微机原理课件

微机系统及应用课程简介微机原理与接口技术实用教程第1章微型计算机基础及工作原理第2章微处理器第3章8086/8088指令系统第4章汇编语言程序设计第5章半导体存储器及其接口第6章微型计算机I/O接口基础第7章微型计算机总线及I/O接口标准第8章中断第9章常用可编程接口芯片第10章人机交互设备及接口第1章微型计算机基础及工作原理

1.1数制

1.2计算机中数的表示

1.3微型计算机的基本组成电路

1.4微型计算机结构的简化形式

1.5微型计算机的工作原理本章目标1.1数制1.1.1数制的基与权基：数制所使用的数码个数。例：十进制数使用0～9十个数，所以它的基是10权：数制每一位（置）所具有的值。例：6845千百十个103102101100十进制数各位的权是以10为底的幂二进制数使用0、1两个数，它的“基”？各位的“权”又是多少呢？由0、1二个数码构成，基数为2，第i位的权为2i，运算规则：逢二进一、借一为二

二进制数（Binary）101011B=1×25+0×24+1×23+0×22+1×21+1×20=43D一个二进制数按权展开求和就转换成了十进制数8421牢记！1011B23222120例：一个二进制数各位的权→基数说明符

十六进制数（Hexadecimal）由0、1、2…9、A、B、C、D、E、F十六个数码构成。基数为16，第i位的权为16i

运算规则：逢十六进一、借一为十六14AFH=1×163+4×162+10×161+15×160=5295D由0、1、2、…7八个数码构成，基数为8，第i位的权为8i运算规则：逢八进一、借一为八八进制数（Octal）十六进制数既可以简化书写，又便于记忆1.1.2不同进制数间的转换1.非十进制数转换成十进制数按权展开求和2.十进制数转换成非十进制数整数部分与小数部分分别转换例1：57D=111001B=71Q=39H5728…12222214…07…03…11…10…185787…10…71657163…90…3高低2除基数取余数例2：十进制数转换成非十进制数（小数部分）0.625D=0.101B=0.5Q=0.AH0.625*2=1.25…1

0.25*2=0.5…0

0.5*2=1…10.625*8=5…50.625*16=10…A乘基数取整数57.625D=111001.101B=39.AH高低1.1.2不同进制数间的转换（2）3.十六进制数与二进制数之间的转换二进制数→十六进制数四位一组分组时,如位数不够，整数部分在最左边补零，小数部分在最右边补零十六进制数→二进制数一位对应换成二进制数四位1100100.11011B=.0100011011011000=64.D8H46D81.1.2不同进制数间的转换1.2计算机中数据的表示机器数与真值机器数：一个二进制数连同符号位在内作为一个数叫机器数真值：机器数所代表的数值（如-1001011B）正数、负数的符号位分别用0和1表示，这种表示法称为原码例：设机器字长为8位，二进制数+10010B和-100001B其原码为：00010010，10100001原码连符号一起数码化了的数最高有效位反码：对于二进制正数，反码等于该数原码对于二进制负数，符号位为1，其余各位取反例：设机器字长为8位，二进制数+1100101和-1010001其反码为：01100101，10101110补码：对于二进制正数，补码等于该数原码对于二进制负数，符号位为1，其余各位取反，末位加1例：设机器字长为8位，二进制数+1100101和-1010001其补码为：01100101，101011111.2.2机器数的定点表示与浮点表示定点数：小数点在数中的位置是固定不变的1.定点小数符号位小数点2.定点整数符号位小数点浮点数：小数点在小数中的位置是浮动的任意一个数N均可表示为：N=m×beb为基数e为阶码m为尾数例：123.456=0.123456×103123.456=1.23456×102阶符阶码数符尾数阶码部分尾数部分基数是2一个二进制浮点数1.2.3非数值数据的表示ASCⅡ码：美国标准通信编码，一般用7bit组合编码来表示数字、英文字母、符号等可以打印的字符字符的表示汉字的表示（1）汉字国标码1981年国家标准总局公布了GB2312—80，即《信息交换用汉字编码字符集基本集》，简称GB码。每个汉字、图形符号都用两个字节表示，每个字节都使用低7位编码，最多表示128*128=16348个汉字（2）汉字区位码将汉字编码GB2312—80中的6763个汉字分为94个区，每个区中包含94个汉字（位），这样每个汉字所在的区和位就组成了一个二维数组，这就是区位码。1.3微型计算机的基本组成电路1.3.1触发器SRQQRS触发器SCLKRQQ时钟RS触发器SR触发器：是由基本门电路组成的具有记忆功能的器件D触发器DQQSRD触发器QQDCLK时钟D触发器SRQQDCLK边沿触发的D触发器DQQPRESET（置位）CLEAR（清除）CLKD触发器正边沿触发D触发器CLKDQQ负边沿触发D触发器CLKDQQ低电平预置及清除的D触发器JK触发器●CLKSQRQ●JKJKQ00保持原态0100111翻转JQKQCLKPRCLR1.3.2寄存器(Register)寄存器：是由触发器组成的，可以保存二进制数。寄存器缓冲寄存器——用于暂存数据移位寄存器——能够将其所存数据一位一位地向左或向右移计数器——一个脉冲到达时，会按二进制数的规律累计脉冲数累加器——用以暂存每次在ALU中计算的中间结果1.缓冲寄存器（Buffer）Q3D3Q2D2Q1D1Q0D0●●●●●●X3X2X1X0CLKCLRX3X2X1X04位缓冲寄存器电路原理图Y3Y2Y1Y0Y3Y2Y1Y0数据在时钟信号的作用下由X端写到Y端Q0D0+CLRCLKLOADY0X0X0=0Q01Q0Q0LOADCLKCLR可控缓冲寄存器的符号XQ0X0X0=1=X0控制门（L门）控制数据的装入Q3D3Q2D2Q1D1Q0D0●●●●●●X3X2X1X0CLKCLRX3X2X1X0可控4位缓冲寄存器电路原理图Y3Y2Y1Y0Y3Y2Y1Y0LLLLL2.计数器（Counter）Q3J3

K3Q2J2

K2Q1J1

K1Q0J0

K0CLKCLR行波计数器的工作原理（1）行波计数器（TravelingWaveCounter）0000000100110100COUNT控制计数端COUNTCLKCLR可控计数器符号0010Q3D3CLR010010000001（2）环形计数器（RingCounter）Q2D2CLRQ1D1CLRQ0D0CLRCLRCLK环形计数器CLKCLR=10001PR0010环形计数器在系统时钟信号的作用下产生顺序的控制信号（3）程序计数器（ProgramCounter）

COUNTLOADCLKCLRXY（4）累加器（Accumulator）LOADSHLSHRCLKCLRXYX1.3.3加法电路与算数逻辑单元1011+）001011010101.二进制加法电路例：A3A2A1A0B3B2B1B0+)C3C2C1S4

S3S2S1S0A+B=S0

半加器电路A0B0C1S00000010110011110真值表A0B0C1S0HAA0B0S0C1异或门与门AiBiCi

Ci+1Si全加器电路真值表Ai+Bi+Ci=Si0000000101010010111010001101101101011111FAAiBiCiCi+1Si异或两两先“与”后“或”

二进制数的加法器C4FAA3B3S3C3FAA2B2S2FAA1B1S1HAA0B0S0C2C1四位二进制加法电路A+B=S=1=0=1=1=1=0=1=0=1=0=0=1=1=0=0=12.可控反相器及加法/减法电路C3C2C1C0FAFAFAFAA3A2A1A0B3B2B1B0S3S2S1S0SUBC44位二进制加法器/减法器B0Y0SUB=1=0=1=1=0=0=0=0=1=11001=01100=100113.算术逻辑单元(ALU)ControlABSALUArithmeticLogicalUnit一组线1.3.4三态输出电路EAB01011高阻高阻010BAE三态输出电路的逻辑表ENABLE=1数据由D→B总线结构（三态电路的应用）LACLKEAALBCLKEB

BLCCLKECCLDCLKEDDW3W2W1W0（W总线）LAEALBEBLCECLDED=1=0=0=1=0=0=0=0数据由B→A00100001控制字CONLCCLKECCLBCLKEBBLACLKEAALDCLKEDD控制器数据总线控制总线总线结构符号图1.3.5存储器（Memory）Register……01100010单元的内容1个字节（Byte）=8bitR0R1R2D7D6D5D4D3D2D1D0……译码器A0A1A2A3R14R1516×8的存储器1.4微型计算机结构的简化形式PCIRCONMAR16×8PROMAALUBOD448888488888412CPCLKCLREPLICLKCLREILACLKEASUEULBCLKLOCLKCLKCLRLMCLKERCPEPLMERLIEILAEASUEULBLO8PCMAR16×8PROMIRCONA88ALUODBCPUMI/OW1.4.2模型机的指令系统LDA——将数据装入累加器AADD——进行加法运算SUB——进行减法运算OUT——输出结果HLT——停机指令系统：编制计算程序的指令集合1.4.3模型机的程序设计程序设计编制汇编语言程序存储器的分配助记符的翻译汇编语言源程序汇编LDAR9ADDRASUBRBOUTHLT编写3个数相加减去一个数的程序存储器的分配0H1H2H3H4H5H6H7H8H9H0AH0BH0CH0DH0EH0FHR0R1R2R3R4R5R6R7R8R9RARBRCRDRERF指令区数据区18H14H10H助记符操作码LDA0000ADD0001SUB0010OUT1110HLT1111助记符与操作码表LDAR9ADDRASUBRBOUTHLT源程序00000001001011101111操作码100110101011××××××××操作数地址目的程序09H1AH2BHE0HF0H指令：由操作码和操作数或操作数的地址构成程序和数据都写到了存储器中0H1H2H3H4H5H6H7H8H9H0AH0BH0CH0DH0EH0FHR0R1R2R3R4R5R6R7R8R9RARBRCRDRERF指令区数据区18H14H10HLDAR9ADDRASUBRBOUTHLT源程序目的程序09H1AH2BHE0HF0H09H1AH2BHE0HF0H1.4.4执行指令的过程机器周期：执行一条指令所需要的时间机器周期取指周期执行周期1.环形计数器及机器节拍Q5Q4Q3Q2Q1Q0CLKCLRT5T4T3T2T1T0复习环形计数器……机器节拍T0T1T2T3T4T5CLK周期4PCIRCONMAR16×8PROMAALUBOD48888488888412CPCLKCLREPLICLKCLREILACLKEASUEULBCLKLOCLKCLKCLRLMCLKER8

程序的执行过程CPEPLMERLIEILAEASUEULBLO011000000000T0=10H440执行下面程序LDAR9ADDRA……注意观察取指周期和执行周期4PCIRCONMAR16×8PROMAALUBOD48888488888412CPCLKCLREPLICLKCLREILACLKEASUEULBCLKLOCLKCLKCLRLMCLKER8程序的执行过程CPEPLMERLIEILAEASUEULBLO000110000000T1=1809H8409HLDAR9的指令码4PCIRCONMAR16×8PROMAALUBOD48888488888412CPCLKCLREPLICLKCLREILACLKEASUEULBCLKLOCLKCLKCLRLMCLKER8

程序的执行过程CPEPLMERLIEILAEASUEULBLO001001000000T3=19449100000000000T2=101H完成了取指周期4PCIRCONMAR16×8PROMAALUBOD48888488888412CPCLKCLREPLICLKCLREILACLKEASUEULBCLKLOCLKCLKCLRLMCLKER8

程序的执行过程CPEPLMERLIEILAEASUEULBLO000100100000T4=110H8810H4PCIRCONMAR16×8PROMAALUBOD48888488888412CPCLKCLREPLICLKCLREILACLKEASUEULBCLKLOCLKCLKCLRLMCLKER8程序的执行过程10H000000000000T5=1空节拍CPEPLMERLIEILAEASUEULBLO执行完了LDAR9指令将数据装入了累加器A4PCIRCONMAR16×8PROMAALUBOD48888488888412CPCLKCLREPLICLKCLREILACLKEASUEULBCLKLOCLKCLKCLRLMCLKER8程序的执行过程CPEPLMERLIEILAEASUEULBLO011000000000T0=11H441进入第二条指令的取指周期10H4PCIRCONMAR16×8PROMAALUBOD48888488888412CPCLKCLREPLICLKCLREILACLKEASUEULBCLKLOCLKCLKCLRLMCLKER8程序的执行过程CPEPLMERLIEILAEASUEULBLO000110000000T1=181AH841AH10HADDRA的指令码4PCIRCONMAR16×8PROMAALUBOD48888488888412CPCLKCLREPLICLKCLREILACLKEASUEULBCLKLOCLKCLKCLRLMCLKER8程序的执行过程CPEPLMERLIEILAEASUEULBLO001001000000T3=1A44A100000000000T2=102H完成了取指周期10H4PCIRCONMAR16×8PROMAALUBOD48888488888412CPCLKCLREPLICLKCLREILACLKEASUEULBCLKLOCLKCLKCLRLMCLKER8程序的执行过程CPEPLMERLIEILAEASUEULBLO000100000010T4=1810H814H24H4PCIRCONMAR16×8PROMAALUBOD48888488888412CPCLKCLREPLICLKCLREILACLKEASUEULBCLKLOCLKCLKCLRLMCLKER8

程序的执行过程CPEPLMERLIEILAEASUEULBLO000000100100T5=124H8824H完成了ADDRA指令的执行相加的结果装入了累加器A再看一遍1.4.5控制器环形计数器（RC）指令译码器（LD）控制矩阵（CM）其它控制电路控制器1.指令译码器I7I6I5I4LDAADDSUBOUTHLT0000110001100101111011111来自指令寄存器的操作码+++++T0T1T2T3T4T5+T5T4T3T2T1T0CPEP

LM

ERLI

EI

LA

EA

SU

EU

LB

LOLDAADDSUBOUTCLKCLR2.控制矩阵（CM）3.其它控制电路启动和清除按钮运行/停止触发器时钟震荡器射极跟随器环形计数器指令译码器控制矩阵指令字段（高4位）HLTCONCLRCLK控制器控制部件结构图CLRCLKCLRCLKCLRCLK时钟震荡器射极跟随器启动和清除按钮运行/停止触发器1.5微型计算机的工作原理1.5.1微型计算机的硬件结构微型计算机算数逻辑单元控制器存储器输入/输出设备CPU存储器I/O设备存储器I/O接口AB地址总线DB数据总线CB控制总线微型机硬件结构示意图CPU工作原理：存储程序，按地址顺序执行第2章微处理器2.1微处理器概述2.28086/8088微处理器结构2.38086/8088微处理器工作模式及外部结构2.48086/8088微处理器的基本时序2.5

80x86至Pentium系列微处理技术概述2.6嵌入式系统和嵌入式处理器概述本章目标2.1微处理器概述计算机运算器控制器存储器输入设备输出设备微处理器集成在一个芯片2.1.1微处理器的基本概念微计算机单片机单板机通用微机微处理器有各种型号：Intel公司的8080、8086/8088、80286/386/486、PentiumZilog公司的Z80、Z8000Motorola公司的6800、6809、68000等2.1.1微处理器的基本概念又称微控制器，属于嵌入式微处理器微机早期的一种简化形式80X862.1.2微处理器基本结构和功能不同型号的微处理器有不同的内部结构，但在功能结构上具有相似性和共通性微处理器内部寄存器阵列算术逻辑运算单元控制器浮点运算部件及高速缓冲存储器cache

通用寄存器和专用寄存器指令寄存器、指令译码器和各种定时与控制信号的产生电路现代的微处理器中还集成了1971年第一块微处理器问世，Intel4040Intel4040ROM、RAM、I/O芯片MCS-4Intel8008ROM、RAM、I/O芯片MCS-81972年第一代微处理器2.1.3微处理器及发展过程类型时期代表产品重要特征第一代1971-1973Intel40044040字长4位集成度2300管/片时钟频率1MHz第二代1973—1977年Intel8080/85ZilogZ80Motorola6800RockweH6502字长8位地址线16根集成度1万管/片时钟频率2～4MHz第三代1978—1980年Intel8086/88Motorola68000字长16位地址线20根集成度2万～6万管/片时钟频率4～8MHz1981—1984年Intel80286Motorola68010字长16位地址线24根集成度约13万管/片时钟频率6～20MHz类型时期代表产品重要特征第四代

1985—1989年Intel80386、Motorola68020字长32位、地址线32根集成度15万～50万管/片、时钟频率16～40MHz1989—1992年Intel、AMD、Cyrix的80486、IBMPowerPC601字长32位、地址线32根、集成度120万管/片、时钟频率33～100MHz1993—1994年Intel的Pentium、AMD、Cyrix的5X86及K5、M系列、IBMPowerPC604、DECAlpha21064集成度350万管/片、时钟频率50～166MHz1995年之后PentiumPro、PentiumMMX等字长都是32位、数据通道64位、地址线32根2005年至今Pentium8XX处理器、9XX处理器多核2.28086/8088微处理器结构8088/8086CPU寄存器组算术逻辑单元ALU标志寄存器FR暂存器执行单元EU（ExecutionUnit)总线接口单元BIU（BusInterfaceUnit)完成取指令和存取数据操作负责分析指令和执行指令内部控制逻辑段寄存器（CS、SS、DS、ES）地址加法器指令队列输入/输出控制电路指令指针寄存器IP地址总线20位控制总线数据总线168088/8086的内部结构图AHBHCHDHALBLCLDLSPBPSIDICSDSSSESIP内部暂存寄存器暂存寄存器FREU控制系统123456总线控制逻辑数据总线16ALU∑通用寄存器8088指令队列8088/8086外部总线数据总线地址总线20位执行部件EU总线接口部件BIU16位控制总线EU控制系统ALUEU控制系统ALU数据总线16地址总线20位控制总线AXBXCXDX150AXBXCXDX①通用寄存器AHALBHBLCHCLDHDL87累加器基地址寄存器计数器数据寄存器2.2.1执行部件（ExecutionUnit）堆栈指针寄存器基地址寄存器源变址寄存器目的变址寄存器SPBPSIDI②专用寄存器1、算术逻辑单元ALU4、EU控制器2、寄存器组状态标志寄存器FR1503、标志寄存器标志寄存器的安排×××OFDFIFTFSFZF×AF×PF××CF1511109876543210进位标志奇偶标志半进位标志零标志符号标志中断标志单步标志溢出标志方向标志控制标志状态标志FR寄存器2.2.2总线接口部件（BusInterfaceUnit）CSDSSSES代码段寄存器数据段寄存器堆栈段寄存器附加段寄存器段寄存器IP指令指针寄存器20位的地址加法器BIU总线控制逻辑1234566个字节的指令队列80884个字节2.2.3BIU与EU的动作协调原则BIU和EU是并行工作的,按流水线技术原则管理4.执行转移、调用和返回指令时，指令队列中的原有内容自动消除BIU往指令队列中装入另一程序段中的指令8088中一个当8086指令队列中有两个空字节时,BIU自动把指令取到队列中2.EU从指令队列取指，执行。执行过程中如果要访问存储器或I/O,而此时，BIU正在取指，完成取指后，响应EU的总线请求。3.指令队列已满，EU又没有总线访问，BIU进入空闲状态2.2.4存储器组织20条地址线→寻址能力地址范围220=1M字节→00000～FFFFFH190物理地址加法器段基址偏移地址1501500000偏移地址段首地址00000H42320H42386H…乘以16物理地址例：已知IP=66H,CS=4232HCS×16=42320H段首址IP=66H偏移地址下一条指令物理地址采用段寄存器的优点解决了16位寄存器如何访问大于64KB内存空间的问题可以实现程序的重定位物理地址：1MB存储区域中的实际地址（20位的地址）逻辑地址：程序中出现的地址，由段地址和段内偏移量组成（注：段地址和段偏移量都是16位的二进制数）存储器管理就是将程序中的逻辑地址转换成物理地址的结构物理地址=段地址×16+偏移量*同一物理地址可以有不同的段地址和偏移量对8086/8088而言特殊的存储区域中断向量区：00000H～003FFH共1KB用以存放256种中断类型的中断向量每个中断向量占用4字节单色显示器显示缓冲区：B0000H～B0F9FH约25×80×24000字节，存放文本方式下所显示字符的ASCII码及属性码；彩色显示器的显示缓冲区：B8000H～BBF3FH约16KB，存放图形方式下屏幕显示像素的代码。2.38086/8088微处理器

的工作模式及外部结构工作模式最小工作模式：所有的总线控制信号都直接由8088/8086产生最大工作模式：8088/8086要通过总线控制器8288来形成各种总线周期，控制信号由8288供给MN/MX=VCCMN/MX=GND单CPU系统多CPU系统2.3.1指令周期、总线周期、时钟周期取指令译码执行每条指令一系列控制信号指令周期：执行一条指令所需要的时间总线周期：CPU从存储器或I/O端口存取一次所需要的时间（BusCycle）访问一次总线的时间分析执行每一条指令的时间不同一个基本的总线周期由4个T状态组成2.3.1指令周期、总线周期、时钟周期是微机系统工作的最小时间单位时钟周期：系统完成任何操作所需要的时间，均是时钟周期的整数倍。取决于系统的主频率T状态CLKT1T2T3T4总线周期8088CPU的主频率为5MHz，时钟周期（一个T状态）为200ns基本总线周期存储器读或写输入输出的读或写中断响应一个最基本的总线周期通常包括4个T状态2.3.28086/8088CPU的引脚信号和功能8080/80858位16位64KB408088/808616位20位1MB40数据线地址线直接寻址引脚数双功能引脚的功能转换分时复用同一引脚在一个总线周期的不同时钟周期内其功能不同根据工作模式定义引脚的功能1.两种模式下，名称和功能相同的32个引脚（2）AD15～AD0地址/数据复用总线，双向，三态（8088中A15～A8不复用，输出，三态）（3）A19/S6～A16/S3，地址/状态线复用，输出，三态S4S3当前段寄存器00使用附加段寄存器01使用堆栈段寄存器10使用代码段寄存器11使用数据段寄存器（1）Vcc、GND单一电源、两个地（4）NMI，非屏蔽中断，输入（6）CLK，时钟信号，输入（7）RESET，复位信号，输入（至少保持4个时钟周期的高电平）CPU立即停止操作，清FR，DS，ES，SS、IP及指令队列。同时，置CS为FFFFH。当RESET变为低电平时，CPU从FFFF0H单元开始启动。牢记（5）RD，读信号，输出，三态，低电平有效INTR，可屏蔽中断请求信号，输入1.两种模式下，名称和功能相同的32个引脚（8）READY，准备好信号，输入=VCC最小工作方式（单CPU方式）=GND最大工作方式（多CPU方式）MN/MXMN/MX（10）MN/MX，最小/最大模式控制引脚，输入（9）TEST，测试信号，输入，低电平有效（11）BHE/S7（8086）高8位数据线允许/状态信息复用引脚，输出1.两种模式下，名称和功能相同的32个引脚

8086的存储器结构奇地址存储器偶地址存储器A0A19～A1D7～D0D15～D8（34）512K*8512K*8D7～D0D7～D000005H00004H00003H00002H00001H00000H…一个字BHEA000字操作01奇地址高位字节10偶地址低位字节BHESELSEL2.最小工作模式的24~31引脚（1）INTA（QS1）中断响应，输出，三态，低电平有效（3）DEN（S0）数据允许信号，输出，三态，低电平有效括号中是最大工作模式下的引脚功能常用的地址锁存器有8282/8283、74LS373（2）ALE（QS0）地址锁存允许信号，输出，三态，高电平（4）DT/R（S1）数据发送/接收控制，输出，三态（6）WR（LOCK）写信号，输出，三态，低电平有效（7）HOLD（RQ/GT0）请求占用总线信号，输入，高电平有效（总线保持请求信号）（8）HLDA（RQ/GT1）同意让出总线信号，输出，高电平有效（总线保持响应信号）（5）M/IO（S2）存储器/IO控制，输出，三态8088M/IO2.最小工作模式的24~31引脚QS1（24）QS0（25）性能00无操作01取指令队列中指令操作码的第一字节10队列空11取队列中的其它字节（1）QS1和QS2指令队列状态信号，输出（ALEINTA）3.最大工作模式的24~31引脚S2（28）S1（27）S0（26）性能000中断响应001读I/O端口010写I/O端口011暂停100取指101读存储器110写存储器111无源（2）总线周期状态信号，输出，三态3.最大工作模式的24~31引脚（3）LOCK总线封锁信号，输出，三态，低电平有效（4）RQ/GT1、RQ/GT0双向总线请求/允许信号，双向3.最大工作模式的24~31引脚2.3.38086在最小工作模式和最大工作模式下的典型配置收发器8286（二片）8284A地址锁存器8282（三片）控制总线控制总线+5VSTBOET数据总线地址总线BHEREADYRESETCLKMN/MXRESETALEREADYBHEA19～A16AD15～AD08086

DENDT/RM/IOWRRDHOLDHLDAINTRINTA74LS373替代74LS245替代20位地址总线数据总线控制总线1.最小模式下的典型配置8282AD0AD1AD2AD3AD4AD5AD6AD7AD8AD9AD15A16A17A18A19BHE

数据…DI0DO0DI1DO1DI2DO2DI3DO3DI4DO4DI5DO5DI6DO6DI7DO7DI0DO0DI1DO1DI7DO7ALESTBSTBSTB…地址808682828282OEOE

8282锁存器与8086的连接8286T

8286收发器和8088的连接8088数据总线AD0AD1AD2AD3AD4AD5AD6AD7A0A1A2A3A4A5A6A7B0B1B2B3B4B5B6B7接地址锁存器OEOETDENDT/R011总线控制器8288状态译码器控制电路命令信号发生器控制信号发生器MRDCMWTCAMWTCIORCAIOWCINTAIOWCDT/RDENMCE/PDENALES2S1S0CLKAENCENIOB状态信号控制输入总线命令信号总线控制信号相当于RD和M/IO的组合相当于WR和M/IO的组合超前写信号状态信号控制输入2.最大模式下的典型配置8284ACLK8282锁存器（3个）8286收发器（2个）8288总线控制器8259A及有关电路地址总线数据总线控制总线ReadyResetCLKRESETREADYMN/MXBHEA19~A16S0S1S2OETRQ/GT1RQ/GT0INTRAD15~AD08086中断请求INTABHEOE2.最大模式下的典型配置2.48086/8088微处理器的基本时序CPU的基本时序最小模式下的典型时序最大模式下的典型时序时序：是计算机操作运行的时间顺序2.4.1最小模式下的典型时序T1T2T3T4CLKALE1.8086最小工作模式下的总线读周期M/IOA19～A16S6～S3BHERDDT/RDENAD15~AD0高=M地址地址低=IO输出输出S6～S3数据输入如果是8088有哪些不同？数据TwCLKALEM/IOA19～A16S6～S3RDDT/RDENAD15~AD0具有等待状态的总线读操作BHET1高=M地址地址READY低=IO输出输出T2S6～S3T3输入T42.最小模式下的总线写操作（8086）T1T2T3T4CLKALEM/IOA19～A16S6～S3BHEWRDT/RDENAD15~AD0数据S6～S3高=M地址地址输出读操作和写操作有哪些不同？***输出低=IO输出3.中断响应周期T1T2T3T4T1T1T1T1T2T3T4三个空闲状态LCKALEAD7～AD0INTA中断类型INTA4.系统的复位和启动操作CLK无作用状态浮空三态门输出信号RESET输入8086/8088的启动和复位信号内部RESET①CPU立即停止操作，清FR，DS，ES，SS、IP及指令队列。同时，置CS为FFFFH。当RESET变为低电平时，CPU从FFFF0H单元开始启动。进入内部RESET后5.总线占用周期≈≈≈≈CLKHOLDHLDA所有三态总线8086/8088总线请求/响应时序图T4或T16.总线空操作总线空操作期间，是BIU对EU的一种等待空操作：CPU与存储器或I/O端口之间没有数据传送总线接口单元BIU不工作，EU仍然工作。2.4.2最大模式下的典型时序T1T2T3T4CLKALES2S1S0A19～A16S6～S3DT/RDENAD15~AD0BHES2S1S0地址地址输出输出S6～S3数据输入1.最大模式下的总线读周期MRDC或IORDC8288产生S2S1S0=111MRDC或IORC2.最大模式下的总线写周期T1T2T3T4CLKALES2S1S0A19～A16S6～S3DT/RDENAD15~AD0BHES2S1S0=110地址地址输出输出S6～S3数据输入MWTC或IOWC8288产生S2S1S0=111MWTC或IOWCAMWC***2.58086至Pentium系列微处理技术概述20世纪80年代中期开始80386、80486、Pentium、PentiumPro、PentiumMMX、……、Pentium4等浮点运算部件集成在片内，采用了时钟倍频技术、流水线、虚拟存储及片内存储体分段分页双重保护和管理等技术。主要特点：为在微机环境下实现多任务多用户操作提供了支持指令指针控制ROM控制部件地址生成(U流水线)地址生成(V流水线)ALU(U流水线)ALU(V流水线)整数寄存器组桶形移位器8K字节数据高速缓存TLB浮点部件控制寄存器组加法除法乘法总线部件页面部件预取缓冲器指令译码器8K字节代码高速缓存TLB分支目标缓冲器分支检验与目标地址预取地址控制64位数据总线32位地址总线32位地址总线64位数据总线256323232323232Pentium微处理器内部结构2.5.2Pentium微处理器的特点（1）Pentium由U和V两条指令流水线构成了超标量流水线结构（2）重新设计的浮点部件（3）独立的指令和数据Cache（4）分支预测（5）采用64位外部数据总线2.5.3Pentium微处理器的程序设计模型80X86寄存器组寄存器程序可见寄存器程序不可见寄存器通用寄存器专用寄存器段寄存器系统级寄存器80286以上SPBP

80X86寄存器组AHALBHBLCHCLDHDLAXBXCXDX150通用寄存器累加器基地址寄存器计数器数据寄存器8086/8088堆栈指针基址指针源变址目的变址31EAXEBXECXEDXESPEBPESIEDI80386以上DISI专用寄存器IPSP指令指针寄存器标志寄存器用来存放代码段的偏移地址，总是指向下一条指令的首地址FLAGS150段寄存器代码段寄存器数据段寄存器堆栈段寄存器附加段寄存器CSDSSSESFSGS80386以上EIPESPEFLAGS31×××OFDFIFTFSFZF×AF×PF××CF1511109876543210进位标志奇偶标志半进位标志零标志符号标志中断标志单步标志溢出标志方向标志标志位寄存器IOPLI/O特权级标志141312NT任务嵌套标志80286××××××××××VMRF31212019181716恢复标志虚拟方式标志××××80386AC对准检查标志80486IDVIPVIF虚拟中断暂挂标志标识标志虚拟中断标志Pentium2.Pentium的存储器和I/O地址空间（1）存储地址空间Pentium微处理器定义了三个地址空间，分别是虚拟空间、线性空间和物理空间。虚拟空间又称逻辑空间，是应用程序员编写程序的空间，其相应的地址称为虚拟地址或逻辑地址。物理空间也称主存空间，是计算机中主存储器的实际空间，相应的地址称为物理地址或主存地址。Pentium微处理器能访问的物理空间可达232B（4GB）。逻辑地址（即虚拟地址）由一个选择子和一个偏移量组成。选择子是段寄存器的内容，偏移量与所有寻址分量（基地址、变址、位移）相加形成有效地址。(2)输入/输出（I/O）地址空间Pentium微处理器有两个独立的物理空间：存储空间、I/O空间

4GBFFFFFFFFH00000000H物理存储空间物理I/O空间64KB0000FFFFH00000000H2.5.4Pentium微处理器的工作模式实地址模式（RealAddressMode）保护虚拟地址模式（ProtectedVirtualAddressMode）

虚拟8086模式

80486以上实地址模式（RealAddressMode）（1）实地址模式的主要特点寻址机构、存储器管理和中断机构均与8086一致。操作数的默认长度是16位，但允许访问32位寄存器组；在使用32位寄存器组时，指令中要加上前缀，以表示越权存取。不用虚拟地址的概念，主存储器的容量最大为1MB；采用分段方式，每个段大小固定为64KB。在实地址模式下，存储器中保留两个固定区域，一个是初始化区域，另一个是中断向量区域。前者地址为FFFF0H～FFFFFH，后者地址为00000H～003FFH。实地址模式（RealAddressMode）（1）实地址模式的主要特点寻址机构、存储器管理和中断机构均与8086一致。操作数的默认长度是16位，但允许访问32位寄存器组；在使用32位寄存器组时，指令中要加上前缀，以表示越权存取。不用虚拟地址的概念，主存储器的容量最大为1MB；采用分段方式，每个段大小固定为64KB。在实地址模式下，存储器中保留两个固定区域，一个是初始化区域，另一个是中断向量区域。前者地址为FFFF0H～FFFFFH，后者地址为00000H～003FFH。（2）实地址模式下的存储空间和存储器寻址只使用地址线的低20位，分页功能是不允许的，线性地址就是物理地址。1MB的内存单元的物理地址按照00000H～FFFFFH来进行编址。存储器寻址与8086/8088一致，同样采用“段偏移”的寻址模式。实地址模式（RealAddressMode）（3）实地址模式下保留的地址空间地址0000:0000H～0000:03FFH是中断向量区，每一中断向量占用4个字节；地址FFFF:FFF0H～FFFF:FFFFH为系统初始化区，当加电或复位时，物理地址自动置为FFFF0H。保护虚拟地址模式①存储器用虚拟地址空间、线性地址空间和物理地址空间三种方式来进行描述。在保护模式下，寻址机构不同于8086，需要通过一种称为描述符表的数据结构来实现对内存单元的访问。特点：②在保护模式下，借助于分段分页部件的功能将磁盘等存储设备效映射到内存，使逻辑地址空间大大超过实际的物理地址空间，使可以使用的主存储器容量很大。③既能进行16位运算，也能进行32位运算。保护虚拟地址模式保护模式支持多任务的工作模式。它提供了一系列的保护机制，如任务地址空间的隔离，设置特权级(0～3共4个特权级)，设置特权指令，进行访问权限(如只读、只执行)及段限检查等。80386以上的微处理器在保护模式下可以访问4G字节的物理存储空间，段的长度在启动分页功能时是4G字节，不启动分页功能时是1M字节，分页功能是可选的。在这种方式下，可以引入虚拟存储器的概念，以扩充编程者所使用的地址空间。虚拟8086模式虚拟8086模式又称“V86模式”。它是既有保护功能又能执行8086代码的工作模式，是一种动态工作模式。在这种工作模式下，处理器能够迅速、反复进行V86模式和保护模式之间的切换，从保护模式进入V86模式执行8086程序，然后离开V86模式，进入保护模式继续执行原来的保护模式程序。

保护模式实模式虚拟8086模式复位复位复位复位PE=1PE=0作业切换中断返回中断、异常图注：(1)PE——保护模式允许，是80x86控制寄存器CR0的一位(2)异常——80286以上的处理器中，称“内部中断”为异常(exception)三种工作模式的转换2.6嵌入式系统和嵌入式处理器概述嵌入式系统：

是以应用为中心，以计算机技术为基础，软件、硬件可裁剪，适用于应用系统。对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。1.嵌入式处理器的特点对实时多任务有很强的支持能力具有功能很强的存储区保护功能可扩展的处理器结构低功耗2.嵌入式处理器的分类根据应用领域分类：（1）嵌入式微处理器（EmbeddedMicro-processorUnit，EMPU）（2）嵌入式微控制器（MicrocontrollerUnit，MCU）（3）嵌入式DSP处理器（EmbeddedDigitalSignalProcessor，EDSP）（4）嵌入式片上系统（SystemOnChip，SOC）嵌入式微处理器嵌入式微处理器的基础是通用计算机中的CPU。在应用中：将微处理器装配在专门设计的电路板，只保留和嵌入式应用有关的母板功能，大幅度减小系统体积和功耗。优点：体积小、重量轻、成本低、可靠性高嵌入式微处理器主要有Am186/88、386EX、SC-400、PowerPC、Motorola68000、MIPS、ARM系列等。

返回嵌入式微控制器

嵌入式微控制器又称单片机，就是将整个计算机系统集成到一块芯片中。嵌入式微控制器一般以某一种微处理器内核为核心，芯片内部集成ROM/EPROM、RAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、WatchDog、I/O接口、脉宽调制输出、A/D、D/A、FlashRAM、EEPROM等各种必要功能部件和外设。特点：单片化，体积大大减小，功耗和成本下降、可靠性提高。通用系列包括8051、P51XA、MCS-251、MCS-96/196/296、C166/167、MC68HC05/11/12/16、68300等。半通用系列，如支持USB接口的MCU8XC930/931、C540、C541；支持I2C、CAN-Bus、LCD及众多专用MCU和兼容系列。

返回嵌入式DSP处理器DSP的内部集成了CPU、ROM、RAM、I/O接口、定时器、串行口等诸多功能部件。主要特性：处理速度快。一般：几十MIPS；高性能：1600MIPS代表性的嵌入式DSP处理器：TexasInstruments的

TMS320系列和Motorola的DSP56000系列。返回嵌入式片上系统分为通用和专用两类：通用系列：包括Infineon（Siemens）的TriCore、Motorola的M-Core、某些ARM系列器件、Echelon和Motorola联合研制的Neuron芯片等。专用SOC：一般专用于某个或某类系统中，代表性的产品是Philips的SmartXA返回第3章8086/8088指令系统3.18086/8088指令格式与寻址方式3.2数据传送类指令3.3算数运算类指令3.4逻辑运算与移位指令3.5串操作类指令3.6控制转移类指令3.7标志处理和处理器控制类指令3.18086/8088指令格式与寻址方式机器指令操作码地址码操作数或操作数的地址表示该指令所要完成的操作二进制代码3.1.1指令的基本格式汇编语言：符号化了的机器语言，用助记符代替机器语言的二进制代码。2.8086/8088汇编语言指令标号：指令助记符操作数；注释，a～z、A～Z、0～9或某些特殊符号（@，-，？）第一个字符必须是字母或某些特殊符号（@，-，？）？不能单独使用标识符有效长度为31个字符标识符：例：MOVAL，80H3.1.2指令的寻址方式指令的寻址方式顺序寻址方式跳转寻址方式3.1.38086/8088操作数的寻址方式1.立即数寻址操作数就包含在指令当中MOVAL，80H；将十六进制数80H送入ALMOVAX，1090H；将1090H送入AX源操作数目的操作数例：立即数可以是8位、16位立即数只能是整数，不能是小数、变量或其它类型的数据立即数只能作为源操作数