大综合课件微机原理上课章

1微机原理与应用总学时：80学时授课：56学时实验：24学时2第一章微型计算机基础知识1.1微型计算机概述1.2

8086/8088微处理器

31.1微型计算机概述一、通用计算机的结构二、微型计算机的基本结构三、微型计算机的特点及发展四、微型计算机的分类五、微处理器、微型计算机和微型计算机

系统4一、通用计算机的结构输入设备输出设备运算器存储器控制器主机外部设备主机＋外部设备＋电源＝计算机硬件CPU中央处理单元5二、微型计算机的基本结构

由CPU、存储器、输入/输出接口电路和系统总线构成。CPUABDBCBROMRAMI/O接口外设数据信息控制信息状态信息6三、微型计算机的特点和发展（一）特点

1.体积小，重量轻

2.价格低廉

3.可靠性高，结构灵活

4.应用面广（二）发展

提高集成度、提高功能和速度、增加外围电路的功能和种类。7四、微型机的分类按微处理器的字长作为微型机的分类标准:1.4位微处理器：Intel4004,4040

2.8位微处理器：Z80,Intel8080

3.16位微处理器：Intel8086/8088

4.32位微处理器：Intel80386/80486/Pentium

5.

64位微处理器：81.

4位微处理器：Intel4004,40401971年由Intel为高级计算器生产开发Intel4004，后改进为通用的4位微处理器Intel4040。1972年Intel生产8位微处理器Intel8008。以上统称为第一代微处理器。92.

8位微处理器：Z80,Intel8080

1973-1977年由Intel生产开发Intel8080/8085，Zilog生产开发Z80,Motorola生产开发6800、6802。处理速度为2－4M。统称为第二代微处理器。103.

16位微处理器：Intel8086/80881977年由Intel生产开发Intel8080/8085，Zilog生产开发Z8000,Motorola生产开发M68000、6802。处理速度为4－8M。具有16位处理能力，统称为第一代超大规模集成电路微处理器。1981年8088芯片首次用于IBM

PC中，开创了全新的微机时代。个人电脑概念在全世界范围内发展起来。个人电脑从此走进人们的工作和生活。1982年由Intel生产开发Intel80286。处理速度为20M。

IBM将其用于AT（先进技术）机中，引起了极大的轰动。国内直到90年代初才开始普及计算机，当时一台286机器的价格约为1.5万元。114.

32位微处理器：Intel80386/80486/Pentium1985年正式发布，开创了32位微处理器；时钟频率为33M，80386使32位CPU成为PC工业的标准。1989年80486推出，时钟频率可达50M。并由此出现了CPU倍频技术该技术使CPU内部工作频率可达处理器外频的2－3倍1993年全面超越486的新一代586

CPU问世，为了摆脱486时代处理器名称混乱的困扰，Intel把自己新一代产品命名为Pentium(奔腾），以区别当时AMD及CYRIX的产品。内部时钟频率为75－120M。1997－1998年出现PentiumII,内部时钟为350－400M，外部时钟首次采用100M。1999年出现PentiumIII,将外部时钟提高到133M，内部时钟达到1000M（1G）。2000年底Intel推出Pentium4,内部时钟达到了1.4G以上125.

64位微处理器：64位处理器竞争日趋激烈，除去IBM、HP、Motorola、Sun之外，Intel发布的64位Itanium引起业界震动，AMD也推出下一代64位微处理器架构——“Hammer”。处理器字长从32位提升到64位，使地址范围大量扩充，内存容量、数据传输速度、处理速度和精度等性能指标也将随之提升。现有的操作系统不再适用。13五、微处理器、微型计算机和微型计算机系统（一）微处理器CPUCPU应具备的功能：1.可以进行算术和逻辑运算2.可保存少量数据3.能对指令进行译码并执行规定的动作4.能和存储器、外设交换数据5.提供整个系统所需要的定时和控制6.可以响应其他部件发来的中断请求14CPU在内部结构上应包含：1.算术逻辑部件（ALU）2.累加器和通用寄存器组3.程序计数器PC（指令指针IP）、指令寄存器IR和译码器ID4.时序和控制部件（一）微处理器CPU15

由CPU、存储器、输入/输出接口电路和系统总线构成。（二）微型计算机CPUABDBCBROMRAMI/O接口外设数据信息控制信息状态信息16

微型计算机系统软件外部设备存储器（ROM，RAM）输入/输出接口系统总线外围设备系统软件算术逻辑部件控制部件内部总线累加器、寄存器微处理器微型计算机微型计算机系统（三）微型计算机系统171.2

8086/8088微处理器一、8086/8088的寄存器结构二、8086/8088的编程结构三、8086/8088的存储器组织四、8086/8088的IO端口组织五、8086/8088的状态标志寄存器181.2

8086/8088微处理器8086－－Intel系列的16位CPU，2.9万个晶体管，HMOS工艺，单一5V，时钟5~10MHz。8086有16根数据线，20根地址线，寻址空间1MB。8088有外部数据线8根，20根地址线，寻址空间1MB。19一、8086/8088的寄存器结构通用寄存器数据寄存器AH

ALBH

BLCH

CLDH

DLAXBXCXDX累加器基数计数数据指针寄存器SPBP堆栈指针基数指针变址寄存器SIDI源变址目的变址控制寄存器IPPSW指令指针状态标志段寄存器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八个8位或四个16位也可作为16位数字寄存器20二、8086/8088的编程结构8086/8088的编程结构是一种按功能划分的结构。分成两个部分：

总线接口部件（BIU）

执行部件（EU）21图2.18086的编程结构外部总线通用寄存器AHALBHBLCHCLDHDLSPBPDISI运算寄存器标志执行部分控制电路ALUEUBIU123456CSDSSSESIP内部暂存器I/O控制电路

指令队列缓冲器20位16位段RIP存储器I/O接口取指执行存结果取指执行存结果221.总线接口部件（BIU）功能：负责与存储器、外设端口传送数据。组成：4个段寄存器

指令指针寄存器IP

20位地址加法器

指令队列－－6个字节（8086）

4个字节（8088）232.执行部件（EU）功能：负责指令的执行。组成：4个数据寄存器

2个指针寄存器

2个变址寄存器

1个状态标志寄存器

1个算术逻辑单元（ALU）243.BIU和EU的动作管理（1）指令队列中有2个字节空（对8086而言）或1个字节空（对8088而言），BIU取指令；（2）EU从指令队列中取指令执行；（3）指令队列已满，EU对BIU又没有总线要求，BIU处于空闲状态；（4）在执行转移指令、调用指令和返回指令时，指令队列中的字节就没有用了。25三、8086/8088的存储器组织1.存储单元存储器是以字节（8位二进

制数）为单位存储信息。每个存储单元分配一个唯一

的地址。存储器的容量以K（1K＝

210＝1024）为基本单位。如果数据以字为单位，该

如何表示呢？00000H00001H00002H00003HFFFFCHFFFFDHFFFFEHFFFFFH地址存储器

78H1AH内容26三、8086/8088的存储器组织（续）1.存储单元（续）如果数据以字为单位，该

如何表示呢？00000H00001H00002H00003H00004H00005H00006HFFFFCHFFFFDHFFFFEHFFFFFH地址存储器AB12规则存放AB34不规则存放一个字在存储器中要占用连续的两个字节单元，其地址采用这两个单元的低地址表示。[00002H]=12ABH[00005H]=34ABH27三、8086/8088的存储器组织2.存储器的分段编址在8086/8088的系统中，采

用了存储器地址分段管理

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

据需要来确定。段的起始地址亦可任意，

但约束条件是：20位地址

中的低4位要求为0。28物理地址＝段基地址

16＋位移量如何形成20位物理地址？其计算公式如下：（3）由于访问存储器的操作数类型不同，偏移地址的来源不一样。偏移地址的来源和访问存储器类型的关系见下表。

段基地址偏移地址段基地址0000物理地址150150

左移4位15030190

说明：（1）计算公式的意思，是将段寄存器（CS、SS、DS或ES）中的内容向左移四位（二进制），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图。29地址形成原理3031段区分配方案一：段区分配方案二：64K程序64K数据64K堆栈64K附加MCSDSSSES0100H2100H4600HA000H段寄存器00000H01000H21000H46000HA0000H4K程序2K数据100H堆栈CSDSSS0100H0200H0280H

段寄存器01000H02000H02800H32访问存储器类型与偏移地址来源的关系访问存储器类型取指令堆栈操作访问变量源字符串目的字符串基址数据、BP间址隐含段基地址CSSSDSDSESSS可代换的段基地址无无CS/ES/SSCS/ES/SS无CS/DS/SS位移量IPSP有效地址EASIDI有效地址EA物理地址计算公式CS16＋IPSS16＋SPDS16＋EADS16＋SIES16＋DISS16＋EA33三、8086/8088的存储器组织（续）说明：以8088为CPU的IBM

PC系统中，存储器首尾两部分的用法是固定的。即（1）00000H~003FFH共1K存储单元用来存放中断向量－－中断向量表。（2）FFFF0H~FFFFFH，最底部的16个单元，当系统加电复位时，会自动转到存储器底部的FFFF0H单元执行。34[例]：已知CS=1055H，DS=250AH，ES=2EF0H，SS=8FF0H，

DS段有一操作数，其偏移地址=0204H，

1)画出各段在内存中的分布

2)指出各段首地址

3)该操作数的物理地址=？10550H250A0H2EF00H8FF00HCSSS

CSDSES解：各段分布及段首址见右图所示。操作数的物理地址为：

250AH×10HH=252A4H35堆栈及堆栈段的使用内存中一个按LIFO方式操作的特殊区域每次压栈和退栈均以WORD为单位SS存放堆栈段地址，SP存放段内偏移，SS:SP构成了堆栈指针堆栈用于存放返回地址、过程参数或需要保护的数据常用于响应中断或子程序调用36若已知SS=0200H,

SP=0008H,

CX=12FAH,操作示意图如图所示：0200000812FA2000SS段

首地址新栈顶FA12原栈顶200620072008+–2SSSPCX12FAHPUSHCX的操作过程

入栈指令PUSHPUSHCX37操作示意图如图所示：0200000612FA2000SS段

首地址原栈顶FA12新栈顶200620072008++2SSSPCX12FAHPOPCX的操作过程

×16出栈指令POPPOPCX38SPSSSS压栈前退栈后高低低高高12HSSF0HSP压栈后低高SPSPSPF0H12HSPPUSHAXPOPBXAX=12F0HBX=12F0H39堆栈操作对标志位的影响状态标志寄存器进栈指令PUSHF

出栈指令POPF

追踪标志TF只有通过PUSHF将整个标志寄存器进栈，然后改变栈顶存储单元的D8位，再用POPF指令出栈。40四、8086/8088的IO端口组织8086/8088系统和外部设备之间连接示意图：

端口I/O接口I/O外设数据状态控制CPUABDBRDWRM/IO41五、8086/8088的状态标志寄存器PSW（F）按功能可分为：

状态标志

控制标志1514131211109876543210

OFDFIFTFSFZFAFPFCF

42五、8086/8088的状态标志寄存器1.状态标志CF－进位标志，CF＝1，有进位；CF＝0，无进位。PF－奇/偶标志，PF＝1，结果低8位偶数个“1”；否则为0。AF－辅助进位标志，AF＝1，第3位向第4位有进位；否则为0。ZF－零标志，ZF＝1，结果为0；否则为0。SF－符号标志，与运算结果的最高位相同。OF－溢出标志，OF＝1，运算过程中产生了溢出。151413121110987654