微机原理及接口技术课件第2章 微型计算机概述

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第2章 微型计算机概述
2.1 微型计算机基本结构与工作原理 2.2 8086CPU内部基本结构 2.3 8086CPU的工作模式与引脚功能 2.4 8086系统的存储器组织及I/O组织 2.5 8086CPU的总线时序 2.6 系统总线的形成
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2.3 8086CPU的工作模式与引脚功能
2.3.1 8086CPU的工作模式
以微型计算机为主体，配上系统软件和外设 之后，就构成了微型计算机系统。一个完整的微 型计算机系统由硬件和软件两部分组成的。
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2.1 微型计算机基本结构与工作原理
一、微型计算机基本结构与工作原理 1.微型计算机系统的组成
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2.1 微型计算机基本结构与工作原理
(1)微型计算机的硬件组成
一台微型计算机主要由微处理器CPU(Central Processing Unit)、存储器、I/O设 备及其接口电路以及系统总线(Bus)构成。
;“MOV AL，5”的机器指令 ; 10110000是操作码，00000101是操作数 ;“ADD AL，3”的机器指令 ; 00000100是操作码，00000011是操作数
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CPU取第1条指令
CPU基本结构与工作原理
综上所述，微型计算机的工作过程就是不断取指令和执行指 令的过程。上述两条指令执行过程是一种串行处理方式，如8位 微处理器，在执行一条指令时，取指令、分析指令、取数据、 执行指令及保存结果是串行进行的。见图2-6，CPU与总线交替 工作，CPU的使用效率很低。
确定被访问存储单元、I/O端口的地址。 数据总线(Data Bus, DB)用于传输数据，即数据总线是在
CPU与存储器或I/O接口之间，内存储器与I/O设备之间， 以及外存储器之间进行数据传输的双向公共通道。数据总 线的条数决定了一次能够传送数据的位数。 控制总线(Control Bus, CB)用于传送控制信号，使微处理器 的工作与外部电路的工作同步。
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2.4 8086系统的存储器组织及I/O组织
2.4.1 8086系统的存储器组织 1.8086CPU的存储器组成
在8086存储器中，每一个存储单元可以存放1字节二进制信息。 每一个存储单元都有一个唯一的存储地址与之对应。
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2.4 8086系统的存储器组织及I/O组织
3.存储器的分段结构 8086CPU地址总线为20条，直接寻址的范围与存储器地址空间相一致，均为1MB。 但是，8086CPU内所有的寄存器（CS、DS、SS、ES、SP，BP、SI、DI和IP）都是 16位的，不能直接存储和传送20位的地址信号。16位的地址信号最多只能寻址 64KB空间。 为了解决对1MB的存储器的寻址和地址信号的存储与传送等问题，8086系统中 引人了存储空间分段管理概念，即将整个1MB的存储空间分成若干个“存储段”。 每个段都是存储器中可独立寻址的逻辑单位，故称为“逻辑段”。 每个逻辑段的长度为16B到64KB，段内地址是连续的。允许各个逻辑段在整个 1MB存储空间内“浮动”，但每个逻辑段的起始地址（称为段首地址）必须从能被 16整除的地址开始，即段的起始单元的20位地址中的低4位全为0。一个段的起始存 储单元地址的高16位被称为该段的段基地址（称为段基址）。各段之间可以是连续 的，可以是分开的，可以是部分重叠，还可以是完全重叠。 逻辑段内某个存储单元的地址，可用相对于段起始地址的偏移量（即存储单元本 身到所在段段首地址的字节数）来表示，这个偏移量称为段内偏移地址，也称为有 效地址EA(Effective Address)。偏移地址是16位的，恰好能够寻址段内最大64KB的存 储器空间，如图2-14所示。
第2章 微型计算机概述
2.1 微型计算机基本结构与工作原理 2.2 8086CPU内部基本结构 2.3 8086CPU的工作模式与引脚功能 2.4 8086系统的存储器组织及I/O组织 2.5 8086CPU的总线时序 2.6 系统总线的形成
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第2章 微型计算机概述
本章一方面介绍了微型计算机系统的工作原理与基本结 构，使读者在总体上对微型计算机有一个整体的认识；另 一方面介绍Intel 8086微处理器的内部结构、外部基本引脚 与工作方式及8086中的存储器组织，并讨论其基本时序， 为学习汇编语言程序设计和接口应用技术打下基础。
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第2章 微型计算机概述
2.1 微型计算机基本结构与工作原理 2.2 8086CPU内部基本结构 2.3 8086CPU的工作模式与引脚功能 2.4 8086系统的存储器组织及I/O组织 2.5 8086CPU的总线时序 2.6 系统总线的形成
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2.1 微型计算机基本结构与工作原理
一、微型计算机基本结构与工作原理 1.微型计算机系统的组成
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2.1 微型计算机基本结构与工作原理
存储器 存储器用于存储数据和指令 微型计算机的内存储器，简称内存 内存是直接连接在系统总线上的。因此，内存的存取速度
比较快。由于内存价格较高，一般内存的容量有限。 外部存储器属于外部设备，一般不能直接与CPU交换信息。 在这里所讨论的存储器通常是指内存。
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第2章 微型计算机概述
2.1 微型计算机基本结构与工作原理 2.2 8086CPU内部基本结构 2.3 8086CPU的工作模式与引脚功能 2.4 8086系统的存储器组织及I/O组织 2.5 8086CPU的总线时序 2.6 系统总线的形成
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2.2 8086CPU内部基本结构
Intel 8086/8088CPU两者的指令系统、指令编码格式及寻址 方式都完全相同，软件上也完全兼容。它们的主要区别是： 8086的数据总线是16位的，而8088的数据总线是8位的。因 此，8088被称为准16位微处理器。与8086相比，执行相同的 程序，8088需要更多的外部存取操作，执行速度慢。本书仅 介绍8086。
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2.1 微型计算机基本结构与工作原理
微处理器 微处理器又称中央处理器，简称CPU，由超大规模集
成电路芯片组成，是用来实现运算和控制功能的部件。 CPU由运算器、控制器及寄存器3部分组成。
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2.1 微型计算机基本结构与工作原理
微处理器 ①运算器是对信息进行处理和运算的部件，就好像一
个“电子算盘”，又称为执行部件，用来完成数据的算 术和逻辑运算。运算器一次能运算的二进制数的位数称 为字长。它是计算机的重要性能指标。字长通常与CPU 内部的寄存器、运算装置、数据总线宽度相一致。 ②控制器是指挥计算机工作的控制中心，它通过执行指令 来控制全机的工作。
计算机有巨型、大型、中型、小型和微型之分。将计 算机的核心器件中央处理器集成在一块半导体芯片上， 配以存储器、输入/输出(Input/Output, I/O)接口电路及 系统总线等设备的计算机，称为微型计算机，简称微 机。
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2.1 微型计算机基本结构与工作原理
一、微型计算机基本结构与工作原理 1.微型计算机系统的组成
二、8086CPU的寄存器结构
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2.2 8086CPU内部基本结构
二、8086CPU的寄存器结构
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2.2 8086CPU内部基本结构
根据两数相加的结果，可得： CF＝0 （运算结果最高位向更高位无进位）； PF＝0 （运算结果低8位中有3个1，即1的个数为奇数）； AF＝1 （D3位向D4位有进位）； ZF＝0 （运算结果非零）； SF＝0 （SF与运算结果的最高位相同）； OF＝0 （最高位进位⊕次高位进位＝0⊕0＝0）。
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2.1 微型计算机基本结构与工作原理
(2)微型计算机的软件组成 应用软件：是指用户在各自的应用中，为解决自己的任务
而编写的程序。这是一类直接以用户的需求为目标的程序。 由于用户和用户需求的多样性，使得这类软件也具有多样 性。例如，用于科学计算、信息管理、 过程控制、武器装 备等方面的应用软件。
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2.1 微型计算机基本结构与工作原理
二、微型计算机的基本工作过程 1.微型计算机的工作过程 指令是用来指挥和控制计算机执行某种操作的命令。通常， 一条指令包括两个基本组成部分，即操作码部分和操作数部分。 其组成格式如下所示：
操作码 操作数
其中操作码表示计算机执行什么具体操作，如加法运算、减法运算、移位操作等； 操作数表示参加操作的数的本身或操作数所在的地址，也称之为地址码。
执行部件(EU)：EU负责指令的执行，即从BIU的指令队 列缓冲器取指令，指令执行后向BIU送回运算结果，同时 把运算结果的状态特征保存在标志寄存器中。
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2.2 8086CPU内部基本结构
一、8086CPU的内部功能结构
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2.2 8086CPU内部基本结构
二、8086CPU的寄存器结构 寄存器是CPU内部用来存放地址、数据和状态标志
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2.1 微型计算机基本结构与工作原理
总线 总线是一组传输公共信息的通信线，是在计算机系统各部
件之间传输地址、数据和控制信息的公共通道。 总线有多种分类方式。按照总线上传输信息的性质，可分
为地址总线、数据总线和控制总线三类，称为系统三总线。
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2.1 微型计算机基本结构与工作原理
总线 地址总线(Address Bus, AB)用于传输CPU输出的地址信号，
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2.1 微型计算机基本结构与工作原理
二、微型计算机的基本工作过程 2.一个程序工作的示例
下面具体讨论一个模型机如何计算“5＋3=？”
MOV AL，5
; 将5送到累加器中
ADD AL，3
; 计算5＋3，结果送回累加器
对上面的程序汇编，得到两条指令对应的机器指令（二进制码）如下：
10110000 00000101 00000100 00000011
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2.1 微型计算机基本结构与工作原理
存储器 向存储单元写入或从存储单元读取信息，都称为访问存储器。 在访问存储器时，利用数据总线和地址总线来传递数据信息