简介微型计算机概述教学教案

2.0微型计算机的发展2.1微型计算机的基本结构2.28088(8086)CPU2.3系统总线的形成

第2章微型计算机概述微型计算机的发展

2.0计算机的发展按照性能价格体积的不同分为巨型机大型机中型机小型机微型机单片机微型计算机的发展微型计算机的发展(upmpCPU)第一代1971~197340048008第二代1973~197580806800第三代1975~1984Z808085 8086 8088第四代1984~现在80286803868048680586(Pentium)微型计算机的特点:功能强可靠性高价格低适应性强周期短体积小重量轻耗电省维护方便图2.1微型计算机的硬件结构微型计算机主要由如下几个部分组成：微处理器或称中央处理单元(CPU)、内部存贮器(简称内存)、输入输出接口(简称接口)及系统总线。(1)CPUCPU是一个复杂的电子逻辑元件，它包含了早期计算机中的运算器、控制器及其他功能，能进行算术、逻辑及控制操作。是计算机系统的核心部件，具有以下功能：1.进行算术和逻辑运算；2.具有接收存储器和I/O接口来的数据和发送数据给存储器和I/O接口的能力；3.可以暂存少量数据；4.能对指令进行寄存、译码并执行所规定的操作；5.提供整个系统所需要的定时和控制信号；6.可响应I/O设备的中断请求。

(2)内存顾名思义，所谓内存就是指微型计算机内部的存贮器。它直接连接在系统总线上，用来存放要执行的程序及数据。数据的读出与写入。地址：存储器由许多单元组成，为区分各个存储单元，就给每个存储单元编上号码，存储单元的号码就称为地址。一般用十六进制数表示。内容：每个存储单元中存放的8位二进制。注意：地址与内容的区别

(3)系统总线所谓总线就是用来传送信息的一组通信线。由图2.1可以看到系统总线将构成微型机的各个部件连接到一起，实现了微型机内部各部件间的信息交换。称这种总线为内总线。包括地址、数据、控制总线三类。微型机外部与其他外设和计算机进行通信的连接线称为外总线。(4)接口：微型计算机广泛地应用于各个部门和领域，所连接的外部设备是各式各样的。为了使计算机与外设能够联系在一起，相互匹配有条不紊地工作，就需要在计算机与外设间接一个中间部件，使计算机正常工作，该部件就叫做输入输出接口。2.软件系统微型计算机要正常工作，必须软硬件相结合。微型计算机软件系统包括系统软件和应用软件两大类。(1)系统软件系统软件用来对构成微型计算机的各部分硬件，如CPU、内存、各种外设进行管理和协调，使它们有条不紊高效率地工作。同时为其它程序的开发、调试、运行提供一个良好的环境。它包括操作系统和在操作系统平台下运行的各种高级语言、数据库系统、工具软件及汇编语言等。在操作系统支持下，用户可以开发应用软件。(2)应用软件应用软件是针对不同应用，实现用户要求的功能软件，例如，Internet网点上的Web页、各部门的MIS程序、CIMS中的应用软件以及生产过程中的监测控制程序等等。应用程序由用户编写，根据微型机应用系统的资源情况来选择用高级语言或汇编语言。2.1.2微型计算机的工作过程微型机为完成某种任务，常将任务分解成一系列的基本动作逐一完成。CPU进行简单的算术运算或逻辑运算，或从存贮器取数，将数据存放于存贮器，或由接口取数或向接口送数，这些都是一些基本动作，也称为CPU的操作。例如用微型计算机求解“7+10=?”这样一个极为简单的问题，必须利用指令告诉计算机该做的每一个步骤，先做什么，后做什么。具体步骤就是：7→ALAL+10→AL其含义就是把7这个数送到AL里面，然后将AL中的7和10相加，把要获得的结果存放在AL里。把它们变成计算机能够直接识别并执行的程序如下：1011000000000111第一条指令0000010000001010第二条指令11110100第三条指令这种用二进制编码表示的、CPU能直接识别并执行的指令称为机器语言。显然它不易记忆、不直观、易出错。

利用助记符加上操作数来表示指令就方便得多了。上面的程序可写成：MOVAL，7ADDAL，10HLT程序中第一条指令将7放在AL中；第二条指令将AL中7加上10并将相加之和放在AL中；第三条指令是停机指令。当顺序执行完上述指令时，AL中就存放着要求的结果。

2.28088(8086)CPU

2.2.1概述目前，16位微处理器有很多产品，如：M68000,Z8000,8086/8088,80286等，考虑到IBM-PC机较普及，重点介绍8088。8086与8088的区别在于前者为16条数据线，后者为8条数据线，程序可移植。8088是8080和8085的改进型，像8080和8085一样，它的指令是以字节为基础构成的，它的性能的提高，主要依赖于采取了以下一些特殊措施。1.建立4字节的指令预取队列，使取指和执行并行进行。2.设立地址段寄存器，扩大CPU寻址范围。3.在结构上和指令设置方面支持多微处理器系统，提高处理能力。图2.2一般8位处理器与8088处理器指令执行过程对比(a)一般8位处理器的指令执行过程；(b)8088处理器的指令执行过程2.2.28088CPU引线及其功能8088CPU是一块具有40条引出线的集成电路芯片，其各引出线的定义如图2.3所示。为了减少芯片的引线，有许多引线具有双重定义和功能，采用分时复用方式工作，即在不同时刻，这些引线上的信号是不相同的。用MN//MX引线决定CPU工作模式，等于1时为最小模式：只有8088CPU，系统总线由CPU的引线形成；等于0时为最大模式，微型机除了8088CPU外，还有其它的CPU，如8087；总线由CPU引线和总线控制器8288共同形成。图2.38088处理器芯片引线图1.最小模式下的引线在最小模式下，8088CPU的引线如图2.3所示(不包括括号内的信号)。它们是：A16~A19/S3~S6:这是4条时间复用、三态输出的引线。当用作S3~S6时，S6始终为低，S5指示状态寄存器中的中断允许标志的状态，在每个时钟周期开始时被更新；S4和S3用来指示现在正使用的段寄存器。I/O操作时，仅使用16位地址，故在送地址时，4条线输出为低；在复位或DMA操作时，它们出于高阻、浮空、三态。表2.1S4,S3的状态编码S4S3所代表段寄存器00数据段寄存器01堆栈段寄存器10代码段寄存器或不使用11附加段寄存器A8~A15:它们是三态输出引线。在CPU寻址内存或接口时，由这些引线送出地址A8~A15。在某种特殊情况下，这些引线也可以处于高阻状态。AD0~AD7:它们是地址、数据时分复用的输入输出信号线。其信号是经三态门输出的。:它是CPU的输出(三态)控制信号，用来区分当前操作是访问存贮器还是访问I/O端口。为0时访问存储器，为1时访问I/O端口。:它是CPU的输出控制信号(三态)。该引脚输出为低电平时，表示CPU正处于写存贮器或写I/O端口的状态。:该引脚是CPU的输出控制信号(三态)，用于确定数据传送的方向。高电平为发送；低电平为接收。:这是CPU经三态门输出的控制信号。判断数据总线上是否有有效数据。ALE:三态输出控制信号，高电平有效。地址锁存信号。:它是读选通输出信号(三态)，低电平有效。READY:它是准备就绪输入信号，高电平有效。INTR:它是可屏蔽中断请求输入信号，高电平有效。:它是可用WAIT指令对该引脚进行测试的输入信号，低电平有效。NMI:它是非屏蔽中断输入信号，边沿触发，正跳变有效。RESET:它是CPU的复位输入信号，高电平有效。:它是CPU输出的中断响应信号，是CPU对外部输入的INTR中断请求信号的响应，送出2个负脉冲。HOLD:它是高电平有效的输入信号，用于向CPU提出保持请求。HLDA:它是CPU对HOLD请求的响应信号，高电平有效。:是一条状态输出线。见表2.4。CLK:这个是时钟信号输入端。标准为5MHz。VCC:它是5V电源输入引脚。GND:它是接地端。表2.2复位后的内部寄存器状态表2.3复位后各引脚的状态表2.4状态编码2.最大模式下的引线当加上低电平时，8088CPU工作在最大模式之下。此时，除引线24到34之外，其他引线与最小模式完全相同。:这是最大模式下由8088CPU经三态门输出的状态信号。见表2.5:它们是总线请求允许引脚。:它是一个总线封锁信号，低电平有效。QS1、QS0：它是CPU输出的队列状态信号。见表2.6HIGH：在最大模式时始终为高电平输出。表2.5的状态编码表2.6QS1,QS0的状态编码2.2.38088CPU的内部结构1.8088CPU的内部结构8088微处理器内部分为两个部分：执行单元(EU)和总线接口单元(BIU)，如图2.4所示。EU单元负责指令的执行。它包括ALU(运算器)、通用寄存器和状态寄存器等，主要进行16位的各种运算及有效地址的计算。BIU单元负责与存储器和I/O设备的接口。它由段寄存器、指令指针、地址加法器和指令队列缓冲器组成。地址加法器将段和偏移地址相加，生成20位物理地址。图2.48088微处理器的内部结构2.8088处理器中的内部寄存器在8088处理器中，用户能用指令改变其内容的，主要是一组内部寄存器，其结构如图2.5所示。(1)数据寄存器:AX,BX,CX,DX(2)指针寄存器:SP,BP(3)变址寄存器:SI,DI(4)控制寄存器:IP,PSW·C——进位标志位。·P——奇偶标志位。·A——半加标志位。·Z——零标志位。·S——符号标志位。·T——陷阱标志位(单步标志位)。·I——中断允许标志位。·D——方向标志位。·O——溢出标志位。(5)段寄存器:CS,DS,SS,ES举例：78H+25H=9DH;1FH+25H=44H78H011110001FH00011111+5AH01011010+25H00100101

9DH1101001044H01000100AF,PF,CF,ZF,SF,OF2.2.4存贮器寻址1.由段寄存器、段偏移地址确定物理地址如图2.7所示，20位的物理地址是这样产生的：物理地址=段寄存器的内容×16+偏移地址表2.2中已经表明，复位时CS的内容为FFFFH，IP的内容为0000H。复位后的启动地址由CS段寄存器和IP的内容(作为偏移量)共同决定，即：启动地址=CS×16+IP=FFFF0H+0000H==FFFF0H;图2.7物理地址的形成例1：有一块120个字的存储区域，其起始地址为625A:234D，写出这个存储区域首末单元的物理地址。解：存储区域的字节数为2x120=240=0F0H首地址为625AHx10H+234DH=648EDH末地址为648EDH+0F0H-1=649DCH或者625AHx10H+(234DH+0F0H)-1=625A0H+243DH-1=649DCH图2.8各段寄存器的使用情况2.段寄存器的使用段寄存器的设立不仅使8088的存贮空间扩大到1MB，而且为信息按特征分段存贮带来了方便。在存贮器中，信息按特征可分为程序代码、数据、微处理器状态等。下面对表2.8中的内容做简要说明如下：①在各种类型的存贮器访问中，其段地址要么由“默认”的段寄存器提供，要么由“指定”的段寄存器提供。②段寄存器DS、ES和SS的内容是用传送指令送入的，但任何传送指令不能向段寄存器CS送数。③表中“段内偏移地址”一栏指明，除了有两种类型访问存贮器是“依寻址方式求得有效地址”外，其它都指明使用一个16位的指针寄存器或变址寄存器。2.2.5时序在8088CPU中，CPU与内存或接口间进行通信，如将一个字节写入内存一个单元(或接口)，或者从内存某单元(或某接口)读一个字节到CPU，这种读(或)写的过程称为一个总线周期。8088的读总线周期和写总线周期分别表示在图2.9和图2.10中。图2.98088的读总线周期图2.108088的写总线周期

2.3系统总线的形成

2.3.1几种常用的芯片1.带有三态输出的锁存器在形成8088(86)系统总线时，常用到具有三态输出的信号锁存器8282和8283。除前者是正相输出而后者是反相输出外，8282和8283的其他性能完全一样。其引线如图2.11所示。8228与74LS373类似。2.单向三态门驱动器将数个三态门集成在一块芯片中构成单向三态门驱动器，其种类非常多。其中74系列的244就是经常使用的一种三态门驱动器。其引线如图2.12所示。从图2.12可以看到，两个控制端分别控制4个三态门。当其控制端加上低电平时，相应的4个三态门导通；加高电平时，三态门呈高阻状态。3.双向三态门驱动器对于数据总线，可采用双向驱动