2微机接口CPU系统结构(s)
微机系统及其接口设计原理 课后习题
第二章、练习
1． 8086 CPU由哪两部分组成？它们的主要功能 是什么？8086与8088的主要区别是什么？
8086/8088微处理器的内部组成结构按照功能可分成
总线接口部件BIU(Bus Interface Unit)和指令执行部件 EU（Execution Unit）两大部分。 BIU的主要作用是实现CPU对外部三总线的控制并 与外部进行数据交换。具体的操作主要是根据指令 的要求合成20位的地址信号及产生与外部总线数据 传输需要的控制信号时序，最终实现与外部的数据 交换。
2． 8086/8088 CPU内部有哪些 寄存器？其主要作用是什么？
通用寄存器：AX，BX，CX，DX
AX（AH+AL）：累加器（Accumulator）。是寄存器中
最忙的一个。大多数的算术和逻辑运算以及输入/输 出都必须经由它进行。 BX（BH+BL）：基地址寄存器（Base）。在间接寻址 中作为偏移地址寄存器；在基址寻址中作为基地址寄 存器。 CX（CH+CL）：计数寄存器（Count）。在块传送和 循环等指令中固定的充当计数器。 DX（DH+DL）：数据寄存器（Data）。在乘除法指 令中固定充当辅助的操作数寄存器；在输入/输出指 令中固定作为外设口地址寄存器。
3．试述8086/8088 CPU中的SP， BP，SI，DI有何种特殊用途。
SP：堆栈指针（Stack Pointer）。 固定配合SS来指定
（寻址）内存中的堆栈区栈顶的当前偏移地址。当 执行完入栈/出栈指令后，SP的值会自动减2/加2。 其值将始终指向栈顶位置。 BP：基数指针（Base Pointer）。 用于提供多种寻址 方式中的偏移地址或基地址，还用于配合SS提供堆 栈区的非栈顶单元偏移地址。
第2章微型计算机系统基础知识资料
键盘 鼠标 扫描仪 摄象机 数字化仪
键盘
鼠标
其他输入设备
输 入 设 备
扫描仪 摄象机
输出设备
输出设备
将计算机处理和计算后所得 的结果以一种人们便于识别 的形式记录、显示或打印出 来的设备
常输见出输设出备？ 设备？
显示器 打印机 音箱
显示器
打印机
1.3 微型计算机的软件系统
软件是微机的灵魂。
存储容量 内存储器可以容纳的二进制信息量， 以KB、MB、GB为单位
存取周期 存储器两次连续、独立的操作之间所需 的最短时间，以ns为单位
外存储器
外存储器（辅助存储器） 用来长期保存数据、信息； 一般包括存储介质和驱动器。
外存储器有那些种类?
外存器种类
外存储器
软盘存储器 硬盘存储器 光盘存储器 U盘存储器
采用磁性介质进行光 存储的技术 可擦写
光盘存储器分类
光盘存储器
只读型光盘CD－ROM 一次写入型光盘CD－R 可重写刻录型光盘CD－RW
U盘存储器
U盘存储器 USB移动Flash盘，俗称优盘，e盘。
输入设备
输入设备 向计算机输入信息 的设备，是人与计 算机对话的重要工具
常输见入输设入备？ 设备？
硬盘存储器
硬盘存储器构造
盘片
读/写磁头
数据线接口
电源接口
硬盘的存储容量
存存储储容容量量= ？
磁道
柱面
磁头数×柱面数×
扇区
每扇区字节数×扇
区数。
硬盘的主要性能指标
转速 目前硬盘主轴电机的转速为5400r/min 到7200r/min
硬盘的主要性能指标
平均访问时间 磁头从开始到达目标磁道的时间， 硬盘的平均寻道时间为8ms到 12ms。
微机原理接口
微机原理接口
微机原理接口是计算机系统中用于连接外部设备的接口，用于实现数据和控制信号的传递。
接口通常由硬件和软件组成，硬件部分包括物理接口和逻辑接口。
物理接口是指连接计算机与外部设备之间的电缆、插座、连接器等物理连接部分。
不同的外部设备需要的物理接口类型各不相同，常见的物理接口有USB接口、HDMI接口、VGA接口等。
物理接口的设计需要考虑带宽、传输速率、信号噪声等因素。
逻辑接口是指连接计算机与外部设备之间的软件接口，通过逻辑接口可以实现数据的读写、设备的控制等功能。
逻辑接口通常由驱动程序提供，驱动程序负责将计算机的指令转换为硬件操作，使计算机与外部设备进行有效的交互。
在计算机系统中，各个设备的接口需要进行标准化，以确保不同厂商生产的设备可以互相兼容。
例如，USB接口就是一种标准接口，使得不同品牌的计算机可以连接同一种类型的USB设备。
接口的设计需要考虑可靠性、易用性、扩展性等因素。
良好的接口设计能够提高系统的稳定性和性能，使得不同外部设备能够方便地连接到计算机系统中，为用户带来更好的使用体验。
第二章 微型计算机系统
16
外存：永久性存储器 外存：永久性存储器
存储器与存储系统
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存储器是一种具有保存和存取信息（程序、数据） 存储器是一种具有保存和存取信息（程序、数据） 是一种具有保存和存取信息 的设备/器件，是计算机系统不可或缺的资源。 的设备/器件，是计算机系统不可或缺的资源。 现代微型计算机的存储系统结构： 现代微型计算机的存储系统结构： 高速缓存--主存 外存 主存-高速缓存--主存--外存 为什么采用这种结构？ 为什么采用这种结构？ 指令执行速度依赖于内存读写速度 高速CPU需配置高速内存 高速CPU需配置高速内存 大软件需配置大容量内存 高速度 大容量 17
13
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问：内存与外存是一回事吗？
• 能被计算机系统总线直接相连控制的存储器称为内存； 能被计算机系统总线直接相连控制的存储器称为内存； • 通过I/O接口才能被 接口才能被CPU控制的存储器称为外存。 控制的存储器称为外存。 通过 接口才能被 控制的存储器称为外存
第2章 微型计算机系统
硬件和软件系统
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软件 程序及其配套的 数据、文档等
软件
计算机 系统
硬件 “看得见、摸得着 ”的物理载体
硬件
2
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7
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问：主机包含哪些部件？ CPU又是什么意思？ 又是什么意思？ 主机包含哪些部件？ CPU又是什么意思 答：
微机原理与接口技术复习资料(概念背诵)
1、微处理器（CPU）由运算器、控制器、寄存器组三部分组成。
2、运算器由算术逻辑单元ALU、通用或专用寄存器组及内部总线三部分组成。
3、控制器的功能有指令控制、时序控制、操作控制，控制器内部由程序计数器PC、指令寄存器IR、指令译码器ID、时序控制部件以及微操作控制部件（核心）组成。
4、8088与存储器和I/O接口进行数据传输的外部数据总线宽度为8位，而8086的数据总线空度为16位。
除此之外，两者几乎没有任何差别。
5、在程序执行过程中，CPU总是有规律的执行以下步骤：a从存储器中取出下一条指令b指令译码c如果指令需要，从存储器中读取操作数d执行指令e如果需要，将结果写入存储器。
6、8088/8086将上述步骤分配给了两个独立的部件：执行单元EU、总线接口单元BIU。
EU作用：负责分析指令（指令译码）和执行指令、暂存中间运算结果并保留结果的特征，它由算数逻辑单元（运算器）ALU、通用寄存器、标志寄存器、EU控制电路组成。
BIU作用：负责取指令、取操作、写结果，它由段寄存器、指令指针寄存器、指令队列、地址加法器、总线控制逻辑组成。
7、8088/8086CPU的内部结构都是16位的，即内部寄存器只能存放16位二进制码，内部总线也只能传送16位二进制码。
8、为了尽可能地提高系统管理（寻址）内存的能力，8088/8086采用了分段管理的方法，将内存地址空间分为了多个逻辑段，每个逻辑段最大为64K个单元，段内每个单元的地址长度为16位。
9、8088/8086系统中，内存每个单元的地址都有两部分组成，即段地址和段内偏移地址。
10、8088/8086CPU都是具有40条引出线的集成电路芯片，采用双列直插式封装，当MN/MX=1时，8088/8086工作在最小模式，当MN/MX=0时，8088/8086工作在最大模式。
11、8088/8086 CPU内部共有14个16位寄存器。
按其功能可分为三大类，即通用寄存器（8个）、段寄存器（4个）、控制寄存器（2个）。
第2章微型计算机系统的组成及工作原理
2.5.6 ISA总线的定义与应用
2. ISA总线的信号线定义 ——98芯插槽，包括地址线、数据线、控制线、时钟和电源线 (1)地址线：SA019和LA1723 (2)数据线：SD015 (3)控制线：AEN、BALE、 IOR 和 IOW、 SMEMR和 SMEMW
MEMR 和 MEMW、 MEM CS16 和 I/O CS16 、SBHE
2.1.2 微机系统的软件配置
系统软件、工具软件、应用软件、用户应用程序
.3 微机系统中的信息流与信息链
1. 微机系统中信息流与信息链的构成 信息流：存储器中的数据、程序代码；接口寄存器中的I/O数据、 状态、I/O命令 信息链：信息流在系统中流动的路径； 包括物理(硬件)环节和逻辑(软件)环节 2. 微机系统中信息流与信息链 ——早期微机系统/现代微机系统中的信息链 3. 研究信息流与信息链的意义 ——通过信息流从整体上认识微机体系结构和组成微机系统的各 部件之间的关系
2.5.7 现代微机总线技术的新特点
3. 总线桥 (1) 总线桥 ——总线转换器和控制器，是两种不同总线间的总线接口 内部包含兼容协议及总线信号和数据缓冲电路；把一条总线映 射到另一条总线上 北桥：连接CPU总线和PCI总线的桥 南桥：连接PCI总线和本地总线(如ISA)的桥 (2) PCI总线芯片组 ——实现总线桥功能的一组大规模集成专用电路 保持主板结构不变前提下，改变这些芯片组的设计，即可适应 不同微处理器的要求 4. 多级总线结构中接口与总线的连接
2.4 I/O设备与I/O设备接口
2.4.1 I/O设备及其接口的作用
1. I/O设备的作用 2. I/O设备接口的作用——连接与转换
2.4.2 I/O设备的类型及设备的逻辑概念
第2章微型计算机的组成及应用
2. 微型计算机分类
按主机、I/0接口和系统总线组成部件所在位置 划分为：
① 单片机：组成部件集成在一个超大规模芯片 上，用于控制仪器仪表等。、
② 单板机：各组成部件装配在一块电路板上， 常用于实验控制。
③ 多板机：各组成部件装配在多块电路板上， 如台式微型计算机、便携式PC机。
2.1.2 微型计算机系统的配件
2.4.2 CMOS
“小随机存储器”，靠电池供电。用于保存系统当 前配置，如系统日期和时间、硬盘格式和容量、内存 容量等。这些信息既是系统启动时必读信息，也是更 新硬件时要修改的信息。
2.4.3 高速缓存Cache
为了解决CPU与内存之间速度不匹配的问题，引 入高速缓存技术。高速缓存介于内存和CPU之间，是高 速存取信息的芯片。它存取速度比内存快，但容量不 大，主要用于存放当前使用最多的程序段和数据块， 并以接近CPU的速度向CPU提供程序指令和数据。
AGP（Accelerated Graphics Port）扩展槽：专门用于图形显示 卡，是在PCI总线基础上发展起来的，主要针对图形显示方面 进行了优化。AGP插槽通常是棕色，随着显卡速度的提高， AGP接口已经不能满足显卡传输数据速度的要求，目前AGP 显卡已经逐渐被PCI Express接口显卡所取代。
2.4 微型机系统存储器
内存是微机重要配置之一，内存容量及性能是影响微机性 能的重要因素。在Pentium Ⅲ系列微型计算机中，内存条以使 用168 Pin SDRAM(同步动态随机存取存储器 )型为主，目前在 Pentium 4系列微型计算机中，多数采用DDR内存条。
图2.3.1 微型计算机内存储器（条）
为方便识别主板上的各种接口，PC99技术规格规 范了主板设计要求，提出主板各接口必须采用颜色识 别标识。
单片机CPU的内部结构
• 最大模式：存储器与IO读写 信号由总线控制器产生，要 较多外围芯片。
• 最小模式：存储器与I/O读写 信号由CPU直接提供，外围 芯片较少。
联合使用。CPU每5个
10
时钟时钟周期检测一次
11
12
TEST信号，如高，继
13
续执行WAIT，否则， 跳过WAIT指令，执行
14 15 AD0 16
后续指令。
NMI 17 INTR 18
Intel 8088
33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 TEST
• 可用来支持实现多CPU 协同工作。
14
) DF：方向标志，用来控制串操作指令的执 行。
– DF=0则串操作指令的地址自动增量； – 若DF=1，则自动减量。
) IF：中断标志，用来控制对可屏蔽中断的响 应。
– IF=1, 则允许CPU响应可屏蔽中断； – IF=0，则CPU不能响应可屏蔽中断。
) TF：单步标志。
– 若TF=1，则CPU进入单步工作方式，即CPU每执 行一条指令就自动产生一次内部中断；
Intel 8088
40 39 A15 38 A16/S3 37 36 35 A19/S6 34 33 32
31
30 29 28 27 26 25 24 23
共20根地址线，寻址空间
19 20
21
为：220＝1M
22
21 22
1
40
数据总线
A14 2 3
39 A15 38 A16/S3
4
37
分时输出的AD0～AD7，
5第一节cpu的内部逻辑结构一cpu的组成和功能1cpu的组成cpu主要由运算器控制器寄存器组和片内总线等组成2cpu的功能1指令控制2操作控制3时序控制4执行指令5数据加工运算2eu20位地址ahalbhbl加法器biuchcldhdlspesbpds总线siss控制csipdi逻辑数据算逻部件执行部件控制123456标志寄存器系统指令队列8086微处理器的内部结构4具体的说地址加法器将段寄存器16位的内容左移4位然后与指令指针寄存器ip的内容相加得到20位的物理地址
微处理器与系统结构PPT详细讲解
•29 •HLDA* •28 •WR*
有效，三态)
•27 •M/IO* 测试信号(输入、低电
•26 •DT/R* •25 •DEN*
平有效)
•24 •23 •22
•ALE* •INTA* •TEST
READY 准备就绪(输入 、高电平有效)
•21 •READY
•RESET
状态信号指示当前使用段
一、8086通用引脚信号
•1
•40 •VCC
•2
•39 •AD15 INTR可屏蔽中断请求
•3 •4
•38 •A16/S3 •37 •A17/S4
信号(输入、高有效)
•5 •6
•36 •35
•A18/S5 •A19/S6
NMI非屏蔽中断请求(
•7 •8
•34 •BHE/S7 •33 •MN/M
输入，上升沿触发)
•GND •AD14 •AD13 •AD12 •AD11 •AD10 •AD9 •AD8 •AD7 •AD6 •AD5 •AD4 •AD3 •AD2 •AD1 •AD0 •NMI •INTR •CLK •GND
二、8086最小模式引脚信号
M/ 存储器/IO控制信号
•1 •2 •3
•40 •39 •38
微处理器与系统结构PPT详 细讲解
第二章学习要点
重点掌握内容： 1．微处理器的基本结构。 2．Intel 8086微处理器的基本结构，包括： 功能结构、寄存器结构和总线结构。 3．Intel 8086微处理器系统的组成： 控制核心单元＋存储器组织＋I/O端口组织 4．Intel 8086微处理器在最小模式下的典型总线 操作和时序。 5．几个重要概念：时钟周期，总线周期，指令周期。
微机复习资料2
10550H
CS
250A0H
右图所示。
操作数的物理地址为：
2EF00H
DS ES
250AH×10H+0204H= 252A4H
8FF00H
SS
堆栈及堆栈段的使用
内存中一个按FILO方式操作的特殊区域； 每次压栈和退栈均以字节为单位； SS存放堆栈段地址，SP存放段内偏移，SS:SP构 成了堆栈指针； 堆栈用于存放返回地址、过程参数或需要保护的 数据； 常用于响应中断或子程序调用。
控制标志：3个
TF—陷阱标志位(单步标志位、跟踪标志)。当该位 置1时，将使8086/8088进入单步工作方式，通常 用于程序的调试。 IF—中断允许标志位，若该位置1，则处理器可以响 应可屏蔽中断，否则就不能响应可屏蔽中断。 DF—方向标志位，若该位置1，则串操作指令的地址 修改为自动减量方向，反之，为自动增量方向。
曹 晶
1
主要内容：
8088/8086 CPU的结构及工作原理 系统总线
2
§2.1 微处理器概述
3
运算器
微处理器 存储器 I/O接口 总线 ALU 寄存器 控制器
硬件系统 微 型 计算机 系 统 软件系统
微 型 计算机 (主机)
外 设 系统软件 应用软件
键盘、鼠标 显示器 软驱、硬盘、光驱 打印机、扫描仪
10
串行工作方式：
CPU BUS
取指令 1
执行 1
存结果 1
取指令 2
取操 作数2执行 2 Nhomakorabea忙碌忙碌
忙碌
忙碌
1） CPU访问存储器(存取数据或指令)时要等待总线 操作的完成 2） CPU执行指令时总线处于空闲状态 缺点：CPU无法全速运行。 解决：总线空闲时预取指令，使CPU需要指令时能立 刻得到。 11
第2章_微型计算机系统基础(2)
2.2.3 存储器
计算机的存储器用来存放程序和数据，其容量的大 小、存取数据速度的快慢将直接影响到微机系统的性能。
随机存储器 RAM
主存储器 （内 存） 只读存储器 ROM 可编程只读存储器 PROM 可改写只读存储器 EPROM
存 储 器
外存储器 （辅助存储 器）
磁盘存储器：软磁盘、硬磁盘 光盘存储器
（3）控制总线（CB）：用于传送控制信 息和时序信息。控制信息中，有的是 CPU向内存或CPU向I/O接口电路发出的 信号，如读/写信息、片选信号、中断 响应信号等。控制总线上的信息传送方 向由具体控制信号而定，一般是双向的， 控制总线的位数要根据系统的实际需要 确定。
3．外部总线 外部总线是微型计算机和外部设备 之间的总线，微型计算机作为一种设备， 通过该总线和其他设备进行信息与数据 交换。
内存地址
RAM在实际存储的时候被分成 为许多等长的存储单元，在微机 中一般按照字节存储，即按字节 来分存储单元。比如，如果有内 存１kB，则被分为1024个存储单 元。每个存储单元将被赋予一个 编号即内存地址。 注意区分内存地址和内存 地址中的内容。
FFFFH
0002H
0001H
0000H
2、外存
2.2.7 微型计算机的主要性能指标
性能指标
（分32位、64位等几种字长）
重点
字长：计算机一次可并行处理的二进制数码的位数
运算速度（或时钟频率）——MIPS（每秒百万条指令） 主频，即主时钟频率。 80486：33MHZ~66MHZ之间 Pentium 4：2.4GHZ 频率越高，速度越快。 主（内）存贮器的容量：128MB/256MB/512MB/1GB等 外部设备配置 此外，还有功能指标、可靠性指标、兼容性指标等。
微机原理 1-3系统组成
•分布式操作系统——分布式计算机，MDS、CDCS 目前常用：DOS、Windows、Unix、Linux、Vista
微机原理与接口技术 §1.3 计算机系统组成
第1章 微型计算机基础知识
§1.3.5 软件系统
操作系统* 汇编程序 语言处理程序* 解释程序 数据库系统 编译程序
分类：
软件系统
系统软件
§1.3I/O接口
输入设备：键盘、鼠标，摄像头、扫描仪、触摸屏、MIC等
（指将原始信息，如数据、程序、控制命令等转换为计 算机所能识别的信息，并存入计算机内存的设备。）
输出设备：显示器、打印机、绘图仪等
（将存储在内存中的处理结果或其它信息，以能为 人所接受的或能为其它计算机接受的形式输出。）
编程对象
语句元素
面向机器
由“0”、“1”构成
面向机器
用助记符编程
面向“过程”
用语言按照语法规 则编写，如BASIC
运行条件
机器直接理解运行
需要“解释器”翻 需要“汇编器”翻 译为目标指令，再 译为机器语言才能 由“编译器”翻译 执行 为机器语言
特点
可读性、可记忆性 难学、难记、难读、难改， 易学、易懂，程序 好，效率高、实时 占内存少，速度快 容量大，速度慢 性强 1011 0000 0001 0000 0000 0100 0000 0101 01000100000011000000000 MOV AL，16 ADD AL，4 MOV ADDR6，AL C++语言 ADDR6=16+4
第1章 微型计算机基础知识
§1.3.5 软件系统
分类：
对计算机本身进行操作 和管理，提供给用户操作 环境和软件运行环境。
微机系统基础知识
微型计算机系统基础知识微型计算机简称“微型机”、“微机”，由于其具备人脑的某些功能，所以也称其为“微电脑”。
微型计算机是由大规模集成电路组成的、体积较小的电子计算机。
它是以微处理器为基础，配以内存储器及输入输出(I/0)接口电路和相应的辅助电路而构成的裸机。
微型计算机的特点是体积小、灵活性大、价格便宜、使用方便。
把微型计算机集成在一个芯片上即构成单片微型计算机(Single Chip Microcomputer)。
由微型计算机配以相应的外围设备（如打印机）及其他专用电路、电源、面板、机架以及足够的软件构成的系统叫做微型计算机系统(Microcomputer System)（即通常说的电脑）。
一个完整的微型计算机系统包括硬件系统和软件系统两大部分。
硬件系统由运算器、控制器、存储器（含内存、外存和缓存）、各种输入输出设备组成，采用“ 指令驱动”方式工作。
软件系统可分为系统软件和应用软件。
系统软件是指管理、监控和维护计算机资源（包括硬件和软件）的软件。
它主要包括：操作系统、各种语言处理程序、数据库管理系统以及各种工具软件等。
其中操作系统是系统软件的核心，用户只有通过操作系统才能完成对计算机的各种操作。
应用软件是为某种应用目的而编制的计算机程序，如文字处理软件、图形图像处理软件、网络通信软件、财务管理软件、CAD软件、各种程序包等。
20世纪70年代以来，随着大规模和超大规模集成电路的发展，微型计算机性能不断提高，价格不断降低，软件也不断推陈出新。
多媒体技术和网络技术的产生和发展，使微型计算机不仅能处理数据、文字、图形，还可以处理音频、视频、动画，在Internet上浏览信息，发送/接收电子邮件等，因此微型计算机的应用越来越广泛。
本章将重点介绍微型计算机系统的基础知识。
2.1 微型计算机的硬件系统随着半导体集成电路的集成度的不断提高，微型计算机的硬件发展越来越快。
其发展规律遵循“摩尔定律”，即每18个月，其集成度提高一倍、速度提高一倍、价格降低一半。
计算机系统结构密训
计算机系统结构密训计算机系统结构是指计算机硬件和软件组件之间的关系和交互方式。
它涉及到计算机内部各个组成部分的功能、连接方式、层次结构等方面。
计算机系统结构主要包括以下几个方面：1.中央处理器（CPU）：CPU是计算机的核心部件，负责执行指令和处理数据。
它包括算术逻辑单元（ALU）、控制单元（CU）和寄存器等部分。
ALU用于执行算术和逻辑运算，CU负责控制指令的执行过程，寄存器用于暂存数据和指令。
2.存储器：存储器用于存储计算机的数据和指令。
主要包括内存（RAM）和外存（硬盘、光盘等）。
内存是计算机中实时存取数据和指令的地方，而外存用于长期存储数据和指令。
3.输入输出设备：输入输出设备用于与计算机进行交互。
常见的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪等，输出设备有屏幕、打印机、音箱等。
输入设备将外界的信息输入到计算机中，输出设备将计算机处理后的数据和结果展示给用户。
4.总线：总线是连接计算机各个组件的通信线路。
它分为数据总线、地址总线和控制总线。
数据总线负责传输数据，地址总线用于传输存储器地址，控制总线用于传输控制信号。
5.指令集架构：指令集架构是计算机硬件与软件之间的接口规范。
它决定了计算机能够执行的指令和支持的数据类型。
常见的指令集架构有精简指令集（RISC）和复杂指令集（CISC）。
6.并行计算：并行计算是指多个处理器同时执行任务，以提高计算机系统的性能。
它可以通过并行算法和并行硬件来实现。
常见的并行计算模式有并行计算、向量计算和并发计算。
7.系统层次结构：系统层次结构描述了计算机系统的层次组织关系。
常见的系统层次结构有冯·诺依曼结构和哈佛结构。
冯·诺依曼结构将数据和指令存储在同一存储器中，哈佛结构则将其分开存储。
计算机系统结构是计算机科学中的重要概念，对于我们理解计算机工作原理、进行系统设计和优化都起着重要的作用。
通过合理设计计算机系统结构，可以提高计算机系统的性能、可靠性和可扩展性。
微机原理2-1：8088CPU内部结构、寄存器组、存储器组织
栈段和附加段。
段寄存器即是存放各个逻辑段段首地址的寄 存器。
23
存储器的分段管理
8088有20条地址线， 20＝1MB， 最大可寻址空间为 2 可寻址的地址范围为 00000H～FFFFFH 该地址称物理地址 硬件用 20位的物理地址来对存储单元进行寻 址
24
存储器的分段管理
由于 8088 中的地址寄存器都是 16 位的，用 户不能直接使用20位的物理地址，编程时需 要使用逻辑地址来寻址存储单元。 物理地址 14700H 逻辑地址由两个16位数构成，其形式为： 逻辑地址 1460H:100H 段的起始地址 ： 段内的偏移地址 （16位段地址） ：（ 16位偏移量）
分隔符
7
②指针和变址寄存器 共BP、SP、SI、DI四个 BP：基址指针寄存器Base Pointer ，默认表示
堆栈段基地址；
SP：堆栈指针寄存器Stack Pointer，指示栈顶 SI：源变址寄存器Source Index DI：目的变址寄存器Destination Index
8
2、标志寄存器 标志寄存器（ FR ）是 一个 十六位的 寄存器，但只利用了其中的9位：六个条 件标志和三个控制标志。
CLI 指令复位中断标志：IF＝0
STI 指令置位中断标志：IF＝1
20
陷阱标志TF（Trap Flag）
用于控制处理器是否进入单步执行方式： 设置TF＝0，处理器正常工作； 设置 TF＝1，处理器每执行一条指令就中断一次， 中断编号为 1 （称单步中断）， TF 也被称为单 步标志。 单步执行和单步调试
注意： PF 标志仅反映最低 8 位中“ 1 ”的个数
微机原理与接口技术(第二版)课后习题答案
微机原理与接口技术（第二版）课后习题答案第1章作业答案1.1 微处理器、微型计算机和微型计算机系统三者之间有什么不同?解：把CPU(运算器和控制器)用大规模集成电路技术做在一个芯片上,即为微处理器。
微处理器加上一定数量的存储器和外部设备(或外部设备的接口)构成了微型计算机。
微型计算机与管理、维护计算机硬件以及支持应用的软件相结合就形成了微型计算机系统。
1.2 CPU在内部结构上由哪几部分组成?CPU应该具备哪些主要功能? 解：CPU主要由起运算器作用的算术逻辑单元、起控制器作用的指令寄存器、指令译码器、可编程逻辑阵列和标志寄存器等一些寄存器组成。
其主要功能是进行算术和逻辑运算以及控制计算机按照程序的规定自动运行。
1.3 微型计算机采用总线结构有什么优点?解：采用总线结构,扩大了数据传送的灵活性、减少了连线。
而且总线可以标准化,易于兼容和工业化生产。
1.4 数据总线和地址总线在结构上有什么不同之处?如果一个系统的数据和地址合用一套总线或者合用部分总线,那么要靠什么来区分地址和数据?解：数据总线是双向的(数据既可以读也可以写),而地址总线是单向的。
8086CPU为了减少芯片的引脚数量,采用数据与地址线复用,既作数据总线也作为地址总线。
它们主要靠信号的时序来区分。
通常在读写数据时,总是先输出地址(指定要读或写数据的单元),过一段时间再读或写数据。
1.8在给定的模型中，写出用累加器的办法实现15×15的程序。
解： LD A， 0LD H， 15LOOP：ADD A， 15DEC HJP NZ， LOOPHALT第 2 章作业答案2.1 IA-32结构微处理器直至Pentillm4,有哪几种?解：80386、30486、Pentium、Pentium Pro、Peruium II 、PentiumIII、Pentium4。
2.6 IA-32结构微处理器有哪几种操作模式?解：IA一32结构支持3种操作模式:保护模式、实地址模式和系统管理模式。
微机原理与接口技术第2章8086系统结构
第二章8086体系结构与80x86CPU1．8086CPU由哪两部分构成？它们的主要功能是什么？答：8086CPU由两部分组成：指令执行部件(EU，Execution Unit)和总线接口部件(BIU，Bus Interface Unit)。
指令执行部件（EU）主要由算术逻辑运算单元(ALU)、标志寄存器FR、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)主要由地址加法器、专用寄存器组、指令队列和总线控制电路等4个部件组成，其主要功能是形成访问存储器的物理地址、访问存储器并取指令暂存到指令队列中等待执行，访问存储器或I／O端口读取操作数参加EU运算或存放运算结果等。
2．8086CPU预取指令队列有什么好处？8086CPU内部的并行操作体现在哪里？答：8086CPU的预取指令队列由6个字节组成，按照8086CPU的设计要求，指令执行部件（EU）在执行指令时，不是直接通过访问存储器取指令，而是从指令队列中取得指令代码，并分析执行它。
从速度上看，该指令队列是在CPU 内部，EU从指令队列中获得指令的速度会远远超过直接从内存中读取指令。
8086CPU内部的并行操作体现在指令执行的同时，待执行的指令也同时从内存中读取，并送到指令队列。
3．8086CPU中有哪些寄存器？各有什么用途？答：指令执行部件（EU）设有8个16位通用寄存器AX、BX、CX、DX、SP、BP、SI、DI，主要用途是保存数据和地址（包括内存地址和I/O端口地址）。
其中AX、BX、CX、DX主要用于保存数据，BX可用于保存地址，DX还用于保存I/O端口地址；BP、SI、DI主要用于保存地址；SP用于保存堆栈指针。
标志寄存器FR用于存放运算结果特征和控制CPU操作。
BIU中的段寄存器包括CS、DS、ES、SS，主要用途是保存段地址，其中CS代码段寄存器中存放程序代码段起始地址的高16位，DS数据段寄存器中存放数据段起始地址的高16位，SS堆栈段寄存器中存放堆栈段起始地址的高16位，ES扩展段寄存器中存放扩展数据段起始地址的高16位。
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2.1.1 8086 CPU的内部结构
1. 总线接口部件BIU
BIU的工作过程
首先由CS中的16位段基值,在最低位后面补4个0,加上 IP中的16位偏移地址,在加法器内形成20位物理地址, 直接送A-BUS,通过总线控制逻辑发存储器读信号,按给 定的地址从存储器中取指令,送到指令队列中等待执行. 指令队列可存储6字节指令代码，先进先出由EU取指 令执行 当8086指令队列有2个/2个以上字节空余时，BIU便会 自动执行取指操作，填满指令队列，且自动调整指令 队列输入端指针。
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第二章 16位和32位微处理器
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主要内容
• 8086 16位微处理器基本结构特点 • 8086CPU内部结构 • 8086CPU的引脚及功能 • 8086存储器组织
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• 8086系统配臵(最小模式的系统配臵)
• 8086CPU的时序与操作 • Intel结构（IA）处理器进化 • Pentium 微处理器
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8086 16位微处理器基本结构的特点
INTEL 8086 CPU芯片描述：
1. 是16位的微处理器
2. 用HMOS工艺制造，外型为双列直插，有40个引脚 3. 时钟频率3种：8086（5MHz）、8086-2（8 MHz）、 8086-1（ 10MHz） 4. 有16根数据线和20根地址线，直接寻址的存储空间为1M字 节，可访问64K个8位的I/O接口 5. 有一套完整的、功能很强的指令系统 6. 既可用来构成单处理器系统，也可与8087协处理器及 8089 I/O处理器构成多处理器系统
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2.2.1 8086/8088 CPU在最小模式中引脚定义
3、BHE/S7（总线高位使能/状态线）三态、输出 功能：T1状态：BHE低电平有效，指出数据总线上D15-D8 高8位数据有效。AD0地址线指出数据总线上低8位数据 有效。即BHE作为高8位数据的选通信号 T2~T4：输出S7状态。 S7未定义 4、 MN/MX（最小/最大工作模式选择信号） 输入 工作在最大模式，CPU的S2~S0提供给总线控制器8288， 由8288产生总线控制信号，以支持构成多处理器系统。
OF DF IF TF SF ZF
AF
PF
CF
溢 出 标 志
方 向 标 志
中 断 标 志
单 步 标 志
符 号 标 志
全 零 标 志
辅 助 进 位
奇 偶 校 验
进 位 标 志
IF=1 允许中断 IF=0 关闭中断 DF=0 地址指针自动增量 DF=1 地址指针自动减量
PF=1 偶数个1 PF=0 奇数个1
• EU每执行完一条指令，从指令队列首取指。系统初始化后， 指令队列为空，EU等待BIU从内存取指，填充指令队列。 • EU取得指令，译码并执行指令。若指令需要存/取操作数，需 访问存储器或I/O，EU向BIU发出访问总线请求。
• 当BIU接到EU的总线请求，若正忙（正在执行取指总线周期）， 则必须等待BIU执行完当前的总线周期，方能响应EU请求；若 BIU空闲，则立即执行EU申请总线的请求。 • EU执行转移、调用和返回指令时，若下一条指令不在指令队 列中，则队列被自动清除，BIU根据本条指令执行情况重新取 指和填充指令队列。
取指令
指令排队 读/写操作数 总线控制
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2.1.1 8086 CPU的内部结构
1. 总线接口部件BIU
组成：
段寄存器CS、DS、SS、ES
指令指针寄存器IP，下一条指令的偏移地址 20位物理地址加法器，形成20位物理地址 6字节的指令队列，预放6字节的指令代码 总线控制逻辑，发出总线控制信号
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2.1.1 8086 CPU的内部结构 2. 指令执行部件EU
功能：负责指令译码和指令执行。
组成：
4个通用寄存器AX、BX、CX、DX
4个专用寄存器BP、SP、SI、DI 标志寄存器（程序状态字）PSW 算术逻辑运算单元ALU EU控制电路，取指令控制和时序控制
输入/输出 控制电路
外部 总线
运算寄存器 执行部件 控制电路 8位
1 2 3 4 5 6
ALU
1.
标志
从指令队列中取指令， 进行译码
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指令队列
3. 申请访 问存储 器或 I/O端 口。
EU和BIU的操作关系和指令流水 1）EU和BIU的操作原则
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• BIU指令队列有2个或2个以上字节为空时，BIU自动启动总线 周期，取指填充指令队列。直至队列满，且EU对BIU又没有总 线访问请求时， BIU进入空闲状态。
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2. 若需要操作数，送操 EU工作过程 作数的16位偏移地址 给BIU，形成20位物 理地址。 地址加法器 通用寄存器
AH BH CH DH SP BP DI SI AL BL CL DL
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20位
∑ 16位
4. 向EU内部各 部件发出控制 命令，完成相 映操作。
16位
CS DS SS ES IP
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2.2 8086 CPU的引脚及其功能
• 8086/8088 CPU 可以工作在两种工作模式：最大 模式和最小模式，引脚24-31的8条引脚在两种模 式中的功能不同。（）中用于最大模式。
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2.2 8086 CPU的引脚及其功能
GND
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
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2）指令流水（EU+BIU带来的好处）
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2.1.2内部寄存器结构
15 8 7 0 15 0
AX BX CX DX
AH BH CH DH
AL BL CL DL
累加器 基址寄存器 计数寄存器 数据寄存器
CS DS SS ES 段寄存器
代码段寄存器 数据段寄存器 堆栈段寄存器 附加段寄存器
• 32 位微处理器Pentium的先进技术 •Pentium的三种工作方式
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1978年，80x86第一代16位微处理器。 第一次将流水线思想引进微处理器：指令级流水。
存储器分段管理机制引入处理器，扩大寻址能力。
只有整数运算指令。可配套协处理器8087、I/O处理 器8089，具备较强大计算能力和I/O处理能力。 推出8088，8位外部数据总线，兼容丰富的8位配套 器件， 8088内部与8086结构基本相同。
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2.2.1 8086/8088 CPU在最小模式中引脚定义
S6=0：指示8086/8088当前与总线相连。 S5=1：当前允许可屏蔽中断请求； S5=0：当前禁止可屏蔽中断请求。 S4 S3 CPU当前正在使用的段寄存器 0 0 ES
0
1 1
1Байду номын сангаас
0 1
SS
CS，或不需要使用段寄存器（I/O，INT） DS
INTR
A15
BHE / S 7
MN / MX RD
SS0
8086 CPU
HOLD(RQ / GT 0 ) HLDA(RQ / GT1 ) WR (LOCK )
引脚基本构成：共40 条引脚.（20条地址 线，16条数据线，电 源线、控制线等）， 采用双列直插式封装。
M / IO(S 2 )
DT / R (S1 ) DEN (S 0 ) ALE(QS 0 )
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1.状态标志
进位标志（CF）：当执行算术指令时，其结果的最高位有进 位或借位则将CF臵1，否则将CF复位。 奇偶标志（ PF ）：当指令执行的结果是偶校验的，也就是结 果中有偶数个位是逻辑 1 的，则将 PF 臵 1 ，是奇校验的，则将 PF 复位。 辅助进位标志（AF）：在8位二进制数内其中有低位半字节向 高位半字节进位，或高位半字节借位给低位半字节，则将AF臵1 ，否则AF复位。 零标志（ZF）：如果算术或逻辑运算结果为零，则将ZF臵1， 否则ZF复位。 符号标志（ SF ）：将结果的最高位复制到 SF 。也就是，如果 是负数，则将SF臵1，是正数复位。
通用寄存器
15 0 15
0
SP BP SI DI 指针和变址寄存器
堆栈指针寄存器 基址指针寄存器 源变址寄存器 目的变址寄存器
IP PSW 指令指针和标志寄存器
指令指针寄存器 状态标志寄存器
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• 状态标志寄存器PSW 8086使用9位标志位。分为状态标志和控制标志2类
D15 D14 D13 D12 D11 D10 D9 D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
溢出标志（OF）：带符号的结果超出表示范围，则将OF臵1 17 ，如果不超出范围，则OF复位。
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2.控制标志
陷阱标志（TF）：假如TF臵1，8086进入单步方式。 它执行一条指令后就跳到一个专用服务程序上去，以检查 指令执行情况，这种操作方式对于调试程序非常有用。 中断允许标志（IF）：如果IF标志被臵1，在INT输入时 ，8086接受可屏蔽的中断请求。当IF标志复位时，中断请 求被忽略，可屏蔽中断接口被禁止。 方向标志（ DF ）： DF 的逻辑值决定串操作的方向。当 DF臵1时，串指令自动按减地址执行。当DF复位时，串指 令按增加地址执行。
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2.1 8086 CPU结构
8086是16位微处理器.采用双列直插式，40个引脚。其 中16根数据线,20根地址线,直接寻址空间1MB,有较强的 指令系统,可对多种数据类型进行处理。 8088 是准16位微处理器
• 8086/8088CPU由两个独立的总线接口单元 BIU和 指令执行单元EU组成，BIU和EU的操作时并行的。 •总线接口部件BIU：完成取指令，读操作数，送 结果，所有与外部的操作由其完成。 •指令执行部件EU：从BIU的指令队列中取出指令， 并且执行指令。