微机原理3-1.ppt
《微机原理3-1.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《微机原理3-1.ppt(68页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第三章第三章 微处理器及其系统微处理器及其系统微型计算机原理及应用微型计算机原理及应用 主编:主编:李继灿李继灿 清华大学出版社清华大学出版社 软件学院软件学院引言引言微型计算机微型计算机系统系统硬件系统硬件系统(微机微机)软件系统软件系统微处理器微处理器(CPUCPU)主存储器主存储器算术逻辑部件算术逻辑部件外设外设控制器控制器应用软件应用软件微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成系统软件系统软件寄存器寄存器I/OI/O接口接口键盘、鼠标、显示器、键盘、鼠标、显示器、硬盘、光盘、打印机等硬盘、光盘、打印机等2 软件学院软件学院内容提要内容提要3.3 存储器存储器 3.2 最小最小/最大工作
2、方式最大工作方式 3.1 8086/8088微处理器微处理器3.4 指令系统指令系统 3.5 微处理器微处理器 3 软件学院软件学院3.1 80X863.1 80X86微处理器微处理器80X8680X86是是IntelIntel公司生产的微处理器系列。公司生产的微处理器系列。微处理器:微处理器:把运算器和控制器集成到一个芯片。把运算器和控制器集成到一个芯片。微计算机系统:微计算机系统:把微处理器芯片作为中央处理机把微处理器芯片作为中央处理机(CPUCPU),配上存储器、输入输出设备和系),配上存储器、输入输出设备和系统软件构成统软件构成微计算机系统微计算机系统。如:由如:由8038680386
3、微处理器芯片构成的微机称为微处理器芯片构成的微机称为386386微机。微机。由由P4P4微处理器芯片构成的微机称为微处理器芯片构成的微机称为P4P4微机。微机。4 软件学院软件学院3.1.0 Intel3.1.0 Intel微处理器发展概述微处理器发展概述 1968 年,罗伯特年,罗伯特诺伊斯(诺伊斯(Robert Noyce)、)、戈登戈登摩尔(摩尔(Gordon Moore)和安迪)和安迪格鲁夫格鲁夫(Andy Grove)在硅谷共同创立了英特尔公)在硅谷共同创立了英特尔公司。司。Only the Paranoid Survive!-Andy Grove了解了解5 软件学院软件学院3.1.
4、0 Intel3.1.0 Intel微处理器发展概述微处理器发展概述 1.1.第第1 1代微处理器代微处理器 Intel4004/40404Intel4004/40404位微处理器位微处理器(1971)(1971)Intel8008 Intel8008 低档低档8 8位微处理器位微处理器(1972)(1972)2.2.第第2 2代微处理器代微处理器 Intel8080/8085 8Intel8080/8085 8位微处理器位微处理器(1974)(1974)指令比较完善,有了中断与指令比较完善,有了中断与DMADMA汇编、汇编、BASICBASIC、FORTRANFORTRANIntel 400
5、4Intel 8085了解了解6 软件学院软件学院3.3.第第3 3代微处理器代微处理器 Intel808616Intel808616位微处理器位微处理器(1978)(1978)数据总线数据总线数据总线数据总线16161616位、地址总线位、地址总线位、地址总线位、地址总线20202020位位位位Intel8088 Intel8088 准准1616位微处理器位微处理器(1979)(1979)外部数据总线外部数据总线外部数据总线外部数据总线8 8 8 8位,内部数据总线位,内部数据总线位,内部数据总线位,内部数据总线16161616位位位位IBM PCIBM PCIBM PCIBM PC(198
6、1)(1981)(1981)(1981)、IBM PC/XTIBM PC/XTIBM PC/XTIBM PC/XTIntel80286 Intel80286 高档高档1616位微处理器位微处理器(1982)(1982)数据总线数据总线数据总线数据总线16161616位,地址总线位,地址总线位,地址总线位,地址总线24242424位位位位IBM PC/ATIBM PC/ATIBM PC/ATIBM PC/AT 实地址模式、虚地址保护模式实地址模式、虚地址保护模式实地址模式、虚地址保护模式实地址模式、虚地址保护模式 虚地址模式可寻址虚地址模式可寻址虚地址模式可寻址虚地址模式可寻址16MB16MB1
7、6MB16MB物理地址和物理地址和物理地址和物理地址和1GB1GB1GB1GB的虚的虚的虚的虚拟地址拟地址拟地址拟地址3.1.0 Intel3.1.0 Intel微处理器发展概述微处理器发展概述 了解了解7 软件学院软件学院3.1.0 Intel3.1.0 Intel微处理器发展概述微处理器发展概述了解了解8 软件学院软件学院IntelIntel公司生产的公司生产的80 x8680 x86:推出推出 年代年代 CPU 芯片芯片 寄存器寄存器 位位 数数 数据线数据线 宽宽 度度 地址线地址线 宽宽 度度 最大主频最大主频 MHz 寻址空间寻址空间(B)高速缓存高速缓存 1971 4004 4
8、4 8 0.1 256 无无 1972 8008 8 8 14 0.2 16KB 无无 1974 8080 8 8 16 2 64KB 无无 1978 8086 16 16 20 10 1MB 无无 1979 8088 16 8 20 8 1MB 无无 1982 80286 16 16 24 16 16MB 无无 1986 80386 32 32 32 33 4GB 有有 1989 80486 32 32 32 66 4GB 8KB 1993 Pentium 32 64 32 100 4GB 8KB 数据数据+8KB 指令指令 1995 Pentium Pro 32 64 36 200 64G
9、B 8KB 数据数据+8KB 指令指令256KB二级高速缓存二级高速缓存 1997 Pentium II 32 64 36 450 64GB 32KB一级一级+512KB二级二级 1999 Pentium III 32 64 36 1000 64GB 32KB一级一级+512KB二级二级 2000 Pentium4 32 64 64 3600 224TB 128KB一级一级512KB二级二级 2005 Pentium4 EE 64 64 64?224T B 三级高速缓存三级高速缓存 9 软件学院软件学院3.1.13.1.1内部结构内部结构1.1.算术逻辑部件算术逻辑部件ALUALU:执行算术和
10、逻辑运算。执行算术和逻辑运算。2.2.控制器:控制器:负责对全机的控制。负责对全机的控制。3.3.寄存器寄存器:处理器中临时存储数据的基本逻辑部件。处理器中临时存储数据的基本逻辑部件。lCPUCPU的任务的任务:执行存放在存储器中的指令序列执行存放在存储器中的指令序列lCPUCPU的组成的组成:运算器运算器+控制器控制器+高速缓存(高速缓存(386386开始)开始)lCPUCPU功能功能:取指令取指令 -分析指令分析指令 -执行指令执行指令10 软件学院软件学院中央处理机中央处理机CPUCPU的物理组成的物理组成8086/80888086/8088由两部分组成由两部分组成总线接口单元总线接口单
11、元BIUBIU功能:取指令、取操作数、保存结果功能:取指令、取操作数、保存结果执行单元执行单元EUEU功能:执行指令功能:执行指令 总线接口单元总线接口单元地址总线地址总线数据总线数据总线系统系统总线总线主存储器主存储器控制总线控制总线I/O接口接口I/O接口接口I/O设备设备I/O设备设备 执行单元执行单元 CPU11 软件学院软件学院内部暂存器内部暂存器 IP ES SS DS CS输入输入/输出输出控制电路控制电路外外部部总总线线执行部分执行部分控制电路控制电路1 2 3 4 5 6ALU标志寄存器标志寄存器 AH AL BH BLCH CL DH DL BP SI DI SP地址加法器
12、地址加法器指令队列缓冲器指令队列缓冲器执行部件执行部件(EU)EU)总线接口部件(总线接口部件(BIU)BIU)16位位20位位16位位Intel Intel 80868086处理器的内部结构框图处理器的内部结构框图1616位内部数据总线位内部数据总线20位位地地址址线线8位位DBAB12 软件学院软件学院(一一)总线接口单元总线接口单元BIUBIU 总线接口单元总线接口单元BIUBIU的功能是负责完成的功能是负责完成CPUCPU与存与存储器或储器或I IO O设备之间的数据传送。其具体任务是:设备之间的数据传送。其具体任务是:BIUBIU要从内存取指令送到指令队列缓冲器;要从内存取指令送到指
13、令队列缓冲器;CPUCPU执执行指令时,总线接口单元要配合执行单元从指定行指令时,总线接口单元要配合执行单元从指定的内存单元或者外设端口中取数据,将数据传送的内存单元或者外设端口中取数据,将数据传送给执行单元,或者把执行单元的操作结果传送到给执行单元,或者把执行单元的操作结果传送到指定的内存单元或外设端口中。指定的内存单元或外设端口中。BIU BIU内有内有4 4个个1616位段地址寄存器位段地址寄存器CS(CS(代码段寄代码段寄存器存器)、DS(DS(数据段寄存器数据段寄存器)、SS(SS(堆栈段寄存器堆栈段寄存器)和和ES(ES(附加段寄存器附加段寄存器),1616位指令指针位指令指针IP
14、IP,6 6字节指令字节指令队列缓冲器,队列缓冲器,2020位地址加法器和总线控制电路。位地址加法器和总线控制电路。13 软件学院软件学院 1.1.指令队列缓冲器指令队列缓冲器:80868086的指令队列为的指令队列为6 6个字节,而个字节,而80888088的指令队列的指令队列为为4 4个字节。在执行指令的同时,从内存中取下面个字节。在执行指令的同时,从内存中取下面1 1条或几条指令,取来的指令依次放在指令队列中。条或几条指令,取来的指令依次放在指令队列中。“先进先出先进先出”的原则:的原则:(1)(1)取指时当指令队列缓冲器中存满取指时当指令队列缓冲器中存满1 1条指令后,条指令后,EUE
15、U执行。执行。(2)(2)指令队列缓冲器中只要空出指令队列缓冲器中只要空出2 2个个(对对8086)8086)或空出或空出1 1个个(对对8088)8088)指令字节时,指令字节时,BIUBIU自动执行取指操作,自动执行取指操作,直到填满。直到填满。14 软件学院软件学院(3)(3)在在EUEU执行指令的过程中,指令需要对存储器或执行指令的过程中,指令需要对存储器或I IO O设备存取数据时,设备存取数据时,BIUBIU将在执行完现行取指的存储器将在执行完现行取指的存储器周期后的下一个存储器周期,对指定的内存单元或周期后的下一个存储器周期,对指定的内存单元或I IO O设备进行存取操作设备进行
16、存取操作,交换的数据经交换的数据经BIUBIU由由EUEU进行处进行处理。理。(4)(4)当当EUEU执行完转移、调用和返回指令时,则要清除指执行完转移、调用和返回指令时,则要清除指令队列缓冲器,并要求令队列缓冲器,并要求BIUBIU从新的地址重新开始取指从新的地址重新开始取指令,新取的第令,新取的第1 1条指令将直接经指令队列送到条指令将直接经指令队列送到EUEU去执去执行,随后取来的指令将填入指令队列缓冲器。行,随后取来的指令将填入指令队列缓冲器。15 软件学院软件学院2.2.地址加法器和段寄存器:地址加法器和段寄存器:80868086有有2020根地址线,内部寄存器有根地址线,内部寄存器
17、有1616位,采用位,采用了了1616位的段寄存器与位的段寄存器与1616位的偏移地址即位的偏移地址即“段加偏段加偏移移”的技术。的技术。利用各段寄存器分别来存放确定各段的起始地利用各段寄存器分别来存放确定各段的起始地址的址的1616位段地址信息,而由位段地址信息,而由IPIP提供或由提供或由EUEU按寻址按寻址方式计算出寻址单元的方式计算出寻址单元的1616位偏移地址位偏移地址(又称为逻辑又称为逻辑地址或简称为偏移量地址或简称为偏移量),然后,将它与左移,然后,将它与左移4 4位后位后的段寄存器的内容同时送到地址加法器进行相加,的段寄存器的内容同时送到地址加法器进行相加,最后形成一个最后形成
18、一个2020位的实际地址位的实际地址(又称为物理地址又称为物理地址),以对存储单元寻址。,以对存储单元寻址。16 软件学院软件学院3.3.1616位指令指针位指令指针IPIP(Instruction Pointer)(Instruction Pointer)其功能与其功能与8 8位位CPUCPU中的中的PCPC类类似。正常运行时似。正常运行时,IP,IP中含有中含有BIUBIU要取的下要取的下1 1条指令条指令(字节字节)的偏的偏移地址。移地址。IPIP在程序运行中能自在程序运行中能自动加动加1 1修正修正,使之指向要执行的使之指向要执行的下下1 1条指令条指令(字节字节)。有些指令。有些指令
19、能使能使IPIP值改变或使值改变或使IPIP值压进堆值压进堆栈,或由堆栈弹出恢复原值。栈,或由堆栈弹出恢复原值。17 软件学院软件学院 执行单元执行单元EUEU并不与系统的总线控制电并不与系统的总线控制电路直接相连路直接相连,这使得它能与总线接口单元之这使得它能与总线接口单元之间保持既相互联系又相互独立的关系。间保持既相互联系又相互独立的关系。功能只是负责执行指令;执行的指令从功能只是负责执行指令;执行的指令从BIUBIU的指令队列缓冲器中取得,执行指令的的指令队列缓冲器中取得,执行指令的结果或执行指令所需要的数据,都由结果或执行指令所需要的数据,都由EUEU向向BIUBIU发出请求,再由发出
20、请求,再由BIUBIU经总线控制电路对存经总线控制电路对存储器或外设存取。储器或外设存取。EUEU由下列部分组成。由下列部分组成。(二二)执行单元执行单元EUEU18 软件学院软件学院1.161.16位算术逻辑单元位算术逻辑单元(ALU)(ALU):它可以用于进行算术、逻辑运算,也可以按指它可以用于进行算术、逻辑运算,也可以按指令的寻址方式计算出寻址单元的令的寻址方式计算出寻址单元的1616位偏移量。位偏移量。2.162.16位标志寄存器位标志寄存器F F:它用来反映它用来反映CPUCPU运算的状态特征或存放控制标运算的状态特征或存放控制标志。志。3.3.数据暂存寄存器:数据暂存寄存器:它协助
21、它协助ALUALU完成运算,暂存参加运算的数据。完成运算,暂存参加运算的数据。4.4.通用寄存器组:通用寄存器组:它包括它包括4 4个个1616位数据寄存器位数据寄存器AXAX、BXBX、CXCX、DXDX和和4 4个个1616位指针与变址寄存器位指针与变址寄存器SPSP、BPBP与与SISI、DIDI。19 软件学院软件学院5.EU5.EU控制电路:控制电路:它是控制、定时与状态逻辑电路,接收从它是控制、定时与状态逻辑电路,接收从BIUBIU中指令队列取来的指令中指令队列取来的指令,经过指令译码形成各种定经过指令译码形成各种定时控制信号,对时控制信号,对EUEU的各个部件实现特定的定时操作。
22、的各个部件实现特定的定时操作。EUEU中所有的寄存器和数据通道中所有的寄存器和数据通道(除队列总线为除队列总线为8 8位外位外)都是都是1616位的宽度,可实现数据的快速传送。位的宽度,可实现数据的快速传送。8088CPU8088CPU内部结构与内部结构与80868086的基本相似,只是的基本相似,只是8088BIU8088BIU中指令队列长度为中指令队列长度为4 4个字节;个字节;8088BIU8088BIU通过总通过总线控制电路与外部交换数据的总线宽度是线控制电路与外部交换数据的总线宽度是8 8位,总位,总线控制电路与专用寄存器组之间的数据总线宽度也线控制电路与专用寄存器组之间的数据总线宽
23、度也是是8 8位。位。20 软件学院软件学院3.1.2 80X863.1.2 80X86的寄存器结构的寄存器结构(重点重点)可见寄存器可见寄存器应用程序中由指令进行访问的寄存器。应用程序中由指令进行访问的寄存器。通用寄存器:通用寄存器:8 8个个段寄存器:段寄存器:4 4个个专用寄存器:专用寄存器:2 2个个21 软件学院软件学院8086/80888086/8088内部寄存器内部寄存器 AHAX AL 累加寄存器累加寄存器 BHBX BL 基址寄存器基址寄存器 CHCX CL 计数寄存器计数寄存器 DHDX DL 数据寄存器数据寄存器 SP堆栈指针寄存器堆栈指针寄存器 BP基址指针寄存器基址指
24、针寄存器 SI源变址寄存器源变址寄存器 DI目的变址寄存器目的变址寄存器8个个16位位通通用用寄寄存存器器4个个16位位段寄段寄存器存器CS代码段寄存器代码段寄存器 DS数据段寄存器数据段寄存器SS堆栈段寄存器堆栈段寄存器 ES附加段寄存器附加段寄存器2个个16位位控制控制寄存寄存器器IP指令指针寄存器指令指针寄存器 FR标志寄存器标志寄存器按照功能分类,将按照功能分类,将1414个内部寄存器分为三组个内部寄存器分为三组数数据据寄寄存存器器掌握掌握22 软件学院软件学院1.1.通用寄存器通用寄存器AX(accumulator)AX(accumulator)累加器累加器:算术运算,乘除指令中指定
25、存:算术运算,乘除指令中指定存放操作数,放操作数,I/OI/O指令使用指令使用AXAX与外设传送信息与外设传送信息BX(base)BX(base)基址寄存器:基址寄存器:除通用外,计算存储器地址时,除通用外,计算存储器地址时,用作基址寄存器用作基址寄存器CX(count)CX(count)计数器:计数器:除通用外,保存计数除通用外,保存计数(移位、循环等移位、循环等指令中的计数器指令中的计数器)DX(data)DX(data)数据寄存器:数据寄存器:除通用外,在双字长运算中,除通用外,在双字长运算中,DXDX和和AXAX组合保存双字长数,组合保存双字长数,DXDX存放高存放高1616位;或存放
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 微机 原理
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【精****】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【精****】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。