《微機原理》微型計算機原理全套教學課件

微機原理第1章微型計算機概述第2章計算機中的數(shù)據(jù)表示第3章8086-8088微處理器及其體系結(jié)構(gòu)第4章8086-8088指令系統(tǒng)第5章匯編語言及匯編程序設計第6章存儲器第7章輸入與輸出第8章中斷系統(tǒng)和中斷控制器8259A第9章可編程并行接口芯片8255A第10章可編程定時計數(shù)器8253第11章總線技術(shù)與微機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)全套可編輯PPT課件第1章微型計算機概述本章主要教學內(nèi)容計算機的發(fā)展、分類、基本結(jié)構(gòu)及工作原理微處理器的產(chǎn)生和發(fā)展、微處理器系統(tǒng)微型計算機的分類、性能指標微型計算機系統(tǒng)的組成及應用第1章微型計算機概述本章教學目的及要求熟悉計算機的發(fā)展歷史、發(fā)展前景、工作特點、組成分類、應用領域等相關知識掌握計算機的基本結(jié)構(gòu)及工作原理熟悉微處理器的產(chǎn)生和發(fā)展，掌握微型計算機的分類、性能指標掌握微型計算機系統(tǒng)組成，軟、硬件基本結(jié)構(gòu)熟悉微型計算機的特點及應用第1章微型計算機概述1.1計算機的發(fā)展與應用1.2計算機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理1.3微型計算機的基本概念1.4微型計算機系統(tǒng)的組成1.5微型計算機的特點及應用1.1計算機的發(fā)展與應用1.1.1計算機的發(fā)展歷史1．第一臺電子計算機－時間：1946年2月－地點：美國賓夕法尼亞大學－名字：ENIAC，即ElectronicNumericalIntegratorandCalculator，電子數(shù)字積分計算器。－特征：重量30噸，占地170平方米，每小時耗電150千瓦，價值約40萬美元。采用18000電子管，70000電阻，10000電容，研制時間近三年，運算速度為每秒5000次加減法運算。－評價：運算速度慢、存儲容量小、機器操作復雜、穩(wěn)定性差。2．馮·諾依曼結(jié)構(gòu)計算機－時間：1946年6月－人物：美籍匈牙利科學家馮·諾依曼JoheVonNeumman－成果：“存儲程序”的計算機設計方案－特點：采用二進制數(shù)形式表示數(shù)據(jù)和計算機指令指令和數(shù)據(jù)存儲在計算機內(nèi)部存儲器中，能自動依次執(zhí)行指令由控制器、運算器、存儲器、輸入設備、輸出設備5大部分組成計算機硬件工作原理的核心是“存儲程序”和“程序控制”－評價：奠定了現(xiàn)代計算機結(jié)構(gòu)理論的基礎，被譽為計算機發(fā)展史上的里程碑。3．按邏輯部件化分的計算機發(fā)展階段－第一代（1946年~1958年）：電子管

特點：體積大、耗電多、運算速度慢，存儲容量小。－第二代（1959年~1964年）：晶體管

特點：體積減小，重量輕、省電、壽命長、可靠性提高，運算速度可達每秒百萬次。－第三代（1965年~1970年）：中小規(guī)模集成電路

特點：存儲容量提高到1~4兆字節(jié)。運算速度每秒幾百萬至千萬次，可靠性有較大提高，體積進一步縮小，成本進一步降低，出現(xiàn)了向大型化和小型化發(fā)展的趨勢。－第四代（1971年-）：大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路 特點：大規(guī)模集成電路使計算機發(fā)生了巨大的變化，半導體存儲器的集成度越來越高。Intel公司推出了微處理器，誕生了微型計算機，使計算機的存儲容量、運算速度、可靠性、性能價格比等方面都比上一代計算機有較大突破。4．按計算機應用劃分的計算機發(fā)展階段－超、大、中、小型計算機階段（1946年~1980年） 特點：采用計算機來代替人的腦力勞動，提高了工作效率，能夠解決較復雜的數(shù)學計算和數(shù)據(jù)處理。－微型計算機階段（1981年~1990年） 特點：微型計算機大量普及，幾乎應用于所有領域，對世界科技和經(jīng)濟的發(fā)展起到了重要的推動作用。－計算機網(wǎng)絡階段（1991年至今） 特點：計算機網(wǎng)絡為人類實現(xiàn)資源共享提供了有力的幫助，從而促進了信息化社會的到來，實現(xiàn)了遍及全球的信息資源共享。1.1.2計算機的發(fā)展趨勢1．未來計算機的發(fā)展趨勢朝著微型計算機和巨型計算機兩級方向發(fā)展。技術(shù)開發(fā)和研究的熱點是多媒體計算機。當前應用主流是計算機與通信相結(jié)合的網(wǎng)絡技術(shù)。非馮·諾依曼型體系結(jié)構(gòu)是提高計算機性能的另一個研究焦點。2．新型計算機生物計算機：使用由生物工程技術(shù)產(chǎn)生的蛋白分子為材料的“生物芯片”，不僅具有巨大的存儲能力，而且能以波的形式傳播信息。由于它具備生物體的某些機能，所以更易于模擬人腦的機制。光子計算機：用光子代替電子，用光互連代替導線互連，用光硬件代替電子硬件，用光運算代替電子運算。1.1.3計算機的特點、分類及應用1．計算機的特點運算速度快：PC機每秒種可以處理幾百萬條指令，巨型機的運算速度可以達到幾億次以上。計算精度高：普通計算機精度已達到64~128位二進制數(shù)。具有“記憶”和邏輯判斷功能：“記憶”功能指的是計算機能夠存儲大量信息，供用戶隨時檢索和查詢。邏輯判斷功能指的是計算機不僅能夠進行算術(shù)運算，還能進行邏輯運算和實踐推理。記憶功能、算術(shù)運算和邏輯運算相結(jié)合，使得計算機能夠模仿人類的某些智能活動，成為人類腦力延伸的主要工具，所以計算機又稱為“電腦”。能自動運行并且具備人機交互功能：自動運行是把問題編成程序輸入計算機中，發(fā)出運行指令后，計算機便在該程序控制下依次逐條執(zhí)行，不再需要人工干預。人機交互則是在人想要干預時，采用人機對話形式，有針對性地解決問題。2．計算機的分類個人計算機：面向個人或家庭使用的微型計算機。工作站：介于PC機和小型機之間的高檔微型機。小型計算機：結(jié)構(gòu)簡單、成本較低、易維護和使用。其規(guī)模和設置可滿足一個小型部門的工作需要。巨型計算機：也稱為超級計算機。具有極高的性能和極大的規(guī)模，價格昂貴，多用于尖端科技領域。3．計算機的應用科學計算：也稱數(shù)值計算，是指用計算機來解決科學研究和工程技術(shù)中所提出的復雜的數(shù)學及數(shù)值計算問題。數(shù)據(jù)處理：數(shù)據(jù)處理也稱為信息處理，是人們利用計算機對所獲取的信息進行采集、記錄、整理、加工、存儲和傳輸，并進行綜合分析等。過程控制：過程控制是用傳感器在現(xiàn)場采集受控對象的數(shù)據(jù)，通過比較器求出與設定數(shù)據(jù)的偏差，由計算機按控制模型進行計算，產(chǎn)生相應的控制信號，驅(qū)動伺服裝置對受控對象進行控制和調(diào)整。計算機輔助系統(tǒng)：是采用計算機進行各種輔助功能的系統(tǒng)。例如，CAD、CAM、CAE或CAI等。人工智能：是用計算機執(zhí)行某些與人的智能活動有關的復雜功能，模擬人類的某些智力活動，如圖形和聲音的識別，推理和學習的過程。1.2計算機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理1.2.1計算機的基本結(jié)構(gòu)運算器存儲器輸出設備輸入設備控制器程序和原始數(shù)據(jù)計算結(jié)果輸入設備：輸入原始數(shù)據(jù)和處理方法的程序。如鍵盤、鼠標器和掃描儀等。輸出設備：輸出計算機的處理結(jié)果及程序清單。如顯示器和打印機。存儲器：存放程序和數(shù)據(jù)。在控制器的控制下，可與輸入設備、輸出設備、運算器、控制器交換信息，是計算機中各種信息存儲和交流的中心。運算器：對數(shù)據(jù)信息進行計算。也稱為算術(shù)邏輯部件ALU（ArithmeticandLogicUnit）?？刂破鳎菏钦麄€計算機的指揮中心，使各部件協(xié)調(diào)一致工作。計算機中的兩類信息流：數(shù)據(jù)信息流，它包括原始數(shù)據(jù)、中間結(jié)果、計算結(jié)果和程序中的指令；控制信息流，它是控制器發(fā)出的各種操作命令。1.2.2計算機的工作原理1．存儲程序把事先編制好的由計算機指令和原始數(shù)據(jù)組成的程序存放到存儲器內(nèi)。2．自動執(zhí)行

控制器負責從存儲器中逐條取出指令，分析識別指令，然后執(zhí)行指令，直至整個程序結(jié)束。1.3微型計算機的基本概念1.3.1微處理器的產(chǎn)生和發(fā)展1.微處理器的產(chǎn)生將計算機基本結(jié)構(gòu)中的運算器和控制器集成在一塊大規(guī)模集成電路芯片上作為中央處理單元(CentralProcessingUnit—CPU)使用，又稱為微處理器（Microprocessor）。微型計算機是以微處理器為核心，再配上存儲器、接口電路等芯片構(gòu)成的。2.微處理器的發(fā)展第一代（1971年～1973年）：4/8位微處理器第二代（1974年～1978年）：8位微處理器第三代（1978年～1980年）：16位微處理器第四代（1981年～1992年）：32位微處理器第五代（1993年以后）：64位以上微處理器，如Intel公司，AMD等公司出品的系列CPU。1.3.2微型計算機的分類

按照CPU字長來分類： 有4位、8位、16位、32位、64位微型計算機等。按照微處理器的器件工藝來分類： 可分成MOS工藝、TTL工藝的微處理器。按照微型計算機的使用形態(tài)來分類： 有單片機、單板機、個人電腦等。1.3.3微型計算機的性能指標介紹

位：計算機可表示的最基本、最小的數(shù)據(jù)單元。字節(jié)（Byte）：計算機中通用的基本單元，由8個二進制位組成。字：計算機內(nèi)部進行數(shù)據(jù)處理的基本單位，所包含的二進制位數(shù)稱為字長。主頻：也稱時鐘頻率，指計算機中時鐘脈沖發(fā)生器所產(chǎn)生的頻率。訪存空間：指微處理器所能訪問的存儲單元個數(shù)。指令數(shù)：構(gòu)成微型計算機的操作命令數(shù)。基本指令執(zhí)行時間：計算機執(zhí)行指令所花的最短時間?？煽啃裕褐赣嬎銠C在規(guī)定時間和條件下正常工作不發(fā)生故障的概率。兼容性：指計算機硬件設備可用于構(gòu)成其他多種系統(tǒng)的性能。性能價格比：是衡量計算機產(chǎn)品優(yōu)劣的綜合性指標。1.4微型計算機系統(tǒng)的組成

微型計算機系統(tǒng)由硬件和軟件兩大系統(tǒng)組成，二者缺一不可，否則不能正常工作

。1.4.1硬件系統(tǒng)由電子部件和機電裝置所組成的計算機實體?；竟δ埽航邮苡嬎銠C程序，并在程序的控制下完成數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)處理和輸出結(jié)果等任務。硬件微計算機外圍設備微處理器內(nèi)存儲器I/O接口電路系統(tǒng)總線外部設備過程I/O通道1.微型計算機硬件系統(tǒng)組成電源2.微型計算機硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)微處理器CPU存儲器RAM接口電路時鐘外存I/O設備接口電路存儲器ROM數(shù)據(jù)總線（雙向）地址總線（單向）控制總線（雙向）3.硬件系統(tǒng)的相關概念中央處理單元 中央處理單元CPU（CentralProcessingUnit）是微型計算機的核心部件，是包含有運算器、控制器、寄存器組以及總線接口等部件的一塊大規(guī)模集成電路芯片，即微處理器。

主存儲器

主存儲器是微型計算機中存儲程序、原始數(shù)據(jù)、中間結(jié)果和最終結(jié)果等各種信息的部件。按其功能和性能，可以分為：－隨機存儲器RAM（RandomAccessMemory）－只讀存儲器ROM（ReadOnlyMemory）

系統(tǒng)總線

系統(tǒng)總線是CPU與其他部件之間傳送信息的公共通道。根據(jù)傳送內(nèi)容可分成以下3種：－數(shù)據(jù)總線DB（DataBus）：用于CPU與主存儲器及I/O接口之間傳送數(shù)據(jù)。－地址總線AB（AddressBus）：用于CPU訪問主存儲器和外部設備時，傳送相關的地址。－控制總線CB（ControlBus）：用于傳送CPU對主存儲器和外部設備的控制信號。輸入輸出接口電路

輸入/輸出接口電路也稱為I/O（Input/Output）電路，即通常所說的適配器、適配卡或接口芯片等。它是微型計算機與外部設備交換信息的橋梁。

主機板

主機板也稱為系統(tǒng)主板，簡稱主板。主機板上有CPU插槽、內(nèi)存槽、接口芯片、擴展槽、各種跳線和一些輔助電路。

外存儲器

分為軟盤、硬盤、光盤和閃存存儲器，由接口電路和數(shù)據(jù)存儲體組成。輸入/輸入設備 －計算機最常用的輸入設備是鍵盤和鼠標。 －計算機最常用的輸出設備是顯示器和打印機。

1.4.2軟件系統(tǒng)為計算機運行提供服務的全部技術(shù)資料和各種程序。充分發(fā)揮計算機硬件功能，并為用戶提供方便友好的工作界面。1.微型計算機軟件系統(tǒng)組成軟件系統(tǒng)軟件程序設計語言應用軟件：軟件包，數(shù)據(jù)庫機器語言匯編語言高級語言監(jiān)控程序操作系統(tǒng)編輯程序解釋程序編譯程序診斷程序2.軟件系統(tǒng)的相關概念系統(tǒng)軟件的功能是簡化計算機操作，充分發(fā)揮硬件功能，支持應用軟件運行并提供服務。應用軟件直接面向用戶服務，是為了解決各類應用問題而編寫的程序，包括用戶編寫的特定程序，以及商品化的應用軟件和套裝軟件。計算機語言也稱為程序設計語言，是人機交流信息的一種特定語言。在編寫程序時用指定的符號來表達語義。1.5微型計算機的特點及應用1.微型計算機的特點

功能強、價格低、適應性強、體積小、重量輕、耗電省、維護方便等。2.微型計算機的應用 微型計算機按其復雜程度的不同，可適用于各種行業(yè)，從儀器儀表和家電的智能化，到科學計算、自動控制、數(shù)據(jù)和事務處理、輔助設計、辦公自動化、生產(chǎn)自動化、數(shù)據(jù)庫應用、網(wǎng)絡應用、人工智能、計算機模擬、計算機輔助教育等各個領域均得到了廣泛的應用。微機應用相關概念（補充）辦公自動化：簡稱為OA（OfficeAutomation）。它是計算機、通信與自動化技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，也是當前最為廣泛的一類應用。

生產(chǎn)自動化：包括計算機輔助設計、計算機輔助制造和計算機集成制造系統(tǒng)等，它們是計算機在現(xiàn)代生產(chǎn)領域特別是制造業(yè)中的典型應用，不僅提高了自動化水平，而且使傳統(tǒng)的生產(chǎn)技術(shù)發(fā)生了革命性的變化。數(shù)據(jù)庫應用：數(shù)據(jù)庫是在計算機存儲設備中按照某種關聯(lián)方式存放的一批數(shù)據(jù)。借助數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)DBMS，可對其中的數(shù)據(jù)實施控制、管理和使用。網(wǎng)絡應用：計算機網(wǎng)絡是利用通信設備將不同的計算機系統(tǒng)互連起來，并在網(wǎng)絡軟件支持下實現(xiàn)資源共享。通常有局域網(wǎng)（LAN）、廣域網(wǎng)（WAN）、城市網(wǎng)（CAN）和因特網(wǎng)（Internet）。人工智能：人工智能研究方向中最具有代表性的兩個領域是專家系統(tǒng)和機器人。計算機仿真：計算機仿真是使用仿真軟件在計算機上進行必要的模擬試驗，從而大大減少投資、避免風險。遠程教育：遠程教育是建立在互聯(lián)網(wǎng)上的一種教學環(huán)境。它以現(xiàn)代化的信息技術(shù)為手段，以適合遠程傳輸和交互式學習的教學資源為教材構(gòu)成開放式教育網(wǎng)絡。本章小節(jié)

本章對計算機，特別是微型計算機的基本概念、硬件結(jié)構(gòu)、工作原理、系統(tǒng)組成、應用特點等基本知識進行了概述。通過本章的學習，要求了解微型計算機的發(fā)展歷史和應用場合，當前微型計算機的發(fā)展動向；掌握微型計算機系統(tǒng)組成；熟悉微型計算機硬件和軟件的功能及相應作用，為后續(xù)學習奠定良好基礎。2024/10/200:18THANKYOUVERYMUCH！本章到此結(jié)束，謝謝合作！第2章計算機中的數(shù)據(jù)表示本章主要教學內(nèi)容數(shù)制的基本概念、數(shù)制之間轉(zhuǎn)換無符號數(shù)和帶符號數(shù)表示方法ASCII碼和BCD碼相關概念漢字編碼第2章計算機中的數(shù)據(jù)表示本章教學目的及要求熟悉數(shù)制的基本概念和計算機中常用進制掌握二、八、十、十六進制表達和相互轉(zhuǎn)換掌握機器數(shù)和帶符號數(shù)的碼、反碼、補碼表示熟悉美國信息交換標準代碼（ASCII碼）和二—十進制編碼（BCD碼）的表達及應用了解計算機漢字編碼及其應用第2章計算機中的數(shù)據(jù)表示2.1計算機中的數(shù)制及其轉(zhuǎn)換2.2計算機中數(shù)值數(shù)據(jù)的表示2.3字符編碼2.4漢字編碼

2.1計算機中的數(shù)制及其轉(zhuǎn)換

計算機中將數(shù)據(jù)分為兩類：數(shù)：用來直接表示量的多少，有大小之分， 能夠進行運算。碼：通常指代碼或編碼，在計算機中用來描 述某種信息。2.1.1數(shù)制的基本概念

1．數(shù)的表示任何一種數(shù)制表示的數(shù)都可以寫成按位權(quán)展開的多項式之和，即N＝dn－1×bn－1＋dn－2×bn－2＋dn－3×bn－3＋……＋d－m×b－m式中：n— 整數(shù)的總位數(shù)。

m— 小數(shù)的總位數(shù)。

d下標

— 表示該位的數(shù)碼。

b— 表示進位制的基數(shù)。

b上標

— 表示該位的位權(quán)。2.計算機中常用的進位計數(shù)制計數(shù)制基數(shù)數(shù)碼進位關系二進制20，1逢二進一八進制80，1，2，3，4，5，6，7逢八進一十進制100，1，2，3，4，5，6，7，8，9逢十進一十六進制160，1，2，3，4，5，6，7，8，9，A，B，C，D，E，F(xiàn)逢十六進一3．計數(shù)制的書寫規(guī)則在數(shù)字后面加寫相應的英文字母作為標識。如：二進制數(shù)的100可寫成100B

十六進制數(shù)100可寫成100H在括號外面加數(shù)字下標。如：（1011）2

表示二進制數(shù)的1011

（2D2）16

表示十六進制數(shù)的2D22.1.2數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換十進制整數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制整數(shù)：采用基數(shù)2連續(xù)去除該十進制整數(shù)，直至商等于“0”為止，然后逆序排列余數(shù)。十進制小數(shù)轉(zhuǎn)化為二進制小數(shù)：連續(xù)用基數(shù)2去乘以該十進制小數(shù)，直至乘積的小數(shù)部分等于“0”，然后順序排列每次乘積的整數(shù)部分。十進制整數(shù)轉(zhuǎn)換為八進制整數(shù)或十六進制整數(shù)：采用基數(shù)8或基數(shù)16連續(xù)去除該十進制整數(shù)，直至商等于“0”為止，然后逆序排列所得到的余數(shù)。十進制小數(shù)轉(zhuǎn)換為八進制小數(shù)或十六進制小數(shù)：連續(xù)用基數(shù)8或基數(shù)16去乘以該十進制小數(shù)，直至乘積的小數(shù)部分等于“0”，然后順序排列每次乘積的整數(shù)部分。二、八、十六進制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)：用其各位所對應的系數(shù)，按“位權(quán)展開求和”的方法就可以得到，其基數(shù)分別為2、8、16。二進制數(shù)轉(zhuǎn)換為八進制數(shù)：從小數(shù)點開始分別向左或向右，將每3位二進制數(shù)分成1組，不足3位數(shù)的補0，然后將每組用1位八進制數(shù)表示即可。八進制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)：將每位八進制數(shù)用3位二進制數(shù)表示即可。二進制數(shù)轉(zhuǎn)換為十六進制數(shù)：從小數(shù)點開始分別向左或向右，將每4位二進制數(shù)分成1組，不足4位的補0，然后將每組用一位十六進制數(shù)表示即可。十六進制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)：將每位十六進制數(shù)用4位二進制數(shù)表示即可。【例】將十進制整數(shù)（105）10轉(zhuǎn)換為二進制整數(shù)，采用“除2倒取余”的方法，過程如下：

2︳ 105

2︳ 52

余數(shù)為1 2︳ 26

余數(shù)為02︳ 13

余數(shù)為0 2︳ 6

余數(shù)為1 2︳ 3

余數(shù)為0 2︳ 1

余數(shù)為1 0 余數(shù)為1

所以，（105）10＝（1101001）2【例】將十進制小數(shù)（0.8125）10轉(zhuǎn)換為二進制小數(shù)，采用“乘2順取整”的方法，過程如下：

0.8125×2＝1.625 取整數(shù)位1 0.625×2＝1.25取整數(shù)位1 0.25×2＝0.5 取整數(shù)位0 0.5×2＝1.0 取整數(shù)位1

所以，（0.8125）10＝（0.1101）2如果出現(xiàn)乘積的小數(shù)部分一直不為“0”，則可以根據(jù)精度的要求截取一定的位數(shù)即可。【例】將十進制整數(shù)（2347）10轉(zhuǎn)換為十六進制整數(shù)，采用“除16倒取余”的方法，過程如下：16︳2347

16︳146

余數(shù)為11（十六進制數(shù)為B）

16︳9

余數(shù)為20 余數(shù)為9

所以，（2347）10＝（92B）162.2計算機中數(shù)值數(shù)據(jù)的表示2.2.1基本概念

在計算機內(nèi)部需要以二進制形式表示數(shù)值數(shù)據(jù)，稱為數(shù)值編碼；將一個數(shù)及其符號在機器（計算機）中的表示形式稱為機器數(shù)；機器數(shù)所代表的帶符號數(shù)稱為數(shù)的真值。1.機器數(shù)的范圍字長為8位，無符號整數(shù)的最大值是11111111B=255D，此時機器數(shù)的范圍是0~255。字長為16位，無符號整數(shù)的最大值是1111111111111111B=FFFFH=65535D，此時機器數(shù)的范圍是0~65535。2.機器數(shù)的符號表示帶符號數(shù)時，通常規(guī)定每個字長的最高位為符號位，并用0表示正數(shù)，用1表示負數(shù)。3.機器數(shù)中小數(shù)點的位置規(guī)定小數(shù)點的位置固定不變，稱為“定點數(shù)”；規(guī)定小數(shù)點的位置可以浮動，稱為“浮點數(shù)”。2.2.2原碼、反碼和補碼－帶符號數(shù)1.原碼正數(shù)的符號位為0，負數(shù)的符號位為1；其它位按照一般方法來表示數(shù)的絕對值。【例】當機器字長為8位二進制數(shù)時：

X＝＋1011011 [X]原碼＝01011011Y＝－1011011 [Y]原碼＝11011011[＋1]原碼＝00000001[－1]原碼＝10000001[＋127]原碼＝01111111[－127]原碼＝11111111原碼表示的整數(shù)范圍：－（2n-1－1）~＋（2n-1－1），

其中n為機器字長。8位二進制原碼表示整數(shù)范圍－127~＋12716位二進制原碼表示整數(shù)范圍－32767~＋327672.反碼正數(shù)的反碼與其原碼相同；負數(shù)的反碼為其原碼除符號位以外的各位按位取反?！纠慨敊C器字長為8位二進制數(shù)時：

X＝＋1011011 [X]原碼＝01011011[X]反碼＝01011011Y＝－1011011 [Y]原碼＝11011011[Y]反碼＝10100100[＋1]反碼＝00000001 [－1]反碼＝11111110[＋127]反碼＝01111111 [－127]反碼＝10000000反碼表示的整數(shù)范圍與原碼相同。負數(shù)的反碼與負數(shù)的原碼有很大的區(qū)別，反碼通常用作求補碼過程的中間形式。3.補碼正數(shù)的補碼與其原碼相同;負數(shù)的補碼為其反碼在最低位加1。【例】X＝＋1011011，Y＝－1011011 [X]原碼＝01011011[X]補碼＝01011011 [Y]原碼＝11011011[Y]反碼＝10100100[Y]補碼＝10100101補碼表示的整數(shù)范圍是－2n-1~＋（2n-1－1），其中n為機器字長。8位二進制補碼表示的整數(shù)范圍是－128~＋12716位二進制補碼表示的整數(shù)范圍是－32768~＋32767當運算結(jié)果超出字長表示范圍時，不能正確反映數(shù)值，稱為運算溢出。

4.補碼與真值之間的轉(zhuǎn)換正數(shù)補碼的真值等于補碼的本身；負數(shù)補碼轉(zhuǎn)換為真值時，將負數(shù)補碼按位求反，末位加1。【例】[X]補碼＝01011001B，[Y]補碼＝11011001B，分別求其真值。

X＝＋1011001B

＝＋（1×26＋1×24＋1×23＋1×20）＝＋（64＋16＋8＋1）＝＋（89）D Y＝－（[1011001]求反＋1）B

＝－（0100110＋1）B

＝－（0100111）B

＝－（1×25＋1×22＋1×21＋1×20）＝－（32＋4＋2＋1）＝－（39）D2.2.3定點數(shù)和浮點數(shù)表示 任意一個二進制數(shù)均可以表示為一個純整數(shù)或純小數(shù)與一個2的整數(shù)次冪的乘積形式：N＝2P×S —S稱為數(shù)N的尾數(shù)

—P稱為數(shù)N的階碼（指數(shù)）說明：P、S都是用二進制表示的數(shù)；尾數(shù)S表示數(shù)N的全部有效數(shù)字；階碼P指明小數(shù)點的位置。1.定點數(shù)當階碼P的取值不變，即小數(shù)點固定在某一位置時所表示的數(shù)；小數(shù)點固定位置無限制，但最常用的兩種定點數(shù)：定點純整數(shù)：P＝0且S為純整數(shù)，小數(shù)點固定在最低數(shù)值位右邊，最高位為符號位，小數(shù)點本身不占位格式：符號位|尾數(shù)S（小數(shù)點）.定點純小數(shù)：P＝0且S為純小數(shù)，小數(shù)點固定在最高數(shù)值位左邊，最高位仍為符號位，小數(shù)點本身不占位格式：符號位|.（小數(shù)點）尾數(shù)S【例】8位二進制數(shù)11010100若是定點純整數(shù)，表示－84；若是定點純小數(shù)，表示－0.65625。說明：定點純整數(shù)和定點純小數(shù)在格式上沒有差別；定點數(shù)的小數(shù)點是隱含的，由程序員預先設定；定點數(shù)的小數(shù)點位置固定，所以表示的數(shù)值范圍小，精度低。2.浮點數(shù)當階碼P不為0，且可在一定范圍內(nèi)取值，即小數(shù)點位置可以發(fā)生變化時所表示的數(shù)；在數(shù)位有限的情況下，可擴大數(shù)的表示范圍，并保持有效精度，是計算機中常用的數(shù)值表示方法；浮點數(shù)的表示方法不是唯一的，目前眾多計算機廠家采用的是IEEE標準，浮點數(shù)格式分為單精度（32位）和雙精度（64位）兩種。格式：（－1）S2E（b0b1b2……bP－1）（－1）S是

符號位，S＝0為正數(shù)，S＝1為負數(shù)；E為指數(shù)，E＝E1E2…Em，是一個帶偏移量的整數(shù)，表示為無符號數(shù)；b0b1b2……bP－1是尾數(shù)，bi是二進制位，p為尾數(shù)的長度，其中b0＝1，說明尾數(shù)為1～2之間的數(shù)，在表示成規(guī)格化格式時，b0與小數(shù)點一起被隱含。單精度數(shù)：E用8位表示，偏移量＋127，尾數(shù)和符號位共24位，格式S|E1E2…E8|b0b1b2……b23；雙精度數(shù)：E用11位表示，偏移量＋1023，尾數(shù)和符號位53位，格式S|E1E2…E11|b0b1b2……b52?！纠繉?19.125表示成單精度浮點數(shù)。解：219.125＝11011011.001B＝1.1011011001×27B

指數(shù)為7，故E＝7+127＝134＝10000110B規(guī)格化的浮點數(shù)形式為

01000011010110110010000000000000

SE（8位）隱去b0和小數(shù)點，共23位【例】有單精度浮點數(shù)11001000010101100010000000000000，求其真值。解：S＝1，表示負數(shù)；E＝10010000B＝144，故指數(shù)為144-127＝17，b0＝1已隱去，真值為－1.1010110001×217B。2.3字符編碼1.美國信息交換標準代碼—ASCII碼計算機中基本字符的編碼均采用ASCII碼；ASCII碼用7個二進制位b6～b0對字符進行編碼，共有128個字符，通常將ASCII碼最高位補0或作奇偶校驗位構(gòu)成一個字節(jié)；128個字符分為兩類：非打印ASCII碼：用于控制信息，共33個。如DEL（刪除、F7H），CR（回車，0DH）等；可打印ASCII碼：共95個，其中數(shù)字0～9的編碼為30H～39H，字母A～Z對應41H～5AH，字母a～z對應61H～7AH。2.二—十進制編碼—BCD碼BCD（Binary-CodedDecimal）碼專門解決用二進制數(shù)表示十進數(shù)的問題。最常用的是8421編碼，用4位二進制數(shù)表示1位十進制數(shù)。壓縮BCD碼：每一位十進制數(shù)采用4位二進制數(shù)來表示，即一個字節(jié)表示2位十進制數(shù)。如十進制數(shù)89D，采用壓縮BCD碼表示為二進制數(shù)10001001B。非壓縮BCD碼：每一位十進制數(shù)采用8位二進制數(shù)來表示，即一個字節(jié)表示1位十進制數(shù)，只用每個字節(jié)的低4位來表示0～9，高4位為0。如十進制數(shù)89D，采用非壓縮BCD碼表示為二進制數(shù)是0000100000001001B。2.4漢字編碼1.基本概念計算機處理漢字信息的前提條件是對每個漢字進行編碼；漢字信息處理系統(tǒng)中，存在著多種不同的編碼方式。如從鍵盤輸入漢字使用的漢字編碼（外碼）與計算機內(nèi)部對漢字信息進行存儲和顯示等操作所使用的編碼（內(nèi)碼、形碼）不同；漢字代碼的轉(zhuǎn)換和處理是由相應程序來完成的。2.漢字編碼方法漢字輸入碼：為用戶輸入漢字而編制，又稱為漢字外部碼，簡稱外碼。使用較多的有順序碼：如區(qū)位碼、電報碼等。音碼：如拼音碼、自然碼等。形碼：如五筆字型、大眾碼等。漢字機內(nèi)碼：是漢字處理系統(tǒng)內(nèi)部存儲漢字而使用的編碼。漢字字形碼：顯示漢字字形信息的編碼。3.常見漢字編碼標準國標碼 即“中華人民共和國國家標準信息交換漢字編碼”（代號GB2312-80）。共收錄漢字和圖形符號7445個。其中：一級常用漢字3755個；二級非常用漢字和偏旁部首3008個；圖形符號682個。區(qū)位碼 將GB2312-80全部字符集組成一個94×94的方陣，每一行稱為一個“區(qū)”，編號從01～94；每一列稱為一個“位”，編號也是從01～94。這樣，每一個字符便具有一個區(qū)碼和一個位碼，將區(qū)碼置前，位碼置后，組合在一起就成為區(qū)位碼。BIG-5碼

BIG-5碼是我國臺灣地區(qū)編制和使用的一套中文內(nèi)碼，采用5大套裝軟件的“五大”命名為“BIG-5”碼，俗稱“大五碼”。GB13000碼 國際標準化組織（ISO）于1993年公布了“通用多八位編碼字符集”的國際標準（ISO/IEC10646）。我國發(fā)布了與其一致的國家標準，即GB13000碼。本章小節(jié)

本章著重介紹了計算機中數(shù)據(jù)的表示方法，重點講述了二、八、十、十六進制數(shù)的相關概念及各類數(shù)制之間相互轉(zhuǎn)換的方法、無符號數(shù)和帶符號數(shù)的機器內(nèi)部表示、字符編碼和漢字編碼等。通過本章的學習，要求掌握各類數(shù)制之間的相互轉(zhuǎn)換、無符號數(shù)和帶符號數(shù)的表示方法，熟悉BCD碼和ASCII碼以及漢字編碼概念。第3章8086/8088微處理器及其體系結(jié)構(gòu)本章主要教學內(nèi)容

8086/8088微處理器的編程結(jié)構(gòu)

8086/8088CPU的存儲器和I/O組織

8086/8088的引腳功能和工作方式

8086/8088的操作及其時序

第3章8086/8088微處理器及其體系結(jié)構(gòu)本章教學目的及要求掌握8086/8088微處理器組成及其寄存器結(jié)構(gòu)熟悉8086/8088微處理器的存儲器和I/O組織熟悉8086/8088CPU的引腳功能和工作方式掌握8086/8088CPU的操作及其時序第3章8086/8088微處理器及其體系結(jié)構(gòu)3.18086/8088微處理器的編程結(jié)構(gòu)3.28086/8088的存儲器和I/O組織3.38086/8088CPU的引腳功能和工作方式3.48086/8088CPU的操作時序3.18086/8088微處理器的編程結(jié)構(gòu)掌握任何一個功能部件的工作性能和使用方法，首先應該了解它的編程結(jié)構(gòu)。編程結(jié)構(gòu)，就是指從程序員和使用者的角度看到的結(jié)構(gòu)。編程結(jié)構(gòu)與功能部件內(nèi)部的物理結(jié)構(gòu)和實際布局是有區(qū)別的。3.1.18086/8088CPU的基本性能指標16位微處理器；采用MOS工藝制造，芯片上集成幾萬只晶體管；使用單一的+5V電源，40條引腳雙列直插式封裝；時鐘頻率為5MHz~10MHz，基本指令執(zhí)行時間為0.3ms~0.6ms；16/8根數(shù)據(jù)線和20根地址線，可尋址的存儲器或I/O地址空間為1MB；可以和浮點運算器、I/O處理器組成多處理器系統(tǒng)，具有較高的數(shù)據(jù)吞吐和處理能力。3.1.28086/8088CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)8086CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖

8086/8088CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本相同，均由兩個獨立的工作部件組成，即執(zhí)行單元（EU）和總線接口單元（BIU）；兩種CPU的執(zhí)行部件EU完全相同，但總線接口部件BIU有些差別：8086外部數(shù)據(jù)總線16位，指令隊列6個字節(jié)；8088外部數(shù)據(jù)總線為8位（故稱為準16位微處理器），指令隊列為4個字節(jié)；

16位的ALU數(shù)據(jù)總線和8位指令隊列總線用于EU內(nèi)部和EU與BIU之間的通信。1．執(zhí)行部件EU組成：

1個16位的算術(shù)邏輯單元（ALU）

8個16位的通用寄存器

1個16位的狀態(tài)標志寄存器

1個數(shù)據(jù)暫存寄存器 執(zhí)行部件的控制電路功能：從BIU的指令隊列中取出指令代碼指令譯碼器譯碼后，根據(jù)指令要求向EU內(nèi)部各部件發(fā)出控制命令以完成指令的功能執(zhí)行指令所得結(jié)果或執(zhí)行指令所需的數(shù)據(jù)，必須由EU向BIU發(fā)出命令，然后再對存儲器或I/O接口進行讀/寫操作2．總線接口部件BIU組成：4個16位段地址寄存器1個16位指令指針寄存器IP1個6/4字節(jié)指令隊列緩沖器1個20位地址加法器總線控制電路功能： 根據(jù)執(zhí)行部件EU的請求，負責完成CPU與存儲器或I/O設備之間的數(shù)據(jù)傳送。取指令時，從存儲器指定位置取出指令送入指令隊列排隊執(zhí)行指令時，根據(jù)EU命令對指定存儲單元和I/O端口存取數(shù)據(jù)3．CPU內(nèi)部工作過程對于EU：取指令、譯碼、執(zhí)行指令必須訪問內(nèi)存和I/O設備時，請求BIU進入總線周期全部的算術(shù)和邏輯運算按指令尋址方式計算16位偏移地址并送入BIU中形成20位實際地址若取指時指令隊列為空，進入等待一旦有指令，EU立即取出執(zhí)行對于BIU：一旦指令隊列中出現(xiàn)2/1個空字節(jié)且EU沒有要求訪問總線，則BIU自動執(zhí)行總線操作，填滿隊列為止當EU執(zhí)行轉(zhuǎn)移、調(diào)用和返回指令時，BIU清除原隊列內(nèi)容并從新地址重新開始取指令，獲取的第一條指令將直接送EU執(zhí)行，隨后取來的指令填充隊列當隊列已滿且EU無訪問總線操作，BIU進入空閑狀態(tài)CPU的EU和BIU操作是分開執(zhí)行的，且按并行方式重疊操作，EU執(zhí)行的指令已由BIU預先取出，實現(xiàn)了流水線操作技術(shù)，提高了CPU的利用率，同時降低了CPU對存儲器速度的要求。

EU和BIU之間是通過指令隊列相互聯(lián)系的。指令隊列可以被看成一個RAM區(qū)，EU對其執(zhí)行讀操作，BIU對其執(zhí)行寫操作。3.1.38086/8088CPU的寄存器結(jié)構(gòu)

8086/8088CPU中可供編程使用的有14個16位寄存器，按其用途可分為3類：通用寄存器、段寄存器和控制寄存器組。累加器AHALBHBLCLDHDLCHSPSIDIIPFLAGSCSDSSSESBP基址寄存器計數(shù)寄存器數(shù)據(jù)寄存器堆棧指針寄存器基址指針寄存器源變址寄存器目的變址寄存器指令指針寄存器標志寄存器代碼段寄存器段寄存器附加段寄存器堆棧段寄存器數(shù)據(jù)寄存器地址指針和變址寄存器控制寄存器通用寄存器數(shù)據(jù)段寄存器1．通用寄存器組 通用寄存器分為數(shù)據(jù)寄存器與指針和變址寄存器兩組。數(shù)據(jù)寄存器包括4個16位的寄存器AX、BX、CX和DX，一般用來存放16位數(shù)據(jù)，其中每一個又可根據(jù)需要將高8位和低8位分成獨立的兩個8位寄存器來使用，即AH、BH、CH、DH和AL、BL、CL、DL兩組，用于存放8位數(shù)據(jù)，它們均可獨立尋址、獨立使用。指針和變址寄存器包括指針寄存器SP、BP和變址寄存器SI、DI，都是16位的寄存器且整體使用，一般用來存放邏輯地址的偏移量，在任何情況下，都不能獨立地形成訪問內(nèi)存的地址碼。這8個16位通用寄存器都具有通用性，從而提高了指令系統(tǒng)的靈活性。在有些指令中，這些通用寄存器還各自有其特定的用法。寄存器操作寄存器操作AX字乘，字除，字I/OCL變量移位，循環(huán)移位AL字節(jié)乘，字節(jié)除，字節(jié)I/O，查表轉(zhuǎn)換，十進制運算DX字乘，字除，間接I/OAH字節(jié)乘，字節(jié)除SP堆棧操作BX查表轉(zhuǎn)換SI數(shù)據(jù)串操作指令CX數(shù)據(jù)串操作指令，循環(huán)指令DI數(shù)據(jù)串操作指令通用寄存器的隱含用法2.段寄存器組 利用段寄存器實現(xiàn)存儲空間的分段結(jié)構(gòu)，每段長最大為64K，而段寄存器提供段基址。CS代碼段寄存器：存放當前被執(zhí)行程序所在段的段基址SS堆棧段寄存器：存放當前堆棧段的段基址。堆棧是內(nèi)存中的一個特別存儲區(qū)，主要用于在調(diào)用子程序和中斷時，保留返回主程序的地址CS

:IP以及保存進入子程序?qū)⒁淖兤渲档募拇嫫鞯膬?nèi)容DS數(shù)據(jù)段寄存器：存放當前使用的數(shù)據(jù)段的段基址ES附加數(shù)據(jù)段寄存器：存放附加數(shù)據(jù)段的段基址3.控制寄存器組指令指針寄存器IP

：是一個16位的寄存器，總是存放著下一條要取出指令的偏移地址，用以控制程序中指令的執(zhí)行順序。用戶程序中不能直接使用該寄存器。IP通常由BIU自動修改，某些指令如轉(zhuǎn)移、過程調(diào)用和返回指令等將改變其內(nèi)容。標志寄存器Flag：是一個16位的寄存器，用其中9位作標志位，其中有6個是反映前一次涉及ALU操作結(jié)果的狀態(tài)標志，其余3個是控制CPU操作特征的控制標志。----OFDFIFTFSFZF-AF-PF-CF1514131211109876543210（1）狀態(tài)標志 狀態(tài)標志用來反映ALU執(zhí)行算術(shù)和邏輯運算以后的結(jié)果特征。CF進位標志：加法時最高位產(chǎn)生進位和減法時最高位產(chǎn)生借位，則CF＝1；另外，移位和循環(huán)操作也會影響CFPF奇偶標志：操作結(jié)果的低8位中含偶數(shù)個1，則PF＝1AF輔助進位標志：加法時D3位有進位或減法時D3位有借位，則AF＝1：該標志只供BCD碼運算時使用ZF零標志：運算結(jié)果各位都為零，則ZF＝1SF符號標志：運算結(jié)果為負數(shù)即結(jié)果的最高位為1，則SF＝1OF溢出標志：帶符號數(shù)在進行算術(shù)運算時，其結(jié)果超過8位或16位帶符號數(shù)所能表示的數(shù)值范圍，產(chǎn)生溢出，則OF=1（2）控制標志 控制標志是用來控制CPU的操作特征。TF陷阱標志：是為方便程序調(diào)試而設置的。當TF＝1時，單步中斷，使操作員能夠逐條指令檢查一個程序的執(zhí)行情況IF中斷允許標志：IF為1時開中斷，CPU可以響應可屏蔽中斷要求DF方向標志：控制數(shù)據(jù)串操作指令的步進方向。DF＝1時，串操作指令將以地址遞減順序?qū)?shù)據(jù)串中的數(shù)據(jù)進行處理；DF＝0時，數(shù)據(jù)串指令則從低地址到高地址作自動遞增處理

3.28086/8088CPU的存儲器和I/O組織3.2.18086/8088的存儲器組織1.存儲器基本特征8086/8088系統(tǒng)中的存儲器是按字節(jié)進行組織的，20條地址線對應可尋址存儲空間1MB，每個字節(jié)對應有唯一的20位物理地址。向存儲器存放的數(shù)據(jù)是1個字節(jié)（8位）時，按順序排列存放；若存放的數(shù)據(jù)為一個字（16位）時，則將低字節(jié)（低8位）存放在低地址中，高字節(jié)（高8位）存放在高地址中，并以低地址作為該字的地址；字允許從任何位置開始存放，偶數(shù)地址開始的字稱為“規(guī)則字”，奇地址開始為“非規(guī)則字”。在組成與8086CPU連接的存儲器時，1M字節(jié)的存儲空間實際上被分成兩個512K字節(jié)的存儲體，分別叫高位庫和低位庫。低位庫固定與8086CPU的低位字節(jié)數(shù)據(jù)線D7~D0相連，因此又可稱它為低字節(jié)存儲體，該存儲體中的每個地址均為偶地址。高位庫與8086CPU的高位字節(jié)數(shù)據(jù)線D15~D8相連，因此又稱它為高字節(jié)存儲體，該存儲體中的每個地址均為奇地址。SELA19～A1高位（奇數(shù)）庫512K×8D15～D8SELA19～A1低位（偶數(shù)）庫512K×8D7～D0A19～A1A0BHED15～D8D7～D08086數(shù)據(jù)總線16位，對規(guī)則字存取，需要一個總線周期；而非規(guī)則字需兩個總線周期；操

作

BHEA0

使用的數(shù)據(jù)線

存取規(guī)則字00AD15-AD0傳送偶地址的一個字節(jié)10AD7-AD0傳送奇地址的一個字節(jié)01AD15-AD8存取非規(guī)則字01AD15-AD8（第一個總線周期）10AD7-AD0（第二個總線周期）8086CPU存儲器操作8088CPU對應1MB存儲空間是單一的存儲體；8088數(shù)據(jù)總線8位，無論是對16位的字數(shù)據(jù)還是對8位的字節(jié)數(shù)據(jù)操作，也無論是規(guī)則字還是非規(guī)則字，每一個總線周期只能完成一個字節(jié)的存取，對字數(shù)據(jù)所組織的連續(xù)兩個總線周期是由CPU自動完成的。A19～A0存儲體1M×8D7～D0A19～A0D7～D02.存儲器的分段CPU內(nèi)部存放地址信息的寄存器BX、IP、SP、SI和DI以及ALU都是16位的，不能直接尋址1MB的內(nèi)存空間；8086/8088將1MB空間分成若干邏輯段，段起始地址稱為段基址，由軟件設置于段寄存器中；段內(nèi)任一存儲單元的地址，用相對于段起始地址的偏移量來表示，稱為段內(nèi)偏移地址，通常存放于IP，SP，SI，DI中，偏移地址是16位的，對應一個段最大包含64KB存儲空間；段和段之間可以是連續(xù)的、分開的、部分重疊或完全重疊；段的基址由段寄存器CS、DS、SS和ES提供，程序可以從這四個段寄存器規(guī)定的邏輯段中存儲指令和數(shù)據(jù)，即當前段；CPU從其他段中存取信息，必須首先改變對應段寄存器中的內(nèi)容，即改變段基址。00000HFFFFFH邏輯段1邏輯段2邏輯段3邏輯段4邏輯段5，6CS:0600HDS:3000HSS:B000HES:BC00H06000H15FFFH30000H0FFFFHB0000HBC000HBFFFFHCBFFFHFFFFFH3.邏輯地址（LA）和物理地址（PA）邏輯地址：是在程序中使用的地址，它由段地址和偏移地址兩部分組成（無符號16位二進制數(shù)）。邏輯地址的表示形式為“段地址∶偏移地址”；物理地址：存儲器中存儲單元對應的的實際地址，它是指CPU和存儲器進行數(shù)據(jù)交換時所使用的地址（20位二進制數(shù)表示）；物理地址可由邏輯地址變換得出，即CPU訪問存儲器時，必須完成如下運算：物理地址＝段基址×16（10H）＋偏移地址【例】2000H：3300H表示段基址為2000H，偏移地址為3300H，存儲器的物理地址為23300H。物理地址的形成是通過CPU的總線接口部件BIU的地址加法器來實現(xiàn)的。偏移地址段基址000020位物理地址物理地址的形成3.2.28086/8088的I/O組織I/O設備復雜多樣（主要指信號的格式、幅度等）、工作速度一般遠低于CPU，所以I/O設備不能直接和CPU總線直接相連，必須通過I/O接口進行聯(lián)系；每個I/O接口都有一個和幾個端口，I/O端口有唯一的I/O地址相對應，和存儲器單元地址一樣；I/O端口的編址方式可以采用“存儲器映射方式”或“獨立編址方式”；采用獨立編址方式，需用輸入指令IN和輸出指令OUT訪問端口；IBM-PC系統(tǒng)使用10條地址線（A9～A0）為I/O端口編址，最多有1024個8位端口。3.38086/8088CPU的引腳功能和工作方式3.3.18086/8088的引腳功能DIP封裝40引腳時鐘信號輸入端（CLK）：占空比1/3，4.77MHz接地引腳（2個）電源輸入端（單+5V）其余36個引腳可分為3類：地址/數(shù)據(jù)總線（AD15~0或AD7~0＋A15～A8）地址/狀態(tài)總線（A19/S6～A16/S3）控制總線（BHE/S7,RD,READY,TEST,INTR,NMI,RESET,MN/MX），控制線24～31視工作方式不同而定，括號內(nèi)為最大工作方式功能8086/8088CPU引腳信號(High)1.地址/數(shù)據(jù)復用信號輸入/輸出引腳（16）雙向、三態(tài)對于8086CPU，AD15～AD0為分時復用地址/數(shù)據(jù)總線；對于8088CPU，數(shù)據(jù)總線只有8條，所以有AD7～AD0復用總線和A15～A8地址線。2.地址/狀態(tài)復用信號輸出引腳（4）輸出、三態(tài)；A19/S6～A16/S3輸出地址的高4位及狀態(tài)信息。

S6為0用以指示8086/8088CPU當前與總線連通；

S5為1表明8086/8088CPU可以響應可屏蔽中斷；

S4、S3共有四個組態(tài)用以指明當前使用的段寄存器S4S3含義S4S3含義00使用ES10使用CS（或I/O，中斷響應）01使用SS11使用DS3.控制總線NMI（Non-Maskable-Interrupt）、INTR（Interrupt-Request）：中斷請求信號輸入引腳（2），引入中斷源向CPU提出的中斷請求信號，高電平有效，前者為非屏蔽中斷請求，后者為可屏蔽中斷請求信號。RD（Read）：讀控制輸出信號引腳（1），低電平有效，用以指明要執(zhí)行一個對內(nèi)存單元或I/O端口的讀操作，具體是讀內(nèi)存單元，還是讀I/O端口，取決于M/IO控制信號。Reset（Reset）：復位信號輸入引腳（1），高電平有效。8088/8086CPU要求復位信號至少維持4個時鐘周期才能起到復位的效果，復位信號輸入之后，CPU結(jié)束當前操作。READY（Ready）：“準備好”狀態(tài)信號輸入引腳（1），高電平有效，“Ready”輸入引腳接收來自于內(nèi)存單元或I/O端口向CPU發(fā)來的“準備好”狀態(tài)信號，表明內(nèi)存單元或I/O端口已經(jīng)準備好進行讀寫操作。該信號是協(xié)調(diào)CPU與內(nèi)存單元或I/O端口之間進行信息傳送的聯(lián)絡信號。TEST（Test）：測試信號輸入引腳（1），低電平有效，TEST信號與WAIT指令結(jié)合起來使用，CPU執(zhí)行WAIT指令后，處于等待狀態(tài)，每隔5個時鐘周期測試TEST引腳輸入低電平時，系統(tǒng)會脫離等待狀態(tài)，繼續(xù)執(zhí)行被暫停執(zhí)行的指令。MN/MX（Minimum/MaximumModelControl）最小/最大模式設置信號輸入引腳（1），該輸入引腳電平的高、低決定了CPU工作在最小模式還是最大模式，當該引腳接+5V時，CPU工作于最小模式下，當該引腳接地時，CPU工作于最大模式下。BHE/S7（BusHighEnable/Status）：高8位數(shù)據(jù)允許/狀態(tài)復用信號輸出引腳（1），用于8086CPU分時輸出BHE有效信號，表示高8位數(shù)據(jù)線D15～D8上的數(shù)據(jù)有效，S7狀態(tài)信號未定義。操

作

BHE

A0

使用的數(shù)據(jù)線

存取規(guī)則字00AD15-AD0傳送偶地址的一個字節(jié)10AD7-AD0傳送奇地址的一個字節(jié)01AD15-AD8存取非規(guī)則字01AD15-AD8（第一個總線周期）10AD7-AD0（第二個總線周期）BHE和AD0組合控制數(shù)據(jù)傳送格式8088CPU中，對應BHE引腳定義為SSO（SystemStatusOutput）系統(tǒng)狀態(tài)信號輸出引腳（1），用來與DT/R，M/IO信號一起決定8088CPU最小工作方式下當前總線周期的讀寫操作，最大工作方式時始終為高電平。性能100中斷響應101讀I/O端口110寫I/O端口111暫停（Halt）000取指令操作碼001讀存儲器010寫存儲器011無源DT/RM/IOSSO3.3.28086/8088的最大/最小工作方式 為適應不同應用，設計8088/8086CPU芯片可工作在兩種模式，即最小模式與最大模式。1.最小工作方式系統(tǒng)中只有一個微處理器8086/8088CPU；所有的總線控制信號都直接由8086/8088CPU產(chǎn)生，系統(tǒng)中的總線控制邏輯電路被減到最少；適合于較小規(guī)模的應用；把MN/MX引腳接+5V時，8086/8088CPU就處于最小工作方式。①MN/MX端接+5V，決定了CPU的工作模式；②有一片8284A，作為時鐘信號發(fā)生器；③有三片8282或74LS373用來作為地址信號的鎖存器；④當系統(tǒng)中所連存儲器和外設端口較多時，需要增加數(shù)據(jù)總線的驅(qū)動能力，這時需用二片8286或74LS245/8287（反相）作為數(shù)據(jù)總線收發(fā)器。INTA（InterruptAcknowledge）：中斷響應信號輸出引腳（1），低電平有效，該引腳是CPU響應中斷請求后，向中斷源發(fā)出的認可信號，用以通知中斷源，以便提供中斷類型碼，該信號為兩個連續(xù)的負脈沖。ALE（AddressLockEnable）：地址鎖存允許輸出信號引腳（1），高電平有效，CPU通過該引腳向地址鎖存器發(fā)出地址鎖存允許信號，把當前地址/數(shù)據(jù)復用總線上輸出的地址信息，鎖存到地址鎖存器中。注意：ALE信號不能被浮空。DEN（DataEnable）：數(shù)據(jù)允許傳輸信號引腳（1），低電平有效，為數(shù)據(jù)總線收發(fā)器提供一個控制信號，表示CPU當前準備發(fā)送或接收一項數(shù)據(jù)。DT/R（DataTransmit/Receive）：數(shù)據(jù)收發(fā)控制信號輸出引腳（1），CPU通過該引腳發(fā)出信號控制數(shù)據(jù)傳送方向，當該信號為高電平時，表示數(shù)據(jù)由CPU經(jīng)總線收發(fā)器輸出，否則為數(shù)據(jù)輸入。

M/IO（Memory/Input&Output）：存儲器/I/O端口選擇信號輸出引腳（1），這是CPU區(qū)分進行存儲器訪問還是I/O訪問的輸出控制信號。當該引腳輸出高電平時，表明CPU要進行存儲器的讀寫操作，地址總線上出現(xiàn)的是訪問存儲器的地址；當該引腳輸出低電平時，表明CPU要進行I/O端口的讀寫操作，低位地址總線上出現(xiàn)的是I/O端口的地址。通常此信號接至存儲器或接口芯片的片選端（CS）。注意：在8088中，此信號為M/IO，與8086相反。WR(Write)：寫控制信號輸出引腳（1），低電平有效，與M/IO信號配合實現(xiàn)對存儲單元、I/O端口所進行的寫操作控制。HOLD（HoldRequest）：總線保持請求信號輸入引腳（1），高電平有效。這是系統(tǒng)中的其它總線部件向CPU發(fā)來的總線請求信號輸入引腳。HLDA（HoldAcknowledge）：總線保持響應信號輸出引腳（1），高電平有效，表示CPU認可其他總線部件提出的總線占用請求，準備讓出總線控制權(quán)。2.最大工作方式最大方式系統(tǒng)中，總是包含有兩個或多個微處理器，是多微處理器系統(tǒng)。其中必有一個主處理器8086/8088，其他的處理器稱為協(xié)處理器；最大工作方式中的總線控制信號可以由其他處理器發(fā)出；最大工作方式是相對最小工作方式而言的，主要用在中等或大規(guī)模系統(tǒng)；把MN/MX引腳接地時，8086/8088CPU就處于最大工作方式；IBMPC/XT中使用的是最大工作方式。①在最大模式下，要用8288總線控制器來對CPU發(fā)出的控制信號進行變換和組合，以得到對存儲器或I/O端口的讀/寫信號和對鎖存器8282及總線收發(fā)器8286的控制信號。②在最大模式系統(tǒng)中，一般還有中斷優(yōu)先級管理部件8259A，用以對多個中斷源進行中斷優(yōu)先級的管理。QS1、QS0（InstructionQueueStatus）：指令隊列狀態(tài)信號輸出引腳（2）,這兩個信號的組合給出指令隊列狀態(tài)。隊列狀態(tài)00無操作01從指令隊列的第一個字節(jié)取走代碼10隊列為空11除第一個字節(jié)外，還取走了后續(xù)字節(jié)中的代碼QS1QS0S2、S1、S0：總線周期狀態(tài)信號輸出引腳（3），低電平的信號輸出端，這些信號組合給出當前總線周期進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)念愋停ㄖ偩€控制器8288產(chǎn)生對存儲單元、I/O端口的控制信號。對應操作000中斷響應001讀I/O端口010寫I/O端口011暫停100取指101讀存儲器110寫存儲器111無源狀態(tài)S2S1S0LOCK（Lock）：總線封鎖輸出信號引腳（1），低電平有效，當該引腳輸出低電平時，系統(tǒng)中其它總線部件就不能占用系統(tǒng)總線。LOCK信號是由指令前綴LOCK產(chǎn)生的，在LOCK前綴后面的一條指令執(zhí)行完畢之后，便撤消該信號。此外，在8086/8088的2個中斷響應脈沖之間，LOCK信號也自動變?yōu)橛行У牡碗娖健Q/QT1、RQ/GT0（Request/Grant）：總線請求信號輸入/總線允許信號輸出引腳（2）。這兩個引腳都是雙向的，請求與應答信號在同一引腳上分時傳輸，方向相反。其中RQ/GT0比RQ/QT1的優(yōu)先級高。最大模式和最小模式在配置上的主要差別在于最大模式下要用8288總線控制器來對CPU發(fā)出的控制信號進行變換和組合，發(fā)出對存儲器或I/O端口的讀/寫信號、鎖存器8282及總線收發(fā)器8286的控制信號，使控制總線的驅(qū)動能力和功能更為完善。狀態(tài)譯碼器控制電路命令信號發(fā)生器控制信號發(fā)生器狀態(tài)信號（來自CPU）控制輸入CLKAENCENIOBMRDCMWRCAMWCIORCIOWCAIOWCINTACLKAENCENIOBDT/RDENMCE/PDENALE總線命令信號總線控制信號S2S1S03.3.3多處理器系統(tǒng)

與8088/8086CPU配合工作的處理器有數(shù)值處理器8087和輸入/輸出處理器8089。8087處理器專用于數(shù)值運算，如高精度的整型和浮點數(shù)值運算，超越函數(shù)（三角函數(shù)、對數(shù)函數(shù)）計算等。若用軟件方法來實現(xiàn)，將耗費大量的機器時間。引入8087處理器，把軟件功能硬件化，可大大提高主處理器運行效率。8089處理器有用于輸入/輸出操作的專門指令系統(tǒng)，可直接為輸入/輸出設備服務，使主處理器不再承擔這類工作。在系統(tǒng)中增加8089處理器后，可明顯提高主處理器效率，尤其是在輸入/輸出操作比較頻繁的系統(tǒng)中。3.48086/8088CPU的操作時序3.4.1操作時序的基本概念 操作時序是計算機操作運行的時間順序，簡稱“時序”。1.研究操作時序的意義微處理器內(nèi)部電路的工作情況對用戶不可見，通過檢測CPU引腳信號之間的相對時間關系，是判斷系統(tǒng)工作是否正常的一種重要途徑；深入了解指令的執(zhí)行過程；在程序設計時，選擇合適的指令或指令序列，盡量縮短程序代碼的長度及程序的運行時間。學習各功能部件與系統(tǒng)總線的連接方法及硬件系統(tǒng)調(diào)試有十分重要意義。CPU與存儲器、I/O端口協(xié)調(diào)工作時，時序配合極為關鍵；更好地處理微機過程控制及實時控制等問題。2.指令周期、總線周期及時鐘周期指令周期：一條指令從其代碼由內(nèi)存單元中取出到其所規(guī)定的操作執(zhí)行完畢所用的時間，稱為相應指令的指令周期。由于指令所要完成的操作不同，相應所需時間也不相同，即指令周期的長度因指令的不同而異。總線周期：CPU通過總線與內(nèi)存或I/O端口之間，進行一次數(shù)據(jù)交換的操作，稱為一次總線操作，相應于總線操作的時間即為總線周期。對應總線（AB、DB、CB）上信號變化的相對時間關系稱為總線操作時序。指令由基本總線操作組合而成，總線操作數(shù)量及排列順序因指令不同而異。時鐘周期：時鐘周期是微機系統(tǒng)工作的最小時間單元，取決于系統(tǒng)主頻，系統(tǒng)完成任何操作所需要時間均是時鐘周期的整數(shù)倍。時鐘周期又稱T狀態(tài)。CLKT1總線周期總線周期地址緩沖數(shù)據(jù)地址緩沖數(shù)據(jù)地址/數(shù)據(jù)總線T2T3（w）T4T1T2T4T3（w）Ti指令周期時鐘、總線及指令周期關系示意圖時鐘周期的基本定時脈沖由外部振蕩器產(chǎn)生，通過CPU的CLK引腳輸入，如8088CPU的主頻率是5MHz時，其時鐘周期為200ns。一個基本總線周期由4個時鐘周期（T狀態(tài)）組成，分別稱為T1～T4。當存儲器或I/O設備速度跟不上CPU時，在基本總線周期T3和T4之間插入1個或多個附加時鐘周期Tw，Tw又稱等待狀態(tài)?？偩€周期用于CPU與存儲器或I/O端口之間傳輸數(shù)據(jù)和填充指令隊列，在一個總線周期之后，不立即執(zhí)行下一個總線周期，那么系統(tǒng)總線就處于空閑狀態(tài)Ti，可以包含1到多個時鐘周期。3.8086/8088CPU主要操作時序系統(tǒng)復位和啟動操作總線操作總線空操作中斷響應操作暫停操作最小方式下總線保持或總線請求/允許操作最大方式下總線請求/允許/釋放操作3.4.2系統(tǒng)復位和啟動操作8086/8088的復位和啟動操作是由8284A時鐘發(fā)生器向其RESET引腳上加上觸發(fā)信號而執(zhí)行的：復位（熱啟）要求≥4T的高電平；上電（冷啟）要求>50s的高電平。當RESET引腳接受到正跳變后，CPU進入內(nèi)部RESET階段。經(jīng)過一個時鐘周期，所有三態(tài)輸出線，包括AD15～AD0、A19/S6～A16/S3、BHE/S7、M/IO、DT/R、DEN、WR、RD等都被置成浮空狀態(tài)，直到結(jié)束復位操作為止。CLKRESET輸入內(nèi)部RESET所有三態(tài)輸出線浮空系統(tǒng)復位操作時序8086/8088進入內(nèi)部RESET時，CPU結(jié)束現(xiàn)行操作，內(nèi)部各寄存器被置為初態(tài)。CS和IP被初始化為FFFFH:0000H，重新啟動時，內(nèi)存此地址處存有一條無條件轉(zhuǎn)移指令，指向系統(tǒng)程序入口處；復位時標志寄存器被清零，故中斷允許標志IF被置為“0”，所以系統(tǒng)程序啟動時總是包括一條開放中斷的指令STI。復位信號從高電平到低電平的跳變會觸發(fā)CPU內(nèi)部的復位邏輯電路，CPU啟動，從FFFF0H處開始執(zhí)行指令。寄存器狀態(tài)寄存器狀態(tài)寄存器狀態(tài)F（PSW）0000HIP0000HCS0FFFFHDS0000HSS0000HES0000H指令隊列空其它寄存器0000HIF0（禁止）3.4.3總線操作

CPU與存儲器或I/O端口進行數(shù)據(jù)交換，需要執(zhí)行總線操作。按數(shù)據(jù)傳輸方向來分，可將總線操作分為讀操作和寫操作兩種類型；按讀/寫的不同對象，總線操作又可分為存儲器讀/寫與I/O讀/寫操作。1.8086CPU最小方式下的總線讀/寫操作【例】從存儲器20002H單元讀取字節(jié)數(shù)據(jù)35H。1.8086CPU最小方式下的總線讀/寫操作【例】從存儲器20002H單元讀取字節(jié)數(shù)據(jù)35H。1.8086CPU最小方式下的總線讀/寫操作【例】從存儲器20002H單元讀取字節(jié)數(shù)據(jù)35H。1.8086CPU最小方式下的總線讀/寫操作【例】從存儲器20002H單元讀取字節(jié)數(shù)據(jù)35H。8086CPU最小方式下總線讀操作時序總線周期T1T2T3(Tw)T4S7~S3數(shù)據(jù)輸入地址輸出讀IO或存儲器浮空采樣SSCLKM/IOA19/S6~A16/S3BHE/S7ALEAD15~AD0RDDT/RDENA19～A16BHEREADYT1狀態(tài)：M/IO信號有效，指出讀內(nèi)存還是I/O，信號持續(xù)整個總線周期；地址輸出：分高4位和低16位，信號只持續(xù)一個T1時間；ALE