微機原理與接口技術(shù)(Chap2-2)

*1第三講2015.10.12主講人：

王建中課程網(wǎng)址：/auto/wjjk/Email:wangjz@Tel:86919060級精品課建設微機原理與接口技術(shù)*2復習8086CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)*38086CPU4039383736353433323130292827262524232221GNDAD14AD13AD12AD11AD10AD9AD8AD7AD6AD5AD4AD3AD2AD1AD0NMIINTRCLKGNDVCCAD15AD16/S3AD17/S4AD18/S5AD19/S6BHE/S7MN/MXRDHOLD(RQ/GT0)HLDA(RQ/GT1)WR(LOCK)M/IO(S2)DT/R(S1)DEN(S0)ALE(QS0)INTA(QS1)TESTREADYRESET12345678910111213141516171819208086CPU引腳及功能復習*4第二章8086系統(tǒng)結(jié)構(gòu)內(nèi)容提要微型計算機的發(fā)展概況8086CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)8086CPU引腳及功能8086CPU存儲器組織8086CPU系統(tǒng)配置8086CPU時序*5主要內(nèi)容存儲器地址的分段8086存儲器的分體結(jié)構(gòu)堆棧的概念§2-38086存儲器組織§2-48086系統(tǒng)配置最小模式最大模式有關(guān)術(shù)語存儲器分類*61.

位（Bit）2.

字節(jié)（Byte）3.

字和字長（Word）4.

位編號5.

指令、指令系統(tǒng)和程序6.

寄存器7.

譯碼器有關(guān)術(shù)語*71.位（Bit）

指計算機能表示的最基本最小的單位在計算機中采用二進制表示數(shù)據(jù)和指令，故：位就是一個二進制位，有兩種狀態(tài)，“0”

和“1”2.字節(jié)（Byte）

相鄰的8位二進制數(shù)稱為一個字節(jié)1Byte=8Bit

如：11000011B01010111B有關(guān)術(shù)語*83．字和字長

字長是每一個字所包含的二進制位數(shù)。常與CPU內(nèi)部的寄存器、運算裝置、總線寬度一致

字是CPU內(nèi)部進行數(shù)據(jù)處理的基本單位。有關(guān)術(shù)語*9例

某CPU內(nèi)含8位運算器，則：參加運算的數(shù)及結(jié)果均以

8位

表示,最高位產(chǎn)生的進位或借位在8位運算器中不保存，而將其保存到標志寄存器中10110101被加數(shù)(8位)

+10001111加數(shù)(8位)進位

111111101000100

和(8位)進位運算器被加數(shù)加數(shù)標志寄存器運算器和有關(guān)術(shù)語*10字長是衡量CPU工作性能的一個重要參數(shù)。

不同類型的CPU有不同的字長。如:Intel4004是4位

8080是8

位

8088/8086/80286是

16

位

80386/80486、Pentium是32

位

4位8次

8位4次16位2次32位1次

10101100011001011001100001000011

被加數(shù)

+

11000011110000110001010101011000

加數(shù)進位

111111111111

01110000001010001010110110011011

和*11位

1或01位字節(jié)

110000118位字

110000110011110016位雙字100001100111100110000110011110032位高字節(jié)低字節(jié)

高字低字把一個字定為16位，1Word=2Byte一個雙字定為32位1DWord=2Word=4Byte有關(guān)術(shù)語*124.位編號為便于描述，對字節(jié),字和雙字中的各位進行編號。從低位開始，從右到左依次為0、1、2．．．注意:從0開始編號。編號7654321010100010D7D6D5D4D3D2D1D0A7A6A5A4A3A2A1A0字節(jié)數(shù)據(jù)Data地址Address有關(guān)術(shù)語*13D0D7D15D8158101010101010101070A0A7A15A8字的位編號為15~0雙字的位編號依此類推，為31~0有關(guān)術(shù)語*145.指令、指令系統(tǒng)和程序指令是CPU能執(zhí)行的一個基本操作。如：取數(shù)、加、減、乘、除、存數(shù)等指令系統(tǒng)是CPU所能執(zhí)行的全部操作。不同的CPU，其指令系統(tǒng)不同。程序是用戶在使用計算機時，為要解決的問題，用一條條指令編寫的指令序列。

構(gòu)成程序的指令在存儲器中一般都是順序存放， 要改變這種順序性，必須由轉(zhuǎn)移指令操作。有關(guān)術(shù)語*156．寄存器

寄存器是用來存放數(shù)據(jù)和指令的一種基本邏輯部件。根據(jù)存放信息的不同，有指令寄存器、數(shù)據(jù)寄存器、地址寄存器等。地址總線AB數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB標志寄存器指令寄存器數(shù)據(jù)寄存器控制電路指令譯碼器地址寄存器指令指針寄存器R1R2R3R4寄存器組運算器IPCPU結(jié)構(gòu)示意圖有關(guān)術(shù)語*167．譯碼器

譯碼器是將輸入代碼轉(zhuǎn)換成相應輸出信號的邏輯電路。指令是CPU能執(zhí)行的一個基本操作；CPU的設計者對CPU的所有指令進行編碼；用戶用編碼形式的指令進行編程，程序存放在內(nèi)存中；CPU從內(nèi)存取來編碼形式的指令，對指令進行譯碼，發(fā)出執(zhí)行該指令功能所需的信號。有關(guān)術(shù)語*17CPU總線內(nèi)存標志寄存器地址總線AB程序數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB地址譯碼器、、、指令1指令2指令3指令4…….…….數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)3…….指令寄存器數(shù)據(jù)暫存器控制電路指令譯碼器地址寄存器指令指針寄存器R1R2R3R4寄存器組運算器IP

根據(jù)譯碼內(nèi)容的不同，可分為：

指令譯碼器:

將指令代碼轉(zhuǎn)換成該指令所需的各種控制信號。

地址譯碼器:

將地址信號轉(zhuǎn)換成各地址單元相應的選通信號。*18存儲器分類存儲器內(nèi)存外存高速緩沖存儲器Cache隨機存取存儲器（RAM）只讀存儲器（ROM）硬盤軟盤磁帶光盤靜態(tài)RAM（SRAM）動態(tài)RAM（DRAM）只讀存儲器（ROM）可編程ROM（PROM）可擦除PROM（EPROM）電可擦除可編程ROM（E2PROM）*19§2-38086存儲器組織存儲器地址的分段存儲器的要求：以字節(jié)為單位存儲信息，每個存儲單元有唯一的地址。分段管理的原因：

8086／8088系統(tǒng)的存儲空間1M字節(jié)(即220，要20位物理地址)，CPU內(nèi)部寄存器只有16位（只能尋址64K字節(jié)）。整個存儲中間分成許多邏輯段。1．存儲器地址的分段0段000000FFFF100001FFFF

F0000FFFFF1段…15段64KB64KB64KB*20一、存儲器地址的分段§2-38086存儲器組織

1．存儲器地址的分段…邏輯段1起點邏輯段2起點邏輯段3起點邏輯段4起點……邏輯段1≤64KB邏輯段2≤64KB邏輯段3≤64KB邏輯段4≤64KB00000FFFFF0段1段…15段2段64KB64KB64KB00000H0FFFFH10000H1FFFFH20000H2FFFFHF0000HFFFFFH64KB*21分段管理的特點：每段容量不超過64K字節(jié)；允許各個邏輯段在整個存儲空間中浮動；段和段之間可以連續(xù)，也可以分開或重疊存儲單元的實際地址：段地址+段內(nèi)偏移地址（IBMPC機規(guī)定段的首地址必須從每小段(paragraph)的首地址開始，機器規(guī)定每16字節(jié)為一小段，所以段起始地址必須能被16整除）。1．存儲器地址的分段一、存儲器地址的分段§2-38086存儲器組織

…邏輯段1起點邏輯段2起點邏輯段3起點邏輯段4起點……邏輯段1≤64KB邏輯段2≤64KB邏輯段3≤64KB邏輯段4≤64KB00000FFFFF*22物理地址形成地址范圍：00000~FFFFFH物理地址＝段基址×16十偏移地址其中：

段基址：放在段寄存器地址（CS、DS、ES、SS）

偏移地址：從段地址開始的相對偏移位置（放在指令指針寄存器IP、16位通用寄存器中）邏輯地址：段基址+偏移地址組成(無符號的16位二進制數(shù)，程序設計時用)物理地址：存儲器的絕對地址，是CPU訪問存儲器的實際尋址地址。一、存儲器地址的分段§2-38086存儲器組織

*23物理地址形成段基址指每段的起始地址，根據(jù)前述PC機規(guī)定，它必須是每小段的首地址，即必須能被16整除，則其低4位一定為0。一、存儲器地址的分段§2-38086存儲器組織

0小段1小段…65535小段2小段16B16B16B00000H0000FH00010H0001FH00020H0002FHFFFF0HFFFFFH16B*24物理地址形成段基址00001503210偏移地址150地址加法器物理地址190段基址指每段的起始地址，根據(jù)前述PC機規(guī)定，它必須是每小段的首地址，即必須能被16整除，則其低4位一定為0。從段寄存器中取出段基址，將其左移4位，再與16位偏移地址相加，就得到了物理地址（由總線接口部件BIU的地址加法器完成）。一、存儲器地址的分段§2-38086存儲器組織

*25邏輯地址來源訪問存儲器的操作類型不同，BIU所使用的邏輯地址來源也不同。操作類型隱含段地址替換段地址偏移地址取指令CS無IP堆棧操作SS無SPBP為間接SSCS、DS、ES有效地址EA存取變量DSCS、DS、ES有效地址EA源字符串DSCS、DS、ESSI目標字符串ES無DI一、存儲器地址的分段§2-38086存儲器組織

*26邏輯地址來源IPCSSI,DI或BXDSSP或BPSS代碼段數(shù)據(jù)段堆棧段取指令(IP)堆棧操作(SP)讀/寫存儲器操作數(shù)或訪問變量字符串尋址（源操作數(shù)放在DS:SI中，目標操作數(shù)放在ES:DI中)

一、存儲器地址的分段§2-38086存儲器組織

*27§2-38086存儲器組織8086存儲器的分體結(jié)構(gòu)分體結(jié)構(gòu)概念兩個存儲體：偶地址存儲體+奇地址存儲體，各為512KByte，共1MByte.512K×8位奇地址存儲體（A0=1）512K×8位偶地址存儲體（A0=0）00001H00003H00005H

FFFFFH00000H00002H00004H

FFFFEH220－1＝＝220－2*28二、8086存儲器的分體結(jié)構(gòu)§2-38086存儲器組織

分體結(jié)構(gòu)概念兩個存儲體：偶地址存儲體+奇地址存儲體，各為512KByte，共1MByte.512K×8位奇地址存儲體（A0=1）512K×8位偶地址存儲體（A0=0）000010000300005

FFFFF000000000200004

FFFFE220－1＝＝220－2與數(shù)據(jù)總線低8位相連，當A0＝0時，選擇訪問偶地址存儲體，從低8位數(shù)據(jù)總線讀／寫一個字節(jié)。與數(shù)據(jù)總線高8位相連，當A0＝1時，選擇訪問奇地址存儲體，從高8位數(shù)據(jù)總線讀／寫一個字節(jié)。*29分體結(jié)構(gòu)概念BHEA0操作總線使用情況00從偶地址開始讀/寫一個字AD15~AD001從奇地址單元讀/寫一個字節(jié)AD15~AD810從偶地址單元讀/寫一個字節(jié)AD7~AD011無效01從奇地址開始讀/寫一個字AD15~AD810AD7~AD0BHE、A0編碼含義二、8086存儲器的分體結(jié)構(gòu)§2-38086存儲器組織

*30分體結(jié)構(gòu)概念34000FF0010000101

0010300104125201字節(jié)存儲：一個字節(jié)存放一個單元。如單元00100H中的內(nèi)容為34H，表示為(00100H)＝34H。

字存儲：一個字存于相鄰兩個單元，

低位字節(jié)在低地址，高位字節(jié)在高地址，字單元的地址以低位地址表示。如：(00100H)＝1234H，(00103H)＝0152H一個字可以從偶地址開始存放，也可以從奇地址開始存放。二、8086存儲器的分體結(jié)構(gòu)§2-38086存儲器組織

*31分體結(jié)構(gòu)讀寫操作00000FF10000100011000200103100041122330000000FF100001000110002001031000411223311從偶地址讀一個字節(jié)從奇地址讀一個字節(jié)8086CPU訪問存儲器時，以字為單位進行，并從偶地址開始。二、8086存儲器的分體結(jié)構(gòu)§2-38086存儲器組織

*32分體結(jié)構(gòu)讀寫操作00000FF10000100011000200103100041122333322從偶地址讀一個字若字單元地址從偶地址開始，只需訪問一次存儲器

從奇地址讀一個字00000FF10000100011000200103100041122332211若字單元地址從奇地址開始，要訪問兩次存儲器

二、8086存儲器的分體結(jié)構(gòu)§2-38086存儲器組織

*33存儲器與總線連接D7~D0

數(shù)據(jù)總線D15~D8

數(shù)據(jù)總線D7~D0奇地址存儲體SELA18~A0D7~D0偶地址存儲體SELA18~A0A0BHEA19~A1地址總線8086系統(tǒng)D7~D0數(shù)據(jù)總線D7~D01M×8位存儲體A19~A0A19~A0地址總線8088系統(tǒng)0000000001FFFFF二、8086存儲器的分體結(jié)構(gòu)§2-38086存儲器組織

*34§2-38086存儲器組織堆棧的概念堆棧的定義堆棧是在存儲器中開辟一個區(qū)域，用來存放需要暫時保存的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。堆棧段構(gòu)成及特點

堆棧段由段定義語句在存儲器中定義的一個段；可以在存儲器1M字節(jié)空間內(nèi)任意浮動；容量小于等于64K字節(jié)；段基址由堆棧寄存器SS指定；棧頂由堆棧指針SP指定，SP指向當前棧頂單元。C0000

C1000sp向上增長棧底*35三、堆棧的概念§2-38086存儲器組織

堆棧的工作方式及特點

工作方式：“先進后出”，指令為PUSH、POP，棧頂指針SP的變化由CPU自動管理。操作特點：以字為單位進行操作，低字節(jié)在偶地址，高字節(jié)在奇地址，每訪問一次堆棧就能壓入／彈出一個字。地址增長方式一般是向上增長：棧底設在存儲器的高地址區(qū)，堆棧地址由高向低增長。C0000

C1000sp向上增長棧底*36C0000

C1000…高位數(shù)sp向上增長棧底執(zhí)行PUSH指令：CPU自動修改指針SP－2SP；使SP指向新棧頂；將低位數(shù)據(jù)壓入（SP）單元；將高位數(shù)據(jù)壓入（SP+1）單元。三、堆棧的概念§2-38086存儲器組織

低位數(shù)sp高位數(shù)執(zhí)行PUSH指令：CPU自動修改指針SP－2SP；使SP指向新棧頂；將低位數(shù)據(jù)壓入（SP）單元；將高位數(shù)據(jù)壓入（SP+1）單元。*37三、堆棧的概念§2-38086存儲器組織

當執(zhí)行POP指令：CPU先將當前棧頂SP（低位數(shù)據(jù)）和SP+1（高位數(shù)據(jù)）中的內(nèi)容彈出；然后再自動修改指針，使SP+2SP，SP指向新棧頂。C0000

C1000…高位數(shù)sp向上增長棧底低位數(shù)sp高位數(shù)*38C0000

C1000sp向上增長棧底【例1】假如當前SS＝0C000H。堆棧段＜64K，

SP＝1000H，指出當前棧頂在存儲器中的位置。當前棧頂在存儲器中的地址為

0C000H×16+1000H=0C1000