东南大学自动化学院微机系统与接口教学课件第一章2.ppt
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- 东南大学 自动化 学院 微机 系统 接口 教学 课件 第一章
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1、东南大学东南大学微机系统与接口微机系统与接口1微机系统与接口微机系统与接口Microcomputer Systems and Interface 第第1 1章章 微型计算机基础(续)微型计算机基础(续)上一讲:上一讲:数制、数制、无符号数、无符号数、有符号数有符号数(原码、反码和补码)、(原码、反码和补码)、二进制编码、二进制编码、定点数与浮点数、定点数与浮点数、微型计算机及其发展、微型计算机及其发展、微机系统组成微机系统组成( CPU+ MEMERY +I/O接口接口 )东南大学东南大学微机系统与接口微机系统与接口2数据在内存的存储方式数据在内存的存储方式双字双字384A157EH384A1
2、57EH(双字)(双字)4AHABH89H7EH15H4AH38H72HC9HEDH65H0000H0000H0001H0001H0002H0002H0003H0003H0004H0004H0005H0005H0006H0006H0007H0007H0008H0008H0009H0009H000AH000AH000BH000BH000CH000CH000DH000DH157EH157EH(字)(字)4AH(4AH(字节字节) )字节地址字节地址89ABH89ABH(字(字) )字地址字地址65EDC972384A157EH(65EDC972384A157EH(四字)四字)四字地址四字地址字地址
3、字地址要点要点1 1:低地址放:低地址放低字节低字节, ,高地址高地址放高字节放高字节东南大学东南大学微机系统与接口微机系统与接口3硬件组成之三输入输出接口硬件组成之三输入输出接口I/O Device/InterfaceMPU信息来源信息来源/输出目标(程序、数据、测控信息输出目标(程序、数据、测控信息)-接口电路接口电路外设:标准:外设:标准:KB, Point device(MOUSE、Tracking Ball、Touch screen.) , 非标:非标:SCANNER, Digitalizer, Digital Camera, ZIP, Video Camera, ADC, DI C
4、RT、Printer、Plotter DAC, DOFDC/HDD/CD-ROM/R/RW/DVD,Tape, net-adaptor , SB, Microphone/ SPK特点:多样性,信息多样,速度慢:接口电路特点:多样性,信息多样,速度慢:接口电路-I/O Adaptor(适配器适配器),非,非/智能化智能化东南大学东南大学微机系统与接口微机系统与接口4硬件组成之三硬件组成之三部分关系部分关系微型计算机的结构示意图微型计算机的结构示意图 存存储储器器I/O接接口口输输入入设设备备I/O接接口口数据总线数据总线 DB控制总线控制总线 CB地址总线地址总线 AB输输出出设设备备CPU东南
5、大学东南大学微机系统与接口微机系统与接口5总线总线-微机系统各部件相连微机系统各部件相连BUS 一组性质相似的各部件共用的信息线的集合,一组性质相似的各部件共用的信息线的集合,正常情况下(通常)正常情况下(通常)每一时刻每一时刻只能有一对设备使只能有一对设备使用总线用总线传输信息传输信息 -基带。基带。 总线控制总线控制 三态缓冲器三态缓冲器 I/O总线的作用是通过总线的作用是通过公用公用的信号线可把的信号线可把计算机或测控系统中的各种设备联成一体计算机或测控系统中的各种设备联成一体,以便进行彼此之间的信息交换。采用总,以便进行彼此之间的信息交换。采用总线技术在系统设计、生产、使用和维护上线技
6、术在系统设计、生产、使用和维护上具有很多优越性。具有很多优越性。东南大学东南大学微机系统与接口微机系统与接口6微型计算机分类微型计算机分类 体系体系 Von NeuMANN / Harvard (外外MEM可流水线作业可流水线作业) 功能结构功能结构 单单/多片机多片机/ (MCU/MPU); 组装方式组装方式 单单/多板机;多板机; TP801 使用方式使用方式 DESKTOP/LAPTOP/NOTEBOOK (便携式)(便携式)-Mobile MP 安装使用安装使用 非非(可重装入)(可重装入) /嵌入式嵌入式(EMBBEDED) 指令指令 CISC/RISC 内核内核 (标准内核标准内核
7、), 多核,软核多核,软核 专用专用/通用通用MPU DSP,MCU东南大学东南大学微机系统与接口微机系统与接口78086/80888086/8088微处理器微处理器INTEL公司公司78年推出(年推出(79年推出年推出8088 )4万多个晶体管万多个晶体管(8088为为2.9万个晶体管万个晶体管)时钟频率时钟频率4.77MHZ数据线数据线16位(位(8088的数据线的数据线8位)位)地址线地址线20位位40脚脚DIP封装封装81年年IBM推出推出Personal Computer (个人计算机、微机(个人计算机、微机)PCIntel Architecture(IA)-16东南大学东南大学微机
8、系统与接口微机系统与接口8IBM PC&PC/XT IBM PC&PC/XT (2020年前产品)年前产品)可以重复加载运行各种应用软件的个人计算机:可以重复加载运行各种应用软件的个人计算机: 多板结构多板结构 1系统板系统板 +I/O选卡选卡-基于中大规模基于中大规模IC P:8088(80C88)/808782XX芯片组芯片组chipset82C88 总线控制器总线控制器BUS Controller8284 Clock Generator &Driver 2ROM-基本系统程序基本系统程序3. RAM-中间数据中间数据/应用程序应用程序4I/O接口电路:接口电路:Speaker/KB5.
9、I/O expanding slots: 62脚:脚:PC-5 XT-8东南大学东南大学微机系统与接口微机系统与接口9微处理器的基本结构微处理器的基本结构基本组成基本组成算术逻辑单算术逻辑单元(运算器)元(运算器)寄存器组寄存器组指令处理单指令处理单元(控制器)元(控制器)内部数据总线内部数据总线控制总线控制总线数据总线数据总线地址总线地址总线暂存器暂存器累加器累加器ALU标志寄存器标志寄存器指指令令寄寄存存指指令令译译码码时序时序和和控制控制逻辑逻辑通通 用用寄存器组寄存器组地地 址址寄存器组寄存器组地址地址总线总线控制控制数据数据总线总线控制控制东南大学东南大学微机系统与接口微机系统与接口
10、10IA-16IA-16微机微机系统结构系统结构指令:算逻运算、数据传送、指令:算逻运算、数据传送、I/O、跳转、系统操作等、跳转、系统操作等执行方式:串行、流水线(深度执行方式:串行、流水线(深度EUBIU 两级)两级) 取指、执行、取指、执行。SCLK图图1.7 微机外部结构框图微机外部结构框图东南大学东南大学微机系统与接口微机系统与接口11IA-16微处理器(微处理器(Intel 8086/8088 ) AH ALBH BLCH CLDH DLSPBPDISI通通 用用 寄寄 存存 器器AXBXCXDXALU数据总线(数据总线(16位)位)运算寄存器运算寄存器ALU标志寄存器标志寄存器E
11、U 控控制系统制系统执行单元执行单元EUCSDSSSESIP内部暂存器内部暂存器1 2 3 4 5 6数据总线数据总线8088:8位位8086:16位位总线控总线控制逻辑制逻辑地址总线地址总线20位位指令队列指令队列80888086Q总线总线(8位)位)指令指针指令指针段寄存器段寄存器外部外部总线总线总线接口总线接口单元单元BIUSCLK图图1.9 功能结构功能结构东南大学东南大学微机系统与接口微机系统与接口128086/8088流水工作过程流水工作过程指令队列指令队列总线接口总线接口单元单元BIUMPU执行单元执行单元时间 等待等待 执行执行1 执行执行2 执行执行3 。1 2 23 3 3
12、4 45取指取指 取指取指 取指取指 取数取数 取指取指 .与与BIU有关有关的指令执的指令执行行指令的执行过程:指令的执行过程: 1000:100 MOV AX,0064H ; B8 64 00 1000:103 ADD AX,100H ; 05 00 01 1000:105 MOV 2000H,AX ; F3 00 20要点要点2:取指、执行重叠并行(指:取指、执行重叠并行(指令流水线令流水线 )东南大学东南大学微机系统与接口微机系统与接口138088指令执行过程(结构为指令执行过程(结构为8086)东南大学东南大学微机系统与接口微机系统与接口148086/8088的内部寄存器的内部寄存器
13、(Registers) 14个个16位寄存器:位寄存器:8通用寄存器通用寄存器/4段段/2控制寄存器控制寄存器栈操作:16位图1.10ADD AX,100, MOV BH,1000SUB DX,BXJC 1000MOV CS:SI,AL东南大学东南大学微机系统与接口微机系统与接口15通用寄存器通用寄存器(Register)功能功能 AX,BX,CX,DX, (16) AH,AL,BH ,BL,CH,CL,DH,DL(8) 习惯:习惯:AX累加器累加器Accumulator)/ BX基址基址R/ CX(Count)计数计数R,循环循环-串操作串操作/ DX数据数据R(Data),),I/O po
14、rt, 双字除(双字除(H16);); SP,BP:Stack Pointer R, Base Pointer基址基址指针指针 R 数据数据/Pointer SI,DI 变址变址R(Source Index R, Destination Index R)-指针作用指针作用例:例:REP MOVSB指令、数据存储地址指令、数据存储地址东南大学东南大学微机系统与接口微机系统与接口16段寄存器功能段寄存器功能 段寄存器段寄存器Segment Register CS,SS,DS,ES Code,Stack,Data,Extra(附加段附加段)R=Segment Base Address东南大学东南大学
15、微机系统与接口微机系统与接口17段寄存器功能段寄存器功能 段寄存器段寄存器Segment Register CS,SS,DS,ES Code,Stack,Data,Extra(附加段附加段)R=Segment Base Address存储器的分段结构存储器的分段结构z内存中存放三类信息:代码(指令操作码)、内存中存放三类信息:代码(指令操作码)、数据(程序加工对象)、堆栈(临时保存返回数据(程序加工对象)、堆栈(临时保存返回地址和中间结果),各自存放一定区域。地址和中间结果),各自存放一定区域。 z段基地址段基地址 (Segment Base Address):这些存储区这些存储区域的起始地址
16、。域的起始地址。z段寄存器用来存放段基地址。段寄存器用来存放段基地址。东南大学东南大学微机系统与接口微机系统与接口18段寄存器功能段寄存器功能存储器的分段结构存储器的分段结构 8086/8088存储器管理:地址总线存储器管理:地址总线20 位位1MB, 只能处理只能处理16位地址信息位地址信息 以以64KB单位分段,单位分段,物理地址物理地址PA,段基地址段基地址SA,偏移地址偏移地址EA(OFFSET);();(SA,EA逻辑地逻辑地址)关系:址)关系:PA=SA*16+EA 逻辑地址:段基逻辑地址:段基+偏移偏移 段基地址段基地址默认段寄存器默认段寄存器Code: CS,Stack: SS
17、,Data: DS,Extra: ES 书书P20 偏移地址偏移地址-寻址方式寻址方式东南大学东南大学微机系统与接口微机系统与接口19访问存储器类型访问存储器类型 约定段约定段寄存器寄存器偏移量偏移量物理地址物理地址取指令取指令CSIPCS*16+IP堆栈操作堆栈操作SSSPSS*16+SP访问变量访问变量DS偏移量偏移量DS*16+偏偏源字符串源字符串DSSIDS*16+SI目的字符串目的字符串ESDIES*16+DI以以BP为基址为基址RSS偏移量偏移量SS*16+偏偏访问存储器类型与逻辑地址来源关系访问存储器类型与逻辑地址来源关系东南大学东南大学微机系统与接口微机系统与接口20例:例:M
18、OV AX,2000H默认:默认: MOV AX,DS:2000H逻辑地址:逻辑地址:(DS)=4000H , 偏移量偏移量=2000H 物理地址:物理地址: 40000H *16+2000H=42000H例:例:CS:代码段的段基地址代码段的段基地址IP: 总是下一条要取的指令在当前代码段中的偏移总是下一条要取的指令在当前代码段中的偏移量量下一条指令的物理地址:下一条指令的物理地址:CS*16+IP段寄存器功能段寄存器功能东南大学东南大学微机系统与接口微机系统与接口21控制寄存器控制寄存器控制寄存器:控制寄存器:IP(Instruction Pointer-预取指令的偏移地址)预取指令的偏移
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