第2章 微型计算机概述.

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1、第第2章章 微型计算机概述微型计算机概述2.1 微型计算机的基本结构微型计算机的基本结构2.2 8088(8086)CPU2.3 系统总线的形成系统总线的形成第第2 2章章 微型计算机概述微型计算机概述 第第2章章 微型计算机概述微型计算机概述2.1 2.1 微型计算机的基本结构微型计算机的基本结构 2.1.1 微型计算机的组成及各部分的功能微型计算机的组成及各部分的功能 1. 硬件系统 2. 软件系统第第2章章 微型计算机概述微型计算机概述微型计算机的组成微型计算机的组成微型计算机系统MCS微型计算机MC微处理器(核心件) MP 第第2章章 微型计算机概述微型计算机概述微型计算机系统的系统结

2、构微型计算机系统的系统结构 冯诺伊曼结构：也称普林斯顿结构，是一种将程序指令存储器和数据存储器合并在一起的存储器结构。程序指令存储地址和数据存储地址指向同一个存储器的不同物理位置，因此程序指令和数据的宽度相同，如Intel公司的8086中央处理器的程序指令和数据都是16位宽。 Intel的8086和其他中央处理器、ARM的ARM7、MIPS的MIPS 处理器。第第2章章 微型计算机概述微型计算机概述微型计算机系统的系统结构微型计算机系统的系统结构 哈佛结构：是一种将程序指令存储和数据存储分开的存储器结构。中央处理器首先到程序指令存储器中读取程序指令内容，解码后得到数据地址，再到相应的数据存储器

3、中读取数据，并进行下一步的操作（通常是执行）。程序指令存储和数据存储分开，可以使指令和数据有不同的数据宽度，如Microchip公司的PIC16芯片的程序指令是14位宽度，而数据是8位宽度。 Sun的Station CPU， Microchip 公司的PIC系列芯片，摩托罗拉的MC68系列、Zilog公司的Z8系列和ARM9、ARM10和ARM11。第第2章章 微型计算机概述微型计算机概述冯冯诺伊曼计算机结构诺伊曼计算机结构运算器运算器控制器控制器输入设备输入设备存储器存储器输出设备输出设备第第2章章 微型计算机概述微型计算机概述冯冯 诺依曼机工作原理诺依曼机工作原理 将计算过程描述为由许多条

4、指令按一定顺序组成的程序，并放入存储器保存; 指令按其在存储器中存放的顺序执行； 由控制器控制整个程序和数据的存取以及程序的执行； 以运算器为核心，所有的执行都经过运算器。第第2章章 微型计算机概述微型计算机概述图2.1 微型计算机的硬件结构1. 硬件系统硬件系统 微型计算机硬件系统如图所示。第第2章章 微型计算机概述微型计算机概述 微型计算机主要由如下几个部分组成：微处理器或称中央处理单元(CPU)、内部存贮器(简称内存)、输入输出接口(简称接口)及系统总线。 (1) CPU CPU是一个复杂的电子逻辑元件，它包含了早期计算机中的运算器、控制器及其他功能，能进行算术、逻辑及控制操作。 (2)

5、内存 顾名思义，所谓内存就是指微型计算机内部的存贮器。 用来存放要执行的程序及数据。内存的编号称为内存地址。第第2章章 微型计算机概述微型计算机概述 (3) 系统总线 所谓总线就是用来传送信息的一组通信线。系统总线将构成微型机的各个部件连接到一起，实现了微型机内部各部件间的信息交换。 (4) 接口 微型计算机广泛地应用于各个部门和领域，所连接的外部设备是各式各样的。不仅要求不同的电平、电流，而且要求不同的速率、信号类型等。 为了使计算机与外设能够联系在一起，相互匹配并有条不紊的工作，就需要在计算机和外设之间接上一个中间部件，以便使计算机正常工作，该部件就叫做输入/输出接口。 接口的编号称为接口

6、地址。第第2章章 微型计算机概述微型计算机概述 2. 软件系统软件系统 微型计算机软件系统包括系统软件和应用软件两大类。 (1)系统软件系统软件 系统软件用来对构成微型计算机的各部分硬件，如CPU、内存、各种外设进行管理和协调，使它们有条不紊高效率地工作。同时，系统程序还为其他程序的开发、调试、运行提供一个良好的环境。第第2章章 微型计算机概述微型计算机概述 (2) 应用软件应用软件 应用软件是针对不同应用，实现用户要求的功能软件，例如，Internet网点上的Web页、各部门的MIS程序、CIMS中的应用软件以及生产过程中的监测控制程序等等。 应用软件一般由用户开发完成。可以用汇编语言，也可

7、以用高级语言。第第2章章 微型计算机概述微型计算机概述 2.1.2 微型计算机的工作过程微型计算机的工作过程 CPU进行简单的算术运算或逻辑运算，或从存贮器取数，将数据存放于存贮器，或由接口取数或向接口送数，这些都是一些基本动作，也称为CPU的操作。 将若干基本操作组合在一起，就可以完成某种非常复杂的任务。 完成某种任务的一组指令就称为程序，计算机的工作就是执行程序。 用微型计算机求解“7+10=?”这样一个极为简单的问题，必须利用指令告诉计算机该做的每一个步骤，先做什么，后做什么。具体步骤就是： 7AL AL+10AL 第第2章章 微型计算机概述微型计算机概述 其含义就是把7这个数送到AL里

8、面，然后将AL中的7和10相加，把要获得的结果存放在AL里。把它们变成计算机能够直接识别并执行的程序如下： 10110000 00000111 第一条指令 00000100 00001010 第二条指令 11110100 第三条指令 第第2章章 微型计算机概述微型计算机概述 利用助记符加上操作数来表示指令就方便得多了。上面的程序可写成： MOV AL，7 ADD AL，10 HLT 程序中第一条指令将7放在AL中；第二条指令将AL中7加上10并将相加之和放在AL中；第三条指令是停机指令。当顺序执行完上述指令时，AL中就存放着要求的结果。 第第2章章 微型计算机概述微型计算机概述2.2 8086

9、(8088)CPU2.2 8086(8088)CPU 2.2.1概述概述 8086(8088)是8080和8085的改进型，像8080和8085一样，它的指令是以字节为基础构成的，它的性能的提高，主要依赖于采取了以下一些特殊措施。 1. 建立6(4)字节的指令预取队列； 2. 设立地址段寄存器； 3. 在结构上和指令设置方面支持多微处理器系统。第第2章章 微型计算机概述微型计算机概述80868086微处理器的功能结构微处理器的功能结构l8086微处理器的内部功能结构由两个独立的工作部件执行部件EU（Execution Unit）和总线接口部件BIU（Bus Interface Unit）构成

10、.l EU由运算器、寄存器组、控制器等组成，负责指令的执行。l BIU由指令队列、地址加法器、总线控制逻辑等组成，负责与系统总线打交道。第第2章章 微型计算机概述微型计算机概述EUEU和和BIUBIU的管理的管理EU和BIU是并行工作的，以提高CPU效率。(1) BIU监视着指令队列。当指令队列中有2个空字节时，就自动把指令取到队列中。(2) EU执行指令时，从指令队列头部取指令，然后执行。如需访问存储器，则EU向BIU发出请求，由BIU访问存储器。(3) 在执行转移、调用、返回指令时，需清除队列中的指令，要等新指令装入队列中后，EU才继续执行指令。第第2章章 微型计算机概述微型计算机概述 图

11、2.2 一般8位处理器与8088处理器指令执行过程对比(a)一般8位处理器的指令执行过程；(b)8088处理器的指令执行过程 第第2章章 微型计算机概述微型计算机概述执行执行1 执行执行2 执行执行3 执行执行4 执行执行5忙忙忙忙忙忙忙忙忙忙ttt忙忙忙忙忙忙忙忙忙忙忙忙忙忙忙忙ttMPU总线总线(BUS)EUBIUBUS一般一般8位位CPU( 8080 )8086CPU取指取指1 执行执行1 取指取指2 执行执行2 取指取指3 执行执行3取指取指1 取指取指2 取指取指3 取指取指4 取指取指5串行并行第第2章章 微型计算机概述微型计算机概述地址段寄存器地址段寄存器 地址加法器将段寄存器(