第二章微处理器的结构及存储器
郑州大学《微型计算机原理及应用》课后习题答案
郑州⼤学《微型计算机原理及应⽤》课后习题答案《微型计算机原理及应⽤》习题解答第⼀章基础知识1.1 解释题(1)微处理器【解答】由⼤规模集成电路芯⽚构成的中央处理器（CPU），叫做微处理器。
(2)微型计算机【解答】以微处理器为基础，配以内存储器、输⼊输出接⼝电路、总线以及相应的辅助电路⽽构成的计算机裸机，叫做微型计算机。
(3)微型计算机系统【解答】微型计算机系统由硬件系统和软件系统组成。
即由微型计算机、配以相应的外部设备（如打印机、显⽰器、键盘、磁盘机等），再配以⾜够的软件⽽构成的系统。
(4)单板机【解答】将微处理器、RA、ROM以及I/O接⼝电路，再配上相应的外设（如⼩键盘、LED显⽰器等）和固化在ROM中的监控程序等，安装在⼀块印刷电路板上构成的微型计算机系统称为单板机。
(5)运算器【解答】运算器是直接完成各种算术运算、逻辑运算的部件，主要由ALU（Arithmetic and Logic Unit,算术逻辑部件）、通⽤寄存器、标志寄存器等组成。
(6)地址总线【解答】地址总线是CPU对内存或外设进⾏寻址时，传送内存及外设端⼝地址的⼀组信号线。
地址总线的条数多少决定了CPU的寻址能⼒。
(7)数据总线【解答】数据总线是CPU与内存或外设进⾏信息交换时，所⽤的⼀组数据信号线。
它决定了CPU ⼀次并⾏传送⼆进制信息的位数，反映出CPU的“字长”这个重要性能指标。
(8)控制总线【解答】控制总线是在CPU与外部部件之间传送控制信息（如读/写命令、中断请求命令等）的⼀组信号线。
1-2 单⽚机应包括哪些基本部件？其主要应⽤于哪些领域？【解答】⼀般单⽚机芯⽚中包括微处理器、RAM、ROM、I/O接⼝电路、定时器/计数器，有的还包括A/D、D/A转换器等。
其主要应⽤于智能化仪器仪表及⼯业控制领域。
1-3 按图1-11和图1-12，写出取第⼆条指令操作码和执⾏第⼆条指令的过程。
【解答】ADD AL,12H指令的取指过程：1)IP的值（002H）送⼊地址寄存器AR；2)IP的内容⾃动加1，变为003H；3)AR将地址码通过地址总线送到存储器的地址译码器，经译码后选中002H单元；4)微处理器给出读命令MEMR；5)所选中的002H单元内容04H送上数据总线DB；6)数据总线DB上的数据04H送到数据寄存器DR；7)因是取指操作，取出的是指令操作码04H，即由DR送⼊指令寄存器IR；8)IR中的操作码经指令译码器ID译码后，通过PLA发出执⾏该指令的有关控制命令。
第二章 8086微处理器
第二章8086/8088微处理器及其系统结构内容提要：1．8086微处理器结构：CPU内部结构：总线接口部件BIU，执行部件EU；CPU寄存器结构：通用寄存器，段寄存器，标志寄存器，指令指针寄存器；CPU引脚及其功能：公用引脚，最小模式控制信号引脚，最大模式控制信号引脚。
2．8086微机系统存储器结构：存储器地址空间与数据存储格式；存储器组成；存储器分段。
3．8086微机系统I/O结构4．8086最小/最大模式系统总线的形成5．8086CPU时序6．最小模式系统中8086CPU的读/写总线周期7．微处理器的发展学习目标1．掌握CPU寄存器结构、作用、CPU引脚功能、存储器分段与物理地址形成、最小/最大模式的概念和系统组建、系统总线形成；2．理解存储器读/写时序；3．了解微处理器的发展。
难点：1．引脚功能，最小/最大模式系统形成；2．存储器读/写时序。
学时：8问题：为什么选择8088/8086？•简单、容易理解掌握•与目前流行的P3、P4向下兼容，形成x86体系•16位CPU目前仍在大量应用思考题1、比较8086CPU与8086CPU的异同之处。
2、8086CPU从功能上分为几部分?各部分由什么组成?各部分的功能是什么?3、CPU的运算功能是由ALU实现的，8086CPU中有几个ALU?是多少位的ALU?起什么作用?4、8086CPU有哪些寄存器?各有什么用途?标志寄存器的各标志位在什么情况下置位?5、8086CPU内哪些寄存器可以和I/O端口打交道，它们各有什么作用?6、8086系统中的物理地址是如何得到的?假如CS=2400H，IP=2l00H，其物理地址是多少?思考题1.从时序的观点分析8088完成一次存储器读操作的过程？2.什么是8088的最大、最小模式？3.在最小模式中，8088如何产生其三总线？4.在最大模式中，为什么要使用总线控制器？思考题1.试述最小模式下读/写总线周期的主要区别。
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。
微机原理课后习题解答
微机原理习题第一章绪论习题与答案1. 把下列二进制数转换成十进制数、十六进制数及BCD码形式。
（1）10110010B =（2）01011101.101B =解：（1）10110010B = 178D = B2H = （0001 0111 1000）BCD （2）01011101.101B = 93.625D = 5D.AH= （1001 0011.0110 0010 0101）BCD2. 把下列十进制数转换成二进制数。
（1）100D =（2）1000D =（3）67.21D =解：（1） 100D = 01100100B（2） 1000D = 1111101000B（3）67.21D = 1000011.0011B3. 把下列十六进制数转换成十进制数、二进制数。
(1) 2B5H =(2) 4CD.A5H =解：（1）2B5H = 693D = 0010 1011 0101B（2）4CD.A5H = 1229.6445D = 0100 1100 1101.1010 0101 B4. 计算下列各式。
（1）A7H+B8H =（2）E4H-A6H =解：（1）A7H+B8H = 15FH（2）E4H-A6H = 3EH5. 写出下列十进制数的原码、反码和补码。
（1）+89（2）-37解：（1）[+89 ] 原码、反码和补码为: 01011001B（2）[-37] 原码= 10100101 B[-37] 反码= 11011010 B[-37] 补码= 11011011 B6．求下列用二进制补码表示的十进制数（1）（01001101）补=（2）（10110101）补=解：（1）（01001101）补= 77D（2）（10110101）补= -75D7．请用8位二进制数写出下列字符带奇校验的ASCII码。
（1）C：1000011 （2）O：1001111（3）M：1001101 （4）P：1010000解：（1）C：0 1000011 （2）O：0 1001111（3）M：1 1001101 （4）P：1 10100008．请用8位二进制数写出下列字符带偶校验的ASCII码。
第二章 8086系统
8086/8088微处理器的结构及指令执行的操作 过程 8086/8088微处理器的寄存器组织、存储器组 织、I/O组织、堆栈 8086/8088在最小模式下引脚功能 8086/8088微处理器在最小模式下的典型配置 8086的操作时序
第二章
8086/8088系统结构
2、物理地址和逻辑地址 8086系统中的每个存储单元在1M内存空间中的位 置可以用2个形式的地址来表示。 物理地址（实际地址、绝对地址）和逻辑地址。
物理地址：是用唯一的20位二进制数所表示的地 址，规定了1M字节存储体中某个具体单元的地址 。 CPU与存储器之间进行信息交换都需要提供的地 址，范围00000H—FFFFFH。
BP作基址寻址 SS 一般数据存取 源字符串 目的字符串 DS DS ES
5、8086存储器的分体结构 由于访问存储器的操作类型不同，BIU所使用的逻辑 地址来源也不同。 （1）存储体
15 00001 00003 00005 512KB× 8（位） 奇地址存储体 （A0=1） 512KB× 8（位） 偶地址存储体 （A0=0） 8 7 0 00000 00002 00004
数据DS、ES：存放数据和运算结果； 堆栈段SS：用来传递参数，保存数据和状态信息。
CS IP
0000
代码段
DS或ES
0000
数据段
SI、DI或BX
SS
0000 SP或BP
堆栈段 存储器
段寄存器和偏移地址寄存器组合关系
存储器分段的好处 （1）使指令系统中的大部分指令仅涉及16位偏移 地址，减少了指令长度，提高了程序的执行速度。 （2）为程序在内存中的浮动分配创造了条件。由 于程序可以浮动地装配在内存任何一个区域。这 使得多道程序和多任务程序能充分使用现有的存 储器容量。
微机原理第二章8086微处理器
▪ 这些引脚就是微处理器级总线。微处理器通过微处理器 级总线沟通与外部部件和设备之间的联系。这些总线及 其信号必须完成以下功能：
▪ （1）和存储器之间交换信息； ▪ （2）和I/O设备之间交换信息； ▪ （3）为了系统工作而接收和输出必要的信号，如输入
▪ 时钟信号输入端。19 CLK（输入） ▪ 8086和8088为5MHz。 ▪ 8086/8088的CLK信号必须由8284A时钟发生器产生。 ▪ 微处理器是在统一的时钟信号CLK控制下，按节拍进行
工作的。
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8086/8088微处理器——微处理器的引脚功能
▪ 工作方式控制线 33
指令执行示例
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第二章：8086/8088微处理器
1. 微处理器ห้องสมุดไป่ตู้结构 2. 微处理器的内部寄存器 3. 微处理器的引脚功能 4. 微处理器的存储器组织 5. 最大模式和最小模式 6. 微处理器的时序
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▪ 存储器分段
▪ 由于CPU内部的寄存器都是16位的，为了
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第二章：8086/8088微处理器
1. 微处理器的结构 2. 微处理器的内部寄存器 3. 微处理器的引脚功能 4. 微处理器的存储器组织 5. 最大模式和最小模式 6. 微处理器的时序
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8086/8088微处理器——微处理器的引脚功能
▪ 一、微处理器的外部结构
时钟脉冲、复位信号、电源和接地等。
微型计算机原理及应用第三版课后答案
微型计算机原理及应用第三版课后答案【篇一：《微型计算机原理及应用》课后习题答案】=txt>第一章1.1 解释题(1) 微处理器【解答】由大规模集成电路芯片构成的中央处理器（cpu），叫做微处理器。
(2) 微型计算机【解答】以微处理器为基础，配以内存储器、输入输出接口电路、总线以及相应的辅助电路而构成的计算机裸机，叫做微型计算机。
(3) 微型计算机系统【解答】微型计算机系统由硬件系统和软件系统组成。
即由微型计算机、配以相应的外部设备（如打印机、显示器、键盘、磁盘机等），再配以足够的软件而构成的系统。
(4) 单板机【解答】将微处理器、ram、rom以及i/o接口电路，再配上相应的外设（如小键盘、led显示器等）和固化在rom中的监控程序等，安装在一块印刷电路板上构成的微型计算机系统称为单板机。
(5) 运算器【解答】运算器是直接完成各种算术运算、逻辑运算的部件，主要由alu（arithmetic and logic unit,算术逻辑部件）、通用寄存器、标志寄存器等组成。
(6) 地址总线【解答】地址总线是cpu对内存或外设进行寻址时，传送内存及外设端口地址的一组信号线。
地址总线的条数多少决定了cpu的寻址能力。
(7) 数据总线【解答】数据总线是cpu与内存或外设进行信息交换时，所用的一组数据信号线。
它决定了cpu一次并行传送二进制信息的位数，反映出cpu的“字长”这个重要性能指标。
(8) 控制总线【解答】控制总线是在cpu与外部部件之间传送控制信息（如读/写命令、中断请求命令等）的一组信号线。
1-2 单片机应包括哪些基本部件？其主要应用于哪些领域？【解答】一般单片机芯片中包括微处理器、ram、rom、i/o接口电路、定时器/计数器，有的还包括a/d、d/a转换器等。
其主要应用于智能化仪器仪表及工业控制领域。
1-3 按图1-11和图1-12，写出取第二条指令操作码和执行第二条指令的过程。
【解答】1) ip的值（002h）送入地址寄存器ar；2) ip的内容自动加1，变为003h；3) ar将地址码通过地址总线送到存储器的地址译码器，经译码后选中002h单元；4) 微处理器给出读命令；5) 所选中的002h单元内容04h送上数据总线db；6) 数据总线db上的数据04h送到数据寄存器dr；7) 因是取指操作，取出的是指令操作码04h，即由dr送入指令寄存器ir；8) ir中的操作码经指令译码器id译码后，通过pla发出执行该指令的有关控制命令。
汽车单片机原理及应用第二章MCU的基本结构
➢PD78F0547D的基本特性
指令最短执行时间根据 CPU的操作频率可以在高速(0.1 μs－频率为20MHz) 和超低速(122 μs－频率为32.768 kHz)之间改变
➢通用寄存器：8 位× 32 个寄存器(8 位× 8 个寄存器× 4 组)
➢内置单电源闪存－128KB ➢内部高速RAM－1KB ➢内部扩展RAM－6KB
➢内置上电复位(POC)电路和低电压检测电路(LVI) ➢内置看门狗定时器 ➢内置乘法器/除法器(16 位× 16 位, 32 位/ 16 位) ➢内置按键中断功能 ➢内置时钟输出/蜂鸣器输出控制器
➢I/O 端口：71 (漏极开路: 4)
NEC微处理器PD78F0547D的基本结构
➢定时器：有8 通道
External serial clock input
FLMD0:
Flash programming mode
INTP0 to INTP7:
External interrupt input
KR0 to KR7:
Key return
OCD0A, OCD0B,OCD1A, OCD1B: On chip debug input/output
存储器组之间的数据关联-程序示例
微处理器的存储器结构
存储器组之间的指令转移
存储器组之间不能直接转移指令，要在存储器组之间转移指令，应先转向公 共区域(0000H ～ 7FFFH)，修改相关的BANK 寄存器的设置，然后再执行 转移指令
存储器组之间的指令转移-程序示例
微处理器的存储器结构
存储器组之间的子程序调用
16位定时/计数器: 8 位定时/计数器: 8 位定时器: 时钟定时器: 看门狗定时器:
第二章 8086 8088微处理器
1、指令队列缓冲器 2、地址加法器和段寄存器
3、 16位的指令指针寄存器IP
IP中存放的是BIU要取的下一条指令（字 节）的偏移地址，BIU取过后，IP自动加1。 与IP相配的段寄存器是代码段寄存器CS。
扬州大学信息工程学院
第一节 8086/8088 微处理器的结构 一、8086/8088的内部结构
扬州大学信息工程学院
（一）最小工作模式
在最小工作模式，8086/8088 第24～31引脚的含义： 5、M/IO存储器/输入，输出控 制信号，输出。 为1时与存储器数椐传送； 为0时输入，输出接口进 行数据传送。T1～T4有效
6、WR写信号，输出。 在总线周期的T2～T4状态 输出低电平。 7、HOLD总线保持请求信号， 输入。其它主模块要求占用总线 时通过HOLD向CPU发高电平请 求。若“允许”，CPU在T4状态 从HLDA发出高电平后，就得到 总线控制权。
扬州大学信息工程学院
第二章 8086/8088微处理器
第一节 8086/8088 微处理器的结构 一、8086/8088的内部结构
从功能上，8086分为两部分：
1、 总线接口单元BIU (Bus Interface Unit)。 2、执行单元EU (Execution Unit)。 说明：这两个单元在CPU内部担负着不同的任务。 两个单元并行地工作，能使大部分取指令操作与执 行指令操作重叠的进行 （即所谓“流水线”结构）。
扬州大学信息工程学院
第一节8086/8088的微处理器结构
三、8086/8088的引脚信号和功能 （一）地址/数椐总线
AD15～AD0（复用的）
总线周期的状态 T1：输出地址； T2：浮置成高阻； T3：输入/输出数椐；
3现代微机结构-8086及80286
理 器
器 存储器 存储器 I/O
AD15~AD0 双向
DT/R DEN
数据 锁存 器
第二节 Intel 80286
与8086的显著区别:
1. 地址线和数据线不再分时复用, 简化了硬件设计;
2. 增加了地址线的宽度, 物理地址空间增加到16M 3. 增加了新的指令, 以增强其控制能力。 4. 引入存储管理中的虚存管理机制。通过“虚地址”
结论：
采用地址流水线后, 由于地址信号的提前建立, 与非地址的流水线相比, 可以尽量减少插入Tw 等待周期。因而加快了访存速度。 (但并没有提高存储器的速度)。
四、80286的工作模式
(一) 实地址模式
系统开机复位时,自动进入实地址模式, A23~A20自 动置为0, 以 A19~A0寻址1M的存储空间。
实地址模式下的寻址过程:
段基地址
段基地址 0000
+ 20位物理地址 内存单元
偏移量
为实施“虚地址保护”所希望的寻址过
程:
应用设计 者给出的 虚地址
• 实施保护 • 实现虚地址到
物理地址
内存单元
实地址的转换
“虚地址保护” 实施的中间平台
“ 中 间 平 台 ” 的 核 心 部描述子 (Descriptor) 分描:述子的作用:
(物理地址)
左移4位
偏移量 基地址
…
15
0 15
0ห้องสมุดไป่ตู้
段寄存器
偏移量
19
0
一 个
16位基地址 0000
段
+
20位的物理地址
外部地址总线
三、8086的中断系统
(一) 中断源
1、外部中断
2.第二章 8086系统结构
总线接口部件BIU SI:（Source Index）：SI含有源地址意思,产 生有效地址或实际地址的偏移量。 总线接口部件BIU内部设 有四个16位段地址寄存器： DI:（Destination Index）：DI含有目的意思, 代码段寄存器CS、数据段寄 产生有效地址或实际地址的偏移量。 存器DS、堆栈段寄存器SS和 播 音 附加段寄存器ES，一个16位 ： 指令指针寄存器IP，一个6字 16位字利用了9位。 标志分两类： 节指令队列缓冲器，20位地 状态标志（6位）:反映刚刚完成的操作结果情况。 址加法器和总线控制电路。
志(结果低8 CLC(复位)， 位1的个数 CMC(求反)。 为偶数 PF=1) 。
15
14
13
12
11
10
9
8
3
2
1
0
OF DF IF TF
SF ZF
AF
PF
CF
DF：方向标志 .DF=1使串 操作按减地址进行,DF=0按 增地址进行。指令： CLD(复位), STD(置位).
TF：陷阱标志或单步操作标志 IF：中断允许 标志 图 2-6 8086CPU标志寄存器 目录
通用寄存器（数据寄存器） ： AX 累加器 BX 基址寄存器 CX 计数寄存器 DX 数据寄存器
SP BP SI DI
IP
地址指针和变址寄存器： SP 堆栈指针寄存器 BP 基址指针寄存器 SI 源变址寄存器 控制寄存器: DI 目的变址寄存器 IP 指令指针寄存器
FLAGS
CS DS SS ES
段寄存器: CS 代码段寄存器 DS 数据段寄存器 SS 堆栈段寄存器 ES 附加段寄存器
EU 总线 忙
执行1 忙
执行2 忙
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。
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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
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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
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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
微处理器的结构及存储器
存储器对微处理器性能的影响
访问速度
存储器的访问速度直接影响微处理器的运行效率。
容量限制
存储器的容量限制了可以存储的数据量，影响微 处理器的处理能力。
功耗管理
存储器的功耗管理对于微处理器的节能和散热至 关重要。
现代微处理器中的缓存（Cache）
缓存层次结构
缓存容量
缓存容量的大小决定了可以存储的数据量，影响缓 存的命中率。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
现代微处理器通常采用多级缓存结构，包括 L1、L2、L3等。
缓存替换策略
当缓存满时，需要选择替换哪一行数据，常用 的策略有最近最少使用（LRU）等。
05 微处理器与存储器的发展 趋势
新型存储器的出现
非易失性存储器
如铁电随机存取存储器 （FeRAM）、相变随机 存取存储器（PRAM） 和磁性随机存取存储器 （MRAM），具有低功 耗、快速读写和长期数 据保持等优点。
寄存器组的数量和类型直接影响微处理器的性 能和功能，是微处理器设计中需要考虑的重要 因素之一。
03 存储器的分类与结构
随机存取存储器（RAM）
总结词
随机存取存储器（RAM）是一种易失性存储器，数据存储在RAM中是暂时的， 断电后数据会丢失。
详细描述
RAM是微处理器中最重要的存储器之一，它允许数据在任何位置随机存取，读 写速度较快，但断电后数据会丢失。RAM通常分为静态随机存取存储器 （SRAM）和动态随机存取存储器（DRAM）。
02 微处理器的基本结构
运算器
运算器是微处理器中执行算术和逻辑运算的部件， 主要负责处理数据和执行指令。
它包括算术逻辑单元（ALU）、累加器、寄存器 等组件，用于执行加减乘除、逻辑运算等操作。
NEW02_第二章_微处理器_part2
微机原理与接口
Pentium性能简介
Pentium通往外部存储器的数据总线为64位， CPU内部主要寄存器的宽度仍然为32位，那么 Pentium、Pentium（P54C）应该是32位微处理器 。外部64位数据总线（D63-D0）每次可同时传输8 字节的二进制信息，若选用主总线时钟频率66MHz 计算，即存储器总线的时钟频率也为66MHz，则 Pentium与主存储器交换数据的速率可为528MB/S 。
微机原理与接口
Pentium CPU原理结构图
微机原理与接口
2.6.1 Pentium的原理结构
二、原理结构 在Pentium CPU中，总线接口部件实现 CPU与系统总线之间的连接，其中包括64位 双向的数据线、32位地址线和所有的控制信 号线，具有锁存与缓冲等功能，总线接口部 件实现CPU与外设之间的信息交换，并产生 相应的各类总线周期。
··· ·· ··
微机原理与接口
从上述程序可以看出，许多分支转移指令 转向每个分支的机会不是均等的，而且大多数 分支转移指令排列在循环程序段中，除了一次 跳出循环体之外，其余转移的目标地址均在循 环体内。因此，分支转移指令的转移目标地址 是可以预测的，预测的依据就是前一次转移目 标地址的状况，即根据历史状态预测下一次转 移的目标地址。预测的准确率不可能为100%， 但是对于某些转移指令预测的准确率却非常高。
U、V流水线中整数指令流水线均由5段组成。分别 为预取指令（PF）、指令译码（D1）、地址生成（ D2）、指令执行（EX）和结果写回（WB）。
由于采用了指令流水线作业，每条指令流水线可以 在1个时钟周期内执行一条指令。因此，最佳情况 下一个时钟周期内可以执行两条整数指令。
微机原理与接口
第二章_微型计算机基础
CPU的位数是指能同时处理的二进制数据的位数， 有4位、8位、16位、32位、64位之分，位数越多 处理能力越强。
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主机硬件系统之二：存储器
存储器是存放程序和数据的记忆装置，分为内存 和外存。
内存：ROM、RAM，用来存放当前正在执行的 程序和正在处理的数据。
8086的流水线操作
8086CPU流水线的实现 BIU不断地从存储器取指令送入指令队列IPQ，EU不 地从IPQ取出指令执行 EU和BIU构成了一个简单的2段流水线 指令预取队列IPQ是实现流水线操作的关键（类似于 工厂流水线的传送带）
新型CPU将一条指令划分成更多的阶段，以便可以同时执 行更多的指令 例如，PIII为14个段，P4为20个段（超标量流水线）
CPU送到AB上的20位的地址称为物理地址。
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物理地址：数据交换时CPU使用的实际地址
物理地址
存储器的操作完全基 于物理地址。 ➢问题： 8086的内部总线和内 部寄存器均为16位， 如何生成20位地址？ ➢解决：存储器分段
. . 60000H F0H 60001H 12H 60002H 1BH 60003H 08H 60004H . . .
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存储器相关概念3：内存储器的分类
读写存储器（RAM）
可读可写 易失性，临时存放程序和数据 RAM又分静态RAM和动态RAM，即SRAM、DRAM
只读存储器（ROM）
工作时只能读 非易失性，永久或半永久性存放信息
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主机硬件系统之三：输入输出接口
I/O接口是指主机与外设的交接部分，位于系统 总线和外设之间，是主机和外设联系的桥梁。
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64 b
指 令 Cache
256 b
分支预测
64b总 线 接 口
预取指令缓冲器
U
整数 单元
V
整数 单元
64 b
流水线 结构的 浮点单元
32 b 32 b
MUL
寄存器组 ADD
32 b
DIV
64 b 数 据 Cache
第2章
Pentium体系结构特点
➢超标量流水线 ➢独立的指令Cache和数据Cache ➢浮点操作 ➢分支预测
第2章
◆溢出和进位
➢ 溢出标志OF和进位标志CF是两个意义 不同的标志
➢ 进位标志表示无符号数运算结果是否 超出范围，运算结果仍然正确；
➢ 溢出标志表示有符号数运算结果是否 超出范围，运算结果已经不正确。
第2章
◆溢出和进位的对比
例1：3AH + 7CH＝B6H
无符号数运算： 58＋124＝182 范围内，无进位
第2章
◆符号标志SF（Sign Flag）
➢运算结果最高位为1，则SF = 1； 否则SF = 0
有符号数据用最高有效位表示数据的符号 所以，最高有效位就是符号标志的状态
3AH + 7CH＝B6H，最高位D7＝1：SF = 1 84H + 7CH＝（1）00H，最高位D7＝0：SF = 0
第2章
第2章
2.3 微处理器的结构
2.3.1 8086微处理器结构
➢微处理器是微机的硬件核心
主要包含指令执行的运算和控 制部 件，还有多种寄存器
➢对程序员来说，微处理器抽象 为以名称存取的寄存器
第 2 章 微处理器的结构及存储器组成
➢8086内部结构有两个功能模块， 完成一条指令的取指和执行功能
❖模块之一：总线接口单元BIU，主 要负责读取指令和操作数 ❖模块之二：执行单元EU ，主要负 责指令译码和执行
第2章
3 标志寄存器
➢标 志 （ Flag ） 用 于 反 映 指 令 执 行 结果或控制指令执行形式
➢8086处理器的各种标志形成了一 个16位的标志寄存器FLAGS（程 序状态字PSW寄存器）
程序设计需要利用标志的状态
15 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
OF DF IF TF SF ZF
的基地址
➢ SP和BP寄存器与SS段寄存器联合使用以确定 堆栈段中的存储单元地址
第2章
◆堆栈（Stack）
➢ 堆栈是主存中一个特殊的区域
➢ 它采用先进后出FILO（First In Last Out）
或后进先出LIFO（Last In First Out）的 原则进行存取操作，而不是随机存取操作方 式。
AF
PF
CF
第2章
◆标志的分类
➢状态标志－－用来记录程序运行 结果的状态信息，许多指令的执 行都将相应地设置它
CF ZF SF PF OF AF
➢控制标志－－可由程序根据需要 用指令设置，用于控制处理器执 行指令的方式
DF IF TF
第2章
◆进位标志CF（Carry Flag）
➢ 当运算结果的最高有效位有进位（加 法）或借位（减法）时，进位标志置1， 即CF = 1；否则CF = 0。
➢沿用了指令流水线技术
➢采用RISC思想设计
第2章
补充
➢RISC :Reduced Instruction Set Computer 精简指令集计算机技 术
➢CISC: Complex Instruction Set Computer 复杂指令集计算机技 术
➢计算机指令流水线技术
第2章
Pentium微处理器的结构
有符号数运算： 58＋124＝182 范围外，有溢出
例2：AAH + 7CH＝（1）26H
无符号数运算： 170＋124＝294 范围外，有进位
有符号数运算： －86＋124＝28 范围内，无溢出
第2章
◆如何运用溢出和进位
➢ 处理器对两个操作数进行运算时，按 照无符号数求得结果，并相应设置进 位标志CF；同时，根据是否超出有符 号数的范围设置溢出标志OF。
第2章
◆方向标志DF（Direction Flag）
➢用于串操作指令中，控制地址的 变化方向：
设置DF＝0，存储器地址自动增加； 设置DF＝1，存储器地址自动减少。
➢ CLD指令复位方向标志：DF＝0 ➢ STD指令置位方向标志：DF＝1
第2章
◆中断允许标志IF（Interrupt-enable Flag）
整数
PLA
总线控制
部件
请求序列
发生器
FPU
32位 位 移 总 线
预取部件
微指令总线
24位 代 码 流 32字 节
控制和
代码队列
保护部件
已 的
译 指
码 令
指
令
译
码
成组控制 Cache控 制
EP寄 存 器 组 控 制 ROM
系统接口
第2章
80486微处理器的特点
➢一种高性能全32位的微处理器
➢把构成80386微机系统的主处理器、 数值协处理器和一个具有8 KB的 Cache存储器集成在一块集成电路 芯片中
第2章
第2 章
微处理器的结构及存储 器组成
第2章
微处理器的结构及存储器组成
第2章 教学要求与重点
➢了解微机系统的基本软硬件组成 ➢掌握8086的寄存器组和存储器组织
➢ ★重点1 ：工作寄存器组 ➢ ★重点2：存储器的特点和使用 ➢ ★重点3：存储器物理地址的形成 ➢ ★重点4：存储器的分段
第2章
微处理器的结构及存储器组成
2.1 80×86微处理器
简单解释一下几个名字术语 字长：芯片内部一次传输数据的宽度。 主频：芯片所用的主时钟频率。 数据总线宽度: 芯片内部数据传输的宽度。 地址总线宽度:指专用于传送地址的总线宽度。 地址总线宽度与寻址空间的关系: 高速缓存（cache):
第2章
微处理器飞速发展
IA-64 奔腾4代（安腾） 奔腾3代
奔腾2代 奔腾 80486
80386 80286 8086
4004
不是我不明白， 这世界变化太快。
扎扎实实掌握知识， 以不变应万变！
第2章
2.2 基于微处理器的计算机系统构成
2.2.1 硬件
硬件：
中央处理机 CPU
运算器 控制器 工作寄存器
总线控制 逻辑 线系 统 总
第2章
◆变址寄存器
➢ 变址寄存器常用于存储器寻址时提供地址 SI是源变址寄存器 DI是目的变址寄存器
➢ 串操作类指令中，SI和DI具有特别的功能
第2章
2 指针寄存器
➢ 指针寄存器用于寻址内存堆栈内的数据 ➢ SP为堆栈指针寄存器，指示栈顶的偏移地址 ➢ SP不能再用于其他目的，具有专用目的 ➢ BP为基址指针寄存器，表示数据在堆栈段中
➢用于控制外部可屏蔽中断是否可 以被处理器响应：
80第862内章部结构
地址加法器
∑
20位
AH AL BH BL CH CL DH DL
SP BP SI DI
通用寄存器
16位
16位
CS
DS
SS
输入/输出
ES
控制电路
IP
外
内部暂存器
部
总
线
ALU
执行部分 控制电路
12 3 4 5 6
8位
指令队列缓冲器
标志寄存器
执行部件 （EU)
总线接口部件 （BIU)
32位 线 性 地 址 总 线
32位 奇 偶 控 制 和
32位
桶
形
移
位
基 器址
址 总
/变 线
寄存器组
ALU
分段部件
描述符 寄存器 界限和属性
页属性
系统地址 产生
分页部件
Cache部 件
地址驱动器
写 缓 存 (4)
32位 写 数 据
TLB
20位 物 理地址
8 KB一 体 的 Cache
数据总线 32位 读 数 据 收 发 器
数据 寄存器
SP
(SP) 堆 栈 指 针 指 针
BP
基数指针 寄存器
SI
源变址 变 址
DI
目的变址 寄存器
通用 寄存器
IP
(PC) 指 令 指 针 控 制 寄 存 器
FLAGH FLAGL (PSW) 状 态 标 志
CS
代码分段
DS SS
数据分段 堆栈分段
段寄存器
ES
附加分段
(a)
15
87
0
OD I T S Z
A
P
C
(b)
第2章
1. 8086的通用寄存器
➢ 8086的16位通用寄存器是：
AX BX CX DX
SI DI BP SP ➢ 其中前4个数据寄存器都还可以分成高8位和
低8位两个独立的寄存器 ➢ 8086的8位通用寄存器是：
AH BH CH DH
AL BL CL DL ➢ 对其中某8位的操作，并不影响另外对应8位
的数据
第2章
◆数据寄存器
➢ 数据寄存器用来存放计算的结果和操作数，也 可以存放地址
➢ 每个寄存器又有它们各自的专用目的
AX－－累加器，使用频度最高，用于算术、 逻辑运算以及与外设传送信息等；
BX－－基址寄存器，常用做存放存储器地 址；
CX－－计数器，作为循环和串操作等指令 中的隐含计数器；
DX－－数据寄存器，常用来存放双字长数 据的高16位，或存放外设端口地址。
➢其他情况下，则不会产生溢出