微型計算機原理與接口技術(馮博琴第2版)第2章

1、1第第2 2章章微處理器與總線2主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：n微處理器的一般構成及工作原理；微處理器的一般構成及工作原理；n80888088微處理器的特點、引腳及結(jié)構；微處理器的特點、引腳及結(jié)構；n總線的一般概念；總線的一般概念；32.1 微型機概述微型機概述n1.1.微處理器的功能微處理器的功能n2.2.微處理器的基本組成微處理器的基本組成41.1.微處理器的功能微處理器的功能n是計算機系統(tǒng)的核心是計算機系統(tǒng)的核心n根據(jù)指令實現(xiàn)各種相應的運算根據(jù)指令實現(xiàn)各種相應的運算n實現(xiàn)數(shù)據(jù)的暫存實現(xiàn)數(shù)據(jù)的暫存n實現(xiàn)與存儲器和接口的信息通信實現(xiàn)與存儲器和接口的信息通信n .人們?nèi)藗兂Ｕf的常說的8位、位、16位、位

2、、32位位是指是指CPU內(nèi)部操作時的數(shù)據(jù)位數(shù)（取決于內(nèi)部寄存器、內(nèi)部內(nèi)部操作時的數(shù)據(jù)位數(shù)（取決于內(nèi)部寄存器、內(nèi)部數(shù)據(jù)總線的位數(shù)），也就是數(shù)據(jù)總線的位數(shù)），也就是CPU能一次進行多長數(shù)據(jù)的能一次進行多長數(shù)據(jù)的運算。運算。52.2.微處理器的一般構成微處理器的一般構成n運算器運算器n控制器控制器n寄存器組寄存器組n運算器運算器uALUu內(nèi)部寄存器組內(nèi)部寄存器組u內(nèi)部總線內(nèi)部總線n控制器控制器注意：問的形式（注意：問的形式（2or3個空）個空）62.1.1 2.1.1 運算器運算器n運算器運算器uALUu內(nèi)部寄存器組內(nèi)部寄存器組u內(nèi)部總線內(nèi)部總線加法器加法器邏輯運算邏輯運算功能部件功能部件AB進位進

3、位控制控制信號信號輸入輸入運算結(jié)果運算結(jié)果邏輯運算結(jié)果邏輯運算結(jié)果72.1.1 2.1.1 運算器運算器111111)()( iiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiCBABACBABABACBACBACBACBACn運算器運算器(1位加法位加法)uSi=Ai+Bi+Ci-1uCi-1為低位進位為低位進位uCi為向更高位進位為向更高位進位1位全加器可以表示位全加器可以表示為以下邏輯：為以下邏輯：AiBiCi-1SiCi0000001010100101100100110011011010111111真值表真值表11111 iiiiiiiiiiiiiiiiCBACBACBACBACBAS

4、82.1.1 2.1.1 運算器運算器n運算器運算器為簡化電路，還可以變形為：為簡化電路，還可以變形為：11)(iiiiiiiiiiCBABACCBASFAiSiCi-1AiBiCi92.1.1 2.1.1 運算器運算器n位全加器可以表示為以下邏輯：位全加器可以表示為以下邏輯：FAn FAn-1FA1FA0 FAn-2CnSnCn-1Sn-1Cn-2Sn-2C1S1C0S0C-1A0B0A1B1An-2Bn-2An-1Bn-1AnBn011011011SSSSBBBBAAAAnnnnnn Cn+1C-1102.1.1 2.1.1 運算器運算器n總線總線 P37u單總線（最簡單）單總線（最簡單）

5、u雙總線雙總線u三總線（最快）三總線（最快）ALUAiBi寄存寄存器組器組BUS單總線結(jié)構單總線結(jié)構112.1.2 2.1.2 控制器控制器n控制器控制器u（1）指令控制）指令控制 例如指令執(zhí)行次序：順序、跳轉(zhuǎn)等例如指令執(zhí)行次序：順序、跳轉(zhuǎn)等u（2）時序控制）時序控制 指令的執(zhí)行是一系列動作的組合，在時鐘信號嚴指令的執(zhí)行是一系列動作的組合，在時鐘信號嚴格控制下，來執(zhí)行這些動作。格控制下，來執(zhí)行這些動作。如下是如下是取指令取指令過程過程： T1: PC-MAR,1-R T2: M(MAR)MDR, T3:MDR-IR122.1.2 2.1.2 控制器控制器n控制器控制器（3）操作控制：根據(jù)指令內(nèi)

6、容，在指令周期內(nèi)的各）操作控制：根據(jù)指令內(nèi)容，在指令周期內(nèi)的各節(jié)拍發(fā)出各種節(jié)拍發(fā)出各種控制命令控制命令。微微操操作作控控制制程序計數(shù)器程序計數(shù)器時序邏輯時序邏輯地址加法器地址加法器指令寄存器指令寄存器指令譯碼指令譯碼存存儲儲器器各各微微操操作作信信號號132.1.2 2.1.2 控制器控制器程序機器指令機器指令1機器指令機器指令2機器指令機器指令i機器指令機器指令n.微操作命令微操作命令2微操作命令微操作命令1微操作命令微操作命令i微操作命令微操作命令n.微程序微程序微指令微指令1微指令微指令m.n了解：指令、微操作、微指令了解：指令、微操作、微指令142.1.2 2.1.2 控制器控制器一、

7、取指周期一、取指周期PC MAR 地址線地址線1 RM ( MAR ) MDRMDR IR( PC ) + 1 PCMDRCUMARPCIR存儲器存儲器CPU地址總線地址總線數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線控制總線控制總線IR+1 R152.2 80882.2 8088/8086/8086微處理器微處理器n8088/8086CPU的特點的特點n8088CPU外部引線及功能外部引線及功能；n8088CPU的內(nèi)部結(jié)構和特點；的內(nèi)部結(jié)構和特點；n各內(nèi)部寄存器的功能各內(nèi)部寄存器的功能；n8088的工作時序。的工作時序。主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：162.2 80882.2 8088/8086/8086微處理器微處理器n808

8、8和和8086u區(qū)別：區(qū)別：8088是準是準16位位8088內(nèi)部是內(nèi)部是16位，外部與存儲器、位，外部與存儲器、I/O的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)總線為總線為8位位而而8086內(nèi)外都是內(nèi)外都是16位位另外有個別細微不同另外有個別細微不同u相同：相同：其他基本完全相同，為其中一個寫的程序可以不加其他基本完全相同，為其中一個寫的程序可以不加修改的運行在另一個修改的運行在另一個CPU以后沒有特別指出，二者均適用以后沒有特別指出，二者均適用172.2.1 2.2.1 8088/8086CPU的特點的特點 指令執(zhí)行的一般過程：指令執(zhí)行的一般過程：P40指令譯碼指令譯碼取指令取指令讀取操作數(shù)讀取操作數(shù)執(zhí)行指令執(zhí)行指令存放

9、結(jié)果存放結(jié)果18n串行工作方式：串行工作方式： 控制器控制器和和運算器運算器交替工作，按順序完成交替工作，按順序完成 上述指令執(zhí)行過程。上述指令執(zhí)行過程。n并行工作方式并行工作方式(8088采用采用) 運算器和控制器可同時工作。運算器和控制器可同時工作。2.2.1 2.2.1 8088/8086CPU的特點的特點1 1、8088/80868088/8086的指令流水線的指令流水線19串行工作方式串行工作方式n80888088指令的執(zhí)行過程，分配給指令的執(zhí)行過程，分配給CPUCPU兩個獨立兩個獨立部件部件u總線接口單元總線接口單元BIUBIU：取指令、取操作數(shù)、存結(jié)果：取指令、取操作數(shù)、存結(jié)果u

10、執(zhí)行單元執(zhí)行單元EUEU：分析指令、執(zhí)行指令：分析指令、執(zhí)行指令n80888088以前的以前的CPUCPU采用采用串行工作串行工作方式：方式：CPUBUS忙碌忙碌忙碌忙碌取指令取指令1分析分析指令指令1執(zhí)行執(zhí)行指令指令1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220并行工作方式并行工作方式n80888088CPUCPU采用并行工作方式：采用并行工作方式：CPUBUS取指令取指令1分析分析指令指令1取指令取指令2執(zhí)行執(zhí)行指令指令1分析分析指令指令2取指令取指令3執(zhí)行執(zhí)行指令指令3執(zhí)行執(zhí)行指令指令2分析分析指令指令3忙碌忙碌忙碌忙碌忙碌忙碌忙碌忙碌忙碌忙碌21例如例如：把一條指令細分為：把

11、一條指令細分為：取指令、譯碼、取操作數(shù)、取指令、譯碼、取操作數(shù)、執(zhí)行執(zhí)行的話，如果每個子過程需要的話，如果每個子過程需要t，那么順序執(zhí)行則那么順序執(zhí)行則需要需要4t，但是如果組成如圖所示的流水線，則每個但是如果組成如圖所示的流水線，則每個t都有一條指令執(zhí)行完畢都有一條指令執(zhí)行完畢.T 4t+(n-1)t并行工作方式并行工作方式222.2.1 2.2.1 8088/8086 8088/8086 CPUCPU的特點的特點2.對內(nèi)存空間實行對內(nèi)存空間實行分段管理分段管理 8088/8086CPU內(nèi)寄存器都是內(nèi)寄存器都是16位，最多能產(chǎn)生位，最多能產(chǎn)生64K個地址，為提高內(nèi)存容量（超過個地址，為提高內(nèi)

12、存容量（超過64K，到達，到達1MB），采），采用分段管理的方法。具體后面講述用分段管理的方法。具體后面講述.3.支持支持多處理器系統(tǒng)多處理器系統(tǒng)u最小模式（單處理器）最小模式（單處理器）u最大模式（多處理器）最大模式（多處理器）232.2.2 8088CPU2.2.2 8088CPU的兩種工作模式的兩種工作模式n8088可工作于兩種模式下可工作于兩種模式下u 最小模式最小模式最小模式為最小模式為單處理器單處理器模式，控制信號較少，一般模式，控制信號較少，一般可不必接總線控制器。可不必接總線控制器。u 最大模式最大模式最大模式為最大模式為多處理器多處理器模式，控制信號較多，須通模式，控制信號較

13、多，須通過總線控制器與總線相連。過總線控制器與總線相連。兩個或多個微處理器（兩個或多個微處理器（主處理器主處理器、協(xié)處理器協(xié)處理器）24最大模式多處理機最大模式多處理機n兩個或多個微處理器兩個或多個微處理器u輸入輸出協(xié)處理器輸入輸出協(xié)處理器8089u數(shù)值運算協(xié)處理器數(shù)值運算協(xié)處理器8087（用（用硬件硬件的方法進行數(shù)值運算）的方法進行數(shù)值運算） !x9!x7!x5!x3xx9753sin0, 1, 2,)()(21nyn xynx yn = =25n兩種模式的選擇：兩種模式的選擇：uMN/MXMN/MX端狀態(tài)決定（端狀態(tài)決定（MIN/MAXMIN/MAX）。）。uMN/MX=0MN/MX=0工

14、作于最大模式，工作于最大模式，uMN/MX=1MN/MX=1工作于最小模式工作于最小模式2.2.2 8088CPU2.2.2 8088CPU的兩種工作模式的兩種工作模式26最小模式下的連接示意圖最小模式下的連接示意圖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時鐘發(fā)時鐘發(fā)生生 器器P87圖圖2-3827最小模式下的連接示意圖最小模式下的連接示意圖最小模式最小模式P87圖圖2-3828最大模式下的連接示意圖最大模式下的連接示意圖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時鐘發(fā)時鐘發(fā)生

15、生 器器總總 線線控制器控制器29最大模式下的連接示意圖最大模式下的連接示意圖最大模式最大模式P88圖圖2-39302.2.2 2.2.2 80888088CPUCPU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：u每個引腳只傳送一種信息（每個引腳只傳送一種信息（RDRD等）；等）；u引腳電平的高低不同的信號（引腳電平的高低不同的信號（IO/M IO/M 等）；等）；uCPUCPU工作不同方式有不同名稱和定義（工作不同方式有不同名稱和定義（WR/LOCK WR/LOCK 等）；等）；u分時復用分時復用引腳（引腳（ADAD7 7ADAD0 0 等）等） ；u引腳的輸

16、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/GTRQ/GT）31最小模式下的引線最小模式下的引線n地址線和數(shù)據(jù)線：地址線和數(shù)據(jù)線：uADAD7 7-AD-AD0 0：低低8 8位位地址和數(shù)據(jù)地址和數(shù)據(jù)信號信號分時復用。分時復用。在傳在傳送地址信號時為單向，傳送數(shù)據(jù)信號時為雙向。送地址信號時為單向，傳送數(shù)據(jù)信號時為雙向。uA A1919-A-A1616：高高4 4位地址信號，分時復用。位地址信號，分時復用。uA A1515-A-A8 8 ：輸出輸出8 8位地址信號。位地址信號。32最小模式下的引線最小模式下的引線n主要的控制和狀態(tài)信號：主要的控制和狀態(tài)信號：uWRWR：

17、 寫信號；寫信號；uRDRD： 讀信號；讀信號；uIO/MIO/M：為為“0”“0”表示訪問內(nèi)存，為表示訪問內(nèi)存，為“1” “1” 訪問接口；訪問接口；uDENDEN： 低電平有效時，允許進行讀低電平有效時，允許進行讀/ /寫操作；寫操作；uREADYREADY：與與 TEST TEST 配合，配合，P52P52uDT/R: DT/R: 數(shù)據(jù)傳送方向數(shù)據(jù)傳送方向uALEALE： 地址鎖存信號地址鎖存信號。uSSSS0 0：系統(tǒng)狀態(tài)輸出，與：系統(tǒng)狀態(tài)輸出，與DT/RDT/R、 IO/MIO/M 配合，附錄配合，附錄B.1B.1n 例例：當：當SSSS0 0=0=0 WR=1WR=1，RD=0RD

18、=0，IO/M=0IO/M=0時時u表示表示CPUCPU當前正在進行當前正在進行讀存儲器讀存儲器操作操作33最小模式下的引線最小模式下的引線n主要的控制和狀態(tài)信號：主要的控制和狀態(tài)信號：u INTR：可屏蔽中斷請求輸入端可屏蔽中斷請求輸入端u NMI：非屏蔽中斷請求輸入端非屏蔽中斷請求輸入端u INTA：中斷響應輸出端中斷響應輸出端34最小模式下的引線最小模式下的引線n總線保持信號總線保持信號uHOLD：總線保持請求信號輸入端。當總線保持請求信號輸入端。當CPU 以外的其他設備要求占用總線時，以外的其他設備要求占用總線時， 通過該引腳向通過該引腳向CPU發(fā)出請求。發(fā)出請求。uHLDA：總線保持

19、響應信號輸出端?？偩€保持響應信號輸出端。CPU對對 HOLD信號信號的響應信號。的響應信號。35最小模式下的引線最小模式下的引線nCLK: 時鐘時鐘 ，8088的的4.77MHznVcc： 5V電源電源nGND：地：地n復位復位REST36最小模式下的引線最小模式下的引線n實際系統(tǒng)還要注意：實際系統(tǒng)還要注意：u所有信號都是所有信號都是8088直接產(chǎn)生，若直接產(chǎn)生，若CPU的的驅(qū)動能力驅(qū)動能力不夠，不夠，可以加總線驅(qū)動器可以加總線驅(qū)動器74LS244。驅(qū)動理解驅(qū)動理解37n 主要區(qū)別：主要區(qū)別：u1. S2#、S1#、S0# 總線狀態(tài)信號，不同的組合經(jīng)總線狀態(tài)信號，不同的組合經(jīng)總線控制器總線控制

20、器8288輸出不同的控制命令，附錄輸出不同的控制命令，附錄B.2u2. 最小模式的總線請求應答最小模式的總線請求應答HOLD/HLDA。在最大。在最大模式下為：模式下為：RQ/GT1和和RQ/GT0u3. LOCK : 總線封鎖，不允許其后指令使用總線，總線封鎖，不允許其后指令使用總線，防止中斷感染，通常與指令防止中斷感染，通常與指令LOCK產(chǎn)生，產(chǎn)生，u4. QS1,QS2 指令隊列輸出，附錄指令隊列輸出，附錄B.3n 基本類似最小模式基本類似最小模式最大模式下的引線最大模式下的引線38n 主要區(qū)別：主要區(qū)別：u5. HIGH(最小模式為最小模式為SS0)時鐘為高電平時鐘為高電平u6.最小模

21、式下的最小模式下的RD WR IO/M 的功能由的功能由IOR、IOW、MEMR、MEMWP88圖圖2-39最大模式下的引線最大模式下的引線392.2.3 2.2.3 80888088CPUCPU的功能結(jié)構的功能結(jié)構n1.8088內(nèi)部結(jié)構：內(nèi)部結(jié)構：u 1)總線接口單元（總線接口單元（BIU）u 2) 執(zhí)行單元（執(zhí)行單元（EU）401 1) )總線接口部件總線接口部件BIUBIUn總線接口單元總線接口單元BIU功能功能：u負責與內(nèi)存或輸入負責與內(nèi)存或輸入/輸出接口之間的輸出接口之間的數(shù)據(jù)傳送數(shù)據(jù)傳送u從內(nèi)存中取指令到從內(nèi)存中取指令到指令預取指令預取隊列隊列u在執(zhí)行轉(zhuǎn)移程序時，在執(zhí)行轉(zhuǎn)移程序時，

22、BIU使指令預取隊列復位，使指令預取隊列復位，從指定的新地址取指令，并立即傳給執(zhí)行單元從指定的新地址取指令，并立即傳給執(zhí)行單元執(zhí)行。執(zhí)行。411 1) )總線接口部件總線接口部件BIUBIU總線接口部件總線接口部件BIU負責與存儲器、負責與存儲器、I/O端口傳端口傳送數(shù)據(jù)送數(shù)據(jù) ，由下列，由下列4部分組成：部分組成： 4 4個個段地址寄存器段地址寄存器（CSCS、DSDS、ESES、SSSS） 16 16位的位的指令指針寄存器指令指針寄存器 IP(InstructionIP(Instruction Pointer) Pointer) 20 20位的位的地址加法器地址加法器 4字節(jié)的字節(jié)的指令隊

23、列緩沖器指令隊列緩沖器42n指令預取隊列指令預取隊列的存在使的存在使EU和和BIU兩個部分可同時進兩個部分可同時進行工作，從而行工作，從而n提高了提高了CPU的效率；的效率；n降低了對降低了對存儲器存儲器存存 取速度的要求取速度的要求結(jié)論結(jié)論:1 1) )總線接口部件總線接口部件BIUBIU432) 2) 執(zhí)行部件執(zhí)行部件EUEU執(zhí)行部件負責指令的執(zhí)行執(zhí)行部件負責指令的執(zhí)行 ，由下列，由下列4部分組成部分組成： 4 4個個通用寄存器通用寄存器，即，即AXAX、BXBX、CXCX、DXDX； 4 4個個專用寄存器專用寄存器，即，即 基數(shù)指針寄存器基數(shù)指針寄存器BPBP（basebase poin

24、ter pointer） 堆棧指針寄存器堆棧指針寄存器SP(stackSP(stack pointer) pointer) 源變址寄存器源變址寄存器SI(sourceSI(source index) index) 目的變址寄存器目的變址寄存器DI(destinationDI(destination index) index)； 算術邏輯部件算術邏輯部件ALUALU(arithmetic logic unit) 標志寄存器標志寄存器44nP45圖圖2-8n含含14個個16位寄存器，按功能可分為三類位寄存器，按功能可分為三類u1) 通用寄存器通用寄存器(8個個)u2) 段寄存器段寄存器(4個個)u

25、3) 控制寄存器控制寄存器(2個個)深入理解深入理解：每個寄存器中數(shù)據(jù)的含義：每個寄存器中數(shù)據(jù)的含義2. 80882. 8088的內(nèi)部寄存器的內(nèi)部寄存器下一節(jié)下一節(jié)451 1）通用寄存器）通用寄存器n(1)數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)寄存器（AX，BX，CX，DX）n(2)地址指針寄存器地址指針寄存器（SP，BP）n(3)變址寄存器變址寄存器（SI，DI）返回返回46(1)(1)數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)寄存器n8088含含4個個16位數(shù)據(jù)寄存器，它們又可位數(shù)據(jù)寄存器，它們又可分為分為8個個8位寄存器，即：位寄存器，即：uAXuBXuCXuDXAH，ALCH，CLBH，BLDH，DL47(1)(1)數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)寄存器

26、-習慣用法習慣用法nAX：累加器累加器 所有所有I/O指令都通過指令都通過AX與接口傳送信息，中間運算結(jié)果與接口傳送信息，中間運算結(jié)果也多放于也多放于AX中；中；nBX：基址寄存器基址寄存器 在間接尋址中用于存放基地址；在間接尋址中用于存放基地址；nCX：計數(shù)寄存器計數(shù)寄存器 用于在循環(huán)或串操作指令中存放計數(shù)值；用于在循環(huán)或串操作指令中存放計數(shù)值；nDX：數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)寄存器 在間接尋址的在間接尋址的I/O指令中存放指令中存放I/O端口地址；在端口地址；在32位乘除位乘除法運算時，存放高法運算時，存放高16位數(shù)。位數(shù)。返回返回48(2(2）地址指針寄存器）地址指針寄存器nSP：堆棧堆棧指針寄存

27、器指針寄存器 其內(nèi)容為棧頂?shù)钠频刂?；其?nèi)容為棧頂?shù)钠频刂?；nBP：基址指針基址指針寄存器寄存器 常用于在訪問內(nèi)存時存放內(nèi)存單元的常用于在訪問內(nèi)存時存放內(nèi)存單元的偏移地址。偏移地址。nBX與與BP在應用上的區(qū)別在應用上的區(qū)別u作為通用寄存器，二者均可用于存放數(shù)據(jù)；作為通用寄存器，二者均可用于存放數(shù)據(jù)；u作為基址寄存器，用作為基址寄存器，用BX表示所尋找的數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)段；表示所尋找的數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)段；用用BP則表示數(shù)據(jù)在則表示數(shù)據(jù)在堆棧段堆棧段(特別注意特別注意)。返回返回49(3)(3)變址寄存器變址寄存器SI DISI DInSI：源變址寄存器源變址寄存器nDI：目標變址寄存器目標變址寄存器n變

28、址寄存器常用于指令的間接尋址或變址尋址。變址寄存器常用于指令的間接尋址或變址尋址。特別是特別是在串操作指令中在串操作指令中u用用SI存放源操作數(shù)的偏移地址，存放源操作數(shù)的偏移地址，u而用而用DI存放目標操作數(shù)的偏移地址。存放目標操作數(shù)的偏移地址。返回返回50 CS：代碼段代碼段寄存器：寄存器： DS：數(shù)據(jù)段數(shù)據(jù)段寄存器寄存器 ES：附加段附加段寄存器寄存器 SS：堆棧段堆棧段寄存器：寄存器：存放存放操作數(shù)操作數(shù)代碼段存放代碼段存放指令代碼指令代碼指示指示堆棧堆棧區(qū)域的位置區(qū)域的位置 用于存放相應用于存放相應邏輯段邏輯段的的段基地址段基地址2 2）段寄存器）段寄存器2. 80882. 8088的

29、內(nèi)部寄存器的內(nèi)部寄存器返回返回51nIP：指令指針寄存器指令指針寄存器，u其內(nèi)容為下一條要執(zhí)行指令的偏移地址其內(nèi)容為下一條要執(zhí)行指令的偏移地址nFLAGS：標志寄存器標志寄存器 u存放運算結(jié)果的特征存放運算結(jié)果的特征 3) 3) 控制寄存器控制寄存器2. 80882. 8088的內(nèi)部寄存器的內(nèi)部寄存器52根據(jù)功能，根據(jù)功能，8088088 8的標志可以分為兩類：的標志可以分為兩類：15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 015 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0OFOFDFDFIFIFTFTFSFSFZFZFAFAFPFPFCF

30、CF 1.狀態(tài)標志狀態(tài)標志 符號標志符號標志SF(sign flag ) 零標志零標志ZF(zero flag) 奇偶標志奇偶標志PF(parity flag) 進位標志進位標志CF(carry flag) 輔助進位標志輔助進位標志AF(auxiliary carry flag) 溢出標志溢出標志OF(overflow flag2.控制標志控制標志 方向標志方向標志DF(direction flag) 中斷允許標志中斷允許標志IF(interrupt enable flag) 跟蹤標志跟蹤標志TF(trap flag)又稱為單步標志又稱為單步標志返回返回532.2.4 8088/80862.2

31、.4 8088/8086的存儲器組織的存儲器組織1.物理地址物理地址與與邏輯地址邏輯地址 8088/8086有有20條地址線，如此條地址線，如此220=1MB的的地址空間，其中任何一個單元都要地址空間，其中任何一個單元都要20為地址來表為地址來表示，稱為示，稱為物理地址物理地址。 但實際但實際8088/8086的寄存器的寄存器16位，無法直接位，無法直接表示表示20位地址，那位地址，那如何解決呢？如何解決呢？答案：答案：分段管理分段管理542.2.4 8088/80862.2.4 8088/8086的存儲器組織的存儲器組織0 0 0 0段基地址段基地址（16位）位）段首地址段首地址 1904段

32、首的偏移段首的偏移地址：地址：0000H分段管理分段管理:具體的是將具體的是將1MB空間分成若干個空間分成若干個64K（216=64K）的段，然后用的段，然后用段基地址段基地址和和段內(nèi)偏移地址段內(nèi)偏移地址來表示實際的來表示實際的物理地址。物理地址。邏輯地址段基地址：段內(nèi)偏移地址邏輯地址段基地址：段內(nèi)偏移地址552.2.4 8088/80862.2.4 8088/8086的存儲器組織的存儲器組織n邏輯地址邏輯地址與與物理地址物理地址關系關系(P44/47)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n注意理解：注意理解：段基地址段基地址與與段首地址區(qū)別段首地址區(qū)別

33、: 段首地址段基地址段首地址段基地址16段基地址段基地址562.2.4 8088/80862.2.4 8088/8086的存儲器組織的存儲器組織邏輯地址邏輯地址與與物理地址物理地址關系關系:物理地址物理地址段基地址段基地址16+段內(nèi)偏移地址段內(nèi)偏移地址或者或者物理地址物理地址段基地址段基地址4+段內(nèi)偏移地址段內(nèi)偏移地址例如：例如：邏輯地址邏輯地址3A00H:12FBH的的 物理地址物理地址3B2FBH (20位位)說明說明：段基地址和段內(nèi)偏移地址都：段基地址和段內(nèi)偏移地址都16位位57n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60009H

34、00H12H60000H0009H 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)X的的邏輯地址邏輯地址為為6000:00092.2.4 8088/80862.2.4 8088/8086的存儲器組織的存儲器組織582 2、段寄存器使用、段寄存器使用nP47 表表2-3序號序號訪問類型訪問類型默認段寄存器默認段寄存器可重設可重設段內(nèi)偏移地址段內(nèi)偏移地址1取指令取指令CS無無IP2堆棧堆棧SS 無無SP3串操作源串操作源DSES、DSSI4串操作目的串操作目的ES無無DI5BP做基址做基址SSES、DS尋找方式得有效地址尋找方式得有效地址6一般數(shù)據(jù)存取一般數(shù)據(jù)存取DSES、DS尋找方式得有效地址尋找方式得有效地址表表2 23 8088

35、/80863 8088/8086的的段寄存器段寄存器使用約定使用約定（掌握）（掌握）593. 3. 例題例題n已知已知 CS=1055H， DS=250AH ES=2EF0H SS=8FF0H 某操作數(shù)在某操作數(shù)在DS段，偏移地址段，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。60例題解答例題解答n已知已知 CS=1055H， DS=250AH ES=2EF0H SS=8FF0Hn操作數(shù)操作數(shù)(DS段段)的物理地址為：的物理地址為：u 250AH 16+ 0204 H = 252A4HnDS段首地址段首地址u2

36、50AH 16+0000H = 250A0HnDS段尾地址段尾地址u250AH 16+FFFFH = 3509FH10550H250A0H2EF00H8FF00HCSDSESSS 61段管理方式：推論段管理方式：推論n段可重疊段可重疊n段可浮動段可浮動：u如此程序可以浮動裝配。如此程序可以浮動裝配。u程序在計算機內(nèi)的地址位程序在計算機內(nèi)的地址位置可根據(jù)主存的實際使用置可根據(jù)主存的實際使用情況而變化的。情況而變化的。10550H250A0H2EF00H8FF00HCSDSESSS 622.2.5 8088/8088CPU2.2.5 8088/8088CPU的工作時序的工作時序n時序的概念：時序的

37、概念： CPU各引腳信號在時間上的關系（次序），有兩種粒度：各引腳信號在時間上的關系（次序），有兩種粒度： u時鐘周期：時鐘周期： 時鐘脈沖的周期，時鐘脈沖的周期，CPUCPU就是安時鐘一步一步的在操作，就是安時鐘一步一步的在操作，時鐘越快，時鐘越快，CPUCPU速度越快。速度越快。日常說的日常說的“主頻主頻”就是時鐘的倒數(shù)就是時鐘的倒數(shù)u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） 操作所需要的時間。操作所需要的時間。u一個總線周期一個總線周期 少包括少包括4個時鐘周期。個時鐘周期。632.2.5 8088/8088CPU2.2.5 8088/8088CPU

38、的工作時序的工作時序 T1狀態(tài)，發(fā)地址信息狀態(tài)，發(fā)地址信息 T2狀態(tài)，總線的高狀態(tài)，總線的高4位輸出狀態(tài)位輸出狀態(tài),讀寫等控制信號讀寫等控制信號 T3狀態(tài)，高狀態(tài)，高4位保持狀態(tài)信息，低位保持狀態(tài)信息，低16位數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù) T3之后，可能插入之后，可能插入TW 在在T4狀態(tài)，結(jié)束。狀態(tài)，結(jié)束。典型的典型的8088總線周期序列：總線周期序列：64(1) (1) 最小方式下的總線讀操作最小方式下的總線讀操作65(2) (2) 最小方式下的總線寫操作最小方式下的總線寫操作66小結(jié)小結(jié)1 1：n8086CPU有有20條地址線，（條地址線，（P47）n最大尋址最大尋址2201MB 物理地址從物理地址從00

39、000HFFFFFH。n8086CPU將將1MB空間分成許多邏輯空間分成許多邏輯段段（Segment），u每個段最大限制為每個段最大限制為64KB，分段后在用戶編程時，采用分段后在用戶編程時，采用邏輯地址，形式為邏輯地址，形式為段地址段地址 : 段內(nèi)偏移地址段內(nèi)偏移地址u將邏輯地址中的將邏輯地址中的段地址段地址左移左移4位位(即在段地址的末尾加即在段地址的末尾加4位位0)，加上加上偏移地址偏移地址就就得得到到20位物理地址位物理地址。u例如例如: 邏輯地址邏輯地址“1460H:100H” = 物理地址物理地址14700H67n8088有有4個個16位段寄存器：位段寄存器：uCS（代碼段寄存器）

40、指明代碼段寄存器）指明代碼段代碼段的起始地址的起始地址uSS（堆棧段寄存器）指明堆棧段寄存器）指明堆棧段堆棧段的起始地址的起始地址uDS（數(shù)據(jù)段寄存器）指明數(shù)據(jù)段寄存器）指明數(shù)據(jù)段數(shù)據(jù)段的起始地址的起始地址uES（附加段寄存器）指明附加段寄存器）指明附加段附加段的起始地址的起始地址n每個段寄存器用來確定一個段的起始地址，每個段寄存器用來確定一個段的起始地址，n每種段均有各自的用途。每種段均有各自的用途。小結(jié)小結(jié)2 2：68小結(jié)小結(jié)3 3：692.2.3 3 8038680386微處理器微處理器n3232位結(jié)構位結(jié)構（寄存器、數(shù)據(jù)地址總線（寄存器、數(shù)據(jù)地址總線），），2 232324GB4GBn

41、片內(nèi)集成片內(nèi)集成存儲管理部件存儲管理部件MMUMMU，支持虛擬存儲，可達支持虛擬存儲，可達6464T(2T(24646),),支持多任務。支持多任務。n具有具有三種工作三種工作方式方式: : 實地址、保護方式、虛擬實地址、保護方式、虛擬80868086方式方式。70n尋址、存儲器管理、中斷和尋址、存儲器管理、中斷和8086一樣一樣n操作數(shù)默認操作數(shù)默認16位位n存儲器容量最大為存儲器容量最大為1MB，采用分段方式，每段采用分段方式，每段大小固定為大小固定為64KB。n保留兩個固定區(qū)域保留兩個固定區(qū)域nFFF0HFFFFFH;00000H003FFHnP42 實地址實地址是是80386加電初始化

42、，為保護模式做準加電初始化，為保護模式做準備用的。在實地址模式下類似備用的。在實地址模式下類似8086：1. 1. 實地址方式實地址方式71n保護方式保護方式是是80386最常用的方式，開機復位后經(jīng)實最常用的方式，開機復位后經(jīng)實地址方式完成初始化后，就進入到地址方式完成初始化后，就進入到保護方式保護方式。u可直接訪問可直接訪問4GB(232)地址空間，用戶邏輯空間地址空間，用戶邏輯空間可達可達64TB(246)存儲器用存儲器用邏輯地址邏輯地址空間、空間、線性地址線性地址空間和空間和物物理地址理地址空間三種方式來描述空間三種方式來描述P58 圖圖2-18u支持多任務，兼容支持多任務，兼容8088

43、/8086/80286軟件軟件u既能進行既能進行16位運算，也能進行位運算，也能進行32位運算。位運算。2. 2. 保護虛地址方式保護虛地址方式722. 2. 保護虛地址方式保護虛地址方式n虛擬存儲器虛擬存儲器u將將速度快速度快、容量小的、容量小的主存主存和速度慢、容量大的和速度慢、容量大的外存外存，有，有機結(jié)合起來，使得從程序員角度看，系統(tǒng)似乎有一個容機結(jié)合起來，使得從程序員角度看，系統(tǒng)似乎有一個容量非常大（最大量非常大（最大64TB）、速度也相當快的）、速度也相當快的“主存主存”，稱為稱為虛擬存儲器虛擬存儲器。MMU分段部件分段部件SU面向程序員，將面向程序員，將邏輯地址邏輯地址轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化

44、為線性地址線性地址。分頁部件分頁部件PU將將線性地址線性地址轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為物理地址物理地址。73n可以執(zhí)行可以執(zhí)行8086的應用程序的應用程序n段寄存器和實地址方式一樣段寄存器和實地址方式一樣n尋址空間為尋址空間為1MB，將將1MB分為分為256頁面，每頁面，每個頁面?zhèn)€頁面4KB。n在在80386的的多任務系統(tǒng)多任務系統(tǒng)中，可以將一個或多個中，可以將一個或多個任務使用虛擬任務使用虛擬8086方式，各個任務的地址空方式，各個任務的地址空間都是間都是1MB，并且互相不干擾。并且互相不干擾。 虛擬虛擬8086方式方式是是80386通過軟件模擬通過軟件模擬8086方式。方式。3. 3. 虛擬虛擬8086

45、8086方式方式742.2.5 5 總線總線n主要內(nèi)容主要內(nèi)容u總線的基本概念和分類；總線的基本概念和分類；u總線的工作方式；總線的工作方式；u常用系統(tǒng)總線標準常用系統(tǒng)總線標準。752 2.5.1 .5.1 概述概述n總線概念：總線概念： 是是一組導線一組導線和相關的控制、驅(qū)動電路和相關的控制、驅(qū)動電路的的集合。是計算集合。是計算機系統(tǒng)各部件之間傳輸?shù)刂?、?shù)據(jù)和控制信息機系統(tǒng)各部件之間傳輸?shù)刂?、?shù)據(jù)和控制信息的的通道。通道。n總線特點總線特點u便于模塊化設計便于模塊化設計u標準總線可以得到多個廠家支持，便于軟硬件兼容標準總線可以得到多個廠家支持，便于軟硬件兼容u便于系統(tǒng)擴充升級便于系統(tǒng)擴充升級

46、u便于故障診斷和維修便于故障診斷和維修1. 總線概念：總線概念：762 2.5.1 .5.1 概述概述2. 總線分類：總線分類：1）按）按傳輸信息傳輸信息類型分類型分u 地址總線地址總線ABu 數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線DBu 控制總線控制總線CB772 2.5.1 .5.1 概述概述2）按總線的）按總線的層次結(jié)構層次結(jié)構劃分劃分u 前端總線前端總線/CPU總線總線 CPU引腳引出的，用來連接引腳引出的，用來連接CPU與存儲器、與存儲器、I/O接口、接口、控制芯片組等連線，與處理器相關，沒有同一標準?？刂菩酒M等連線，與處理器相關，沒有同一標準。u 系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線主機與外圍設備的連線，主機板上稱為主機

47、與外圍設備的連線，主機板上稱為ISA、PCI總線等，總線等，系統(tǒng)總線有同一標準。系統(tǒng)總線有同一標準。u 外設總線外設總線計算機與外部設備的連線，也是一種外設接口標準，如計算機與外部設備的連線，也是一種外設接口標準，如IDE、USB、RS232、RS485、IrA(紅外紅外)、藍牙等、藍牙等782 2.5.1 .5.1 概述概述2）按總線的）按總線的層次結(jié)構層次結(jié)構劃分劃分u 另外還有相對另外還有相對CPU來分來分q片內(nèi)總線片內(nèi)總線u 即即CPU內(nèi)部寄存器、內(nèi)部寄存器、ALU、控制部件之間的連線、控制部件之間的連線q片外總線片外總線u CPU和內(nèi)存、輸入輸出接口之間的通信線路和內(nèi)存、輸入輸出接口

48、之間的通信線路791) 單總線結(jié)構單總線結(jié)構單總線（系統(tǒng)總線）單總線（系統(tǒng)總線） CPU M.M I/O接口接口 外部外部 設備設備1 外部外部 設備設備2 I/O接口接口 外部外部 設備設備n I/O接口接口3 3. . 總線結(jié)構總線結(jié)構80主存總線主存總線I/O總線總線 CPU 主存主存設備設備1設備設備n高速外設高速外設I/O接口接口I/O接口接口I/O接口接口2) 雙總線結(jié)構雙總線結(jié)構3 3. . 總線結(jié)構總線結(jié)構813) 多總線結(jié)構多總線結(jié)構3 3. . 總線結(jié)構總線結(jié)構82u 總線請求總線請求u 總線仲裁總線仲裁u 尋址尋址u 數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸u 結(jié)束結(jié)束一個總線周期分為一個總線周

49、期分為5步：步：4. 4. 總線操作總線操作83u 帶寬帶寬 單位時間內(nèi)，總線可傳送的數(shù)據(jù)量，單位單位時間內(nèi)，總線可傳送的數(shù)據(jù)量，單位MB/Su 位寬位寬: 總線的數(shù)據(jù)線條數(shù)總線的數(shù)據(jù)線條數(shù)8/16/32/64u 頻率頻率: 總線時鐘頻率總線時鐘頻率u三者之間的關系三者之間的關系類似高速公路的類似高速公路的車流量車流量、車道數(shù)車道數(shù)、車速車速的關系的關系帶寬帶寬(位寬位寬/8)(頻率頻率/存取周期時鐘數(shù)存取周期時鐘數(shù))例：例：總線頻率總線頻率66M的的32位總線，若每位總線，若每2個時鐘完成個時鐘完成一次操作，則總線帶寬一次操作，則總線帶寬32/866/2132MB/S5. 5. 總線的主要性

50、能指標總線的主要性能指標842.5.2 2.5.2 總線的基本功能總線的基本功能1.數(shù)據(jù)傳送數(shù)據(jù)傳送2.仲裁控制仲裁控制3.出錯處理出錯處理4.總線驅(qū)動總線驅(qū)動852.5.2 2.5.2 總線的基本功能總線的基本功能1. 數(shù)據(jù)傳送數(shù)據(jù)傳送u同步方式：同步方式： 數(shù)據(jù)傳送用一個數(shù)據(jù)傳送用一個公共的時鐘公共的時鐘來同步，發(fā)送和接收都在來同步，發(fā)送和接收都在固定的時刻發(fā)出。固定的時刻發(fā)出。類似類似傳輸帶傳輸帶，通信雙方最好速度接近。，通信雙方最好速度接近。 否則，只能按最慢的速度通信否則，只能按最慢的速度通信圖圖2-32缺點缺點： 源部件源部件無法知道無法知道目的部件目的部件是否收到是否收到數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)

51、86同步式數(shù)據(jù)同步式數(shù)據(jù)輸入輸入T1總線傳輸周期總線傳輸周期T2T3T4 時鐘時鐘 地址地址 讀讀命令命令 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)Ready通知外通知外設準備數(shù)據(jù)設準備數(shù)據(jù)ACK通知外設通知外設接收完成接收完成872.5.2 2.5.2 總線的基本功能總線的基本功能1. 數(shù)據(jù)傳送數(shù)據(jù)傳送u異步方式：異步方式： 沒有固定沒有固定時鐘時鐘，用發(fā)送接收雙方的，用發(fā)送接收雙方的”握手握手”信號來完信號來完成數(shù)據(jù)傳送成數(shù)據(jù)傳送任何速度的設備間都可以傳送數(shù)據(jù)，完成一次傳送時任何速度的設備間都可以傳送數(shù)據(jù)，完成一次傳送時間是任意的。間是任意的。具體又分為：具體又分為：非互鎖非互鎖半互鎖半互鎖全互鎖全互鎖882.5.2 2

52、.5.2 總線的基本功能總線的基本功能1. 數(shù)據(jù)傳送數(shù)據(jù)傳送u異步方式：異步方式： 非互鎖非互鎖圖圖2-33發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)總線，經(jīng)過一段時間發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)總線，經(jīng)過一段時間t1(數(shù)數(shù)據(jù)穩(wěn)定據(jù)穩(wěn)定)后發(fā)送后發(fā)送READY，通知接收方接收數(shù)據(jù)，通知接收方接收數(shù)據(jù)READY信號何時撤銷？（非互鎖）信號何時撤銷？（非互鎖）接收方方收到接收方方收到READY，接收數(shù)據(jù)，再發(fā)送，接收數(shù)據(jù)，再發(fā)送ACK信信號通知發(fā)送方數(shù)據(jù)收到號通知發(fā)送方數(shù)據(jù)收到這里的這里的ACK信號何時撤銷？信號何時撤銷？ （非互鎖）（非互鎖）892.5.2 2.5.2 總線的基本功能總線的基本功能n非互鎖、半互鎖、互鎖非互鎖

53、、半互鎖、互鎖不互鎖不互鎖半互鎖半互鎖全互鎖全互鎖主設備主設備從設備從設備ReadyACK目的端收到目的端收到Ready,接收數(shù)接收數(shù)據(jù)，發(fā)送據(jù)，發(fā)送ACKReady等待等待ACK出現(xiàn)后才出現(xiàn)后才能撤銷能撤銷ACK等待等待Ready撤銷后撤銷后才能撤銷才能撤銷Ready等待等待ACK出現(xiàn)后才出現(xiàn)后才能撤銷能撤銷902.5.2 2.5.2 總線的基本功能總線的基本功能1. 數(shù)據(jù)傳送數(shù)據(jù)傳送u半同步：半同步： 類似同步方式類似同步方式增加了一個信號線（增加了一個信號線（Wait/Ready),來通知主設備，來通知主設備，增加若干周期等待從設備。增加若干周期等待從設備。912.5.2 2.5.2 總

54、線的基本功能總線的基本功能2. 總線仲裁總線仲裁 總線判優(yōu)控制總線判優(yōu)控制分布式分布式集中式集中式 主設備主設備(模塊模塊):對總線有對總線有 控制權控制權 從設備從設備(模塊模塊):響應響應 從主設備發(fā)來的總線命令從主設備發(fā)來的總線命令鏈式查詢鏈式查詢計數(shù)器定時查詢計數(shù)器定時查詢獨立請求方式獨立請求方式921 1） 鏈式查詢方式鏈式查詢方式n原理：越靠近控制器的優(yōu)先級越高。原理：越靠近控制器的優(yōu)先級越高。n優(yōu)點優(yōu)點u 算法簡單算法簡單u 總線條數(shù)少（總線條數(shù)少（3條），易擴充條），易擴充n缺點缺點u 對電路敏感，優(yōu)先級固定對電路敏感，優(yōu)先級固定931 1） 鏈式查詢方式鏈式查詢方式總總線線控

55、控制制部部件件部件部件0BSBRI/O接口接口1部件部件nBG數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線地址線地址線BS -總線忙總線忙BR-總線請求總線請求BG-總線同意總線同意部件部件1942 2） 計數(shù)器定時查詢方式計數(shù)器定時查詢方式n原理：原理：n優(yōu)點優(yōu)點u 優(yōu)先級可控優(yōu)先級可控u可靠性好，不再對電路敏感可靠性好，不再對電路敏感n缺點缺點u總線條數(shù)多，總線條數(shù)多，2+log2N952 2） 計數(shù)器定時查詢方式計數(shù)器定時查詢方式 0BS -總線忙總線忙BR-總線請求總線請求總總線線控控制制部部件件數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線地址線地址線部件部件0BSBRI/O接口接口1部件部件n設備地址設備地址部件部件1 計數(shù)器計數(shù)器設備地址設備地址 1963 3） 獨立請求獨立請求n原理：原理：n優(yōu)點優(yōu)點u 總線分配速度快、優(yōu)先級控制靈活總線分配速度快、優(yōu)先級控制靈活u 方便隔離失效部件方便隔離失效部件n缺點缺點u 控制復雜，總線條數(shù)多，控制復雜，總線條數(shù)多，2N+1973 3） 獨立請求獨立請求排隊器排隊器總總線線控控制制部部件件數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線地址線地址線I/O接口接口0I/O接口接口1I/O接口接口nBR0BG0BR1BG1BRnBGnBG-總線同意總線同意BR-總線請求總線請求983.3. 總線驅(qū)動及出處處理總線驅(qū)動及出處處理1）總線驅(qū)動