《微机原理讲 》PPT课件.ppt

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1、微处理器、微型计算机、微型计算机系统微处理器、微型计算机、微型计算机系统1 1、微处理器（、微处理器（Microprocessor)Microprocessor)-职能是执行算术、逻辑运算和控制整个计算机自职能是执行算术、逻辑运算和控制整个计算机自动地、协调地完成操作。（动地、协调地完成操作。（主要由运算器和控制器组成主要由运算器和控制器组成）第一章第一章 微型计算机概述微型计算机概述 I/OBUS外外围围设设备备Address Bus（AB）Data Bus（DB）Control Bus（CB）CPU存储器存储器 I/O 接口接口Control微型计算机微型计算机的组成的组成2 2、微型计算

2、机（、微型计算机（MicroComputer_MC)MicroComputer_MC)-由由由由CPUCPUCPUCPU、存储器、输入、存储器、输入、存储器、输入、存储器、输入/输出接口和系统总线组成。输出接口和系统总线组成。输出接口和系统总线组成。输出接口和系统总线组成。3 3、微型计算机系统（、微型计算机系统（MicroComputer System_MCS)MicroComputer System_MCS)-以微型计算机为主体，配上外设和系统软件，就以微型计算机为主体，配上外设和系统软件，就以微型计算机为主体，配上外设和系统软件，就以微型计算机为主体，配上外设和系统软件，就构成了微型计算

3、机系统。构成了微型计算机系统。构成了微型计算机系统。构成了微型计算机系统。运算器运算器控制器控制器 寄存器组寄存器组 RAM ROM I/O端口端口 I/O端口端口 I/O设备设备 I/O设备设备 系统软件系统软件 微型计算机系统微型计算机系统 微型计算机微型计算机微处理器微处理器 16 16 16 16位微处理器，位微处理器，位微处理器，位微处理器，40404040引脚双列直插式引脚双列直插式引脚双列直插式引脚双列直插式(1978(1978(1978(1978推出推出推出推出)；有有有有16161616根数据线根数据线根数据线根数据线(D D D D0-0-0-0-D D D D15)15)

4、15)15),20,20,20,20根地址线根地址线根地址线根地址线(A A A A0-0-0-0-A A A A19)19)19)19),可直接寻址可直接寻址可直接寻址可直接寻址1M1M1M1M空间；空间；空间；空间；I/OI/OI/OI/O寻址寻址寻址寻址64K64K64K64K 时钟频率有时钟频率有时钟频率有时钟频率有 5MHZ 5MHZ 5MHZ 5MHZ、10MHZ10MHZ10MHZ10MHZ，单一，单一，单一，单一+5V+5V+5V+5V电源；电源；电源；电源；引脚功能复用引脚功能复用引脚功能复用引脚功能复用(数据数据数据数据/地址地址地址地址ADADADAD0 0 0 0-AD

5、-AD-AD-AD15151515(A0-A15;D0-D15)(A0-A15;D0-D15)(A0-A15;D0-D15)(A0-A15;D0-D15)；第二章第二章 微处理器的组成（以微处理器的组成（以80868086为例）为例）8086微处理器特点微处理器特点:2.1 80862.1 8086的内部结构的内部结构2.1.1 执行单元（执行单元（EU）和总线接口单元（）和总线接口单元（BIU）堆栈指针源变址目的变址基址指针PSW2.1.2 通用寄存器（通用寄存器（8个）个）AX寄存器寄存器-是累加器是累加器 BX寄存器寄存器-是基址寄存器是基址寄存器 CX寄存器寄存器-也叫计数寄存器也叫计

6、数寄存器 DX寄存器寄存器-是数据寄存器是数据寄存器 SP寄存器寄存器-堆栈指针堆栈指针 BP寄存器寄存器-（堆栈）基数指针（堆栈）基数指针 DI寄存器寄存器-目的操作数的索引寄存器目的操作数的索引寄存器 SI寄存器寄存器-源操作数的索引寄存器源操作数的索引寄存器 2.1.3 段寄存器段寄存器逻辑地址（位）逻辑地址（位）段起始地址（位）段起始地址（位）0 0 0 0物理地址物理地址(20位）位）2.1.4 指令指针指令指针IP取指令地址取指令地址=CS基址基址16+IP的位移量的位移量 当涉及到一个堆栈操作时当涉及到一个堆栈操作时 SS16+SP当需要向内存读或写一个操作数时当需要向内存读或写

7、一个操作数时DS（ES）16+（可能是指令中的直接地址，（可能是指令中的直接地址，也可能是某寄存器的内容等）也可能是某寄存器的内容等）合抱之木，生于毫末；九层之台，起于累土；九层之台，起于累土；千里之行，始于足下。PSW2.1.5 标志寄存器标志寄存器ODITSZAPC辅助进位辅助进位AF 进位标志位进位标志位CF 溢出标志位溢出标志位OF 符号标志位符号标志位SF 奇偶标志位奇偶标志位PF 零标志位零标志位ZF 控制标志位三个控制标志位三个 状态标志位六个状态标志位六个 方向标志位方向标志位DF 开中断标志位开中断标志位IF 陷阱标志位陷阱标志位TF 时钟周期时钟周期是是CPUCPU的基本时

8、间计量单位的基本时间计量单位(8086(8086为为100ns),100ns),由主频决定由主频决定（T=1/FT=1/F）80868086一个最基本的总线周期分一个最基本的总线周期分4 4个时钟周期，即个时钟周期，即 T T1 1、T T2 2、T T3 3、T TW W、T T4 4、T TI I时钟周期工作特征：时钟周期工作特征：T T1 1 状态：状态：CPUCPU发出发出2020位地址（位地址（A0-A19A0-A19）信息，指出存储单元或外设端口地址；）信息，指出存储单元或外设端口地址；T T2 2 状态：状态：CPUCPU从总线上撤消地址（从总线上撤消地址（A0-A15A0-A1

9、5），为数据作准备（），为数据作准备（D0-D15D0-D15）；）；T T3 3 状态：要写入或读出的数据上数据总线；状态：要写入或读出的数据上数据总线；T TW W 状态：等待状态；状态：等待状态；T TI I 状态：空闲状态；状态：空闲状态；T T4 4 状态：总线周期结束。状态：总线周期结束。2.1.6 8086总线周期的概念总线周期的概念 总线周期总线周期 BIU完成一次访问存储器或完成一次访问存储器或I/O端口操作所需的时间，端口操作所需的时间，一个总线周期由几个一个总线周期由几个时钟周期时钟周期（T状态状态）组成。）组成。8086引脚功能引脚功能2.2 8086CPU的引脚信号和

10、工作模式的引脚信号和工作模式2.2.1 2.2.1 2.2.1 2.2.1 工作工作工作工作模式模式模式模式最小工作模式最小工作模式最小工作模式最小工作模式 系统只有一个系统只有一个系统只有一个系统只有一个CPUCPUCPUCPU，单独控制系统总线。单独控制系统总线。单独控制系统总线。单独控制系统总线。最大工作模式最大工作模式最大工作模式最大工作模式 系统有多个系统有多个系统有多个系统有多个CPUCPUCPUCPU，一个为主，一个为主，一个为主，一个为主，系统总线由总线系统总线由总线系统总线由总线系统总线由总线控制器控制。控制器控制。控制器控制。控制器控制。最小最大模式最小最大模式输输入控制信

11、号入控制信号 地址锁存器地址锁存器数据收发器数据收发器双向双向数据收发器地址锁存器 8282 8282 8282 8282与与与与8086CPU8086CPU8086CPU8086CPU的连接：的连接：的连接：的连接：2.2.2 最小方式下的引脚信号及系统配置最小方式下的引脚信号及系统配置 AD0AD15地址地址/数据复用引脚数据复用引脚 A16/S3A19/S6地址地址/状态复用引脚状态复用引脚/S7高高8位数据位数据总线总线允允许许/状状态态复用信号复用信号 ALE 地址锁存允许信号输出地址锁存允许信号输出 DI0DI1DI2DI3DI4DI5DI6DI7OEGNDDO7VCCDO0DO2

12、DO1DO3DO4DO5DO6STB11918151413121123417165678910208 82 28 82 2地址锁存器地址锁存器8282DIiDoiD QSTBOECLK CPU与与8286的连接的连接数据数据发发送送/接收控制信号接收控制信号 数据允数据允许许信号信号 VCCA0A1A2A3A4A5A6A7OEGNDB7B0B2B1B3B4B5B6T11918151413121123417165678910208 82 28 86 6AiBiOET 8286双向总线驱动器（收发器）双向总线驱动器（收发器）DENDT/R 三个重要的控制信号三个重要的控制信号 读选读选通信号通信号

13、写写选选通通输输出信号出信号 存存储储器器/输输入入输输出操作出操作选择选择控制信号控制信号 三大信号：三大信号：三大信号：三大信号：READY READY READY READY CLK CLK CLK CLK RESET RESET RESET RESET181716151413121110123456789CSYNCCSYNCCSYNCCSYNCPLCKPLCKPLCKPLCKAEN1AEN1AEN1AEN1RDY1RDY1RDY1RDY1READYREADYREADYREADYRDY2RDY2RDY2RDY2AEN2AEN2AEN2AEN2CLKCLKCLKCLKGNDGNDGNDGN

14、DVCCVCCVCCVCCX1X1X1X1X2X2X2X2EFIEFIEFIEFIF/CF/CF/CF/COSCOSCOSCOSCRESRESRESRESRESETRESETRESETRESET8284828482848284 CPU与与8284 时钟信号时钟信号时钟信号时钟信号CLK CLK CLK CLK 占空比为占空比为占空比为占空比为33%33%33%33%其它辅助控制信号其它辅助控制信号 INTR_ INTR_ INTR_ INTR_ 可屏蔽中断请求，输入可屏蔽中断请求，输入可屏蔽中断请求，输入可屏蔽中断请求，输入 NMI_ NMI_ NMI_ NMI_ 不可屏蔽中断请求，输入不可屏

15、蔽中断请求，输入不可屏蔽中断请求，输入不可屏蔽中断请求，输入 INTA_ INTA_ INTA_ INTA_ 中断响应，输出中断响应，输出中断响应，输出中断响应，输出 TEST_ TEST_ TEST_ TEST_ 测试，输入测试，输入测试，输入测试，输入 HOLD_ HOLD_ HOLD_ HOLD_总线保持请求，输入总线保持请求，输入总线保持请求，输入总线保持请求，输入 HLDA_ HLDA_ HLDA_ HLDA_总线保持响应，输出总线保持响应，输出总线保持响应，输出总线保持响应，输出 VCC_+5V VCC_+5V VCC_+5V VCC_+5V GND_ GND_ GND_ GND_

16、地线地线地线地线8086引脚功能引脚功能总线裁决器总线裁决器总线控制器总线控制器2.2.3 最大方式下的引脚信号及其系统配置最大方式下的引脚信号及其系统配置 最大模式最大模式最大模式最大模式:主要对主要对主要对主要对24242424 31313131引脚引脚引脚引脚的重新定义的重新定义的重新定义的重新定义(由由由由8288828882888288控制总线）控制总线）控制总线）控制总线）S2 S0(M/IOM/IO、DT/RDT/R、DEN DEN）总线周期状态信号总线周期状态信号8086引脚特性引脚特性82888288引脚功能引脚功能 控制输入信号控制输入信号 IOB：总线工作方式控制，高表示

17、总线工作方式控制，高表示 8288 8288工作与局部总线，低工工作与局部总线，低工 作与系统总线方式，输入；作与系统总线方式，输入；CLK：时钟信号，时钟信号，82848284提供；提供；AEN：地址允许，由地址允许，由82898289输入；输入；CEN：命令允许，有外部输入；命令允许，有外部输入；82888288引脚功能引脚功能 总线状态（输入）总线状态（输入）/命令信号（输出）命令信号（输出）总线控制信号总线控制信号 ALE：地址锁存允许，输出；地址锁存允许，输出；DEN：数据传送允许，输出；数据传送允许，输出；DT/R：数据收发控制，输出；数据收发控制，输出；MCE/PDEN：主控级联

18、允许主控级联允许/外设外设 数据允许，输出；数据允许，输出；总线控制器总线控制器8288最大模式其它引脚信号最大模式其它引脚信号最大模式其它引脚信号最大模式其它引脚信号 LOCKLOCK（WRWR）总线封锁信号，三态、输出，有效时总线封锁信号，三态、输出，有效时CPUCPU 占用总线控制权；占用总线控制权；RQ/GT0 RQ/GT0、RQ/GT1_ RQ/GT1_ 总线请求输入总线请求输入/总线请求允许输出总线请求允许输出 双向，双向，QS1QS1、QS0_ QS0_ 指令队列状态信号，输出。指令队列状态信号，输出。（HOLDHOLD）（HLADHLAD）（INTAINTA）（ALEALE）8

19、086引脚特性引脚特性2.3.1 系统的复位和启动系统的复位和启动 RESET至少保持至少保持4个时钟周期个时钟周期 （冷启动为（冷启动为50 微秒）微秒）过一个时钟周期过一个时钟周期(T)后所有三态后所有三态 输出线被置成高阻态输出线被置成高阻态 几条控制线处于无效状态几条控制线处于无效状态8086 8086 8086 8086 的时序的时序的时序的时序2.3 8086CPU的操作和时序的操作和时序2.3.2 80862.3.2 8086最小模最小模式总线操作式总线操作 （最小模式）（最小模式）8086 8086 8086 8086 的时序的时序的时序的时序最小模式下的总线保持最小模式下的总

20、线保持8086 8086 8086 8086 的时序的时序的时序的时序总线请求总线请求总线允许总线允许 2.3.3 8086最大模式的总线操作最大模式的总线操作 8086 8086 8086 8086 的时序的时序的时序的时序(CPUCPUCPUCPU状态信号状态信号状态信号状态信号,T2-T4T2-T4T2-T4T2-T4 输出输出CPUCPU状态状态,S6=0S6=0S6=0S6=0表示表示80868086与总线相连，与总线相连，S5S5S5S5标识标识IFIF状态，状态，S4S4S4S4、S3S3S3S3指示当前使用的段寄存器指示当前使用的段寄存器（最大模式）（最大模式）8086 808

21、6 8086 8086 的时序的时序的时序的时序(CPU(CPU(CPU(CPU状态信号状态信号状态信号状态信号,T2-T4T2-T4T2-T4T2-T4 输出输出CPUCPU状态状态,S6=0S6=0S6=0S6=0表示表示80868086与总线相连，与总线相连，S5S5S5S5标识标识IFIF状态，状态，S4S4S4S4、S3S3S3S3指示当前使用的段寄存器指示当前使用的段寄存器最大模式下的总线请求最大模式下的总线请求/允许允许8086 8086 8086 8086 的时序的时序的时序的时序2.4 8086的存储器组织的存储器组织存储单元地址：8086系统中，为了标识和存取每一个存储单元

22、，给每个存储单元规定一个编号，这就是存储单元地址。存储单元的内容：一个存储单元中存放的信息称为该存储单元的内容。存储单元的长度为8位二进制代码（BYTE）。20根地址线，因此，具有220=1M字节空间，地址范围为00000HFFFFFH。2.4.1 存储器的一般结构存储器的一般结构图表明了存储器中部分存储单元存放信息情况。从图中可看到,地址为34560H的字节的存储单元中的内容是34H，而地址为34561H的字节存储单元中的内容是12H。一个字为16位，低8位存放在地址值较低的单元中，高8位存放在相邻的下一个字节单元。一个指针占四个字节，前两个单元为偏移量，后二个单元存放段基地址。2.4.2

23、存储器分段存储器分段每段为64K字节存储单元，段的起始单元地址叫基址，用软件设置。所有段的起始地址都是16的整数倍，除此之外没有别的限制。存储段之间可以相连，分开，部分重叠或完全重叠。【例】各独立段的分配情况示例。设CS=B000H、DS=1CDEH、SS=4200H、ES=0150H,它们分别为代码段、数据段、堆栈段和附加段的段首址。自每个段首址开始，各段均占64KB的范围，各段之间互不重叠。如图所示。【例】各段相互重叠情况示例。设CS=0200H、DS=0400H、SS=0480H，这样代码段、数据段和堆栈段的物理首地址分别为02000H、04000H和04800H。其中代码段占8KB地址

24、空间，数据段占2KB，堆栈段占256B，SP=0100H。如图所示。存储器分成两个存储器分成两个512KB512KB存储区，分存储区，分别称别称奇地址区奇地址区和和偶地址区偶地址区。BHE、A0编码含义编码含义BHE A0操操 作作总线使用情况总线使用情况 0 0从偶地址开始读从偶地址开始读/写一个字写一个字AD15AD00 1从奇地址单元开始读从奇地址单元开始读/写一个字节写一个字节AD15AD81 0从偶地址单元开始读从偶地址单元开始读/写一个字节写一个字节AD7AD01 1无效无效2.4.3 8086存储器的分体结构存储器的分体结构8086/80888086/8088存储器体存储器体硬件连接硬件连接当当A0=0A0=0时时 选择偶地址单元选择偶地址单元,存储体与数据存储体与数据 总线低总线低8 8位位D7-D0D7-D0相连相连,也即从低也即从低8 8位数据总位数据总 线读线读/写一个字节。写一个字节。当当BHE=0BHE=0时时 选择奇地址单元选择奇地址单元,存储体与数存储体与数 据总线高据总线高8 8位位D8-D15D8-D15相连相连,也即从高也即从高8 8位数位数 据总线读据总线读/写一个字节。写一个字节。当当A0=0A0=0、BHE=0BHE=0时时,访问两个存储体访问两个存储体,读读/写写 一个字。一个字。