《微型计算机概述》PPT课件.ppt

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1、微机原理与应用微机原理与应用内存操作内存操作读：将内存单元的内容取入读：将内存单元的内容取入CPUCPU，原单元内容，原单元内容 不改变不改变写：写：CPUCPU将信息放入内存单元，单元中原来的将信息放入内存单元，单元中原来的 内容被覆盖内容被覆盖第第2 2章章 微型计算机概述微型计算机概述主要内容主要内容主要内容主要内容 计算机概论计算机概论 微型计算机的基本结构微型计算机的基本结构 80868086微处理器微处理器 存储器的结构存储器的结构微机原理与应用微机原理与应用2.1.1 计算机硬件基本结构 P2计算机硬件体系结构基本上还是经典的冯诺依曼结构由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设

2、备5个基本部分组成2.1 计算机概论微机原理与应用微机原理与应用计算机中常用术语bit位即一个二进制位位即一个二进制位1Kb=1024bit=210bit1Mb=1024 1024bit=220bit1Gb=230bit=1024Mb1Tb=240bit=1024GbByte字节，一个字节由字节，一个字节由8位二进制数组成位二进制数组成1 Byte=8bit，1KB=1024 Byte微机原理与应用微机原理与应用2.1.2 计算机的工作原理计算机的工作原理 P2 P2将计算过程描述为由许多条指令按一定顺序组将计算过程描述为由许多条指令按一定顺序组成的程序，并放入存储器保存成的程序，并放入存储器

3、保存指令按其在存储器中存放的顺序执行指令按其在存储器中存放的顺序执行由控制器控制整个程序和数据的存取以及程序由控制器控制整个程序和数据的存取以及程序的执行的执行以运算器为核心，所有的执行都经过运算器以运算器为核心，所有的执行都经过运算器冯冯 诺依曼机的特点：诺依曼机的特点：微机原理与应用微机原理与应用2.2.1 2.2.1 微型计算机系统概述微型计算机系统概述 P5 P5微微型型计计算算机机系系统统 算术逻辑部件算术逻辑部件累加器、寄存器累加器、寄存器控制部件控制部件内部总线内部总线存储器存储器(ROM.RAM)(ROM.RAM)输入输出接口输入输出接口系统总线系统总线微微处处理理器器微微型型

4、计计算算机机外部设备外部设备系统软件系统软件应用软件应用软件2.2 2.2 微型计算机微型计算机微机原理与应用微机原理与应用微型计算机系统组成微型计算机系统组成 硬件系统硬件系统软件系统软件系统微型计算机系统微型计算机系统系统软件系统软件应用软件应用软件外部设备外部设备微型计算机微型计算机（主机）（主机）微处理器（微处理器（CPUCPU）存储器存储器输入输入/输出接口输出接口系统总线系统总线微机原理与应用微机原理与应用明确明确3 3个概念的区别个概念的区别微处理器微处理器（MicroprocessorMicroprocessor）微型计算机中的核心芯片微型计算机中的核心芯片微型计算机微型计算机

5、（MicrocomputerMicrocomputer）通常属于微型计算机系统的硬件系统，又称为通常属于微型计算机系统的硬件系统，又称为“微机微机”、“微型机微型机”微型计算机系统微型计算机系统（Microcomputer systemMicrocomputer system）指由硬件系统和软件系统共同组成的完整的计算机系统指由硬件系统和软件系统共同组成的完整的计算机系统微机原理与应用微机原理与应用存储器（存储器（Memory）存储器又叫内存或主存，是微型计算机的存储和存储器又叫内存或主存，是微型计算机的存储和记忆部件，用于存放数据和当前执行的程序。记忆部件，用于存放数据和当前执行的程序。有关

6、内存储器的几个概念：有关内存储器的几个概念：内存单元的地址和内容内存单元的地址和内容内存容量内存容量内存操作内存操作内存分类内存分类微机原理与应用微机原理与应用内存单元的地址和内容内存单元的地址和内容每个单元都对应一个地址，以实现对单元内每个单元都对应一个地址，以实现对单元内容的寻址。容的寻址。1011011038F04H内存地址内存地址单元内容单元内容微机原理与应用微机原理与应用R0R1R2R14R15A0A1A2A3D7D2D3D4D5D6D0D100000001111111100010.位译译 码码 器器注意观察：注意观察：地址线根数、单元地址、地址线根数、单元地址、存储单元、位存储单元

7、、位微机原理与应用微机原理与应用 存储器由寄存器组成存储器由寄存器组成,可以看作是一个寄存器堆可以看作是一个寄存器堆,每个存储单元实际上相当于一个缓冲寄存器。每个存储单元实际上相当于一个缓冲寄存器。微机原理与应用微机原理与应用微处理器的微处理器的组成组成和和功能功能微处理器微处理器(Microprocessor)(Microprocessor)微型微型计算计算机的运算机的运算及控制部件，也称为中央处理单元（及控制部件，也称为中央处理单元（CPUCPU）组成组成组成组成由算术逻辑单元（由算术逻辑单元（由算术逻辑单元（由算术逻辑单元（ALUALUALUALU）、寄存器组、寄存器组、寄存器组、寄存器

8、组R R R R、控制部件控制部件控制部件控制部件CUCUCUCU和内部总线组成。和内部总线组成。和内部总线组成。和内部总线组成。功能功能功能功能保存少量的数据保存少量的数据、计算功能计算功能、控制功能、控制功能、编程功能编程功能微机原理与应用微机原理与应用内存分类内存分类内存按工作方式可分为内存按工作方式可分为:随机存取存储器（随机存取存储器（RAMRAM）可读可写可读可写只读存储器（只读存储器（ROMROM）可读不可写可读不可写微机原理与应用微机原理与应用输入输入/输出接口输出接口接口是接口是CPUCPU与外部设备间的桥梁与外部设备间的桥梁CPUCPUI/OI/O接口接口外设外设(1)(1

9、)数据缓冲寄存数据缓冲寄存(2)(2)信号电平或信号类型的转换信号电平或信号类型的转换(3)(3)实现实现CPUCPU与外设间的运行匹配与外设间的运行匹配 接口的功能接口的功能微机原理与应用微机原理与应用思考思考数据总线数据总线：用来传输数据，数据总线是双向的。用来传输数据，数据总线是双向的。数据总线上传送的一定是数据吗？数据总线上传送的一定是数据吗？答：在微型机中，数据的含义也是广义的。答：在微型机中，数据的含义也是广义的。数据总线上传送的不一定是真正的数据，数据总线上传送的不一定是真正的数据，还有可能是指令代码、状态量或控制量。还有可能是指令代码、状态量或控制量。数数 据据 总总 线线微机

10、原理与应用微机原理与应用2.2.2 微型计算机的结构微型计算机的结构采用的是总线结构。总线是传输信号的一组导线，作为微机各部件之间信息传输的公共通道。微机原理与应用微机原理与应用微型计算机总线结构微型计算机总线结构数据总线 DB 双向地址总线 AB 单向控制总线 CB 双向CPU存储器存储器I/OI/O接口接口外设外设ABDBCB系统总线系统总线微机原理与应用微机原理与应用内存容量内存容量存储单元一般以字节为单位存储单元一般以字节为单位内存容量指内存所能存放信息的最大字节内存容量指内存所能存放信息的最大字节数（即最大存储单元个数）数（即最大存储单元个数）存储单元个数与地址线根数有关存储单元个数

11、与地址线根数有关微机原理与应用微机原理与应用地址总线：地址总线：专门用来传送地址信息，地址总线是单向专门用来传送地址信息，地址总线是单向的的地地 址址 总总 线线微机原理与应用微机原理与应用（一）计算机（一）计算机CPUCPU动作的基本步骤动作的基本步骤在时钟信号协调下，产生一系列控制信号，控制在时钟信号协调下，产生一系列控制信号，控制CPUCPU各部分。基本步骤如下：各部分。基本步骤如下：1.1.从内存取指令，同时从内存取指令，同时IPIP修正；修正；2.2.识别，分析操作码；识别，分析操作码；3.3.如果需要，从如果需要，从M M中取数；中取数；4.4.执行；执行；5.5.如果需要，向如果

12、需要，向M M送结果；送结果；6.6.每一条指令执行时重复执行每一条指令执行时重复执行1515。BIUBIU与与EUEU的动作管理的动作管理微机原理与应用微机原理与应用控制总线控制总线:用来传输控制信号。用来传输控制信号。包括包括:nCPUCPU送往存储器和送往存储器和I/OI/O接口的控制信号，如接口的控制信号，如读信号、写信号。读信号、写信号。n存储器和存储器和I/0I/0接口送到接口送到CPUCPU的信号，如时钟的信号，如时钟信号、中断请求信号、准备就绪信号。信号、中断请求信号、准备就绪信号。控控 制制 总总 线线微机原理与应用微机原理与应用一一.总线接口部件总线接口部件二二.执行部件执

13、行部件三三.总线接口和执行部件的动作管理总线接口和执行部件的动作管理2.3 80862.3 8086微处理器微处理器微机原理与应用微机原理与应用8086CPU8086CPU编程结构图编程结构图ALU执行部件控制电路I/O控制电路地址加法器2020位1616位指令队列缓冲器8 8位执行部件(EU)EU)总线接口部件(BIU)系统总线1616位运算寄存器标志寄存器通用寄存器段寄存器DLCLBLALSIDIBPSPDHCHBHAH内部暂存器内部暂存器IPESSSDSCS 微机原理与应用微机原理与应用执行部件执行部件(EU)(EU)和总线接口部件和总线接口部件(BIU)(BIU)BIUBIU负责负责C

14、PUCPU与存储器、与存储器、I/OI/O端口之间的数据传送，包端口之间的数据传送，包括取指令、存储器数据读写、括取指令、存储器数据读写、I/OI/O端口数据读写。端口数据读写。n取指令取指令BIUBIU负责从内存取出指令，送到指令队列中排队负责从内存取出指令，送到指令队列中排队n存储器数据读操作、存储器数据读操作、I/0I/0端口数据读操作端口数据读操作在执行指令时在执行指令时所需的操作数，由所需的操作数，由BIUBIU负责从指定的内存单元或负责从指定的内存单元或I/OI/O端口中端口中取出，传送给取出，传送给EUEU部分去执行部分去执行n存储器数据写操作、存储器数据写操作、I/OI/O端口

15、数据写操作端口数据写操作BIUBIU负责把负责把EUEU的执行结果传送到指定的内存单元或的执行结果传送到指定的内存单元或I/0I/0端口中端口中EUEU负责指令的执行负责指令的执行微机原理与应用微机原理与应用8086CPU8086CPU分分EUEU和和BIUBIU，每部分负责不同工作。条，每部分负责不同工作。条件允许时，可按特定规则有管理地并行工作：件允许时，可按特定规则有管理地并行工作：1)1)取指取指由由BIUBIU完成，给出完成，给出CSCS、IPIP，并修正并修正IPIP；2)2)识别识别由由EUEU完成完成;3)3)取数取数由由BIUBIU完成，完成，EUEU给出偏、段地址，给出偏、

16、段地址，BIUBIU获物理地址，取数；获物理地址，取数；4)4)执行执行由由EUEU完成完成;5)5)送结果送结果由由BIUBIU完成，完成，EUEU给出段：偏给出段：偏,BIU,BIU求得求得物理地址，并送结果。物理地址，并送结果。BIUBIU与与EUEU工作不冲突，可并行。工作不冲突，可并行。(二二)8086CPU)8086CPU的动作管理的动作管理微机原理与应用微机原理与应用BUS传统传统CPU取指1 执行1 取指2 执行2 取指3 执行3CPU 忙 空 忙 空 忙 空BUS取指 1 取指2 取指3 取指 4 取指5 取指6 8086 CPU BIU 执行1 执行2 执行3 执行4 执行

17、5 EU 忙 忙 忙 忙 忙 忙(三三)8086CPU与传统与传统CPU的不同的不同串行串行并行并行微机原理与应用微机原理与应用指令指针指令指针IPIP（Instruction Instruction pointer)pointer)n指令存于指令存于CSCS代码段代码段nIPIP为下一条执行指令的第一个字节的段内偏为下一条执行指令的第一个字节的段内偏移地址移地址nCS:IPCS:IP为下一条执行指令的逻辑地址为下一条执行指令的逻辑地址nIPIP的默认段寄存器为的默认段寄存器为CSCSBIUBIU中的寄存器中的寄存器指令指针寄存器指令指针寄存器指令指针寄存器指令指针寄存器16161616位代码

18、段寄存器位代码段寄存器位代码段寄存器位代码段寄存器16161616位数据段寄存器位数据段寄存器位数据段寄存器位数据段寄存器16161616位堆栈段寄存器位堆栈段寄存器位堆栈段寄存器位堆栈段寄存器16161616位附加段寄存器位附加段寄存器位附加段寄存器位附加段寄存器微机原理与应用微机原理与应用标志寄存器标志寄存器FCFPFAFZFSFTFIFDFOF0123456789101112131415溢出标志溢出标志方向标志方向标志中断标志中断标志跟踪标志跟踪标志符号标志符号标志进位标志进位标志奇偶标志奇偶标志辅助进位标志辅助进位标志零标志零标志微机原理与应用微机原理与应用标志的分类标志的分类状态标志

19、状态标志用来记录程序运行结果的状态信息。用来记录程序运行结果的状态信息。OF SF ZF AF PF CF控制标志控制标志可由程序根据需要用指令设置。可由程序根据需要用指令设置。DF IF TF微机原理与应用微机原理与应用溢出标志溢出标志OF（Overflow Flag）若有符号数的运算结果有溢出，若有符号数的运算结果有溢出，则则OF1；否则；否则 OF0微机原理与应用微机原理与应用方向标志方向标志DF（Direction Flag）用于串操作指令中，控制地址的变化方向：用于串操作指令中，控制地址的变化方向：设置设置DF0，存储器地址自动增加（默认方式）存储器地址自动增加（默认方式）设置设置D

20、F1，存储器地址自动减少存储器地址自动减少CLD指令复位方向标志：指令复位方向标志：DF0STD指令置位方向标志：指令置位方向标志：DF1微机原理与应用微机原理与应用中断标志中断标志IF（Interrupt-enable Flag）用于控制外部可屏蔽中断请求是否可以被用于控制外部可屏蔽中断请求是否可以被CPUCPU响应：响应：设置设置IFIF1 1，则允许中断则允许中断设置设置IFIF0 0，则禁止中断则禁止中断CLI指令复位中断标志：指令复位中断标志：IF0STI指令置位中断标志：指令置位中断标志：IF1微机原理与应用微机原理与应用跟踪标志跟踪标志TF（Trap Flag）用于控制用于控制C

21、PU进入单步操作方式：进入单步操作方式：设置设置TF0，CPU正常工作；正常工作；设置设置TF1，CPU单步执行指令。单步执行指令。微机原理与应用微机原理与应用n有符号数的最高位为符号位，有符号数的最高位为符号位，“0”表示正，表示正，“1”表表示负示负n符号标志与最高位相同符号标志与最高位相同n n所以，符号标志可以表示运算结果是正还是负所以，符号标志可以表示运算结果是正还是负所以，符号标志可以表示运算结果是正还是负所以，符号标志可以表示运算结果是正还是负运算结果最高位为运算结果最高位为1，则，则SF=1；否则；否则SF=0符号标志符号标志SF（Sign Flag）微机原理与应用微机原理与应

22、用EUEU中的寄存器中的寄存器通通用用寄寄存存器器专专用用寄寄存存器器BX 基数寄存器基数寄存器CX 计数寄存器计数寄存器DX 数据寄存器数据寄存器基数指针基数指针目的变址寄存器目的变址寄存器 源变址寄存器源变址寄存器标志寄存器标志寄存器AX 累加器累加器堆栈指针堆栈指针微机原理与应用微机原理与应用零标志零标志ZF（Zero Flag）若运算结果为若运算结果为0，则，则ZF=1；否则；否则ZF=0 注意：注意：ZF为为1表示的结果是表示的结果是0微机原理与应用微机原理与应用辅助进位标志辅助进位标志AF（Auxiliary Carry Flag）运运算算时时，D3位位向向D4位位（低低半半字字节

23、节）有有进进位位或借位时，或借位时，AF=1；否则否则AF=0。AF主要由主要由CPU内部使用内部使用,用户一般不必关心用户一般不必关心微机原理与应用微机原理与应用奇偶标志奇偶标志PF（Parity Flag）当运算结果最低字节中当运算结果最低字节中“1”的个数为偶的个数为偶数时，数时，PF=1；否则；否则PF=0 PF只只反反映映最最低低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.微机原理与应用微机原理与应用进位标志进位标志CF（Carry Flag）当无符号数的运算结果的最高位有进位或借当无符号数的运算结果的最高位有进位或借位位(即溢出即溢出

24、)时，时，CF=1；否则；否则CF=0。微机原理与应用微机原理与应用进位标志进位标志CF与溢出标志与溢出标志OF的区别的区别进位标志进位标志CF表示无符号数运算结果是否超出表示无符号数运算结果是否超出范围范围(即溢出即溢出)；若；若CF=1，运算结果仍然正确，运算结果仍然正确溢出标志溢出标志OF表示有符号数运算结果是否超出表示有符号数运算结果是否超出范围范围(即溢出即溢出)；若；若OF=1，运算结果不正确，运算结果不正确微机原理与应用微机原理与应用8086CPU8086CPU有有2020条地址线条地址线,存储器按字节编址存储器按字节编址最大可寻址空间为最大可寻址空间为2 22020B B1MB

25、1MB物理地址范围从物理地址范围从00000H00000HFFFFFHFFFFFH如何解决如何解决1616位寄存器提供位寄存器提供2020位地址的问题呢？位地址的问题呢？微机原理与应用微机原理与应用办法：存储器分段办法：存储器分段8086CPU8086CPU将将1MB1MB空间分成许多逻辑段空间分成许多逻辑段(Segment)(Segment)每个存储单元地址都可用（段地址每个存储单元地址都可用（段地址+偏移地址）来表示偏移地址）来表示段地址的低段地址的低4 4位位为为0000B(80860000B(8086规定：从规定：从0 0地址开始，每地址开始，每1616字节为一小段，段地址必须从任一小

26、段的首地址开始，字节为一小段，段地址必须从任一小段的首地址开始，即逻辑段从即逻辑段从1616字节的整数边界开始字节的整数边界开始)段地址的高段地址的高1616位位(段基址段基址)存在段寄存器存在段寄存器(DS,CS,SS,ES)(DS,CS,SS,ES)中中偏移地址偏移地址存在存在1616位寄存器中位寄存器中,每个段长每个段长64KB64KB微机原理与应用微机原理与应用2.4 2.4 存储器的结构存储器的结构一一 存储器的分段存储器的分段二二 存储器的地址存储器的地址存储器的逻辑地址存储器的逻辑地址存储器的物理地址存储器的物理地址微机原理与应用微机原理与应用 段长段长64KB 段长段长64KB

27、 段长段长64KB段长段长64KB00000000001055010550250A0250A08FFB08FFB0EFF00EFF00FFFFFFFFFF代代码码段段数数据据段段附附加加段段堆堆栈栈段段1055 1055 250A 250A 8FFB 8FFB EFF0EFF0CSCSDSDSESESSSSS微机原理与应用微机原理与应用存储器的物理地址和逻辑地址存储器的物理地址和逻辑地址每一个存储单元可以看成具有两种类型的地址：物理地址和逻辑地址物理地址和逻辑地址逻辑地址逻辑地址相对地址、两部分都是相对地址、两部分都是1616位位 物理地址物理地址绝对地址、绝对地址、2020位位逻辑地址逻辑地

28、址=段基址段基址:偏移地址偏移地址物理地址物理地址=段基址段基址 X 10H+偏移地址偏移地址微机原理与应用微机原理与应用逻辑段在整个存储空间浮动，即段与段之间可以部逻辑段在整个存储空间浮动，即段与段之间可以部分重叠、分重叠、连续排列或断续排列。连续排列或断续排列。对于任何一个物理地址对于任何一个物理地址,可以被包含在多个相互重叠可以被包含在多个相互重叠的逻辑段中，只要有段地址和段内偏移地址就可以的逻辑段中，只要有段地址和段内偏移地址就可以访问到这个物理地址所对应的存储空间。访问到这个物理地址所对应的存储空间。微机原理与应用微机原理与应用例题例题一个物理地址可以有多个逻辑地址一个物理地址可以有

29、多个逻辑地址逻辑地址逻辑地址 1460:1001460:100、1380:F001380:F00物理地址物理地址 14700H 14700H14700H 14700H 14600 14600 100 100 14700 14700 13800 13800 F00 F00 14700 14700段基址左移段基址左移4 4位位加上偏移地址加上偏移地址得到物理地址得到物理地址微机原理与应用微机原理与应用多字节数据存放方式多字节数据存放方式多字节数据在存储器中占连续的多个存储单元：多字节数据在存储器中占连续的多个存储单元：存放存放时，低字节存入低地址，高字节存入时，低字节存入低地址，高字节存入高地址；

30、高地址；表达表达时，时，用低用低地址表示多字节数据占据的地址空间。地址表示多字节数据占据的地址空间。存储器采用存储器采用“高高低低高高低低”的存储规则的存储规则微机原理与应用微机原理与应用例题例题低地址低地址2 2号号“字字”单元的内容为：单元的内容为：0002H=1256H 0002H=1256H2 2号号“双字双字”单元的内容为：单元的内容为：0002H=67341256H 0002H=67341256H数据类型数据类型字节：字节：D7-D0D7-D0字：字：D15-D0 D15-D0双字：双字：D31-D0D31-D0微机原理与应用微机原理与应用在代码段，段地址为在代码段，段地址为105

31、50H10550H操作数物理地址为：操作数物理地址为：105510H+0204H=10754H105510H+0204H=10754H在数据段，段地址为在数据段，段地址为250A0H250A0H操作数物理地址为：操作数物理地址为：250A10H+0204H=252A4H250A10H+0204H=252A4H在附加段，段地址为在附加段，段地址为2EF00H2EF00H操作数物理地址为：操作数物理地址为：2EF010H+0204H=2F104H2EF010H+0204H=2F104H在堆栈段，段地址为在堆栈段，段地址为8FF00H8FF00H操作数物理地址为：操作数物理地址为：8FF010H+0

32、204H=90104H8FF010H+0204H=90104H例例:已知已知(CS)=1055H,(DS)=250AH,(ES)=2EF0H,(SS)=8FF0H(CS)=1055H,(DS)=250AH,(ES)=2EF0H,(SS)=8FF0H 某操作数偏移地址某操作数偏移地址=0204H=0204H。计算各段的段地址、操作数在各段的物理地址。计算各段的段地址、操作数在各段的物理地址。10550H250A0H2EF00H8FF00HCSDSESSS 微机原理与应用微机原理与应用1.若某指令存放在代码段为CS=789AH，指令指针为 IP=2345H处，该指令存放单元的物理地址是()A.0H B.7ACE5H C.2ACE5HD.79BDFH2.8086系统中，若某存储器单元的物理地址2ABCDH，且该存储单元的偏移地址为0AADH，则该存储单元所在的段基址应为（）3.有一个字数据区，它的起始地址为70A0:DDF6H，问 这个数据区首、末字节单元的物理地址分别是 （）和（）2A12H B 习 题7E7F67E7F7