大綜合課件微機原理上課章

1微機原理與應(yīng)用總學(xué)時：80學(xué)時授課：56學(xué)時實驗：24學(xué)時2第一章微型計算機基礎(chǔ)知識1.1微型計算機概述1.2

8086/8088微處理器

31.1微型計算機概述一、通用計算機的結(jié)構(gòu)二、微型計算機的基本結(jié)構(gòu)三、微型計算機的特點及發(fā)展四、微型計算機的分類五、微處理器、微型計算機和微型計算機

系統(tǒng)4一、通用計算機的結(jié)構(gòu)輸入設(shè)備輸出設(shè)備運算器存儲器控制器主機外部設(shè)備主機＋外部設(shè)備＋電源＝計算機硬件CPU中央處理單元5二、微型計算機的基本結(jié)構(gòu)

由CPU、存儲器、輸入/輸出接口電路和系統(tǒng)總線構(gòu)成。CPUABDBCBROMRAMI/O接口外設(shè)數(shù)據(jù)信息控制信息狀態(tài)信息6三、微型計算機的特點和發(fā)展（一）特點

1.體積小，重量輕

2.價格低廉

3.可靠性高，結(jié)構(gòu)靈活

4.應(yīng)用面廣（二）發(fā)展

提高集成度、提高功能和速度、增加外圍電路的功能和種類。7四、微型機的分類按微處理器的字長作為微型機的分類標準:1.4位微處理器：Intel4004,4040

2.8位微處理器：Z80,Intel8080

3.16位微處理器：Intel8086/8088

4.32位微處理器：Intel80386/80486/Pentium

5.

64位微處理器：81.

4位微處理器：Intel4004,40401971年由Intel為高級計算器生產(chǎn)開發(fā)Intel4004，后改進為通用的4位微處理器Intel4040。1972年Intel生產(chǎn)8位微處理器Intel8008。以上統(tǒng)稱為第一代微處理器。92.

8位微處理器：Z80,Intel8080

1973-1977年由Intel生產(chǎn)開發(fā)Intel8080/8085，Zilog生產(chǎn)開發(fā)Z80,Motorola生產(chǎn)開發(fā)6800、6802。處理速度為2－4M。統(tǒng)稱為第二代微處理器。103.

16位微處理器：Intel8086/80881977年由Intel生產(chǎn)開發(fā)Intel8080/8085，Zilog生產(chǎn)開發(fā)Z8000,Motorola生產(chǎn)開發(fā)M68000、6802。處理速度為4－8M。具有16位處理能力，統(tǒng)稱為第一代超大規(guī)模集成電路微處理器。1981年8088芯片首次用于IBM

PC中，開創(chuàng)了全新的微機時代。個人電腦概念在全世界范圍內(nèi)發(fā)展起來。個人電腦從此走進人們的工作和生活。1982年由Intel生產(chǎn)開發(fā)Intel80286。處理速度為20M。

IBM將其用于AT（先進技術(shù)）機中，引起了極大的轟動。國內(nèi)直到90年代初才開始普及計算機，當時一臺286機器的價格約為1.5萬元。114.

32位微處理器：Intel80386/80486/Pentium1985年正式發(fā)布，開創(chuàng)了32位微處理器；時鐘頻率為33M，80386使32位CPU成為PC工業(yè)的標準。1989年80486推出，時鐘頻率可達50M。并由此出現(xiàn)了CPU倍頻技術(shù)該技術(shù)使CPU內(nèi)部工作頻率可達處理器外頻的2－3倍1993年全面超越486的新一代586

CPU問世，為了擺脫486時代處理器名稱混亂的困擾，Intel把自己新一代產(chǎn)品命名為Pentium(奔騰），以區(qū)別當時AMD及CYRIX的產(chǎn)品。內(nèi)部時鐘頻率為75－120M。1997－1998年出現(xiàn)PentiumII,內(nèi)部時鐘為350－400M，外部時鐘首次采用100M。1999年出現(xiàn)PentiumIII,將外部時鐘提高到133M，內(nèi)部時鐘達到1000M（1G）。2000年底Intel推出Pentium4,內(nèi)部時鐘達到了1.4G以上125.

64位微處理器：64位處理器競爭日趨激烈，除去IBM、HP、Motorola、Sun之外，Intel發(fā)布的64位Itanium引起業(yè)界震動，AMD也推出下一代64位微處理器架構(gòu)——“Hammer”。處理器字長從32位提升到64位，使地址范圍大量擴充，內(nèi)存容量、數(shù)據(jù)傳輸速度、處理速度和精度等性能指標也將隨之提升。現(xiàn)有的操作系統(tǒng)不再適用。13五、微處理器、微型計算機和微型計算機系統(tǒng)（一）微處理器CPUCPU應(yīng)具備的功能：1.可以進行算術(shù)和邏輯運算2.可保存少量數(shù)據(jù)3.能對指令進行譯碼并執(zhí)行規(guī)定的動作4.能和存儲器、外設(shè)交換數(shù)據(jù)5.提供整個系統(tǒng)所需要的定時和控制6.可以響應(yīng)其他部件發(fā)來的中斷請求14CPU在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上應(yīng)包含：1.算術(shù)邏輯部件（ALU）2.累加器和通用寄存器組3.程序計數(shù)器PC（指令指針I(yè)P）、指令寄存器IR和譯碼器ID4.時序和控制部件（一）微處理器CPU15

由CPU、存儲器、輸入/輸出接口電路和系統(tǒng)總線構(gòu)成。（二）微型計算機CPUABDBCBROMRAMI/O接口外設(shè)數(shù)據(jù)信息控制信息狀態(tài)信息16

微型計算機系統(tǒng)軟件外部設(shè)備存儲器（ROM，RAM）輸入/輸出接口系統(tǒng)總線外圍設(shè)備系統(tǒng)軟件算術(shù)邏輯部件控制部件內(nèi)部總線累加器、寄存器微處理器微型計算機微型計算機系統(tǒng)（三）微型計算機系統(tǒng)171.2

8086/8088微處理器一、8086/8088的寄存器結(jié)構(gòu)二、8086/8088的編程結(jié)構(gòu)三、8086/8088的存儲器組織四、8086/8088的IO端口組織五、8086/8088的狀態(tài)標志寄存器181.2

8086/8088微處理器8086－－Intel系列的16位CPU，2.9萬個晶體管，HMOS工藝，單一5V，時鐘5~10MHz。8086有16根數(shù)據(jù)線，20根地址線，尋址空間1MB。8088有外部數(shù)據(jù)線8根，20根地址線，尋址空間1MB。19一、8086/8088的寄存器結(jié)構(gòu)通用寄存器數(shù)據(jù)寄存器AH

ALBH

BLCH

CLDH

DLAXBXCXDX累加器基數(shù)計數(shù)數(shù)據(jù)指針寄存器SPBP堆棧指針基數(shù)指針變址寄存器SIDI源變址目的變址控制寄存器IPPSW指令指針狀態(tài)標志段寄存器CSDSSSES代碼段寄存器數(shù)據(jù)段寄存器堆棧段寄存器附加段寄存器八個8位或四個16位也可作為16位數(shù)字寄存器20二、8086/8088的編程結(jié)構(gòu)8086/8088的編程結(jié)構(gòu)是一種按功能劃分的結(jié)構(gòu)。分成兩個部分：

總線接口部件（BIU）

執(zhí)行部件（EU）21圖2.18086的編程結(jié)構(gòu)外部總線通用寄存器AHALBHBLCHCLDHDLSPBPDISI運算寄存器標志執(zhí)行部分控制電路ALUEUBIU123456CSDSSSESIP內(nèi)部暫存器I/O控制電路

指令隊列緩沖器20位16位段RIP存儲器I/O接口取指執(zhí)行存結(jié)果取指執(zhí)行存結(jié)果221.總線接口部件（BIU）功能：負責(zé)與存儲器、外設(shè)端口傳送數(shù)據(jù)。組成：4個段寄存器

指令指針寄存器IP

20位地址加法器

指令隊列－－6個字節(jié)（8086）

4個字節(jié)（8088）232.執(zhí)行部件（EU）功能：負責(zé)指令的執(zhí)行。組成：4個數(shù)據(jù)寄存器

2個指針寄存器

2個變址寄存器

1個狀態(tài)標志寄存器

1個算術(shù)邏輯單元（ALU）243.BIU和EU的動作管理（1）指令隊列中有2個字節(jié)空（對8086而言）或1個字節(jié)空（對8088而言），BIU取指令；（2）EU從指令隊列中取指令執(zhí)行；（3）指令隊列已滿，EU對BIU又沒有總線要求，BIU處于空閑狀態(tài)；（4）在執(zhí)行轉(zhuǎn)移指令、調(diào)用指令和返回指令時，指令隊列中的字節(jié)就沒有用了。25三、8086/8088的存儲器組織1.存儲單元存儲器是以字節(jié)（8位二進

制數(shù)）為單位存儲信息。每個存儲單元分配一個唯一

的地址。存儲器的容量以K（1K＝

210＝1024）為基本單位。如果數(shù)據(jù)以字為單位，該

如何表示呢？00000H00001H00002H00003HFFFFCHFFFFDHFFFFEHFFFFFH地址存儲器

78H1AH內(nèi)容26三、8086/8088的存儲器組織（續(xù)）1.存儲單元（續(xù)）如果數(shù)據(jù)以字為單位，該

如何表示呢？00000H00001H00002H00003H00004H00005H00006HFFFFCHFFFFDHFFFFEHFFFFFH地址存儲器AB12規(guī)則存放AB34不規(guī)則存放一個字在存儲器中要占用連續(xù)的兩個字節(jié)單元，其地址采用這兩個單元的低地址表示。[00002H]=12ABH[00005H]=34ABH27三、8086/8088的存儲器組織2.存儲器的分段編址在8086/8088的系統(tǒng)中，采

用了存儲器地址分段管理

的方法。00000H~0FFFFH10000H~1FFFFHE0000H~EFFFFHF0000H~FFFFFH第1段第2段第15段第16段實際中，每段的大小可根

據(jù)需要來確定。段的起始地址亦可任意，

但約束條件是：20位地址

中的低4位要求為0。28物理地址＝段基地址

16＋位移量如何形成20位物理地址？其計算公式如下：（3）由于訪問存儲器的操作數(shù)類型不同，偏移地址的來源不一樣。偏移地址的來源和訪問存儲器類型的關(guān)系見下表。

段基地址偏移地址段基地址0000物理地址150150

左移4位15030190

說明：（1）計算公式的意思，是將段寄存器（CS、SS、DS或ES）中的內(nèi)容向左移四位（二進制），然后和位移量相加即得出物理地址。（2）物理地址的生成示意圖。29地址形成原理3031段區(qū)分配方案一：段區(qū)分配方案二：64K程序64K數(shù)據(jù)64K堆棧64K附加MCSDSSSES0100H2100H4600HA000H段寄存器00000H01000H21000H46000HA0000H4K程序2K數(shù)據(jù)100H堆棧CSDSSS0100H0200H0280H

段寄存器01000H02000H02800H32訪問存儲器類型與偏移地址來源的關(guān)系訪問存儲器類型取指令堆棧操作訪問變量源字符串目的字符串基址數(shù)據(jù)、BP間址隱含段基地址CSSSDSDSESSS可代換的段基地址無無CS/ES/SSCS/ES/SS無CS/DS/SS位移量IPSP有效地址EASIDI有效地址EA物理地址計算公式CS16＋IPSS16＋SPDS16＋EADS16＋SIES16＋DISS16＋EA33三、8086/8088的存儲器組織（續(xù)）說明：以8088為CPU的IBM

PC系統(tǒng)中，存儲器首尾兩部分的用法是固定的。即（1）00000H~003FFH共1K存儲單元用來存放中斷向量－－中斷向量表。（2）FFFF0H~FFFFFH，最底部的16個單元，當系統(tǒng)加電復(fù)位時，會自動轉(zhuǎn)到存儲器底部的FFFF0H單元執(zhí)行。34[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×10HH=252A4H35堆棧及堆棧段的使用內(nèi)存中一個按LIFO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36若已知SS=0200H,

SP=0008H,

CX=12FAH,操作示意圖如圖所示：0200000812FA2000SS段

首地址新棧頂FA12原棧頂200620072008+–2SSSPCX12FAHPUSHCX的操作過程

入棧指令PUSHPUSHCX37操作示意圖如圖所示：0200000612FA2000SS段

首地址原棧頂FA12新棧頂200620072008++2SSSPCX12FAHPOPCX的操作過程

×16出棧指令POPPOPCX38SPSSSS壓棧前退棧后高低低高高12HSSF0HSP壓棧后低高SPSPSPF0H12HSPPUSHAXPOPBXAX=12F0HBX=12F0H39堆棧操作對標志位的影響狀態(tài)標志寄存器進棧指令PUSHF

出棧指令POPF

追蹤標志TF只有通過PUSHF將整個標志寄存器進棧，然后改變棧頂存儲單元的D8位，再用POPF指令出棧。40四、8086/8088的IO端口組織8086/8088系統(tǒng)和外部設(shè)備之間連接示意圖：

端口I/O接口I/O外設(shè)數(shù)據(jù)狀態(tài)控制CPUABDBRDWRM/IO41五、8086/8088的狀態(tài)標志寄存器PSW（F）按功能可分為：

狀態(tài)標志

控制標志1514131211109876543210

OFDFIFTFSFZFAFPFCF

42五、8086/8088的狀態(tài)標志寄存器1.狀態(tài)標志CF－進位標志，CF＝1，有進位；CF＝0，無進位。PF－奇/偶標志，PF＝1，結(jié)果低8位偶數(shù)個“1”；否則為0。AF－輔助進位標志，AF＝1，第3位向第4位有進位；否則為0。ZF－零標志，ZF＝1，結(jié)果為0；否則為0。SF－符號標志，與運算結(jié)果的最高位相同。OF－溢出標志，OF＝1，運算過程中產(chǎn)生了溢出。151413121110987654