東南大學自動化學院微機系統與接口教學課件第一章2

單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,東南大學,微機系統與接口,微機系統與接口,Microcomputer Systems and Interface,第1章 微型計算機基礎（續(xù)）,上一講：,數制、,無符號數、,有符號數,（原碼、反碼和補碼）、,二進制編碼、,定點數與浮點數、,微型計算機及其發(fā)展、,微機系統組成,（,CPU+MEMERY +I/O,接口,）,1,微機系統與接口Microcomputer Systems,數據在內存的存儲方式,雙字,384A157EH（雙字）,4AH,ABH,89H,7EH,15H,4AH,38H,72H,C9H,EDH,65H,0000H,0001H,0002H,0003H,0004H,0005H,0006H,0007H,0008H,0009H,000AH,000BH,000CH,000DH,157EH（字）,4AH(字節(jié)),字節(jié)地址,89ABH,（字),字地址,65EDC972384A157EH(四字）,四字地址,字地址,要點1：低地址放低字節(jié),高地址放高字節(jié),2,數據在內存的存儲方式雙字384A157EH（雙字）4AHAB,硬件組成之三輸入輸出接口,I/O Device/Interface,MPU,信息來源,/,輸出目標（程序、數據、測控信息,）-接口電路,外設：標準：,KB,Point device(MOUSE,、,Tracking Ball,、,Touch screen.),非標：,SCANNER,Digitalizer,Digital Camera,ZIP,Video Camera,ADC,DI,CRT,、,Printer,、,Plotter DAC,DO,FDC/HDD/CD-ROM/R/RW/DVD,，,Tape,net-adaptor,SB,Microphone/SPK,特點：多樣性，信息多樣，速度慢：接口電路,-I/O Adaptor(,適配器,),，非/智能化,3,硬件組成之三輸入輸出接口I/O Device/Interfa,硬件組成之三,部分關系,微型計算機的結構示意圖,存,儲,器,I/O,接,口,輸,入,設,備,I/O,接,口,數據總線 DB,控制總線 CB,地址總線 AB,輸,出,設,備,CPU,4,硬件組成之三部分關系微型計算機的結構示意圖 存I/O輸I/,總線-微機系統各部件相連,BUS,一組性質相似的各部件共用的信息線的集合，正常情況下（通常）,每一時刻,只能有一對設備使用總線,傳輸信息,-基帶。,總線控制,三態(tài)緩沖器,I/O總線的作用是通過,公用,的信號線可把計算機或測控系統中的各種設備聯成一體，以便進行彼此之間的信息交換。采用總線技術在系統設計、生產、使用和維護上具有很多優(yōu)越性。,5,總線-微機系統各部件相連BUS 一組性質相似的各部件共,微型計算機分類,體系,Von NeuMANN /Harvard(,外,MEM,可流水線作業(yè),),功能結構,單,/,多片機/,(MCU/MPU),；,組裝方式,單,/,多板機；,TP801,使用方式,DESKTOP/LAPTOP/NOTEBOOK,（便攜式）,-Mobile MP,安裝使用,非,（可重裝入）,/,嵌入式,（,EMBBEDED,）,指令,CISC/RISC,內核,(標準內核),多核，軟核,專用/通用MPU,DSP,，MCU,6,微型計算機分類 體系 6,8086/8088微處理器,INTEL公司78年推出（79年推出8088）,4萬多個晶體管(8088為2.9萬個晶體管),時鐘頻率4.77MHZ,數據線16位（8088的數據線8位）,地址線20位,40腳DIP封裝,81年IBM推出Personal Computer,（個人計算機、微機,）PC,Intel Architecture(IA)-16,7,8086/8088微處理器INTEL公司78年推出（79年推,IBM PC&PC/XT（20年前產品）,可以重復加載運行各種應用軟件的個人計算機：,多板結構,1,系統板,+I/O,選卡-基于中大規(guī)模,IC,P:8088(80C88)/8087,82XX芯片組,chipset,82C88,總線控制器,BUS Controller,8284 Clock Generator&Driver,2,ROM-,基本系統程序,3.RAM-,中間數據,/,應用程序,4,I/O,接口電路：,Speaker/KB,5.I/O expanding slots:62,腳：,PC-5 XT-8,8,IBM PC&PC/XT（20年前產品）可以重復加載運行各,微處理器的基本結構,基本組成,算術邏輯單元（運算器）,寄存器組,指令處理單元（控制器）,內部數據總線,控制總線,數據總線,地址總線,暫存器,累加器,ALU,標志寄存器,指,令,寄,存,指,令,譯,碼,時序,和,控制,邏輯,通 用,寄存器組,地 址,寄存器組,地址總線,控制,數據總線,控制,9,微處理器的基本結構基本組成內部數據總線控制總線數據總線地址總,IA-16,微機,系統結構,指令：算邏運算、數據傳送、I/O、跳轉、系統操作等,執(zhí)行方式：串行、流水線（深度EUBIU 兩級）,取指、執(zhí)行、取指、執(zhí)行。,SCLK,圖1.7,微機外部結構框圖,10,IA-16微機系統結構指令：算邏運算、數據傳送、I/O、跳轉,IA-16微處理器（Intel 8086/8088）,AH AL,BH BL,CH CL,DH DL,SP,BP,DI,SI,通 用 寄 存 器,AX,BX,CX,DX,ALU數據總線（16位）,運算寄存器,ALU,標志寄存器,EU 控制系統,執(zhí)行單元EU,CS,DS,SS,ES,IP,內部暫存器,1 2 3 4 5 6,數據總線,8088:8位,8086:16位,總線控制邏輯,地址總線,20位,指令隊列,8088,8086,Q總線,（8位）,指令指針,段寄存器,外部,總線,總線接口,單元BIU,SCLK,圖1.9 功能結構,11,IA-16微處理器（Intel 8086/8088）AH,8086/8088流水工作過程,指令隊列,總線接口單元BIU,MPU,執(zhí)行單元,時間,等待 執(zhí)行1 執(zhí)行2 執(zhí)行3 。,1 2 23 3 34 45,取指 取指 取指 取數 取指,.,與BIU有關的指令執(zhí)行,指令的執(zhí)行過程：,1000:100,MOV AX,0064H,;B8 64 00,1000:103,ADD AX,100H,;,05 00 01,1000:105,MOV 2000H,AX,;,F3 00 20,要點2：取指、執(zhí)行重疊并行（指令流水線）,12,8086/8088流水工作過程指令隊列MPU時間 等待,8088指令執(zhí)行過程（結構為8086),13,8088指令執(zhí)行過程（結構為8086)13,8086/8088的內部寄存器(Registers),14個16位寄存器：8通用寄存器/4段/2控制寄存器,棧操作：,16位,圖1.10,ADD AX，100，MOV BH，1000,SUB DX，BX,JC 1000,MOV CS:SI,AL,14,8086/8088的內部寄存器(Registers)14個1,通用寄存器(Register)功能,AX,，,BX,，,CX,，,DX,，,(16),AH,，,AL,，,BH,，,BL,，,CH,，,CL,，,DH,，,DL,（,8,）,習慣：,AX,累加器,Accumulator)/BX,基址,R/CX(Count),計數,R,循環(huán),-,串操作,/DX,數據,R,（,Data,），,I/O port,雙字除（,H16,）；,SP,，,BP,：,Stack Pointer R,Base Pointer,基址,指針,R,數據,/Pointer,SI,，,DI,變址,R,（,Source Index R,Destination Index R,）-,指針作用,例：REP MOVSB,指令、數據存儲地址,15,通用寄存器(Register)功能AX，BX，CX，DX，,段寄存器功能,段寄存器,Segment Register,CS,SS,DS,ES,Code,Stack,Data,Extra(,附加段,)R=Segment Base Address,16,段寄存器功能段寄存器Segment Register CS,段寄存器功能,段寄存器,Segment Register,CS,SS,DS,ES,Code,Stack,Data,Extra(,附加段,)R=Segment Base Address,存儲器的分段結構,內存中存放三類信息：代碼（指令操作碼）、數據（程序加工對象）、堆棧（臨時保存返回地址和中間結果），各自存放一定區(qū)域。,段基地址,(,Segment Base Address):這些存儲區(qū)域的起始地址。,段寄存器用來存放段基地址。,17,段寄存器功能段寄存器Segment Register CS,段寄存器功能,存儲器的分段結構,8086/8088存儲器管理：地址總線20 位,1MB,只能處理16位地址信息,以64KB單位分段，,物理地址,PA，,段基地址,SA，,偏移地址,EA（OFFSET）；（SA，EA邏輯地址）關系：PA=SA*16+EA,邏輯地址：段基+偏移,段基地址,默認段寄存器,Code：CS，Stack：SS，Data：DS，Extra:ES,書P20,偏移地址,-尋址方式,18,段寄存器功能存儲器的分段結構段基地址默認段寄存器Code：,訪問存儲器類型,約定段寄存器,偏移量,物理地址,取指令,CS,IP,CS*16+IP,堆棧操作,SS,SP,SS*16+SP,訪問變量,DS,偏移量,DS*16+偏,源字符串,DS,SI,DS*16+SI,目的字符串,ES,DI,ES*16+DI,以BP為基址R,SS,偏移量,SS*16+偏,訪問存儲器類型與邏輯地址來源關系,19,訪問存儲器類型約定段寄存器偏移量物理地址取指令CSIPCS*,例：MOV AX，2000H,默認：MOV AX，,DS:,2000H,邏輯地址：(DS)=4000H,偏移量=2000H,物理地址：40000H*16+2000H=42000H,例：,CS:,代碼段的段基地址,IP:,總是下一條要取的指令在當前代碼段中的偏移量,下一條指令的物理地址：CS*16+IP,段寄存器功能,20,例：MOV AX，2000H例：段寄存器功能20,控制寄存器,控制寄存器：,IP,（Instruction Pointer-預取指令的偏移地址）,FLAGS,標志（6狀態(tài)/3控制-8088/86定義9位）,程序控制標志位(3),六個算術和邏輯運算結果特征(6),奇偶位,1,偶,借進位,半進位,溢出標志,跟蹤,符號位,零標志位,中斷允許,1,方向,當算術運算的結果超出了帶符號數的范圍，即溢出時，,OF=1,，否則,OF,0,。,8,位帶符號數范圍是一,128,127,，,16,位帶符號數的范圍是,-32768,32767,。,21,控制寄存器控制寄存器：程序控制標志位(3)六個算術和邏輯運,標志狀態(tài)寄存器Flags(位),CF,進位標志位,當進行加法或減法運算時，若最高位發(fā)生進位或借位則,CF,1,，否則,CF,0,。,PF,奇偶標志位,當邏輯運算結果中“,1,”的個數為偶數時,PF,1,，為奇數時,PF=0,。,AF,輔助進位位,在,8,（,l6,）位加減法操作中，低,4,位向高,4,位有進位、借位發(fā)生,ZF,零標志位,當運算結果為零時,ZF,1,，否則,ZF,0,。,SF,符號標志位,對于帶符號數，,當運算結果的最高位,MSB,為,1,時,SF=1,，否則,SF=0,。,OF,溢出標志位,當算術運算的結果超出了帶符號數的范圍，即溢出時，,OF=1,，否則,OF,0,。,8,位/,16,位帶符號數范圍,例:XXXX1010 11X0X1X1,22,標志狀態(tài)寄存器Flags(位)CF進位標志位 當進行加法,標志控制寄存器Flags(位),