第二章微处理器结构及微机工作原理
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。
微机原理课件第二章 8086系统结构
但指令周期不一定都大于总线周期，如MOV AX，BX
操作都在CPU内部的寄存器，只要内部总线即可完成，不 需要通过系统总线访问存储器和I/O接口。
2021/8/17
17
• 8086CPU的典型总线时序，充分体现了总 线是严格地按分时复用的原则进行工作的。 即：在一个总线周期内，首先利用总线传 送地址信息，然后再利用同一总线传送数 据信息。这样减少了CPU芯片的引脚和外 部总线的数目。
• 执行部件（EU）
• 功能：负责译码和执行指令。
2021/8/17
5
• 联系BIU和EU的纽带为流水指令队列
• 队列是一种数据结构，工作方式为先进先出。写入的指令 只能存放在队列尾，读出的指令是队列头存放的指令。
2021/8/17
6
•BIU和EU的动作协调原则 BIU和EU按以下流水线技术原则协调工作，共同完成所 要求的任务： ①每当8086的指令队列中有空字节，BIU就会自动把下 一条指令取到指令队列中。 ②每当EU准备执行一条指令时，它会从BIU部件的指令 队列前部取出指令的代码，然后译码、执行指令。在执 行指令的过程中，如果必须访问存储器或者I／O端口， 那么EU就会请求BIU，完成访问内存或者I／O端口的操 作； ③当指令队列已满，且EU又没有总线访问请求时，BIU 便进入空闲状态。（BIU等待，总线空操作） ④开机或重启时，指令队列被清空；或在执行转移指令、 调用指令和返回指令时，由于待执行指令的顺序发生了 变化，则指令队列中已经装入的字节被自动消除，BIU会 接着往指令队列装入转向的另一程序段中的指令代码。 （EU等待）
•CF（Carry Flag）—进位标志位，做加法时最高位出现进位或 做减法时最高位出现借位，该位置1，反之为0。
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。
第二章 8086微处理器(1)
16位微处理器概述
5. 第五代微处理器 • （1993年）Pentium（奔腾）— 32位微处理器 - 5级超标量结构、分支预测技术 64条数据线、32条地址线 - 64条数据线、32条地址线 - 常用指令硬件化，使用微程序设计
16位微处理器概述
6. 第六代微处理器 • Pentium Pro（高能奔腾） — 32位 - 64条数据线、36条地址线 64条数据线、36条地址线 - 实现了动态执行技术(乱序执行) • （1997年）Pentium II（奔腾2）— 32位微处理器 - 是Pentium Pro + MMX - 双独立总线结构 • （1999年）Pentium III（奔腾3） — 32位微处理器 - 增加了70条SSE指令（流水式单指令多数据扩充） - 首次内置序列号
3)方向标志DF（Direction Flag） 用于串操作指令中的地址减量修改（DF＝1）还是增量修改 （DF＝0）。 两条专门的指令可以置“1”或置“0”分别为STD，CLD。 M1 (ABC0) M2
低
SI-3 SI-2 SI-1 SI
0 C B A
0 0 C C B A A
DI-3 DI-2 DI-1 DI
高 DF＝1 DF＝0
（2）总线接口部件BIU ）总线接口部件BIU
功能： 负责与内存(M)、输入/输出(I/O)接口之间指令或数据的传送： 1) 从内存M取指令存入指令队列，供EU使用。 2）EU执行指令需读数据/送结果时，都经过BIU。
EU
BIU存中由于各部分存放的数据性质不同，分为代码段、数据段、 堆栈段、扩展数据段。
20
差 别
2、8086与8088的编程结构 、 与 的编程结构
∑
内 部 寄 存 器
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
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。
2021/6/12
16
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
2021/6/12
1
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
2021/6/12
2
2021/6/12
▪ 存储器分段
▪ 由于CPU内部的寄存器都是16位的，为了
2021/6/12
7
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
2021/6/12
8
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。
第2章 微型计算机和微处理器的结构
2.1.1 微处理器（微处理机）
微处理器：是微型计算机的中央处理部件，是由一片 或几片大规模集成电路组成的中央处理器，一般也称 CPU（Center Process Unit）。其内部通常包括算术逻辑 部件，累加器、通用寄存器组，程序计数器，时序和控制 逻辑部件，内部总线等等。 2.1.2 存储器
存储结果 1
取指令 4
……
EU
……
译码 1
执行 1
译码 2
执行 2
……
（b）流水处理
如图： 8086/8088 CPU 由于指令执行部件EU和总线接口 部件BIU相互独立，可并行操作，进行流水线处理。若一条指 令执行过程中不需要从存储器取操作数和向存储器存储结果， 即不占CPU总线时间，总线接口部件便可对下一条要执行的指 令预取。可见。采用流水线技术提高了指令执行速度。
2.2.3 8086/8088微处理器的功能结构 从功能上来看，8086/8088 CPU可分为两部分，即总线接 口部件BIU（Bus Interface Unit）和执行部件EU（Execution Unit）。
图2.3 8086/8088CPU内部功能结构图
(1) 执行部件（EU）
功能：负责指令的执行。(主要进行8位及16位的各种运算) 组成：①ALU(算术逻辑单元)； ②通用寄存器组； ③标志寄存器（ FLAGS ）。 ①通用寄存器（AX、BX、CX、DX） 8086 有4个16位的通用寄存器（AX、BX、CX、DX）， 可以存放16位的操作数，也可分为8个8位的寄存器（AL、AH； BL、BH；CL、CH；DL、DH）来使用。其中AX称为累加器， BX称为基址寄存器，CX称为计数寄存器，DX称为数据寄存 器。这些寄存器在具体使用上有一定的差别，如表2-1所示。
第二章 微处理器
8086CPU的引脚 的引脚——控制总线 的引脚 控制总线
微 机 原 理 汇 编 接 口 技 术
BHE/S7
高8位数据允许/状态
ALE
地址锁存允许
MN/MX
最小/最大模式
DEN
数据允许
RD
读选通
DT/R
数据发送/接收
WR
写选通
READY
准备就绪
第 14 页
8086CPU的引脚 的引脚——控制总线 的引脚 控制总线
第 34 页
堆栈操作
微 机 原 理 汇 编 接 口 技 术
堆栈是按照“先进后出”原则组织的存储区域， 堆栈是按照“先进后出”原则组织的存储区域，堆栈的大小最大为 64KB 堆栈由堆栈段寄存器SS和堆栈指针寄存器 来寻址 堆栈由堆栈段寄存器 和堆栈指针寄存器SP来寻址，SS给出堆栈 和堆栈指针寄存器 来寻址， 给出堆栈 段的段基址， 指向当前栈顶 指向当前栈顶——段基址到栈顶的偏移量 段的段基址，SP指向当前栈顶 段基址到栈顶的偏移量 栈底为堆栈空间的高地址单元，栈顶为低地址单元。 栈底为堆栈空间的高地址单元，栈顶为低地址单元。 堆栈操作以字为单位。 堆栈操作以字为单位。 数据进栈，栈顶向低地址方向浮动，高位字节存入高地址单元， 数据进栈， 数据进栈 栈顶向低地址方向浮动，高位字节存入高地址单元， 低位字节存入低地址单元 数据出栈，栈顶向高地址方向浮动，低位字节弹到目的操作数 数据出栈， 数据出栈 栈顶向高地址方向浮动， 的低位， 的低位，高位字节弹到目的操作数的高位
外部8位数据总线 4 4字节指令队列 IO/M 准十六位CPU
8086
外部16位数据总线 6 6字节指令队列 M/IO 十六位CPU
第 16 页
《微机原理与接口技术》 (张凡 盛珣华 戴胜华 著) 清华大学出版社 北方交通大学出版社 课后答案
第二章微处理器及其结构2-7 什么是逻辑地址? 什么是物理地址? 在实地址方式下,如何求存储器的物理地址? 设一个16字的数据区,它的起始地址为70A0H:DDF6(段基址:偏移地址).写出这个数据区的首字单元和末字单元的物理地址.解:1). 实模式下,逻辑地址由段基址和偏移地址组成.物理地址是真正的存储单元的地址.2). 物理地址=段基址*16 + 偏移地址3). 首字单元地址:70A0H*16 +DDF6H = 70A00H + DDF6H = 7E7F6H末字单元地址:7E7F6H + (16-1)*2 = 7E7F6H + 1EH = 7E814H注意:相邻两个存储单元可构成一个字长为16位的字,在对准字时,用偶地址表示字的地址.1EH1CH 2H20H16H14H18H4H1AH10H0H12HEHCH8HAH6H第三章指令系统3-6 分别指出下列指令中源操作数和目标操作数的寻址方式. 若是存储器寻址,用表达式表示EA=?（1）AND AX, 00FFH（2）ADD BX, [00FFH]（3）MOV AX, [BX+10H]（4）ADD AX, [ESI*8]（5）SUB [BP][SI], AX（6）MOV AX, [BX+DI+20H]（7）CMP [SI], AX（8）OR AX, DX（9）MOV EAX, [ESI][EDI*2]（10）PUSH DS解:（1）立即数寻址（2）直接寻址EA=00FFH（3）基址寻址EA=(BX)+10（4）比例间址EA=ESI*8（5）基址加间址寻址EA=(BP)+(SI)（6）带位移的基址加间址寻址EA=(BX)+(DI)+20H（7）间址寻址EA=(SI)（8）寄存器寻址（9）基址加比例间址寻址EA=(ESI)+(EDI)*2（10）寄存器寻址注意:◆16位寻址: BX和BP作为基址寄存器.BX以DS作为默认段寄存器,BP以SS为默认段寄存器.SI和DI作为间址寄存器. 默认DS为段寄存器◆32位寻址: 8个32位通用寄存器均可作为基址寄存器,其中ESP,EBP以SS为默认段寄存器,其余均以DS为默认段寄存器.除ESP外的其它7个寄存器均可作间址寄存器,EBP默认SS作段基址寄存器,其它以DS作段基址寄存器3-7 32位微机工作在实地址模式下, 已知(DS) = 1000和(SS) = 2000H, (SI) =007FH, (BX) = 0040H, (BP) = 0016H, 变量TABLE的偏移地址为0100H. 指出下列指令中源操作数的寻址方式,求它的有效地址(EA)和物理地址(PA).（1）MOV AX, [1234H]（2）MOV AX, TABLE（3）MOV AX, [BX+100H]（4）MOV AX, TABLE[BP][SI]解:（1）直接寻址EA=1234H PA=(DS)*16 + EA = 11234H（2）直接寻址EA=（TABLE）=0100H PA=（DS）*16+EA=10100H（3）基址寻址EA=（BX）+100H=0140H PA=（DS）*16+EA=10140H（4）带位移的基址加间址寻址EA=(BP)+(SI)+TABLE=0195H PA=(SS)*16+EA=20195H注意: 当基址寄存器和间址寄存器默认的段寄存器不同时,一般规定,由基址寄存器来决定默认的段寄存器为段基址寄存器. 这里BP为基址寄存器,所以默认SS为段基址寄存器.3-8 指出下列指令的错误,并加以改正.（1）MOV DS, 100（2）MOV 1020H, DX（3）SUB [1000H], [SI]（4）PUSH AL（5）IN AL, [80H]（6）MOV DS, ES（7）JMP BX（8）SHR DX, 4（9）OUT 380H, AX（10）ADD AL, BX（11）POP CS（12）MOV CL, 3300H解:（1）立即数不能直接传送到段寄存器中去应改为: MOV AX, 100MOV DS, AX（2）立即数只能出现在源操作数位置应改为: MOV DX,1020H（3）源操作数和目标操作数不能同时为寄存器寻址应改为: MOV AX, [1000H]SUB AX, [SI]（4）PUSH指令不能操作8位数据应改为: PUSH AX（5）[80H ]不是端口IN AL ,80H应改为: IN AL, 80H（6）两个段寄存器之间不能直接传送应改为: MOV AX, ESMOV DS,AX（7）对（8）移位次数超过1的时候，要把移位次数放入CL中应改为: MOV CL, 4SHR DX, CL（9）端口地址大于255时，要把地址放入DX中应改为: MOV DX, 380HOUT DX, AX（10）源操作数和目标操作数不匹配应改为: ADD AX, BX（11）POP指令只能使用在存储器或通用寄存器可改为: POP AX（12）源操作数和目标操作数不匹配应改为: MOV CX, 3300H3-9 已知: (DS) = 091DH, (SS) = 1E4AH, (AX) = 1234H, (BX) = 0024H, (CX) = 5678H, (BP) = 0024H, (SI) = 0012H, (DI) = 0032H, [09226H] = 00F6H, [09228H] = 1E40H, [1E4F6H] = 091DH. 试求下列各指令单独执行后的结果.（1）MOV CL, 20H[BX][SI] ; (CL) = ?（2）MOV [BP][DI], CX ; [IE4F6H] = ?（3）LEA BX, 20H[BX][SI] : (BX) = ?MOV AX, 2[BX] : (AX) = ?（4）LDS SI, [BX][DI]MOV [SI], BX ; (SI]) = ?（5）XCHG CX, 32H[BX] ; (AX) = ?XCHG 20[BX][SI], AX ; [09226H] = ?解:（1）(CL) = 00F6H（2）[IE4F6H] = 5678H（3）(BX) = 0056H(AX) = 1E40H（4）(SI)= 0024H（5）(AX) = 5678H[09226H] = 1234H3-10 已知(AL) = 0C4H, DATA单元中内容为5AH, 写出下列每条指令单独执行后的结果（ODITSZAPC：0---xxux0）（1）AND AL, DATA（2）OR AL, DATA（3）XOR AL, DATA（4）NOT DATA（5）AND AL, 0FH（6）OR AL, 1H（7）XOR AL, 0FFH（8）TEST AL, 80H解:（1）(AL)= 40H CF=0,OF=0,SF=0,ZF=0,PF=0,AF无定义（2）(AL)= DEH CF=0,OF=0,SF=1,ZF=0,PF=1,AF无定义（3）(AL)= 9EH CF=0,OF=0,SF=1,ZF=0,PF=0,AF无定义（4）(AL)= A5H 不影响任何标志位（5）(AL)= 04H CF=0,OF=0,SF=0,ZF=0,PF=0,AF无定义（6）(AL)= C5H CF=0,OF=0,SF=1,ZF=0,PF=1,AF无定义（7）(AL)= 3BH CF=0,OF=0,SF=0,ZF=0,PF=0,AF无定义（8）(AL)不变=0C4H CF=0,OF=0,SF=1,ZF=0,PF=0,AF无定义3-12 (AL)=8EH,(BL)=72H，执行以下指令后，标志位OF、SF、ZF、AF、PF和CF的值是什么？（1）ADD AL,BL（2）AND BL,AL（3）CMP AL,BL（4）SHL AL,1解：（1）OF=0,SF=0,ZF=1,AF=1,PF=1,CF=1（2）OF=0,SF=0,ZF=0,AF=（未定义）,PF=0,CF=0（3）OF=1,SF=0,ZF=0,AF=0,PF=0,CF=0（4）OF=1,SF=0,ZF=0,AF=（未定义）,PF=0,CF=13-15 试用CMP指令和无条件指令实现以下判断（1）AX和CX中的内容均为无符号数①（AX）>（CX）则转至BIGGER标号执行②（AX）<（CX）则转至LESS标号执行（2）BX和DX中的内容均为有符号数①（BX）>（DX）则转至BIGGER标号执行②（BX）<（DX）则转至LESS标号执行解：（1）CMP AX,CXJA BIGGERJB LESS（2）CMP BX,DXJG BIGGERJL LESS第四章汇编语言程序设计4-9 试用伪指令编写一数据段与下面程序等效。
微机原理 第2章_8086系统结构
8086 CPU的引脚及其功能
8086 CPU的两种工作模式
最小模式：用于单机系统，系统所需要的控 制信号由8086直接提供，MN/MX=1，CPU 工作于最小模式 最大模式：用于多处理机系统，系统所需的 控制信号由总线控制器8288提供， MN/MX=0，CPU工作于最大模式
8086 CPU在最小模式下的引脚定义 8088与8086的区别
通 用 寄 存 器
AX BX CX DX SP BP SI DI
8086 CPU结构框图
20位地址总线
Σ
数据 总线 16位
ALU数据总线 (16位) 暂存器
队列 总线 (8位)
CS DS SS ES IP 内部寄存器 指令队列
总线 控制 电路 8086 总线
ALU
标志寄存器
EU 控制器
1 3 4 5 6
PSW
存放状态标志、控制标志和系统标 志
PSW格式：
15 11 10
OF DF
9 IF
8
7
6
4 AF
2 PF
0 CF
TF SF ZF
状态标志
状态标志用来记录程序中运行结果的状态信息，它们根据有关指 令的运行结果由CPU自动设置，这些状态信息往往作为后续条件 转移指令的转移控制条件，包括6位： OF：溢出标志，在运算过程中，如操作数超出了机器数的表示范 围，称为溢出，OF=1，否则OF=0 SF：符号标志，记录结果的符号，结果为负SF=1，否则SF=0 ZF：零标志，运算结果为0，ZF=1，否则ZF=0 CF：进位标志，进行加法运算时从最高位产生进位，或减法运算 从最高位产生借位CF=1，否则CF=0 AF：辅助进位标志：本次运算结果，低4位向高4位产生进位或借 位，AF=1，否则AF=0 PF：奇偶标志，用来为机器中传送信息时可能产生的代码出错情 况提供检验条件，当结果操作数中低8位中1的个数为偶数时PF=1， 否则PF=0
微机原理及应用课件第2章
四、内部寄存器
内部寄存器的类型
含14个16位寄存器，按功能可分为三类
8个通用寄存器 4个段寄存器 2个控制寄存器
深入理解：每个寄存器中数据的含义
28
1. 通用寄存器
数据寄存器（AX，BX，CX，DX） 地址指针寄存器（SP，BP） 变址寄存器（SI，DI）
29
数据寄存器
8088/8086含4个16位数据寄存器，它们又可分为8个 8位寄存器，即：
DX：
数据寄存器。在间接寻址的I/O指令中存放I/O端口地址；在 32位乘除法运算时，存放高16位数。
地址指针寄存器
SP：堆栈指针寄存器，其内容为栈顶的偏移地址； BP：基址指针寄存器，常用于在访问内存时存放内存单
元的偏移地址。
BP与BX的区别：
作为通用寄存器，二者均可用于存放数据； 作为基址寄存器，用BX表示所寻找的数据在数据段；用
┇
操作数
35
状态标志位（1）
CF（Carry Flag）
进位标志位。加(减)法运算时，若最高位有进(借)位则CF=1
OF（Overflow Flag）
溢出标志位。当算术运算的结果超出了有符号数的可表达范 围时，OF=l
ZF（Zero Flag）
零标志位。当运算结果为零时ZF=1
SF（Sign Flag）
欲实现对1MB内存空间的正确访问，每个内
存单元在整个内存空间中必须具备20位字长
的惟一地址
物理地址
XXXXXH
12H
00H
内存地址变换：
…
如何将直接产生的16位编码变换
…
为20位物理地址?
┇
内存单元的编址（1）
内存每个单元的地址在逻辑上都由两部分组成：
《微机原理与接口技术》教案
《微机原理与接口技术》教案第一章：微机系统概述1.1 微机的发展历程1.2 微机的组成与工作原理1.3 微机系统的性能指标1.4 微机在我国的应用与发展第二章：微处理器2.1 微处理器的结构与工作原理2.2 微处理器的性能评价2.3 常见微处理器简介2.4 微处理器的编程与应用第三章：存储器3.1 存储器的分类与性能3.2 随机存储器（RAM）3.3 只读存储器（ROM）3.4 存储器扩展与接口技术第四章：输入/输出接口技术4.1 I/O接口的基本概念4.2 I/O接口的编址方式4.3 常见I/O接口芯片介绍4.4 I/O接口的程序设计第五章：中断与DMA控制5.1 中断的概念与原理5.2 中断处理程序的编写5.3 DMA控制原理与实现5.4 中断与DMA在微机系统中的应用第六章：串行通信接口6.1 串行通信的基本概念6.2 串行通信的接口标准6.3 串行通信接口电路设计6.4 串行通信在微机系统中的应用第七章：并行通信接口7.1 并行通信的基本概念7.2 并行通信的接口标准7.3 并行通信接口电路设计7.4 并行通信在微机系统中的应用第八章：总线技术8.1 总线的概念与分类8.2 总线标准与协议8.3 总线接口电路设计8.4 总线在微机系统中的应用第九章：模拟接口技术9.1 模拟接口的基本概念9.2 模拟接口的电路设计9.3 模拟接口的信号转换技术9.4 模拟接口在微机系统中的应用第十章：微机系统的可靠性设计与维护10.1 微机系统的可靠性概述10.2 微机系统的可靠性设计10.3 微机系统的维护与故障诊断10.4 提高微机系统可靠性的措施重点和难点解析重点环节一：微机的发展历程与微机系统的性能指标解析：了解微机的发展历程对于理解微机原理与接口技术具有重要意义。
掌握微机系统的性能指标有助于评估和选择合适的微机系统。
重点环节二：微处理器的结构与工作原理解析：微处理器是微机系统的核心部件，理解其结构与工作原理对于深入学习微机原理与接口技术至关重要。
微机8088第二章
15
1 0 0 1 1
OF DF IF TF SF ZF
0 1 0 1
AF PF
0
CF
FR
实模式下标志寄存器有9个标志位：6个状态标志位，3个控制标志位 状态标志位反映算术或逻辑运算后结果的状态： CF——进/借位标志。D7/D15向高位有进/借位，CF为1，否则为0。 PF——奇偶标志，运算结果中1的个数为偶数置1 AF——辅助进/借位标志，低4位/ 8位向高位产生进/借位置1，用于十进 制数运算调整。 ZF — 零标志，结果为0置1 SF ——符号标志，与运算结果的最高位相同。 OF — 溢出标志。反映有符号数作加法或减法运算时，运算结果是否 出现溢出的状态。OF=1，溢出。 字节：+127~-128； 字：+32767~-32768
微处理器的集成度
•指微处理器芯片上集成的晶体管的密度。 •最早Intel 4004的集成度为2250个晶体管，Pentium III的集 成度已经达到750万个晶体管以上，集成度提高了3000多倍 。
微处理器的发展概况 1971年～1977年是微处理器发展的早期阶段:
1971年：Intel 4004，是世界上
第三代：80386（1985年-1988年）
•第一个实用的32位微处理器，采用了 1.5m工艺，集成了275,000个晶体管 ，工作频率达到16MHz。80386的内 部寄存器、数据总线和地址总线都是 32 位 的 。 通 过 32 位 的 地 址 总 线 ， 80386的可寻址空间达到4GB。
•80386的其他一些版本：80386SX，包含16位数据总线 和24位地址总线，寻址空间为16MB；80386SL／ 80386SLC，包含 l6位数据总线和25位地址总线，寻址 空间为32MB。由于这些微处理器由于与I/O之间传输 为16位，故也称为准32位微处理器。
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2章 Pentium系列微处理器的基本结构
SSE指令集包括了70条指令，其中包含提高3D图形运算效 率的50条SIMD(单指令多数据技术)浮点运算指令、12 条MMX 整数运算增强指令、8条优化内存中连续数据 块传输指令。
与P2时代的MMX相比，SSE也是在原来的处理器指令集 的基础上添加的扩展指令集，都是SIMD(单指令多数据) 指令，不同的是他们处理的数据类型不同. MMX只能在 整数上支持SIMD，而SSE指令增加了单精度浮点数的 SIMD支持.MMX可以进行同时对2个32位的整数操作， 而SSE可以同时对4个32位的浮点数操作。MMX和SSE 的一个主要的区别是MMX并没有定义新的寄存器，而 SSE定义了8个全新的128位寄存器，每个寄存器可以同 时存放4个单精度浮点数(每个32位长)，
② 空间并行---指资源重复。实现形式主要为 多处理器系统和多计算机系统；
③ 时间并行＋空间并行---时间重叠和资源重 复的综合应用，例：超标量流水技术。
流水工作方式：将一个计算任务细分成若干
个子任务，每个子任务由专门的部件处理，多 个计算任务依次进行并行处理。
流水线中主要存在三种相关冲突，会使流水线 发生断流，而不能充分发挥作用，因此需采 取 相应的技术对策。
2.MMX
8个MMX寄存器MM0—MM7的宽度为64位，但 它们没有单独设置，而是借用浮点处理单元中的8 个(80位)数据寄存器，它是通过使用“别名”的办 法来实现的。即浮点单元的8个数据寄存 器被浮点 指令看成ST0—ST7，被MMX指令看成是MM0— MM7。
这样，8个字节或4个字或2个双字被打包装入一 个64位的MMX寄存器，一旦执行一条MMX指令时， 将所有这些8个、4个或2个的数据同时取出，进行 数学运算或逻辑操作，最后结果写入MMX寄存器。 事实上，这种运算处理过程是一种并行处理过程， 故称为SIMD(单指令 多数据)的并行处理。
微机原理_8088(8086)工作原理
8088/8086寄存器结构 8088/8086寄存器结构
15 AH BH CH DH 8 7 AX AL BX BL CX CL DX DL SP BP DI SI IP FLAGS CS DS ES SS 0 累加器 基址变址 计数 数据 堆栈指针 基址指针 目的变址 源变址 指令指针 标志 代码 数据
AX（Accumulator BX（Base
CX（Count DX（Data
指针寄存器
堆栈指针SP(Stack Pointer)： 堆栈指针SP(Stack Pointer)：用于实现内存中的堆栈
存储方式（FILO），指示栈顶的偏移地址; ），指示栈顶的偏移地址 存储方式（FILO），指示栈顶的偏移地址;
总线接口部件 (Bus Interface Unit)
执行部件 用来存放计算的中间结果， 用来存放计算的中间结果， (Execution Unit) CPU从寄存器中存取数据比从 CPU从寄存器中存取数据比从
负责指令的译码、 负责指令的译码、 存储器中存取数据要快得多。 存储器中存取数据要快得多。 与微处理器外部总线连接， 与微处理器外部总线连接，负责 执行等。 BIU 执行等。 大量使用寄存器能提高计算机 与存储器、I/O接口进行数据交换 接口进行数据交换， 与存储器、I/O接口进行数据交换， 运行速度， 运行速度，但也提高了成本 存取指令、操作数等。 存取指令、操作数等。
指令指针IP(Instruction Pointer)： 指令指针IP(Instruction Pointer)：计算机之所以
能自动地一条一条地取出并执行指令，是因为CPU中 能自动地一条一条地取出并执行指令，是因为CPU中 有一个跟踪指令地址的电路，其核心就是指令指针IP， 有一个跟踪指令地址的电路，其核心就是指令指针IP， 它用于指明当前应该调用内存中哪个地址位置的指令 CPU中来运行 中来运行， 到CPU中来运行，从而实现计算机自动运行程序员事 先安排好的软件。 先安排好的软件。
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。
7
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。
34
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 . . .
10
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
11
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
4、1986年后Intel推出了多种型号的80386： 80386SX，外部数据总线只有16位 80386DX，标准80386 80386SL，低功耗、节能芯片 80386DL，低功耗、节能型的80386DX 80386EX，基于80386SX，但地址总线是 26位，且低功耗、节能型。
80386的基本结构
80386的预取、译码、执行、分段、分页、总 线接口这6个部件可以并行操作，从而加快指 令执行速度。
CPU
MMU
BIU
2、80486微处理器体系结构特点
1）80486CPU在1989年推出，集成120万晶体管，168引脚。 2）数据线32条，地址线32条。最高工作频率133MHz。 3）采用突发总线（Burst Bus）同内存进行高速数据交换。 4）片内带有高速缓存（Cache），为8KB的数据指令统一缓存。 5）带有浮点运算功能。 6）指令执行单元采用RISC技术和流水线技术，大部分基 本指令执行时间为1个时钟周期。 7）芯片内有存储管理部件（分段部件和分页部件）。 8）与80386一样有三种工作方式，并提供4级保护机制。 9）软件向下兼容。
累加器
标志寄存器
ALU
控制总线 地址总线 数据总线
8088/8086的功能结构
8088的内部结构从功能上分成两个单元
1. 总线接口单元BIU 管理8088与系统总线的接口 负责CPU对存储器和外设进行访问 2. 执行单元EU 负责指令的译码、执行和数据的运算
两个单元相互独立，分别完成各自操作，还可以 并行执行，实现指令预取（指令读取和执行的流水线 操作）
CPU—MEMORY连接逻辑图
2、存储器构成原理
存储器接口特 性——信号 线——作用和 时序——信号 线和总线的连 接时序
CPU CACHE
主存（内存）
辅存（外存）
金字塔结构：
虚拟地址
分段部件
线性地址 ３２位
分页部件
地址变换
物理地址 ３２位 存储器
80486微处理器 的I/O空间由216
（64K）个地址组 成。它与存储地址
不重叠，这是因为
２、输入／输出地址空间
80486微处理器芯 片的M/IO引脚把 它们从逻辑上给
区分开来了
80486微处理器有两个独立的物理空间，一个是存储空间，
第二章 微处理器结构及微机工作原理
本章重点： 微机的组成 微机的工作原理 8086/8088、80286、80386、80486、
Pentium微处理器结构
Intel系列微处理器
微处理器基本结构
指
指
时序
令
令
和
寄
译
控制
存
码
逻辑
暂存器
通用
地址
寄存器组 寄存器组
内部数据总线
地址 总线 控制 数据 总线 控制
80286的基本结构
80386微处理器
1、1985年10月Intel公司推出了80386，集 成了32万个晶体管，片内集成了存储管 理部件和保护机构，内部操作和寄存器 都是32位的。
2、芯片有132只引脚，数据线、地址线各 32条
3、80386存储管理部件可进行段页式存储 管理，支持虚拟存储器。
1、80386的功能结构
80386由中央处理部件CPU、存储管理部件 MMU和总线接口部件BIU组成。
⑴ 中央处理部件由指令部件和执行部件组成，
包括预取、译码、执行三个部件。
⑵ MMU分为分段部件和分页部件。分段部件 对逻辑地址空间进行管理，分页部件对物理地 址空间进行管理。
⑶ BIU负责与存储器、I/O端口传送数据。
80286微处理器
80286是Intel公司于1982年推出的，它是更加 先进的16位处理器，内部操作和寄存器均是16位 的。 1、芯片内集成了13.5万个晶体管，68只引脚，
具有独立的16条数据线和24条地址线 （16MB），内部时钟频率为8MHZ到10MHZ。 2、增加了存储器管理和虚地址保护机构，对存 储器采用分段管理，每段最大64KB，并支持 虚拟存储器。
4、80486的内部结构
80486基本寄存器组
1、基本结构寄存器
80486微处理器的地址空间
1、存储地址空间
虚拟空间：应用程序员编写程序的空间，其相应的地址称 作虚拟地址或逻辑地址。246字节
物理空间：计算机中主存储器的实际空间，相应的地址称 作物理地址或主存地址。 232字节
80486微处理器通过分段部件把虚拟空间变换为32位的线 性空间，如果分段不见未被选用，线性地址就是物理地址。
2、保留的地址空间
地址0000，0000H~0000，03FFH是中断 向量区，每一中断向量占用4。
存储空间：在保护方式下，80486可为每一 个任务提供232字节的物理空间，并允许程序 在246字节的物理空间内运行。
另外一个是I/O空间。
FFFFFFFFH
不
可
访
4GB
问
00000000H 物理存储空间
0000FFFFH 00000000H
64KB
物理I/O空间
可访问
80486的工作模式介绍
实地址模式：80486具有与8086同样的基 本体系结构
1、存储空间及实地址模式下的编址。 220 在实地址方式下分页功能是不允许的，线 性地址就是物理地址。 物理地址的形成：段寄存器内容左移4位加 上有效地址，因此在实地址模式下，所有 的段总是起始于16 字节的边界。