)構(gòu) 巨型計(jì)算機(jī)巨型計(jì)算機(jī)多個(gè)微處理器并行運(yùn)行多個(gè)微處理器并行運(yùn)行編輯編輯ppt5特點(diǎn)：體積小、重量輕、可靠性高、結(jié)構(gòu)靈活、應(yīng)用面廣特點(diǎn)：體積小、重量輕、可靠性高、結(jié)構(gòu)靈活、應(yīng)用面廣 由由micro-processormicro-processor（CPUCPU）決定性能）決定性能1 1、微型機(jī)以、微型機(jī)以micro-processormicro-processor處理的處理的 字長作為分類標(biāo)準(zhǔn)字長作為分類標(biāo)準(zhǔn)2 2、micro-processormicro-processor的種類

4、：的種類：4 4、8 8、 16 16、3232、6464位位位數(shù)越多，其指令功能越強(qiáng)，處理的速度位數(shù)越多，其指令功能越強(qiáng)，處理的速度越快越快編輯編輯ppt6微處理器的發(fā)展微處理器的發(fā)展v第一代微處理器第一代微處理器 4位和位和8位位v第二代微處理器第二代微處理器 8位位v第三代微處理器第三代微處理器 16位位v第四代微處理器第四代微處理器 32位位8038680486v第五代微處理器第五代微處理器 64位位PentiumPentium ProPentium 2Pentium 3Pentium 4編輯編輯ppt7四、微處理器、微型計(jì)算機(jī)、微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1、微處理器、微處理器micro-proc

5、essor or CPU：運(yùn)算、控制功能；是微型計(jì)算機(jī)的核心運(yùn)算、控制功能；是微型計(jì)算機(jī)的核心ALU：算術(shù)邏輯運(yùn)算部件：算術(shù)邏輯運(yùn)算部件累加器和寄存器組累加器和寄存器組：保存參加運(yùn)算數(shù)據(jù)及中間結(jié)果、存：保存參加運(yùn)算數(shù)據(jù)及中間結(jié)果、存放地址（掉電則無）放地址（掉電則無）指令指針寄存器指令指針寄存器IP：指向要執(zhí)行的下一條指令的偏移地：指向要執(zhí)行的下一條指令的偏移地址址段寄存器段寄存器：給出存儲單元的段地址：給出存儲單元的段地址時(shí)序和控制部件時(shí)序和控制部件：產(chǎn)生協(xié)調(diào)微機(jī)各部件間工作的信號：產(chǎn)生協(xié)調(diào)微機(jī)各部件間工作的信號內(nèi)部總線內(nèi)部總線：用于：用于CPU內(nèi)部各部件信號傳遞內(nèi)部各部件信號傳遞編輯編輯p

6、pt82、微型計(jì)算機(jī)微型計(jì)算機(jī)CPU：Central Processing Unit中央處理單元中央處理單元 Memory：用于存儲微型計(jì)算機(jī)程序和計(jì)算用數(shù)據(jù)用于存儲微型計(jì)算機(jī)程序和計(jì)算用數(shù)據(jù) I/O Interface：連接外部設(shè)備與微型計(jì)算機(jī)連接外部設(shè)備與微型計(jì)算機(jī) System Bus：用于計(jì)算機(jī)各部件間傳送數(shù)據(jù)用于計(jì)算機(jī)各部件間傳送數(shù)據(jù)說明：說明： 、總線：一組受邏輯控制，用于計(jì)算機(jī)各部件之間傳、總線：一組受邏輯控制，用于計(jì)算機(jī)各部件之間傳遞信號的公共信號線；信號線條數(shù)稱為總線寬度遞信號的公共信號線；信號線條數(shù)稱為總線寬度 、微型計(jì)算機(jī)采用面向總線的結(jié)構(gòu)，變微機(jī)各部件間、微型計(jì)算機(jī)采用

7、面向總線的結(jié)構(gòu)，變微機(jī)各部件間的一一對應(yīng)為各部件對總線的多對一對應(yīng)，大大提高的一一對應(yīng)為各部件對總線的多對一對應(yīng)，大大提高了微機(jī)可擴(kuò)展能力了微機(jī)可擴(kuò)展能力 編輯編輯ppt9總線分類（按傳送信息分）：總線分類（按傳送信息分）：AB地址總線：地址總線：Address Bus ；20位位（以（以8086為例）為例）單向：只能由單向：只能由CPU Memory、I/O Interface ；DB數(shù)據(jù)總線：數(shù)據(jù)總線：Data Bus 雙向、雙向、16位位CB控制總線：控制總線：Control Bus ；雙向、；雙向、8位位編輯編輯ppt103、微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：微型計(jì)算機(jī)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：微型計(jì)算機(jī)+I/O

8、+I/O設(shè)備設(shè)備+ +軟件軟件（系統(tǒng)、應(yīng)用軟件）（系統(tǒng)、應(yīng)用軟件） 圖圖1-3五、單片機(jī)：五、單片機(jī)： CPU + ROMCPU + ROM（RAMRAM）+ I/O Interface + I/O Interface 集成于一硅片集成于一硅片上，構(gòu)成控制系統(tǒng)上，構(gòu)成控制系統(tǒng) 單板機(jī)：單板機(jī)： CPU + Memory + I/O Interface + I/OCPU + Memory + I/O Interface + I/O設(shè)備，設(shè)備， 裝配在一塊印刷板上裝配在一塊印刷板上六、微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用（自學(xué)）六、微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用（自學(xué)）編輯編輯ppt11v計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)格式（自學(xué)）計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)格式（自學(xué)）數(shù)

9、制數(shù)制 二進(jìn)制二進(jìn)制B，十進(jìn)制，十進(jìn)制D，十六進(jìn)制，十六進(jìn)制H計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)格式計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)格式 補(bǔ)碼，補(bǔ)碼，BCD(壓縮型，非壓縮型），壓縮型，非壓縮型），ASCII數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)類型 字節(jié)（字節(jié)（Byte），字（），字（word），雙字（），雙字（Double word）編輯編輯ppt12第二章第二章 8086微處理器微處理器 編輯編輯ppt131 1、80868086編程結(jié)構(gòu)（存儲器編程結(jié)構(gòu)（存儲器M M物理地址的形物理地址的形成，成，EUEU中寄存器中寄存器R R組）組）2 2、80868086最小工作模式最小工作模式3 3、80868086系統(tǒng)復(fù)位、總線操作系統(tǒng)復(fù)位、總線操作 編輯編輯ppt

10、142 21 80861 8086的編程結(jié)構(gòu)的編程結(jié)構(gòu)一、一、8086的編程結(jié)構(gòu)的編程結(jié)構(gòu) 由于微機(jī)采用面向總線結(jié)構(gòu)，所以從功能塊的角度由于微機(jī)采用面向總線結(jié)構(gòu)，所以從功能塊的角度8086可分為：可分為： 執(zhí)行部件執(zhí)行部件EU：Execution Unit 總線接口部件總線接口部件BIU：Bus Interface Unit編輯編輯ppt15圖圖寄存器陣列寄存器陣列ALU及暫存及暫存器器標(biāo)志寄存器標(biāo)志寄存器EU控制器控制器16位段寄存位段寄存器器16位指令指位指令指針寄存器針寄存器IP20位地址加位地址加法器法器總線控制電總線控制電路路6字節(jié)指令流字節(jié)指令流隊(duì)列隊(duì)列M MI/OI/O編輯編輯p

11、pt16說明說明：1、在訪問、在訪問Memory、I/O Interface時(shí)，地址加法器時(shí)，地址加法器把把16位段位段基地址和基地址和16位偏移地址求和，產(chǎn)生物理地址（位偏移地址求和，產(chǎn)生物理地址（20位），經(jīng)位），經(jīng)總線控制電路實(shí)現(xiàn)訪問總線控制電路實(shí)現(xiàn)訪問2、EU控制器負(fù)責(zé)從指令流隊(duì)列取得指令，譯碼，并生成作用控制器負(fù)責(zé)從指令流隊(duì)列取得指令，譯碼，并生成作用于于EU各部件的控制信號，譯碼同時(shí)修改各部件的控制信號，譯碼同時(shí)修改IP3、在控制信號作用下，、在控制信號作用下，ALU對從寄存器陣列或者內(nèi)存中取得對從寄存器陣列或者內(nèi)存中取得的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，計(jì)算結(jié)果輸出時(shí)，要先送到暫存器，并的數(shù)據(jù)進(jìn)行

12、運(yùn)算，計(jì)算結(jié)果輸出時(shí)，要先送到暫存器，并對標(biāo)志寄存器（對標(biāo)志寄存器（Flag Register）產(chǎn)生影響）產(chǎn)生影響4、取指令：送地址、取指令：送地址 訪問內(nèi)存訪問內(nèi)存 指令隊(duì)列指令隊(duì)列 取指令碼取指令碼 執(zhí)行指令：取數(shù)據(jù)執(zhí)行指令：取數(shù)據(jù) 計(jì)算計(jì)算 送數(shù)據(jù)送數(shù)據(jù)編輯編輯ppt17二、二、BIU的組成的組成v4 4個(gè)個(gè)1616位段寄存器：用于存儲段地址位段寄存器：用于存儲段地址 CSCS：Code Segment代碼段，用來存放當(dāng)前正在運(yùn)行的指令 DSDS：Data Segment數(shù)據(jù)段，用來存放當(dāng)前運(yùn)行程序所用的數(shù)據(jù) SSSS：Stack堆棧段，指出堆棧所在區(qū)域 ESES：Extended附加段

13、，由程序員決定用途 v1 1個(gè)個(gè)1616位指令指針寄存器位指令指針寄存器IPIP：用于指出程序的：用于指出程序的進(jìn)程，指向存放下一條要執(zhí)行的指令的偏移進(jìn)程，指向存放下一條要執(zhí)行的指令的偏移地址，用戶一般不能對此修改地址，用戶一般不能對此修改編輯編輯ppt18v1 1個(gè)個(gè)2020位地址加法器位地址加法器：用于形成：用于形成MemoryMemory、I/O I/O InterfaceInterface的物理地址的物理地址v6 6字節(jié)指令隊(duì)列字節(jié)指令隊(duì)列ISQISQ（Instruction Stream QueueInstruction Stream Queue）v總線控制邏輯總線控制邏輯編輯編輯p

14、pt191 1、存儲器的分段管理、存儲器的分段管理、問題的提出問題的提出：若：若CPUCPU要訪問要訪問M M、I/OI/O，首先需要，首先需要CPUCPU計(jì)算出相應(yīng)的地址，計(jì)算出相應(yīng)的地址，由于由于AB=20AB=20根，其存儲空根，其存儲空間最大為間最大為2 22020=1MB=1MB，但，但CPUCPU內(nèi)部所有的內(nèi)部所有的R R都是都是1616位位R R，即其能給定的地址最大為即其能給定的地址最大為2 21616=64kB=64kB解決方法解決方法：把：把M M分為幾段，每段容量最大為分為幾段，每段容量最大為64kB64kB，最小最小16B16B，用，用2 2個(gè)個(gè)R R分別指出段基址及段

15、內(nèi)偏移地址分別指出段基址及段內(nèi)偏移地址兩個(gè)特征兩個(gè)特征： 64KB 起始地址能被起始地址能被16整除整除編輯編輯ppt20、邏輯地址、物理地址邏輯地址、物理地址邏輯地址邏輯地址= =段基址：偏移地址段基址：偏移地址，程序設(shè)計(jì)時(shí)采用。，程序設(shè)計(jì)時(shí)采用。 用于存儲段地址的用于存儲段地址的R R：CSCS、DSDS、ESES、SSSS 用于存儲偏移地址的用于存儲偏移地址的R R：BXBX、BPBP、SPSP、SISI、DIDI、IPIP物理地址物理地址：由地址加法器依據(jù)邏輯地址計(jì)算出的，直：由地址加法器依據(jù)邏輯地址計(jì)算出的，直接指出內(nèi)存位置，接指出內(nèi)存位置，是是CPUCPU訪問存儲器的實(shí)際尋址地訪問

16、存儲器的實(shí)際尋址地址址，編程者無須考慮（自動形成），但擴(kuò)展存儲器，編程者無須考慮（自動形成），但擴(kuò)展存儲器時(shí)必須考慮。時(shí)必須考慮。編輯編輯ppt21、計(jì)算轉(zhuǎn)換原則：、計(jì)算轉(zhuǎn)換原則： 物理地址物理地址= =段地址段地址* *1616+ +偏移地址偏移地址 例：例：CSCS：IP=2000HIP=2000H：1000H 1000H 物理地址為物理地址為20000H+1000H=21000H20000H+1000H=21000H CS CS：IP=21AFHIP=21AFH：BCA4H BCA4H 物理地址為物理地址為21AF0H+BCA4H=2D794H21AF0H+BCA4H=2D794H* *

17、一個(gè)邏輯段的偏移地址一定是從一個(gè)邏輯段的偏移地址一定是從0000H0000H開始開始編輯編輯ppt22地址生成器CS左移4位20位+地址加法器CS16位物理地址20位或偏移地址編輯編輯ppt232 2、6 6字節(jié)指令隊(duì)列緩沖器字節(jié)指令隊(duì)列緩沖器ISQISQv作用：暫存未執(zhí)行指令，使得作用：暫存未執(zhí)行指令，使得EU與與BIU可以非同步可以非同步工作，減少了工作，減少了EU取指令等待時(shí)間，提高了取指令等待時(shí)間，提高了CPU的利的利用率用率v說明：當(dāng)指令隊(duì)列空出說明：當(dāng)指令隊(duì)列空出2個(gè)字節(jié)時(shí)，個(gè)字節(jié)時(shí)，BIU自動通過控自動通過控制電路從制電路從M中取得后續(xù)指令代碼補(bǔ)充入中取得后續(xù)指令代碼補(bǔ)充入ISQ

18、；當(dāng)執(zhí)行；當(dāng)執(zhí)行跳轉(zhuǎn)指令時(shí)，自動清空跳轉(zhuǎn)指令時(shí)，自動清空ISQI1I2I3I4I5I6編輯編輯ppt243 3、BIUBIU與與EUEU的動作協(xié)調(diào)的動作協(xié)調(diào)、協(xié)調(diào)的必要性：、協(xié)調(diào)的必要性：EUEU與與BIUBIU非同步工作非同步工作、如何協(xié)調(diào)：、如何協(xié)調(diào)： a a、EUEU從從BIUBIU的的ISQISQ取指令執(zhí)行，無須通過取指令執(zhí)行，無須通過BIUBIU訪問訪問M M、I/OI/O b b、EUEU執(zhí)行指令時(shí)，若須從執(zhí)行指令時(shí)，若須從M M或或I/O InterfaceI/O Interface取得數(shù)據(jù)時(shí)，取得數(shù)據(jù)時(shí)，EUEU向向BIUBIU發(fā)出總線請求訪問信號，進(jìn)入總線周期，數(shù)發(fā)出總線請求

19、訪問信號，進(jìn)入總線周期，數(shù)據(jù)由據(jù)由M M、I/O BIU EUI/O BIU EU編輯編輯ppt25在一條指令的執(zhí)行過程中可以取出下一條（或多條）在一條指令的執(zhí)行過程中可以取出下一條（或多條）指令，指令指令，指令 在指令隊(duì)列中排隊(duì)在指令隊(duì)列中排隊(duì)在一條指令執(zhí)行完成后，就可以立即執(zhí)行下一條指在一條指令執(zhí)行完成后，就可以立即執(zhí)行下一條指令，減少令，減少CPUCPU為取指令而等待的時(shí)間，提高為取指令而等待的時(shí)間，提高CPUCPU的的利用率和整個(gè)運(yùn)行速度利用率和整個(gè)運(yùn)行速度編輯編輯ppt26三、EU的組成1 1、4 4個(gè)個(gè)1616位通用寄存器位通用寄存器： AXAX、BXBX、CXCX、DX DX 可

20、進(jìn)行可進(jìn)行1616位或高位或高8 8位、低位、低8 8位的獨(dú)立訪問位的獨(dú)立訪問2 2、4 4個(gè)個(gè)1616位專用寄存器：位專用寄存器： BP BP：Base Pointer Base Pointer 基址指針寄存器基址指針寄存器 SPSP：Stack Pointer Stack Pointer 堆棧指針寄存器堆棧指針寄存器 SI SI：Source Indexed Source Indexed 源變址寄存器源變址寄存器 DI DI：Destination Indexed Destination Indexed 目的變址寄存器目的變址寄存器 以上以上8 8個(gè)寄存器的用法、特殊用法，結(jié)合指令和尋址方

21、式部個(gè)寄存器的用法、特殊用法，結(jié)合指令和尋址方式部分介紹，最后以小結(jié)的形式給出分介紹，最后以小結(jié)的形式給出編輯編輯ppt273 3、1616位標(biāo)志寄存器位標(biāo)志寄存器FLAGSFLAGSv唯一能按位操作的寄存器唯一能按位操作的寄存器v只定義了其中只定義了其中9位，另外位，另外7位未定義（不用）位未定義（不用）6位位狀態(tài)標(biāo)志：狀態(tài)標(biāo)志：OF、SF、ZF、PF、CF、AF 標(biāo)識標(biāo)識ALUALU的計(jì)算結(jié)果，計(jì)算機(jī)根據(jù)計(jì)算，結(jié)果自動設(shè)置的計(jì)算結(jié)果，計(jì)算機(jī)根據(jù)計(jì)算，結(jié)果自動設(shè)置3位位控制標(biāo)志：控制標(biāo)志：DF、IF、TF 人為預(yù)先設(shè)置人為預(yù)先設(shè)置1515141413131212111110109 98 87

22、 76 65 54 43 32 21 10 0OFOFDFDFIFIFTFTFSFSFZFZFAFAFPFPFCFCF編輯編輯ppt28、狀態(tài)標(biāo)志：、狀態(tài)標(biāo)志： OF OF：溢出標(biāo)志位：溢出標(biāo)志位 OF=1OF=1，溢出，溢出 SF SF：符號標(biāo)志位：符號標(biāo)志位 SF=1SF=1，負(fù)數(shù)，負(fù)數(shù) ZF ZF：全零標(biāo)志位：全零標(biāo)志位 ZF=1ZF=1，結(jié)果為，結(jié)果為0 0 CF CF：進(jìn)位標(biāo)志位：進(jìn)位標(biāo)志位 CF=1CF=1，最高位向前有進(jìn)、借位，最高位向前有進(jìn)、借位 AF AF：輔助進(jìn)位標(biāo)志位：輔助進(jìn)位標(biāo)志位 AF=1AF=1，D3D3、D4D4之間有進(jìn)、借位之間有進(jìn)、借位 PF PF：奇偶校驗(yàn)標(biāo)

23、志位：奇偶校驗(yàn)標(biāo)志位 PF=1PF=1，低，低8 8位中位中“1”1”的個(gè)數(shù)是偶數(shù)的個(gè)數(shù)是偶數(shù)、控制標(biāo)志、控制標(biāo)志 DF DF：方向標(biāo)志位：方向標(biāo)志位 DF=1DF=1，地址減，地址減 IF IF：中斷標(biāo)志位：中斷標(biāo)志位 IF=1IF=1，允許，允許CPUCPU響應(yīng)可屏蔽中斷響應(yīng)可屏蔽中斷 TF TF：單步標(biāo)志位：單步標(biāo)志位 TF=1TF=1，CPUCPU每執(zhí)行完一條指令，自動每執(zhí)行完一條指令，自動 產(chǎn)生一次內(nèi)部中斷產(chǎn)生一次內(nèi)部中斷1515141413131212111110109 98 87 76 65 54 43 32 21 10 0OFOFDFDFIFIFTFTFSFSFZFZFAFAF

24、PFPFCFCF編輯編輯ppt294、有符號計(jì)算（補(bǔ)碼）及標(biāo)志位的動作例例1 1：20-3020-30補(bǔ)補(bǔ)=20=20補(bǔ)補(bǔ)+-30+-30補(bǔ)補(bǔ) =00010100B +11100010B=11110110B=-10=00010100B +11100010B=11110110B=-10補(bǔ)補(bǔ) 則：則：CF=0CF=0，PF=1PF=1，AF=0AF=0，ZF=0ZF=0，SF=1SF=1，OF=0OF=0例例2 2：-66-92-66-92補(bǔ)補(bǔ)=-66=-66補(bǔ)補(bǔ)+-92+-92補(bǔ)補(bǔ)=10111110B + 10100100B=10111110B + 10100100B 1011 1110B 10

25、11 1110B + 1010 0100B + 1010 0100B 1,0110,0010B 1,0110,0010B 則：則：CF=1CF=1，AF=1AF=1，SF=0SF=0，PF=0PF=0，ZF=0ZF=0，OF=1OF=1說明：說明：OF=1OF=1表示溢出表示溢出, -66-92=-158-128, -66-92=-158-128編輯編輯ppt30四、總線周期四、總線周期 1 1、時(shí)鐘周期（或、時(shí)鐘周期（或T T狀態(tài)）狀態(tài)） 基本定時(shí)單元基本定時(shí)單元 t=1/f t=1/f 其中其中f f：CPUCPU的工作主頻的工作主頻 例：例：f=5MHz,t=200nsf=5MHz,t=

26、200ns 2 2、總線周期、總線周期 CPUCPU完成一次訪問完成一次訪問M M，I/OI/O操作所需要的時(shí)鐘周期操作所需要的時(shí)鐘周期 當(dāng)當(dāng)CPUCPU和和M M、I/OI/O之間有數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，之間有數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，CPUCPU執(zhí)行總線周期，至少包執(zhí)行總線周期，至少包括括T1T1、T2T2、T3T3、T4T4四個(gè)狀態(tài)，有時(shí)候還包括四個(gè)狀態(tài)，有時(shí)候還包括n n個(gè)個(gè)TwTw等待狀態(tài)（等待狀態(tài)（T3T3，T4T4之間）之間） 3 3、空閑周期、空閑周期TiTi 若若CPUCPU不訪問不訪問M M、I/OI/O，且，且ISQISQ不取指令，總線相應(yīng)為空閑狀態(tài)；不取指令，總線相應(yīng)為空閑狀態(tài)；此時(shí)，此時(shí)，C

27、PUCPU對總線進(jìn)行空操作，但對總線進(jìn)行空操作，但CPUCPU內(nèi)部操作仍然進(jìn)行，內(nèi)部操作仍然進(jìn)行，EUEU在工在工作，即作，即BIUBIU對對EUEU的等待的等待 4 4、指令周期、指令周期 執(zhí)行一條指令所需要的時(shí)間，由幾個(gè)時(shí)鐘周期組成，參見附表執(zhí)行一條指令所需要的時(shí)間，由幾個(gè)時(shí)鐘周期組成，參見附表A A編輯編輯ppt312.2 80862.2 8086引腿信號及工作模式引腿信號及工作模式1616位微處理器所具有的特點(diǎn)：位微處理器所具有的特點(diǎn)：引腳功能復(fù)用引腳功能復(fù)用單總線、累加器單總線、累加器可控三態(tài)可控三態(tài)總線分時(shí)復(fù)用總線分時(shí)復(fù)用參見圖參見圖2.3 2.3 引腿編號規(guī)則：上缺口、放人左手邊

28、、逆時(shí)針方向引腿編號規(guī)則：上缺口、放人左手邊、逆時(shí)針方向 注意：箭頭方向代表輸入、輸出方向注意：箭頭方向代表輸入、輸出方向 ，有單向、雙，有單向、雙向之分向之分編輯編輯ppt32一、一、80868086工作模式工作模式 根據(jù)根據(jù)80868086芯片構(gòu)成的系統(tǒng)中是否直接使用芯片構(gòu)成的系統(tǒng)中是否直接使用80868086控制信號，分為兩種工作模式：控制信號，分為兩種工作模式： 最小模式：最小模式：單個(gè)微處理器，系統(tǒng)所需控制信號單個(gè)微處理器，系統(tǒng)所需控制信號由由8086 8086 CPUCPU提供提供 最大模式：最大模式：多個(gè)微處理器；系統(tǒng)所需控制信號多個(gè)微處理器；系統(tǒng)所需控制信號由由82888288

29、總線控制器提供總線控制器提供編輯編輯ppt33二、二、80868086的引腿信號（最小工作模式）的引腿信號（最小工作模式）1 1、GNDGND、VCCVCC： 接地信號、工作電源信號接地信號、工作電源信號 VCCVCC接接+5V+5V2 2、ADAD1515 ADAD0 0： A/DA/D復(fù)用線，雙向信號線復(fù)用線，雙向信號線 分時(shí)使用（分時(shí)使用（T1:T1:低低1616位地址信號位地址信號 A A1515A A0 0 ； T2 T2T4T4：數(shù)據(jù)信號：數(shù)據(jù)信號D D有效）有效）3 3、A A1919/S/S6 6A A1616/S/S3 3：A/SA/S復(fù)用線，單向信號線復(fù)用線，單向信號線 分

30、時(shí)使用（分時(shí)使用（T1T1：高：高4 4位地址信號位地址信號A A1919A A1616； T2 T2T4T4：狀態(tài)信號：狀態(tài)信號S)S) S S6 6=0=0，表明，表明80868086當(dāng)前連在總線上當(dāng)前連在總線上 S S5 5=0=0，表明取，表明取IFIF標(biāo)志的狀態(tài)標(biāo)志的狀態(tài) S S4 4、S S3 3的組合指示正在使用哪一個(gè)段寄存器的組合指示正在使用哪一個(gè)段寄存器( (參見表參見表2-32-3）編輯編輯ppt344 4、CLKCLK： 時(shí)鐘輸入，由時(shí)鐘輸入，由82848284時(shí)鐘發(fā)生器產(chǎn)生，是微機(jī)時(shí)鐘發(fā)生器產(chǎn)生，是微機(jī)系統(tǒng)定時(shí)信號系統(tǒng)定時(shí)信號5 5、ALEALE： 地址鎖存允許信號，高

31、電平有效，做為地址鎖存允許信號，高電平有效，做為82828282地址鎖存器的輸出選通信號，用來確保鎖存的是地地址鎖存器的輸出選通信號，用來確保鎖存的是地址信號，不能懸空址信號，不能懸空6 6、MN/MXMN/MX： 最小最小/ /最大工作模式選擇信號最大工作模式選擇信號 MN/MX MN/MX =1=1，最小模式，最小模式 MN/MX MN/MX =0=0，最大模式，最大模式7 7、 ：高：高8 8位數(shù)據(jù)總線允許位數(shù)據(jù)總線允許/ /狀態(tài)信號狀態(tài)信號 分時(shí)使用分時(shí)使用(T1(T1： ，低電平有效；，低電平有效； T2T2T4T4：S S7 7) )8 8、NMINMI：不可屏蔽中斷請求信號，上升

32、沿觸發(fā)：不可屏蔽中斷請求信號，上升沿觸發(fā)7BHE SBHE編輯編輯ppt359 9、INTRINTR：可屏蔽中斷請求信號，：可屏蔽中斷請求信號， 電平觸發(fā)或邊沿觸電平觸發(fā)或邊沿觸發(fā)發(fā), ,高電平有效高電平有效 CPU CPU在執(zhí)行每條指令的最后一個(gè)時(shí)鐘周期對在執(zhí)行每條指令的最后一個(gè)時(shí)鐘周期對INTRINTR信信號進(jìn)行采樣號進(jìn)行采樣1010、 ：中斷響應(yīng)信號，輸出信號：中斷響應(yīng)信號，輸出信號, ,低電平有效低電平有效 若若CPUCPU允許中斷，則在允許中斷，則在T2T2、T3T3、TwTw狀態(tài)，狀態(tài)，CPUCPU發(fā)出發(fā)出兩個(gè)連續(xù)兩個(gè)連續(xù) 負(fù)脈沖給外設(shè)負(fù)脈沖給外設(shè)1111、 ：讀信號，低電平有效，

33、：讀信號，低電平有效，1212、 ：寫信號，低電平有效，由：寫信號，低電平有效，由CPU T2CPU T2T4T4發(fā)出發(fā)出信號信號1313、 ： =1=1，表示對存儲器操作，表示對存儲器操作 =0=0，表示對，表示對I/O InterfaceI/O Interface操作操作RDM IOWRINTAINTA編輯編輯ppt361414、READYREADY：“準(zhǔn)備好準(zhǔn)備好“信號，輸入信號，輸入, ,高電平有效。高電平有效。 作用：解決作用：解決CPUCPU與外設(shè)之間數(shù)據(jù)傳送速度不匹配的問題，與外設(shè)之間數(shù)據(jù)傳送速度不匹配的問題，CPUCPU在在T3T3狀態(tài)對此采樣，狀態(tài)對此采樣， =1=1，表示外

34、設(shè)準(zhǔn)備好了，接著進(jìn)入，表示外設(shè)準(zhǔn)備好了，接著進(jìn)入T4T4狀態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送狀態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送 =0=0，表示外設(shè)未準(zhǔn)備好，在，表示外設(shè)未準(zhǔn)備好，在T3T3、T4T4之間插入之間插入n n個(gè)個(gè)TwTw，直到，直到READY=1READY=1，進(jìn)入，進(jìn)入T4T41515、 ：數(shù)據(jù)允許信號，輸出：數(shù)據(jù)允許信號，輸出, ,低電平有效低電平有效 作用：用做數(shù)據(jù)總線驅(qū)動器作用：用做數(shù)據(jù)總線驅(qū)動器82868286的選通信號，目的是增加數(shù)的選通信號，目的是增加數(shù)據(jù)總線驅(qū)動能力據(jù)總線驅(qū)動能力1616、 ：數(shù)據(jù)收發(fā)信號，輸出：數(shù)據(jù)收發(fā)信號，輸出 作用：用于控制作用：用于控制82868286數(shù)據(jù)傳輸方向，數(shù)據(jù)傳輸方向，

35、 =1=1，CPUCPU發(fā)送數(shù)據(jù)，寫操作發(fā)送數(shù)據(jù)，寫操作 =0 =0，CPUCPU接收數(shù)據(jù)，讀操作接收數(shù)據(jù)，讀操作 DENDT R編輯編輯ppt371717、HOLDHOLD：總線保持請求信號，輸入：總線保持請求信號，輸入, ,高電平有效，高電平有效， 作用：若作用：若CPUCPU外的模塊請求使用總線，外的模塊請求使用總線，HOLDHOLD高電平高電平1818、HLDAHLDA：總線保持響應(yīng)信號，輸出：總線保持響應(yīng)信號，輸出, ,高電平有效高電平有效 作用：意味作用：意味CPUCPU允許讓出總線，則與總線連接的所有允許讓出總線，則與總線連接的所有CPUCPU引腿被置為高阻引腿被置為高阻（高阻狀

36、態(tài)：絕緣）。（高阻狀態(tài)：絕緣）。1919、RESETRESET：復(fù)位信號，輸入，高電平有效，：復(fù)位信號，輸入，高電平有效，CPUCPU初始化初始化 2020、 ：測試信號，輸入：測試信號，輸入 作用：與作用：與WAITWAIT指令配合使用，用于使指令配合使用，用于使CPUCPU與外部硬件同步與外部硬件同步 CPU CPU執(zhí)行執(zhí)行WAITWAIT指令，每隔指令，每隔5 5個(gè)時(shí)鐘周期測試個(gè)時(shí)鐘周期測試 ， =1 =1，CPUCPU等待等待 =0 =0，結(jié)束等待，結(jié)束等待，CPUCPU繼續(xù)執(zhí)行被暫停的指令繼續(xù)執(zhí)行被暫停的指令TESTTEST編輯編輯ppt38三、存儲器的分體結(jié)構(gòu)三、存儲器的分體結(jié)構(gòu)

37、1. 1. 偶地址存儲體、奇地址存偶地址存儲體、奇地址存儲體儲體 8086 CPU 8086 CPU有有2020根地址線，可尋址根地址線，可尋址1MB1MB的內(nèi)存空間的內(nèi)存空間 A A1919 A A1818 A A2 2 A A1 1 A A0 0 2 21919 2 21818 2 22 2 2 21 1 2 20 0 A A0 0=1=1，奇地址，奇地址 A A0 0=0=0，偶地址，偶地址偶地址偶地址存儲體存儲體（A0=0）512k8位位奇地址奇地址存儲體存儲體（A0=1）56H78H12H34HB編輯編輯ppt392. D2. D1515D D0 0數(shù)據(jù)線的連接數(shù)據(jù)線的連接每一個(gè)內(nèi)存

38、單元（一個(gè)地址）中的內(nèi)容是一個(gè)字節(jié)（每一個(gè)內(nèi)存單元（一個(gè)地址）中的內(nèi)容是一個(gè)字節(jié)（8 8位）位）例：（例：（00002H00002H）=12H =12H （00005H00005H）=78H=78H1616根數(shù)據(jù)線根數(shù)據(jù)線D D1515D D0 0與奇、偶存儲體的連接為與奇、偶存儲體的連接為 D D1515D D8 8：連接奇地址存儲體：連接奇地址存儲體 D D7 7D D0 0： 連接偶地址存儲體連接偶地址存儲體編輯編輯ppt403 3、偶地址、奇地址存儲體的選擇、配合、偶地址、奇地址存儲體的選擇、配合 A A0 0=0 =0 選擇訪問偶地址存儲體選擇訪問偶地址存儲體（或者說（或者說A A0

39、 0=0=0作為偶地址存儲體的選通信號）作為偶地址存儲體的選通信號） BHE BHE =0=0選擇訪問奇地址存儲體選擇訪問奇地址存儲體（或者說作為（或者說作為BHE BHE =0=0作為奇地址存儲體的選通信號）作為奇地址存儲體的選通信號） 編輯編輯ppt41 舉例說明：如圖所示存儲器單元內(nèi)容舉例說明：如圖所示存儲器單元內(nèi)容BHE A0操操 作作1 01 0從偶地址單元讀從偶地址單元讀/ /寫一個(gè)字節(jié)寫一個(gè)字節(jié) ( (從從D D7 7D D0 0讀讀/ /寫寫) ) 例：（例：（00002H00002H）=12H=12H0 10 1從奇地址單元讀從奇地址單元讀/ /寫一個(gè)字節(jié)寫一個(gè)字節(jié) ( (從

40、從D D1515D D8 8讀讀/ /寫寫) ) （00003H00003H）=34H=34H0 00 0從偶地址開始讀從偶地址開始讀/ /寫一個(gè)字寫一個(gè)字 ( (訪問訪問1 1次）次）（00002H00002H）=12H =12H （00003H00003H）=34H=34H 或表示為（或表示為（00002H00002H）=3412H=3412H1 11 1無效無效0 10 11 01 0從奇地址開始讀從奇地址開始讀/ /寫一個(gè)字寫一個(gè)字 ( (訪問訪問2 2次）次）（00003H00003H）=34H =34H （00004H00004H）=56H=56H編輯編輯ppt42* *說明：一個(gè)

41、字在存儲體中按相鄰的兩個(gè)字節(jié)存放，說明：一個(gè)字在存儲體中按相鄰的兩個(gè)字節(jié)存放，字單元的地址以低位地址表示，存入時(shí)以低位字字單元的地址以低位地址表示，存入時(shí)以低位字節(jié)在低地址，高位字節(jié)在高地址節(jié)在低地址，高位字節(jié)在高地址編輯編輯ppt43B H EA19-A1奇地址存儲體奇地址存儲體8/A0D7-D0A18-A0偶地址存儲體偶地址存儲體D7-D0D15-D88/SELSELA18-A0D7-D0BHE編輯編輯ppt44四、四、80868086最小工作模式的典型配置最小工作模式的典型配置 1 1、最小典型配置芯片介紹、最小典型配置芯片介紹、82828282地址鎖存器地址鎖存器 圖圖2-152-15

42、功能功能：具有暫存信號（地址）能力，在信號傳輸：具有暫存信號（地址）能力，在信號傳輸過程中，將信號鎖存，在需要使用信號時(shí)，在過程中，將信號鎖存，在需要使用信號時(shí)，在輸入控制信號作用下，將信號輸出輸入控制信號作用下，將信號輸出 編輯編輯ppt4582828282DI1DI2DI3DI4DI5DI6DI7DO1DO2DO3DO4DO5DO6DO7D QDOCLKDI00STBOE結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)：8 8路輸入路輸入DIDI7 7DIDI0 08 8路輸出路輸出DODO7 7DODO0 0（1 1個(gè)個(gè)D D觸發(fā)器觸發(fā)器 + + 1 1個(gè)三態(tài)門）個(gè)三態(tài)門）/ /路路控制端控制端：OE=0 OE=0 允許輸出允

43、許輸出STB=1 STB=1 允許鎖存允許鎖存編輯編輯ppt46vSTB為高電平期間，輸出等于輸入；為下降沿時(shí)，為高電平期間，輸出等于輸入；為下降沿時(shí)，輸出鎖存，輸出與輸入無關(guān)輸出鎖存，輸出與輸入無關(guān)編輯編輯ppt47v說明：說明：若希望先輸入數(shù)據(jù)，然后在以后恰當(dāng)?shù)娜粝Ｍ容斎霐?shù)據(jù)，然后在以后恰當(dāng)?shù)臅r(shí)刻再輸出，可對時(shí)刻再輸出，可對OE和和 STB分別控制，若只需分別控制，若只需要使用它的記憶功能，不需要三態(tài)緩沖，可直要使用它的記憶功能，不需要三態(tài)緩沖，可直接把接把 OE 端接地，僅控制端接地，僅控制STB編輯編輯ppt48、82868286雙向數(shù)據(jù)總線驅(qū)動器雙向數(shù)據(jù)總線驅(qū)動器圖圖2-162-1

44、6功能功能：、三態(tài)輸出直接驅(qū)動總線，、三態(tài)輸出直接驅(qū)動總線，用于提高數(shù)據(jù)用于提高數(shù)據(jù)總線帶負(fù)載能力總線帶負(fù)載能力、具有數(shù)據(jù)收和發(fā)兩個(gè)方向的傳輸、隔離、具有數(shù)據(jù)收和發(fā)兩個(gè)方向的傳輸、隔離控制功能控制功能編輯編輯ppt49A0B08286OETA1A2A3A5A4A6A7B1B2B3B5B4B6B7結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)：8 8路雙向輸出緩沖器路雙向輸出緩沖器 A A7 7A A0 0 B B7 7B B0 0控制端控制端：OE=0 OE=0 輸出允許輸出允許T T：控制數(shù)據(jù)傳送方：控制數(shù)據(jù)傳送方向向 T=1 AB T=1 AB T=0 BA T=0 BA編輯編輯ppt50v常用芯片：常用芯片：Intel828

45、6，Intel8287和和74LS2458286輸入輸出同相輸入輸出同相8287輸入輸出反相輸入輸出反相74LS245的功能與的功能與8286相同相同OET傳送方向傳送方向01AiBi00BiAi11高阻狀態(tài)高阻狀態(tài)10高阻狀態(tài)高阻狀態(tài)編輯編輯ppt512 2、最小模式下典型、最小模式下典型配置電路配置電路、時(shí)鐘發(fā)生器、時(shí)鐘發(fā)生器8284A8284A提供提供80868086工作時(shí)鐘，工作時(shí)鐘，輸出信號為占空比輸出信號為占空比D=33%D=33%的方波，對的方波，對外部輸入信號外部輸入信號ReadyReady、ResetReset進(jìn)行進(jìn)行同步同步 RESETREDAYMN/MXAD15-AD0A

46、LEBHEA19-A16DENDT/RM/IOWRRDHOLDHLDAINTRINTAGND8284ACLK 地址鎖存器STB8282三片BHEABDBCB+5V8086收發(fā)器8286二片OETRESETREDAY 編輯編輯ppt52、82828282地址鎖存器地址鎖存器對復(fù)用引腿對復(fù)用引腿T1T1下的信號下的信號( (地址地址) )鎖存，以便分時(shí)使用，采用鎖存，以便分時(shí)使用，采用ALEALE為選通信號為選通信號復(fù)用引腿包括：復(fù)用引腿包括：2020位地址線和位地址線和 ，共，共2121路路需要需要82828282共三片共三片輸入：輸入：ADAD1515ADAD0 0、A A1919/S/S6

47、6A A1616/S/S3 3、 輸出：輸出：2020位位ABAB、 控制輸入：控制輸入：ALESTBALESTB、 接地接地、82868286數(shù)據(jù)總線驅(qū)動器（選用）數(shù)據(jù)總線驅(qū)動器（選用）輸入：輸入：ADAD1515ADAD0 0 需要需要82868286共共2 2片片輸出：輸出：1616位位DBDB控制輸入：控制輸入： 7BHE SBHEOEDENOEDT RTBHE編輯編輯ppt53五、五、80868086的最大工作模式的最大工作模式 需要對需要對 的組合信號經(jīng)過的組合信號經(jīng)過82888288總線控制總線控制器譯碼，由器譯碼，由82888288輸出原輸出原CPUCPU所有的控制信號所有的控

48、制信號給給82828282、82868286、M M、I/O InterfaceI/O Interface02SS編輯編輯ppt542.3 80862.3 8086操作與時(shí)序操作與時(shí)序一、系統(tǒng)的復(fù)位與啟動一、系統(tǒng)的復(fù)位與啟動由由ResetReset引腿提供一高電平信號引腿提供一高電平信號80868086，信號維持時(shí)間，信號維持時(shí)間4 4個(gè)時(shí)個(gè)時(shí)鐘周期鐘周期CPUCPU的的R R復(fù)位，初始值如下復(fù)位，初始值如下： 通用、專用通用、專用R R：0000H0000H（AXAX、BXBX、CXCX、DXDX、SISI、DIDI、SPSP、BPBP） 段段R R： CSCS：FFFFH FFFFH DS

49、 DS、ESES、SSSS：0000H0000H IP IP：0000H 0000H FLAGS FLAGS清零；清零；ISQISQ指令隊(duì)列清空指令隊(duì)列清空編輯編輯ppt55說明：說明：、復(fù)位后，、復(fù)位后，CSCS：IP=FFFFHIP=FFFFH：0000H 0000H 物理地址物理地址FFFF0HFFFF0H 從此處開始執(zhí)行指令，從此處開始執(zhí)行指令，需要在需要在M M此地址處存放一條無此地址處存放一條無條件跳轉(zhuǎn)指令條件跳轉(zhuǎn)指令JMPJMP跳轉(zhuǎn)到系統(tǒng)程序入口跳轉(zhuǎn)到系統(tǒng)程序入口BIOSBIOS：系統(tǒng)自檢程序、系統(tǒng)啟動裝入程序、系統(tǒng)設(shè)置程：系統(tǒng)自檢程序、系統(tǒng)啟動裝入程序、系統(tǒng)設(shè)置程序、中斷處理程序序、中斷處理程序、FLAGSFLAGS清零，為了能響應(yīng)清零，為了能響應(yīng)INTRINTR，需要在適當(dāng)時(shí)候，需要在適當(dāng)時(shí)候，開中斷，開中斷，IF=1IF=1（指令（指令STISTI） 對 應(yīng)編輯編輯ppt56二、總線操作（讀、寫操作）1 1、總線讀操作總線讀操作vT1T1狀態(tài)：狀態(tài)： 確定訪問確定訪問M M還是還是 AD AD1515ADAD0 0、A A1919/S/S6 6A A1616/S/S3 3給出訪問地址給出訪問地址 ALE ALE對地址鎖存（對地址鎖存