第微機(jī)原理與接口技術(shù)清華大學(xué)ppt課件

1、第第2 2章章微處置器與總線微處置器與總線主要內(nèi)容：n微處置器的普通構(gòu)成及任務(wù)原理；微處置器的普通構(gòu)成及任務(wù)原理；n80888088微處置器的特點(diǎn)、引線及構(gòu)造；微處置器的特點(diǎn)、引線及構(gòu)造；n總線的普通概念；總線的普通概念；n* *8038680386微處置器的特點(diǎn)及構(gòu)造；微處置器的特點(diǎn)及構(gòu)造；n* *Pentium 4Pentium 4微處置器中的新技術(shù)。微處置器中的新技術(shù)。2.1 2.1 微型機(jī)概述微型機(jī)概述了解：n微處置器的功能；微處置器的功能；n微處置器的根本組成。微處置器的根本組成。微處置器的功能n是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的中心是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的中心n根據(jù)指令實(shí)現(xiàn)各種相應(yīng)的運(yùn)算根據(jù)指令實(shí)現(xiàn)各種相應(yīng)的運(yùn)

2、算n實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的暫存實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的暫存n實(shí)現(xiàn)與存儲(chǔ)器和接口的信息通訊實(shí)現(xiàn)與存儲(chǔ)器和接口的信息通訊n .微處置器的普通構(gòu)成n運(yùn)算器運(yùn)算器n控制器控制器n內(nèi)部存放器組內(nèi)部存放器組2.2 80882.2 8088微處置器微處置器主要內(nèi)容：n8088/8086CPU的特點(diǎn)的特點(diǎn)n8088CPU外部引線及功能；外部引線及功能；n8088CPU的內(nèi)部構(gòu)造和特點(diǎn)；的內(nèi)部構(gòu)造和特點(diǎn)；n各內(nèi)部存放器的功能；各內(nèi)部存放器的功能；n8088的任務(wù)時(shí)序。的任務(wù)時(shí)序。一、8088/8086CPU的特點(diǎn)n了解：了解：n程序與指令程序與指令n指令執(zhí)行的普經(jīng)過程指令執(zhí)行的普經(jīng)過程n指令的串行執(zhí)行與并行流水線執(zhí)行指令的串行執(zhí)行與并行

3、流水線執(zhí)行n8088/8086CPU的主要特點(diǎn)的主要特點(diǎn)1. 程序和指令程序和指令n程序：程序：n具有一定功能的指令的有序集合具有一定功能的指令的有序集合n指令：指令：n由人向計(jì)算機(jī)發(fā)出的、可以為計(jì)算機(jī)所識(shí)別的由人向計(jì)算機(jī)發(fā)出的、可以為計(jì)算機(jī)所識(shí)別的命令。命令。2. 指令執(zhí)行的普經(jīng)過程指令執(zhí)行的普經(jīng)過程 取指令取指令 指令譯碼指令譯碼 讀取操作數(shù)讀取操作數(shù) 執(zhí)行指令執(zhí)行指令 存放結(jié)果存放結(jié)果3. 串行和并行方式的指令流水線串行和并行方式的指令流水線n串行任務(wù)方式：串行任務(wù)方式：n 控制器和運(yùn)算器交替任務(wù)，按順序完成控制器和運(yùn)算器交替任務(wù)，按順序完成n 上述指令執(zhí)行過程。上述指令執(zhí)行過程。n并行

4、任務(wù)方式：并行任務(wù)方式：n 運(yùn)算器和控制器可同時(shí)任務(wù)。運(yùn)算器和控制器可同時(shí)任務(wù)。串行任務(wù)方式n80888088以前的以前的CPUCPU采用串行任務(wù)方式：采用串行任務(wù)方式：取指令取指令1執(zhí)行執(zhí)行指令指令1分析分析指令指令1CPUBUS忙碌忙碌忙碌忙碌取指令取指令2執(zhí)行執(zhí)行指令指令2分析分析指令指令2并行任務(wù)方式n8088CPU采用并行任務(wù)方式采用并行任務(wù)方式BIU EU取指令取指令1執(zhí)行執(zhí)行指令指令1分析分析指令指令1CPU取指令取指令2執(zhí)行執(zhí)行指令指令2分析分析指令指令2取指令取指令2執(zhí)行執(zhí)行指令指令2分析分析指令指令2忙碌忙碌忙碌忙碌忙碌忙碌忙碌忙碌忙碌忙碌4. 8088/8086 CPU的

5、特點(diǎn)的特點(diǎn)n采用并行流水線任務(wù)方式采用并行流水線任務(wù)方式n 經(jīng)過設(shè)置指令預(yù)取隊(duì)列實(shí)現(xiàn)經(jīng)過設(shè)置指令預(yù)取隊(duì)列實(shí)現(xiàn)n對(duì)內(nèi)存空間實(shí)行分段管理對(duì)內(nèi)存空間實(shí)行分段管理n 將內(nèi)存分為將內(nèi)存分為4個(gè)段并設(shè)置地址段存放個(gè)段并設(shè)置地址段存放器，以實(shí)器，以實(shí)n 現(xiàn)對(duì)現(xiàn)對(duì)1MB空間的尋址空間的尋址n支持多處置器系統(tǒng)支持多處置器系統(tǒng)CPU內(nèi)內(nèi)部構(gòu)造部構(gòu)造存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器尋址部尋址部分分任務(wù)方任務(wù)方式式8088CPU的兩種任務(wù)方式的兩種任務(wù)方式n8088可任務(wù)于兩種方式下可任務(wù)于兩種方式下n 最小方式最小方式n 最大方式最大方式n最小方式為單處置器方式，控制信號(hào)較少，最小方式為單處置器方式，控制信號(hào)較少，普通可不用接總線控制

6、器。普通可不用接總線控制器。n最大方式為多處置器方式，控制信號(hào)較多，最大方式為多處置器方式，控制信號(hào)較多，須經(jīng)過總線控制器與總線相連。須經(jīng)過總線控制器與總線相連。最小方式下的銜接表示圖8088CPU控制總線控制總線數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線地址總線地址總線地址地址鎖存鎖存數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)收發(fā)收發(fā)ALE時(shí)鐘發(fā)時(shí)鐘發(fā)生生 器器最大方式下的銜接表示圖8088CPU數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線地址總線地址總線地址地址鎖存鎖存數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)收發(fā)收發(fā)ALE時(shí)鐘發(fā)時(shí)鐘發(fā)生生 器器總總 線線控制器控制器控制總線控制總線兩種任務(wù)方式的選擇方式n80888088是任務(wù)在最小還是最大方式由是任務(wù)在最小還是最大方式由MN/MXMN/MX端形端形狀決議。

7、狀決議。MN/MX=0MN/MX=0任務(wù)于最大方式，反之任務(wù)任務(wù)于最大方式，反之任務(wù)于最小方式于最小方式二、二、8088CPU的引線及功能的引線及功能n引腳定義的方法可大致分為：引腳定義的方法可大致分為：n每個(gè)引腳只傳送一種信息每個(gè)引腳只傳送一種信息RDRD等；等；n引腳電平的高低不同的信號(hào)引腳電平的高低不同的信號(hào)IO/MIO/M等；等；nCPUCPU任務(wù)于不同方式有不同的稱號(hào)和定義任務(wù)于不同方式有不同的稱號(hào)和定義WR/LOCK WR/LOCK 等；等；n分時(shí)復(fù)用引腳分時(shí)復(fù)用引腳AD7AD0 AD7AD0 等等 ；n引腳的輸入和輸出分別傳送不同的信息引腳的輸入和輸出分別傳送不同的信息RQ/GT

8、RQ/GT主要引線最小方式下n地址線和數(shù)據(jù)線：地址線和數(shù)據(jù)線：nAD7-AD0AD7-AD0：低：低8 8位地址和數(shù)據(jù)信號(hào)分時(shí)復(fù)用。位地址和數(shù)據(jù)信號(hào)分時(shí)復(fù)用。在傳送地址信號(hào)時(shí)為單向，傳送數(shù)據(jù)信號(hào)時(shí)在傳送地址信號(hào)時(shí)為單向，傳送數(shù)據(jù)信號(hào)時(shí)為雙向。為雙向。nA19-A16A19-A16：高：高4 4位地址信號(hào)，分時(shí)復(fù)用。位地址信號(hào)，分時(shí)復(fù)用。nA15-A8 A15-A8 ：輸出：輸出8 8位地址信號(hào)。位地址信號(hào)。主要的控制和形狀信號(hào)nWRWR： 寫信號(hào)；寫信號(hào)；nRDRD： 讀信號(hào)；讀信號(hào)；nIO/MIO/M：為：為“0“0表示訪問內(nèi)存，表示訪問內(nèi)存，n 為為“1“1表示訪問接口；表示訪問接口；nD

9、ENDEN： 低電平有效時(shí)，允許進(jìn)展讀低電平有效時(shí)，允許進(jìn)展讀/ /寫操作；寫操作；nRESETRESET：復(fù)位信號(hào)。：復(fù)位信號(hào)。例：n當(dāng)當(dāng)WR=1WR=1，RD=0RD=0，IO/M=0IO/M=0時(shí)，時(shí)，n 表示表示CPUCPU當(dāng)前正在進(jìn)展讀存儲(chǔ)器操作當(dāng)前正在進(jìn)展讀存儲(chǔ)器操作READY信號(hào)信號(hào)T T1 1T T2 2T T3 3TwaitTwaitT T4 4中斷懇求和呼應(yīng)信號(hào)nINTR：可屏蔽中斷懇求輸入端：可屏蔽中斷懇求輸入端nNMI：非屏蔽中斷懇求輸入端：非屏蔽中斷懇求輸入端nINTA：中斷呼應(yīng)輸出端：中斷呼應(yīng)輸出端總線堅(jiān)持信號(hào)nHOLD：總線堅(jiān)持懇求信號(hào)輸入端。當(dāng)：總線堅(jiān)持懇求信號(hào)

10、輸入端。當(dāng)CPUn 以外的其他設(shè)備要求占用總線時(shí)，以外的其他設(shè)備要求占用總線時(shí)，n 經(jīng)過該引腳向經(jīng)過該引腳向CPU發(fā)出懇求。發(fā)出懇求。nHLDA：總線堅(jiān)持呼應(yīng)信號(hào)輸出端。：總線堅(jiān)持呼應(yīng)信號(hào)輸出端。CPU對(duì)對(duì)n HOLD信號(hào)的呼應(yīng)信號(hào)。信號(hào)的呼應(yīng)信號(hào)。三、三、8088CPU的內(nèi)部構(gòu)造的內(nèi)部構(gòu)造n8088內(nèi)部由兩部分組成：內(nèi)部由兩部分組成：n 執(zhí)行單元執(zhí)行單元EUn 總線接口單元總線接口單元BIU執(zhí)行單元包括 運(yùn)算器運(yùn)算器 8個(gè)通用存放器個(gè)通用存放器 1個(gè)標(biāo)志存放器個(gè)標(biāo)志存放器 EU部分控制電路部分控制電路教材第教材第46頁頁圖圖2-6圖圖執(zhí)行單元n功能功能n指令譯碼指令譯碼n指令執(zhí)行指令執(zhí)行n暫

11、存中間運(yùn)算結(jié)果暫存中間運(yùn)算結(jié)果n保管運(yùn)算結(jié)果特征保管運(yùn)算結(jié)果特征指令的執(zhí)行指令的執(zhí)行在標(biāo)志存放器在標(biāo)志存放器FLAGS中中在在ALU中完成中完成在通用存放器中在通用存放器中總線接口單元功能：功能：從內(nèi)存中取指令到指令預(yù)取隊(duì)列從內(nèi)存中取指令到指令預(yù)取隊(duì)列擔(dān)任與內(nèi)存或輸入擔(dān)任與內(nèi)存或輸入/輸出接口之間的數(shù)據(jù)輸出接口之間的數(shù)據(jù)傳送傳送在執(zhí)行轉(zhuǎn)移程序時(shí)，在執(zhí)行轉(zhuǎn)移程序時(shí)，BIU使指令預(yù)取隊(duì)列使指令預(yù)取隊(duì)列復(fù)位，從指定的新地址取指令，并立刻復(fù)位，從指定的新地址取指令，并立刻傳給執(zhí)行單元執(zhí)行。傳給執(zhí)行單元執(zhí)行。結(jié)論n指令預(yù)取隊(duì)列的存在使指令預(yù)取隊(duì)列的存在使EU和和BIU兩個(gè)兩個(gè)部分可同時(shí)進(jìn)展任務(wù)，從而部分

12、可同時(shí)進(jìn)展任務(wù)，從而n提高了提高了CPU的效率；的效率；n降低了對(duì)存儲(chǔ)器存取速度的要求降低了對(duì)存儲(chǔ)器存取速度的要求8088的內(nèi)部存放器的內(nèi)部存放器n含含14個(gè)個(gè)16位存放器，按功能可分為三類位存放器，按功能可分為三類n 8個(gè)通用存放器個(gè)通用存放器n 4個(gè)段存放器個(gè)段存放器n 2個(gè)控制存放器個(gè)控制存放器深化了解：每個(gè)存放器中數(shù)據(jù)的含義深化了解：每個(gè)存放器中數(shù)據(jù)的含義通用存放器 數(shù)據(jù)存放器數(shù)據(jù)存放器AX，BX，CX，DX 地址指針存放器地址指針存放器SP，BP 變址存放器變址存放器SI，DI數(shù)據(jù)存放器n8088含含4個(gè)個(gè)16位數(shù)據(jù)存放器，它位數(shù)據(jù)存放器，它們又可分為們又可分為8個(gè)個(gè)8位存放器，即：

13、位存放器，即：nAXnBXnCXnDXAH，ALCH，CLBH，BLDH，DL數(shù)據(jù)存放器特有的習(xí)慣用法nAX：累加器。一切：累加器。一切I/O指令都經(jīng)過指令都經(jīng)過AX與接口傳送與接口傳送n 信息，中間運(yùn)算結(jié)果也多放于信息，中間運(yùn)算結(jié)果也多放于AX中；中；nBX：基址存放器。在間接尋址中用于存放基地址；：基址存放器。在間接尋址中用于存放基地址；nCX：計(jì)數(shù)存放器。用于在循環(huán)或串操作指令：計(jì)數(shù)存放器。用于在循環(huán)或串操作指令n 中存放計(jì)數(shù)值；中存放計(jì)數(shù)值；nDX：數(shù)據(jù)存放器。在間接尋址的：數(shù)據(jù)存放器。在間接尋址的I/O指令中存放指令中存放n I/O端口地址；在端口地址；在32位乘除法運(yùn)算時(shí)，存放位乘

14、除法運(yùn)算時(shí)，存放n 高高16位數(shù)。位數(shù)。地址指針存放器nSP：堆棧指針存放器，其內(nèi)容為棧頂?shù)模憾褩Ｖ羔槾娣牌?，其?nèi)容為棧頂?shù)膎 偏移地址；偏移地址；nBP：基址指針存放器，常用于在訪問內(nèi)：基址指針存放器，常用于在訪問內(nèi)n 存時(shí)存放內(nèi)存單元的偏移地址。存時(shí)存放內(nèi)存單元的偏移地址。BX與與BP在運(yùn)用上的區(qū)別在運(yùn)用上的區(qū)別n作為通用存放器，二者均可用于存放數(shù)據(jù)；作為通用存放器，二者均可用于存放數(shù)據(jù)；n作為基址存放器，用作為基址存放器，用BX表示所尋覓的數(shù)據(jù)在表示所尋覓的數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)段；用數(shù)據(jù)段；用BP那么表示數(shù)據(jù)在堆棧段。那么表示數(shù)據(jù)在堆棧段。變址存放器nSI：源變址存放器：源變址存放器nDI：目的變

15、址存放器：目的變址存放器n變址存放器常用于指令的間接尋址或變址變址存放器常用于指令的間接尋址或變址尋址。特別是在串操作指令中，用尋址。特別是在串操作指令中，用SI存放存放源操作數(shù)的偏移地址，而用源操作數(shù)的偏移地址，而用DI存放目的操存放目的操作數(shù)的偏移地址。作數(shù)的偏移地址。段存放器 用于存放相應(yīng)邏輯段的段基地址用于存放相應(yīng)邏輯段的段基地址 CS：代碼段存放器。代碼段存放指令代碼：代碼段存放器。代碼段存放指令代碼 DS：數(shù)據(jù)段存放器：數(shù)據(jù)段存放器 ES：附加段存放器：附加段存放器 SS：堆棧段存放器：指示堆棧區(qū)域的位置：堆棧段存放器：指示堆棧區(qū)域的位置存放操作數(shù)存放操作數(shù)控制存放器nIP：指令指

16、針存放器，其內(nèi)容為下一條要執(zhí)行：指令指針存放器，其內(nèi)容為下一條要執(zhí)行n 指令的偏移地址指令的偏移地址nFLAGS：標(biāo)志存放器，存放運(yùn)算結(jié)果的特征：標(biāo)志存放器，存放運(yùn)算結(jié)果的特征n 6個(gè)形狀標(biāo)志位個(gè)形狀標(biāo)志位CF，SF，AF，PF，OF，ZFn 3個(gè)控制標(biāo)志位個(gè)控制標(biāo)志位IF，TF，DF四、存儲(chǔ)器尋址段基地址段基地址16位位 310150 0 0 0段基地址段基地址16位位段首地址段首地址 1904 段首的偏移地址：段首的偏移地址：0000H物理地址n段基地址段基地址 =6000Hn段首地址段首地址n偏移地址偏移地址n物理地址物理地址數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)段段60009H00H12H60000H0009H四、

17、存儲(chǔ)器尋址n物理地址由段基地址和偏移地址組成物理地址由段基地址和偏移地址組成物理地址物理地址=段基地址段基地址16+偏移地址偏移地址0 0 0 0段首地址段首地址 1904 偏移地址偏移地址+物物理理地地址址例：n知知 CS=1055H，n DS=250AHn ES=2EF0Hn SS=8FF0Hn 某操作數(shù)偏移地址某操作數(shù)偏移地址=0204H，n畫出各段在內(nèi)存中的分布、段首地址及操作數(shù)畫出各段在內(nèi)存中的分布、段首地址及操作數(shù)的物理地址。的物理地址。例題解答n設(shè)操作數(shù)在數(shù)據(jù)段，那么設(shè)操作數(shù)在數(shù)據(jù)段，那么操作數(shù)的物理地址為：操作數(shù)的物理地址為：n250AH 16+0204H = 252A4H10

18、550H250A0H2EF00H8FF00HCSDSESSS 堆棧及堆棧段的運(yùn)用n堆棧：內(nèi)存中一個(gè)特殊區(qū)域，用于存放暫時(shí)堆棧：內(nèi)存中一個(gè)特殊區(qū)域，用于存放暫時(shí)不用或需求維護(hù)的數(shù)據(jù)。不用或需求維護(hù)的數(shù)據(jù)。n常用于呼應(yīng)中斷或子程序調(diào)用。常用于呼應(yīng)中斷或子程序調(diào)用。例：n假設(shè)知假設(shè)知SS=1000Hn SP=0100Hn那么堆棧段的段首地址那么堆棧段的段首地址n = ？n棧頂?shù)刂窏ｍ數(shù)刂?？n假設(shè)該段最后一個(gè)單元假設(shè)該段最后一個(gè)單元n 地址為地址為10200H，那么棧，那么棧底底=？段首段首棧底棧底棧頂棧頂堆堆棧棧區(qū)區(qū)五、時(shí)序n時(shí)序的概念：時(shí)序的概念：CPU各引腳信號(hào)在時(shí)間上的關(guān)系各引腳信號(hào)在時(shí)間上

19、的關(guān)系n總線周期：總線周期：CPU完成一次訪問內(nèi)存或接口完成一次訪問內(nèi)存或接口n 操作所需求的時(shí)間。一個(gè)總線周操作所需求的時(shí)間。一個(gè)總線周期期n 至少包括至少包括4個(gè)時(shí)鐘周期。個(gè)時(shí)鐘周期。微處置器的普通任務(wù)過程n一個(gè)程序任務(wù)例求解一個(gè)程序任務(wù)例求解5+8取指令取指令1取操作數(shù)取操作數(shù)1取指令取指令2執(zhí)行指令執(zhí)行指令22.3 2.3 系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線主要內(nèi)容：n總線的根本概念和分類；總線的根本概念和分類；n總線的任務(wù)方式；總線的任務(wù)方式；n常用系統(tǒng)總線規(guī)范。常用系統(tǒng)總線規(guī)范。一、概述n總線：總線：n 是一組導(dǎo)線和相關(guān)的控制、驅(qū)動(dòng)電路的集合。是一組導(dǎo)線和相關(guān)的控制、驅(qū)動(dòng)電路的集合。是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)各部件之間傳輸?shù)刂?、?shù)據(jù)和控是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)各部件之間傳輸?shù)刂?、?shù)據(jù)和控制信息的通道。制信息的通道。地址總線地址總線AB數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線DB控制總線控制總線CB總線分類CPU總線總線系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線外部總線外部總線片內(nèi)總線片內(nèi)總線片外總線片外總線按相對(duì)