微型计算机基础课件

第二章第二章 微型计算机基础微型计算机基础2.12.1微型计算机基本结构微型计算机基本结构微型计算机基本结构微型计算机基本结构微型计算机又称为微型计算机又称为PCPC机，由硬件系统和软件系统两大部分组机，由硬件系统和软件系统两大部分组成。成。第二章微型计算机基础2.1微型计算机基本结构1 12.1.12.1.1微型计算机的概念结构微型计算机的概念结构微型计算机的概念结构微型计算机的概念结构如图所示，是微型计算机的典型如图所示，是微型计算机的典型 组成结构示意图，从图中我们组成结构示意图，从图中我们可以看出，微型计算机由微处理可以看出，微型计算机由微处理器器CPUCPU、一定容量的内部存储、一定容量的内部存储器（包括器（包括ROMROM、RAMRAM）、）、输入输入/输出接口电路组成。输出接口电路组成。各功能部件之间通过各功能部件之间通过总线有机地总线有机地连接在一起，其中微处理器是整个微型计算机的核心部件。连接在一起，其中微处理器是整个微型计算机的核心部件。2.1.1微型计算机的概念结构2 21.1.硬件系统硬件系统硬件系统硬件系统1 1）微处理器）微处理器）微处理器）微处理器（centralprocessingunite)centralprocessingunite)简称为简称为CPUCPU，又名中央处理器和，又名中央处理器和中央处理单元中央处理单元用途：解释指令并进行运算用途：解释指令并进行运算指标：能否超频、工作温度指标：能否超频、工作温度组成：运算器、控制器、（组成：运算器、控制器、（CPUCPU内部）寄存器组内部）寄存器组运算器：用于完成数据的算术和逻辑运算运算器：用于完成数据的算术和逻辑运算控制器：通常由指令寄存器、指令译码器和控制电路组成控制器：通常由指令寄存器、指令译码器和控制电路组成（CPUCPU内部）寄存器组：暂存参加运算的操作数和运算结果内部）寄存器组：暂存参加运算的操作数和运算结果分为专用寄存器和通用寄存器分为专用寄存器和通用寄存器工作原理：犹如一个工厂系统中的生产车间对产品的加工工作原理：犹如一个工厂系统中的生产车间对产品的加工过程过程1.硬件系统3 32 2）存储器）存储器）存储器）存储器（又叫内存或主存）（又叫内存或主存）组成：通常由组成：通常由CPUCPU之外的半导体存储器芯片组成之外的半导体存储器芯片组成用途：存放程序、原始操作数、运算的中间结果数据、用途：存放程序、原始操作数、运算的中间结果数据、最终结果数据最终结果数据（1 1）内存单元的地址和内容）内存单元的地址和内容）内存单元的地址和内容）内存单元的地址和内容地址地址每个存储单元编上不同的且唯一的号码，每个存储单元编上不同的且唯一的号码，一般用十六进制数表示一般用十六进制数表示内容内容每个存储器地址中又存放着的那一组二进每个存储器地址中又存放着的那一组二进制制（或十六进制）表示的数（或十六进制）表示的数两者关系：前者为某一个房间号码，后者为此房间两者关系：前者为某一个房间号码，后者为此房间 里住的人里住的人2）存储器（又叫内存或主存）4 4（2 2）数据在内存储器中的存储方式）数据在内存储器中的存储方式）数据在内存储器中的存储方式）数据在内存储器中的存储方式（板书分析）（板书分析）第一，内存储器是有第一，内存储器是有唯一地址唯一地址的的字节字节的的有序有序阵阵列列第二，对于一个字的数据存储，占用两个第二，对于一个字的数据存储，占用两个相邻相邻存储单元，高字节放高地址，低字节放低地址，以存储单元，高字节放高地址，低字节放低地址，以低地址低地址命名为此字数据的地址。命名为此字数据的地址。（3 3）内存的操作内存的操作内存的操作内存的操作CPUCPU对内存的操作有读对内存的操作有读/写两种。写两种。读操作：读操作：CPUCPU将内存单元的内容取到将内存单元的内容取到CPUCPU内部，内部，不改不改变变被读单元的内容被读单元的内容写操作：写操作：CPUCPU将内部信息传送到内存单元保存起来，将内部信息传送到内存单元保存起来，改变改变被写单元的内容。被写单元的内容。（2）数据在内存储器中的存储方式（板书分析）5 5例如：读出地址为例如：读出地址为04H04H内存单元中的内容内存单元中的内容 读出信息操作过程如下图所示读出信息操作过程如下图所示例如：例如：CPUCPU将数据将数据26H26H写入地址为写入地址为08H08H的存储单元的存储单元 向存储器写入信息的操作过程如上图所示向存储器写入信息的操作过程如上图所示例如：读出地址为04H内存单元中的内容6 6（4 4）内存的分类内存的分类内存的分类内存的分类按工作方式不同，可将存储器分为随机存取存储器按工作方式不同，可将存储器分为随机存取存储器（又称读写存储器）、只读存储器两种形式。（又称读写存储器）、只读存储器两种形式。（4）内存的分类7 73 3）输入）输入）输入）输入/输出设备及其接口电路输出设备及其接口电路输出设备及其接口电路输出设备及其接口电路输入输入/输出（输出（input/outputinput/output缩写缩写I/OI/O）设备称为外部设备）设备称为外部设备输入任务：输入任务：将程序、原始数据及现场信息将程序、原始数据及现场信息计算机自动计算和计算机自动计算和处理处理输出任务：输出任务：计算机中的计算和处理结果计算机中的计算和处理结果/回答信号以人能识别的各种回答信号以人能识别的各种形式表示出来形式表示出来接口电路的主要职责：将微处理器和输入接口电路的主要职责：将微处理器和输入/输出设备之间的信息输出设备之间的信息 统一统一和和联系联系起来起来接口电路的种类：接口电路的种类：常用的有常用的有82558255可编程并行接口电路、可编程并行接口电路、82538253可编程定时可编程定时/计数电路等计数电路等3）输入/输出设备及其接口电路8 844）总线）总线）总线）总线微型计算机大多采用总线结构，因为在微型计算机系统中，微型计算机大多采用总线结构，因为在微型计算机系统中，无论是各部件之间的信息传送，还是处理器内部信息的传无论是各部件之间的信息传送，还是处理器内部信息的传送，都是通过总线进行的，送，都是通过总线进行的，系统中各功能部件之间的相互系统中各功能部件之间的相互关系变为各个部件面向总线的单一关系关系变为各个部件面向总线的单一关系。问题：什么是总线问题：什么是总线问题：什么是总线问题：什么是总线所谓所谓总线，是连接多个功能部件或多个装置的一组公总线，是连接多个功能部件或多个装置的一组公 共信号线，用作微机各部分传递信息所共同使用的共信号线，用作微机各部分传递信息所共同使用的“高速高速信息公路信息公路”。按在系统中的不同位置，按在系统中的不同位置，总线可以分为内部总线和外总线可以分为内部总线和外部总线。内部总线是部总线。内部总线是CPUCPU内部各功能部件和寄存器之间内部各功能部件和寄存器之间的连线；外部总线是连接系统的总线，即连接的连线；外部总线是连接系统的总线，即连接CPUCPU、存、存储器和储器和I/OI/O接口的总线，又称为系统总线。接口的总线，又称为系统总线。4）总线9 9解释：三总线结构解释：三总线结构解释：三总线结构解释：三总线结构 按按 所所 传传 送送 信信 息息 的的 不不 同同 类类 型型，总总 线线 可可 以以 分分 为为 数数 据据 总总 线线DB(DataDB(Data Bus)Bus)、地地址址总总线线AB(AddressAB(Address Bus)Bus)和和控控制制总总线线CB(ControlCB(ControlBus)Bus)三三种种类类型型，通通常常称称微微型型计计算算机机采采用用三三总总线线结构。结构。地址总线地址总线地址总线地址总线(AddressBus)(AddressBus)地址总线是微型计算机用来传送地址信息的信号线。地址总地址总线是微型计算机用来传送地址信息的信号线。地址总线的位数决定了线的位数决定了CPUCPU可以直接寻址的内存空间的大小。可以直接寻址的内存空间的大小。因为地因为地址总是从址总是从CPUCPU发出的，所以发出的，所以地址总线是单向的、三态总线。地址总线是单向的、三态总线。单单向指信息只能沿一个方向传送，三态指除了输出高、低电平状向指信息只能沿一个方向传送，三态指除了输出高、低电平状态外，还可以处于高阻抗状态（浮空状态）。态外，还可以处于高阻抗状态（浮空状态）。解释：三总线结构1010数据总线数据总线数据总线数据总线(DataBus)(DataBus)数据总线是数据总线是CPUCPU用来传送数据信息的信号线（双向、三用来传送数据信息的信号线（双向、三态）。态）。数据总线是双向三态总线，即数据既可以从数据总线是双向三态总线，即数据既可以从CPUCPU送到送到其它部件，也可以从其它部件传送给其它部件，也可以从其它部件传送给CPUCPU，数据总线的位数，数据总线的位数和处理器的位数相对应。和处理器的位数相对应。控制总线控制总线控制总线控制总线(ControlBus)(ControlBus)控制总线是用来传送控制信号的一组总线。控制总线是用来传送控制信号的一组总线。这组信号线比较这组信号线比较复杂，由它来实现复杂，由它来实现CPUCPU对外部功能部件（包括存储器和对外部功能部件（包括存储器和I/OI/O接口）的控制及接收外部传送给接口）的控制及接收外部传送给CPUCPU的状态信号，不同的微的状态信号，不同的微处理器采用不同的控制信号。处理器采用不同的控制信号。控制总线的信号线，有的为单向，有的为双向或三态，有的控制总线的信号线，有的为单向，有的为双向或三态，有的为非三态，取决于具体的信号线，但作为整体是双向的，以为非三态，取决于具体的信号线，但作为整体是双向的，以双向线表示。双向线表示。数据总线(DataBus)11112.2.微处理器、微型计算机与微型计算机系统三者之间的关系微处理器、微型计算机与微型计算机系统三者之间的关系微处理器、微型计算机与微型计算机系统三者之间的关系微处理器、微型计算机与微型计算机系统三者之间的关系微处理器、微型计算机与微型计算机系统三者之间的关系如下：微处理器、微型计算机与微型计算机系统三者之间的关系如下：2.微处理器、微型计算机与微型计算机系统三者之间的关系12123.3.软件系统软件系统软件系统软件系统软件系统包括系统软件和应用软件两大类。软件系统包括系统软件和应用软件两大类。系统软件包括操作系统和系统实用程序。系统软件包括操作系统和系统实用程序。应用软件是用户为解决各种实际问题而编制的程序。应用软件是用户为解决各种实际问题而编制的程序。3.软件系统13132.1.22.1.2微型计算机的工作过程微型计算机的工作过程微型计算机的工作过程微型计算机的工作过程我我们们已已经经介介绍绍了了微微型型计计算算机机的的组组成成及及系系统统结结构构，并并且且分分析析讨讨论了作为微型计算机核心部件的论了作为微型计算机核心部件的CPUCPU的内部结构，在这一基础的内部结构，在这一基础上，讨论微型计算机系统的工作过程。上，讨论微型计算机系统的工作过程。1 1存储程序计算机存储程序计算机存储程序计算机存储程序计算机(1)(1)程序与指令程序与指令程序与指令程序与指令指令指令指令指令就是能被计算机识别的并能执行的基本操作命令，以二进就是能被计算机识别的并能执行的基本操作命令，以二进制代码的形式出现的制代码的形式出现的。程序程序程序程序就是实现既定任务的指令序列。就是实现既定任务的指令序列。(2)(2)程序存储程序存储程序存储程序存储把执行一项信息处理任务的程序代码，以字节为单位，按顺序把执行一项信息处理任务的程序代码，以字节为单位，按顺序存放在存储器的一段连续的存储区域内，这就是程序存储的概存放在存储器的一段连续的存储区域内，这就是程序存储的概念。念。2.1.2微型计算机的工作过程14142.2.计算机工作过程的实质计算机工作过程的实质计算机工作过程的实质计算机工作过程的实质计算机之所以能在没有人直接干预的情况下，自动地完成计算机之所以能在没有人直接干预的情况下，自动地完成各种信息处理任务，是因为人们事先为它编制了各种工作各种信息处理任务，是因为人们事先为它编制了各种工作程序，计算机的工作过程，就是执行程序的过程，包括取程序，计算机的工作过程，就是执行程序的过程，包括取指令与执行指令两个基本阶段。指令与执行指令两个基本阶段。简单地讲，微型计算机系统的工作过程是取指令简单地讲，微型计算机系统的工作过程是取指令(代代码码)分析指令分析指令(译码译码)执行指令的不断循环的过程。执行指令的不断循环的过程。2.计算机工作过程的实质15152.2 8086/80882.2 8086/80882.2 8086/80882.2 8086/8088微处理器微处理器微处理器微处理器2.2.1 8086/80882.2.1 8086/80882.2.1 8086/80882.2.1 8086/8088微处理器概述微处理器概述微处理器概述微处理器概述1 1引言引言引言引言 8086/80888086/8088微微处处理理器器是是IntelIntel公公司司推推出出的的第第三三代代CPUCPU芯芯片，片，它们的内部结构基本相同，都采用它们的内部结构基本相同，都采用1616位结构进行操作及存储位结构进行操作及存储器寻址，但外部性能有所差异，两种处理器都封装在相同器寻址，但外部性能有所差异，两种处理器都封装在相同的的4040脚双列直插组件（脚双列直插组件（DIPDIP）中。）中。2 2 2 28086808680868086微处理器的一般性能特点：微处理器的一般性能特点：微处理器的一般性能特点：微处理器的一般性能特点：1616位的内部结构，位的内部结构，1616位双向数据信号线；位双向数据信号线；2020位地址信号线，可寻址位地址信号线，可寻址1M1M字节存储单元；较强的指令系统；字节存储单元；较强的指令系统；利用利用1616位的地址总线来进行位的地址总线来进行I/OI/O端口寻址，可寻址端口寻址，可寻址64K64K个个I/OI/O端口；端口；2.28086/8088微处理器2.2.18086/81616中断功能强，可处理内部软件中断和外部中断，中断中断功能强，可处理内部软件中断和外部中断，中断源可达源可达256256个；个；单一的单一的5V5V电源，单相时钟电源，单相时钟5MHz5MHz。另外，另外，IntelIntel公司同期推出的公司同期推出的Intel8088Intel8088微处理器是一微处理器是一种准种准1616位微处理器，其内部寄存器，内部操作等均按位微处理器，其内部寄存器，内部操作等均按1616位位处理器设计，与处理器设计，与Intel8086Intel8086微处理器基本上相同，不同的是微处理器基本上相同，不同的是其对外的数据线只有其对外的数据线只有8 8位，目的是为了方便地与位，目的是为了方便地与8 8位位I/OI/O接口接口芯片相兼容。芯片相兼容。中断功能强，可处理内部软件中断和外部中断，中断17172.2.2 8086/80882.2.2 8086/80882.2.2 8086/80882.2.2 8086/8088的功能结构及指令流水线的功能结构及指令流水线的功能结构及指令流水线的功能结构及指令流水线1.8086/80881.8086/80881.8086/80881.8086/8088的功能结构的功能结构的功能结构的功能结构(又称为编程结构又称为编程结构）如右图所示是如右图所示是8086/8088CPU8086/8088CPU的的内部功能结构。内部功能结构。从功能上来看，从功能上来看，8086/8088CPU8086/8088CPU可可分为两部分，分为两部分，即总线接口部即总线接口部件件BIUBIU（BusBusInterfaceUnitInterfaceUnit）和执行部件和执行部件EUEU（ExecutionUnitExecutionUnit）2.2.28086/8088的功能结构及指令流水线1818(1)(1)执行部件（执行部件（执行部件（执行部件（EUEU）功能：负责指令的执行。功能：负责指令的执行。组组成成：包包括括ALU(ALU(算算术术逻逻辑辑单单元元)、通通用用寄寄存存器器组组标标志寄存器志寄存器等，主要进行等，主要进行8 8位及位及1616位的各种运算位的各种运算(2)(2)(2)(2)总线接口部件（总线接口部件（总线接口部件（总线接口部件（BIUBIUBIUBIU）功功能能：负负责责与与存存储储器器及及I/OI/O接接口口之之间间的的数数据据传传送送操操作作。具具体体来来看看，完完成成取取指指令令送送指指令令队队列列，配配合合执执行行部部件件的的动动作作，从从内内存存单单元元或或I/OI/O端端口口取取操操作作数数，或或者者将将操操作作结结果果送内存单元或者送内存单元或者I/OI/O端口。端口。组组成成：它它由由段段寄寄存存器器（DSDS、CSCS、ESES、SSSS）、1616位位指指令令指指针针寄寄存存器器IPIP（指指向向下下一一条条要要取取出出的的指指令令代代码码）、2020位位地地址址加加法法器器（用用来来产产生生2020位位地地址址）和和6 6字字节节（80888088为为4 4字节）指令队列缓冲器组成字节）指令队列缓冲器组成。(1)执行部件（EU）1919(3)8086/8088BIU(3)8086/8088BIU的特点的特点的特点的特点 指令流队列是一个内部的存储器阵列，类似一个指令流队列是一个内部的存储器阵列，类似一个先先进先出进先出的仓库。的仓库。8086/80888086/8088的指令流队列最多能保存分别为的指令流队列最多能保存分别为6/46/4个字节，且只要队列出现个字节，且只要队列出现2/12/1个空字节，同时个空字节，同时EUEU也未要求也未要求BUIBUI进入存取操作数的进入存取操作数的总线周期总线周期，BIUBIU便自动从内存单元顺便自动从内存单元顺序取指令字节，并填满指令流队列。若数据存取请求与预取序取指令字节，并填满指令流队列。若数据存取请求与预取指令请求同时发生，指令请求同时发生，BIUBIU将优先处理数据存取操作，可以提将优先处理数据存取操作，可以提高高CPUCPU的工作效率。的工作效率。地址加法器用来产生地址加法器用来产生2020位物理地址。位物理地址。8086/80888086/8088可可用用2020位地址寻址位地址寻址1M1M字节的内存空间，而字节的内存空间，而CPUCPU内部的寄存器内部的寄存器都是都是1616位，因此需要由一个附加的机构来计算出位，因此需要由一个附加的机构来计算出2020位的物位的物理地址，这个机构就是理地址，这个机构就是2020位的地址加法器。位的地址加法器。例如：例如：CSCS0FE00H0FE00H，IPIP0400H0400H，则表示要取指令代码，则表示要取指令代码的物理地址为的物理地址为0FE400H0FE400H。(3)8086/8088BIU的特点2020(4)BIU(4)BIU与与与与EUEU的动作协调原则：的动作协调原则：的动作协调原则：的动作协调原则：总总线线接接口口部部件件（BIUBIU）和和执执行行部部件件（EUEU）按按以以下下流流水水线线技技术术原原则协调工作，共同完成所要求的信息处理任务：则协调工作，共同完成所要求的信息处理任务：每每当当80868086的的指指令令队队列列中中有有两两个个空空字字节节，或或80888088的的指指令令队队列中有一个空字节时，列中有一个空字节时，BIUBIU就会自动把指令取到指令队列中。就会自动把指令取到指令队列中。其取指的顺序是按指令在程序中出现的前后顺序。其取指的顺序是按指令在程序中出现的前后顺序。每每当当EUEU准准备备执执行行一一条条指指令令时时，它它会会从从BIUBIU部部件件的的指指令令队队列列前部前部前部前部取出指令的代码，然后用几个取出指令的代码，然后用几个时钟周期时钟周期时钟周期时钟周期去执行指令。在去执行指令。在执行指令的过程中，如果必须访问存储器或者执行指令的过程中，如果必须访问存储器或者I IOO端口，那么端口，那么EUEU就会请求就会请求BIUBIU，进入，进入总线周期总线周期总线周期总线周期，完成访问内存或者，完成访问内存或者I IOO端口端口的操作；如果此时的操作；如果此时BIUBIU正好处于空闲状态，会立即响应正好处于空闲状态，会立即响应EUEU的总的总线线请请求求。如如BIUBIU正正正正将将将将某某某某个个个个指指指指令令令令字字字字节节节节取取取取到到到到指指指指令令令令队队队队列列列列中中中中，则则BIUBIU将将首首先完成这个取指令的总线周期，然后再去响应先完成这个取指令的总线周期，然后再去响应EUEU发出的访问总发出的访问总线的请求。线的请求。(4)BIU与EU的动作协调原则：2121 当当指指令令队队列列已已满满，且且EUEU又又没没有有总总线线访访问问请请求求时时，BIUBIU便进入空闲状态。便进入空闲状态。在执行转移指令、调用指令和返回指令时，由于待在执行转移指令、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被自动消除被自动消除被自动消除，BIUBIU会接着往指令队列会接着往指令队列装入转向装入转向装入转向装入转向的另一程序段的另一程序段中的指令代码。中的指令代码。从从上上述述BIUBIU与与EUEU的的动动作作管管理理原原则则中中，不不难难看看出出，它它们们两者的工作是不同步的，正是这种既相互独立又相互配合的两者的工作是不同步的，正是这种既相互独立又相互配合的关关系系，使使得得8086/80888086/8088可可以以在在执执执执行行行行指指指指令令令令的的的的同同同同时时时时，进进进进行行行行取取取取指指指指令令令令代代代代码码码码的的的的操操操操作作作作，也也就就是是说说BIUBIU与与EUEU是是一一种种并并并并行行行行工工工工作作作作方方方方式式式式，改改变变了以往计算机取指令了以往计算机取指令译码译码执行指令的串行工作方式，大执行指令的串行工作方式，大大大提提高高了了工工作作效效率率，这这正正是是8086/80888086/8088获获得得成成功功的的原原因因之之一。一。当指令队列已满，且EU又没有总线访问请求时，B2222 8086/8088CPU 8086/8088CPU 8086/8088CPU 8086/8088CPU 80286CPU 80286CPU 80286CPU 80286CPU 80386CPU 80386CPU 80386CPU 80386CPU主主主主要要要要性性性性能能能能 8086CPU8086CPU为为典型的典型的1616位位CPUCPU，具有，具有1616位位内内内内部部DBDB和和1616位位外外外外部部DBDB，80888088也具有也具有1616位内部位内部DBDB但但外外外外DBDBDBDB只有只有只有只有8 8 8 8位位位位，故称故称为为准准1616位机，其位机，其他方面几乎完全相同。他方面几乎完全相同。40404040条引脚条引脚条引脚条引脚，20202020位地址位地址位地址位地址总线总线（ABAB）可）可寻寻址址1MB1MB的内存地址空的内存地址空间间和和64KB64KB的的I/OI/O地址空地址空间间，工作方式，工作方式为为实实地地地地址方式址方式址方式址方式 比比8086/80888086/8088更先更先进的进的1616位位CPUCPU，有，有68686868个引脚个引脚个引脚个引脚，分开，分开设置设置16161616条数据线条数据线条数据线条数据线和和和和24242424条地址线条地址线条地址线条地址线，具有存储器管理具有存储器管理和保护机构，采和保护机构，采用分段的方法管用分段的方法管理存储器，有两理存储器，有两种工作方式：种工作方式：实实实实地址和虚地址地址和虚地址地址和虚地址地址和虚地址。32323232位位CPUCPU，132132132132条引脚，条引脚，条引脚，条引脚，DBDBDBDB和和和和ABABABAB各各各各32323232条，条，条，条，有有3 3种工作方式：种工作方式：实地址、虚地实地址、虚地实地址、虚地实地址、虚地址和虚拟址和虚拟址和虚拟址和虚拟8086808680868086方式方式方式方式 2、8086/80888086/8088、80286 80286、80386CPU 80386CPU对比表对比表8086/8088CPU80286CPU80386C2323 8086/8088 8086/8088 8086/8088 8086/8088 80286 80286 80286 8028680386803868038680386功功功功能能能能结结结结构构构构两两部部分分：执执执执行行行行部部部部件件件件EUEUEUEU和和和和总总总总线线线线接接接接口口口口部件部件部件部件BIUBIUBIUBIUEUEU包包括括：ALUALU（算算术术逻逻辑辑单单元元）、1616位位标标志志寄寄存存器器、寄寄存存器器阵阵列列、指指令令译译码码器器及及控控制制电路电路BIUBIU包包 括括：4 4个个 1616位位段段寄寄存存器器、一一个个1616位位指指令令指指针针、一一个个地地址址加加法法器器、一一个个指指令令流流队队列列和总线控制电路和总线控制电路 四个部分：四个部分：EUEUEUEU、AUAUAUAU、IUIUIUIU、BIUBIUBIUBIUAUAU：地地址址部部件件，包包括括物物理理地地址址发发生生器器、段段寄寄存存器器、段段描描述符高速缓冲存储器等述符高速缓冲存储器等IUIU：指指令令部部件件，包包括括指指令令译译码器和已译码指令队列码器和已译码指令队列EUEU：包包括括ALUALU及及标标志志寄寄存存器器、通通用用寄寄存存器器阵阵列列（用用来来暂暂存存操操作作数数和和运运算算结结果果）和和控控制制电路等电路等BIUBIU：包包括括总总线线接接口口电电路路、预预取器和取器和6 6字节的预取队列字节的预取队列每个部件都可与其他部件异每个部件都可与其他部件异每个部件都可与其他部件异每个部件都可与其他部件异步并行操作步并行操作步并行操作步并行操作 六个部分：六个部分：六个部分：六个部分：总总线线接接口口部件部件指指令令预预取取部件部件指指令令译译码码部件部件执行部件执行部件分段部件分段部件分页部件分页部件8086/808880286803824243.3.80386CPU80386CPU基本寄存器基本寄存器基本寄存器基本寄存器包包括括4 4个个3232位位通通用用寄寄存存器器、2 2个个3232位位变变址址寄寄存存器器、3 3个个3232位位指针寄存器、指针寄存器、6 6个个1616位段寄存器和位段寄存器和1 1个个3232位标志寄存器，位标志寄存器，它们组成了一个基本寄存器集。它们组成了一个基本寄存器集。通用寄存器（通用寄存器（通用寄存器（通用寄存器（EAXEAX、EBXEBX、ECXECX、EDXEDX）变址寄存器变址寄存器变址寄存器变址寄存器（ESIESI、EDIEDI）指针寄存器（指针寄存器（指针寄存器（指针寄存器（EBPEBPEBPEBP、ESPESPESPESP、EIPEIPEIPEIP）段寄存器（段寄存器（段寄存器（段寄存器（CSCSCSCS、DSDSDSDS、SSSSSSSS、ESESESES、FSFSFSFS、GSGSGSGS）使用约定表使用约定表使用约定表使用约定表3.80386CPU基本寄存器2525约定表如下：约定表如下：约定表如下：约定表如下：约定表如下：2626标志寄存器标志寄存器标志寄存器标志寄存器 （EFLAGSEFLAGSEFLAGSEFLAGS）其为其为3232位寄存器，位寄存器，有有6 6位状态标志、位状态标志、3 3位控制标志、位控制标志、2 2位保护方式标志位保护方式标志及两个新增的标志。及两个新增的标志。标志寄存器2727a.a.a.a.状态标志：状态标志：状态标志：状态标志：6 6 6 6个个个个 状状态态标标志志表表示示前前一一步步操操作作（如如加加、减减等等）执执行行以以后后，ALUALU所所处处的的状状态态，后后续续操操作作可可以以根根据据这这些些状状态态标标志志进进行行判判断断，实实现转移。现转移。（0 0）CFCFCFCF进进进进位位位位标标标标志志志志位位位位，做做加加法法时时最最高高位位出出现现进进位位或或做做减法时最高位出现借位，该位置减法时最高位出现借位，该位置1 1，反之为，反之为0 0。（2 2）PFPF奇奇奇奇偶偶偶偶标标标标志志志志位位位位，当当运运算算结结果果的的低低8 8位位中中l l的的个个数为偶数时，则该位置数为偶数时，则该位置1 1，反之为，反之为0 0。（4 4）AFAF半半半半进进进进位位位位标标标标志志志志位位位位，做做字字节节加加法法时时，当当低低四四位位有有向向高高四四位位的的进进位位，或或在在做做减减法法时时，低低四四位位有有向向高高四四位位的的借借位时，该标志位就置位时，该标志位就置1 1。（6 6 6 6）ZFZFZFZF零零零零标标标标志志志志位位位位，运运算算结结果果为为0 0时时，该该标标志志位位置置1 1，否否则清则清0 0。a.状态标志：6个2828 （7 7 7 7）SFSFSFSF符号标志位符号标志位符号标志位符号标志位，当运算结果的最高位为，当运算结果的最高位为1 1，该标志位，该标志位置置1 1，否则清，否则清0 0。即与运算结果的最高位相同。即与运算结果的最高位相同。（11111111）OFOFOFOF溢出标志位溢出标志位溢出标志位溢出标志位，OFOF溢出的判断方法如下：溢出的判断方法如下：加法运算：加法运算：若两个加数的最高位为若两个加数的最高位为0 0，而和的最高位为，而和的最高位为1 1，则产生上溢出；，则产生上溢出；若两个加数的最高位为若两个加数的最高位为1 1，而和的最高位为，而和的最高位为0 0，则产生下溢出；，则产生下溢出；两个加数的最高位不相同时，不可能产生溢出。两个加数的最高位不相同时，不可能产生溢出。减法运算：减法运算：若若被被减减数数的的最最高高位位为为0 0，减减数数的的最最高高位位为为1 1，而而差差的的最最高高位位为为1 1，则产生上溢出；，则产生上溢出；若若被被减减数数的的最最高高位位为为1 1，减减数数的的最最高高位位为为0 0，而而差差的的最最高高位位为为0 0，则产生下溢出；，则产生下溢出；被减数及减数的最高位相同时，不可能产生溢出。被减数及减数的最高位相同时，不可能产生溢出。（7）SF符号标志位，当运算结果的最高位为1，该标志位置2929 如如果果所所进进行行的的运运算算是是带带符符号号数数的的运运算算，则则溢溢出出标标志志恰恰好好能能够反映运算结果是否超出了够反映运算结果是否超出了8 8位或位或1616位带符号数所能表达的范位带符号数所能表达的范围，即字节运算大于十围，即字节运算大于十127127或小于或小于128128时，字运算大于时，字运算大于十十3276732767或小于或小于3276832768时，该位置时，该位置1 1，反之为，反之为0 0。举例：举例：CFCFCFCF0 0 0 0、AFAFAFAF1 1 1 1、PFPFPFPF1 1 1 1、ZFZFZFZF0 0 0 0、SFSFSFSF1 1 1 1、OFOFOFOF1 1 1 1（两正数相加结果为负）（两正数相加结果为负）一般来讲，不是每次运算后所有的标志都改变，只是在某一般来讲，不是每次运算后所有的标志都改变，只是在某些操作之后，才对其中某个标志进行检查。些操作之后，才对其中某个标志进行检查。010101000011100101000101011010101001100110100011如果所进行的运算是带符号数的运算，则溢出标志恰3030b.b.控制标志控制标志控制标志控制标志控制标志可以通过指令人为设置，用以对某一种特定的功能控制标志可以通过指令人为设置，用以对某一种特定的功能起控制作用（如中断屏蔽等），反映了人们对微机系统工作起控制作用（如中断屏蔽等），反映了人们对微机系统工作方式的可控制性方式的可控制性。与与与与8086/80888086/8088、8028680286兼容的控制标志位兼容的控制标志位兼容的控制标志位兼容的控制标志位3 3个个个个 （8 8）TFTF陷陷陷陷阱阱阱阱标标标标志志志志位位位位(单单单单步步步步标标标标志志志志位位位位、跟跟跟跟踪踪踪踪标标标标志志志志)，当当该位置该位置1 1时，将进入单步工作方式，通常用于程序的调试。时，将进入单步工作方式，通常用于程序的调试。（9 9）IFIF中中中中断断断断允允允允许许许许标标标标志志志志位位位位，若若该该位位置置1 1，则则处处理理器器可可以响应可屏蔽中断，否则就不能响应可屏蔽中断。以响应可屏蔽中断，否则就不能响应可屏蔽中断。（1010）DFDF方方方方向向向向标标标标志志志志位位位位，若若该该位位置置1 1，则则串串操操作作指指令令的地址修改为自动减量方向，反之，为自动增量方向。的地址修改为自动减量方向，反之，为自动增量方向。b.控制标志3131保护方式标志保护方式标志保护方式标志保护方式标志只在保护方式下有效，只在保护方式下有效，80868086仿真方式（实方式）下无效，仿真方式（实方式）下无效，可用程序来设置以便控制处理器的运行，可用程序来设置以便控制处理器的运行，也属控制标志也属控制标志也属控制标志也属控制标志（1313、1212）IOPLIOPL输入输入输入输入/输出特权级标志输出特权级标志输出特权级标志输出特权级标志，占用两位二，占用两位二进进制位，四个状态来确定需要执行的制位，四个状态来确定需要执行的I/OI/O操作的特权级。当操作的特权级。当为为0000时，表示特权级最时，表示特权级最高高高高，当为，当为1111时，表示特权级最时，表示特权级最低低低低。若当前特权级在若当前特权级在数值上小于或等于数值上小于或等于数值上小于或等于数值上小于或等于IOPLIOPL（高于等于），（高于等于），I/OI/O指令可以执行，否则，便产生一个保护异常。指令可以执行，否则，便产生一个保护异常。（1414）NTNT嵌套任务标志嵌套任务标志嵌套任务标志嵌套任务标志，若为若为0 0，表明发生中断或执行调用指令时，表明发生中断或执行调用指令时无无无无任务切换。任务切换。若为若为1 1，表明发生中断或执行调用指令时，表明发生中断或执行调用指令时有有有有任务切换。任务切换。保护方式标志3232c c c c.80386.80386新增的控制标志：新增的控制标志：新增的控制标志：新增的控制标志：2 2个个个个（1616）RFRF重新启动标志，重新启动标志，重新启动标志，重新启动标志，又称调整恢复标志，又称调整恢复标志，若为若为0 0，调试故障被接受并应答。，调试故障被接受并应答。若为若为1 1，调试故障被忽略。，调试故障被忽略。（1717）VMVM虚拟虚拟虚拟虚拟80868086方式标志，方式标志，方式标志，方式标志，若为若为0 0，处理器在一般方式下运行，处理器在一般方式下运行若为若为1 1，处理器在虚拟，处理器在虚拟80868086方式下运行方式下运行c.80386新增的控制标志：2个33332.2.3 8086/80882.2.3 8086/80882.2.3 8086/80882.2.3 8086/8088的的的的存储器组织存储器组织存储器组织存储器组织1.1.存储容量存储容量存储容量存储容量8088/80868088/8086有有2020根根地地址址总总线线，因因此此，它它可可以以直直接接寻寻址址的的存存储储器器单元数为单元数为2 22020=1Mbyte=1Mbyte2.2.物理地址物理地址物理地址物理地址8088/80868088/8086可直接寻址可直接寻址1Mbyte1Mbyte的存储空间，其地址区域为的存储空间，其地址区域为00000HFFFFFH00000HFFFFFH，与与存存储储单单元元一一一一对对应应的的2020位位地地址址，我我们们称称之为存储单元的物理地址。之为存储单元的物理地址。3.3.存储器的分段及段地址存储器的分段及段地址存储器的分段及段地址存储器的分段及段地址由于由于CPUCPU内部的寄存器都是内部的寄存器都是1616位的，为了能够提供位的，为了能够提供2020位的物位的物理地址，系统中采用了存储器分段的方法。规定存储器的一理地址，系统中采用了存储器分段的方法。规定存储器的一个段为个段为64KB64KB，由段寄存器来确定存储单元的段地址，由指令，由段寄存器来确定存储单元的段地址，由指令提供该单元相对于相应段起始地址的提供该单元相对于相应段起始地址的1616位偏移量。位偏移量。这样，系这样，系统的整个存储空间可分为统的整个存储空间可分为1616个互不重叠的逻辑段个互不重叠的逻辑段。2.2.38086/8088的存储器组织3434如下图所示，如下图所示，系统的整个存储空间可分为系统的整个存储空间可分为1616个互不重叠个互不重叠的逻辑段，存储器的每个段的容量为的逻辑段，存储器的每个段的容量为64KB64KB，并允许在整，并允许在整个存储空间内浮动，非常灵活。个存储空间内浮动，非常灵活。存储空间段结构存储空间段结构 分段逻辑结构分段逻辑结构如下图所示，系统的整个存储空间可分为16个互不重叠35354.4.偏移地址偏移地址偏移地址偏移地址 偏移地址是某存储单元相对其所在段起始位置的偏移字偏移地址是某存储单元相对其所在段起始位置的偏移字节数，或简称偏移量。它是一个节数，或简称偏移量。它是一个1616位的地址，根据指令位的地址，根据指令的不同，它可以来自于的不同，它可以来自于CPUCPU中不同的中不同的1616位寄存器（位寄存器（IPIP、SPSP、BPBP、SISI、DIDI、BXBX等）。等）。5.5.逻辑地址与物理地址的形成逻辑地址与物理地址的形成逻辑地址与物理地址的形成逻辑地址与物理地址的形成段基址和段内偏移称为逻辑地址，写成段基址：偏移地段基址和段内偏移称为逻辑地址，写成段基址：偏移地址的形式。址的形式。物理地址是由段地址与偏移地址共同决定的，段地址来物理地址是由段地址与偏移地址共同决定的，段地址来自于段寄存器（自于段寄存器（CSCS、DSDS、ESES、SSSS），是十六位地址，由），是十六位地址，由段地址及偏移地址计算物理地址的表达式如下：段地址及偏移地址计算物理地址的表达式如下：物理地址物理地址=段基址段基址16+16+偏移地址偏移地址4.偏移地址3636例如：系统启动后，指令的物理地址由例如：系统启动后，指令的物理地址由CSCS的内容与的内容与IPIP的的内内 容容 共共 同同 决决 定定，由由 于于 系系 统统 启启 动动 的的 CS=0FFFFHCS=0FFFFH，IP=0000HIP=0000H，所以初始指令的物理地址为所以初始指令的物理地址为0FFFF0H0FFFF0H，我们可以在，我们可以在0FFFF0H0FFFF0H单元开始的几个单元中，固化一条无条件转移单元开始的几个单元中，固化一条无条件转移指令的代码，即转移到系统初始化程序部分。指令的代码，即转移到系统初始化程序部分。例如：系统启动后，指令的物理地址由CS的内容与IP的37376.6.6.6.特殊的内存区域特殊的内存区域特殊的内存区域特殊的内存区域 8088/80868088/8086系系统统中中，有有些些内内存存区区域域的的作作用用是是固固定定的的，用用户不能随便使用，如：户不能随便使用，如：中中断断矢矢量量区区：00000H003FFH00000H003FFH共共1K1K字字节节，用用以以存存放放256256种种中中断断类类型型的的中中断断矢矢量量，每每个个中中断断矢矢量量占占用用4 4个个字字节节，共共2564=1024=1K2564=1024=1K 显显示示缓缓冲冲区区：B0000HB0F9FHB0000HB0F9FH约约40004000（2580225802）字字节节，是是单单色色显显示示器器的的显显示示缓缓冲冲区区，存存放放文文本本方方式式下下，所所显显示示字字符符的的ASCIIASCII码码及及属属性性码码；B8000HBBF3FHB8000HBBF3FH约约16K16K字字节节，是是彩彩色色显显示示器器的的显显示示缓缓冲冲区区，放图形方式下，屏幕显示象素的代码。放图形方式下，屏幕显示象素的代码。启启动动区区：0FFFF0H0FFFFFH0FFFF0H0FFFFFH共共1616个个单单元元，用用以以存存放放一条无条件转移指令的代码，转移到系统的初始化部分。一条无条件转移指令的代码，转移到系统的初始化部分。6.特殊的内存区域38382.2.4 8086/80882.2.4 8086/80882.2.4 8086/80882.2.4 8086/8088微处理器的外部引脚及其功能微处理器的外部引脚及其功能微处理器的外部引脚及其功能微处理器的外部引脚及其功能1 18086/8088CPU8086/8088CPU的两种工作模式的两种工作模式的两种工作模式的两种工作模式为了适应各种使用场合，在设计为了适应各种使用场合，在设计8088/8086CPU8088/8086CPU芯片时，就芯片时，就考虑了其应能够使它工作在两种模式下，即最小模式与最大考虑了其应能够使它工作在两种模式下，即最小模式与最大模模式式。所所所所谓谓谓谓最最最最小小小小模模模模式式式式，就就就就是是是是系系系系统统统统中中中中只只只只有有有有一一一一个个个个8088/80868088/8086微微微微处处处处理器，理器，理器，理器，在这种情况下，所有的总线控制信号，都是直接由在这种情况下，所有的总线控制信号，都是直接由8088/8086CPU8088/8086CPU产生的，系统中的总线控制逻辑电路被减到产生的，系统中的总线控制逻辑电路被减到最少，该模式适用于规模较小的微机应用系统。最大模式是最少，该模式适用于规模较小的微机应用系统。最大模式是相对于最小模式而言的，最大模式用在中、大规模的微机应相对于最小模式而言的，最大模式用在中、大规模的微机应用系统中，用系统中，在最大模式下，系统中至少包含两个微处理器在最大模式下，系统中至少包含两个微处理器在最大模式下，系统中至少包含两个微处理器在最大模式下，系统中至少包含两个微处理器，其中一个为主处理器，即其中一个为主处理器，即8086/8086CPU8086/8086CPU，其它的微处理器，其它的微处理器称之为协处理器，它们是协助主处理器工作的。称之为协处理器，它们是协助主处理器工作的。2.2.48086/8088微处理器的外部引脚及其功能13939 与与8088/8086CPU8088/8086CPU配配合合工工作作的的协协处处理理器器有有两两类类，一一类类是是数值数值协处理器协处理器80878087另一类是输入另一类是输入/输出协处理器输出协处理器80898089。8087808780878087是一种专用于数值运算的协处理器，它能实现多种类是一种专用于数值运算的协处理器，它能实现多种类型的数值运算型的数值运算以大大提高主处理器的运行速度。以大大提高主处理器的运行速度。8089 8089 8089 8089协处理器协处理器它有一套专它有一套专门用于输入门用于输入/输出操作的指令系输出操作的指令系统，统，它可以直接为输入它可以直接为输入/输出设备服务，使主处理器不再承担输出设备服务，使主处理器不再承担这这类类工工作作。在在系系统统中中增增加加80898089协协处处理理器器之之后后，会会明明显显提提高高主主处处理器的效率，尤其是在输入理器的效率，尤其是在输入/输出操作比较频繁的系统中。输出操作比较频繁的系统中。与8088/8086CPU配合工作的协处理器有两40402 28086/8088CPU8086/8088CPU的引脚信号和功能的引脚信号和功能的引脚信号和功能的引脚信号和功能(1).(1).引言引言引言引言 如图如图1-121-12所示，所示，是是8088CPU8088CPU的的外部结构，即外部结构，即引脚信号图，引脚信号图，注意：在不同注意：在不同的工作模式下，的工作模式下，其中一部分引其中一部分引脚的名称和功脚的名称和功能可能不一致。能可能不一致。28086/8088CPU的引脚信号和功能41418088/8086CPU8088/8086CPU芯片都是双列直插式集成电路芯片，芯片都是双列直插式集成电路芯片，都都有有4040个引脚，其中个引脚，其中3232个引脚在两种工作模式下的名称和个引脚在两种工作模式下的名称和功能是相同的，还有功能是相同的，还有8 8个引脚在不同的工作模式下，具有个引脚在不同的工作模式下，具有不同的名称和功能。下面，我们来介绍不同的名称和功能。下面，我们来介绍8088CPU8088CPU引脚的引脚的输入输入/输出信号及其功能输出信号及其功能(2).(2).两种模式下，名称和功能相同的两种模式下，名称和功能相同的两种模式下，名称和功能相同的两种模式下，名称和功能相同的3232个引脚个引脚个引脚个引脚VCCVCC、GNDGND：电电源源、接接地地引引脚脚(3(3个个),8088/8086CPU),8088/8086CPU采采用用单一的单一的+5V+5V电源，但有两个接地电源，但有两个接地 引脚。引脚。ADAD0 0ADAD7 7（Address Data BusAddress Data Bus）:地址地址/数据复用信号输入数据复用信号输入/输出引脚输出引脚(8(8个个),),分时输出分时输出8 8位地址信号及进行数据信位地址信号及进行数据信号的输入号的输入/输出。输出。A A8 8AA15,15,，地址输出，三态。地址输出，三态。8088/8086CPU芯片都是双列直插式集成电路芯4242A A1919/s/s6 6AA1515/s/s3 3（Address Status BusAddress Status Bus）:地址地址/状态复用状态复用信号输出引脚信号输出引脚(4(4个个),),分时输出地址的高分时输出地址的高4 4位及状态信息，其中位及状态信息，其中s s6 6为为0 0用以指示用以指示8086/8088CPU8086/8088CPU当前与总线连通；当前与总线连通；s s5 5 为为1 1表明表明8086/8088CPU8086/8088CPU可以响应可屏蔽中断；可以响应可屏蔽中断；s s4 4、s s3 3共有四个组态，用共有四个组态，用以指明当前使用的段寄存器，以指明当前使用的段寄存器，00ES00ES，01SS01SS，10CS10CS或不或不使用，使用，11DS11DS。NMI(Non-MaskableInterrupt)NMI(Non-MaskableInterrupt)、INTRINTR（InterruptRequestInterruptRequest）:中断中断请请求信号求信号输输入引脚入引脚(2)(2)，引入中断源向，引入中断源向CPUCPU提出的中断提出的中断请请求信号，高求信号，高电电平有效，前者平有效，前者为为非屏蔽中断非屏蔽中断请请求，后者求，后者为为可屏可屏蔽中断蔽中断请请求信号。求信号。（ReadRead）:读读控制控制输输出信号引脚出信号引脚(1)(1)，低，低电电平有效，用平有效，用以指明要以指明要执执行一个行一个对对内存内存单单元或元或I/OI/O端口的端口的读读操作，具体是操作，具体是读读内存内存单单元，元，还还是是读读I/OI/O端口，取决于端口，取决于M/IOM/IO控制信号控制信号 。A19/s6A15/s3（Address4343 CLK(Clock CLK(Clock）：时钟信号输入引脚）：时钟信号输入引脚(1)(1)，时钟信号的方波，