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《 微机系统与接口 》

Microcomputer Systems and Interface. 第 1 章 微型计算机基础（续） 马旭东 13809022379/ 83795360 xdma@seu.edu.cn. 《 微机系统与接口 》. 体系 Von NeuMANN / Harvard ( 外 MEM 可流水线作业 ) 功能结构 单 / 多片机 / (MCU)/MPU) ； 组装方式 单 / 多板机； TP801 使用方式 DESKTOP/LAPTOP/NOTEBOOK （便携式） -Mobile MP

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  1. Microcomputer Systems and Interface 第1章 微型计算机基础（续） 马旭东 13809022379/ 83795360 xdma@seu.edu.cn 《微机系统与接口》

  2. 体系 Von NeuMANN / Harvard (外MEM可流水线作业) 功能结构 单/多片机/ (MCU)/MPU)； 组装方式 单/多板机；TP801 使用方式DESKTOP/LAPTOP/NOTEBOOK （便携式）-Mobile MP 安装使用非（可重装入） /嵌入式（EMBBEDED） 指令CISC/RISC 内核(标准内核), 多核，软核 专用/通用MPUDSP，MCU 微型计算机分类

  3. 8086/8088芯片管脚图：Vcc=+5V,VLSI 8086/8088微处理器 冯.诺伊曼（Von NeuMANN）结构 i8086: 工业控制 单板计算机 i8088：个人计算机 同代MC6802/6809

  4. 8086/8088微处理器 INTEL公司78年推出（79年推出8088 ） 4万多个晶体管(8088为2.9万个晶体管) 时钟频率4.77MHZ 数据线16位（8088的数据线8位） 地址线20位 40脚DIP封装 81年IBM推出Personal Computer （个人计算机、微机）PC Intel Architecture(IA)-16 4

  5. IBM PC&PC/XT （20年前产品） 可以重复加载运行各种应用软件的个人计算机： 多板结构 1．系统板+I/O选卡----基于中大规模IC μP:8088(80C88)/8087＋82XX芯片组chipset 82C88 总线控制器BUS Controller 8284 Clock Generator &Driver 2．ROM----基本系统程序 3.  RAM----中间数据/应用程序 4．I/O接口电路：Speaker/KB 5. I/O expanding slots: 62脚：PC-5 XT-8 如何构建？？

  6. 时序 和 控制 逻辑 指 令 译 码 指 令 寄 存 控制总线 地址总线 控制 通 用 寄存器组 地 址 寄存器组 地址总线 数据总线 控制 内部数据总线 数据总线 暂存器 累加器 标志寄存器 ALU 微处理器的基本结构 基本组成 算术逻辑单元（运算器） 寄存器组 指令处理单元（控制器） 执行指令！！ 处理器干哪些事？？

  7. 指令：算逻运算、数据传送、I/O、跳转、系统操作等指令：算逻运算、数据传送、I/O、跳转、系统操作等 执行方式：串行、流水线（深度－EU＋BIU 两级） P26 图1.7微机外部结构框图 IA-16微机系统结构 取指、执行、取指、执行。。 SCLK

  8. 地址总线 20位 AX AH AL 通 用 寄 存 器 BX BH BL ∑ 数据总线 8088:8位 8086:16位 CX CH CL DX DH DL 段寄存器 SP BP DI 总线 控制逻辑 SI 指令指针 外部 总线 ALU数据总线（16位） 运算寄存器 指令队列 Q总线 （8位） EU 控制系统 1 2 3 4 5 6 8088 执行单元EU 总线接口 单元BIU 8086 标志寄存器 ALU CS DS SS ES IP 内部暂存器 IA-16微处理器（Intel 8086/8088 ） P19图1.9 功能结构 SCLK

  9. 指令的执行过程： 1000:100 MOV AX,0064H ; B8 64 00 1000:103 ADD AX,100H ; 05 00 01 1000:106 MOV [2000H],AX ; F3 00 20 8086/8088流水工作过程 • 指令队列 • 总线接口单元BIU 1 2 23 3 34 45… 取指 取指 取指 取数 取指…. MPU 执行单元 等待 执行1 执行2 执行3 。。。 时间 与BIU有关的指令执行 机器码

  10. 8088指令执行过程（结构为8086，复制自郑州大学钱晓捷资料)8088指令执行过程（结构为8086，复制自郑州大学钱晓捷资料)

  11. 14个16位寄存器：8通用寄存器/4段/2控制寄存器 ADD AX，100， MOV BH，[1000] SUB DX，[BX] JC 1000 MOV CS:[SI],AL 栈操作： 16位 P20图 1.10 8086/8088的内部寄存器(Registers)

  12. AX，BX，CX，DX，AH，AL，BH，BL，CH，CL，DH，DL（16-8）AX，BX，CX，DX，AH，AL，BH，BL，CH，CL，DH，DL（16-8） 习惯：AX累加器Accumulator)/ BX基址R/ CX(Count)计数R,循环-串操作/ DX数据R（Data），I/O port, 双字除（H16）； SP，BP：Stack Pointer R, Base Pointer基址指针R 数据/Pointer SI，DI 变址R（Source Index R, Destination Index R）--指针作用 例：REP MOVSB 通用寄存器(Register)功能 指令、数据存储地址

  13. 段寄存器Segment Register CS,SS,DS,ES Code,Stack,Data,Extra(附加段)R==Segment Base Address 解决８位机兼容问题 MOV AX，[1000H] 8086/8088存储器管理：20 AB1MB, 64KB单位，物理地址PA，段基地址SA，偏移地址EA（OFFSET）；（SA，EA逻辑地址）关系：PA=SA*16+EA 默认：MOV AX，DS:[1000H] 当(DS)=1234H时 物理地址＝13340H A19……A0=? 当(DS)=56A8H时 物理地址＝57A80H 段寄存器功能

  14. 奇偶位 ＝1偶 借进位 半进位 溢出标志 符号位 零标志位 跟踪 中断允许＝1 方向 控制寄存器 控制寄存器： IP（Instruction Pointer-预取指令的偏移地址） FLAGS标志（6状态/3控制-8088/86定义9位 ） 控制标志位(3)六个算术和逻辑运算结果特征(6) 当算术运算的结果超出了带符号数的范围，即溢出时，OF= 1，否则OF＝0。8位带符号数范围是一128～＋127，16位带符号数的范围是-32768～＋32767。 例: XXXX1010 10X0X1X1

  15. CF进位标志位 当进行加法或减法运算时，若最高位发生进位或借位则CF＝1，否则CF＝0。 PF奇偶标志位 当逻辑运算结果中“1”的个数为偶数时PF＝1，为奇数时PF=0。 AF辅助进位位 在8（l6）位加减法操作中，低4位向高4位有进位、借位发生 ZF零标志位 当运算结果为零时ZF＝1，否则ZF＝0。 SF符号标志位 当运算结果的最高位MSB为1时SF=1，否则SF= 0。 OF溢出标志位 当算术运算的结果超出了带符号数的范围，即溢出时，OF= 1，否则OF＝0。8位/16位带符号数范围 标志状态寄存器Flags(位) 例: XXXX1010 10X0X1X1

  16. TF 跟踪标志位 TF= 1，使CPU处于单步执行指令的工作方式。这种方式便于进行程序的调试。每执行一条指令后，自动产生一次内部中断，从而使用户能逐条指令地检查程序。 IF 中断允许标志位IF= l使CPU可以响应可屏蔽中断请求。IF= 0使CPU禁止响应可屏蔽中断请求。 IF的状态对不可屏蔽中断及内部中断没有影响。 DF 方向标志位DF= l 使串操作按减地址方式进行。也就是说，从高地址开始，每操作一次地址减小一次。DF＝0使串操作按增地址方式进行。 标志控制寄存器Flags (位)

  17. P22 8086／8088的引脚信号 动态复用----机器周期至少4个时钟周期CLK：T1，T2，T3，T4，Tw) MAX模式 两种工作模式： MAX/MIN

  18. 8086／8088引脚分类 • 第一类 每个引脚只传送一种信息。32P---/RD。 • ` • 第二类 每个引脚电平的高低代表不同的信号，例如IO／M#。 • 第三类 引脚在8086／8088的两种不同工作方式——最小模式和最大模式下有不同的名称和定义。例如：第29脚为WR#（LOCK#）。 • 第四类 每个引脚可以传送两种信息(分时复用）。这两种信息在时间上是可以分开的，因此可以用一个引脚在不同时刻传送不同的信息，一般称这类引脚为分时复用线。例如：AD7 ～AD。 • 第五类 引脚的输入和输出分别传送不同的信息，如RQ#／GT0#输入时传送总线请求，输出时传送总线请求允许。 • 第六类 电源/地Vcc/Vss（GND）

  19. 8086／8088重要引脚信号 (完成微机基本功能的基本信号) RESET系统复位信号 输入端 RESET信号高电平有效，8086／8088要求该信号的有效时间至少为4个T状态。CPU接收到RESET信号后，立即停止当前操作，完成内部的复位过程，恢复到机器的起始状态并使系统重新启动。复位时各寄存器的状态: FLAGS=0H，IP=0，CS=FFFFH，（预取队列空），DS=ES=SS=0，各GR=0。==起始地址 0FFFF:0 （P23表1.4） AD7～AD0（Address Data Bus）地址、数据复用端，双向工作。 A15～A8（Address）地址输出端 （A16-A19) CLK 时钟 输入端 接至8284集成电路的输出端，由8284提供8088所需的4．77M，33％占空比（即1／3周期为高电平，2／3周期为低电平）的系统时钟信号T=2.096微秒 / RD（Read）读信号输出端。读信号是一个低电平有效的输出信号，当/RD为低电平时，表明CPU正在对内存或外设进行读操作。 /WR（Write）写信号输出端。写信号是一个低电平有效的输出信号，当/WR为低电平时，表明CPU正在对内存或外设进行写操作。 （IORD--IOWR),(IORQ--MENRQ)

  20. 8086/8088与Max/Min模式 • 8088: AD0-AD7:数据/低8位地址复用线 SS0：状态信号 • 8086:AD0～AD15地址/数据复用引脚(双向、三态) A16/S3～A19/S6地址/状态复用引脚(输出、三态) /BHE/S7总线高位允许/状态(输出，三态):P25表1.6) 最小模式：系统只有8086或8088一个微处理器。所有控制信号直接由CPU提供 最大模式：由两个或多个微处理器(主处理器和协处理器)组成中(大)规模系统，CPU并不直接向外界提供全部控制信号，而由S0S1S2通过Intel 8288总线控制器提供(编码信号:P27 表1.8)

  21. 8086／8088的工作方式MIN －单CPU模式 (P24图1.13) 锁存器： 74LS373 i8282/8283 （双向） 缓冲器 74LS245 i8286/8287

  22. 8086／8088的工作方式MAX --多处理器/总线模式 总线 控制器8288 P26图1.14 锁存器 双向总线 缓冲器

  23. 8086/8088工作过程（时序） RESET复位FFFF:0取第一条指令TCLK控制操作逻辑（不同指令实现不同操作、处理功能：计算、读写寄存器／存储器／IO口） 指令周期 典型BIU时序

  24. 每两个时钟脉冲上升（下降）沿之间的时间间隔称为T状态，也称为时钟周期（Clock Cycle） 时钟周期、总线周期和指令周期 T t CPU从存储器或输入/输出端口，存取一个字节（或字）所要花费的时间称为一个总线周期（Bus Cycle） 执行一条指令所需要的时间称为指令周期（Instruction Cycle） MOV AX, BX ;2T MOV AX, [1000H] 10T, 1次传送 ADD [BX], AL ；16T＋EA ， 2次传送

  25. T1：输出地址；T2：总线转向；T3:存储器访问；T4:结束T1：输出地址；T2：总线转向；T3:存储器访问；T4:结束 8086/8088总线时序例－存储器写

  26. 小 结 1．外部设备一定要通过I/O接口才能与主机相连； 2．CPU内寄存器只能放暂存信息，主要信息放在存储器中； 3．原始数据（数值数据、非数值数据（如人名等字符） 编码压缩数据（位、半字节、字节、字、双字）信息/程序 4．3的ASCII码表示，*011 0011B，MSB*=0表示标准ASCII（西文），1扩展ASCII—数据、中文等，GB码----内码（GB码MSB=1）；MIMH（64） 5．8086数据总线16位；8088为8位；字长=ALU数据宽度 6.8086/8088硬件工作过程： RESETTCLK控制－时序逻辑电路:按指令指定逻辑工作； 时钟周期、总线周期和指令周期 第二章 指令系统

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