微機原理及應(yīng)用chap1-微機原理概述和數(shù)制

微機原理及應(yīng)用1編輯ppt課程目標

微機原理是學習和掌握微機硬件知識和匯編語言程序設(shè)計的入門課程：微型計算機的基本工作原理匯編語言程序設(shè)計微型計算機接口技術(shù)目的：建立微型計算機系統(tǒng)的整體概念，形成微機系統(tǒng)軟硬件開發(fā)的初步能力。2編輯ppt教學內(nèi)容第一章基礎(chǔ)知識第二章微型計算機基礎(chǔ)第三章8086/8088

CPU的指令系統(tǒng)第四章匯編語言程序設(shè)計第五章存儲器系統(tǒng)第六章輸入輸出第七章中斷技術(shù)第八章常用接口電路3編輯ppt第1章

微型計算機基礎(chǔ)4編輯ppt主要內(nèi)容：微型機的構(gòu)成及工作原理8088/8086CPU的結(jié)構(gòu)及工作原理系統(tǒng)總線各種常用記數(shù)制和編碼以及它們相互間的轉(zhuǎn)換；二進制數(shù)的算術(shù)運算和邏輯運算；符號數(shù)的表示及補碼運算；二進制數(shù)運算中的溢出問題5編輯ppt§1.1微型機的基本結(jié)構(gòu)掌握：微機系統(tǒng)的基本組成微型機的工作原理微機8088的存儲器組織6編輯ppt§1.1概述電子計算機的發(fā)展：電子管計算機（1946-1956）晶體管計算機（1957-1964）中小規(guī)模集成電路計算機（1965-1970）超大規(guī)模集成電路計算機（1971-今）電子計算機按其性能分類：大中型計算機/巨型計算機（MainframeComputer）小型計算機（Minicomputer）微型計算機（Microcomputer）單片計算機（Single-ChipMicrocomputer）微型計算機的核心：微處理器(中央處理器CPU)IntelCPU的發(fā)展見下頁表7編輯ppt代發(fā)表年份字長(bits)型號線寬(m)晶體管數(shù)(萬個)時鐘頻率(MHz)速度(MIPS)一197119724840048008500.20.3<10.05二197488080200.52-40.5三19781982168086/8088802862-32.9134.77-108-20<11-2四198519893280386804861-227.512012-3325-666-1220-40五199332Pentium0.6-0.833060-200100-200六1995199619971999200132P/ProP/MMXPIIPIIIP40.60.60.35.25-.13.18-.135504507508503000133-200166-233233-450450-12001300-3000>300七2002？64Itanium？0.08CPU:2.5KCache:30K800(20條指令/時鐘周期)>30008編輯ppt一、微型計算機系統(tǒng)組成微型計算機系統(tǒng)的三個層次

微處理器(Microprocessor)

微型計算機(Microcomputer)微型計算機系統(tǒng)(Microcomputer

System)9編輯ppt微型計算機系統(tǒng)的三個層次微處理器存儲器I/O接口總線硬件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)微型計算機系統(tǒng)微型計算機(主機)外設(shè)ALU寄存器控制器鍵盤、鼠標顯示器軟驅(qū)、硬盤、光驅(qū)打印機、掃描儀系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件10編輯ppt核心級——微處理器微處理器簡稱CPU，是計算機的核心，主要包括：

運算器ALU

控制器CU寄存器組RegistersCPU實現(xiàn)了運算功能和控制功能11編輯ppt硬件系統(tǒng)級——微型計算機以微處理器為核心，配上只讀存儲器(ROM)、讀寫存儲器(RAM)、輸入/輸出(I/O)接口電路及系統(tǒng)總線等部件，就構(gòu)成了微型計算機。將CPU、存儲器、I/O接口、總線等集成在一片超大規(guī)模集成電路芯片上，稱為單片微型計算機，簡稱單片機。12編輯ppt系統(tǒng)級以微型計算機為中心，配以相應(yīng)的外圍設(shè)備以及控制微型計算機工作的軟件，就構(gòu)成了完整的微型計算機系統(tǒng)。微型計算機如果不配有軟件，通常稱為裸機軟件分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類。13編輯ppt二、微型計算機的基本結(jié)構(gòu)微處理器（CPU）存儲器輸入/輸出接口總線1.微型計算機的硬件系統(tǒng)14編輯ppt微型計算機的概念結(jié)構(gòu)存儲器I/O接口輸入設(shè)備I/O接口地址總線AB輸出設(shè)備CPU數(shù)據(jù)總線DB控制總線CBI/O接口AB:AddressBusDB:DataBusCB:ControlBus15編輯ppt主機硬件系統(tǒng)——CPU計算機的控制中心，提供運算、判斷能力構(gòu)成：ALU、CU、Registers（p29）例：Intel8088/8086、PIII、P4、CeleronAMDK7（Athlon、Duron）CPU的位數(shù)：4位、8位、16位、32位、64位是指一次能處理的數(shù)據(jù)的位數(shù)16編輯ppt主機硬件系統(tǒng)——存儲器存放程序和數(shù)據(jù)的記憶裝置用途：存放程序和要操作的各類信息（數(shù)據(jù)、文字、圖像、。。。）內(nèi)存：ROM、RAM特點：隨機存取，速度快，容量小外存：磁盤、光盤、半導體盤、…特點：順序存取/塊存取，速度慢，容量大17編輯ppt有關(guān)內(nèi)存儲器的幾個概念內(nèi)存單元的地址和內(nèi)容內(nèi)存容量內(nèi)存的操作內(nèi)存的分類18編輯ppt

內(nèi)存單元的地址和內(nèi)容內(nèi)存包含有很多存儲單元(每個內(nèi)存單元包含8bit)，為區(qū)分不同的內(nèi)存單元，對計算機中的每個內(nèi)存單元進行編號，內(nèi)存單元的編號就稱為內(nèi)存單元的地址。1011011038F04H內(nèi)存單元地址內(nèi)存單元內(nèi)容......Bit7654321001011000*內(nèi)存單元有時又稱為地址單元19編輯ppt內(nèi)存容量即內(nèi)存單元的個數(shù)，以字節(jié)為單位。注意：內(nèi)存空間與內(nèi)存容量的區(qū)別

內(nèi)存容量：實際配置的內(nèi)存大小。例：某微機配置2條128MB的SDRAM內(nèi)存條，其內(nèi)存容量為256MB

內(nèi)存空間：又稱為存儲空間、尋址范圍，是指微機的尋址能力，與CPU的地址總線寬度有關(guān)。20編輯ppt內(nèi)存操作讀：將內(nèi)存單元的內(nèi)容取入CPU，原單元內(nèi)容不改變；寫：CPU將信息放入內(nèi)存單元，單元中原內(nèi)容被覆蓋；刷新：對CPU透明，僅動態(tài)存儲器有此操作內(nèi)存的讀寫的步驟為：CPU把要讀寫的內(nèi)存單元的地址放到AB上若是寫操作，CPU緊接著把要寫入的數(shù)據(jù)放到DB上CPU發(fā)出讀寫命令數(shù)據(jù)被寫入指定的單元或從指定的單元讀出到DB若是讀操作，CPU緊接著從DB上取回數(shù)據(jù)21編輯ppt內(nèi)存儲器的分類讀寫存儲器（RAM）可讀可寫易失性，臨時存放程序和數(shù)據(jù)只讀存儲器（ROM）工作時只能讀非易失性，永久或半永久性存放信息22編輯ppt主機硬件系統(tǒng)——輸入/輸出接口簡寫為I/O接口，是CPU與外部設(shè)備間的橋梁CPUI/O接口外設(shè)23編輯ppt接口的功能提供驅(qū)動外設(shè)的電壓或電流；匹配計算機與外設(shè)之間的信號電平、速度、信號類型、數(shù)據(jù)格式等；緩存發(fā)給外設(shè)的數(shù)據(jù)、控制命令和外設(shè)提供的運行狀態(tài)信息；DMA控制和中斷控制。24編輯ppt主機硬件系統(tǒng)——總線BUS連接多個功能部件的一組公共信號線地址總線AB：用來傳送CPU輸出的地址信號，確定被訪問的存儲單元、I/O端口。地址線的根數(shù)決定了CPU的尋址范圍。

CPU的尋址范圍=2n，

n-地址線根數(shù)數(shù)據(jù)總線DB：在CPU與存儲器、I/O接口之間數(shù)據(jù)傳送的公共通路。數(shù)據(jù)總線的條數(shù)決定CPU一次最多可以傳送的數(shù)據(jù)寬度?？刂瓶偩€CB：用來傳送各種控制信號25編輯ppt2.微型計算機的軟件系統(tǒng)軟件：為運行、管理和維護計算機系統(tǒng)或為實現(xiàn)某一功能而編寫的各種程序的總和及其相關(guān)資料。系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件操作系統(tǒng)編譯系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)工具軟件軟件26編輯ppt3.微型計算機的物理結(jié)構(gòu)CPU北橋南橋RAMCacheAGPCRTBIOSKBD，Mouse串行/并行接口HDD/CDROM(IDE)FDDUSBPCIISA前端總線/CPU總線接口卡外設(shè)總線擴展槽27編輯ppt微型計算機的物理結(jié)構(gòu)28編輯pptINTEL845GE29編輯ppt主板的主要硬件構(gòu)成CPU插座芯片組（南北橋/HUB）內(nèi)存插槽

高速緩存（現(xiàn)已集成到CPU內(nèi)部）系統(tǒng)BIOS，硬件控制CMOS，存放硬件配置參數(shù)

總線擴展槽，PCI、ISA串行、并行接口軟/硬盤、光驅(qū)插座30編輯ppt芯片組CPU的外圍控制芯片，通常為2片兩種架構(gòu)：南北橋、HUB（加速中心）南北橋北橋——提供CPU/主存/高速緩存的連接、AGP接口、PCI橋接南橋——提供USB、IDE(FDD/HDD)、串/并口及ISA橋接等例如：Intel440BX、VIA694(KT133)+686B、SiS645等HUBGMCH——AGP接口、存儲器通道ICH——PCI橋接、IDE控制器、USB、串/并口FWH——系統(tǒng)BIOS、顯示BIOS、隨機數(shù)發(fā)生器例如：Intel810、Intel815、Intel845等31編輯ppt三、計算機的工作過程存儲程序計算機—又稱為馮?諾依曼型計算機以運算器為核心、以存儲程序原理為基礎(chǔ)將計算過程描述為由許多條指令按一定順序組成的程序，即程序是由多條有邏輯關(guān)系的指令組成，指令的長度不等（一般為1～4字節(jié)）數(shù)據(jù)和程序均以二進制代碼的形式不加區(qū)別地存放在存儲器中，存放位置由地址指定，地址碼也是二進制形式由控制器控制整個程序和數(shù)據(jù)的存取以及程序的執(zhí)行指令驅(qū)動32編輯ppt存儲程序計算機的工作原理控制器按預(yù)先存放在計算機存儲器中的程序的流程自動地連續(xù)取出指令并執(zhí)行之。運算器輸出設(shè)備控制器輸入設(shè)備存儲器指令流控制命令數(shù)據(jù)流33編輯ppt程序的執(zhí)行過程程序指令1指令2指令3指令4指令n……取指令指令譯碼取操作數(shù)執(zhí)行指令存結(jié)果指令周期操作碼操作數(shù)執(zhí)行1。CPU如何知道從哪里取出程序的第一條指令？——操作系統(tǒng)2。CPU如何按程序控制流執(zhí)行指令？——程序計數(shù)器3。CPU如何知道從哪里取操作數(shù)？——地址、尋址方式34編輯ppt例：計算5+8（p35）匯編語言程序 對應(yīng)的機器指令對應(yīng)的操作------------------------------------------------------------------------------------MOVAL,5 10110000

將立即數(shù)1傳送到累加寄存器AL中

00000101 ADDAL,8 00000100

計算兩個數(shù)的和，結(jié)果存放到AL中

00001000 HLT

11110100

停機 指令執(zhí)行過程見下頁圖35編輯ppt指令執(zhí)行過程(取指/譯碼/執(zhí)行)累加器A加法器數(shù)據(jù)寄存器DR指令寄存器IR指令譯碼器ID時序邏輯電路時序控制信號（控制命令）1011000000000101000001000000100011110100內(nèi)部總線存儲器01234程序計數(shù)器PC地址MOVA,5ADDA,8HLT地址總線+1③地址譯碼器讀寫控制電路④輸出地址10110000⑦鎖存指令鎖存數(shù)據(jù)⑥置初值①②輸出指令地址鎖存地址②讀寫命令⑤⑧指令譯碼鎖存輸出地址寄存器AR36編輯ppt§1.2計算機中的數(shù)制了解特點；表示方法；相互間的轉(zhuǎn)換。37編輯ppt一、常用記數(shù)制

十進制——符合人們的習慣二進制——便于物理實現(xiàn)十六進制——便于識別、書寫八進制38編輯ppt1.十進制特點：以十為底，逢十進一；

共有0-9十個數(shù)字符號。表示：39編輯ppt2.二進制特點：以2為底，逢2進位；只有0和1兩個符號。表示：40編輯ppt3.十六進制特點：以16為底，逢16進位； 有0--9及A--F共16個數(shù)字符號。表示：41編輯ppt進位計數(shù)制的一般表示一般地，對任意一個K進制數(shù)S都可表示為其中：Si

--

S的第i位數(shù)碼，可以是K個符號中任何一個；n,m–

整數(shù)和小數(shù)的位數(shù)；K

--

基數(shù)；Ki

--K進制數(shù)的權(quán)42編輯ppt如何區(qū)分不同進位記數(shù)制的數(shù)字在數(shù)字后面加一個字母進行區(qū)分：二進制：數(shù)字后面加B,如1001B八進制：數(shù)字后面加O,如1001O十進制：一般不加,如1001十六進制：數(shù)字后面加H,如1001H在明顯可以區(qū)分其記數(shù)制的情況下，可以省略數(shù)字后面的字母43編輯ppt二、各種數(shù)制間的轉(zhuǎn)換1.非十進制數(shù)到十進制數(shù)的轉(zhuǎn)換

按相應(yīng)進位計數(shù)制的權(quán)表達式展開，再按十進制求和。

例：10110010B

=(?)10

13FAH

=(?)1044編輯ppt2.十進制到非十進制數(shù)的轉(zhuǎn)換十進制→二進制的轉(zhuǎn)換： 整數(shù)部分：除2取余；小數(shù)部分：乘2取整。十進制→十六進制的轉(zhuǎn)換：整數(shù)部分：除16取余；小數(shù)部分：乘16取整。以小數(shù)點為起點求得整數(shù)和小數(shù)的各個位。45編輯ppt3.二進制與十六進制間的轉(zhuǎn)換用4位二進制數(shù)表示1位十六進制數(shù)

例：10110001001.110=(?)H

0101

1000

1001.1100

589.C

注意：位數(shù)不夠時要補046編輯ppt§1.3無符號二進制數(shù)的運算無符號數(shù)算術(shù)運算

有符號數(shù)邏輯運算47編輯ppt一、無符號數(shù)的運算算術(shù)運算

包括：加法運算減法運算乘法運算除法運算48編輯ppt1.規(guī)則加法：1+1=0（有進位）,…減法：0-1=1（有借位）,…乘除法：…一個數(shù)乘以2相當于該數(shù)左移一位；除以2則相當于該數(shù)右移1位。

49編輯ppt[例]：00001011×0100=00101100B

00001011÷0100=00000010B…11B

即：商=00000010B

余數(shù)=00000011B50編輯ppt2.無符號數(shù)的表示范圍一個n位的無符號二進制數(shù)X，其表示范圍為

0≤

X≤2n-1若運算結(jié)果超出這個范圍，則產(chǎn)生溢出。（或者說運算結(jié)果超出n位，則產(chǎn)生溢出）判別方法：運算時，當最高位向更高位有進位（或借位）時則產(chǎn)生溢出。51編輯ppt[例]：

11111111

+00000001

100000000結(jié)果超出８位（最高位有進位），發(fā)生溢出。（結(jié)果為256，超出８位二進制數(shù)所能表示的范圍255）52編輯ppt3.邏輯運算與(∧)、或(∨)、非(▔)、異或(⊕)特點：按位運算，無進借位運算規(guī)則

…..例：A=10110110,B=01101011求：A∧B,A∨B,A⊕B

53編輯ppt4.邏輯門邏輯門：完成邏輯運算的電路掌握：與、或、非門邏輯符號和邏輯關(guān)系（真值表）；與非門、或非門的應(yīng)用。54編輯ppt與門（ANDGate）Y=A∧BABY000010100111&ABY注：基本門電路僅完成1位二進制數(shù)的運算55編輯ppt或門（ORGate）Y=A∨BABY000011101111YAB≥156編輯ppt非門（NOTGate）1AYY=AAY011057編輯ppt異或門（eXclusiveORGate）Y=A⊕BYAB⊕ABY00001110111058編輯ppt5.譯碼器74LS138譯碼器：G1G2AG2BCBAY0Y7????譯碼輸出譯碼輸入譯碼使能59編輯ppt74LS138真值表

使能端輸入端輸出端G1#G2A#G2B

CBA

#Y0#Y1#Y2#Y3#Y4#Y5#Y6#Y7

01

10

11

0

100100100100100100100100

000

001010011100101110111

11111111

11111111

11111111

11111111

01

111111

1

01

111111

1

01

1111

1

1

101

1111

1

1

1

01

11

1

1

1

1

1

01111111

10

111111

1

10

60編輯ppt§1.4帶符號二進制數(shù)的運算計算機中的帶符號二進制數(shù)把二進制數(shù)的最高位定義為符號位符號位為0

表示正數(shù)，符號位為1

表示負數(shù)連同符號位一起數(shù)值化了的數(shù)，稱為機器數(shù)。機器數(shù)所表示的真實的數(shù)值，稱為真值。（在以下講述中，均以８位二進制數(shù)為例）61編輯ppt[例]：

+52=+0110100=0

0110100

符號位

數(shù)值位

-52=-0110100=1

0110100

真值機器數(shù)62編輯ppt1.符號數(shù)的表示對于符號數(shù)，機器數(shù)常用的表示方法有原碼、反碼和補碼三種。數(shù)X的原碼記作[X]原，反碼記作[X]反，補碼記作[X]補。

注意：對正數(shù)，三種表示法均相同。它們的差別在于對負數(shù)的表示。63編輯ppt原碼[X]原定義 符號位：0表示正，1表示負；數(shù)值位：真值的絕對值。64編輯ppt原碼的例子真值X=+18=+0010010X=-18=-0010010原碼[X]原=00010010[X]原=10010010符號符號位n位原碼表示數(shù)值的范圍是對應(yīng)的原碼是1111～0111。65編輯ppt數(shù)0的原碼8位數(shù)0的原碼：+0=00000000-0=10000000即：數(shù)0的原碼不唯一。66編輯ppt反碼[X]反定義

若X>0，則[X]反=[X]原

若X<0，則[X]反=對應(yīng)原碼的符號位不變，數(shù)值部分按位求反67編輯ppt[例]：X=-52=-0110100[X]原=10110100[X]反=1100101168編輯ppt反碼的例子真值X=+18=+0010010X=-18=-0010010反碼[X]反=00010010[X]反=11101101符號符號位n位反碼表示數(shù)值的范圍是對應(yīng)的反碼是1000～0111。69編輯ppt0的反碼：[+0]反=00000000[-0]反=11111111即：數(shù)0的反碼也不是唯一的。70編輯ppt補碼定義：若X>0，則[X]補=[X]反=[X]原若X<0，則[X]補=[X]反+171編輯ppt[例]：X=–52=–0110100[X]原=10110100[X]反=11001011[X]補=[X]反+1=11001100n位補碼表示數(shù)值的范圍是對應(yīng)的補碼是1000～0111。72編輯ppt0的補碼：[+0]補=[+0]原=00000000[-0]補=[-0]反+1=11111111+1=100000000

對8位字長，進位被舍掉∴[+0]補=[-0]補=0000000073編輯ppt特殊數(shù)10000000該數(shù)在原碼中定義為：-0在反碼中定義為：-127在補碼中定義為：-128對無符號數(shù)：(10000000)２=12874編輯ppt8位有符號數(shù)的表示范圍：對8位二進制數(shù)：原碼：-127~+127反碼：-127~+127補碼：-128~+127想一想：16位有符號數(shù)的表示范圍是多少？75編輯ppt2.有符號二進制數(shù)與十進制的轉(zhuǎn)換對用補碼表示的二進制數(shù)：

1）求出真值2）進行轉(zhuǎn)換76編輯ppt[例]：將一個用補碼表示的二進制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)。

1)

[X]補=00101110B真值為：+0101110B

正數(shù)

所以：X=+462)[X]補=11010010B

負數(shù)

X=[[X]補]補=[11010010]補=-

0101110B所以：X=

-

4677編輯ppt3.補碼加減法的運算規(guī)則通過引進補碼，可將減法運算轉(zhuǎn)換為加法運算。規(guī)則如下：[X+Y]補=[X]補+[Y]補[X-Y]補=[X]補-[Y]補其中X，Y為正負數(shù)均可，符號位參與運算。78編輯ppt*補碼的運算原理

模(module)就是一個計數(shù)系統(tǒng)的最大容量。例如，鐘表的模為12，8位二進制數(shù)的模為28。

凡是用器件進行的運算都是有模運算，運算結(jié)果超過模的部分會被運算器自動丟棄。因此，當器件為n位時，有

X=2n+X(mod2n)不難驗證，

[X]補=2n+X(mod2n)因此，

[XY]補=2n+(XY)(mod2n)

=(2n+X)+(2nY)(mod2n) =[X]補+[Y]補79編輯ppt[例]：X=-0110100，Y=+1110100，求[X+Y]補[X]原=10110100[X]補=[X]反+1=11001100[Y]補=[Y]原=01110100所以：[X+Y]補=[X]補+[Y]補=11001100+01110100=0100000080編輯ppt4.符號數(shù)運算中的溢出問題進(借)位——在加法過程中，符號位向更高位產(chǎn)生進位；在減法過程中，符號位向更高位產(chǎn)生借位。溢出——運算結(jié)果超出運算器所能表示的范圍。81編輯ppt溢出的判斷方法方法１：同號相減或異號相加——不會溢出。同號相加或異號相減——可能溢出：兩種情況： 同號相加時，結(jié)果符號與加數(shù)符號相反——溢出；異號相減時，結(jié)果符號與減數(shù)符號相同——溢出。方法２：兩個8位帶符號二進制數(shù)相加或相減時，若

C7C6＝1，則結(jié)果產(chǎn)生溢出。C7為最高位的進(借)位；C６為次高位的進(借)位。82編輯ppt[例]：有符號數(shù)運算，有溢出表示結(jié)果是錯誤的無符號數(shù)運算，有進位表示結(jié)果是錯誤的

10110101

+10001111

101000100

01000010

+0110001110100101

01000010

+11001101

100001111CASE1:CASE2:CASE3:83編輯ppt§1.5二進制編碼一、十進制數(shù)的表示——BCD碼用4位二進制數(shù)表示一位十進制數(shù)。有兩種表示法：壓縮BCD碼和非壓縮BCD碼。壓縮BCD碼的每一位用4位二進制表示，0000~1001表示0~9，一個字節(jié)表示兩位十進制數(shù)。非壓縮BCD碼用一個字節(jié)表示一位十進制數(shù)，高4位總是0000，低4位的0000~1001表示0~9。84編輯ppt計算機中除了能夠處理數(shù)值數(shù)據(jù)以外，還可以處理文字、語音、圖像等各種信息，這些信息統(tǒng)稱為非數(shù)值數(shù)據(jù)。非數(shù)值數(shù)據(jù)在計算機中也必須以二進制形式表示，非數(shù)值數(shù)據(jù)的表示本質(zhì)上是編碼的過程。最常用的數(shù)據(jù)編碼：美國標準信息交換代碼(AmericanStandardCodeforInformationInterchange,ASCII碼)（見下頁ASCII編碼表，教材中的附錄A）二、非數(shù)值數(shù)據(jù)的表示85編輯pptASCII碼—美國標準信息交換代碼86編輯ppt

ASCII碼采用7位二進制代碼對字符進行編碼數(shù)字0~9的編碼是0110000~0111001，它們的高3位均是011，后4位正好與其對應(yīng)的二進制代碼（BCD碼）相符。英文字母A~Z的ASCII碼從1000001（41H）開始順序遞增，字母a~z的ASCII碼從1100001（61H）開始順序遞增，這樣的排列對信息檢索十分有利。最高位通常總為0，有時也用作奇偶校驗位。87編輯ppt§1.6計算機中常用數(shù)據(jù)單位bit1Mb=10241024bit=220bit1Gb=230bit=1024Mb1Tb=240bit=1024GbByte1Byte=8bit，1KB=1024Byte，…Word表示字長，有1bit,4bit,8bit,16bit等，一般情況下為2Byte(16bit)。88編輯ppt第1章難點補碼的概念及其運算有符號數(shù)運算的溢出問題

89編輯ppt作業(yè)習題一4(1)(3),5(2),6(4),8(1)(3)90編輯ppt第一章完，謝謝91編輯ppt92編輯ppt§2.28088微處理器主要內(nèi)容：8088CPU外部引線及功能；8088CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和特點；各內(nèi)部寄存器的功能；8088的工作時序。93編輯ppt一、概述8088、8086基本類似16位CPU、AB寬度20位差別：指令預(yù)取隊列：8088為4字節(jié)，8086為6字節(jié)數(shù)據(jù)總線引腳：8088有8根，8086有16根8088為準16位CPU，內(nèi)部DB為16位，但外部僅為8位，16位數(shù)據(jù)要分兩次傳送本課程主要介紹8088（IBMPC采用）94編輯ppt指令預(yù)取隊列(IPQ)指令的一般執(zhí)行過程：取指令指令譯碼讀取操作數(shù)執(zhí)行指令存放結(jié)果95編輯ppt串行工作方式：8088以前的CPU采用串行工作方式：1）CPU訪問存儲器(存取數(shù)據(jù)或指令)時要等待總線操作的完成2）CPU執(zhí)行指令時總線處于空閑狀態(tài)缺點：CPU無法全速運行解決：總線空閑時預(yù)取指令，使CPU需要指令時能立刻得到取指令1執(zhí)行1取操作數(shù)2執(zhí)行2CPUBUS忙碌忙碌忙碌忙碌存結(jié)果1取指令296編輯ppt并行工作方式：8088CPU采用并行工作方式取指令2取操作數(shù)BIU存結(jié)果取指令3取操作數(shù)取指令4執(zhí)行1執(zhí)行2執(zhí)行3

EUBUS忙碌忙碌忙碌忙碌忙碌忙碌97編輯ppt8088的流水線操作8088CPU包括兩大部分：EU和BIUBIU不斷地從存儲器取指令送入IPQ，EU不斷地從IPQ取出指令執(zhí)行EU和BIU構(gòu)成了一個簡單的2工位流水線指令預(yù)取隊列IPQ是實現(xiàn)流水線操作的關(guān)鍵（類似于工廠流水線的傳送帶）新型CPU將一條指令劃分成更多的階段，以便可以同時執(zhí)行更多的指令例如，PIII為14個階段，P4為20個階段(超級流水線)98編輯ppt結(jié)論指令預(yù)取隊列的存在使EU和BIU兩個部分可同時進行工作，從而帶來了以下兩個好處：提高了CPU的效率降低了對存儲器存取速度的要求99編輯ppt8088/8086CPU的特點采用并行流水線工作方式對內(nèi)存空間實行分段管理：每段大小為16B～64KB用段地址和段內(nèi)偏移實現(xiàn)對1MB空間的尋址設(shè)置地址段寄存器指示段的首地址支持多處理器系統(tǒng)；片內(nèi)無浮點運算部件，浮點運算由數(shù)學協(xié)處理器8087支持（或用軟件模擬）

注：80486DX以后的CPU已將數(shù)學協(xié)處理器作為標準部件集成到CPU內(nèi)部100編輯ppt8088CPU的兩種工作模式8088可工作于兩種模式：最小模式和最大模式最小模式為單處理機模式，控制信號較少，一般可不必外接總線控制器。最大模式為多處理機模式，控制信號較多，CPU必須通過總線控制器與總線相連。101編輯ppt二、8088CPU的引線及功能引腳定義的方法可大致分為：：每個引腳只傳送一種信息（RD等）；引腳電平的高低不同的信號（IO/M等）；CPU工作于不同方式有不同的名稱和定義（WR/LOCK等）；分時復(fù)用引腳（AD7

～AD0等）；引腳的輸入和輸出分別傳送不同的信息（RQ/GT等）。102編輯ppt主要引線（最小模式下）8088是工作在最小還是最大模式由MN/MX端狀態(tài)決定：MN/MX=0時工作于最大模式，反之工作于最小模式。數(shù)據(jù)信號線(DB)與地址信號線(AB)：AD7～AD0：三態(tài)，地址/數(shù)據(jù)復(fù)用線。ALE有效時為地址的低8位。地址信號有效時為輸出，傳送數(shù)據(jù)信號時為雙向。A19～A16：三態(tài)，輸出。高4位地址信號，與狀態(tài)信號S6-S3分時復(fù)用。A15～A8：三態(tài)，輸出。輸出8位地址信號。103編輯ppt主要的控制和狀態(tài)信號WR：三態(tài)，輸出。寫命令信號；RD：三態(tài)，輸出。讀命令信號；IO/M：三態(tài)，輸出。指出當前訪問的是存儲器還是I/O接口。高：I/O接口，低：內(nèi)存DEN：三態(tài)，輸出。低電平時，表示DB上的數(shù)據(jù)有效；RESET：輸入，為高時，CPU執(zhí)行復(fù)位；ALE：三態(tài)，輸出。高：AB地址有效；DT/R：三態(tài)，輸出。數(shù)據(jù)傳送方向，高：CPU輸出，低：CPU輸入104編輯ppt[例]：當WR=1，RD=0，IO/M=0時，表示CPU當前正在進行讀存儲器操作。105編輯pptREADY信號(輸入)：用于協(xié)調(diào)CPU與存儲器、I/O接口之間的速度差異READY信號由存儲器或I/O接口發(fā)出。READY=0時，CPU就在T3后插入TW周期，插入的TW個數(shù)取決于READY何時變?yōu)楦唠娖健?06編輯ppt中斷請求和響應(yīng)信號INTR：輸入，可屏蔽中斷請求輸入端。高：有INTR中斷請求NMI：輸入，非屏蔽中斷請求輸入端。低高，有NMI中斷請求INTA：輸出，對INTR信號的響應(yīng)。107編輯ppt總線保持信號HOLD：總線保持請求信號輸入端。當CPU

以外的其他設(shè)備要求占用總線時，通過該引腳向CPU發(fā)出請求。HLDA：輸出，對HOLD信號的響應(yīng)。為高電平時，表示CPU已放棄總線控制權(quán)，所有三態(tài)信號線均變?yōu)楦咦锠顟B(tài)。108編輯ppt三、8088CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)8088內(nèi)部由兩部分組成：執(zhí)行單元（EU）總線接口單元（BIU）109編輯ppt執(zhí)行單元EU功能:執(zhí)行指令

從指令隊列中取指令代碼譯碼在ALU中完成數(shù)據(jù)的運算運算結(jié)果的特征保存在標志寄存器FLAGS中。110編輯ppt執(zhí)行單元包括

算術(shù)邏輯單元（運算器）8個通用寄存器1個標志寄存器

EU部分控制電路111編輯ppt總線接口單元BIU功能：從內(nèi)存中取指令送入指令預(yù)取隊列負責與內(nèi)存或輸入/輸出接口之間的數(shù)據(jù)傳送在執(zhí)行轉(zhuǎn)移程序時，BIU使指令預(yù)取隊列復(fù)位，從指定的新地址取指令，并立即傳給執(zhí)行單元執(zhí)行。112編輯ppt8088的內(nèi)部寄存器含14個16位寄存器，按功能可分為三類8個通用寄存器4個段寄存器2個控制寄存器113編輯ppt通用寄存器

數(shù)據(jù)寄存器（AX，BX，CX，DX）地址指針寄存器（SP，BP）變址寄存器（SI，DI）114編輯ppt數(shù)據(jù)寄存器8088含4個16位數(shù)據(jù)寄存器，它們又可分為8個8位寄存器，即：AXAH，ALBXBH，BLCXCH，CLDXDH，DL常用來存放參與運算的操作數(shù)或運算結(jié)果115編輯ppt數(shù)據(jù)寄存器特有的習慣用法AX：累加器。多用于存放中間運算結(jié)果。所有I/O指令必須都通過AX與接口傳送信息；BX：基址寄存器。在間接尋址中用于存放基地址；CX：計數(shù)寄存器。用于在循環(huán)或串操作指令中存放循環(huán)次數(shù)或重復(fù)次數(shù)；DX：數(shù)據(jù)寄存器。在32位乘除法運算時，存放高16位數(shù)；在間接尋址的I/O指令中存放

I/O端口地址。116編輯ppt地址指針寄存器SP：堆棧指針寄存器，其內(nèi)容為棧頂?shù)钠频刂?；BP：基址指針寄存器，常用于在訪問內(nèi)存時存放內(nèi)存單元的偏移地址。117編輯pptBX與BP在應(yīng)用上的區(qū)別作為通用寄存器，二者均可用于存放數(shù)據(jù)；作為基址寄存器，BX通常用于尋址數(shù)據(jù)段；BP則通常用于尋址堆棧段。BX一般與DS或ES搭配使用118編輯ppt變址寄存器SI：源變址寄存器DI：目標變址寄存器變址寄存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SI存放源操作數(shù)的偏移地址，而用DI存放目標操作數(shù)的偏移地址。119編輯ppt段寄存器用于存放邏輯段的段基地址(邏輯段的概念后面將要介紹)

CS：代碼段寄存器

代碼段用于存放指令代碼

DS：數(shù)據(jù)段寄存器

ES：附加段寄存器

數(shù)據(jù)段和附加段用來存放操作數(shù)

SS：堆棧段寄存器

堆棧段用于存放返回地址，保存寄存器內(nèi)容，傳遞參數(shù)120編輯ppt控制寄存器IP：指令指針寄存器，其內(nèi)容為下一條要執(zhí)行的指令的偏移地址FLAGS：標志寄存器狀態(tài)標志：存放運算結(jié)果的特征控制標志：控制某些特殊操作

6個狀態(tài)標志位(CF，SF，AF，PF，OF，ZF)3個控制標志位(IF，TF，DF)121編輯ppt四、存儲器尋址物理地址8088：20根地址線，可尋址220(1MB)個存儲單元CPU送到AB上的20位的地址稱為物理地址

122編輯ppt物理地址物理地址..60000H60001H60002H60003H60004H...12HF0H1BH08H存儲器的操作完全基于物理地址。問題：8088的內(nèi)部總線和內(nèi)部寄存器均為16位，如何生成20位地址？解決：存儲器分段123編輯ppt存儲器分段高地址低地址段基址段基址段基址段基址最大64KB，最小16B段i-1段i段i+1124編輯ppt邏輯地址段基地址和段內(nèi)偏移組成了邏輯地址

段地址偏移地址(偏移量)格式為：段地址:偏移地址物理地址=段基地址×16+偏移地址60002H00H12H60000H0000段基地址（16位）段首地址×××???×××偏移地址=0002H125編輯pptBIU中的地址加法器用來實現(xiàn)邏輯地址到物理地址的變換8088可同時訪問4個段，4個段寄存器中的內(nèi)容指示了每個段的基地址段基址段內(nèi)偏移物理地址+16位20位0000126編輯ppt[例]：已知CS=1055H，DS=250AH，ES=2EF0H，SS=8FF0H，

DS段有一操作數(shù)，其偏移地址=0204H，

1)畫出各段在內(nèi)存中的分布

2)指出各段首地址

3)該操作數(shù)的物理地址=？10550H250A0H2EF00H8FF00HCSSS

CSDSES解：

各段分布及段首址見右圖所示。操作數(shù)的物理地址為：250AH×10H+0204H=252A4H127編輯ppt堆棧及堆棧段的使用內(nèi)存中一個按FILO方式操作的特殊區(qū)域每次壓棧和退棧均以WORD為單位SS存放堆棧段地址，SP存放段內(nèi)偏移，SS:SP構(gòu)成了堆棧指針堆棧用于存放返回地址、過程參數(shù)或需要保護的數(shù)據(jù)常用于響應(yīng)中斷或子程序調(diào)用128編輯ppt堆棧操作SPSSSS壓棧前退棧后高低低高高12HSSF0HSP壓棧后低高SPSPSPF0H12HSP129編輯ppt[例]：若已知（SS）=1000H（SP）=2000H則堆棧段的段首地址=？棧頂?shù)刂?？若現(xiàn)在把1234H送入堆棧，則它所在的存儲單元地址=？若該段最后一個單元地址為2FFFH，則棧底地址=？段首棧底棧頂堆棧段130編輯ppt五、時序時序的概念：CPU各引腳信號在時間上的關(guān)系?？偩€周期：CPU完成一次訪問內(nèi)存(或接口)操作所需要的時間。一個總線周期至少包括4個時鐘周期。時鐘周期：由時鐘發(fā)生器產(chǎn)生。是計算機內(nèi)部最小的時間單位，用Ti表示。(總線周期的時序參見教材p51)131編輯ppt§2.3系統(tǒng)總線

主要內(nèi)容：總線的基本概念和分類；總線的工作方式；常用系統(tǒng)總線標準。132編輯ppt一、概述總線：

是一組導線和相關(guān)的控制、驅(qū)動電路的集合。是計算機系統(tǒng)各部件之間傳輸?shù)刂贰?shù)據(jù)和控制信息的公共通道。地址總線（AB）數(shù)據(jù)總線（DB）控制總線（CB）133編輯ppt總線結(jié)構(gòu)的優(yōu)點簡化系統(tǒng)設(shè)計（模塊化）提高兼容性便于擴充升級便于維修減低生產(chǎn)成本134編輯ppt總線分類

CPU總線：CPU

其他部件系統(tǒng)總線：主機I/O接口外部總線：微機外設(shè)片內(nèi)總線片外總線按相對CPU的位置按層次結(jié)構(gòu)135編輯ppt總線結(jié)構(gòu)單總線結(jié)構(gòu)簡單，但總線競爭嚴重CPUMMI/OI/OI/O136編輯ppt多總線結(jié)構(gòu)面向CPU的雙總線結(jié)構(gòu)面向主存的雙總線結(jié)構(gòu)雙總線結(jié)構(gòu)多總線結(jié)構(gòu)137編輯ppt多總線結(jié)構(gòu)(續(xù))教材p55圖2-23：面向CPU的雙總線結(jié)構(gòu)把需要很高帶寬的主存儲器用存儲總線單獨與CPU相連問題：外設(shè)到主存的數(shù)據(jù)傳輸必須通過CPU，

傳輸效率低，無法實現(xiàn)DMA傳輸圖2-24：面向主存的雙總線結(jié)構(gòu)主存儲器即與CPU直接連接，又與系統(tǒng)總線連接，較好地解決了上述問題138編輯ppt二、總線技術(shù)*總線傳輸需要解決的問題：傳輸同步——協(xié)調(diào)通信雙方的傳輸操作同步、異步、半同步總線仲裁——消除多個設(shè)備同時使用總線造成的沖突現(xiàn)象Master查詢，Slave獨立請求出錯處理信號驅(qū)動139編輯ppt同步方式同步傳輸——用公共的時鐘統(tǒng)一各部件數(shù)據(jù)發(fā)送和接收的時機異步傳輸——用控制和狀態(tài)信號協(xié)調(diào)各部件數(shù)據(jù)發(fā)送和接收的時機半同步——用公共的時鐘統(tǒng)一控制和狀態(tài)信號的產(chǎn)生時機（即控制和狀態(tài)信號與時鐘是同步的），但數(shù)據(jù)發(fā)送和接收的時機仍不固定140編輯ppt總線仲裁用來