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1、课程简介本书以Intel系列芯片8086为样本重点介绍了微机原理与接口技术。介绍微机系统原理、微处理器结构微处理器的指令系统8086汇编语言程序设计IA-32微处理器的工作方式、主存储器及与cpu的接口、输入输出、中断及常用的微机接口电路等第1页/共126页看看风景，稍后回来世界那么大我们去看看第2页/共126页二、使用声音1.可使用的声音文件类型 常用的声音文件格式有：WAV（声音波形）和MID（MIDI格式）。在FrontPage 2000中支持的声音文件格式有：WAV、MID、RAM、RA、AIF和AU等，对MP3格式，目前在FrontPage 2000中还不支持。2.设置背景音乐 1）
2、选择“文件/属性”菜单命令，或在网页上单击右键选择“网页属性”2）在“网页属性”对话框中选择“常规”标签 3）在背景音乐的“位置”文本框中输入音乐文件的位置或浏览选择 4）设置播放循环次数 5）单击“确定”第3页/共126页三、使用视频1.可使用的视频文件类型常用格式为AVI,另一种为RealAudio。2.加入视频1）定位光标2）选择“插入/图片/视频”菜单命令，弹出“视频”对话框3）选择视频文件3.修改视频属性1）选定视频位置上出现的图片2）单击右键选择“图片属性”3）在“图片属性”对话框中设置视频的属性第4页/共126页三、使用视频1.可使用的视频文件类型常用格式为AVI,另一种为Rea
3、lAudio。2.加入视频1）定位光标2）选择“插入/图片/视频”菜单命令，弹出“视频”对话框3）选择视频文件3.修改视频属性1）选定视频位置上出现的图片2）单击右键选择“图片属性”3）在“图片属性”对话框中设置视频的属性第5页/共126页先修课程 数字电路本课程的内容涉及到软件和硬件的设计。后三章重点讲解硬件设计的相关理论知识。在硬件设计 中，用到的基础知识是数字电路，如锁存器、缓冲器等。第6页/共126页教学目的 微机原理与接口技术是一门非常重要的专业课，通过本课程的学习，能使学生对微机原理及接口技术等有一个较全面的了解，并能掌握一定的应用技能。学好这门课为学习后续课程打下个良好的基础，同
4、时也为从事电子和计算机等方面的工作奠定一定的基础。第7页/共126页课程主要内容 本课程的主要内容分两大部分，即汇编语言程序设计和硬件接口电路设计。要掌握汇编语言程序设计，就必须熟练掌握以下内容：1.汇编语言程序设计数制的表示方法及算术逻辑运算规则微处理器的一般结构和寄存器组织存储器的分段与物理地址的形成8086/8088 CPU的寻址方式8086/8088 CPU的指令系统第8页/共126页2.硬件接口电路设计 硬件接口电路设计包括存储器电路设计和输入输出（I/O）接口电路设计。要掌握其设计方法，就必须熟练掌握以下内容：8086/8088 CPU的引脚功能系统总线结构和时序存储器的分类及常用
5、存储器芯片的引脚功能输入输出的基本方法及常用接口芯片的使用方法存储器与I/O地址的译码方法中断的有关概念及中断的应用第9页/共126页主要内容第一章 概述第二章 IA-32结构微处理器第三章 8086指令系统第四章 汇编语言程序设计第五章 处理器总线时序和系统总线第六章 存储器第七章 输入和输出第八章 中断第10页/共126页第九章 计数器和定时器第十章 并行接口芯片第十一章 串行通信及接口电路第十二章 模数与数模转换第十三章 IA-32微处理器的工作方式第十四章 x86系列处理器的发展第11页/共126页教学要求1、认真听讲2、课后及时复习3、在学习中遇到问题，及时提出交流第12页/共126
6、页欢迎大家进入微机原理学习预祝大家学习愉快，顺利第13页/共126页第 1 1章 概述本章讲述以下五部分的内容：1.1 80 x86系列的概要历史 1.2 计算机基础 1.3 计算机的硬件和软件 1.4 微型计算机的结构1.5 多媒体计算机第14页/共126页第一节 介绍x86系列处理器的发展概史。第二节 介绍计算机的基本原理和主要的概念及术语。第三节 介绍什么是微型计算机的硬件和软件以及软 件的主要种类。第四节 介绍微型计算机的内部和外部结构。第五节 介绍多媒体计算机主要功能和组成。第15页/共126页1.1 x861.1 x86系列结构的概要历史 1971年 Intel 4004 70年代
7、中期 Intel 8080、8085 80年代初 Intel 8086、8088 从8086（8088）到80286、80386、80486、奔腾（也称为80586）、奔腾MMX、奔腾PRO（也称为80686）、奔腾、奔腾，直至最新的奔腾 4，形成了IA（Intel Architecture）-32结构。第16页/共126页1.Moore定律：“晶体管的大小将以指数速率变小，而集成到芯片上的晶体管数目将23年【1824个月】翻一番。”Gordon Moore，1965Intel公司成立于1968年，格鲁夫（左）、诺依斯（中）和摩尔（右）。第17页/共126页1.1.1 Intel 80861.
8、1.1 Intel 80861971年1月，Intel公司霍夫等人研制成功世界上第一 枚4位微处理器芯片Intel 4004，标志着第一代微处理器问世，主频108KHz 1973年8月，霍夫等人研制出8位微处理器Intel 8080，以N沟道MOS电路取代了P沟道，第二代微处理器就此诞生。主频2MHz的8080芯片运算速度比8008快10倍 Zilog公司于1976年对8080进行扩展,开发 出Z80微处理器，广泛用于微型计算机和工业自动控制设备。直到今天，Z80仍然是8位处理器的巅峰之作 第18页/共126页早期微型计算机1976年3月，Steve Wozniak和Steve Jobs开发出
9、微型计算机Apple I，4月1日愚人节这天，成立了Apple计算机公司 第19页/共126页Intel 8086Intel 80861978年6月，Intel推出4.77MHz的8086微处理器，标志着第三代微处理器问世。它采用16位寄存器、16位数据总线和29000个3微米技术的晶体管，具有300个操作的指令集 Intel 在1年之后,推出4.77MHz的8位微处理器8088，准16位处理器IBM公司1981年生产的第一台电脑就是使用8088，这也标志着x86架构和IBM PC 兼容电脑的产生 Intel 8086第20页/共126页Intel 8086Intel 8086微处理器和微机时
10、代从此开始 x86系列结构的最新版本的发展能追溯到Intel 8086。在x86系列结构系统引进32位处理器之前，是16位的处理器，包括8086处理器和随后很快开发的80186与80286。80386是第一款32位处理器第21页/共126页x86系列结构的最重要的成就之一是，从1978开始的那些处理器上建立的目标程序仍能在x86系列结构系列的最新的处理器上执行。8086有16位寄存器和16位外部数据总线，具有20位地址总线，可寻址1M字节地址空间。Intel 8086Intel 8086第22页/共126页 1982年2月1日Intel成功研制出80286。80286处理器集成了大约13.4万
11、个晶体管，最大主频为20MHz，采用16位数据总线和24位地址总线。80286引进了保护方式，支持虚拟存储器管理 Intel 8286Intel 8286第23页/共126页Intel 80386Intel 80386Intel 386处理器是x86系列结构系列中的第一个32位处理器。它在结构中引入了32寄存器第24页/共126页Intel 386处理器有32位地址总线，能支持多至4G字节的物理存储器。32位结构同时支持分段的存储模式和“平面（flat）”存储模式。在“平面”存储模式中，段寄存器指向相同地址，且每个段中的所有4 G字节可寻址空间对于软件程序员是可访问的。Intel 80386I
12、ntel 80386第25页/共126页1.1.3 804861.1.3 80486Intel486处理器把Intel386处理器的指令译码和执行单元扩展为五个流水线段，增加了更多的并行执行能力，以前执行一条指令至少要4个时钟周期以上，Intel486处理器能在每个时钟周期执行一条指令。第26页/共126页80486的一个重大改进是在x86系列处理器的芯片中引入了缓存。在芯片上增加了一8K字节的一级缓存（cache），大大增加了每个时钟周期执行一条指令的百分比，包括操作数在一级cache中的存储器访问指令。Intel486处理器也是第一次把x87 FPU（浮点处理单元）集成到处理器上并增加了新
13、的引脚、位和指令，以支持更复杂和更强有力的系统（二级cache支持和多处理器支持）。8048680486第27页/共126页1.1.4 1.1.4 奔腾（PentiumPentium）Intel奔腾（Pentium）处理器增加了第二个执行流水线以达到超标量性能（两个已知的流水线u和v，一起工作能实现每个时钟执行两条指令）。芯片上的一级cache也加倍了，8K字节用于代码，另8K字节用于数据。第28页/共126页1.1.5 P6系列处理器在1995年，Intel引入了P6系列处理器。此处理器系列是基于新的超标量微结构上的，它建立了新的性能标准。P6系列微结构设计的主要目的之一是在仍使用相同的0.
14、6微米、四层金属BICMOS制造过程的情况下使处理器的性能明显地超过奔腾处理器，用与奔腾处理器同样的制造过程要提高性能只能在微结构上有实质上的改进。第29页/共126页Intel Pentium Pro处理器是基于P6微结构的第一个处理器。P6处理器系统随后的成员是Intel Pentium II、Intel Pentium II Xeon（至强）、Intel Celeron（赛扬）、Intel Pentium III和Intel Pentium III Xeon（至强）处理器。第30页/共126页1.1.6 奔腾IIIntel Pentium II处理器把MMX技术（多媒体增强指令集）加至P
15、6系列处理器，并具有新的包装和若干硬件增强。第一级数据和指令caches每个扩展至16 K字节，支持二级cache的尺寸为256 K字节、512 K字节和1 M字节。第31页/共126页1.1.7 奔腾IIIPentium III处理器引进流SIMD扩展（SSE）（单指令多数据）至X86系列结构，允许同时在多个数据项操作一个微指令。SSE扩展把由Intel MMX引进的SIMD执行模式扩展为新的128位寄存器和能在包装的单精度浮点数上执行SIMD操作。第32页/共126页1.1.8 Intel Pentium4处理器Intel Pentium 4处理器是2000年推出的ia-32处理器，并是第
16、一个基于Intel NetBurst微结构的处理器。Intel NetBurst微结构是新的32bit微结构，它允许处理器能在比以前的IA-32处理器更高的时钟速度和性能等级上进行操作。Intel Pentium 4处理器有以下高级特性：第33页/共126页（1）Intel NetBurst微结构的第一个实现。快速的执行引擎。Hyper流水线技术。高级的动态执行。创新的新cache子系统。第34页/共126页（2）流SIMD扩展2（SSE2）：用144条新指令扩展Intel MMX技术和SSE扩展，它包括支持：128位SIMD整数算术操作。128位SIMD双精度浮点操作。Cache和存储管理操
17、作。进一步增强和加速了视频、语音、加密、影像和照片处理。第35页/共126页（3）400 MHz Intel NetBurst微结构系统总线。提供每秒3.2 G字节的吞吐率（比Pentium III处理器快三倍）。四倍100MHz可伸缩总线时钟，以达到400 MHz有效速度。分开的交易，深度流水线。128字节线具有64字节访问。（4）与在Intel X86系列结构处理器上所写和运行的已存在的应用程序和操作系统兼容。第36页/共126页1.1.9 Intel 超线程处理器Intel公司于2002年推出了具有超线程技术的IA-32列处理器。超线程（Hyper-Threading HT）技术允许单个
18、物理处理器用共享的执行资源并发地执行两个或多个分别的代码流（线程）。以提高X86系列处理器执行多线程操作系统与应用程序代码的性能。第37页/共126页第38页/共126页不像用两个或多个分别的IA-32物理处理器的传统的MP系统配置，在支持HT技术的IA-32处理器中的逻辑处理器共享物理处理器的核心资源。这包括执行引擎和系统总线接口。在上电和初始化以后，每个逻辑处理器能独立地直接执行规定的线程、中断或暂停。第39页/共126页HT技术由在单个芯片上提供两个或多个逻辑处理器支持在现代操作系统和高性能应用程序中找到的进程与线程级并行。以在每个时钟周期期间最大地使用执行单元。而提高了处理器的性能。第
19、40页/共126页1.1.10 Intel 双核技术处理器双核技术是在IA-32处理器系列中硬件多线程能力的另一种形式。双核技术由用在单个物理包中有两个分别的执行核心提供硬件多线程能力。因此，Intel Pentium处理器极品版在一个物理包中提供四个逻辑处理器（每个处理器核有两个逻辑处理器）。第41页/共126页Intel奔腾处理器极品版中引入了Intel扩展的存储器技术（Intel EM64T）对于软件增加线性地址空间至64位与支持物理地址空间至40位。此技术也引进了称为IA-32e模式的新的操作模式。第42页/共126页AMD公司是x86系列处理器的另一重要供应商。它于1969年成立。于
20、1991年推出了AM386系列，1993年推出了AM486，1997年推出了AMD-K6（相当于具有MMX技术的奔腾处理器），2001年推出了AMD Athlon(速龙)MP 双处理器，2003年推出 AMD 速龙 64 FX处理器，具有64位的x86-64内核。第43页/共126页1.2计算机基础1.2.1计算机的基本结构 计算机自诞生以来，经历了4代。电子管 半导体 小规模集成电路 超大规模集成电路等。第44页/共126页 计算机最早是作为运算工具出现的。(1)它首先要有能进行运算的部件，称为运算器；(2)其次要有能记忆原始题目、原始数据和中间结果以及为了使机器能自动进行运算而编制的各种命
21、令的器件，这种器件就称为存储器；(3)再次，要有能代替人的控制作用的控制器，它能根据事先给定的命令发出各种控制信息，使整个计算过程能一步步地自动进行。1.2计算机基础1.2.1计算机的基本结构第45页/共126页 (4)但是光有运算器、控制器和存储器还不够，原始的数据与命令要输入，所以需要有输入设备；(5)而计算的结果(或中间过程)需要输出，就要有输出设备。这样就构成了一个基本的计算机系统。第46页/共126页第47页/共126页 在计算机中，基本上有两种信息在流动。一种信息为数据，即各种原始数据、中间结果、程序等。这些数据要由输入设备输入，存于存储器中。人们给计算机的各种命令(即程序)，也以
22、数据的形式由输入设备存至存储器中。在运行时从存储器中取出送入控制器，由控制器经过译码后变为各种控制信号。这就是计算机中的另一种信息流即控制命令，由控制器控制输入装置的启动或停止，控制运算器按规定一步步进行各种运算和处理，控制存储器的读和写，控制输出设备输出结果等。第48页/共126页 图1-3中的各个部分构成了计算机的硬件(Hardware)。在上述的计算机硬件中，往往把运算器、控制器和存储器合在一起称为计算机的主机；而把各种输入输出设备统称为计算机的外围设备或外部设备（Peripheral）。在主机部分中，又把运算器和控制器合在一起称为中央处理单元CPU(Central Processing
23、 Unit)。随着半导体集成电路技术的发展，可以把整个CPU集成在一个集成电路芯片上，就把它称为微处理器(Microprocessor)。第49页/共126页 但不论计算机的规模大小，CPU只是计算机的一个部件。必须同时具有CPU、存储器和输入输出设备，才能构成一台计算机。拿常用的台式机来说，有CPU、主板、内存条、硬盘、软盘、显示卡、显示器、键盘、鼠标等。这些都是计算机的部件，虽然这些部件的功能与性能都有了巨大的发展，但是计算机的基本结构未变。第50页/共126页1.2.2常用的名词术语和二进制编码一、一、位、字节、字及字长位、字节、字及字长 (1)位(Bit)“位”是指一个二进制位。它是计
24、算机中信息存储的最小单位，一般用b表示。(2)字节(Byte)“字节”是指相邻的8个二进制位。1024个字节用KB表示，1024KB用MB表示，1024MB用GB表示，B、KB、MB和GB都是计算机存储器容量的单位 第51页/共126页 (3)字(Word)和字长 “字”是计算机内部进行数据传递、处理的基本单位。通常它与计算机内部的寄存器、运算装置、总线宽度相一致。一个字所包含的二进制位数称为字长。常见的微型计算机的字长有8位、16位、32位和64位。在目前的PC中，字（Word）定义为2字节（16位），双字（Double word）为4字节（32位），四字（Quad word）为8字节（64
25、位）第52页/共126页二、数字编码二、数字编码二、数字编码二、数字编码BCD码是一种常用的数字编码。BCD码：码：Binary-Coded Decimal，即二进制编码的十进制数。第53页/共126页表2-2 标准BCD码表示法0十进制数0000标准BCD码0000二进制数12345678910111563940001001000110100010101100111100010010001 00000001 00010001 01010110 00111001 01000001001000110100010101100111100010011010101111111111111011110第
26、54页/共126页0.764=(0.0111 0110 0100)BCD第55页/共126页三、字符编码三、字符编码三、字符编码三、字符编码ASCII 码是常用的字符编码。ASCII：American Standard Code for Information Interchange,即美国信息交换标准代码。第56页/共126页表2-3 ASCII 字符表LSDMSD012345670000010100111001011101110123456789ABCDEF0000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111NUL
27、SOHSTXETXEOTENQACKBELBSHTLFVTFFCRSOSIBLEDC1DC2DC3DC4NAKSYNETBCANEMSUBESCFSGSRSUSSP!#$%&()*+/0123456789:;?ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ、abcdefghijklmnopqrstuvwxyz|DEL第57页/共126页 ASCII 码是一种七位二进制编码，包括数字符号、英文字母、标点符号、控制字符等。“A”100 0001(七位ASCII码)0100 0001(带偶校验的8位编码)1100 0001(带奇校验的8位编码)“8”011 1000(七位ASCII码)1011
28、 1000(带偶校验的8位编码)0011 1000(带奇校验的8位编码)第58页/共126页四、汉字代码四、汉字代码四、汉字代码四、汉字代码1.汉字输入码汉字输入码如电报码，五笔字型码，紫光拼音等。3.汉字交换码汉字交换码为不同汉字系统之间交换汉字信息而设计的，又称“国标码”。如计算机之间和计算机和终端之间交换信息时。2.汉字机内码汉字机内码机器内部表示汉字的代码，又称“内码”。同一汉字内部码是唯一的。第59页/共126页4.汉字字形码汉字字形码又称字模，是描述汉字形状的一组编码。常用的是点阵字模。一个汉字写在一个方框可以由m行n列来表示，即点阵。16X16点阵汉字有256个点。第60页/共1
29、26页1.2.3指令、程序和指令系统 计算机的几个主要部件构成了计算机的硬件的基础。但是，光有硬件，还只是具有了计算的可能。计算机要真正能够进行计算还必须要有软件的配合,首先是各种程序(Program)。计算机所以能脱离人的直接干预，自动地进行计算，这是由于人把实现计算的一步步操作用命令的形式即一条条指令(Instruction)预先输入到存储器中，在执行时，机器把这些指令一条条地取出来，加以翻译和执行。第61页/共126页 计算机的运算是通过取数、送数、相加、存数等操作实现的。把要求计算机执行的各种操作用命令的形式写下来，这就是指令。通常一条指令对应着一种基本操作。一台计算机能执行什么样的操
30、作，能做多少种操作，是由设计计算机时所规定的指令系统决定的。一条指令，对应着一种基本操作；计算机所能执行的全部指令，就是计算机的指令系统(Instruction Set)，这是计算机所固有的。第62页/共126页 在使用计算机时，必须把要解决的问题编成一条条指令，这些指令的集合就称为程序。用户为解决自己的问题所编制的程序，称为源程序(Source Program)。指令通常分成操作码(Opcode即operation code)和操作数(Operand)两大部分。操作码表示计算机执行什么操作；操作数指明参加操作的数的本身或操作数所在的地址。因为计算机只认得二进制数码，所以计算机的指令系统中的所
31、有指令，都必须以二进制编码的形式来表示。第63页/共126页 计算机发展初期，就是用指令的机器码直接来编制用户的源程序，这就是机器语言阶段。但是机器码是由一连串的0和1组成的，没有明显的特征，不好记忆，不易理解，易出错。所以，编写程序成为一种十分困难而且十分繁琐的工作。因而，逐渐进入了汇编语言阶段。用户用汇编语言(操作码用助记符代替，操作数也用一些符号来表示)编写源程序。第64页/共126页1.2.4初级计算机 为简化，先用模型机分析计算机内部结构。图1-5是微型计算机的结构图，它是由微处理器(CPU)、存储器、接口电路组成，通过三条总线(BUS)地址总线(Address Bus)，控制总线(
32、Control Bus)和双向数据总线(Data Bus)来连接。第65页/共126页第66页/共126页1.CPU的结构 模型机的CPU结构，如图1-6所示。算术逻辑单元ALU(Arithmetic Logic Unit)是执行算术和逻辑运算的装置，它以累加器 AL(Accumulator)的内容作为一个操作数；另一个操作数由内部数据总线供给，可以是寄存器(Register)BL中的内容，也可以是由数据寄存器DR(Data Register)供给的由内存读出的内容等；操作的结果通常放在累加器AL中。第67页/共126页第68页/共126页 F(Flag)是标志寄存器，由一些标志位组成。PC程
33、序计数器，提供要执行的指令的地址。AR(Address Register)是地址寄存器，由它把要寻址的单元的地址(可以是指令则地址由PC提供；也可以是数据则地址要由指令中的操作数部分给定)通过地址总线，送至存储器。第69页/共126页 从存储器中取出的指令，由数据寄存器送至指令寄存器IR(Instruction Register)，经过指令译码器ID(Instruction Decoder)译码，通过控制电路，发出执行一条指令所需要的各种控制信息。第70页/共126页2.存储器 存储器的结构如图1-7所示。它由256个存储单元组成，为了能区分不同的存储单元，对这些存储单元分别编了号，用两位十六
34、进制数表示，这就是它们的地址如00H、01H、02H、FFH等；而每一个存储单元可以存放8位二进制信息(通常也用两位十六进制数表示)，就是它们的内容。第71页/共126页第72页/共126页 存储器中的不同存储单元，是由地址总线上送来的地址(8位二进制数)，经过存储器中的地址译码器来寻找的(每给定一个地址号，可从256个存储单元中找到相应于这个地址号的某一存储单元)，然后就可以对这个存储单元的内容进行读或写的操作。第73页/共126页 (1)读操作 若已知在04号存储单元中，存的内容为10000100即84H，若要把它读出至数据总线上，则要求CPU的地址寄存器先给出地址号04，然后通过地址总线
35、送至存储器，存储器中的地址译码器对它进行译码，找到04号存储单元；再要求CPU发出读的控制命令，于是04号存储单元的内容84H就出现在数据总线上，由它送至数据寄存器DR，如图1-8所示。第74页/共126页第75页/共126页 (2)写操作 若要把数据寄存器中的内容26H写入到10号存储单元，则要求CPU的AR地址寄存器先给出地址10，通过地址总线(AB)送至存储器，经译码后找到10号存储单元；然后把DR数据寄存器中的内容26H经数据总线(DB)送给存储器；且CPU发出写的控制命令，于是数据总线上的信息26H就可以写入到10号存储单元中，如图1-9所示。第76页/共126页第77页/共126页
36、 信息写入后，在没有新的信息写入以前，该信息是一直保留的，而且我们的存储器的读出是非破坏性的，即信息读出后存储单元的内容不变。第78页/共126页3.执行过程 若程序已经存放在内存中，大部分8位机执行过程就是取指(取出指令)和执行（执行指令）这两个阶段的循环。机器从停机状态进入运行状态，要把第一条指令所在的地址赋给PC，然后就进入取指阶段。在取指阶段从内存中读出的内容必为指令，所以DR把它送至IR，然后由指令译码器译码，就知道此指令要执行什么操作，在取指阶段结束后就进入执行阶段。当一条指令执行完以后，就进入到了下一条指令的取指阶段，这样的循环一直进行到程序结束(遇到停机指令)。第79页/共12
37、6页二、程序执行过程举例二、程序执行过程举例二、程序执行过程举例二、程序执行过程举例以7+10=?为例，说明程序执行过程。1.查指令系统，编写程序：查指令系统，编写程序：MOV AL，7 ；7 AL B0H 07HADD AL，10；10+AL AL 04 H 0AHHLT ；处理器暂停 F4H第80页/共126页2.汇编源程序汇编源程序3.机器码放入存储器机器码放入存储器地址B0H07H04H0AHF4H00H01H02H03H04H05HMOV AL，07HADD AL，10HLT第81页/共126页4.机器的执行过程机器的执行过程取指令执行指令第82页/共126页(1)第一条指令第一条指
38、令(MOV AL,07H)的取指过程：的取指过程：PC的值(00H)AR PC+1 PC(PC=01H)AR中的内容(00H)AB MEMORY，译码选中00H存储单元。CPU发出“存储器读”信号(00H)=B0H DB（数据总线）DR（数据寄存器）IR（指令寄存器）ID（执行）第83页/共126页(2)ID译码指令，确定操作译码指令，确定操作(07H AL)，执行指令。执行指令。PC的值(01H)AR PC+1 PC(PC=02H)AR中的内容(01H)AB MEMORY，译码选中01H存储单元 CPU发出“存储器读”信号(01H)=07H DB DR AL第84页/共126页三、指令执行过
39、程小结三、指令执行过程小结三、指令执行过程小结三、指令执行过程小结1.1.取指令取指令(1)程序计数器PC将指令地址经地址缓冲器送到微处理外部地址总线，然后送到存储器进行地址译码。(2)访问存储器某一单元，同时CPU向存储器发“存 储 器 读”控 制 信 号（且PCPC+1）。第85页/共126页(3)经过几百ns，在外部数据总线上出现指令的第一字节，即操作码，它经由CPU内部数据缓冲器内部总线指令寄存器。(4)对于多字节指令，控制部件还会发出再去存储器取指令第二或第三字节的信号，每取一个字节，PCPC+1。第86页/共126页2.2.指令译码指令译码3.3.取操作数取操作数经指令译码，如果需
40、要取操作数，则CPU将给出操作数地址，再次访问存储器。第87页/共126页5.5.存放运算结果存放运算结果微处理器就是不断重复以上过程，逐条执行指令。4.4.执行指令执行指令第88页/共126页1.2.6寻址方式 在上例中，操作数就包含在指令中，但是更一般的情况是操作数在存储器中的某一单元，例如操作数是前面操作的中间结果。上例中的和是放在累加器中，但若还要进行别的运算，则必须把和放到存储器中暂时存放。于是就存在一个如何寻找操作数的问题，这就是寻址方式。第89页/共126页1.立即数寻址立即数寻址(操作数在指令中，紧跟在操作码的后面)。MOV AL，80H；80H ALMOV AX，1090H；
41、1090H AXOP90H10H码段AH AL第90页/共126页2.直接寻址直接寻址操作数地址的EA直接包含在指令中。(1)MOV AX，2000H；DS:2000H AXOP00H20H50H30H码段数据段设DS 3000HAHAL32000H第91页/共126页(2)CS:MOV BX，3000H；CS:3000H BX00H10H码段BH BL54000H54001H设CS 5100H第92页/共126页3.寄存器寻址寄存器寻址操作数在CPU的某个寄存器中，指令中指出该寄存器名。MOV DS，AX；AX DSINC CX；CX+1 CX第93页/共126页4.寄存器间接寻址寄存器间接
42、寻址操作数在存储器中，EA由寄存器指出。MOV AX，SI；DS:SI AXMOV AX，BP；SS:BP AX(1)EA=BXSIDI若没有前缀指明具体的段寄存器，则操作数在数据段中(2)EA=BP 若没有前缀指明具体的段寄存器，则操作数在堆栈段。第94页/共126页5.寄存器相对寻址寄存器相对寻址MOV AX，BX+2000HXXXX码段AH AL36000H36001H00H20H数据段DS=3000HBX=4000H第95页/共126页(1)若EA=BXSIDI+8位或16位偏移量则操作数地址 DS:EA第96页/共126页(2)若EA=BP+8位或16位偏移量则操作数地址：SS:EA
43、第97页/共126页6.基址加变址寻址基址加变址寻址8086CPU中，BX，BP 基址寄存器SI，DI 变址寄存器第98页/共126页(1)若EA=BX+SI DI 则操作数地址：DS:EA例 MOV AX，BX+SI若 DS=1000H,BX=5000H,SI=2000H则 EA=5000H+2000H=7000H操作数地址 10000H+7000H=17000H17000H AL17001H AH第99页/共126页(2)若EA=BP+SI DI 则操作地址：SS:EA第100页/共126页7.相对的基址加变址寻址相对的基址加变址寻址则操作数地址：DS:EA例 MOV AX，BX+SI+0
44、250H若 DS=3000H,BX=2000H,SI=1000H则操作数 PA=30000H+2000H+1000H+250H=33250H(1)若EA=BX+SI DI+8位或16位偏移量第101页/共126页(2)若EA=BP+SI DI 则PA=SS 16+EA+偏移量 第102页/共126页8086操作数寻址方式小结：数据EA数据寄存器数据寄存器EA数据寄存器位移量地址数据指令指令内存指令寄存器寄存器指令内存指令内存+(a)(b)(c)(d)(e)基址寄存器变址寄存器变址值基址值数据内存+基址寄存器变址寄存器位移量变址值数据内存+基址值EA指令指令(f)(g)8086寻址方式第103页
45、/共126页1.3计算机的硬件和软件 上述的计算机的基本结构构成了计算机的硬件。但是要计算机正确地运行以解决各种问题，必须给它编制各种程序。为了运行、管理和维修计算机所编制的各种程序的总和就称为软件。软件的种类很多，各种软件发展的目的都是为了扩大计算机的功能和方便用户，使用户编制解决用户的各种问题的源程序更为方便、简单和可靠。第104页/共126页1.3.1系统软件 在计算机发展的初期，人们是用机器指令码(二进制编码)来编写程序的，这就称为机器语言。用助记符代替操作码，用符号来代替地址，这就是汇编语言阶段。但用汇编语言写的源程序在机器中还必须经过翻译，变成用机器码表示的程序(称为目标程序Obj
46、ect Program)，机器才能识别和执行。能执行这样的功能的程序就称为汇编程序(Assembler)。第105页/共126页 为更便于用户编写程序，开发了各种高级语言。高级语言易于理解、学习和掌握；用户用高级语言编写程序也就方便多了，大大减少了工作量。但是在计算机执行时，仍必须把用高级语言编写的源程序翻译成用机器指令表示的目标程序才能执行，这样就需要有各种解释程序(Interpreter)。第106页/共126页 随着计算机本身的发展(更快速，容量更大)，以及计算机应用的普及和推广，计算机的操作也就由手工操作方式(用户直接通过控制台操作运行机器)，过渡到多道程序成批地在计算机中自动运行方式
47、，于是就出现了控制计算机中的所有资源(CPU、存储器、输入输出设备以及计算机中的各种软件)，使多道程序能成批地自动运行，并且充分发挥各种资源的最大效能的操作系统(Operating System)。第107页/共126页 这些为了使用和管理计算机由机器的设计者提供的软件，统称为系统软件。系统软件包括：(1)各种语言和它们的汇编或解释、编译程序；(2)机器的监控管理程序(Monitor)、调试程序(Debug)、故障检查和诊断程序；(3)程序库。为了扩大计算机的功能，便于用户使用，机器中设置了各种标准子程序，这些子程序的总和就形成了程序库；(4)操作系统。第108页/共126页1.3.2应用软件
48、 用户利用计算机以及计算机所提供的各种系统软件，编制解决用户各种实际问题的程序，这些程序就称为应用软件。应用软件也可以逐步标准化、模块化、逐步形成了解决各种典型问题的应用程序的组合，称为软件包(Package)。第109页/共126页1.3.3支撑软件 支撑软件又称支持软件，如数据库管理系统等。为了便于用户根据需要建立自己的数据库，询问、显示、修改数据库的内容，输出打印各种表格等，这就建立了数据库管理系统(Data Base Management System)、报表、字处理等支撑软件。第110页/共126页 上述各种形式的程序，它们存储在各种存储介质中，例如纸带、卡片、磁盘、磁带等，故统称为
49、计算机的软件。总之，计算机的硬件建立了计算机应用的物质基础；而各种软件则扩大了计算机的功能，扩大了它的应用范围，以及便于用户使用。硬件与软件的结合才形成一个完整的计算机系统。第111页/共126页1.4微型计算机的结构 运算器与控制器是系统的核心，称为CPU。把整个运算器控制器即CPU集成在一个芯片上的CPU，称之为微处理器(Micro Processor)。CPU本身还不是一个微型计算机，而只是微型计算机的一部分。只有与适当容量的存储器、输入输出设备的接口电路以及必要的输入输出设备结合在一起，才是一台微型计算机(Micro Computer)，或称为微型计算机系统(Micro Compute
50、r System)，如图1-28所示。第112页/共126页第113页/共126页1.4.1微型计算机的外部结构 在微型计算机系统中，外部信息的传送是通过总线进行的。大部分微型计算机有三组总线：地址总线(Address Bus)、数据总线(Data Bus)和控制总线(Control Bus)。地址总线：通常为32位，因此，可寻址的内存单元为232=4GB。I/O接口也是通过地址总线来寻址的，它可以寻址64K个外设端口。第114页/共126页数据总线：目前常用的为32位。数据在CPU与存储器和CPU与I/O接口之间的传送是双向的，故数据总线为双向总线。控制总线：它传送各种控制信号，有的是CPU