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微处理器与系统结构PPT详细讲解

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微处理器系统结构与嵌入式系统设计ppt课件

微处理器系统结构与嵌入式系统设计ppt课件

A/D 数字 基 带
A/D
数字滤波与控制 系统知识 (硬件与软件)
电路设计知识 (DAC、ADC 等)
制造工艺知识 (90nm, 65nm, 45nm)
22 .
晶圆工艺知识 (300mm 晶圆)
片上网络(NOC) 技术
P处理器 M存储器
C缓存 rni网络接口 S交换开关
Dsp核 re可重构逻辑
L专用逻辑
7-8课时
第五章：存储器系统
8-9课时
第六章：输入/输出接口
6-7课时
第七章：ARM微处理器编程模型
4课时
第八章: ARM汇编指令
4-5课时
第九章： ARM程序设计
4-5课时
第十章：基于ARM微处理器的硬件系统设计
3课时
第十一章：基于ARM微处理器的软件系统设计 3课时
第十二章：基于ARM微处理器核的SOC设计
并出现了早期的操作系统。 第三代（1965～1980年）集成电路计算机 以中小规模集成电路为主要部件，内存用磁芯、半导体，外存用磁盘。软件
广泛使用操作系统，产生了分时、实时等操作系统和计算机网络 第四代（1980年至今）个人计算机 以LSI、VLSI为主要部件，以半导体存储器和磁盘为内、外存储器。在软件
章
✓ 片上多核处理器(CMP)
✓ 流处理器(Stream Processor)
✓ PIM(Processor In Memory)
概
✓ 可重构计算处理器
述
1.4 嵌入式系统（了解）
✓ 嵌入式系统的概念
✓ 嵌入式系统的特点
✓ 嵌入式系统中的处理器
✓ 嵌入式系统的组成
✓ 嵌入式系统的发展现状与趋势
✓ 学习嵌4入1.式系统的意义

第二章 微处理器与系统结构2PPT课件

第二章 微处理器与系统结构2PPT课件

AD15~AD0
A19~A16 AD15~AD0
16位数据 20位地址
时序部件
• 时钟系统
– –
脉时冲钟源 启： 停逻辑2.5G主频的CPU，时钟周期是多少？
• 脉冲分配器
– 产生一系列节拍、脉冲，每个节拍和脉冲信号指挥机 器完成一个微操作
• 时钟周期T 机器周期M 指令周期IC
指令周期
M1
M2
Mn
48 00
00010H 00011H
0001FH
00010H 00011H
0001FH
00010H 00011H 00012H
0001FH
00010H 00011H 00012H
0001FH
RD读选通信号
• 三态，输出信号
• RD=0表示读数据
• 由M/IO决定读内存还是读I/O设备
MN/MX
RD
HOLD(RQ/GT0) HLDA(RQ/GT1)
WR(LOCK) M/IO(S2)
DT/R(S1)
DEN(S0)
ALE(QS0)
INTA(QS1)
TEST READY RESET
...
...
00000H 00001H 0000FH
F0000H FE05BH FFFF0H
FFFFFH
DEN(S0)
ALE(QS0)
INTA(QS1)
TEST READY RESET
BHE/S7:总线高字节有效/状态输出信号
• T1:BHE（Bus High Enable）
=0,表示高8位数据线D15~D8有效,数据为16位(如 果低8位数据也有效的话)
=1,表示高8位数据线D15~D8无效,数据为8位

84第二章 微处理器与系统结构PPT课件

84第二章 微处理器与系统结构PPT课件

物理地址：存储器的绝对地址（20位的实际地址）， 范围从00000H～FFFFFH , 是由CPU访问存储器时由地址总线发出的地址。
存储器管理：将程序中逻辑地址转移为物理地址的机构。
第12页
2020/10/30
补充：
微机原理与接口技术
物理地址的形成
15
0 210
段基址
0000
15
0
偏移地址
基址加法器
第9页
2020/10/30
补充：
20位物理地址形成
微机原理与接口技术
物理地址： 在1M字节存储器里，每个存储单元都有一个唯一的20位地 址作为该存储单元的物理地址。
CPU访问存储器时，必须先确定所要访问的存储单元的物 理地址才能取出（或存入）该单元中的内容。
20位物理地址形成：由16位段地址和16位偏移地址组成。
15
+
0
16位段地址
0000
15
0
16位偏移地址
19
0
20位物理地址
第11页
2020/10/30
补充：
逻辑地址与物理地址
微机原理与接口技术
逻辑地址与物理地址概念
逻辑地址与物理地址概念如下页图所示。
逻辑地址：由段基址和段内偏移地址组成的地址， 段基址和段内偏移地址都是16位的无符号二进制数，
在程序设计时使用。
19
0
物理地址
逻辑地址与物理地址
段基址
2000H
20000H
逻
辑
段内偏移地址
......
地
5F62H
址
25F60H
25F61H
25F62H
25F63H

第2章 微处理器及其体系结构PPT课件

第2章 微处理器及其体系结构PPT课件
说明：对8086/8088来说，EU完全一样
广西大学 机械工程学 院
2020/7/31
第二章 8086/8088微处理器及其体系结构
17
执行部件(Execution Unit—EU)
EU主要完成两种类型的操作： ①算术运算和逻辑运算(由算术逻辑单元ALU完成)； ②按指令的寻址方式计算出16位的偏移地址，并将它 送到BIU(总线接口部件)中，形成20位的实际地址。
8086CPU
2020/7/31
第二章 8086/8088微处理器及其体系结构
9
CPU 图片
广西大学 机械工程学 院
现代CPU
2020/7/31
第二章 8086/8088微处理器及其体系结构
10
CPU图片
广西大学 机械工程学 院
2020/7/31
第二章 8086/8088微处理器及其体系结构
11
12
一、8086/8088CPU的编程结构
1、8086/8088CPU的内部结构 2、8086/8088CPU的寄存器结构
广西大学 机械工程学 院
2020/7/31
第二章 8086/8088微处理器及其体系结构
13
1、8086/8088CPU的内部结构
8086/8088CPU内部结构基本相同,有20条外部 地址总线，可以寻址1M内存空间；
8086CPU的内部和外部数据总线均是16位，是 典型的16位微处理器；
8088CPU内部数据总线是16位，外部数据总线 是8位，所以被称为准16位微处理器。
8088CPU指令队列是4个字节，8086是6个字节。
广西大学 机械工程学 院
2020/7/31
第二章 8086/8088微处理器及其体系结构

《微处理器 》课件

《微处理器 》课件

按寻址方式分类
根据指令的寻址方式，可以将指令集分为立即寻址 、寄存器寻址、内存寻址和位寻址等。
按长度分类
根据指令的长度，可以将指令集分为单字节 指令、双字节指令、三字节指令和四字节指 令等。
指令集实现方式
硬编码实现
通过硬件电路实现指令集中的所有指令，这种方 式速度快但灵活性差。
微编程实现
通过微程序控制单元实现指令集中的所有指令， 这种方式灵活性好但速度较慢。
《微处理器》PPT课件
目 录
• 微处理器简介 • 微处理器的体系结构 • 微处理器的指令集 • 微处理器的编程模型 • 微处理器的性能优化 • 微处理器的发展趋势
01
微处理器简介
微处理器的定义
微处理器是一种集成电路芯片， 它包含了计算机的中央处理器（
CPU）的主要功能。
微处理器是计算机系统的核心部 件，负责执行指令和处理数据。
并行计算技术
总结词
并行计算技术是利用多个处理器同时 执行多个任务，以提高整体计算性能 。
详细描述
并行计算技术通过将一个任务分解成 多个子任务，并分配给多个处理器同 时执行，大大加快了计算速度。这种 技术广泛应用于高性能计算、云计算 和大数据等领域。
低功耗技术
总结词
随着移动设备和便携式设备的普及，低功耗技术已成为微处理器发展的另一个重要趋势 。
微处理器的应用领域
01
02
03
04
计算机领域
个人电脑、服务器、超级计算 机等都离不开微处理器的支持
。
通信领域
手机、路由器、交换机等通信 设备中都有微处理器的身影。
工业控制领域
自动化生产线、机器人、智能 家居等都需要微处理器进行控

第一章 微处理器系统结构概述PPT课件

第一章 微处理器系统结构概述PPT课件

物联网——物物相连的互联网
物联网技术
SoC介绍 单一芯片上实现信号 采集、转换、存储、处 理和I/O等功能，从而实 现一个系统的功能
优点 低功耗、体积小、 高速度、省成本
特点 实现复杂系统功能的软硬件统一的超大规模集成电路 设计中大量复用第三方IP核 超深亚微米/纳米级工艺技术支撑
片上系统,意指它是一个产品，是一个有专用目标的集 成电路，其中包含完整系统并有嵌入软件的全部内容。 同时它又是一种技术，用以实现从确定系统功能开始， 到软/硬件划分，并完成设计的整个过程。
带制冷机的微电脑
2018 10nm Skymont 2016 14nm Skylake
2015 14nm Rockwell 2014 22nm Haswell 2012 32nm Westmere→Sandy Bridge
Intel 2012~2018 六年计划
对中国PC发展颇有影响的三台微计算机
Zephyr BioModule 健身服
Tacit Project手套
指套探测器
可穿戴计算机核心技术
System on Chip体系结构设计技术 微小计算机多端口、高性能I/O 设计技术 无线自组网络技术 移 动数据库技术 人机交互技术 基于蓝牙的无线连接技术
物联网：从“智能微尘”到“智慧地球” http://
后PC时代的网路通讯的两大特色为「无限」与「无 线」。「无限」指得是上网的工具与应用将无所限制， 「无线」代表的是人们将慢慢远离有线传输。
可穿戴设备
iWatch
Google Glass
索尼头戴式个人3D影院
可穿戴设备
“No Place Like Home” 卫星导航鞋
Epidermal electronics

第3章 微处理器体系结构及关键技术PPT课件


对比 UEST
C 区别：前者在CPU内部操作，后者需要发出存储器地址和存储器读信号
UEST 寄存器间接寻址方式
C
操作数 地址
将存储器地址指定在寄存 器中，即让寄存器内容指向 一个可访问到操作数的存储 器单元。
相当于C语言中的普通变量，变量地 址在寄存器中给出: register int addr = 0x30000000; int a = * addr;
UCEST3.3.3指令类型
指令按功能可分成以下三种基本类型：
1. 数据传输：将数据从一个地方（源地址）复制到另一个 地方（目的
地址），传输结束后源地址中的内容不变。
数据传送范围： R->R、R->M、M->R或M->M I/O
数据传送宽度：一般为固定值（如8、16或32bit），其它宽度的数据 传送一般可通过软件移位和合并操作来实现。
8.
int minute;
9.
int second;
10. } dateTime;
11. strcut dateTime dt;
UEST
C
变址寻址方式（索引寻址方式）
相当于C语言中的一维字符数组, Rs 存放数组首地址，Rx存放数组下标
UEST
比例尺寻址方式
C
(d = imm)
用字节表示的操 作数的长度
操作： PC ←[abe] = (PC)updated +（imm）sign_ext
表示当前指令取出 后的PC值
UCES指T 令集设计示例
假设某机器的字长是8位，支持常见的简单指令： 指令是双地址指令，源操作数采用2种寻址方式—寄 存器寻址(R0~R3)和立即寻址；目标操作数可采用2种 寻址方式－寄存器寻址和存储器直接。请为下述九条 机器指令设计可行的代码方案。

《微处理器内部结构》课件


控制单元
深入了解控制单元的工作原理和指令执行过程。
算术逻辑单元
探索算术逻辑单元的工作原理、算数逻辑运算 和位运算。
微处理器内部结构
1 寄存器
了解通用寄存器、特殊寄存器和标志寄存器 在微处理器中的作用。
2 存储单元
探索内存、高速缓存和存储器层次结构在微 处理器内部的作用。
3 总线结构
了解数据总线、地址总线和控制总线在微处 理器内部的连接和传输功能。
《微处理器内部结构》 PPT课件
本课件详细介绍微处理器内部结构，包括基本组成结构、控制单元、算术逻 辑单元、寄存器、存储单元、总线结构、外设接口以及微处理器的发展等内 容。
微处理器内部结构
简介
了解微处理器的定义和应用领域。
基本组成结构
探索微处理器的基本组成部分，如控制单元、 算术逻辑单元、寄存器和存储单元。
微处理器是现代计算机的核心组 件，负责执行各种指令和运算任 务。
微处理器应用领域
微处理器广泛应用于个人电脑、 移动设备、嵌入式系统等各个领 域。
微处理器的演进
随着技术的进步，微处理器从8 位到32位，逐步增加性能和功能。
4 外设接口
深入了解微处理器与I/O接口、DMA控制器和 中断控制器之间的通信和控制。
微处理器内部结构
1
微处理器的发展
回顾8位、16位、32位微处理器的发展历程。
2
多核微处理器探索多核微处理器及其在计算来自性能提升方面的优势。3
结语
展望微处理器的发展前景和广泛应用前景。
微处理器内部结构
微处理器定义

02 微处理器-82页PPT文档资料

微机）
电子科技大学
微机系统原理与接口技术8086Βιβλιοθήκη 2.2.1 8086CPU
通用寄存器
AX AH AL BX BH BL CX CH CL DX DH DL
SP BP DI
执总 行线 部接 件口 EU 部
件 BIU
20位地 地址加法器 址总线
CS
IP
16
DS 暂存器 位
SS
数
ES
据
总
总 线
总 控线
图
电子科技大学
微处理器标识
微机系统原理与接口技术
电子科技大学
微处理器
微机系统原理与接口技术
电子科技大学
微机系统原理与接口技术
2.2 8086微处理器结构
INTEL78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年推出Personal Computer（个人计算机、
IP 指令指针 FLAG 标志寄存器
控制寄存器组
CS 代码段寄存器
DS 数据段寄存器 SS 堆栈段寄存器
段寄存器组
ES 附加段寄存器
电子科技大学
微机系统原理与接口技术
8086的通用寄存器
16位 88
AX AHAXAL 累加器(Accumulator) BX BHBXBL 基址寄存器(Base) CX CHCXCL 计数寄存器(Count) DX DHDXDL 数据寄存器(Data)
SS：Stack Segment Register堆栈段寄存器，指 示当前程序所用之堆栈位于的存储器区域
ES：Extra Segment Register附加段寄存器，指 示当前程序所用之数据位于的另外存储器区域， 在字符串操作中常用到

《微处理器》课件


微处理器的新技术与应用
神经网络处理器
针对人工智能和机器学习应用，神经网络处理器能够加速深度学 习算法的运算。
嵌入式系统
微处理器在嵌入式系统中的应用将更加广泛，如智能家居、工业自 动化等领域。
物联网设备
随着物联网的发展，微处理器将应用于更多类型的物联网设备中， 实现设备间的互联互通。
微处理器的未来挑战与机遇
处理器体系结构
处理器核
01
处理器体系结构中的处理器核是微处理器的核心部分，负责执
行指令和处理数据。
核外设备
02
核外设备包括寄存器、高速缓存、总线接口等，用于扩展处理
器核的功能和性能。
处理器优化
03
为了提高微处理器的性能，需要对处理器进行优化，如采用流
水线技术、并行处理技术等。
03
微处理器的指令系统
《微处理器》课件
CONTENTS
• 微处理器概述 • 微处理器的体系结构 • 微处理器的指令系统 • 微处理器的编程模型 • 微处理器的应用开发 • 微处理器的未来发展
01
微处理器概述
微处理器的定义
总结词
微处理器的核心作用
详细描述
微处理器是计算机系统的核心部件，它能够执行程序指令，控制计算机的各个 部分协调工作。
技术创新
随着半导体工艺的物理极限临近，微处理器 设计将面临技术上的挑战，需要寻求新的技 术创新。
安全问题
随着微处理器广泛应用于各个领域，安全问题变得 越来越重要，需要加强安全设计和防护措施。
新市场机遇
随着技术的发展，微处理器将有更多新的应 用领域和市场机遇，如自动驾驶、虚拟现实 等。
谢谢您的聆听
THANKS
开发环境
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  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

•29 •HLDA* •28 •WR*
有效，三态)
•27 •M/IO* 测试信号(输入、低电
•26 •DT/R* •25 •DEN*
平有效)
•24 •23 •22
•ALE* •INTA* •TEST
READY 准备就绪(输入 、高电平有效)
•21 •READY
•RESET
状态信号指示当前使用段
一、8086通用引脚信号
•1
•40 •VCC
•2
•39 •AD15 INTR可屏蔽中断请求
•3 •4
•38 •A16/S3 •37 •A17/S4
信号(输入、高有效)
•5 •6
•36 •35
•A18/S5 •A19/S6
NMI非屏蔽中断请求(
•7 •8
•34 •BHE/S7 •33 •MN/M
输入，上升沿触发)
•GND •AD14 •AD13 •AD12 •AD11 •AD10 •AD9 •AD8 •AD7 •AD6 •AD5 •AD4 •AD3 •AD2 •AD1 •AD0 •NMI •INTR •CLK •GND
二、8086最小模式引脚信号
M/ 存储器/IO控制信号
•1 •2 •3
•40 •39 •38
微处理器与系统结构PPT详 细讲解
第二章学习要点
重点掌握内容： 1．微处理器的基本结构。 2．Intel 8086微处理器的基本结构，包括： 功能结构、寄存器结构和总线结构。 3．Intel 8086微处理器系统的组成： 控制核心单元＋存储器组织＋I/O端口组织 4．Intel 8086微处理器在最小模式下的典型总线 操作和时序。 5．几个重要概念：时钟周期，总线周期，指令周期。
•38 •A16/S3
用引脚(双向、三态)
•37 •A17/S4
•36
•A18/S5 A16/S3～A19/S6地址/状态
•35 •A19/S6 •34 •BHE/S7
复用引脚(输出、三态)
•33 •32 •31
•MN/M X •RD
/S7总线高位允许/状态 (输出，三态)
•30 •HOLD* 读信号(输出，低电平
有差异
外频：微处理器外部总线工作频率。如Pentium4 2GHz的外频为400MHz
地址线宽度：决定访存空间。如36位地址线访问 236=64GB存储单元
数据线宽度：决定微处理器与外部存储器、输入/ 输出部件之间一次交换的二进制数据位数。如8、 16、32、64位。
微处理器主要性能指标
内置协处理器：加快数值运算 超标量结构：一个时钟周期内执行一条以上的指
2.2.2 8086CPU功能结构图
•通用寄存器
•AX AH AL •BX BH BL •CX CH CL •DX DH DL
• SP • BP • DI
•执 行
•总 线
部接
件口
EU 部
件
•20位地
•地址加法 址总线
器
•总
•CS •DS
•IP •暂存器
•16 位
•线
•SS
数
BIU •ES
据 •控
总
• SI
•VCC •AD15 •A16/S3
(输出、三态) 写信号(输出、低电平
•4
•37 •A17/S4
有效)
•5
•36 •A18/S5 中断响应信号(输出、
•6 •7 •8
了解内容：
1．Intel 8088微处理器与Intel 8086微处理器 的不同之处。
2．Intel 8086微处理器在最大工作模式下的 典型总线操作和时序。
3．高档微处理器的体系结构与特点。
2.1 微处理器主要性能指标
主频：即微处理器时钟频率。如Pentium4 2GHz
➢ 同系列的微处理器，主频越高，速度越快。 ➢ 但主频相同的微处理器，速度不一定都相同，因结构
0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 1
-0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1
0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 0
•运算结果最高位为0
∴SF=0；
运算结果本身≠0
∴ZF=0；
低8位中1的个数为奇数个
最高位∴没PF有=0借；位
∴CF=0
•8086
•9 •10
•32 X •31 •RD
RESET复位信号(输
•11
•30 •HOLD*
入，高电平有效)
•12
•29 •HLDA*
•13 •14
•28 •27
•WR* •M/IO*
CLK时钟输入端
•15 •16
•26 •25
•DT/R* •DEN*
MN/
最小/最大模
•17
•24 •ALE*
1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0
•运算结果最高位为1
∴SF=1；
运算结果本身≠0
∴ZF=0；
低8位中1的个数为偶数个
∴PF=1；
最高位没有进位
∴CF=0；
第三位向第四位有进位 ∴AF=1；
次高位向最高位有进位 ，最高位向前没有进位， ∴OF=10=1
例：2个数相减后，分析各标志位的值
EU控制器
➢ 接收指令队列中的指令，进行指令译码、分析，形成 各种控制信号，实现EU各个部件完成规定动作的控制 。
标志寄存器F 通用寄存器
• 标志寄存器
标志（Flag）用于反映指令执行结果或 控制指令执行形式。
8086处理器的各种标志形成了一个16 位的标志寄存器FLAGS（程序状态字 PSW寄存器）。
•S4
•S3
•当前正在使用的段寄存器
•0
•0
•ES
•0
•1
•SS
•1
•0 •CS或未使用任何段寄存器
•1
•1
•DS
•GND •AD14 •AD13 •AD12 •AD11 •AD10 •AD9 •AD8 •AD7 •AD6 •AD5 •AD4 •AD3 •AD2 •AD1 •AD0 •NMI •INTR •CLK •GND
AL 在BCD码及ASCII码运算指令中作为累加器； 在XLAT指令中作为累加器（AL）←((AL)＋（BX）)
BX 在间接寻址中作为基址寄存器和变址寄存器 CX 在循环程序中，作循环次数计数器
CL 在移位和循环移位指令中，作为移位位数和循环移位次数的计数寄 存器（指令执行后，（CL）不变）
DX I/O指令间接寻址时，作为地址寄存器；在乘法指令中作为辅助累加 器（当乘积或被除数为32位时，存放高16位数）
（系统）内总线：指主板与I/O扩展板之间的总线，一般 都遵循一定的标准，如目前多采用的ISA标准、EISA标准和 PCI标准等。
外总线：指微机与其他设备、系统之间的总线，一般也遵 循一定的标准，习惯上又称为接口，如串行接口、并行接口 、USB接口等。
总线缓冲器：如地址锁存器、数据缓冲器、总线收/发器等 。
•内部总线16
线 •制
位
•暂 存 器 •E
•逻
•AL U
U •控 •制
•8位队 列总线
••1指2令3队4列5 6
80
•辑
•标志寄存
•器
88 80
器
86
一、8086执行部件EU
组成：算术逻辑部件、控制器、寄存器阵列、总线及 总线缓冲器。
算术逻辑单元ALU(Arithmetic and Logic Unit) ➢ 进行所有的算术和逻辑运算 ➢ 计算寻址单元的十六位偏移地址EA(Effect Address)
；第三位向第四位没有借位
次高位向最高∴位AF没=有0；借位 ，最高位向前没有借位，
∴OF=00=0
8086的通用寄存器
16
位8 8
AX:累加器，使用频度最高
AX
AHAXAL 累加器(Accumulator)
，用于算术、逻辑运算以及
与外设传送•数信息据等寄存器
BX CX
BHBXBL 基址寄存器(Base) CHCXCL 计数寄存器(Count)
•AD11 •5
•AD10 •6
•AD9
•7
•AD8
•8
•AD7
•9
•AD6
•10
•AD5
•11
•AD4
•12
•AD3
•13
•AD2
•14
•AD1
•15
•AD0
•16
•NMI
•17
•INTR •18
•CLK
•19
•GND
•20
•8086
2.2.3 8086/8088引脚信号
•40 •VCC
•39 •AD15 AD0～AD15地址/数据复
INTEL78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年推出Personal Computer（个人计算机、微机）
2.2.1 有关微处理器的一些概念 一、微处理器的基本结构
•微机系 •统主板
•CPU
•存 储芯 片
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•其 他 •微 机 •系 统
•其 他 •仪 器 •系 统
• 微机系统的四级总线示意图
寄存器阵列——用于存放临时数据和地址。数目多 少不定，因处理器而异。
8086总 线
• 程序设计需要利用标志的状态