第微机原理与接口技术清华大学ppt课件

1、第第2 2章章微处置器与总线微处置器与总线主要内容：n微处置器的普通构成及任务原理；微处置器的普通构成及任务原理；n80888088微处置器的特点、引线及构造；微处置器的特点、引线及构造；n总线的普通概念；总线的普通概念；n* *8038680386微处置器的特点及构造；微处置器的特点及构造；n* *Pentium 4Pentium 4微处置器中的新技术。微处置器中的新技术。2.1 2.1 微型机概述微型机概述了解：n微处置器的功能；微处置器的功能；n微处置器的根本组成。微处置器的根本组成。微处置器的功能n是计算机系统的中心是计算机系统的中心n根据指令实现各种相应的运算根据指令实现各种相应的运

2、算n实现数据的暂存实现数据的暂存n实现与存储器和接口的信息通讯实现与存储器和接口的信息通讯n .微处置器的普通构成n运算器运算器n控制器控制器n内部存放器组内部存放器组2.2 80882.2 8088微处置器微处置器主要内容：n8088/8086CPU的特点的特点n8088CPU外部引线及功能；外部引线及功能；n8088CPU的内部构造和特点；的内部构造和特点；n各内部存放器的功能；各内部存放器的功能；n8088的任务时序。的任务时序。一、8088/8086CPU的特点n了解：了解：n程序与指令程序与指令n指令执行的普经过程指令执行的普经过程n指令的串行执行与并行流水线执行指令的串行执行与并行

3、流水线执行n8088/8086CPU的主要特点的主要特点1. 程序和指令程序和指令n程序：程序：n具有一定功能的指令的有序集合具有一定功能的指令的有序集合n指令：指令：n由人向计算机发出的、可以为计算机所识别的由人向计算机发出的、可以为计算机所识别的命令。命令。2. 指令执行的普经过程指令执行的普经过程 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3. 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n串行任务方式：串行任务方式：n 控制器和运算器交替任务，按顺序完成控制器和运算器交替任务，按顺序完成n 上述指令执行过程。上述指令执行过程。n并行

4、任务方式：并行任务方式：n 运算器和控制器可同时任务。运算器和控制器可同时任务。串行任务方式n80888088以前的以前的CPUCPU采用串行任务方式：采用串行任务方式：取指令取指令1执行执行指令指令1分析分析指令指令1CPUBUS忙碌忙碌忙碌忙碌取指令取指令2执行执行指令指令2分析分析指令指令2并行任务方式n8088CPU采用并行任务方式采用并行任务方式BIU EU取指令取指令1执行执行指令指令1分析分析指令指令1CPU取指令取指令2执行执行指令指令2分析分析指令指令2取指令取指令2执行执行指令指令2分析分析指令指令2忙碌忙碌忙碌忙碌忙碌忙碌忙碌忙碌忙碌忙碌4. 8088/8086 CPU的

5、特点的特点n采用并行流水线任务方式采用并行流水线任务方式n 经过设置指令预取队列实现经过设置指令预取队列实现n对内存空间实行分段管理对内存空间实行分段管理n 将内存分为将内存分为4个段并设置地址段存放个段并设置地址段存放器，以实器，以实n 现对现对1MB空间的寻址空间的寻址n支持多处置器系统支持多处置器系统CPU内内部构造部构造存储器存储器寻址部寻址部分分任务方任务方式式8088CPU的两种任务方式的两种任务方式n8088可任务于两种方式下可任务于两种方式下n 最小方式最小方式n 最大方式最大方式n最小方式为单处置器方式，控制信号较少，最小方式为单处置器方式，控制信号较少，普通可不用接总线控制

6、器。普通可不用接总线控制器。n最大方式为多处置器方式，控制信号较多，最大方式为多处置器方式，控制信号较多，须经过总线控制器与总线相连。须经过总线控制器与总线相连。最小方式下的衔接表示图8088CPU控制总线控制总线数据总线数据总线地址总线地址总线地址地址锁存锁存数据数据收发收发ALE时钟发时钟发生生 器器最大方式下的衔接表示图8088CPU数据总线数据总线地址总线地址总线地址地址锁存锁存数据数据收发收发ALE时钟发时钟发生生 器器总总 线线控制器控制器控制总线控制总线两种任务方式的选择方式n80888088是任务在最小还是最大方式由是任务在最小还是最大方式由MN/MXMN/MX端形端形状决议。

7、状决议。MN/MX=0MN/MX=0任务于最大方式，反之任务任务于最大方式，反之任务于最小方式于最小方式二、二、8088CPU的引线及功能的引线及功能n引脚定义的方法可大致分为：引脚定义的方法可大致分为：n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；n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；nCPUCPU任务于不同方式有不同的称号和定义任务于不同方式有不同的称号和定义WR/LOCK WR/LOCK 等；等；n分时复用引脚分时复用引脚AD7AD0 AD7AD0 等等 ；n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/GT

8、RQ/GT主要引线最小方式下n地址线和数据线：地址线和数据线：nAD7-AD0AD7-AD0：低：低8 8位地址和数据信号分时复用。位地址和数据信号分时复用。在传送地址信号时为单向，传送数据信号时在传送地址信号时为单向，传送数据信号时为双向。为双向。nA19-A16A19-A16：高：高4 4位地址信号，分时复用。位地址信号，分时复用。nA15-A8 A15-A8 ：输出：输出8 8位地址信号。位地址信号。主要的控制和形状信号nWRWR： 写信号；写信号；nRDRD： 读信号；读信号；nIO/MIO/M：为：为“0“0表示访问内存，表示访问内存，n 为为“1“1表示访问接口；表示访问接口；nD

9、ENDEN： 低电平有效时，允许进展读低电平有效时，允许进展读/ /写操作；写操作；nRESETRESET：复位信号。：复位信号。例：n当当WR=1WR=1，RD=0RD=0，IO/M=0IO/M=0时，时，n 表示表示CPUCPU当前正在进展读存储器操作当前正在进展读存储器操作READY信号信号T T1 1T T2 2T T3 3TwaitTwaitT T4 4中断恳求和呼应信号nINTR：可屏蔽中断恳求输入端：可屏蔽中断恳求输入端nNMI：非屏蔽中断恳求输入端：非屏蔽中断恳求输入端nINTA：中断呼应输出端：中断呼应输出端总线坚持信号nHOLD：总线坚持恳求信号输入端。当：总线坚持恳求信号

10、输入端。当CPUn 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，n 经过该引脚向经过该引脚向CPU发出恳求。发出恳求。nHLDA：总线坚持呼应信号输出端。：总线坚持呼应信号输出端。CPU对对n HOLD信号的呼应信号。信号的呼应信号。三、三、8088CPU的内部构造的内部构造n8088内部由两部分组成：内部由两部分组成：n 执行单元执行单元EUn 总线接口单元总线接口单元BIU执行单元包括 运算器运算器 8个通用存放器个通用存放器 1个标志存放器个标志存放器 EU部分控制电路部分控制电路教材第教材第46页页图图2-6图图执行单元n功能功能n指令译码指令译码n指令执行指令执行n暂

11、存中间运算结果暂存中间运算结果n保管运算结果特征保管运算结果特征指令的执行指令的执行在标志存放器在标志存放器FLAGS中中在在ALU中完成中完成在通用存放器中在通用存放器中总线接口单元功能：功能：从内存中取指令到指令预取队列从内存中取指令到指令预取队列担任与内存或输入担任与内存或输入/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，并立刻复位，从指定的新地址取指令，并立刻传给执行单元执行。传给执行单元执行。结论n指令预取队列的存在使指令预取队列的存在使EU和和BIU两个两个部分可同时进展任务，从而部分

12、可同时进展任务，从而n提高了提高了CPU的效率；的效率；n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8088的内部存放器的内部存放器n含含14个个16位存放器，按功能可分为三类位存放器，按功能可分为三类n 8个通用存放器个通用存放器n 4个段存放器个段存放器n 2个控制存放器个控制存放器深化了解：每个存放器中数据的含义深化了解：每个存放器中数据的含义通用存放器 数据存放器数据存放器AX，BX，CX，DX 地址指针存放器地址指针存放器SP，BP 变址存放器变址存放器SI，DI数据存放器n8088含含4个个16位数据存放器，它位数据存放器，它们又可分为们又可分为8个个8位存放器，即：

13、位存放器，即：nAXnBXnCXnDXAH，ALCH，CLBH，BLDH，DL数据存放器特有的习惯用法nAX：累加器。一切：累加器。一切I/O指令都经过指令都经过AX与接口传送与接口传送n 信息，中间运算结果也多放于信息，中间运算结果也多放于AX中；中；nBX：基址存放器。在间接寻址中用于存放基地址；：基址存放器。在间接寻址中用于存放基地址；nCX：计数存放器。用于在循环或串操作指令：计数存放器。用于在循环或串操作指令n 中存放计数值；中存放计数值；nDX：数据存放器。在间接寻址的：数据存放器。在间接寻址的I/O指令中存放指令中存放n I/O端口地址；在端口地址；在32位乘除法运算时，存放位乘

14、除法运算时，存放n 高高16位数。位数。地址指针存放器nSP：堆栈指针存放器，其内容为栈顶的：堆栈指针存放器，其内容为栈顶的n 偏移地址；偏移地址；nBP：基址指针存放器，常用于在访问内：基址指针存放器，常用于在访问内n 存时存放内存单元的偏移地址。存时存放内存单元的偏移地址。BX与与BP在运用上的区别在运用上的区别n作为通用存放器，二者均可用于存放数据；作为通用存放器，二者均可用于存放数据；n作为基址存放器，用作为基址存放器，用BX表示所寻觅的数据在表示所寻觅的数据在数据段；用数据段；用BP那么表示数据在堆栈段。那么表示数据在堆栈段。变址存放器nSI：源变址存放器：源变址存放器nDI：目的变

15、址存放器：目的变址存放器n变址存放器常用于指令的间接寻址或变址变址存放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，用寻址。特别是在串操作指令中，用SI存放存放源操作数的偏移地址，而用源操作数的偏移地址，而用DI存放目的操存放目的操作数的偏移地址。作数的偏移地址。段存放器 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：代码段存放器。代码段存放指令代码：代码段存放器。代码段存放指令代码 DS：数据段存放器：数据段存放器 ES：附加段存放器：附加段存放器 SS：堆栈段存放器：指示堆栈区域的位置：堆栈段存放器：指示堆栈区域的位置存放操作数存放操作数控制存放器nIP：指令指

16、针存放器，其内容为下一条要执行：指令指针存放器，其内容为下一条要执行n 指令的偏移地址指令的偏移地址nFLAGS：标志存放器，存放运算结果的特征：标志存放器，存放运算结果的特征n 6个形状标志位个形状标志位CF，SF，AF，PF，OF，ZFn 3个控制标志位个控制标志位IF，TF，DF四、存储器寻址段基地址段基地址16位位 310150 0 0 0段基地址段基地址16位位段首地址段首地址 1904 段首的偏移地址：段首的偏移地址：0000H物理地址n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物理地址物理地址数数据据段段60009H00H12H60000H0009H四、

17、存储器寻址n物理地址由段基地址和偏移地址组成物理地址由段基地址和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+物物理理地地址址例：n知知 CS=1055H，n DS=250AHn ES=2EF0Hn SS=8FF0Hn 某操作数偏移地址某操作数偏移地址=0204H，n画出各段在内存中的分布、段首地址及操作数画出各段在内存中的分布、段首地址及操作数的物理地址。的物理地址。例题解答n设操作数在数据段，那么设操作数在数据段，那么操作数的物理地址为：操作数的物理地址为：n250AH 16+0204H = 252A4H10

18、550H250A0H2EF00H8FF00HCSDSESSS 堆栈及堆栈段的运用n堆栈：内存中一个特殊区域，用于存放暂时堆栈：内存中一个特殊区域，用于存放暂时不用或需求维护的数据。不用或需求维护的数据。n常用于呼应中断或子程序调用。常用于呼应中断或子程序调用。例：n假设知假设知SS=1000Hn SP=0100Hn那么堆栈段的段首地址那么堆栈段的段首地址n = ？n栈顶地址栈顶地址=？n假设该段最后一个单元假设该段最后一个单元n 地址为地址为10200H，那么栈，那么栈底底=？段首段首栈底栈底栈顶栈顶堆堆栈栈区区五、时序n时序的概念：时序的概念：CPU各引脚信号在时间上的关系各引脚信号在时间上

19、的关系n总线周期：总线周期：CPU完成一次访问内存或接口完成一次访问内存或接口n 操作所需求的时间。一个总线周操作所需求的时间。一个总线周期期n 至少包括至少包括4个时钟周期。个时钟周期。微处置器的普通任务过程n一个程序任务例求解一个程序任务例求解5+8取指令取指令1取操作数取操作数1取指令取指令2执行指令执行指令22.3 2.3 系统总线系统总线主要内容：n总线的根本概念和分类；总线的根本概念和分类；n总线的任务方式；总线的任务方式；n常用系统总线规范。常用系统总线规范。一、概述n总线：总线：n 是一组导线和相关的控制、驱动电路的集合。是一组导线和相关的控制、驱动电路的集合。是计算机系统各部件之间传输地址、数据和控是计算机系统各部件之间传输地址、数据和控制信息的通道。制信息的通道。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