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第2章 微处理器与指令系统

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第2章-8086微处理器part2

第2章-8086微处理器part2

8086 CPU在最小模式中引脚定义
M/#IO：Memory/Input & Output，三态输出
存储器或I／O端口访问信号 。指示8086的访问对象，发 给MEM或I/O接口。 M／# IO为高电平时，表示 当前CPU正在访问存储器；
M／# IO 为低电平时，表 示当前CPU正在访问I／O端 口
数据驱动器数据流向控制信 号，输出，三态。
在8086系统中，通常采用 74LS245、8286或8287作 为数据总线的驱动器，用 DT/#R信号来控制数据驱动 器的数据传送方向。 当DT/#R＝1时，进行数据 发送； 当DT/#R＝0时，进行数据 接收。
8086 CPU在最小模式中引脚定义
READY：准备就绪信号 由外部输入，高电平有效 ，表示CPU访问的存储器 或I／O端口己准备好传送 数据。 当READY无效时，要求 CPU插入一个或多个等待 周期Tw，直到READY信 号有效为止。
S3 0 1 0 1
当前正在使用的段寄存器 ES SS CS或未使用任何段寄存器 DS
8086 CPU在最小模式中引脚定义
#BHE/S7：高8位总线允许（Bus High Enable）
T1：指示高8位数据总线上的数据 是否有效 （#BHE:AD0）配合：00时读写字 ，01时读写奇地址字节，10时读写 偶地址字节 其他T周期：输出状态信号S7（S7 始终为逻辑1，未定义） DMA方式下，该引脚为高阻态。
最大模式引脚信号（续）
LOCK# ：总线封锁（优先权锁定） 三态输出，低电平有效。 LOCK有效时表示CPU不允许其它总线主控者占用 总线。 ห้องสมุดไป่ตู้ 这个信号由软件设置。 • 当在指令前加上LOCK前缀时，则在执行这条 指令期间LOCK保持有效，即在此指令执行期 间，CPU封锁其它主控者使用总线。 在保持响应期间，LOCK#为高阻态。

第2章 ARM体系结构

第2章 ARM体系结构

• 控制位
–
程序状态寄存器PSR（Program Status Register）的最低8位I、F、T和 M[4：0]用作控制位。当异常出现时改变控制位。处理器在特权模式 下时也可由软件改变。
• 中断禁止位 I：置1，则禁止IRQ中断； F：置1，则禁止FIQ中断。 • T位 T=0 指示ARM执行； T=1 指示Thumb执行。 • 模式控制位 M4、M3、M2、Ml和M0（M[4:0]）是模式位，决定处理器 的工作模式，如表2.3.1所列。
6 （最低）
6 5
数据中止
IRQ （外部中断请求） FIQ （快速中断请求）
中止（数据）
IRQ FIQ
中止模式
IRQ FIQ
0x0000,0010
0x0000,0018 0x0000,001C
2
4 3
2.4.2 异常类型的含义
（1）复位
• • 处理器的复位电平有效时，产生复位异常 当ARM处理器或协处理器遇到不能处理的指令时，产生未定义指令异常
2.4 ARM微处理器的异常处理
• 异常：在一个正常的程序流程执行过程中，由内 部或外部源产生的一个事件使正常的程序产生暂 时的停止，称之为异常。
2.4.1 ARM体系结构的异常类型
• ARM体系结构支持7种类型的异常
• 异常出现后，强制从异常类型对应的固定存储器地址开始 执行程序。这些固定的地址称为异常向量（Exception Vectors）。
M[4:0]模式控制位
M[4： 0] 10000 10001 10010 10011 10111
处理器工作 模式 用户模式 FIQ模式 IRQ模式 管理模式 中止模式
可访问的寄存器 PC，CPSR，R14～R0 PC，R7～R0，CPSR, SPSR_fiq，R14_fiq～ R8_fiq PC，R12～R0，CPSR, SPSR_irq，R14_irq， R13_irq PC，R12～R0, CPSR, SPSR_svc，R14_svc， R13_svc PC，R12～R0, CPSR, SPSR_abt，R14_abt， R13_abt

微机原理第2章课后答案

微机原理第2章课后答案

第2章8086微处理器及其系统教材习题解答1. 8086 CPU 由哪两部分构成，它们的主要功能是什么?在执行指令期间,EU 能直接访问存储器吗，为什么?【解】8086CPU由执行部件（EU）和总线接口部件（BIU）两部分组成。

执行部件由内部寄存器组、算术逻辑运算单元（ALU）与标志寄存器（FR）及内部控制逻辑等三部分组成。

寄存器用于存储操作数和中间结果；算术逻辑单元完成16位或8位算术逻辑运算，运算结果送上ALU内部数据总线，同时在标志寄存器中建立相应的标志；内部控制逻辑电路的主要功能是从指令队列缓冲器中取出指令，对指令进行译码，并产生各种控制信号，控制各部件的协同工作以完成指令的执行过程。

总线接口部件（BIU）负责CPU与存储器、I/O设备之间传送数据、地址、状态及控制信息。

每当EU部件要执行一条指令时，它就从指令队列头部取出指令，后续指令自动向前推进。

EU要花几个时钟周期执行指令，指令执行中若需要访问内存或I/O设备，EU就向BIU 申请总线周期，若BIU总线空闲，则立即响应，若BIU正在取一条指令，则待取指令操作完成后再响应EU的总线请求。

2. 8086CPU与传统的计算机相比在执行指令方面有什么不同？这样的设计思想有什么优点？【解】8086 CPU与传统的计算机相比增加了指令队列缓冲器，从而实现了执行部件（EU）与总线接口(BIU)部件的并行工作，因而提高了8086系统的效率。

3. 8086 CPU 中有哪些寄存器，各有什么用途？【解】8086共有8个16位的内部寄存器，分为两组：①通用数据寄存器。

四个通用数据寄存器AX、BX、CX、DX均可用作16位寄存器也可用作8位寄存器。

用作8位寄存器时分别记为AH、AL、BH、BL、CH、CL、DH、DL。

AX（AH、AL）累加器。

有些指令约定以AX（或AL）为源或目的寄存器。

实际上大多数情况下，8086的所有通用寄存器均可充当累加器。

BX（BH、BL）基址寄存器。

单片机课件第二章 ARM体系结构

单片机课件第二章 ARM体系结构

2.5
ARM微处理器指令系统
2.5.1 基本寻址方式
寻址方式是根据指令中给出的地址码字段来实现寻找真实操作数地 址的方式，ARM处理器有9 种基本寻址方式。
1.寄存器寻址
操作数的值在寄存器中，指令中的地址码字段给出的是寄存器编 号，指令执行时直接取出寄存器值操作。
例如指令： MOV R1,R2 SUB R0,R1,R2
11111
系统模式
PC，R14～R0，CPSR（ARM v4及以上版本）
并非所有的模式位组合都能定义一种有效的处理器模式。其他组合的 结果不可预知。
2.2 ARM微处理器的寄存器结构
2.2.4 Thumb状态的寄存器集
2.2 ARM微处理器的寄存器结构
2.2.4 Thumb状态的寄存器集
Thumb 状态的寄存器在ARM 状态的寄存器上的映射


在Thumb状态下，程序计数器PC（Program Counter）使用位[1]选 择另一个半字。ARM处理器在两种工作状态之间可以切换。
Thumb状态：当操作数PSR控制位T为1时，执行BX指令进入Thumb 状态。如果处理器在Thumb状态进入异常，则当异常处理（IRQ、 FIQ、Undef、Abort和SWI）返回时，自动转换到Thumb状态。（异 常都是在ARM 状态中执行） ARM状态：当操作数PSR控制位T为0时，执行BX指令进入ARM状态 ；处理器发生异常（IRQ、FIQ、Reset、Undef、Abort和SWI）。在 此情况下，把PC内容复制到异常模式的链接寄存器中，并且异常处 理将从异常向量地址开始。
sys（系统模式）：运行具有特权的操作系统任务。

und（未定义指令中止模式）：当未定义的指令执行时进入该 模式，可用于支持硬件协处理器的软件仿真。

《微处理器系统结构与嵌入式系统设计》课程教案

《微处理器系统结构与嵌入式系统设计》课程教案

《微处理器系统结构与嵌入式系统设计》课程教案第一章：微处理器概述1.1 微处理器的定义与发展历程1.2 微处理器的组成与工作原理1.3 微处理器的性能指标1.4 嵌入式系统与微处理器的关系第二章：微处理器指令系统2.1 指令系统的基本概念2.2 常见的指令类型及其功能2.3 指令的寻址方式2.4 指令执行过程第三章：微处理器存储系统3.1 存储器的分类与特点3.2 内存管理单元（MMU）3.3 存储器层次结构与缓存技术3.4 存储系统的性能优化第四章：微处理器输入/输出系统4.1 I/O 接口的基本概念与分类4.2 常见的I/O 接口技术4.3 直接内存访问（DMA）4.4 interrupt 与事件处理第五章：嵌入式系统设计概述5.1 嵌入式系统的设计流程5.2 嵌入式处理器选型与评估5.3 嵌入式系统硬件设计5.4 嵌入式系统软件设计第六章：嵌入式处理器架构与特性6.1 嵌入式处理器的基本架构6.2 嵌入式处理器的分类与特性6.3 嵌入式处理器的发展趋势6.4 嵌入式处理器选型considerations 第七章：数字逻辑设计基础7.1 数字逻辑电路的基本概念7.2 逻辑门与逻辑函数7.3 组合逻辑电路与触发器7.4 微处理器内部的数字逻辑设计第八章：微处理器系统设计与验证8.1 微处理器系统设计流程8.2 硬件描述语言（HDL）与数字逻辑设计8.3 微处理器系统仿真与验证8.4 设计实例与分析第九章：嵌入式系统软件开发9.1 嵌入式软件的基本概念9.2 嵌入式操作系统与中间件9.3 嵌入式软件开发工具与环境9.4 嵌入式软件编程实践第十章：嵌入式系统应用案例分析10.1 嵌入式系统在工业控制中的应用10.2 嵌入式系统在消费电子中的应用10.3 嵌入式系统在医疗设备中的应用10.4 嵌入式系统在其他领域的应用案例分析第十一章：嵌入式系统与物联网11.1 物联网基本概念与架构11.2 嵌入式系统在物联网中的应用11.3 物联网设备的硬件与软件设计11.4 物联网安全与隐私保护第十二章：实时操作系统（RTOS）12.1 实时操作系统的基本概念12.2 RTOS的核心组件与特性12.3 常见的实时操作系统及其比较12.4 实时操作系统在嵌入式系统中的应用第十三章：嵌入式系统功耗管理13.1 嵌入式系统功耗概述13.2 低功耗设计技术13.3 动态电压与频率调整（DVFS）13.4 嵌入式系统的电源管理方案第十四章：嵌入式系统可靠性设计14.1 嵌入式系统可靠性概述14.2 故障模型与故障分析14.3 冗余设计技术与容错策略14.4 嵌入式系统可靠性评估与测试第十五章：现代嵌入式系统设计实践15.1 现代嵌入式系统设计挑战15.2 多核处理器与并行处理15.3 系统级芯片（SoC）设计与集成15.4 嵌入式系统设计的未来趋势重点和难点解析第一章：微处理器概述重点：微处理器的定义、发展历程、组成、工作原理、性能指标。

第二章-8086微处理器

第二章-8086微处理器

答案：A
思考题
8086/8088的状态标志有 A)3 B)4 C)5 答案：D 个。 D)6
思考题
8086/8088的控制标志有 A)3 B)4 C)5 答案：A 个。 D)6
三、引脚信号和功能（图2-5 ）
8086总线周期的概念： 为了取得指令或传送数据，就需要CPU的总线接 口单元（BIU）执行一个总线周期。 一个最基本的总线周期由4个时钟周期组成。 习惯上将4个时钟周期分别称为4个状态，即T1状 态、T2状态、T3状态和T4状态。 图2-17
2.方向标志DF（Direction Flag） 用于串操作指令中的地址增量修改（DF ＝0）还是减量修改（DF＝1）。 STD使DF＝1 CLD使DF＝0
（三）标志寄存器－控制标志（续）
3.跟踪标志TF（Trap Flag） 若TF＝1，则CPU按跟踪方式（单步方式） 执行程序，否则将正常执行程序。
思考题
指令队列的作用是 A)暂存操作数地址 。 B)暂存操作数
C)暂存指令地址
D)暂存预取指令 答案：D
思考题
8086的指令队列的长度是 A)4个 B)5个 C)6个 D)8个 字节。
答案： C
思考题
8088的指令队列的长度是 A)4个 B)5个 C)6个 D)8个 字节。
答案：A
思考题
第二章 8086/8088微处理器
8086/8088微处理器的结构 8086/8088典型时序分析

简 介
8086：16位微处理器 数据总线宽度16位：可以处理8位或16位数据 地址总线宽度20位：可直接寻址1MB存储单元和 64KB的I/O端口 8088：准16位处理器 内部寄存器及内部操作均为16位，外部数据总线8位 8088与8086指令系统完全相同，芯片内部逻辑结构、芯片引 脚有个别差异。 设计8088的目的主要是为了与Intel原有的8位外围接口芯片 直接兼容

《微型计算机系统原理及应用》课后答案_(第3版)清华大学出版社__杨素行

《微型计算机系统原理及应用》课后答案_(第3版)清华大学出版社__杨素行

第一章 微型计算机基础题1-1 计算机发展至今，经历了哪几代？答：电子管计算机、晶体管计算机、集成电路计算机、超大规模集成电路计算机、非冯诺伊曼计算机和神经计算机。

题1-2 微机系统由哪几部分组成？微处理器、微机、微机系统的关系是什么？ 答：1、微机系统分硬件和软件，硬件包括CPU、存储器、输入输出设备和输入输出接口，软件包括系统软件和应用软件。

2、微处理器是指微机的核心芯片CPU；微处理器、存储器和输入输出设备组成微机；微机、外部设备和计算机软件组成微机系统。

题1-3 微机的分类方法包括哪几种？各用在什么应用领域中？答：按微处理器的位数，可分为1位、4位、8位、32位和64位机等。

按功能和机构可分为单片机和多片机。

按组装方式可分为单板机和多板机。

单片机在工业过程控制、智能化仪器仪表和家用电器中得到了广泛的应用。

单板机可用于过程控制、各种仪器仪表、机器的单机控制、数据处理等。

题1-4 微处理器有哪几部分组成？各部分的功能是什么？答：微处理器包括运算器、控制器和寄存器三个主要部分。

运算器的功能是完成数据的算术和逻辑运算；控制器的功能是根据指令的要求，对微型计算机各部分发出相应的控制信息，使它们协调工作，从而完成对整个系统的控制；寄存器用来存放经常使用的数据。

题1-5 微处理器的发展经历了哪几代？Pentium系列微处理器采用了哪些先进的技术？答：第一代4位或低档8位微处理器、第二代中高档8位微处理器、第三代16位微处理器、第四代32位微处理器、第五代64位微处理器、第六代64位高档微处理器。

Pentium系列微处理器采用了多项先进的技术，如：RISC技术、超级流水线技术、超标量结构技术、MMX技术、动态分支预测技术、超顺序执行技术、双独立总线DIB技术、一级高速缓冲存储器采用双cache结构、二级高速缓冲存储器达256KB或512KB、支持多微处理器等。

题1-6 何为微处理器的系统总线？有几种？功能是什么？答: 系统总线是传送信息的公共导线，微型计算机各部分之间是用系统总线连接的。

第2章 ARM微处理器概述

第2章 ARM微处理器概述


工业控制领域：
作为32位 的RISC 架构，基于ARM 核的微控制器芯片不
但占据了高端微控制器市场的大部分市场份额，同时也 逐渐向低端微控制器应用领域扩展，ARM 微控制器的低 功耗、高性价比，向传统的8 位/16 位微控制器提出了挑 战。

无线通讯领域：
目前已有超过85%的无线通讯设备采用了ARM 技术，
ARM体系结构的变种

（4）J变种（Java加速器Jazelle）
ARM的Jazelle技术将Java的优势和先进的32位RISC芯
片完美地结合在一起。Jazelle技术提供了Java加速功能， 可以得到比普通Java虚拟机高得多的性能。与普通的 Java虚拟机相比，Jazelle使Java代码运行速度提高了8 倍，而功耗降低了80％。 Jazelle技术使得程序员可以在一个独立的处理器上同时 运行Java应用程序、已经建立好的操作系统、中间件以 及其他的应用程序。与使用协处理器和双处理器相比， 使用单独的处理器可以在提供高性能的同时保证低功耗 和低成本。 J变种首先在ARM体系版本4TEJ中使用，用字母J表示。
使用电池供电的高性能的便携式设备。这些 设备一方面需要处理器提供高性能，另一方 面又需要功耗很低。SIMD功能扩展为包括音 频/视频处理在内的应用相同提供了优化功能。 它可以使音频/视频处理性能提高4倍。 Version 6首先在2002年春季发布的ARM11 处理器中使用。
2.2.3 ARM体系结构的变种及版本 命名格式
Version 4（v4）
该版本增加了下列指令：
半字加载和存储指令； 加载带符号的字节和半字数据的指令； 增加mb状态； 增加了处理器的特权模式。 该版本不再强制要求与以前的26位地址空间 兼容。

微机原理、汇编语言及接口技术教程课后习题答案

微机原理、汇编语言及接口技术教程课后习题答案

!《16/32位微机原理、汇编语言及接口技术教程》部分习题参考解答第1章微型计算机系统概述〔习题〕什么是通用微处理器、单片机（微控制器）、DSP芯片、嵌入式系统〔解答〕通用微处理器：适合较广的应用领域的微处理器，例如装在PC机、笔记本电脑、工作站、服务器上的微处理器。

单片机：是指通常用于控制领域的微处理器芯片，其内部除CPU外还集成了计算机的其他一些主要部件，只需配上少量的外部电路和设备，就可以构成具体的应用系统。

~DSP芯片：称数字信号处理器，也是一种微控制器，其更适合处理高速的数字信号，内部集成有高速乘法器，能够进行快速乘法和加法运算。

嵌入式系统：利用微控制器、数字信号处理器或通用微处理器，结合具体应用构成的控制系统，其典型的特点是把计算机直接嵌入到应用系统之中。

〔习题〕说明微型计算机系统的硬件组成及各部分作用。

〔解答〕CPU：CPU也称处理器，是微机的核心。

它采用大规模集成电路芯片，芯片内集成了控制器、运算器和若干高速存储单元（即寄存器）。

处理器及其支持电路构成了微机系统的控制中心，对系统的各个部件进行统一的协调和控制。

存储器：存储器是存放程序和数据的部件。

（外部设备：外部设备是指可与微机进行交互的输入（Input）设备和输出（Output）设备，也称I/O设备。

I/O设备通过I/O接口与主机连接。

总线：互连各个部件的共用通道，主要含数据总线、地址总线和控制总线信号。

〔习题〕什么是总线微机总线通常有哪3组信号各组信号的作用是什么〔解答〕总线：传递信息的共用通道，物理上是一组公用导线。

3组信号线：数据总线、地址总线和控制总线。

（1）地址总线：传输将要访问的主存单元或I/O端口的地址信息。

#（2）数据总线：传输读写操作的数据信息。

（3）控制总线：协调系统中各部件的操作。

〔习题〕简答如下概念：（1）计算机字长（2）取指－译码－执行周期（3）ROM-BIOS（4）中断（（5）ISA总线〔解答〕（1）处理器每个单位时间可以处理的二进制数据位数称计算机字长。

4-二、微处理器指令系统(2)

4-二、微处理器指令系统(2)
8/16位
指令代量
SI OR DI BX OR BP ＋ EA
基 址 变 址 寻 址 方 式
与基址寻址、变址寻址相同，若使用 SI、DI、 BX，则隐含使用的段寄存器为 DS 提供段基址； 如果使用BP，隐含使用的段寄存器为SS。 汇编指令中位移量可用数值或符号地址
例3.4.1
DS
VAR位移量
XXH XXH
VAR
FFH 00H
BX
执行后:(BX)=00FFH
注意：如果操作数放在数据段中，就可以在指令 中不直接给出段寄存器的名字，如果操作数没有 放在数据段中就需要给出相应的段寄存器的名字。 例3.1.3数是放在数据段中 MOV DAB, AX 默认为 MOV DS:DAB, AX MOV CL, DA 默认为 MOV CL, DS:DA
MOV STR[BP], DX
= MOV AL, DS:ARY[BX]
= MOV SS:STR[BP], DX
注意：如果以SI、DI、BX提供部分偏移量，隐 含使用的段寄存器为DS提供段基址；如果以BP 提供部分偏移量，隐含使用的段寄存器为SS。
例3.3.2: 一维数组ARY存放在数据段中，每个元素占 1个字节单元。从数组首地址依次存放：ARY(0)、 ARY(1)、….ARY(i)、…. 采用变址寻址可以用来 访问数组中的任何一元素。 MOV AL, ARY[SI]
2.2 8086/8088的寻址方式
一、基本概念 二、寻址方式
一、基本概念
1、几个名词 2、指令的表示方法 3、汇编指令的基本内容 4、8086/8088指令的三种类型
1、几个名词 程序：使计算机完成一个任务的一系列命 令或指令的有序集合
指令：计算机执行某一特定操作的编码 指令系统：CPU所能够执行的指令的全集

微机原理第02章1

微机原理第02章1

第2章： 溢出和进位的对比
例1：3AH＋7CH＝B6H
无符号数运算： 58＋124＝182 范围内，无进位 有符号数运算： 58＋124＝182 范围外，有溢出
例2：AAH＋7CH＝（1）26H
无符号数运算： 170＋124＝294 范围外，有进位 有符号数运算： －86＋124＝28 范围内，无溢出
常用来存放双字长数据的高16位，或存放外设端口地址
第2章：（2）变址寄存器
16位变址寄存器SI和DI 常用于存储器变址寻址方式时提供地址
SI是源地址寄存器（Source Index） DI是目的地址寄存器（Destination Index）
在串操作类指令中， SI 、 DI 还有较特殊的 用法 现在不必完全理解，以后会详细展开
第2章：溢出和进位的应用场合
处理器对两个操作数进行运算时，按照无 符号数求得结果，并相应设置进位标志 CF； 同时，根据是否超出有符号数的范围设置 溢出标志OF 应该利用哪个标志，则由程序员来决定。 也就是说，如果将参加运算的操作数认为 是无符号数，就应该关心进位；认为是有 符号数，则要注意是否溢出
第2章：符号标志SF（Sign Flag）
运算结果最高位为1，则SF＝1； 否则SF＝0
有符号数据用最高有效位表示数据的符号 所以，最高有效位就是符号标志的状态
3AH＋7CH＝B6H，最高位D7＝1：SF＝1
84H＋7CH＝（1）00H，最高位D7＝0：SF＝0
第2章：奇偶标志PF（Parity Flag）
第2章：辅助进位标志AF（Auxiliary Carry Flag）
运算时D3位（低半字节）有进位或
借位时，AF＝1；否则AF＝0
这个标志主要由处理器内部使用， 用于十进制算术运算调整指令中， 用户一般不必关心 3AH＋7CH＝B6H，D3有进位：AF＝1

微机原理第二章8086微处理器

微机原理第二章8086微处理器
▪ 表面上看来，微处理器的外部就是数量有限的输入输出 引脚。但是，正是依靠这些引脚与其它逻辑部件相连接， 才能组成多种型号的微型计算机系统。
▪ 这些引脚就是微处理器级总线。微处理器通过微处理器 级总线沟通与外部部件和设备之间的联系。这些总线及 其信号必须完成以下功能：
▪ （1）和存储器之间交换信息； ▪ （2）和I/O设备之间交换信息； ▪ （3）为了系统工作而接收和输出必要的信号，如输入
▪ 时钟信号输入端。19 CLK（输入） ▪ 8086和8088为5MHz。 ▪ 8086/8088的CLK信号必须由8284A时钟发生器产生。 ▪ 微处理器是在统一的时钟信号CLK控制下，按节拍进行
工作的。
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8086/8088微处理器——微处理器的引脚功能
▪ 工作方式控制线 33
指令执行示例
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1
第二章：8086/8088微处理器
1. 微处理器ห้องสมุดไป่ตู้结构 2. 微处理器的内部寄存器 3. 微处理器的引脚功能 4. 微处理器的存储器组织 5. 最大模式和最小模式 6. 微处理器的时序
2021/6/12
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2021/6/12
▪ 存储器分段
▪ 由于CPU内部的寄存器都是16位的，为了
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第二章：8086/8088微处理器
1. 微处理器的结构 2. 微处理器的内部寄存器 3. 微处理器的引脚功能 4. 微处理器的存储器组织 5. 最大模式和最小模式 6. 微处理器的时序
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8086/8088微处理器——微处理器的引脚功能
▪ 一、微处理器的外部结构
时钟脉冲、复位信号、电源和接地等。

微机原理及应用课件第2章

微机原理及应用课件第2章

四、内部寄存器
内部寄存器的类型
含14个16位寄存器，按功能可分为三类
8个通用寄存器 4个段寄存器 2个控制寄存器
深入理解：每个寄存器中数据的含义
28
1. 通用寄存器
数据寄存器（AX，BX，CX，DX） 地址指针寄存器（SP，BP） 变址寄存器（SI，DI）
29
数据寄存器
8088/8086含4个16位数据寄存器，它们又可分为8个 8位寄存器，即：
DX：
数据寄存器。在间接寻址的I/O指令中存放I/O端口地址；在 32位乘除法运算时，存放高16位数。
地址指针寄存器
SP：堆栈指针寄存器，其内容为栈顶的偏移地址； BP：基址指针寄存器，常用于在访问内存时存放内存单
元的偏移地址。
BP与BX的区别：
作为通用寄存器，二者均可用于存放数据； 作为基址寄存器，用BX表示所寻找的数据在数据段；用
┇
操作数
35
状态标志位（1）
CF（Carry Flag）
进位标志位。加(减)法运算时，若最高位有进(借)位则CF=1
OF（Overflow Flag）
溢出标志位。当算术运算的结果超出了有符号数的可表达范 围时，OF=l
ZF（Zero Flag）
零标志位。当运算结果为零时ZF=1
SF（Sign Flag）
欲实现对1MB内存空间的正确访问，每个内
存单元在整个内存空间中必须具备20位字长
的惟一地址
物理地址
XXXXXH
12H
00H
内存地址变换：
…
如何将直接产生的16位编码变换
…
为20位物理地址?
┇
内存单元的编址（1）
内存每个单元的地址在逻辑上都由两部分组成：

第02章 微型计算机系统中的微处理器

第02章 微型计算机系统中的微处理器

主要引线（最小模式下）：
8088是工作在最小还是最大模式由MN/MX端状态决 定。MN/MX=0工作于最大模式，反之工作于最小模式
AD7---AD0：低8位地址和数据信号分时复 用。在传送地址信号时为单 向，传送数据信号时为双向。 A19--- A16：高4位地址信号，分时复用。 A15--- A8 ：输出8位地址信号。
第2章 微型计算机系统中的微处理器
2.1 微型计算机的组成及工作原理 2.1.1微型计算机基本结构（冯诺依曼结构）
存储程序工作原理是指把程序存储在计算机内， 使计算机能像快速存取数据一样地快速存取组 成程序的指令。为实现控制器自动连续地执行 程序，必须先把程序和数据送到具有记忆功能 的存储器中保存起来，然后给出程序中第一条 指令的地址，控制器就可依据存储程序中的指 令顺序周而复始地取指令、译码、执行，直到 完成全部指令操作为止，即控制器通过指令流 的串行驱动实现程序控制
2.1.2微处理器CPU
1、寄存器组 2、算术逻辑单元ALU 3、控制器 （1）程序计数器PC （2）地址寄存器AR （3）数据寄存器DR （4）指令寄存器IR和指令译码器ID （5）时许部件
2.1.3 总线
1、DB 2、AB 3、CB
2.1.4 存储器----P11 通常指内存，有读、写操作
图2-13 8086CPU最小模式下的典型配置
2．最大工作模式
由图2-4可知， 最大模式配 置和最小模 式配置有一 个主要的差 别： 最大模 式下多了 8288总线控 制器。
图2-4 8086CPU最大工作 模式下的典型配置
2.6 8086的总线时序
1．读周期的时序 2．写周期的时序
1．读周期的时序（图2-9）
第2章

《微机原理及应用》各章习题参考答案

《微机原理及应用》各章习题参考答案

《微机原理及应用》各章习题参考答案第1章微型计算机概论一、填空题1. 微机硬件系统主要由CPU、（存储器）、（总线）、（输入输出接口）和输入输出设备组成。

2. 冯·诺依曼计算机的核心原理是（存储程序原理）3. 完成下列数制的转换1）10100110B=（ 166 ）D=（ A6H ）H2）223.25 =（ 11011111.01 ）B=（ DF.4 ）H3）1011011.101B=（ 5B.A ）H=（1001 0001.01100010 0101 ）BCD4. 已知[X]补5. 已知A=10101111，B=01010000，则A∧B的结果为( 00000000 ) B=86H，则X的十进制表示形式为( -122 )6. -29H的8位二进制反码是（11010110 ）B7.字符4的ASCII码=（ 34 ）H二、简答题1.冯.诺依曼计算机的结构是怎样的，主要特点有哪些？解：将计算机设计为由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备等5个部分组成，所有的执行都以运算器为核心，采用存储程序工作原理。

2. 已知X=-1101001B，Y=-1010110B，用补码方法求X-Y=？解：[X-Y]补=[X+（-Y）]补= [X]补+[-Y] [X]补原=11101001B [X]补 [-Y]=10010111B原=01010110B=[-Y] [X-Y]补补= [X]补+[-Y]补X-Y=[[X-Y]=11101101B补]补=10010011=-0010011=-193. 写出下列真值对应的原码和补码的形式：1）X=-1110011B2）X=-713）X=+1001001B解：1）[X]原码=11110011B , [X]补码=10001101B2）[X]原码=11000111B, [X]补码=10111001B3）[X]原码=01001001, [X] 补码=01001001B=?4. 已知X和Y的真值，求[X+Y]补1）X=-1110111B Y=+1011010B2）X=56 Y=-215. 若与门的输入端A、B、C的状态分别为1、0、1，则该与门的输出端状态为？若将这3位信号连接到或门，那么或门的输出又是什么状态？解：由与和或的逻辑关系知，若“与”门的输入端有一位为“0”，则输出为“0”；若“或”门的输入端有一位为“1”，则输出为“1”。

NEW02_第二章_微处理器_part2

NEW02_第二章_微处理器_part2

微机原理与接口
Pentium性能简介
Pentium通往外部存储器的数据总线为64位， CPU内部主要寄存器的宽度仍然为32位，那么 Pentium、Pentium（P54C）应该是32位微处理器 。外部64位数据总线（D63-D0）每次可同时传输8 字节的二进制信息，若选用主总线时钟频率66MHz 计算，即存储器总线的时钟频率也为66MHz，则 Pentium与主存储器交换数据的速率可为528MB/S 。
微机原理与接口
Pentium CPU原理结构图
微机原理与接口
2.6.1 Pentium的原理结构
二、原理结构 在Pentium CPU中，总线接口部件实现 CPU与系统总线之间的连接，其中包括64位 双向的数据线、32位地址线和所有的控制信 号线，具有锁存与缓冲等功能，总线接口部 件实现CPU与外设之间的信息交换，并产生 相应的各类总线周期。
··· ·· ··
微机原理与接口
从上述程序可以看出，许多分支转移指令 转向每个分支的机会不是均等的，而且大多数 分支转移指令排列在循环程序段中，除了一次 跳出循环体之外，其余转移的目标地址均在循 环体内。因此，分支转移指令的转移目标地址 是可以预测的，预测的依据就是前一次转移目 标地址的状况，即根据历史状态预测下一次转 移的目标地址。预测的准确率不可能为100%， 但是对于某些转移指令预测的准确率却非常高。

U、V流水线中整数指令流水线均由5段组成。分别 为预取指令（PF）、指令译码（D1）、地址生成（ D2）、指令执行（EX）和结果写回（WB）。
由于采用了指令流水线作业，每条指令流水线可以 在1个时钟周期内执行一条指令。因此，最佳情况 下一个时钟周期内可以执行两条整数指令。
微机原理与接口
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一个逻辑段的最大容量为64KB； 第一个存储单元的偏移地址为0； 最后一个存储单元的偏移地址为FFFFH。 该数据区段由低至高相应存储单元的偏移地址为：
0000H～ FFFFH。
存储区的首地址＝ DS×16＋偏移地址 ＝ 2100H×16＋0000H＝21000H
存储区的末地址＝DS×16＋偏移地址 ＝2100H×16＋FFFFH ＝30FFFH
内存
30000H (段基址)
64KB
FFFFFH
• 存储器分段结构示例
…
CS 1000H SS 2000H DS 3100H ES 3100H
…
10000H 代码段
（64KB） 1FFFFH 20000H 堆栈段
（64KB） 2FFFFH
……
31000H 数据段与 附加数据 段重叠
40FFFH （64KB）
……
…
分段方式不唯 一，各段之间可 以连续、分离、 部分重叠或完全 重叠，这主要取 决于对各个段寄 存器的预置内容。
• 物理地址和逻辑地址
物物理理地地址址是1MB存储 空间中的某一单元地址， 用20位地址码表 示,CPU访问存储器时， 地址总线上送出的就是 物理地址。
逻逻辑辑地地址址在编程时采 用，由段基址和偏移地 址组成，两者均为16位。
做的系列操作，包括寄存器的内容送累加器； 5. 操作结果经过内部数据总线， 存放到寄存器或内部暂存器，
同时置FR； 6. 根据DS寄存器的内容，及指令寻址方式产生的偏移量，经
过地址加法器，形成数据保存地址，并送到外部总线。CPU 发写总线操作命令，将暂存器的内容， 通过总线， 写到指 定内存单元。
2.指令流水线
指令队列的存在使EU和BIU并行工作,取指令和分析、 执行指令操作可重叠进行，形成了两级指令流水线结构， 减少了CPU等待时间，提高了CPU的利用率，加快了整 机运行速度，降低了对存储器存取速度的要求。
BIU 取指令1 取指令 取数据1 取指令3 存结果1 取指令4 取指令5
2
EU 等待 译码1
执行1
➢ 内部结构 ➢ 指令流水线 ➢ 存储器分段
2.1.1 8086/8088微处理器
1.内部结构
通用寄存器
AX AH AL BX BH BL CX CH CL
累加器 基址寄存器 计数寄存器
DX DH DL 数据寄存器
指针寄存器 变址寄存器
SP
堆栈指针
BP
基址指针
ห้องสมุดไป่ตู้
DI SI
目的变址 源变址
ALU DB
2.1.1 8086/8088 微处理器
8086是1978年推出的全16位微处理器, 8088是1978年推出 的准16位微处理器。二者除外数据总线位数（8086为16位， 8088为8位）及与此相关的部分逻辑稍有差别外,内部结构 和基本性能相同,指令系统完全兼容。
在8086/8088的设计中，引入了两个重要的结构概念： • 指令流水线 • 存储器分段
2.2 Pentium微处理器
2.2.1 内部结构与外部引脚 2.2.2 内部寄存器 2.2.3 Pentium的四种工作方式
2.2.1 内部结构和外部引脚
Pentium在结构上由如下功能部件组成： • 整数执行单元 • 浮点单元 • 指令Cache和数据Cache • 指令预取单元 • 指令译码单元 • 地址转换与管理单元 • 总线接口单元 • 控制单元
这些功能部件除地址转换与管理单元与80386/80486
保持兼容外，其他都进行了重新设计。
控制 DP 逻辑
64位 数据 总线 32位地 总线 址总线
单元 控制
64位数 64 据总线 数据 控制 APIC
分支目标 预取 TLB 8KB指令
缓冲器 地址
高速缓存
指令 指针
分支检验 与目标地址
指令预取单元 指令译码单元
1. 段寄存器CS 程序指针寄存器IP 内容经过地址加法器形成20 位地址；
2. 由CPU内部地址总线AB ， 经过总线地址控制电路， 向外部 总线发读取指令的的控制信号， 外部总线开始总线操作；
3. 读取指令送入到指令队列中， 等待执行； 4. EU单元从队列中去一条指令到EU控制电路，译码指令需要
译码2 执行2 译码3
8086/8088的指令“流水”操作
3.存储器分段
8086物理地址（1M=220）
将1MB的物理存储空 间分成若干个逻辑段,每 段大小为64KB。
段的起始单元地址叫 段基址，存放在段寄存 器中。通过4个段寄存 器，CPU每次可同时对 4个段进行寻址。
00000H 00001H 00002H 00003H
这两个概念在以后升级的Intel系列微处理器中一直被沿用和发展。 正是这两个概念的引入，使8086/8088比原来的8位MPU在运行速度、 处理能力和对存储空间的访问等性能方面有很大提高。
2.1 8086/8088微处理器
8086是全16位微处理器，8088是准16位微处理器。二 者除了外数据总线位数及与此相关的部分逻辑稍有差别外， 内部结构和基本性能相同，指令系统完全兼容。
16位
20位 AB
地址加法器 ∑
DB
指令指针
CS
DS SS ES IP
内部暂存器
8088:8位 8086:16位
运算暂存器
ALU
标志寄存器
EU 控制电路
执行单元(EU)
指令队列
123456 8位
8088
总线 8086/8088
控制电路
外部总线
8086
总线接口单元(BIU)
8086 CPU内部指令执行流程
第二章 微处理器和指令系统
2.1 Intel系列微处理器概述
2.1.1 8086/8088 微处理器 2.1.2 80486 微处理器 2.1.3 Pentium 微处理器(80586) 2.1.4 Pentium Pro 微处理器 2.1.5 Pentium Ⅱ 微处理器 2.1.6 Pentium Ⅲ 微处理器 2.1.7 Pentium 4 微处理器
地址
控制单元
转换 与 存储 管理 单元
32
32位 地址 总线
地址生成 地址生成 U流水线 V流水线
20000H 20A00H
0A00H
内存
• 逻辑地址与物理地址的变换
逻辑地址与20位物理地址的变换关系： 物理地址=段基址×16+偏移地址
逻辑地址
15
0
15
0
段基址
左移四位
段基址 0000
偏移地址
地址 加法器
∑
19
0
20位物理地址
【例】 若数据段寄存器DS＝2100H，试确定该存储区段物理地 址的范围。