第1章微機(jī)原理講

1、微處理器、微型計(jì)算機(jī)、微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)微處理器、微型計(jì)算機(jī)、微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1 1、微處理器（、微處理器（microprocessor)microprocessor) -職能是執(zhí)行算術(shù)、邏輯運(yùn)算和控制整個(gè)計(jì)算機(jī)自職能是執(zhí)行算術(shù)、邏輯運(yùn)算和控制整個(gè)計(jì)算機(jī)自動(dòng)地、協(xié)調(diào)地完成操作。（動(dòng)地、協(xié)調(diào)地完成操作。（主要由運(yùn)算器和控制器組成主要由運(yùn)算器和控制器組成）第一章第一章 微型計(jì)算機(jī)概述微型計(jì)算機(jī)概述 i/obus外外圍圍設(shè)設(shè)備備address bus（ab）data bus（db）control bus（cb）cpu存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器 i/o 接口接口control微型計(jì)算機(jī)的組成微型計(jì)算機(jī)的組成2 2、微型計(jì)

2、算機(jī)（、微型計(jì)算機(jī)（microcomputer_mc)microcomputer_mc) 3 3、微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（、微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（microcomputer system_mcs)microcomputer system_mcs) 運(yùn)算器運(yùn)算器控制器控制器 寄存器組寄存器組 ram rom i/o端口端口 i/o端口端口 i/o設(shè)備設(shè)備 i/o設(shè)備設(shè)備 系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 微型計(jì)算機(jī)微型計(jì)算機(jī)微處理器微處理器 2.1.1 執(zhí)行單元（執(zhí)行單元（eu）和總線接口單元（）和總線接口單元（biu） 堆棧指針源變址目的變址基址指針psw2.1.2 通用寄存器（通用寄存器（8

3、個(gè)）個(gè)） ax寄存器寄存器-是累加器是累加器 bx寄存器寄存器-是基址寄存器是基址寄存器 cx寄存器寄存器-也叫計(jì)數(shù)寄存器也叫計(jì)數(shù)寄存器 dx寄存器寄存器-是數(shù)據(jù)寄存器是數(shù)據(jù)寄存器 sp寄存器寄存器-堆棧指針堆棧指針 bp寄存器寄存器-（堆棧）基數(shù)指針（堆棧）基數(shù)指針 di寄存器寄存器-目的操作數(shù)的索引寄存器目的操作數(shù)的索引寄存器 si寄存器寄存器-源操作數(shù)的索引寄存器源操作數(shù)的索引寄存器 2.1.3 段寄存器段寄存器邏輯地址（位）邏輯地址（位） 段起始地址（位）段起始地址（位） 0 0 0 0物理地址物理地址 (20位）位） 2.1.4 指令指針指令指針ip取指令地址取指令地址=cs基址基址

4、16+ip的位移量的位移量 當(dāng)涉及到一個(gè)堆棧操作時(shí)當(dāng)涉及到一個(gè)堆棧操作時(shí) ss16+sp當(dāng)需要向內(nèi)存讀或?qū)懸粋€(gè)操作數(shù)時(shí)當(dāng)需要向內(nèi)存讀或?qū)懸粋€(gè)操作數(shù)時(shí)ds（es）16+（可能是指令中的直接地址（可能是指令中的直接地址，也可能是某寄存器的內(nèi)容等），也可能是某寄存器的內(nèi)容等） 合抱之木，生于毫末；九層之臺(tái)，起于累土；九層之臺(tái)，起于累土；千里之行，始于足下。psw2.1.5 標(biāo)志寄存器標(biāo)志寄存器oditszapc輔助進(jìn)位輔助進(jìn)位af 進(jìn)位標(biāo)志位進(jìn)位標(biāo)志位cf 溢出標(biāo)志位溢出標(biāo)志位of 符號(hào)標(biāo)志位符號(hào)標(biāo)志位sf 奇偶標(biāo)志位奇偶標(biāo)志位pf 零標(biāo)志位零標(biāo)志位zf 控制標(biāo)志位三個(gè)控制標(biāo)志位三個(gè) 狀態(tài)標(biāo)志位六個(gè)

5、狀態(tài)標(biāo)志位六個(gè) 方向標(biāo)志位方向標(biāo)志位df 開中斷標(biāo)志位開中斷標(biāo)志位if 陷阱標(biāo)志位陷阱標(biāo)志位tf 時(shí)鐘周期時(shí)鐘周期是是cpucpu的基本時(shí)間計(jì)量單位的基本時(shí)間計(jì)量單位(8086(8086為為100ns),100ns),由主頻決定由主頻決定（t=1/ft=1/f）80868086一個(gè)最基本的總線周期分一個(gè)最基本的總線周期分4 4個(gè)時(shí)鐘周期，即個(gè)時(shí)鐘周期，即 t t1 1、t t2 2、t t3 3、t tw w、t t4 4、t ti i時(shí)鐘周期工作特征：時(shí)鐘周期工作特征：t t1 1 狀態(tài)：狀態(tài)：cpucpu發(fā)出發(fā)出2020位地址（位地址（a0-a19a0-a19）信息，指出存儲(chǔ)單元或外設(shè)端口

6、地址；）信息，指出存儲(chǔ)單元或外設(shè)端口地址；t t2 2 狀態(tài)：狀態(tài)：cpucpu從總線上撤消地址（從總線上撤消地址（a0-a15a0-a15），為數(shù)據(jù)作準(zhǔn)備（），為數(shù)據(jù)作準(zhǔn)備（d0-d15d0-d15）；）；t t3 3 狀態(tài)：要寫入或讀出的數(shù)據(jù)上數(shù)據(jù)總線；狀態(tài)：要寫入或讀出的數(shù)據(jù)上數(shù)據(jù)總線；t tw w 狀態(tài)：等待狀態(tài)；狀態(tài)：等待狀態(tài)； t ti i 狀態(tài)：空閑狀態(tài)；狀態(tài)：空閑狀態(tài)；t t4 4 狀態(tài)：總線周期結(jié)束。狀態(tài)：總線周期結(jié)束。 2.1.6 8086總線周期的概念總線周期的概念 總線周期總線周期 biu完成一次訪問存儲(chǔ)器或完成一次訪問存儲(chǔ)器或i/o端口操作所需的時(shí)間，端口操作所需的時(shí)

7、間， 一個(gè)總線周期由幾個(gè)一個(gè)總線周期由幾個(gè)時(shí)鐘周期時(shí)鐘周期（t狀態(tài)狀態(tài)）組成。）組成。8086引腳功能引腳功能2.2 8086cpu的引腳信號(hào)和工作模式的引腳信號(hào)和工作模式mxmn/最小最大模式輸入控制信號(hào)最小最大模式輸入控制信號(hào) 地址鎖存器地址鎖存器數(shù)據(jù)收發(fā)器數(shù)據(jù)收發(fā)器雙向雙向數(shù)據(jù)收發(fā)器地址鎖存器2.2.2 最小方式下的引腳信號(hào)及系統(tǒng)配置最小方式下的引腳信號(hào)及系統(tǒng)配置 ad0ad15地址地址/數(shù)據(jù)復(fù)用引腳數(shù)據(jù)復(fù)用引腳 a16/s3a19/s6地址地址/狀態(tài)復(fù)用引腳狀態(tài)復(fù)用引腳bhe/s7高高8位數(shù)據(jù)總線允許位數(shù)據(jù)總線允許/狀態(tài)復(fù)用信號(hào)狀態(tài)復(fù)用信號(hào) ale 地址鎖存允許信號(hào)輸出地址鎖存允許信號(hào)

8、輸出 di0di1di2di3di4di5di6di7oegnddo7vccdo0do2do1do3do4do5do6stb11918151413121123417165678910208 82 28 82 2地址鎖存器地址鎖存器8282diidoid qstboeclk cpu與與8286的連接的連接rdt/數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送/接收控制信號(hào)接收控制信號(hào) den數(shù)據(jù)允許信號(hào)數(shù)據(jù)允許信號(hào) vcca0a1a2a3a4a5a6a7oegndb7b0b2b1b3b4b5b6t11918151413121123417165678910208 82 28 86 6aibioet 8286雙向總線驅(qū)動(dòng)器（收發(fā)

9、器）雙向總線驅(qū)動(dòng)器（收發(fā)器） dendt / r 三個(gè)重要的控制信號(hào)三個(gè)重要的控制信號(hào)rd 讀選通信號(hào)讀選通信號(hào)wr寫選通輸出信號(hào)寫選通輸出信號(hào) iom / 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器/輸入輸出操作選擇控制信號(hào)輸入輸出操作選擇控制信號(hào) 181716151413121110123456789 cpu與與8284 其它輔助控制信號(hào)其它輔助控制信號(hào)8086引腳功能引腳功能總線裁決器總線裁決器總線控制器總線控制器2.2.3 最大方式下的引腳信號(hào)及其系統(tǒng)配置最大方式下的引腳信號(hào)及其系統(tǒng)配置 s2 s0 ( m/iom/io、dt/rdt/r、den den ） 總線周期狀態(tài)信號(hào)總線周期狀態(tài)信號(hào)8086引腳特性引腳特性

10、82888288引腳功能引腳功能 控制輸入信號(hào)控制輸入信號(hào) iob：總線工作方式控制，高表示總線工作方式控制，高表示 82888288工作與局部總線，低工工作與局部總線，低工 作與系統(tǒng)總線方式，輸入；作與系統(tǒng)總線方式，輸入； clk：時(shí)鐘信號(hào)，時(shí)鐘信號(hào)，82848284提供；提供； aen：地址允許，由地址允許，由82898289輸入；輸入； cen：命令允許，有外部輸入；命令允許，有外部輸入；82888288引腳功能引腳功能 總線狀態(tài)（輸入）總線狀態(tài)（輸入）/ /命令信號(hào)（輸出）命令信號(hào)（輸出） 總線控制信號(hào)總線控制信號(hào) ale：地址鎖存允許，輸出；地址鎖存允許，輸出； den：數(shù)據(jù)傳送允許

11、，輸出；數(shù)據(jù)傳送允許，輸出； dt/ /r：數(shù)據(jù)收發(fā)控制，輸出；數(shù)據(jù)收發(fā)控制，輸出； mce/ /pden：主控級(jí)聯(lián)允許主控級(jí)聯(lián)允許/ /外設(shè)外設(shè) 數(shù)據(jù)允許，輸出；數(shù)據(jù)允許，輸出；總線控制器總線控制器8288 locklock（wrwr） 總線封鎖信號(hào)，三態(tài)、輸出，有效時(shí)總線封鎖信號(hào)，三態(tài)、輸出，有效時(shí)cpucpu 占用總線控制權(quán)；占用總線控制權(quán)； rq/gt0 rq/gt0、rq/gt1_ rq/gt1_ 總線請(qǐng)求輸入總線請(qǐng)求輸入/ /總線請(qǐng)求允許輸出總線請(qǐng)求允許輸出 雙向，雙向， qs1qs1、qs0_ qs0_ 指令隊(duì)列狀態(tài)信號(hào)，輸出。指令隊(duì)列狀態(tài)信號(hào)，輸出。（holdhold）（hla

12、dhlad）（intainta） （aleale）8086引腳特性引腳特性2.3.1 系統(tǒng)的復(fù)位和啟動(dòng)系統(tǒng)的復(fù)位和啟動(dòng) 復(fù)復(fù)位位時(shí)時(shí) 8086內(nèi)內(nèi)部部寄寄存存器器值值標(biāo)標(biāo)志志寄寄存存器器清清零零指指令令指指針針0000hcs寄寄存存器器ffffhds寄寄存存器器0000hss寄寄存存器器0000hes 寄寄存存器器0000h指指令令隊(duì)隊(duì)列列變變 空空其其它它寄寄存存器器0000h reset至少保持至少保持4個(gè)時(shí)鐘周期個(gè)時(shí)鐘周期 （冷啟動(dòng)為（冷啟動(dòng)為50 微秒）微秒） 過一個(gè)時(shí)鐘周期過一個(gè)時(shí)鐘周期(t)后所有三態(tài)后所有三態(tài) 輸出線被置成高阻態(tài)輸出線被置成高阻態(tài) 幾條控制線處于無效狀態(tài)幾條控制線

13、處于無效狀態(tài)2.3 8086cpu的操作和時(shí)序的操作和時(shí)序2.3.2 80862.3.2 8086最小模最小模式總線操作式總線操作 （最小模式）（最小模式）最小模式下的總線保持最小模式下的總線保持總線請(qǐng)求總線請(qǐng)求總線允許總線允許 2.3.3 8086最大模式的總線操作最大模式的總線操作 （最大模式）（最大模式）最大模式下的總線請(qǐng)求最大模式下的總線請(qǐng)求/允許允許2.4 8086的存儲(chǔ)器組織的存儲(chǔ)器組織 存儲(chǔ)單元地址 ：8086系統(tǒng)中，為了標(biāo)識(shí)和存取每一個(gè)存儲(chǔ)單元，給每個(gè)存儲(chǔ)單元規(guī)定一個(gè)編號(hào)，這就是存儲(chǔ)單元地址。 存儲(chǔ)單元的內(nèi)容 ：一個(gè)存儲(chǔ)單元中存放的信息稱為該存儲(chǔ)單元的內(nèi)容。 存儲(chǔ)單元的長(zhǎng)度為8

14、位二進(jìn)制代碼（byte）。20根地址線，因此，具有220=1m字節(jié)空間，地址范圍為00000hfffffh。2.4.1 存儲(chǔ)器的一般結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器的一般結(jié)構(gòu) 圖表明了存儲(chǔ)器中部分存儲(chǔ)單元存放信息情況。從圖中可看到,地址為34560h的字節(jié)的存儲(chǔ)單元中的內(nèi)容是34h，而地址為34561h的字節(jié)存儲(chǔ)單元中的內(nèi)容是12h。 一個(gè)字為16位，低8位存放在地址值較低的單元中，高8位存放在相鄰的下一個(gè)字節(jié)單元。 一個(gè)指針占四個(gè)字節(jié)，前兩個(gè)單元為偏移量，后二個(gè)單元存放段基地址。2.4.2 存儲(chǔ)器分段存儲(chǔ)器分段每段為64k字節(jié)存儲(chǔ)單元，段的起始單元地址叫基址，用軟件設(shè)置。所有段的起始地址都是16的整數(shù)倍，除此之外

15、沒有別的限制。 存儲(chǔ)段之間可以相連，分開，部分重疊或完全重疊?！纠扛鳘?dú)立段的分配情況示例。設(shè)cs=b000h、ds=1cdeh、ss=4200h、es=0150h,它們分別為代碼段、數(shù)據(jù)段、堆棧段和附加段的段首址。自每個(gè)段首址開始，各段均占64kb的范圍，各段之間互不重疊。如圖所示?！纠扛鞫蜗嗷ブ丿B情況示例。 設(shè)cs=0200h、ds=0400h、ss=0480h，這樣代碼段、數(shù)據(jù)段和堆棧段的物理首地址分別為02000h、04000h和04800h。其中代碼段占8kb地址空間，數(shù)據(jù)段占2kb，堆棧段占256b，sp=0100h。如圖所示。 存儲(chǔ)器分成兩個(gè)存儲(chǔ)器分成兩個(gè)512kb512kb存

16、儲(chǔ)區(qū)，存儲(chǔ)區(qū)，分別稱分別稱奇地址區(qū)奇地址區(qū)和和偶地址區(qū)偶地址區(qū)。 1 15 5 8 8 7 7 0 0 0 00 00 00 01 1 0 00 00 00 00 0 0 00 00 00 03 3 0 00 00 00 02 2 0 00 00 00 05 5 0 00 00 00 04 4 5 51 12 2k k* *8 8位位 5 51 12 2k k* *8 8位位 奇奇 地地址址 偶偶地地 址址 存存 儲(chǔ)儲(chǔ)體體 存存儲(chǔ)儲(chǔ) 體體 ( (a a0 0= =1 1) ) ( (a a0 0= =0 0) ) f ff ff ff ff f f ff ff ff fe e bhe、 a0編碼含義編碼含義bhe a0操操 作作總線使用情況總線使用情況 0 0從偶地址開始讀從偶地址開始讀 /寫一個(gè)字寫一個(gè)字ad15 ad00 1從奇地址單元開始讀從奇地址單元開始讀 /寫一個(gè)字節(jié)寫一個(gè)字節(jié)ad15 ad81 0從偶地址單元開始讀從偶地址單元開始讀 /寫一個(gè)字節(jié)寫一個(gè)字節(jié)ad7 ad01 1無效無效2.4.3 8086存儲(chǔ)器的分體結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器的分體結(jié)構(gòu)8086/80888086/8088存儲(chǔ)器體存儲(chǔ)器體硬件連接硬件連接當(dāng)當(dāng)a0=0a0=0時(shí)時(shí) 選擇偶地址單