《【教学课件】第2章微型计算机基础.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《【教学课件】第2章微型计算机基础.ppt（72页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、第2章 微型计算机基础1主要内容：主要内容：l微型机的基本结构微型机的基本结构l80888088（80868086）微处理器的工作原理、）微处理器的工作原理、引线及结构引线及结构l总线的一般概念总线的一般概念22.1 微型机的基本结构微型机的基本结构掌握：掌握：l微机系统的基本组成微机系统的基本组成l微型机的工作原理微型机的工作原理3一、计算机的工作原理一、计算机的工作原理冯冯 诺依曼的计算机工作原理诺依曼的计算机工作原理 存储程序工作原理存储程序工作原理4冯冯 诺依曼机的特点：诺依曼机的特点：l将计算过程描述为由许多条指令按一定将计算过程描述为由许多条指令按一定顺序组成的程序，并放如存储器保
2、存顺序组成的程序，并放如存储器保存l指令按其在存储器中存放的顺序执行指令按其在存储器中存放的顺序执行l由控制器控制整个程序和数据的存取以由控制器控制整个程序和数据的存取以及程序的执行及程序的执行l以运算器为核心，所有的执行都经过运以运算器为核心，所有的执行都经过运算器算器5冯冯 诺依曼计算机结构诺依曼计算机结构运算器运算器存储器存储器控制器控制器输入设备输入设备输出设备输出设备6二、系统组成二、系统组成 CPU 存储器存储器 主机主机 输入输入/输出接口输出接口 硬件系统硬件系统 总线总线 外设外设微机系统微机系统 系统软件系统软件 软件系统软件系统 应用软件应用软件71.主机硬件系统主机硬件
3、系统 微处理器微处理器（CPU）存储器存储器 输入输入/输出接口输出接口 总线总线81）微处理器微处理器l微处理器简称微处理器简称CPU，是计算机的核是计算机的核心，主要包括：心，主要包括：运算器运算器 控制器控制器 寄存器组寄存器组92）存储器：）存储器：l定义：定义：用于存放计算机工作过程中需用于存放计算机工作过程中需要操作的数据和程序。要操作的数据和程序。10有关内存储器的几个概念：有关内存储器的几个概念：l内存单元的地址和内容内存单元的地址和内容l内存容量内存容量l内存的操作内存的操作l内存的分类内存的分类11内存单元的地址和内容内存单元的地址和内容l每个单元都对应一个地址，以实现对单
4、每个单元都对应一个地址，以实现对单元内容的寻址元内容的寻址1011011038F04H内存地址内存地址单元内容元内容12内存容量：内存容量：l内存所含存储单元的个数，以字节内存所含存储单元的个数，以字节为单位为单位l内存容量的大小依内存容量的大小依CPUCPU的寻址范围而的寻址范围而定（即定（即CPUCPU地址信号线的位数）地址信号线的位数）13内存操作内存操作l读：将内存单元的内容取入读：将内存单元的内容取入CPUCPU，原单元内容不改变原单元内容不改变l 写：写：CPUCPU将信息放入内存单元，单将信息放入内存单元，单 元中原来的内容被覆盖元中原来的内容被覆盖14内存储器的分类内存储器的分
5、类 随机存取存储器（随机存取存储器（RAMRAM）按工作方按工作方 式可分为式可分为 只读存储器（只读存储器（ROMROM）153）输入）输入/输出接口输出接口l接口是接口是CPUCPU与外部设备间的桥梁与外部设备间的桥梁CPUI/O接口外设16接口的分类：接口的分类：串行接口串行接口 输入接口输入接口 并行接口并行接口 输出接口输出接口17接口的功能：接口的功能：l数据缓冲寄存数据缓冲寄存l信号电平或类型的转换信号电平或类型的转换l实现主机与外设间的运行匹配实现主机与外设间的运行匹配184）总线）总线l基本概念基本概念l分类分类l工作原理工作原理l常用系统总线标准及其主要技术指标常用系统总线
6、标准及其主要技术指标（具体内容见后续课程）（具体内容见后续课程）192.2.软件系统软件系统l软件：为运行、管理和维护计算机系统软件：为运行、管理和维护计算机系统或为实现某一功能而编写的各种程序的或为实现某一功能而编写的各种程序的总和及其相关资料。总和及其相关资料。系统软件系统软件应用软件应用软件操作系统操作系统编译系统编译系统网络系统网络系统工具软件工具软件软件软件20三、微型机的分类三、微型机的分类l按处理器的位数分按处理器的位数分l按功能和结构分按功能和结构分21四、主板的主要硬件构成四、主板的主要硬件构成l CPUCPU插座插座l 芯片组芯片组l 内存插槽内存插槽l 系统系统BIOSB
7、IOSl CMOS CMOSl 总线扩展槽总线扩展槽l 串行、并行接口串行、并行接口222.2 8088微处理器微处理器主要内容：l8088CPU外部引线及功能外部引线及功能l8088CPU的内部结构和特点的内部结构和特点l各内部寄存器的功能各内部寄存器的功能l8088的工作时序的工作时序23一、概述一、概述指令的一般执行过程：指令的一般执行过程：取指令取指令指令译码指令译码读取操作数读取操作数 执行指令执行指令存放结果存放结果24串行和并行方式的指令流水线：串行和并行方式的指令流水线：l串行工作方式：串行工作方式：控制器和运算器交替工作，按顺序完成控制器和运算器交替工作，按顺序完成 上述指令
8、执行过程上述指令执行过程l并行工作方式：并行工作方式：运算器和控制器可同时工作运算器和控制器可同时工作25串行工作方式：串行工作方式：l80888088以前的以前的CPUCPU采用串行工作方式采用串行工作方式取指令1执行1存结果1 取指令2取操作数执行2CPUBUS忙碌忙碌忙碌忙碌26并行工作方式：并行工作方式：l8088CPU采用并行工作方式采用并行工作方式取指令2 取操作数BIU存结果取指令3 取操作数 取指令4执行1执行2执行3 EUBUS忙碌忙碌忙碌忙碌忙碌忙碌278088/8086 CPU的特点的特点l采用并行流水线工作方式：采用并行流水线工作方式：通过设置指令预取队列实现l对内存空
9、间实行分段管理：对内存空间实行分段管理：将内存分为4个段并设置地址段寄存器，以实现对1MB空间的寻址l支持多处理器系统支持多处理器系统288088CPU的两种工作模式的两种工作模式l8088可工作于两种模式下，即：可工作于两种模式下，即：最小模式和最大模式。最小模式和最大模式。l最小模式为单处理机模式，控制信号较最小模式为单处理机模式，控制信号较少，一般可不必接总线控制器。少，一般可不必接总线控制器。l最大模式为多处理机模式，控制信号较最大模式为多处理机模式，控制信号较多，须通过总线控制器与总线相连。多，须通过总线控制器与总线相连。29最小模式下的连接示意图最小模式下的连接示意图8088CPU
10、控制控制总线数据数据总线地址地址总线地址地址锁存存数据数据收收发ALE时钟发生生 器器30最大模式下的连接示意图：最大模式下的连接示意图：8088CPU数据数据总线地址地址总线地址地址锁存存数据数据收收发ALE时钟发生生 器器总 线控制器控制器控制控制总线31二、二、8088CPU的引线及功能的引线及功能引脚定义的方法可大致分为：l每个引脚只传送一种信息（每个引脚只传送一种信息（RDRD等）等）l引脚电平的高低不同的信号（引脚电平的高低不同的信号（IO/MIO/M等）等）lCPUCPU工作于不同方式有不同的名称和定义工作于不同方式有不同的名称和定义（WR/LOCK WR/LOCK 等）等）l分
11、时复用引脚（分时复用引脚（ADAD77ADAD0 0 等）等）；l引脚的输入和输出分别传送不同的信息引脚的输入和输出分别传送不同的信息（RQ/GTRQ/GT等）。等）。32主要引线（最小模式下）：主要引线（最小模式下）：80888088是工作在最小是工作在最小还是最大模式由是最大模式由MN/MX端状端状态决定。决定。MN/MX=0工作于最大模式，反之工工作于最大模式，反之工作于最小模式作于最小模式lADAD7 7ADAD0 0：低低8 8位地址和数据信号分时复位地址和数据信号分时复 用。用。在传送地址信号时为单在传送地址信号时为单 向，传送数据信号时为双向。向，传送数据信号时为双向。lA A1
12、9 19 A A1616：高高4 4位地址信号，分时复用。位地址信号，分时复用。lA A15 15 A A8 8：输出输出8 8位地址信号。位地址信号。33主要的控制和状态信号主要的控制和状态信号lWRWR：写信号写信号lRDRD：读信号读信号lIO/MIO/M：为为“0”“0”表示访问内存表示访问内存 为为“1”“1”表示访问接口表示访问接口lDENDEN：低电平有效时，允许进行读低电平有效时，允许进行读/写操写操 作作lRESETRESET：复位信号复位信号34例例：l当当WR=1WR=1，RD=0RD=0，IO/M=0IO/M=0时，时，表示表示CPUCPU当前正在进行当前正在进行读存储
13、器读存储器操作操作35READY信号：信号：T T1 1T T2 2T T3 3TwaitTwaitT T4 436中断请求和响应信号中断请求和响应信号lINTR：可屏蔽中断请求输入端可屏蔽中断请求输入端lNMI：非屏蔽中断请求输入端非屏蔽中断请求输入端lINTA：中断响应输出端中断响应输出端37总线保持信号总线保持信号lHOLD：总线保持请求信号输入端。当总线保持请求信号输入端。当CPU 以外的其他设备要求占用总线时，以外的其他设备要求占用总线时，通过该引脚向通过该引脚向CPU发出请求发出请求lHLDA：总线保持响应信号输出端。总线保持响应信号输出端。CPU对对 HOLD信号的响应信号信号的
14、响应信号38三、三、8088CPU的内部结构的内部结构l8088内部由两部分组成：内部由两部分组成：执行单元（执行单元（EU）总线接口单元（总线接口单元（BIU）39执行单元执行单元l功能功能 指令的执行指令的执行 从指令队列中取指令代码从指令队列中取指令代码 译码译码 在在ALU中完成数据的运算中完成数据的运算 运算结果运算结果 的特征保存在标志寄存器的特征保存在标志寄存器FLAGS中。中。40执行单元包括执行单元包括 运算器运算器 8个通用寄存器个通用寄存器 1个标志寄存器个标志寄存器 EU部分控制电路部分控制电路41总线接口单元总线接口单元l功能：功能：l从内存中取指令到指令预取队列从内
15、存中取指令到指令预取队列l负责与内存或输入负责与内存或输入/输出接口之间的数据输出接口之间的数据传送传送l在执行转移程序时，在执行转移程序时，BIU使指令预取队列使指令预取队列复位，从指定的新地址取指令，并立即复位，从指定的新地址取指令，并立即传给执行单元执行传给执行单元执行。42结论结论l指令预取队列的存在使指令预取队列的存在使EU和和BIU两个部两个部分可同时进行工作，从而分可同时进行工作，从而 提高了提高了CPU的效率的效率 降低了对存储器存取速度的要求降低了对存储器存取速度的要求438088的内部寄存器的内部寄存器l含含14个个16位寄存器，按功能可分为三类位寄存器，按功能可分为三类
16、8个通用寄存器个通用寄存器 4个段寄存器个段寄存器 2个控制寄存器个控制寄存器44通用寄存器通用寄存器 数据寄存器（数据寄存器（AX，BX，CX，DX）地址指针寄存器（地址指针寄存器（SP，BP）变址寄存器（变址寄存器（SI，DI）45数据寄存器数据寄存器l8088含含4个个16位数据寄存器，它们又可位数据寄存器，它们又可分为分为8个个8位寄存器，即：位寄存器，即：lAX AH，ALlBX BH，BLlCX CH，CLlDX DH，DL46数据寄存器特有的习惯用法数据寄存器特有的习惯用法lAX：累加器。所有累加器。所有I/O指令都通过指令都通过AX与接口传送与接口传送 信息，中间运算结果也多放
17、于信息，中间运算结果也多放于AX中中lBX：基址寄存器。在间接寻址中用于存放基地址；基址寄存器。在间接寻址中用于存放基地址；lCX：计数寄存器。用于在循环或串操作指令计数寄存器。用于在循环或串操作指令 中存放计数值中存放计数值lDX：数据寄存器。在间接寻址的数据寄存器。在间接寻址的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位乘除法运算时，存放位乘除法运算时，存放 高高16位数位数47地址指针寄存器地址指针寄存器lSP：堆栈指针寄存器，其内容为栈顶的：堆栈指针寄存器，其内容为栈顶的 偏移地址偏移地址lBP：基址指针寄存器，常用于在访问内基址指针寄存器，常用于在访问内 存时存放
18、内存单元的存时存放内存单元的偏移地址偏移地址48BX与与BP在应用上的区别在应用上的区别l作为通用寄存器，二者均可用于存放数作为通用寄存器，二者均可用于存放数据据l作为基址寄存器，用作为基址寄存器，用BX表示所寻找的数表示所寻找的数据在数据段；用据在数据段；用BP则表示数据在堆栈段则表示数据在堆栈段49变址寄存器变址寄存器lSI：源变址寄存器源变址寄存器lDI：目标变址寄存器目标变址寄存器l变址寄存器常用于指令的间接寻址或变变址寄存器常用于指令的间接寻址或变址寻址。特别是在串操作指令中，用址寻址。特别是在串操作指令中，用SI存放源操作数的偏移地址，而用存放源操作数的偏移地址，而用DI存放存放目
19、标操作数的偏移地址。目标操作数的偏移地址。50段寄存器段寄存器用于存放相应逻辑段的段基地址用于存放相应逻辑段的段基地址 CS：代码段寄存器。代码段存放指令代码代码段寄存器。代码段存放指令代码 DS：数据段寄存器数据段寄存器 ES：附加段寄存器附加段寄存器 SS：堆栈段寄存器：指示堆栈区域的位置堆栈段寄存器：指示堆栈区域的位置存放操作数存放操作数51控制寄存器控制寄存器lIP：指令指针寄存器，其内容为下一条指令指针寄存器，其内容为下一条 要执行指令的偏移地址要执行指令的偏移地址lFLAGS：标志寄存器，存放运算结果的标志寄存器，存放运算结果的 特征特征 6个状态标志位（个状态标志位（CF，SF，
20、AF，PF，OF，ZF）3个控制标志位（个控制标志位（IF，TF，DF）52四、存储器寻址四、存储器寻址l段基地址段基地址=6000Hl段首地址段首地址l偏移地址偏移地址l物理地址物理地址代码段代码段60009H00H12H60000H0009H53物理地址物理地址l物理地址由段基地址和物理地址由段基地址和 偏移地址组成偏移地址组成物理地址物理地址=段基地址段基地址16+偏移地址偏移地址60002H08H12H60000H0 0 0 0段基地址（段基地址（16位）位）段首地址段首地址 54例例：l已知已知CS=1055H，DS=250AH ES=2EF0H SS=8FF0H 某操作数偏移地址某
21、操作数偏移地址=0204Hl画出各段在内存中的分布、画出各段在内存中的分布、段首地址及操作数的物理地址段首地址及操作数的物理地址10550H250A0H2EF00H8FF00HCSDSESSS 55例题解答例题解答l设操作数在数据段，则操作数的物理地址为：设操作数在数据段，则操作数的物理地址为：250AH 16+0204H=252A4H56堆栈及堆栈段的使用堆栈及堆栈段的使用l堆栈：内存中一个特殊区域，用于存放堆栈：内存中一个特殊区域，用于存放暂时不用或需要保护的数据暂时不用或需要保护的数据l常用于响应中断或子程序调用常用于响应中断或子程序调用57例例：l若已知（若已知（SS）=1000H （
22、SP）=2000Hl则堆栈段的段首地址则堆栈段的段首地址 =？l栈顶地址栈顶地址=？l若该段最后一个单元若该段最后一个单元 地址为地址为10100H，则栈底则栈底=？段首栈底栈顶堆栈区58五、时序五、时序l时序的概念：时序的概念：CPU各引脚信号在时间上各引脚信号在时间上 的关系的关系l总线周期：总线周期：CPU完成一次访问内存（或完成一次访问内存（或 接口）操作所需要的时间。接口）操作所需要的时间。一个总线周期至少包括一个总线周期至少包括4个个 时钟周期时钟周期592.3 系统总线系统总线主要内容：主要内容：l总线的基本概念和分类总线的基本概念和分类l总线的工作方式总线的工作方式l常用系统总
23、线标准常用系统总线标准60一、概述一、概述l总线：总线：是是一组导线和相关的控制、驱动电路一组导线和相关的控制、驱动电路的的集合。是计算机系统各部件之间传输地集合。是计算机系统各部件之间传输地址、数据和控制信息址、数据和控制信息的的通道通道地址总线（地址总线（AB）数据总线（数据总线（DB）控制总线（控制总线（CB）61总线分类总线分类 CPU总线总线系统总线系统总线外部总线外部总线片内总线片内总线片外总线片外总线 按相对按相对CPU的位置的位置按层次按层次 结构结构62二、总线结构二、总线结构单总线结构单总线结构CPU M M I/O I/O I/O63多总线结构多总线结构面向面向CPU的双
24、总线结构的双总线结构面向主存的双总线结构面向主存的双总线结构双总线结构双总线结构多总线结构多总线结构64面向面向CPU的双总线结构的双总线结构存储器与存储器与I/O接口间无直接通道接口间无直接通道CPU M I/O I/O I/O65面向存储器的双总线结构面向存储器的双总线结构在单总线结构基础上增加一条在单总线结构基础上增加一条CPU到存储器的高到存储器的高速总线速总线CPU M I/O I/O I/O66三、常用系统总线三、常用系统总线lISA（8/16位）位）lPCI（32/64位）位）lAGP（加速图形端口，用于提高图形处加速图形端口，用于提高图形处 理能力）理能力）PCI总线体系结构总
25、线体系结构67总线的主要性能指标总线的主要性能指标l总线带宽（总线带宽（B/S）：）：单位时间内总线上可传送单位时间内总线上可传送 的数据量的数据量l总线位宽（总线位宽（bit）：）：能同时传送的数据位数能同时传送的数据位数l总线的工作频率（总线的工作频率（MHz）l总线带宽总线带宽=（位宽（位宽/8）（工作频率（工作频率/每个存取周期的时钟数）每个存取周期的时钟数）682.4 常见总线接口芯片常见总线接口芯片l锁存器锁存器l总线驱动器总线驱动器 691.锁存器：锁存器：8D锁存器锁存器74LS273 74LS373DCPQQDCPQQ702.总线驱动器：总线驱动器：三态门三态门74LS24471 （内容略）（内容略）2.5 新型新型 CPU 简介简介72