最新微型计算机原理(16位)PPT课件.ppt
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1、微型计算机原理微型计算机原理(16(16位位)微处理器微处理器指令系统指令系统概述概述1.2 微型计算机的系统组成运算器运算器控制器控制器寄存器组寄存器组内存储器内存储器总线总线输入输出输入输出接口电路接口电路外部设备外部设备 软件软件微处理器微处理器微型计算机微型计算机微型计算机系统微型计算机系统区别区别图图1.1 1.1 微型计算机的系统组成微型计算机的系统组成控制总线控制总线CB数据总线数据总线DB地址总线地址总线AB系系统统总总线线形形成成处处理理器器子子系系统统I/O设备设备I/O接口接口存储器存储器系统总线系统总线BUS1.2.1 微型计算机的硬件组成1.1.微处理器子系统微处理器
2、子系统微处理器子系统微处理器子系统2.2.存储器存储器存储器存储器3.3.I/OI/O设备和设备和设备和设备和I/OI/O接口接口接口接口4.4.系统总线系统总线系统总线系统总线系统总线n总线是指传递信息的一组公用导线n总线是传送信息的公共通道n微机系统采用总线结构连接系统功能部件n总线信号可分成三组地址总线AB:传送地址信息数据总线DB:传送数据信息控制总线CB:传送控制信息总线信号n地址总线AB输出将要访问的内存单元或I/O端口的地址地址线的多少决定了系统直接寻址存储器的范围n数据总线DBCPU读操作时,外部数据通过数据总线送往CPU CPU写操作时,CPU数据通过数据总线送往外部数据线的
3、多少决定了一次能够传送数据的位数n控制总线CB协调系统中各部件的操作,有输出控制、输入状态等信号控制总线决定了系统总线的特点,例如功能、适应性等举例举例举例举例特点特点1.2.2 微型计算机的软件系统 操作系统 MS-DOS 汇编程序 MASM和LINK 文本编辑程序 EDIT.COM 调试程序 DEBUG.EXE为什么采用汇编语言?为什么采用汇编语言?1.3 IBM PC系列机系统16位IBM PC系列机是32位微机的基础8088CPUIBM PC机机IBM PC/AT机机IBM PC/XT机机1.3.1 硬件基本组成16位和32位PC机的基本部件相同8088微微处处理理器器8087协协处处
4、理理器器8288总线控制器总线控制器I/O通通道道8259中断控制器中断控制器随机存储器随机存储器RAM只读存储器只读存储器ROM8253定时控制器定时控制器8237DMA控制器控制器8255并行接口并行接口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锁存器地址锁存器数据收发器数据收发器扬声器扬声器接口接口8284时钟发生器时钟发生器键盘键盘接口接口系统系统配置配置开关开关1.3.2 主机板组成1.微处理器子系统1.8088:16位内部结构、8位数据总线、20位地址总线、4.77MHz主频2.存储器1.ROM-BIOS、主体为RAM3.I/O接口控制电路1.8259A、8253、823
5、7A、8255等4.I/O通道62线的IBM PC总线图图1.5 1.5 存储空间的分配存储空间的分配保留保留ROM64KB基本基本ROM64KB扩展扩展RAM15MB基本基本ROM64KB保留保留ROM64KB扩展扩展ROM128KB显示显示RAM128KB系统系统RAM640KB000000H0A0000H0C0000H0E0000H0F0000H100000HFE0000HFFFFFFH常规内存常规内存1MB扩展内存扩展内存15MB1.3.3 存储空间的分配常规内存:1MBn基本RAM区:640KBn保留RAM区:128KBn扩展ROM区:128KBn基本ROM区:64KB扩展内存:用作
6、RAM区系系统统板板00001F02003F04005F06007F08009F0A00BF0C00DF0E00FFDMA控制器控制器1中断控制器中断控制器1定时计数器定时计数器并行接口电路并行接口电路DMA页面寄存器页面寄存器中断控制器中断控制器2DMA控制器控制器2协处理器协处理器I/O通通道道1F01F820020727827F2F82FF37837F38038F3A03AF3B03BF3D03DF3F03F73F83FF硬盘适配器硬盘适配器游戏接口游戏接口并行打印机接口并行打印机接口LPT2串行通信接口串行通信接口COM2并行打印机接口并行打印机接口LPT1SDLC通信接口通信接口BS
7、C通信接口通信接口单色显示单色显示/打印机适配器打印机适配器彩色图形适配器彩色图形适配器CGA软盘适配器软盘适配器串行通信接口串行通信接口COM11.3.4 I/O空间的分配n80 x86访问外设时,只使用低16位A0A15,寻址64K个8位I/O端口nPC机仅使用低10位A0A9,寻址1024个8位I/O端口第1章:1.4 计算机中的数据表示n存储容量的表达比特b(二进制1位)字节B(二进制8位)1KB210B1024B1MB220B、1GB230Bn进制的表示二进制数用B或b结尾十进制数可不用结尾字母,也可用D或d结尾十六进制数用H或h结尾第二章第二章微处理器微处理器微处理器主要的性能指标
8、微处理器主要的性能指标主频主频第二章第二章外频外频工作电压工作电压制造工艺制造工艺地址线宽度地址线宽度数据线宽度数据线宽度内置协处理器内置协处理器微处理器飞速发展80386803868048680486奔腾奔腾奔腾奔腾2代代奔腾奔腾4代代802868028680868086奔腾奔腾3代代IA-64(安腾)(安腾)400440042.1 8086/80882.1 8086/8088微处理器微处理器Intel公司公司1978年推出年推出80861979年推出年推出8088,于于1981年用于年用于IBMPC/XT中中2.118086/8088的内部结构的内部结构一、总线接口部件一、总线接口部件一、
9、总线接口部件一、总线接口部件BIUBIU(BusinterfaceUnitBusinterfaceUnit)二、执行部件(二、执行部件(二、执行部件(二、执行部件(ExecutionUnitExecutionUnit)结构结构结构结构第2章:2.1.2 8088/8086的功能结构n8088的内部结构从功能上分成两个单元1.总线接口单元BIU管理8088与系统总线的接口负责CPU对存储器和外设进行访问2.执行单元EU负责指令的译码、执行和数据的运算n两个单元相互独立,分别完成各自操作,还可以并行执行,实现指令预取(指令读取和执行的流水线操作)第2章:2.1.3 8088/8086的寄存器结构n
10、8088/8086的寄存器组有8个通用寄存器4个段寄存器1个标志寄存器1个指令指针寄存器他们均为16位!图示图示汇编语言程序员看到的处理器,就是寄存器汇编语言程序员看到的处理器,就是寄存器所以,一定要熟悉这些寄存器的名称和作用所以,一定要熟悉这些寄存器的名称和作用第2章:1.通用寄存器n8088有8个通用的16位寄存器(1)数据寄存器:AX BX CX DX(2)变址寄存器:SI DI(3)指针寄存器:BP SPn4个数据寄存器还可以分成高8位和低8位两个独立的寄存器,这样又形成8个通用的8位寄存器AX:AH AL BX:BH BLCX:CH CL DX:DH DL内部结构内部结构内部结构内部
11、结构第2章:(1)数据寄存器nAX称为累加器(Accumulator)使用频度最高。用于算术、逻辑运算以及与外设传送信息等nBX称为基址寄存器(Base address Register)常用做存放存储器地址nCX称为计数器(Counter)作为循环和串操作等指令中的隐含计数器nDX称为数据寄存器(Data register)常用来存放双字长数据的高16位,或存放外设端口地址第2章:(1)数据寄存器nAX称为累加器(Accumulator)使用频度最高。用于算术、逻辑运算以及与外设传送信息等nBX称为基址寄存器(Base address Register)常用做存放存储器地址nCX称为计数器(
12、Counter)作为循环和串操作等指令中的隐含计数器nDX称为数据寄存器(Data register)常用来存放双字长数据的高16位,或存放外设端口地址内部结构内部结构内部结构内部结构第2章:(2)变址寄存器n16位变址寄存器SI和DIn常用于存储器变址寻址方式时提供地址SI是源地址寄存器(Source Index)DI是目的地址寄存器(Destination Index)n在串操作类指令中,SI、DI还有较特殊的用法现在不必完全理解,以后会详细展开现在不必完全理解,以后会详细展开内部结构内部结构内部结构内部结构第2章:(3)指针寄存器n指针寄存器用于寻址内存堆栈内的数据SP为堆栈指针寄存器(
13、Stack Pointer),指示堆栈段栈顶的位置(偏移地址)BP为基址指针寄存器(Base Pointer),表示数据在堆栈段中的基地址nSP和BP寄存器与SS段寄存器联合使用以确定堆栈段中的存储单元地址堆堆栈栈(Stack)是是主主存存中中一一个个特特殊殊的的区区域域,采采用用“先先进进后后出出”或或“后后进进先先出出”存存取取操作方式、而不是随机存取方式。操作方式、而不是随机存取方式。用用8088/8086形形成成的的微微机机系系统统中中,堆堆栈区域被称为堆栈段栈区域被称为堆栈段内部结构内部结构内部结构内部结构第2章:2.指令指针寄存器nIP(Instruction Pointer)为指
14、令指针寄存器,指示主存储器指令的位置n随着指令的执行,IP将自动修改以指示下一条指令所在的存储器位置nIP寄存器是一个专用寄存器nIP寄存器与CS段寄存器联合使用以确定下一条指令的存储单元地址内部结构内部结构内部结构内部结构第2章:3.标志寄存器n标志(Flag)用于反映指令执行结果或控制指令执行形式n8088处理器的各种标志形成了一个16位的标志寄存器FLAGS(程序状态字PSW寄存器)程序设计需要利用标志的状态程序设计需要利用标志的状态内部结构内部结构内部结构内部结构第2章:标志寄存器-分类n状态标志用来记录程序运行结果的状态信息,许多指令的执行都将相应地设置它CF ZF SF PF OF
15、 AFn控制标志可由程序根据需要用指令设置,用于控制处理器执行指令的方式DF IF TFOF111512DF10IF9TF8SF7ZF65AF43PF21CF0标志寄存器标志寄存器FLAGSFLAGS存储内部结构内部结构内部结构内部结构第2章:进位标志CF(Carry Flag)n当运算结果的最高有效位有进位(加法)或借位(减法)时,进位标志置1,即CF1;否则CF03AH+7CHB6H,没有进位:CF=0AAH+7CH(1)26H,有进位:CF=1第2章:零标志ZF(Zero Flag)n若运算结果为0,则ZF1;否则ZF03AH7CHB6H,结果不是零:,结果不是零:ZF084H7CH(1
16、)00H,结果是零:,结果是零:ZF1注意:注意:ZF为为1表示的结果是表示的结果是0第2章:符号标志SF(Sign Flag)n运算结果最高位为1,则SF1;否则SF03AH7CHB6H,最高位,最高位D71:SF184H7CH(1)00H,最高位,最高位D70:SF0有符号数据用最高有效位表示数据的符号有符号数据用最高有效位表示数据的符号所以,最高有效位就是符号标志的状态所以,最高有效位就是符号标志的状态第2章:奇偶标志PF(Parity Flag)n当运算结果最低字节中“1”的个数为零或偶数时,PF1;否则PF03AH7CHB6H10110110B结果中有结果中有5个个“1”,是奇数:,
17、是奇数:PF0PF标标志志仅仅反反映映最最低低8位位中中“1”的的个个数数是是偶或奇,即使是进行偶或奇,即使是进行16位字操作位字操作第2章:溢出标志OF(Overflow Flag)n若算术运算的结果有溢出,则OF1;否则 OF03AH+7CHB6H,产生溢出:,产生溢出:OF1AAH+7CH(1)26H,没有溢出:,没有溢出:OF0返回返回返回返回第2章:什么是溢出n处理器内部以补码表示有符号数n8位表达的整数范围是:127 128n16位表达的范围是:32767 32768n如果运算结果超出这个范围,就产生了溢出n有溢出,说明有符号数的运算结果不正确3AH7CHB6H,就是,就是5812
18、4182,已经超出已经超出128127范围,产生溢出,故范围,产生溢出,故OF1;补码补码B6H表达真值是表达真值是74,显然运算结果也不正确,显然运算结果也不正确B6H10110110B,最高位为,最高位为1,作为有符号数是负数作为有符号数是负数对对B6H求反加求反加1等于:等于:01001001B101001010B4AH74所以,所以,B6H表达有符号数的真值为表达有符号数的真值为74第2章:溢出和进位的区别n溢出标志OF和进位标志CF是两个意义不同的标志n进位标志表示无符号数运算结果是否超出范围,运算结果仍然正确n溢出标志表示有符号数运算结果是否超出范围,运算结果已经不正确第2章:溢出
19、和进位的对比例1:3AH7CHB6H无符号数运算:58124182范围内,无进位有符号数运算:58124182范围外,有溢出例例2:AAH7CH(1)26H无符号数运算:无符号数运算:170124294范围外,有进位范围外,有进位有符号数运算:有符号数运算:8612428范围内,无溢出范围内,无溢出第2章:溢出和进位的应用场合n处理器对两个操作数进行运算时,按照无符号数求得结果,并相应设置进位标志CF;同时,根据是否超出有符号数的范围设置溢出标志OFn应该利用哪个标志,则由程序员来决定。也就是说,如果将参加运算的操作数认为是无符号数,就应该关心进位;认为是有符号数,则要注意是否溢出第2章:溢出
20、的判断n判断运算结果是否溢出有一个简单的规则:n只有当两个相同符号数相加(包括不同符号数相减),而运算结果的符号与原数据符号相反时,产生溢出;因为,此时的运算结果显然不正确n其他情况下,则不会产生溢出例1:3AH7CHB6H溢出例2:AAH7CH无溢出例3:3AH7CH无溢出例4:AAH7CH2DH溢出返回返回返回返回第2章:辅助进位标志AF(Auxiliary Carry Flag)3AH7CHB6H,D3有进位:AF1运运算算时时D D3 3位位(低低半半字字节节)有有进进位位或或借借位位时,时,AFAF1 1;否则;否则AFAF0 0这个标志主要由处理器内部使用,这个标志主要由处理器内部
21、使用,用于十进制算术运算调整指令中,用于十进制算术运算调整指令中,用户一般不必关心用户一般不必关心第2章:方向标志DF(Direction Flag)n用于串操作指令中,控制地址的变化方向:设置DF0,存储器地址自动增加;设置DF1,存储器地址自动减少CLDCLD指令复位方向标志:指令复位方向标志:DFDF0 0STDSTD指令置位方向标志:指令置位方向标志:DFDF1 1第2章:中断允许标志IF(Interrupt-enable Flag)n控制可屏蔽中断是否可以被处理器响应:设置IF1,则允许中断;设置IF0,则禁止中断CLICLI指令复位中断标志:指令复位中断标志:IFIF0 0STIS
22、TI指令置位中断标志:指令置位中断标志:IFIF1 1第2章:陷阱标志TF(Trap Flag)n用于控制处理器进入单步操作方式:设置TF0,处理器正常工作;设置TF1,处理器单步执行指令单单步步执执行行指指令令处处理理器器在在每每条条指指令令执执行行结结束束时,便产生一个编号为时,便产生一个编号为1 1的内部中断的内部中断这种内部中断称为这种内部中断称为单步中断单步中断所以所以TFTF也称为也称为单步标志单步标志n利用单步中断可对程序进行逐条指令的调试利用单步中断可对程序进行逐条指令的调试n这种逐条指令调试程序的方法就是这种逐条指令调试程序的方法就是单步调试单步调试第2章:2.1.4 808
23、8/8086的存储器结构n存储器是计算机存储信息的地方。掌握数据存储格式,以及存储器的分段管理对以后的汇编程序设计非常重要n你能区别寄存器、存储器(主存)、外存(包括硬盘、光盘、磁带等存储介质)吗?答案答案第2章:寄存器、存储器和外存的区别n寄存器是微处理器(CPU)内部暂存数据的存储单元,以名称表示,例如:AX,BX.等n存储器也就是平时所说的主存,也叫内存,可直接与CPU进行数据交换。主存利用地址区别n外存主要指用来长久保存数据的外部存储介质,常见的有硬盘、光盘、磁带、U盘等。外存的数据只能通过主存间接地与CPU交换数据n程序及其数据可以长久存放在外存,在运行需要时才进入主存第2章:1.数
24、据的存储格式n计算机中信息的单位二进制位Bit:存储一位二进制数:0或1字节Byte:8个二进制位,D7D0字Word:16位,2个字节,D15D0双字DWord:32位,4个字节,D31D0n最低有效位LSB:数据的最低位,D0位n最高有效位MSB:数据的最高位,对应字节、字、双字分别指D7、D15、D31位图示图示图示图示第2章:存储单元及其存储内容n每个存储单元都有一个编号;被称为存储器地址n每个存储单元存放一个字节的内容图示图示图示图示0002H0002H单元存放有一个数据单元存放有一个数据34H34H表达为表达为0002H0002H34H34H第2章:多字节数据存放方式n多字节数据在
25、存储器中占连续的多个存储单元:存放时,低字节存入低地址,高字节存入高地址;表达时,用它的低地址表示多字节数据占据的地址空间。图图2-52-5中中0002H“0002H“字字”单元的内容为:单元的内容为:0002H=1234H0002H=1234H0002H0002H号号“双字双字”单元的内容为:单元的内容为:0002H=78561234H0002H=78561234H80 x86处处理理器器采采用用“低低对对低低、高高对对高高”的的存存储储形形式式,被被称称为为“小小端端方方式式LittleEndian”。相相 对对 应应 还还 存存 在在“大大 端端 方方 式式 BigEndian”。图示图
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