《微机系统与接口》《微机系统与接口》

Microcomputer Systems and Interface第1章 微型计算机基础（续）

马旭东马旭东13809022379/ 83795360

xdma@seu.edu.cn

东南大学微机系统与接口 1

微型计算机分类体系

Von NeuMANN / Harvard (外MEM可流水线作业)Von NeuMANN / Harvard (外MEM可流水线作业)功能结构

单/多片机/ (MCU)/MPU)单/多片机/ (MCU)/MPU)；组装方式 单/多板机； TP801使用方式使用方式 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MPU DSP，MCU

东南大学微机系统与接口 2

专用/通用MPU DSP，MCU

8086/8088微处理器8086/8088微处理器

冯.诺伊曼（Von NeuMANN）结构NeuMANN）结构

i8086: 工业控制

单板计算机

i8088：个人计算机

8086/8088芯片管脚图：Vcc=+5V VLSI

i8088：个人计算机

同代MC6802/6809

东南大学微机系统与接口 3

8086/8088芯片管脚图：Vcc=+5V,VLSI

8086/8088微处理器8086/8088微处理器

INTEL公司78年推出（79年推出8088 ）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时钟频率4.77MHZ数据线16位（8088的数据线8位）

地址线20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（个人计算机、微机）PC

Intel Architecture(IA)-16

东南大学微机系统与接口 4

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：多板结构多板结构

1．系统板 +I/O选卡----基于中大规模ICP 8088(80C88)/8087＋82XX芯片组 hi tμP:8088(80C88)/8087＋82XX芯片组chipset

82C88 总线控制器BUS Controller8284 Clock Generator &Driver2 ROM 基本系统程序 如何构建？？2．ROM----基本系统程序

3. RAM----中间数据/应用程序

如何构建

4．I/O接口电路：Speaker/KB5. I/O expanding slots: 62脚：PC-5 XT-8

东南大学微机系统与接口 5

5. I/O expanding slots: 62脚：PC 5 XT 8

微处理器的基本结构

基本组成控制总线

指令寄

指令译

时序和

控制

算术逻辑单元（运算器）

控制总线寄存

译码

控制逻辑

元（运算器）地址总线

通 用寄存器组

地 址寄存器组

地址总线控制

寄存器组内部数据总线数据总线

数据总线控制

指令处理单元（控制器）

暂存器 累加器 标志寄存器

元（控制器）ALU

东南大学微机系统与接口 6处理器干哪些事？？执行指令！！

IA-16微机系统结构指令：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）执行方式：串行、流水线（深度 EU＋BIU 两级）

取指、执行、取指、执行。。

SCLK

东南大学微机系统与接口 7

P26 图1.7 微机外部结构框图

IA-16微处理器（Intel 8086/8088 ）AH ALBH BL通

AXBX

∑

地址总线20位

BH BLCH CLDH DL

通

用

寄

BXCXDX CS

数据总线8088:8位

8086:16位段寄存器SCLK

SPBPDI

寄

存

器

DSSSES

8086:16位

SI器

ALU数据总线（16位）

ESIP

内部暂存器

总线 控制逻辑

指令指针外部总线

运算寄存器

EU 控制系统 1 2 3 4 5 6

指令队列Q总线

ALU

标志寄存器

制系统

执行单元

1 2 3 4 5 68088

8086

（8位）

总线接口单元

东南大学微机系统与接口 8

标志寄存器 EU 单元BIU P19图1.9 功能结构

8086/8088流水工作过程8086/8088流水工作过程

指令队列 1 2 23 3 34 45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

指令的执行过程：1000:100 MOV AX,0064H

B8 64 00与BIU有关

的指令执行

; B8 64 00 1000:103 ADD AX,100H

; 05 00 01

东南大学微机系统与接口 9

;1000:106 MOV [2000H],AX

; F3 00 20机器码

东南大学微机系统与接口 108088指令执行过程（结构为8086，复制自郑州大学钱晓捷资料)

8086/8088的内部寄存器(Registers)14个16位寄存器：8通用寄存器/4段/2控制寄存器

栈操作：16位

P20图1.10

ADD AX，100，MOV BH，[1000]SUB DX，[BX]JC 1000

东南大学微机系统与接口 11

MOV CS:[SI],AL

通用寄存器(Register)功能( g )AX，BX，CX，DX，AH，AL，BH，BL，CH CL DH DL（16-8）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）CX(Count)计数R,循环-串操作/ DX数据R（Data），I/O port, 双字除（H16）；

SP BP St k P i t R B P i t 基址SP，BP：Stack Pointer R, Base Pointer基址指针 R 数据/PointerSI，DI 变址R（Source Index R, Destination Index R）--指针作用 指令、数据存储地址

例：REP MOVSB

指令、数据存储地址

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例：REP MOVSB

段寄存器功能段寄存器Segment Register CS,SS,DS,ESCode,Stack,Data,Extra(附加段)R==Segment BaseCode,Stack,Data,Extra(附加段)R Segment Base Address解决８位机兼容问题 MOV AX，[1000H]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，段基地址SA，偏移地址EA（OFFSET）段基地址SA，偏移地址EA（OFFSET）例:1234H:1000H; 5678H:1000H ；DS:1000H物理地址PA ?物理地址PA ?（SA，EA逻辑地址）关系：PA=SA*16+EA默认 MOV AX DS:[1000H]默认：MOV AX，DS:[1000H]当(DS)=1234H时 物理地址＝13340H A19……A0=?当 时 物理地址

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当(DS)=56A8H时 物理地址＝57A80H

控制寄存器控制寄存器：IP（Instruction Pointer-预取指令的偏移地址）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)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

奇偶位

借进位

半进位

溢出标

跟踪

符号位

零标志

中断允

方向

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～＋ 位

＝1

偶

位位标志

位 志位

允许＝1

数范围是一128～＋127，16位带符号数的范围是-32768～＋32767

东南大学微机系统与接口 14

偶32767。例: XXXX1010 10X0X1X1

标志状态寄存器Flags(位)g ( )

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。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

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围例: XXXX1010 10X0X1X1

标志控制寄存器Flags (位)g ( )

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

东南大学微机系统与接口 16

小一次。DF＝0使串操作按增地址方式进行。

8086／8088的引脚信号

P22动态复用----机器周期至少4个时钟周期CLK T1

MAX 模式期CLK：T1，

T2，T3，T4，Tw)

式

Tw)

两种工作两种工作模式：

东南大学微机系统与接口 17

MAX/MIN

8086／8088引脚分类

第一类 每个引脚只传送一种信息。/RD（32P）

第二类 每个引脚电平的高低代表不同的信号 例如IO／

第三类 引脚在8086／8088的两种不同工作方式——最小

第二类 每个引脚电平的高低代表不同的信号，例如IO／M#（28P）。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 般称这类引脚为分时复用线 例

第五类 引脚的输入和输出分别传送不同的信息 如RQ#

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。

第六类 电源 地 （ ）

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。

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`第六类 电源/地 Vcc/Vss（GND）

8086／8088重要引脚信号

(完成微机基本功能的基本信号)

/ RD（Read）读信号输出端。读信号是一个低电平AD7～AD0（Address Data Bus）地址、数据复用端 双向工作

RESET系统复位信号 输入端

信 高 有 信CLK 时钟 输入端

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。

数据复用端，双向工作。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

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

/WR（Write）写信号输出端 写信号是一个低电

A15～A8（Address）地址输出端 （A16-A19)

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 的状态

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 微秒

/WR（Write）写信号输出端。写信号是 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

A19)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 表

时钟信号T=2.096微秒

正在对内存或外设进行写操作。

（IORD--IOWR),(IORQ--MENRQ)地址 0FFFF:0 （P23表1.4）

东南大学微机系统与接口 19

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SS0：状态信号

8086: AD0～AD15地址/数据复用引脚(双向、三态)地址 状态复用引脚 输出 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)线高位允许 状态(输出 态) 表 )

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)

东南大学微机系统与接口 20

器提供(编码信号:P27 表1.8)

8086／8088的工作方式MIN

（双向）

－单CPU模式

锁存器：74LS373

（双向）缓冲器74LS245i8286/8287

i8282/8283i8286/8287

82558251..

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(P24图1.13)

8086／8088的工作方式MAX线模式总线

控制器8288--多处理器/总线模式

锁存器

双向总线图

东南大学微机系统与接口 22

双向总线缓冲器 P26图1.14

8086/8088工作过程（时序）RESET复位 FFFF 0取第 条指令 TCLK控制操RESET复位 FFFF:0取第一条指令 TCLK控制操作逻辑 一系列指令周期

T

t

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 取指单元BIU 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 。。。

东南大学微机系统与接口 23

执行单元 等待 执行 执行 执行

时钟周期、指令周期和总线周期

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）,T周期y

T

t执行一条指令所需要的时间称为指令周期（Instruction Cycle）通常是确定的(P412-429指令系统表)

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）字）所要花费的时间称为 个总线周期（Bus Cycle）

MOV AX, BX ;2T MOV AX, [1000H] 10T, 1次传送

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ADD [BX], AL ；16T＋EA ， 2次传送

8086/8088基本总线周期

存储器读

存储器写指令顺序按设计执行可从指令中判断;需要理解掌握

DS=55A8HI/O 读

I/O写

需要理解掌握

1000:100 MOV AX,0064H; B8 64 00I/O写 ; B8 64 00

1000:103 ADD AX,100H; 05 00 01

中断响应周期

; 05 00 011000:106 MOV [2000H],AX

; F3 00 20中断响应周期

DMA响应周期

系统控制:

硬件自动产生

;

AX=0164H 存储

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DMA响应周期 硬件自动产生物理地址:57A80H

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

（执行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） 一系列指令周期

指令周期指令周期

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典型BIU时序

8086/8088总线时序例－存储器写

转 束

东南大学微机系统与接口 27

T1：输出地址；T2：总线转向；T3:存储器访问；T4:结束

8086／8088的工作总线IO-M－单CPU模式

完整的基本总线

广义CPU完整的基本总线

每条指令执行可实例化

锁存器

82558251..

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（双向）缓冲器

(P24图1.13)

IA-16微机系统结构指令：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）执行方式：串行、流水线（深度 EU＋BIU 两级）

取指、执行、取指、执行。。

SCLK

问题 指令功能:软件问题?时序配合:硬件

指令功能:软件

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P26 图1.7 微机外部结构框图

小 结备 过 接 才 主机 连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 字 信息/程序编码压缩数据 （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文 扩展 数据 中文等 码 内码（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－时序逻硬件 作过程 控制 时序逻辑电路:按指令指定逻辑工作；

时钟周期、指令周期和总线周期

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时钟周期、指令周期和总线周期

第二章 指令系统