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1,微机系统及其接口技术,教材：微型机算机系统原理及应用，第2版出版：清华大学出版社，2005编者：杨素行,主讲：王学香单位：电子科学与工程学院ASIC工程中心四牌楼校区逸夫馆北五楼电话：83793265ext.8506E-Mail:wxx,2,课程目标,电气、电子信息类专业校级平台课，是学习微机硬件知识和汇编语言程序设计的专业基础课：微型计算机的基本工作原理汇编语言程序设计微型计算机接口技术目的：以处理器、总线、接口、通道和监控程序为线索，建立微型计算机系统的整体概念，理解硬软件间的辩证关系，学会解决问题的方法。,3,硬件系列课程之一微机系统与接口技术综合电子设计嵌入式系统设计指定选修课以技术为主面向应用软硬件相结合,课程特点,专业技术基础课,4,先修课程数字逻辑提供硬件基础计算机组成原理确立计算机部件功能掌握计算机工作原理汇编语言程序设计建立必备软件基础掌握指令系统、程序格式,先修课程,5,课程主要内容,第一章（6学时）概念与基本知识,第二、三章（12学时）指令与汇编程序设计,第四章（4学时）半导体存储器,第五章（4学时）基本I/O,第五章（16学时）数字I/O,第六章（4学时）模拟I/O,中断系统,定时/计数器,串行接口,DMA,并行接口,6,听课要求与考核方式,学习要求,复习并掌握先修课的有关内容课堂：听讲与理解、适当笔记课后：认真读书、完成作业考核方式：考试成绩80作业15课堂表现5,7,教材,微型计算机系统原理及应用，第2版，杨素行等编，清华大学出版社，2005,8,教学参考书:,郁慧娣，微机系统及其接口技术，东南大学出版社吴宁，80X86/Pentium微型计算机原理及应用，电子工业出版社；戴梅萼,微型计算机技术及应用，清华大学出版社张怀莲,IBM-PC宏汇编语言程序设计，电子工业出版社,9,第1章微机系统概述,教学重点微处理器的发展简史微型计算机的系统组成IBMPC系列机的主机板,10,1.1微型计算机的发展和应用,1946年，世界上出现第一台数字式电子计算机ENIAC（电子数据和计算器）。发展到以大规模、超大规模集成电路为主要部件的第四代，产生了微型计算机。著名的摩尔定律。最新的台式机。1971年10月，Intel公司设计了世界上第一个4位微处理器芯片Intel4004，含有2300个晶体管，开创了一个全新的计算机时代。,11,1.1.1微型计算机的发展,第1代(1971年)：4位和低档8位微机4004(4位)4040(8位)8008(8位)第2代(1974年)：中高档8位微机Z80(Zilog)、I8085、M68000，Apple-II微机第3代(1978年)：16位微机8088808680286，IBMPC系列机,12,1.1.1微型计算机的发展（续）,第4代(1985年)：32位微机8038680486PentiumPentiumIIPentiumIIIPentiumIVPentiumD,13,微型计算机的应用,用于数值计算、数据处理及信息管理方向通用微机，例如：PC微机功能越强越好、使用越方便越好用于过程控制及智能化仪器仪表方向专用微机，例如：单片机、工控机可靠性高、实时性强程序相对简单、处理数据量小,将CPU以及其他主要部件（如ROM、RAM、I/O接口）都集成在一个微处理器芯片中例如：常用的MCS-51、MCS-96,14,1.3微型计算机的系统组成,15,AB:AddressBusDB:DataBusCB:ControlBus,微处理器子系统存储器I/O设备和I/O接口系统总线,微型计算机的硬件组成,16,系统总线,总线是指传递信息的一组公用导线总线是传送信息的公共通道微机系统采用总线结构连接系统功能部件总线信号可分成三组地址总线AB：传送地址信息数据总线DB：传送数据信息控制总线CB：传送控制信息,17,总线信号,地址总线AB输出将要访问的内存单元或I/O端口的地址地址线的多少决定了系统直接寻址存储器的范围数据总线DBCPU读操作时，外部数据通过数据总线送往CPUCPU写操作时，CPU数据通过数据总线送往外部数据线的多少决定了一次能够传送数据的位数控制总线CB协调系统中各部件的操作，有输出控制、输入状态等信号控制总线决定了系统总线的特点，例如功能、适应性等,18,微型计算机的软件系统,19,1.3IBMPC系列机系统,16位IBMPC系列机是32位微机的基础,8088CPU,IBMPC机,IBMPC/AT机,IBMPC/XT机,20,硬件基本组成,16位和32位PC机的基本部件相同,21,主机板组成,微处理器子系统8088：16位内部结构、8位数据总线、20位地址总线、4.77MHz主频存储器ROM-BIOS、主体为RAMI/O接口控制电路8259A、8253、8237A、8255等I/O通道62线的IBMPC总线,22,存储空间的分配,常规内存：1MB基本RAM区：640KB保留RAM区：128KB扩展ROM区：128KB基本ROM区：64KB扩展内存：用作RAM区,23,I/O空间的分配,80 x86访问外设时，使用低16位A0A15，寻址64K个8位I/O端口PC机仅使用低10位A0A9，寻址1024个8位I/O端口,24,微处理器的基本结构,算术逻辑单元（运算器）寄存器组指令处理单元（控制器）,25,1.48088/8086的功能结构,8088的内部结构从功能分成两个单元总线接口单元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；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，分别完成各自操作两个单元可以并行执行，实现指令取指和执行的流水线操作,26,8088/8086的结构区别,特别注意：8088：BIU中，指令队列为4个字节，数据总线为8位；8086：BIU中，指令队列为6个字节，数据数线为16位。,27,8086/8088的内部寄存器,28,通用寄存器,数据寄存器AX，BX，CX，DX，AH，AL，BH，BL，CH，CL，DH，DL（16-8位）习惯：AX：累加器(Accumulator)；BX：基址寄存器；CX：计数寄存器，循环、串操作；DX：数据寄存器，I/Oport,双字除；地址指针寄存器SP，BP（16位）：SP：StackPointerR,堆栈指针寄存器BP：BasePointerR，基址指针寄存器变址寄存器SI，DI（16位）：SI：SourceIndexR，源变址寄存器DI：DestinationIndexR，目的变址寄存器,29,段寄存器和控制寄存器,段寄存器16位CS：代码段寄存器SS：堆栈段寄存器DS：数据段寄存器ES：附加数据段寄存器控制寄存器16位IP：指令指针寄存器FLAGS：标志寄存器,30,标志寄存器,31,标志寄存器,状态标志位：CF、PF、AF、ZF、SF、OFCF进位标志位：当进行加法或减法运算时，若最高位发生进位或借位则CF1，否则CF0；PF奇偶标志位：当逻辑运算结果中“1”的个数为偶数时PF1，为奇数时PF=0；AF辅助进位位：在8（l6）位加减法操作中，低4位向高4位有进位、借位发生时，AF=1，否则AF=0；ZF零标志位：当运算结果为零时ZF1，否则ZF0；SF符号标志位：当运算结果的最高位为1时SF=1，否则SF=0；OF溢出标志位：当算术运算的结果超出了带符号数的范围，即溢出时，OF=1，否则OF0。,32,CF与OF举例,11110001+01111001无符号数运算结果：1,0110,1010，CF1有符号数运算15121106OF0,Review（1）,微处理器发展简史电子管晶体管-超大规模集成电路微型计算机系统组成微型计算机微处理器CPU：运算器、控制器、寄存器组总线存储器I/O接口软件,33,Review（2）,寄存器组通用寄存器数据寄存器地址指针寄存器变址寄存器段寄存器控制寄存器IP、FLAGS,34,35,进位和溢出是两个不同的概念，没有直接联系。对于带符号数，如果8位运算的结果超出了范围(128127)，16位运算的结果超出了范围(3276832767)，则OF1。对于无符号数，如果8位运算的结果超出了范围(小于等于255)，16位运算的结果超出了范围(小于等于65535)，则CF1。当OF=0，表示机器计算的结果符合带符号数的计算结果。当OF=1，表示机器计算的结果不符合带符号数的计算结果。当CF=0，表示机器计算的结果符合无符号数的计算结果。当CF=1，表示机器计算的结果不符合无符号数的计算结果。机器进行运算时，并不知道是带符号数还是无符号数，会同时给出进位位和溢出位的值。,进位标志位(CF)和溢出标志位(OF),36,控制标志位：TF、IF、DFTF：跟踪标志位：TF=1，使CPU处于单步执行指令的工作方式。这种方式便于进行程序的调试。每执行一条指令后，自动产生一次内部中断，从而使用户能逐条指令地检查程序。IF：中断允许标志位：IF=l使CPU可以响应可屏蔽中断请求。IF=0使CPU禁止响应可屏蔽中断请求，IF的状态对不可屏蔽中断及内部中断没有影响。DF：方向标志位：DF=l使串操作按减地址方式进行。也就是说，从高地址开始，每操作一次地址减小一次。DF0使串操作按增地址方式进行。,标志寄存器,37,世界上第一台计算机ENIAC,38,摩尔定律,英特尔公司创始人之一戈登摩尔（GordonMoore）于1965年在总结存储器芯片的增长规律时（据说当时在准备一个讲演），发现“微芯片上集成的晶体管数目每12个月翻一番”。当然这种表述没有经过什么论证，只是一种现象的归纳。但是后来的发展却很好地验证了这一说法，使其享有了“定律”的荣誉。后来表述为“集成电路的集成度每18个月翻一番”，或者说“三年翻两番”。这些表述并不完全一致，但是它表明半导体技术是按一个较高的指数规律发展的。,39,什么是微型计算机,以大规模、超大规模集成电路为主要部件，以集成了计算机主要部件控制器和运算器的微处理器为核心所构造出的计算机系统微处理器（Micro-Processor）微型计算机（Micro-Computer）,40,Intel4004和采用4004的计算器,41,Apple微型计算机,Apple-I,Apple-II,42,IBMPC系列机,8088CPU,IBMPC机,IBMPC/AT机,IBMPC/XT机,43,最新的台式机,44,英特尔微处理器芯片,80386,Pentium,Pentium4,Prescott,PentiumD,45,8088/8086的内部结构,123456,内部暂存器,IP,ES,SS,DS,CS,输入/输出控制电路,外部总线,执行部分控制电路,ALU,标志寄存器,AHAL,BHBL,CHCL,DHDL,SP,BP,SI,DI,通用寄存器,地址加法器,指令队列,执行部件（EU),总线接口部件（BIU),16位,20位,8088:8位8086:16位,8位,8088,8086,46,计算机、微型计算机是如何实现科学计算的？,科学计算：5+8=?,计算机内部是如何完成以上程序执行的？,C程序intA；A=5；A=A+8,47,C语言与汇编语言对应关系,C程序(与机型无关）汇编语言(与机型有关)intA；AEQUALA=5；MOVA,5A=A+8；ADDA,8注：A是变量注：A是寄存器,48,从程序到指令,编辑器（Editor）程序设计（流程图）编译器（Compiler）高级语言程序(与机型无关)汇编器（Assembler）汇编语言(与机型有关)链接器（Linker）指令机器码(二进制BIN)可执行指令代码(二进制BIN),49,8088指令执行过程,下面用动画形式演示如下指令的执行过程1000:100MOVAL,2000H;A000201000:103ADDAL,02H;04021000:105HLT;F4注：内部结构图是8086，但实际是8088执行过程。如果是8086，则每次可以读取2个字节。,50,
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