電子教案·《微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用(第二版)》課件

1、微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用一 計(jì)算機(jī)概述普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材21世紀(jì)高職高專新概念教材 微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用（第二版）中國(guó)水利水電出版社概述 一、什么是計(jì)算機(jī)？ 電子計(jì)算機(jī)是20世紀(jì)人類最偉大、最卓越的技術(shù)發(fā)明之一。同時(shí)，計(jì)算機(jī)正把我們帶入一個(gè)嶄新的信息時(shí)代。=？ 所謂電子計(jì)算機(jī)，是一種能預(yù)先存儲(chǔ)程序，自動(dòng)的、高速的、精確的進(jìn)行信息處理的現(xiàn)代電子設(shè)備。分類工作原理用 途規(guī) 模數(shù)字計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算機(jī)混合計(jì)算機(jī)通用計(jì)算機(jī)專用計(jì)算機(jī)巨型機(jī)大型機(jī)中型機(jī)微型機(jī)工作站應(yīng)用 計(jì)算機(jī)的應(yīng)用類型 1. 科學(xué)計(jì)算 2. 數(shù)據(jù)處理 3. 電子商務(wù) 4. 過(guò)程控制 5. 計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng) 6. 多媒體技術(shù) 、網(wǎng)

2、絡(luò) 7. 人工智能 計(jì)算機(jī)的主要應(yīng)用領(lǐng)域 1. 工商：電子商務(wù)、CAD/CAM 2. 教育：多媒體教育、遠(yuǎn)程教育 3. 醫(yī)藥：CAT、MRI、遠(yuǎn)程醫(yī)療 4. 政府：電子政府 5. 娛樂：虛擬現(xiàn)實(shí)、電影特技 6. 科研：數(shù)據(jù)采集、計(jì)算分析 7. 家庭：家庭信息化 發(fā)展 第一臺(tái)計(jì)算機(jī)在美國(guó)問世，名為ENIAC（電子數(shù)字積分計(jì)算機(jī)）。檔案：體積龐大、重達(dá)30噸占地179平方米 啟動(dòng)電力150000瓦含18000個(gè)電子管僅能保存80個(gè)字節(jié)服役期:1946.21955.101、傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的發(fā)展 第一臺(tái)計(jì)算機(jī)誕生以來(lái)50年里，計(jì)算機(jī)發(fā)展共經(jīng)歷了四個(gè)時(shí)代。階段年份器件軟件應(yīng)用一1946-1957電子管機(jī)器語(yǔ)

3、言匯編語(yǔ)言科學(xué)計(jì)算二1958-1964晶體管高級(jí)語(yǔ)言數(shù)據(jù)處理工業(yè)控制三1965-1970中小規(guī)模集成電路操作系統(tǒng)文字處理圖形處理四1971至今大、超大規(guī)模集成電路數(shù)據(jù)庫(kù)、網(wǎng)絡(luò)等社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域馮諾依曼的三個(gè)重要設(shè)計(jì)思想 五大基本部件; 采用二進(jìn)制數(shù)表示指令和數(shù)據(jù); 將程序（由一系列指令組成）和數(shù)據(jù)存放在計(jì)算機(jī)的內(nèi)存中，并讓計(jì)算機(jī)自動(dòng)執(zhí)行 摩爾定律 集成電路中的晶體管數(shù)平均每18個(gè)月翻一番，芯片的性能也隨之提高一倍 引起計(jì)算機(jī)突飛猛進(jìn)的主要原因是芯片集成度的提高 2、 微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展 常見的微機(jī)系統(tǒng)： 微型計(jì)算機(jī)屬于第四代計(jì)算機(jī),是大規(guī)模集成電路技術(shù)的產(chǎn)物。一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)通常由運(yùn)算器、控制器、存

4、儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大部分組成。其中運(yùn)算器和控制器（被集成在一個(gè)芯片上，這樣的芯片稱為微處理器。)年代時(shí)間（年）字長(zhǎng)典型產(chǎn)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現(xiàn)在32/64Pentium、Alpha等2、 微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展！字長(zhǎng)：指計(jì)算機(jī)的運(yùn)算部件能同時(shí)處理的二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)，決定了計(jì)算機(jī)的運(yùn)算精度。微型計(jì)算機(jī)的分類 為了滿足不同的市場(chǎng)需求，現(xiàn)在廠家生產(chǎn)的PC機(jī)有很多種型號(hào)： 臺(tái)式PC：分為立式機(jī)箱和臥式

5、機(jī)箱 筆記本式PC：是一種可以放到辦公包中的計(jì)算 機(jī)，是當(dāng)代移動(dòng)式辦公的優(yōu)選設(shè) 備。 掌中寶式PC：可放進(jìn)口袋的一種PC機(jī)，相對(duì) 來(lái)說(shuō)功能較簡(jiǎn)單。 終端式PC：不可以單獨(dú)使用。 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成. 硬件系統(tǒng)：構(gòu)成計(jì)算機(jī)物理結(jié)構(gòu)的電氣、電子 和機(jī)械設(shè)備. 軟件系統(tǒng)：控制計(jì)算機(jī)運(yùn)行的程序. 硬件系統(tǒng)（設(shè)備）軟件系統(tǒng)（程序) 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成圖計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件軟件主機(jī)外部設(shè)備內(nèi)存CPU控制器隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM)只讀存儲(chǔ)器(ROM)輸入設(shè)備輸出設(shè)備系統(tǒng)軟件(操作系統(tǒng))應(yīng)用軟件(字處理)運(yùn)算器馮諾依曼結(jié)構(gòu)框圖數(shù)據(jù)流地 址控制流輸入設(shè)備輸出設(shè)備（外）存儲(chǔ)器（內(nèi)）存

6、儲(chǔ)器中央處理器（CPU）控制器運(yùn)算器運(yùn) 算 器：用于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工的部件控 制 器：用于控制各個(gè)部分自動(dòng)協(xié)調(diào)地工作存 儲(chǔ) 器：用于存放程序和數(shù)據(jù)的記憶裝置輸入設(shè)備：是外部想計(jì)算機(jī)傳送信息的裝置輸出設(shè)備：是將計(jì)算機(jī)內(nèi)部二進(jìn)制的信息 轉(zhuǎn)換成人們所需要的或能夠識(shí)別 的信息形式部分硬件功能介紹計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中所需要運(yùn)行的各種程序和文檔的總稱.通常分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件.軟件系統(tǒng)類別實(shí)例系統(tǒng)軟件操作系統(tǒng)（核心）DOS、Windows系列、UNIX、LINUX 等語(yǔ)言處理程序Visual Basic、 Visual C+ 等數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)FoxBASE、FoxPro、Access 等網(wǎng)絡(luò)通信管

7、理程序Windows2000、Windows NT、 UNIX 等常用的服務(wù)程序軟件調(diào)試程序、錯(cuò)誤測(cè)試、診斷程序 等應(yīng)用軟件辦公自動(dòng)化軟件Word、 Excel 、WPS 等防殺病毒KILL、KV3000、Rising常用工具軟件WinZIP、WinRAR、NetAnts 等 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 主機(jī)箱、顯示器、鍵盤、鼠標(biāo)、音箱和打印機(jī)等。 在主機(jī)箱內(nèi)有主機(jī)板、存儲(chǔ)器、顯示卡、聲卡、視頻卡、網(wǎng)卡、硬盤和軟盤驅(qū)動(dòng)器、光盤驅(qū)動(dòng)器等。 如左圖所示： 1 微型計(jì)算機(jī)的基本配置 微型計(jì)算機(jī)主要部件 1 中央處理器(CPU) C P U: 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工的部件包括： 運(yùn)算器 用來(lái)快速地進(jìn)行各種算術(shù)運(yùn)算和 邏輯

8、計(jì)算. 控制器 用來(lái)控制和管理計(jì)算機(jī)各部件協(xié) 調(diào)一致地工作. 把運(yùn)算器和控制器采用現(xiàn)代集成工藝制成在一塊芯片上,稱為微處理器。下面逐一介紹重要的硬件設(shè)備.主流產(chǎn)品：Intel 、AMD2 主板（母板） 主板是位于主機(jī)箱底部的一塊大型印刷電路板，由CPU插槽/插座、內(nèi)存插槽、局域總線的擴(kuò)展總線、高速緩存、時(shí)鐘和CMOS、主板BIOS、軟/硬盤、串口、并口等外設(shè)接口、控制芯片等。內(nèi)存條芯片組BIOS芯片CPU插座串型接口AGP擴(kuò)展槽PCI擴(kuò)展槽電池3 存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和程序的硬件，分為內(nèi)存和外存。 內(nèi)部存儲(chǔ)器訪問速度快、信息暫時(shí)性、相對(duì)價(jià)格高 外部存儲(chǔ)器訪問速度慢、信息永久性、相對(duì)價(jià)格低3.1

9、內(nèi)存（1）隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(Random Access Memory，簡(jiǎn)稱RAM) RAM通常指計(jì)算機(jī)主存，使用動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器，制作成內(nèi)存條形式出現(xiàn)。CPU對(duì)它們既可讀出又可寫入數(shù)據(jù)。（2）只讀存儲(chǔ)器(Read only Memory，簡(jiǎn)稱ROM) CPU對(duì)它們只取不存，其信息用戶無(wú)法修改。斷電時(shí)信息不會(huì)丟失。ROM中一般存放計(jì)算機(jī)系統(tǒng)管理程序。（3）高速緩沖存儲(chǔ)器Cache 是介于CPU和內(nèi)存之間的一種可高速存取信息的芯片，用于解決它們之間的速度沖突問題。4 輸入輸出設(shè)備（I/O設(shè)備）4.1 驅(qū)動(dòng)器 輸入設(shè)備是用于將外面的信息送入計(jì)算機(jī)中的裝置。 輸出設(shè)備是用于將計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)信息傳送到外部介

10、質(zhì)上的裝置。軟盤驅(qū)動(dòng)器： 驅(qū)動(dòng)軟盤轉(zhuǎn)動(dòng)和磁頭 移動(dòng)的機(jī)械部件光盤驅(qū)動(dòng)器： 采用聚焦激光束在盤式介質(zhì)上非接觸地記錄高密度信息的新型存儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)位計(jì)數(shù)制用若干數(shù)位（由數(shù)碼表示）的組合來(lái)表示一個(gè)數(shù)，各個(gè)數(shù)位之間是什么關(guān)系，即逢“幾”進(jìn)位，就是進(jìn)位計(jì)數(shù)制（進(jìn)位制）的問題。幾個(gè)概念 數(shù)位：指數(shù)碼在一個(gè)數(shù)中的位置，如十進(jìn)制的個(gè)位、十位等。 基數(shù)：指在某種進(jìn)制中允許使用的基本數(shù)碼的個(gè)數(shù)，一般“幾 進(jìn)制”它的基數(shù)就是“幾”，如十進(jìn)制有十個(gè)（0-9)， 所以它的基數(shù)就是十。 權(quán) ： 是一個(gè)和數(shù)位有關(guān)的概念，每一個(gè)數(shù)位上的數(shù)碼所表示 數(shù)值的大小一般等于該數(shù)碼本身乘以一個(gè)常數(shù)，這個(gè)常 數(shù)就是該數(shù)位的權(quán)。如十進(jìn)制中的個(gè)

11、位 的權(quán)為100 = 1、十位的權(quán)為101 = 10十進(jìn)制數(shù)（D）數(shù)碼： 0、1、2、3、4、5、6、7、8、9基數(shù)： 10 權(quán) ： 數(shù)碼在不同的位置則大小不同（10n）規(guī)則： 逢10進(jìn)1二進(jìn)制（B） ！計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)是以二進(jìn)制形式存儲(chǔ)。數(shù)碼： 0、1基數(shù)： 2 權(quán) ： 2n規(guī)則： 逢2進(jìn)1常見的計(jì)數(shù)制八進(jìn)制（Q）數(shù)碼：0、1、2、3、4、5、 6、7?；鶖?shù)：8， 權(quán) ：8n規(guī)則：逢8進(jìn)1。十六進(jìn)制（H）數(shù)碼: 0、1、 9、A、B、C、D、E、F基數(shù): 16 權(quán) ： 16n規(guī)則： 逢16進(jìn)1。常見的計(jì)數(shù)制 其中，符號(hào)A對(duì)應(yīng)十進(jìn)制中的10，B代11，F(xiàn)代15。四種進(jìn)位制之間的對(duì)照關(guān)系十進(jìn)制二進(jìn)

12、制八進(jìn)制十六進(jìn)制十進(jìn)制二進(jìn)制八進(jìn)制十六進(jìn)制000000091001119100011110101012A200102211101113B300113312110014C401004413110115D501015514111016E601106615111117F7011177161000020108100010817100012111按權(quán)展開多項(xiàng)式 十進(jìn)制： 452.61 = 4*102 + 5*101 + 2*100 + 6*10-1 + 1*10-2 二進(jìn)制： 1011.01 = 1*23 + 0*22 + 1*21 + 1*20 + 0*2-1 + 1*2-2 八進(jìn)制： 127.6 =

13、 1*82 + 2*81 + 7*80 + 6*8-1 十六進(jìn)制： 8CF.E = 8*162 + 12(C)*161 + 15(F)*160 + 14(E)*16-1進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換1、二進(jìn)制數(shù)、八進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù) 方法：各種進(jìn)制的數(shù)按權(quán)展開后求得結(jié)果即為十進(jìn)制數(shù)。 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 ！八進(jìn)制、十六進(jìn)制可以采用同樣的權(quán)展開式得到它們各自的十進(jìn)制數(shù)的表示。2. 十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成N進(jìn)制一、十進(jìn)制 二進(jìn)制 對(duì)于

14、十進(jìn)制數(shù)的整數(shù)部分和小數(shù)部分在轉(zhuǎn)換時(shí)須作不同的計(jì)算，分別求得后再組合。 1. 十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)（除 2 取余法） 方法：逐次除以2，每次求得的余數(shù)即為二進(jìn)制數(shù)整 數(shù)部分各位的數(shù)碼，直到商為0。 2. 十進(jìn)制 小 數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)（ 乘 2 取整法） 方法：逐次乘以2，每次乘積的整數(shù)部分即為二進(jìn)制 數(shù)小數(shù)各位的數(shù)碼。 例：（38.25）10=（100110.01）2二、十進(jìn)制 八進(jìn)制、十六進(jìn)制 轉(zhuǎn)換規(guī)則類似于十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換到二進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換。 八進(jìn)制： 整數(shù)部分使用“除8逆序取余”轉(zhuǎn)換，小數(shù)部分使用“乘8順序取整”轉(zhuǎn)換。 例：（474.1875）10=（732.14）8 十六進(jìn)制： 整數(shù)部分

15、使用“除16逆序取余”轉(zhuǎn)換，小數(shù)部分使用“乘16順序取整”轉(zhuǎn)換。 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. 二進(jìn)制與八進(jìn)制、十六進(jìn)制的轉(zhuǎn)換一、二進(jìn)制八/十六進(jìn)制方法： 從小數(shù)點(diǎn)開始，整數(shù)部分向左，小數(shù)部分向右每三（四）位分成一組，最高位和最低位的兩組如

16、不足三（四）位，則用0分別補(bǔ)最左邊和最右邊湊成三位，然后把每組3（4）位二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的1位八/十六進(jìn)制數(shù)。例：10111100111101.1011 （27475.54）8 （2F3D.B）16=二、八/十六進(jìn)制二進(jìn)制方法： 以小數(shù)點(diǎn)為界，整數(shù)部分向左，小數(shù)部分向右，將每一位八/十六進(jìn)制數(shù)寫成相應(yīng)的（4）位二進(jìn)制數(shù)，再按順序排列好。 例：把八進(jìn)制數(shù)（2376.14）8轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。八進(jìn)制： 2 3 7 6 . 1 4二進(jìn)制：010 011 111 110. 001 100 （2376.14）8（10011111110.0011）2！同方法可以得到十六進(jìn)制數(shù)的表示八進(jìn)制和十六進(jìn)制轉(zhuǎn)化成二

17、進(jìn)制2C1D(H)=0010 1100 0001 1101(B) 2 C 1 D7123(O)=111 001 010 011(B) 7 1 2 3二進(jìn)制轉(zhuǎn)化成八進(jìn)制和十六進(jìn)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）：是計(jì)算機(jī)中最小的數(shù)據(jù)單位，一位 存一個(gè)二進(jìn)制數(shù)，即“”或“” ； 字節(jié) (Byte：簡(jiǎn)寫為）：相鄰的8位二進(jìn)制位組成一 個(gè)字節(jié)，它是計(jì)算機(jī)中用于衡量容量大小的 最基本的單位； 容量一般用 KB、MB、GB、TB 來(lái)表

18、示； 單位換算： 1KB = 1024 B 1MB = 1024 KB 1GB = 1024 MB 1TB = 1024 GB 數(shù)據(jù)的單位！其中 1024 = 210數(shù)值數(shù)據(jù)的表示機(jī)器數(shù)與真值數(shù)機(jī)器數(shù)：在計(jì)算機(jī)內(nèi)部連正負(fù)都數(shù)字化了的真值數(shù)：計(jì)算機(jī)外部由正負(fù)號(hào)表示的數(shù)數(shù)的定點(diǎn)和浮點(diǎn)表示定點(diǎn)：小數(shù)點(diǎn)固定在某個(gè)約定位置浮點(diǎn)：小數(shù)點(diǎn)可以浮動(dòng)正：0 負(fù)：1機(jī)器數(shù)：10111010真值數(shù)：-0111010原碼、反碼和補(bǔ)碼 在計(jì)算機(jī)中對(duì)帶符號(hào)的數(shù)的表示有以下三種形式。原碼 規(guī)定符號(hào)位用數(shù)碼0表示正號(hào)，用數(shù)碼1表示負(fù)號(hào)，數(shù) 值部分按一般二進(jìn)制形式表示。反碼 反碼表示法規(guī)定正數(shù)的反碼和原碼相同，負(fù)數(shù)的反碼 是對(duì)

19、該數(shù)的原碼除符號(hào)位外各位求反。補(bǔ)碼 正數(shù)的補(bǔ)碼與原碼相同，負(fù)數(shù)補(bǔ)碼則先對(duì)該數(shù)原碼除 符號(hào)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： 美國(guó)信息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼（American Standard Code for Information

20、Interchange）的簡(jiǎn)稱。國(guó)際上規(guī)定的統(tǒng)一的微機(jī)編碼,用一組二進(jìn)制數(shù)表示相應(yīng)的字符,即用二進(jìn)制數(shù)對(duì)字符(包括數(shù)字,字母,特殊符號(hào))進(jìn)行了統(tǒng)一編碼,這就是ASCII碼.一個(gè)字節(jié)(即8位)可以代表一個(gè)數(shù)字,一個(gè)字母或一個(gè)特殊符號(hào)例:十進(jìn)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碼注意: 共128個(gè)字符記住ASCII碼的規(guī)律：09 AZ az非數(shù)值數(shù)據(jù)表 在計(jì)算機(jī)中只能識(shí)別二進(jìn)制數(shù)碼信息，因此，一切字母、數(shù)字、符號(hào)等信息都要用二進(jìn)制特定編碼來(lái)表示。ASCII碼漢字交換碼漢字機(jī)內(nèi)碼漢字

21、輸入碼漢字輸出碼微處理器概述 CPU的基本概念和組成 CPU (中央處理器)CPU又叫中央處理器，是英文單詞Central Processing Unit的縮寫，是整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的核心。負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)指令的執(zhí)行，對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行數(shù)學(xué)與邏輯運(yùn)算和處理；數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與傳送；以及對(duì)內(nèi)對(duì)外輸入與輸出的控制，并實(shí)現(xiàn)本身運(yùn)行過(guò)程的自動(dòng)化。早期微處理器以MPU表示，以區(qū)別于大型主機(jī)的多芯片CPU。但現(xiàn)在已經(jīng)不加區(qū)分，都用CPU表示。現(xiàn)在的MPU用來(lái)特指一些嵌入式系統(tǒng)的中央處理單元。CPU是微機(jī)的核心芯片，它的性能也就大體上反映了它所配置的那部微機(jī)的性能和檔次。 學(xué)習(xí)目標(biāo) 本章著重介紹8086/8088的硬件結(jié)構(gòu)和

22、指令系統(tǒng)，它是Intel系列微處理器的基礎(chǔ)。通過(guò)本章學(xué)習(xí)，應(yīng)該了解和掌握以下內(nèi)容： :8086/8088CPU的組成、引腳功能和工作模式。 :時(shí)序基本概念。 :微處理器的發(fā)展歷程,主流CPU及其最新技術(shù) . 微處理器的基本框圖 8086的引腳圖 8088的結(jié)構(gòu)圖 CPU的類型通用CPU和嵌入式CPU 的分別:通用CPU: 通用CPU芯片的功能一般比較強(qiáng)，能運(yùn)行復(fù)雜的操作系統(tǒng)和大型應(yīng)用軟件。 嵌入式CPU: 嵌入式CPU在功能和性能上有很大的變化范圍。嵌入式應(yīng)用中，把CPU、存儲(chǔ)器和一些外圍電路集成到一個(gè)芯片上，構(gòu)成所謂的系統(tǒng)芯片（簡(jiǎn)稱為SOC），而把SOC上的那個(gè)CPU稱為CPU芯核。 通用C

23、PU的內(nèi)核 從結(jié)構(gòu)上說(shuō)，任何CPU都包括運(yùn)算器（算術(shù)邏輯運(yùn)算 單元Arithmetic Logic Unit；ALU）、控制器（Control Unit；CU）和寄存器（Register）三個(gè)主要組成部分。 運(yùn)算器 算術(shù)邏輯運(yùn)算單元ALU ALU主要完成對(duì)二進(jìn)制數(shù)據(jù)的定點(diǎn)算術(shù)運(yùn)算（加減乘除）、邏輯運(yùn)算（與、或、非、異或等等）以及移位、循環(huán)等操作。 浮點(diǎn)運(yùn)算單元FPU（Floating Point Unit） FPU主要負(fù)責(zé)浮點(diǎn)運(yùn)算和高精度整數(shù)運(yùn)算有些FPU具有向量運(yùn)算的功能控制器 控制器用于控制著整個(gè)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，然后給執(zhí)行單元（ALU或F

24、PU）來(lái)執(zhí)行，同時(shí)還要形成下一條指令的地址。時(shí)序控制器 時(shí)序控制器的作用是為每條指令按時(shí)間順序提供控制信號(hào)總線控制器 總線控制器主要用于控制CPU與外界聯(lián)系的內(nèi)外部總線上的操作。 中斷控制器 中斷控制器用于控制各種各樣CPU外部的中斷請(qǐng)求 內(nèi)部寄存器組寄存器（Register）是CPU內(nèi)部的高速存儲(chǔ)單元。 運(yùn)算寄存器 運(yùn)算寄存器包括累加器A（Accumulator）和暫存器。數(shù)據(jù)寄存器DR(Data Register) 用來(lái)暫存從內(nèi)存讀出的數(shù)據(jù)和指令地址寄存器AR(Address Register) 用來(lái)存放CPU所要訪問的內(nèi)存單元的地址標(biāo)志寄存器FR（Flag Register） 保存運(yùn)算結(jié)

25、果的數(shù)字特征以及運(yùn)算過(guò)程中狀態(tài)的變化。 程序計(jì)數(shù)器PC（Program Counter） 用來(lái)存放CPU正要從內(nèi)存中取出的指令的地址。 通用寄存器組通用寄存器組是一組存儲(chǔ)器，可以由程序員指定其用途，通常用來(lái)保存參加運(yùn)算的操作數(shù)和中間結(jié)果。專用寄存器 專用寄存器通常是一些狀態(tài)寄存器，不能通過(guò)程序改變，由CPU自己控制，表明某種狀態(tài)。 寄存器的組成圖.CPU的外核 （1）解碼器（Decode Unit） 硬件解碼解碼器微解碼作用：把長(zhǎng)度不定的x86指令轉(zhuǎn)換為長(zhǎng)度固定的指令，并交由內(nèi)核處理。一級(jí)緩存和二級(jí)緩存（Cache） 一級(jí)緩存和二級(jí)緩存是為了緩解較快的CPU與較慢的存儲(chǔ)器之間的矛盾而產(chǎn)生的，一

26、級(jí)緩存（L1）通常集成在CPU內(nèi)核，而二級(jí)緩存（L2）則是以O(shè)nDie或OnBoard（組元）的方式以較快于存儲(chǔ)器的速度運(yùn)行。 .指令系統(tǒng) 指令系統(tǒng)指的是CPU所能夠處理的全部指令的集合，是CPU的根本屬性，因?yàn)樗鼪Q定了CPU能夠運(yùn)行什么樣的程序。4. CPU的構(gòu)架和封裝方式 CPU的構(gòu)架 CPU構(gòu)架是按CPU的安裝插座類型和規(guī)格確定的。(2) CPU的封裝方式 所謂封裝是指安裝半導(dǎo)體集成電路芯片用的外殼，通過(guò)芯片上的接點(diǎn)用導(dǎo)線連接到封裝外殼的引腳上，這些引腳又通過(guò)印刷電路板上的插槽與其他器件相連接。 CPU主要技術(shù)參數(shù) 位、字節(jié)和字長(zhǎng) 位（bit）：在數(shù)字電路和電腦技術(shù)中采用二進(jìn)制，代 碼只

27、有“0”和“1”，其中無(wú)論是“0”或是“1”在CPU中都占一“位”。字節(jié)（byte）和字長(zhǎng)： 通常把CPU能進(jìn)行一次最基本的運(yùn)算的二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)叫字長(zhǎng)。 8位微處理器按字 16位微處理器長(zhǎng)分 32位微處理器 64位微處理器 CPU外頻與主頻 主時(shí)鐘:每個(gè)計(jì)算機(jī)的主板上均有一個(gè)按固定頻率產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)的裝置 ,主時(shí)鐘的頻率叫外頻 （即CPU與外部進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)使用的頻率，也叫做系統(tǒng)總線頻率。 ）CPU的內(nèi)核實(shí)際運(yùn)行頻率被稱為主頻，主頻的高低直接影響CPU的運(yùn)算速度，即CPU每秒鐘運(yùn)算的次數(shù)。前端總線（FSB）頻率 前端總線也就是以前所說(shuō)的CPU總線，一般主板上前端總線頻率與內(nèi)存總線頻率相同。 高速

28、緩沖存儲(chǔ)器（L1和L2 Cache）的容量和速率 為了加快CPU的運(yùn)行速度，普遍在CPU和常規(guī)主存之間增設(shè)一級(jí)或二級(jí)高速小容量存儲(chǔ)器，稱為高速緩沖存儲(chǔ)器，簡(jiǎn)稱Cache CPU主流技術(shù)術(shù)語(yǔ)淺析 流水線技術(shù) 流水線（pipeline）是InteI首次在486芯片中開始使用的。流水線的工作方式就像工業(yè)生產(chǎn)上的裝配流水線。 超流水線和超標(biāo)量技術(shù) 超流水線：是指某些CPU內(nèi)部的流水線超過(guò)通常的56步以上 超標(biāo)量是指在CPU中有一條以上的流水線，并且每時(shí)鐘周期內(nèi)可以完成一條以上的指令，這種設(shè)計(jì)就叫超標(biāo)量技術(shù)。 亂序執(zhí)行技術(shù) 亂序執(zhí)行 ：是指CPU采用了允許將多條指令不按程序規(guī)定的順序，分開發(fā)送給各相應(yīng)電

29、路單元處理的技術(shù)。動(dòng)態(tài)執(zhí)行技術(shù) 動(dòng)態(tài)執(zhí)行 ：分支預(yù)測(cè)（Branch Prediction）和推測(cè)執(zhí)行（Epeculation Execution）是CPU動(dòng)態(tài)執(zhí)行技術(shù)中的主要內(nèi)容。指令特殊擴(kuò)展技術(shù) 至今，對(duì)大多數(shù)計(jì)算機(jī)而言，一條指令只能執(zhí)行一次計(jì)算。此類計(jì)算機(jī)采用的是“單指令單數(shù)據(jù)”（SISD）處理器。 處理器的體系結(jié)構(gòu)（IA）與微體系結(jié)構(gòu)： 體系結(jié)構(gòu) ：是指令集、寄存器和程序員公用的內(nèi)存駐留的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它們?cè)谔幚砥鞯陌l(fā)展進(jìn)程中得到繼承和增強(qiáng)。微體系結(jié)構(gòu) ：是處理器在硅片上的實(shí)現(xiàn)。 第2章 微處理器2.2 8086/8088微處理器8086微處理器是Intel系列的16位微處理器，它是采用具有

30、高速運(yùn)算功能的HMOS工藝制造的集成電路，內(nèi)部包含約29000個(gè)半導(dǎo)體管。8086有16根數(shù)據(jù)線和20根地址線。16根數(shù)據(jù)線表明8086微處理器可以處理16位二進(jìn)制數(shù)據(jù)；20根地址線表明可用20位二進(jìn)制數(shù)碼編寫地址，存儲(chǔ)器以字節(jié)（8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)）為單位組織存儲(chǔ)，也就是可尋址的地址空間可達(dá)220，即1M字節(jié)的數(shù)量級(jí)。 8086的時(shí)鐘頻率為5MHz，工作時(shí)，只要一個(gè)5V電源，除了數(shù)據(jù)總線寬度不同外，8088與8086在其他方面幾乎完全相同。它們的另一個(gè)突出特點(diǎn)是其多重處理的能力，能極方便的和數(shù)值數(shù)據(jù)處理器（NPX）8087，輸入輸出I/O處理器（IOP）8089或其他處理器組成多處理器系統(tǒng)，大幅度

31、提高系統(tǒng)數(shù)據(jù)吞吐能力和數(shù)據(jù)處理能力。2.2.1 8086的編程結(jié)構(gòu) 8086分為兩部分，即總線接口部件BIU（Bus Interface Unit）和執(zhí)行部件EU（Execution Unit）。右圖為8086的編程結(jié)構(gòu)圖1總線接口部件 (BIU) 總線接口部件的功能是負(fù)責(zé)與存儲(chǔ)器、I/O端口傳送數(shù)據(jù)。CPU執(zhí)行指令時(shí)，總線接口部件要配合執(zhí)行部件從指定的內(nèi)存單元或者外設(shè)端口中取數(shù)據(jù)或指令，將數(shù)據(jù)先放入“指令隊(duì)列”排隊(duì)，當(dāng)需要時(shí)，再由執(zhí)行部件EU從中取出；或者把執(zhí)行部件EU的操作結(jié)果傳送到指定的內(nèi)存單元或外設(shè)端口中。 總線接口部件的部分組成： （1）4個(gè)16位的段地址寄存器；CS16位的代碼段寄

32、存器：用來(lái)存放當(dāng)前程序所在段的段基址； DS16位的數(shù)據(jù)段寄存器：用來(lái)存放當(dāng)前程序所用數(shù)據(jù)段的段基址； ES16位的擴(kuò)展段寄存器：用來(lái)存放輔助數(shù)據(jù)所在段的段基址； SS16位的堆棧段寄存器：用來(lái)存放當(dāng)前程序所用堆棧段的段基址； （2）16位的指令指針寄存器IP：用來(lái)存放下一條指令的偏移地址，IP在當(dāng)前程序運(yùn)行中能夠進(jìn)行自動(dòng)加1的修正，使其指向下一條指令； （3）20位的地址加法器：用來(lái)形成20位的物理地址； （4）6字節(jié)的指令隊(duì)列緩沖器。 （5）總線控制部件。用來(lái)產(chǎn)生并發(fā)出總線控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)存儲(chǔ)器、I/O端口的讀寫控制，并將內(nèi)部總線與外部總線相連接。2執(zhí)行部件EU 執(zhí)行部件EU的功能就是負(fù)責(zé)

33、從指令隊(duì)列取指令并執(zhí)行。它由下列幾個(gè)部分組成： （1）算術(shù)邏輯單元ALU：用來(lái)進(jìn)行算術(shù)、邏輯運(yùn)算，以及按照尋址方式計(jì)算尋址單元的偏移量。 （2）暫存器：協(xié)助ALU完成運(yùn)算，用來(lái)暫時(shí)存放參加運(yùn)算的數(shù)據(jù)。 （3）通用寄存器組：包括4個(gè)通用寄存器，即AX（也稱累加器）、BX、CX、DX；以及4個(gè)專用寄存器： 基數(shù)指針寄存器BP：存放數(shù)據(jù)段中某一單元的偏移地址；也可指示堆棧段中某一單元的偏移地址；堆棧指針寄存器SP：存放堆棧棧頂偏移地址； 源變址寄存器SI： 與數(shù)據(jù)段寄存器DS連用，確定數(shù)據(jù)段中某一存儲(chǔ)單元的地址； 目的變址寄存器DI：與數(shù)據(jù)段寄存器DS連用，確定數(shù)據(jù)段中某一存儲(chǔ)單元的地址； （4）1

34、6位的標(biāo)志寄存器FR；用來(lái)存放控制標(biāo)志和反映CPU運(yùn)行的狀態(tài)特征。 （5）EU控制電路：由定時(shí)電路、控制電路和狀態(tài)邏輯電路組合而成。3“流水線”結(jié)構(gòu)的指令隊(duì)列 總線接口部件BIU和執(zhí)行部件EU并不是同步工作的， 每當(dāng)EU從指令隊(duì)列頭部取出一條指令并在分析、執(zhí)行指令這段時(shí)間內(nèi)，或當(dāng)指令隊(duì)列中有2個(gè)空字節(jié)時(shí)，BIU會(huì)自動(dòng)把指令取到指令隊(duì)列中。當(dāng)指令隊(duì)列已滿（6個(gè)字節(jié)），而且EU對(duì)BIU又無(wú)總線訪問請(qǐng)求時(shí)，BIU便進(jìn)入空閑狀態(tài)；但EU在分析、執(zhí)行指令過(guò)程中，如須訪問內(nèi)存或I/O設(shè)備，EU就會(huì)向BIU申請(qǐng)總線周期，若BIU總線空閑，就會(huì)立即響應(yīng)；若BIU此時(shí)正在取一條指令，EU就必須等待BIU取指令的

35、操作完成以后，才會(huì)得到BIU響應(yīng)。在8086/8088中，EU和BIU這種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，因而被稱為通用寄存器，其中包括AX，BX，CX，DX。通用寄存器主要用來(lái)保存算術(shù)或邏輯運(yùn)算的操作數(shù)、中間運(yùn)算結(jié)果。它們既可以作為一個(gè)16位的寄存器使用，也可以分別作為兩個(gè)8位的寄存器使用，高位字節(jié)的寄存器為AH，BH，CH，DH；低位字節(jié)的寄存器為AL，BL，CL，DL。由于這些寄存器具有良好的通用性，使用十分靈活，因而稱為通用寄存器。通用寄存器的特殊用途和隱含用法如表2-1所示。表2-1 寄存器的特殊用途和隱含用法寄存器 執(zhí)行操作

36、AX累加器，I/O指令中用作數(shù)據(jù)寄存器整字乘法，整字除法，整字I/O，存放被乘數(shù)，乘積，被除數(shù)，商 ALI/O指令中用作數(shù)據(jù)寄存器字節(jié)乘法，字節(jié)除法，字節(jié)I/O。存放被乘數(shù)，乘積，被除數(shù)，商查表，十進(jìn)制算術(shù)運(yùn)算中用作累加器；在XLAT（換碼）指令中用作累加器 AH字節(jié)乘法，字節(jié)除法在LAHF（標(biāo)志寄存器傳送）指令中用作目標(biāo)寄存器 BX用作間接尋址的地址寄存器和基地址寄存器；查表；在XLAT（換碼）指令中用作基地址寄存器 表2-1 寄存器的特殊用途和隱含用法CX計(jì)數(shù)寄存器，在LOOP(循環(huán))和串操作中充當(dāng)計(jì)數(shù)器字符串操作，循環(huán) CL在變量的移位和循環(huán)移位指令中用作移位次數(shù)計(jì)數(shù)器 DX在乘法、除法

37、指令中作為輔助累加器；在乘法、除法指令中存放乘積高位、被除數(shù)高位或余數(shù)在間接尋址的I/O指令中作為地址寄存器； SP堆棧操作中用作堆棧指針 BP在間接尋址中用作基址寄存器； SI在字符串操作中用作變址寄存器；在間接尋址中用作變址寄存器； DI字符串操作 標(biāo)志寄存器（Flag Register）標(biāo)志寄存器共有16位，其中有7位未用，已用的9個(gè)標(biāo)志位按功能可分為6個(gè)條件標(biāo)志和3個(gè)控制標(biāo)志。（1）條件標(biāo)志（條件標(biāo)志用于存放程序運(yùn)行的狀態(tài)信息，由硬件自動(dòng)設(shè)定?？刂茦?biāo)志由軟件設(shè)定，用于中斷、串操作等控制）：圖2-2 標(biāo)志寄存器結(jié)構(gòu)圖OFDFIFTFSFZFAFPFCFOF：溢出標(biāo)志。反映帶符號(hào)數(shù)運(yùn)算結(jié)果

38、是否超過(guò)機(jī)器所能表示的數(shù)值范圍，對(duì)字節(jié)運(yùn)算為-128+127，對(duì)字運(yùn)算為-32768+32767。若超過(guò)上述范圍稱為“溢出”，OF置1。否則，置0。實(shí)際機(jī)器在進(jìn)行處理時(shí)，是判斷最高位的進(jìn)位（CF）與次高位的進(jìn)位是否相同，若二者相同，則OF。否則，OF。SF：符號(hào)標(biāo)志。反映運(yùn)算結(jié)果的符號(hào)。若結(jié)果為負(fù)數(shù)，即最高位為1時(shí)，SF置1，否則，置0。SF取值與運(yùn)算結(jié)果最高位一致。ZF：零標(biāo)志。反映運(yùn)算結(jié)果是否為零。若結(jié)果為零，ZF置1，否則，置0。AF：半進(jìn)位標(biāo)志。反映一個(gè)8位量的低4位向高4位有無(wú)進(jìn)位或借位。有則置1，否則，置0。用于BCD碼算術(shù)運(yùn)算指令。PF：奇偶標(biāo)志。反映操作結(jié)果的低8位中“1”的個(gè)

39、數(shù)的奇偶性。若“1”的個(gè)數(shù)為偶數(shù)，PF置1，否則，置0。CF：進(jìn)位標(biāo)志。反映算術(shù)運(yùn)算后最高位出現(xiàn)進(jìn)位或借位的情況。有則置1，否則，置0。移位和循環(huán)指令也會(huì)改變CF的值。（2）控制標(biāo)志DF：方向標(biāo)志。進(jìn)行字符串操作時(shí)，每執(zhí)行一條串操作指令，對(duì)地址會(huì)進(jìn)行一次自動(dòng)調(diào)整，由DF決定地址是增還是減。若DF為1，則為減，否則為增。IF：表示系統(tǒng)是否允許“外部可屏蔽中斷”（其含義見后述“中斷”內(nèi)容）。若IF為1，表示允許，否則表示不允許。IF對(duì)非屏蔽中斷和內(nèi)部中斷請(qǐng)求不起作用。該標(biāo)志可由中斷控制指令設(shè)置或清除。TF：陷阱標(biāo)志。TF為1時(shí)，CPU每執(zhí)行完一條指令，便自動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)內(nèi)部中斷，可以利用它對(duì)程序進(jìn)行逐

40、條檢查。程序調(diào)試過(guò)程中的“單步執(zhí)行”就是利用這個(gè)標(biāo)志。例21 觀察下面的運(yùn)算，寫出運(yùn)算結(jié)果的狀態(tài)標(biāo)志。 10001000 88H 一128 + 10001100 = + 8CH = + 一116 1 00010100 114H 一244方框中的1表示溢出。運(yùn)算結(jié)果的標(biāo)志位如下：因?yàn)檫\(yùn)算結(jié)果的最高位有進(jìn)位，所以產(chǎn)生溢出，CF=1；運(yùn)算結(jié)果的低位有偶數(shù)個(gè)，所以， PF=1；運(yùn)算結(jié)果的低4位向高4位有進(jìn)位，所以，AF=1；運(yùn)算結(jié)果不為零，所以， ZF=0；最高位為，所以，SF=0；因?yàn)镈7的進(jìn)位是，D6的進(jìn)位是，所以產(chǎn)生溢出，OF=1。 2.2.2 8086的工作模式和引腳功能8086 CPU芯片的

41、最小模式和最大模式所謂最小模式，就是在系統(tǒng)中只有8086一個(gè)CPU，而所有的總線控制信號(hào)都由8086直接產(chǎn)生。而最大模式的系統(tǒng)中可以有兩個(gè)或多個(gè)微處理器，其中有一個(gè)是主處理器8086，其他的處理器稱為協(xié)處理器，它們協(xié)助主處理器工作。常見的有8087、8089兩種。一個(gè)約定：當(dāng)芯片引腳代號(hào)上有一橫線時(shí)，則表示在該引腳上加低電平時(shí)芯片有效工作；否則，表示高電平有效。如M/指明： M/為高電平時(shí)，訪問存儲(chǔ)器有效，否則訪問I/O端口有效。1最小工作模式 在8086的最小模式中，硬件連接的特點(diǎn)： （1）當(dāng)MN/引腳接+5V電壓時(shí)，8086工作才在最小模式。（2）有一片8234A，作為時(shí)鐘發(fā)生器。用來(lái)產(chǎn)生

42、系統(tǒng)所需要的時(shí)鐘信號(hào)CLK，同時(shí)對(duì)外部準(zhǔn)備信號(hào)READY和系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)RESET進(jìn)行同步，其輸出送向8086相應(yīng)引腳。（3）有三片8282或74LS373的地址鎖存器，用來(lái)作為20位地址和信號(hào)鎖存，使得整個(gè)總線讀寫周期內(nèi)地址信號(hào)始終有效(讓其輸出允許端直接接地)，以支持8086CPU地址總線、數(shù)據(jù)總線分時(shí)復(fù)用的工作方式。（4）當(dāng)系統(tǒng)中所連接的存儲(chǔ)器和外設(shè)比較多時(shí)，需要增強(qiáng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線的驅(qū)動(dòng)能力。這時(shí)，可選用兩片8286或74LS245作為總線收發(fā)器，也稱總線緩沖器。最小方式適用于由單微處理器組成的小系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中，8086/8088 CPU直接產(chǎn)生所有的總線控制信號(hào)，無(wú)須總線控制器。圖2-

43、3 8086CPU最小模式下的典型配置2最大工作模式 將MN/引腳接地就構(gòu)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，二者之間一個(gè)主要的差別是： 最大模式下多了8288總線控制器。在最大模式系統(tǒng)中有可能包含兩個(gè)或多個(gè)處理器，將MN/引腳接地這樣就解決了主處理器和協(xié)處理器之間的協(xié)調(diào)工作問題和對(duì)總線的共享控制問題。一個(gè)微處理器可采用最大模式以增強(qiáng)總線控制能力。圖2-4 8086CPU最大工作模式下的典型配置SO、SI、S2和總線具體操作之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系見表2-2。SOS1S2操作000發(fā)中斷響應(yīng)信號(hào)001讀I/O端口 010寫I/O端口 011暫停 100取指令 10

44、1讀存儲(chǔ)器 110寫存儲(chǔ)器 111無(wú)源狀態(tài) 38086CPU的引腳信號(hào) 8086CPU采用雙列直插式的封裝形式，具有40條引腳，它采用分時(shí)復(fù)用的地址/數(shù)據(jù)總線，有一部分引腳具有雙重功能，在不同時(shí)鐘周期內(nèi)，引腳的作用不同。右圖2-5 為 8086的引腳信號(hào)（括號(hào)中為最大模式下的名稱）圖2-5 8086的引腳信號(hào)（括號(hào)中為最大模式下的名稱）兩種模式下定義相同的引腳信號(hào)：（1）AD0AD15(Address Data Bus)：雙向/三態(tài)。這16條線是多路轉(zhuǎn)換的地址/數(shù)據(jù)總線的復(fù)用引腳。在一個(gè)總線周期的第一個(gè)時(shí)鐘周期里，這些引腳表示地址的低16位。在其他的時(shí)鐘周期，這些引腳都用作數(shù)據(jù)總線。當(dāng)8086

45、執(zhí)行中斷響應(yīng)周期或者“保持響應(yīng)”周期時(shí)，這些線處在高阻狀態(tài)。（2）A16/S3 A19/S6 (Address/Status)：輸出三態(tài)。4條地址/狀態(tài)復(fù)用引腳，在一條指令執(zhí)行的第一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)用作地址線，其余時(shí)鐘周期輸出狀態(tài)信息。 兩種模式下定義相同的引腳信號(hào)：（1）AD0AD15(Address Data Bus)：雙向/三態(tài)。這16條線是多路轉(zhuǎn)換的地址/數(shù)據(jù)總線的復(fù)用引腳。在一個(gè)總線周期的第一個(gè)時(shí)鐘周期里，這些引腳表示地址的低16位。在其他的時(shí)鐘周期，這些引腳都用作數(shù)據(jù)總線。當(dāng)8086執(zhí)行中斷響應(yīng)周期或者“保持響應(yīng)”周期時(shí)，這些線處在高阻狀態(tài)。（2）A16/S3 A19/S6 (Addr

46、ess/Status)：輸出三態(tài)。4條地址/狀態(tài)復(fù)用引腳，在一條指令執(zhí)行的第一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)用作地址線，其余時(shí)鐘周期輸出狀態(tài)信息。 （5）READY：輸入。存儲(chǔ)器或輸入/輸出設(shè)備利用這一信號(hào)表明它已準(zhǔn)備就緒，可以完成數(shù)據(jù)傳送操作。如果READY輸入與時(shí)鐘同步且READY輸入在某個(gè)合適的時(shí)間（時(shí)鐘周期T3之前）為低電平，則8086將插入TW時(shí)鐘周期而處于“等待”狀態(tài)，一直到READY電平升高為止。（6）：輸入。只有8086的WAIT指令才使用它，在執(zhí)行WAIT指令時(shí)，8086將停止操作，處于等待狀態(tài)，直到輸入電平變低才結(jié)束WAIT指令。（7）INTR：輸入。可屏蔽中斷請(qǐng)求信號(hào)，CPU在每條指令執(zhí)行

47、的最后一個(gè)時(shí)鐘周期將采樣這個(gè)信號(hào)。如果允許中斷位IF為1，而且INTR為高，則8086將進(jìn)入一個(gè)中斷響應(yīng)的時(shí)序，并且轉(zhuǎn)移到相應(yīng)的中斷服務(wù)程序中，否則執(zhí)行下一條指令。INTR是高電平觸發(fā)的輸入信號(hào)。（8）NMI：輸入。不可屏蔽中斷請(qǐng)求信號(hào)，它是上升沿觸發(fā)的輸入信號(hào)。如果NMI從低電平變高，則8086將完成當(dāng)前指令的執(zhí)行，然后把控制轉(zhuǎn)移到不可屏蔽中斷服務(wù)程序。 不可屏蔽中斷服務(wù)程序的地址放在存儲(chǔ)單元00008H起的四個(gè)字節(jié)中。對(duì)于這種中斷，IF標(biāo)志位是不能禁止的。（9）RESET：輸入。系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)，由8284時(shí)鐘發(fā)生器同步后送給CPU，加電源時(shí)，RESET高電平信號(hào)至少要持續(xù)50ms。當(dāng)RESE

48、T回到低電平時(shí)，CPU復(fù)位完畢將處于以下狀況： 標(biāo)志寄存器置成0000H，其結(jié)果為禁止中斷和禁止單步方式； DS，SS，ES和IP寄存器復(fù)位到0000H； CS寄存器置成FFFFH，指令隊(duì)列空。 復(fù)位信號(hào)消失后，程序從CS16+IP=FFFF0H存儲(chǔ)器單元開始執(zhí)行，通常在該單元放置一條轉(zhuǎn)移指令，轉(zhuǎn)到引導(dǎo)程序入口。復(fù)位時(shí)，所有的三態(tài)輸出總線變?yōu)楦咦锠顟B(tài)，ALE、HLDA、QS0、QS1等引腳信號(hào)降為低電平，、等引腳信號(hào)上升為高電平。最大模式和最小模式下有不同意義的引腳信號(hào)（括號(hào)內(nèi)為最大模式下意義）。（10） ()：輸出/三態(tài)。最小模式下，它的功能為。（Data Enable）用來(lái)控制8286總線

49、緩沖器，即允許緩沖器工作；如果是最大模式，則該引腳用來(lái)和及一起提供狀態(tài)信息，狀態(tài)信息提供給總線控制器8288。（11）DT/（）：輸出/三態(tài)。最小模式下引腳功能為DT/，控制8286總線緩沖器數(shù)據(jù)傳送的方向。若DT/為高，收發(fā)器就把數(shù)據(jù)放到系統(tǒng)總線上去，對(duì)于CPU來(lái)說(shuō)是輸出數(shù)據(jù)；若為低，收發(fā)器就把數(shù)據(jù)從系統(tǒng)總線上取回，對(duì)于CPU來(lái)說(shuō)是讀入數(shù)據(jù)。如果是最大模式，則該引腳功能為狀態(tài)信息。由8288總線控制器產(chǎn)生和DT/ 輸出。（12）M/（）：輸出/三態(tài)。最小模式下引腳功能為M/。在訪問存儲(chǔ)器或輸入/輸出設(shè)備時(shí)，若M/為高，則訪問存儲(chǔ)器；為低，則訪問的是輸入/輸出設(shè)備。 如果是最大模式，則該引腳功

50、能為。（13）ALE（QS0）：輸出。最小模式下功能為ALE。當(dāng)有效的存儲(chǔ)器地址出現(xiàn)在地址/數(shù)據(jù)總線上時(shí)，將輸出一個(gè)ALE高電平脈沖用于地址鎖存器的鎖存信號(hào)。 最大模式下功能為QS0，用來(lái)和QS1一起提供8086指令隊(duì)列狀態(tài)，多處理器中使用。當(dāng)QS0=QS1=0時(shí)，對(duì)指令隊(duì)列無(wú)操作； 當(dāng)QS0=0，QS1=1時(shí)，從指令隊(duì)列的第一個(gè)字節(jié)取走代碼； 當(dāng)QS0=1，QS1=0時(shí)，指令隊(duì)列為空； 當(dāng)QS0=1，QS1=1時(shí)，從指令隊(duì)列取走前兩個(gè)字節(jié)代碼； 指令隊(duì)列是一個(gè)6字節(jié)的空間，它是用來(lái)保持將要執(zhí)行的指令代碼。最大模式系統(tǒng)中，ALE信號(hào)由8288總線控制器提供。14）INTA（QS1）：輸出/三態(tài)

51、。最小模式下引腳功能為INTA。當(dāng)8086執(zhí)行一個(gè)中斷響應(yīng)時(shí)序時(shí)，INTA輸出為低，作為中斷響應(yīng)信號(hào)。 最大模式下引腳功能為QS1。此時(shí)INTA信號(hào)由8288總線控制器提供。（15）HOLD（）：輸入/雙向。最小模式下HOLD（）的功能為HOLD（保持）。外部邏輯把HOLD引線置為高電平時(shí)，8086將在完成當(dāng)前總線周期以后進(jìn)入保持狀態(tài)，讓出總線。作為響應(yīng)，8086會(huì)在HLDA線上輸出高電平。 最大模式時(shí)引腳的功能為，它是一條雙向的請(qǐng)求/允許線。其他的總線主模塊若要強(qiáng)迫8086進(jìn)入保持狀態(tài)，只要該引腳上加入一個(gè)低電平脈沖即可。而8086如要響應(yīng)，則需通過(guò)輸出一個(gè)低電平脈沖給正在請(qǐng)求的總線主模塊，

52、表示它正在進(jìn)入保持狀態(tài)。于是，8086將交出系統(tǒng)總線控制權(quán)并變成浮空狀態(tài)。當(dāng)新的總線主模塊交出系統(tǒng)總線控制權(quán)時(shí)，將發(fā)出另一個(gè)低的脈沖。于是8086重新取得總線控制。（16）HLDA（）：輸出/雙向。最小模式下引腳功能為HLDA，HLDA是HOLD的響應(yīng)信號(hào)。當(dāng)HLDA信號(hào)升高時(shí)，8086使系統(tǒng)總線浮空而讓出總線。最大模式下該引腳的功能為。其功能和是一樣的，只不過(guò)的優(yōu)先權(quán)低于。（17）()：輸出/三態(tài)。最小模式下，引腳功能為。在向存儲(chǔ)器或I/O端口寫數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)出低電平脈沖，其后沿用于寫入數(shù)據(jù)。最大模式下引腳功能為，低電平時(shí)，阻止8086在執(zhí)行指令過(guò)程中失掉系統(tǒng)總線控制權(quán)。當(dāng)8086執(zhí)行LOCK前

53、綴指令時(shí)，信號(hào)輸出為低。2.2.3 8086的系統(tǒng)組成18086的存儲(chǔ)體結(jié)構(gòu) 按字節(jié)（byte）為基本單位在存儲(chǔ)器里存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的，一個(gè)字節(jié)有8位（bit）二進(jìn)制數(shù)，8086CPU對(duì)應(yīng)的1兆字節(jié)存儲(chǔ)空間可分為兩個(gè)512K字節(jié)的地址存儲(chǔ)體，其中由奇數(shù)地址的存儲(chǔ)單元組成的稱為高字節(jié)體（或奇體），和數(shù)據(jù)總線D15D8相連，用信號(hào)作為存儲(chǔ)體選擇信號(hào)；由偶數(shù)地址的存儲(chǔ)單元組成的稱為低字節(jié)體（或偶體），和數(shù)據(jù)總線D7D0相連，利用A0作為存儲(chǔ)體選擇信號(hào)。 在組成存儲(chǔ)系統(tǒng)時(shí)，8086總是使偶地址單元的數(shù)據(jù)經(jīng)地址/數(shù)據(jù)復(fù)用引腳AD0AD7并通過(guò)地址總線A0A7和數(shù)據(jù)總線D0D7傳送，而奇地址單元的數(shù)據(jù)經(jīng)地址/數(shù)據(jù)

54、復(fù)用引腳AD0AD7并通過(guò)地址總線A8A15和數(shù)據(jù)總線D8D15傳送。 表2-3 BHE和A0的意義:操作 BEHA0 使用的地址/數(shù)據(jù)復(fù)用線 傳送偶地址的一個(gè)字節(jié) 10AD7AD0 傳送奇地址的一個(gè)字節(jié) 01AD15AD8 存取規(guī)則字 00AD15AD0 存取不規(guī)則字 01AD15AD8（第一個(gè)總線周期）10AD7AD0（第二個(gè)總線周期） 8086在構(gòu)成一個(gè)字時(shí)，可以是規(guī)則字也可以是不規(guī)則字。所謂規(guī)則字就是一個(gè)字的低字節(jié)存放在偶數(shù)地址單元，高字節(jié)存放在這個(gè)單元之后的奇數(shù)地址單元。反之，就是不規(guī)則字圖2-6 8086系統(tǒng)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)28086存儲(chǔ)器的分段結(jié)構(gòu) 8086 CPU把1MB的存儲(chǔ)器空間

55、劃分為任意的一些存儲(chǔ)段，每一個(gè)存儲(chǔ)段又分成許多存儲(chǔ)單元。一個(gè)存儲(chǔ)段是存儲(chǔ)器中可獨(dú)立尋址的一個(gè)邏輯單位，也稱邏輯段，每個(gè)段的最大長(zhǎng)度為64KB。8086 CPU中有四個(gè)段寄存器：CS，DS，SS和ES，這四個(gè)段寄存器存放了CPU當(dāng)前可以尋址的四個(gè)段的基值，也即可以從這四個(gè)段寄存器規(guī)定的邏輯段中存取指令代碼和數(shù)據(jù)。一旦這四個(gè)段寄存器的內(nèi)容被設(shè)定，就規(guī)定了CPU當(dāng)前可尋址的段。圖2-7 當(dāng)前可尋址的存儲(chǔ)器段（堆棧段和附加段重疊）38086存儲(chǔ)器的邏輯地址與物理地址 物理地址，也稱實(shí)際地址。8086 CPU中的每個(gè)存儲(chǔ)元在存 儲(chǔ)體中的位置都可以使用物理地址和邏輯地址來(lái)表示。為編程方便，8086存儲(chǔ)器采

56、用邏輯地址在程序中使用，它 由兩部分組成：段基址和偏移量。偏移量又稱為有效地址EA，是在段基址上的附加值。 假如把一條馬路從頭到尾編號(hào)01000，比作物理地址，邏輯地址就好比把這條馬路分成幾段，若各段的段基址分別為0、100、300、500、800，為了簡(jiǎn)便，記作0、1、3、5、8，則物理地址的126號(hào)，其對(duì)應(yīng)的邏輯地址，就是段基址1左移兩位（相當(dāng)于乘以100）再加上偏移量16；則物理地址的574號(hào)，其對(duì)應(yīng)的邏輯地址，就是段基址5左移兩位（相當(dāng)于乘以100）加上偏移量74。48086存儲(chǔ)器20位物理地址的形成 在存儲(chǔ)段劃分時(shí)，段內(nèi)地址是連續(xù)的，段與段之間是相互獨(dú)立的。每個(gè)段的起始地址稱段的基址

57、，段基址必須是能被16整除的那些地址，即20位的段基址的低四位應(yīng)當(dāng)是0000。當(dāng)CPU訪問存儲(chǔ)器時(shí)，根據(jù)邏輯地址（由段基址和偏移值構(gòu)成），在BIU的地址加法器中形成20位的物理地址，其方法是將段址左移四位（相當(dāng)于乘以16）再加上偏移量。2.2.4 8086的總線時(shí)序時(shí)鐘周期是時(shí)鐘脈沖的重復(fù)周期，時(shí)鐘周期又叫T狀態(tài)，是CPU的時(shí)間基準(zhǔn)，時(shí)序系統(tǒng)中的最小時(shí)間單位，由計(jì)算機(jī)主頻決定。指令周期是指從取指令開始，經(jīng)過(guò)分析指令、對(duì)操作數(shù)尋址，然后執(zhí)行指令，保存操作結(jié)果這個(gè)過(guò)程?？偩€周期是在一個(gè)指令執(zhí)行周期中，通過(guò)總線進(jìn)行一次或多次對(duì)存儲(chǔ)單元或I/O端口讀或?qū)懙牟僮鳌Ｍ瓿梢淮巫x/寫操作所需要的時(shí)間，它又稱機(jī)

58、器周期。所有指令的第一個(gè)機(jī)器周期都是“取指” 周期。一個(gè)指令周期可細(xì)分為若干個(gè)總線周期，而一個(gè)總線周期又有若干個(gè)時(shí)鐘周期組成。8086系統(tǒng)總線周期由四個(gè)時(shí)鐘周期組成（T1T4）。8086CPU的總線周期主要有以下幾種：最小模式下的總線讀寫，包括存儲(chǔ)器讀寫和I/O讀寫；最大模式下的總線讀寫，包括存儲(chǔ)器讀寫和I/O讀寫；中斷周期；最小模式下的總線保持；最大模式下的總線請(qǐng)求允許。最大模式與最小模式的總線讀寫周期操作在邏輯上基本相同，只是在最大模式下要同時(shí)考慮CPU發(fā)出的信號(hào)和總線控制器發(fā)出的信號(hào)。2.3.1 輝煌的歷程 CPU的飛速發(fā)展。位CPU 1971年Intel公司，在11月15日的電子新聞上

59、推出了世界上第一款用于計(jì)算器4位微處理器4004。8位CPU 1974年，8008發(fā)展成首款真正的通用微處理器Intel 8080，時(shí)鐘頻率為2MHz。Zilog公司生產(chǎn)了8080的增強(qiáng)型Z80，摩托羅拉公司生產(chǎn)了6800，都屬于第二代微處理器。16位CPU 1978年，Intel公司首次生產(chǎn)出16位的微處理器8086，1981年，美國(guó)IBM公司將8088芯片用于其研制的PC機(jī)中，個(gè)人電腦(PC)的概念開始建立起來(lái)。1982年Intel推出了80286芯片，雖然它仍舊是16位結(jié)構(gòu)，但是在CPU的內(nèi)部含有13.4萬(wàn)個(gè)半導(dǎo)體管，68個(gè)引腳，采用四列直插式封裝，分開設(shè)置16條（內(nèi)部和外部統(tǒng)一）數(shù)據(jù)線

60、和24條地址線，可尋址16MB物理內(nèi)存。時(shí)鐘頻率由最初的6MHz逐步提高到8、10、12、16、20、25MHz。80286支持更大的內(nèi)存；能夠模擬內(nèi)存空間；能同時(shí)運(yùn)行多個(gè)任務(wù)；提高了處理速度。從80286開始，CPU的工作方式演變出兩種來(lái)：實(shí)模式和保護(hù)模式。5Pentium系列Intel在1993年推出了全新一代的高性能處理器Pentium，中文為名字：“奔騰”。Pentium的內(nèi)部含有的半導(dǎo)體管數(shù)量高達(dá)310萬(wàn)個(gè)，時(shí)鐘頻率由最初推出的60MHz和66MHz，最后提高到200MHz。單單是最初版本的66MHz的Pentium微處理器，它的運(yùn)算性能比33MHz的80486 DX就提高了3倍多，