现代微型计算机与接口教程 电子教案-第1章

偏移地址（16位） 段寄存器（16位） 0000 NhomakorabeaΣ
地址加法器
物理地址（20位）
图1-3
BIU从存储器中读出指令送入6字节的指令队列。一旦指 令队列中空出2个字节，BIU将自动进行读指令的操作 以填满指令队列。只要收到EU送来的操作数地址， BIU将立即形成这个操作数的物理地址，完成读/写操 作。遇到转移类指令，BIU将指令队列中剩余的指令 作废，重新从存储器新的地址单元中取指令并送入指 令队列。一般情况下应保证指令队列中填满指令，使 得EU可以不断地得到等待执行的指令。 总线控制电路将8086/8088 CPU的内部总线与CPU引脚所 连接的外部总线相连，是8086/8088 CPU与外部交换信 息的必经之路，包括16条数据线、20条地址线和若干 条控制信号线。CPU正是通过这些总线与外部取得联 系从而形成各种规模的8086/8088 微型计算机。
A L U
E U 控制器
队列 总线 1
（8 位）
指令队列 2 3 4 5
6
标志寄存器 指令执行部件（EU） 总线接口部件（BIU）
图1-2
1． 指令执行部件EU EU的功能是执行指令。一般情况下, 指令按照它存放的先后 次序顺序执行，EU从指令队列中源源不断地取得指令代码， 满负荷地连续执行指令而省去“取指令”的时间。指令执 行过程中如果需要访问存储器取操作数，那么EU将访问地 址送给BIU，等待操作数到达, 然后继续操作。遇到转移类 指令，BIU会将指令队列中的后继指令作废，从新的地址 重新取指令。这时，EU要等待BIU将取到的指令装入指令 队列后，才能继续执行。这两种情况下，EU和BIU的并行 操作受到一定影响。但是，只要转移指令出现的比例不是 很高，两者的重迭操作仍然会取得良好效果。 EU中的算术逻辑运算单元ALU可完成16位或8位的二进制运 算，运算结果通过内部总线送到通用寄存器，或者送往 BIU的内部寄存器中，等待写入存储器。16位暂存器用来 暂存参加运算的操作数。ALU运算后的结果特征（有无进 位，溢出等）置入标志寄存器FLAGS中保存。
总 目 录
第10章 第11章 微型计算机总线 Windows 输入/输出程序设计
第1章 微处理器及其信号
1.1 微型计算机
1.2 8086/8088微处理器结构
1.3 8086/8088 CPU子系统
1.4 8086/8088 CPU的工作时序
习题1
1.1 微型计算机 1.1.1 微型机的发展带来了全球信息化
访问存储器的实际地址称为物理地址，用20位二进 制表示。地址加法器用来完成逻辑地址向物理地 址的变换。这实际上是进行一次地址加法，将两 个16位二进制表示的逻辑地址错位相加（图1-3）， 得到20位的物理地址，从而可寻址220=1MB的存 储空间。也就是： 物理地址＝段基址×16 + 偏移地址 上例中，逻辑地址2345H：1100H对应的物理地址是 24550H。反之，物理地址24550H，它对应的逻辑 地址可以是2455H：0000H，也可以是2400H： 0550H等。这说明一个存储单元的物理地址是惟一 的，而它对应的逻辑地址是不惟一的。
从CPU的内部结构来看，8088 CPU与8086 CPU很相 似，区别仅表现在以下两个方面： （1）8088与外部交换数据的数据总线宽度是8位， 总线控制电路与专用寄存器组之间的数据总线宽 度也是8位，而EU内部总线仍是16位，所以把8088 称为准16位微处理器。 （2）8088 BIU中指令队列长度只有4字节，只要队 列中出现一个空闲字节，BIU就会自动地访问存储 器，取指令来填满指令队列。 1.2.2 8086/8088 CPU的寄存器 8086/8088 CPU的内部寄存器如图1-4所示。
代码段 数据段 段寄存器 堆栈段 附加段
图1-4
1. 通用寄存器组 8086/8088 CPU指令执行部件EU中有8个16位通用寄 存器，它们可分成两组。一组由AX、BX、CX和 DX构成，称作通用数据寄存器，可用来存放16位 的数据或地址。也可把它们当作8个8位寄存器来 使用，也就是把每个通用寄存器的高半部份和低 半部份分开：低半部份被命名为AL、BL、CL和 DL；高半部份被命名为AH、BH、CH和DH。8位 寄存器只能存放数据而不能存放地址。 AX 称为累加器，是算术运算时使用的主要寄存器， 所有外部设备的输入输出指令只能使用AL或AX作 为数据寄存器。
SI 称为源变址寄存器，主要用于存放地址，在字符串操 作中存放源操作数的偏移地址。变址寄存器内存放的 地址在数据传送完成后，具有自动修改的功能。例如， 传送1字节数据后把地址加1，为下次传送做好准备， 变址寄存器因此得名。 DI 称为目的变址寄存器，主要用于存放地址，在字符串 操作中存放目的操作数的偏移地址。 2． 段寄存器 8086/8088 CPU总线接口部件BIU中设置有4个16位段寄 存器，它们是代码段寄存器CS，数据段寄存器DS，附 加段寄存器ES和堆栈段寄存器SS。 代码段存放程序指令，程序代码超过64K时，需要分成 几个段存放。CS中存放的是现在正在执行的程序段的 段基址。
地址总线（20 位） 通 用 寄 存 器 AX BX CX DX AH BH CH DH B P S P S I D I ALU 数据总线（16 位） AL BL CL DL
地址加法器 ∑
数据总线
（16 位）
C S D S S S E S I P 内部通信寄存器 总线 控制 逻辑 8086 总线
暂 存 器
微型计算机在基本结构和基本功能上与计算机大致 相同，但是，由于微型计算机采用了大规模和超 大规模集成电路组成的功能部件，使微型计算机 在系统结构上有着简单、规范和易于扩展的特点。 微型计算机由微处理器、存储器、输入输出接口电 路组成，连接这些功能部件的是三组总线，即数 据总线、地址总线和控制总线，如图1-1所示。
普通高校本科计算机专业特色教材精选
杨文显
主编
现代微型计算机 与接口教程
总 目 录
第1章 第2章 第3章 第4章 第5章 第6章 第7章 第8章 第9章 微处理器及其信号 存储器 微型计算机输入输出接口 微型计算机的中断系统 可编程接口芯片 DMA传输 数/模与模/数转换 现代微型计算机 PC系列微机外部设备接口
可以根据需要读写任意位置上的内容，而不像磁盘 一样必须成块地顺序读写。 随机存储器中的信息可以读出，也可以写入。 断电后储存的信息自动消失，因此也称为易失性存 储器。 RAM用于存放当前正在使用的程序和数据。 只读存储器的信息在一般情况下只能读出，不能写 入和修改，断电后原信息不会丢失，是非易失性 存储器，主要用来存放固定的程序和数据表格。
数据总线用于传送数据信息，实现微处理器、存储 器和I/O接口之间的数据交换。数据总线是双向总 线，数据可在两个方向上传输。地址总线用于发 送内存地址和I/O接口的地址。控制总线则传送各 种控制信号和状态信号，使微型计算机各部件协 调工作。 微型计算机采用标准总线结构，使整个系统各功能 部件之间相互关系变为面向总线的单一关系，凡 符合总线标准的功能部件可以互换，符合总线标 准的设备可以互连，提高了微机系统的通用性和 可扩展性。
数据段用于存放当前使用的数据。需要第二个数据段时 可以使用附加段。 堆栈段是内存中的一块存储区，用来存放专用数据。例 如，调用子程序时的入口参数，返回地址等，这些数 据都按照“先进后出”的规则进行存取。SS存放堆栈 段的段基址，SP存放当前堆栈栈顶的偏移地址。数据 进出堆栈要使用专门的堆栈操作指令，SP的值在执行 堆栈操作指令时根据规则自动地进行修改。 编程时，程序和各种不同类型的数据分别存放在不同的 逻辑段中，它们的“段基址”存放在“段寄存器”中， 段内的偏移地址存放在指针寄存器或变址寄存器中。 3． 标志寄存器FLAGS 8086/8088 CPU中设置了一个16位标志寄存器FLAGS， 用来存放运算结果的特征和控制标志，其格式如下：
1.2 8086/8088微处理器结构
1.2.1 8088/8086微处理器内部结构
8086 CPU内部结构如图1-2所示。 从图1-2中可看出，8086 CPU由两个部份即指令执行部 件EU和总线接口部件BIU组成，图中用虚线隔开。 指令执行部件由算术逻辑运算单元ALU、标志寄存 器FLAGS、通用寄存器组和EU控制器等4个部件组 成，其主要功能是执行指令。总线接口部件BIU由 地址加法器、专用寄存器组、指令队列和总线控制 逻辑等4个部件组成。它的主要功能是形成访问存储 器的物理地址；访问存储器取得指令并暂存到指令 队列中等待执行；访问存储器或I/O端口以读取操作 数参与EU运算，或存放运算结果等。
EU控制器负责从BIU的指令队列中取出指令，并对指令译码， 根据指令要求向EU内部各部件发出控制命令以实现各条指 令的功能。 2． 总线接口部件BIU BIU负责与CPU外部的内存储器或I/O端口进行数据传输。 在8086/8088系统中，按照使用的需要，存储器被划分成若干 块（称为“逻辑段”），每“块”存放一种类型的数据或 者程序。EU送来的存储器地址称为逻辑地址，由16位“段 基址”和16位“偏移地址”（段内地址）组成。段基址表 示一个段的起始地址的高16位。偏移地址表示段内的一个 单元距离段开始位置的距离，因此，偏移地址也称为段内 地址。例如，2345H：1100H表示段基址为2345H（这个段 的起始地址是23450H），段内偏移地址为1100H的存储单 元地址。
BX 称为基址寄存器，它可以用作数据寄存器，在访问 存储器时，可以存放被读写的存储单元的地址，是具 有双重功能的寄存器。 CX 称为计数寄存器，它可以用作数据寄存器，在字符 串操作、循环操作和移位操作时用作计数器。 DX 称为数据寄存器，它可以用作数据寄存器，在乘、 除法中作为辅助累加器，在输入输出操作中存放接口 的地址。 另一组4个16位寄存器，主要用来存放操作数的偏移地址 （即操作数的段内地址）。 SP 称为堆栈指针寄存器，在堆栈操作中存放栈顶的偏移 地址。 BP 称为基址指针寄存器，常用作堆栈区的基地址寄存 器。