(汇编语言)2.微型计算机系统的概述

2020/1/30汇编语言翟敏焕2020/1/302微型计算机系统的概述1.微型计算机的基本结构2.8086/8088微处理器的结构与组成3.Pentium微处理器2020/1/302.1微型计算机的基本结构1.计算机的基本组成2.微机硬件系统结构2020/1/302.1.1计算机的组成2020/1/302.1.1计算机硬件组成框图2020/1/301）中央处理器CPU由运算器和控制器两部分组成；可以进行算术和逻辑运算；可保存较少量数据；能对指令进行译码并执行规定的动作；能和存储器、外设交换数据；提供整个系统所需要的定时和控制；可以响应其他部件发来的中断请求。2020/1/301）CPU——运算器运算器是完成二进制编码的算术或逻辑运算的部件，可以实现各种算术运算和逻辑运算。运算器由累加器、通用寄存器和算术逻辑单元组成，其核心是算术逻辑单元ALU（ArithmeticandLogicUnit）。累加器是特殊的寄存器，它既能接受来自总线的二进制信息作为参加运算的一个操作数，向算术逻辑单元ALU输送，又能存储由ALU运算的中间结果和最后结果。运算器是计算机实现高速运算的核心。它按照指令，在控制器的控制下，对信息进行算术运算、逻辑运算、移位运算等操作。2020/1/301）CPU——控制器控制器（ControlUnit）是全机的指挥中心，它控制各部件动作，使整个机器连续地、有条不紊地运行，实现计算机本身运行过程的自动化。控制器的具体功能是识别翻译指令代码，安排操作次序并向计算机各部件发出适当的控制信号，以便执行机器指令，使计算机能自动地、协调一致地工作。执行程序时，控制器首先从内存中按顺序取出一条指令，并对指令进行分析，然后根据指令的内容向有关部件发出控制命令，控制它们执行规定的任务。这样逐一执行指令，就能使计算机按照这些指令组成的程序要求，自动运行。2020/1/30信息存储单位计算机内部信息的单位常采用bit、byte、word、Dword等量纲。1word=2byte=16bit1DW=2word计算机存储器的容量通常用字节来衡量。KB（千字节）1KB=210=1024byteMB（兆字节）1MB=220=1024KBGB（千兆字节）1GB=230=1024MBTB（太字节）1TB=240=1024GB2020/1/302.1.2微机硬件系统结构时钟复位CPUROMRAM定时/计数器中断系统I/O口外部设备(AB)(DB)(CB)2020/1/302）存储器系统微型计算机的存储器系统由内部存储器和外部存储器组成。内存用于存放执行的程序和待处理的数据，它直接与CPU交换信息。外存不直接与CPU相连，它主要用来保存程序和数据，通常作为辅助存储器。2020/1/30外存外存通常用来永久存储信息，由操作系统管理。DAS（直接访问存储）是最常用的外存储形式，如磁盘、磁带和光盘。常见的磁盘系统有软盘和硬盘系统。磁盘的读写是通过磁盘驱动器来完成的。磁盘控制器负责与计算机的接口工作2020/1/30内存分类：随机存储器、只读存储器、虚拟存储器、CMOS、高速缓冲存储器。RAM（RandomAccessMomory）通常用来存储用户程序和数据，机器断电后信息丢失，也称为易失性存储器。ROM（ReadOnlyMemory）通常用于保存系统程序，如OS和BIOS等，机器断电后信息保留，也称为非易失性存储器。2020/1/30内存CMOS也称为“小内存”，用于保存计算机当前的配置信息，如日期和时间、硬盘的格式和容量、内存容量等。这些信息也是在计算机调入操作系统之前必须知道的信息。Cache（高速缓冲存储器）介于内存和CPU之间，它存取速度比内存快，但容量不大（8KB或16KB等），存储当前CPU正在执行的程序段落或数据。2020/1/30虚拟存储器虚拟存储器是指通过软件方法，将主存和一部分外存（如磁盘）空间构成一个整体，为用户提供一个比实际物理存储器大得多的存储器。虚存基于以下原理：程序的运行在一段时间内不会涉及到它的全部指令，而仅仅是局限在一段程序代码之内，此即程序的局部性原理。2020/1/302）存储器组成的框图2020/1/30I.存储单元的地址对于存储器的每一个存储单元给出的唯一编号，称为该存储单元的地址。存储器地址的编码范围取决于给定的二进制地址码的位数。若地址码为16位地址编码的范围为：0000H~FFFFH存储容量为216=64KB若地址码的位数为n，P为存储器的容量，则P=2nB，地址范围为0~2n-1。2020/1/30II.存储单元的内容对于每个存储单元，有两组二进制信息与其对应：一组为内存单元的地址码一组为存储单元的内容微型计算机系统基本是按字节编址的，即一个存储单元的长度为1B，每一个存储单元有一个地址码相对应。2020/1/30II.存储单元的内容1Word=2Byte=16bit（二进制位）1DW=2Word2020/1/30II.存储单元的内容2020/1/303）输入输出设备简称I/O设备或者外设。它们位于主机之外，用于实现计算机与外部设备或者计算机与人进行的信息交换，所以又称外围设备。典型的设备：常规输入/输出设备：键盘、鼠标、显示器等。辅助存储器：磁盘、磁带、光盘等。数据通信设备：计算机网络终端设备、调制解码器等。专用控制设备：多用于计算机控制系统，如各种开关、继电器、步进电机、A/D和D/A转换器等。2020/1/30I/O接口功能：实现数据缓冲；实现数据格式的变换；进行CPU与I/O设备之间的通信控制等。分类：1.按接口与外设直接数据传送的形式：串行接口和并行接口2.按主机与外设的传送信息定时关系：同步控制接口和异步控制接口3.按信息的交换方式：程序中断方式和直接存储器传送方式2020/1/30接口寄存器的功能数据缓冲寄存器：用来暂时存放主机输出给外设的数据，或外设输入给主机的数据。即用来存放要在外设和主机间传送的数据，这种寄存器实际上起缓冲器的作用。状态寄存器：用来保存外部设备或接口的状态信息，以便CPU在必要时测试外设状态，了解外设的工作情况。控制或命令寄存器：接收、存放主机发来的各种命令、控制信息。CPU给外设或接口的控制命令通过此寄存器送给外部设备。2020/1/30系统组成8088(86)CPU总线形成电路MM外设外设外设接口接口接口系统总线2020/1/304）总线总线是一种能由多个部件分时共享的公共信息传送线路。分时和共享是总线的两个主要特点。现代计算机系统的总线包括内部总线、系统总线和处理机间的总线。内部总线是指CPU内部连接各寄存器与ALU部件的总线，它包含在CPU的数据通路内；系统总线是指计算机系统的CPU、主存及I/O接口之间的连线；处理机之间的总线存在于多机系统互连情况，用以实现多个CPU之间的信息交流。2020/1/30系统总线（AB，CB，DB）把硬件设备连接起来时钟复位CPUROMRAM定时/计数器中断系统I/O口外部设备(AB)(DB)(CB)系统组成2020/1/30系统总线地址总线（AB）用来指出数据的源地址和目的地址；数据总线（DB）负责传送数据，数据包括指令代码、原始数据、中间数据和结果数据；控制总线（CB）负责传送处理器对存储器或外设的控制命令以及外设对处理器的请求信号。2020/1/30软件与硬件的逻辑等价性一个完整的计算机系统包含硬件和软件两大部分，硬件是计算机系统的物质基础，正是在硬件高度发展的基础上，才有软件赖以生存的空间和活动场所，没有硬件对软件的支持，软件的功能就无从谈起。计算机的软件系统是在硬件系统的基础上，为有效地使用计算机而配置的。没有系统软件，现代计算机系统就无法正常地、有效地运行；没有应用软件，计算机就不能发挥效能。计算机系统的功能由硬件或由软件实现，现代计算机系统的硬件和软件正朝着互相渗透、互相融合的方向发展，计算机系统中没有一条明确的硬件与软件的分界线。2020/1/30微机的主板结构CPU插槽内存插槽芯片组二级高级缓冲存储器CMOS芯片总线扩展槽AGP显示卡插槽外接接口插座串行和并行端口主板跳线系统监控2020/1/302.28086/8088微处理器的结构与组成8086/8088的功能结构8086/8088的内存组织8086/8088CPU的内部寄存器8086/8088的接口组织2020/1/30概述建立4字节的指令预取队列——CPU要执行的指令是从队列中取得的，取指令的操作由总线接口单元承担的。8088的指令预取队列有4个字节，8086有6个字节。设立地址段寄存器——为了扩大8088的地址宽度，将存储空间分成若干段，每段为64K字节。用段寄存器存放段的起始地址。在结构上和指令设置方面支持多处理器系统——将8088和8087结合起来，组成运算速度很高的处理单元。2020/1/30概述8086/8088的地址总线都是20位。8086CPU的数据总线是16位；8088CPU的数据总线是8位。（准16位）2020/1/301)8086/8088的功能结构2020/1/308088CPU的两大功能结构执行单元（EU）负责指令的执行。包括算术逻辑单元（ALU）、标志寄存器（F）通用寄存器及EU控制器。总线接口单元（BIU）用于实现EU的所有总线操作。负责CPU与存储器或外部设备之间的信息交换。包括地址加法器、段寄存器、指令指针（IP）和指令队列缓冲器和总线控制逻辑。2020/1/302）8086/8088CPU的内部寄存器AX（AH，AL）数据寄存器BX（BH，BL）CX（CH，CL）DX（DH，DL）通用寄存器指针寄存器堆栈指针寄存器SP基址指针寄存器BP变址寄存器源变址寄存器SI目的变址寄存器DI控制寄存器指令指针IP标志寄存器FLAG（FH，FL）专用寄存器代码段寄存器CS段寄存器堆栈段寄存器SS数据段寄存器DS附加段寄存器ES2020/1/302）8086/8088CPU的内部寄存器寄存器是CPU内部临时存放数据的部件。8个通用寄存器；4个段寄存器；1个指令指针寄存器；1个标志寄存器。以上寄存器均为16位寄存器。2020/1/30I.8086通用寄存器AX（AH，AL）—累加器。BX（BH，BL）—基地址寄存器。CX（CH，CL）—计数寄存器。DX（DH，DL）—数据寄存器。SI—源变址寄存器。DI—目的变址寄存器。BP—栈基地址寄存器。SP—栈顶指针。IP——指令指针寄存器（专用寄存器）。2020/1/30标志寄存器又称作程序状态字(ProgramStatusWord，简记作PSW)，共16位，一般把每一位分别使用，8086/8088使用其中的9位，用于存放当前程序执行的状况和运算结果的特征，各标志位的分布如图所示。D15D14D13D12D11D10D9D8D7D6D5D4D3D2D1D0OFDFIFTFSFZFAFPFCFII.标志寄存器2020/1/30II.标志寄存器9个标志位可分为两组：状态标志（条件标志），记载算术运算或者逻辑运算结果的特征；另一组是控制标志位，记载CPU当前工作状态（控制CPU执行指令的方式），包括TF、IF、DF等3个标志位。2020/1/30II.标志寄存器1．状态标志（条件标志）（1）CF——进位标志。（2）ZF——零标志。（3）SF——符号标志。（4）OF——溢出标志。（设置，与CF的区别）（5）PF——奇偶标志。（低8位，偶数时为1）（6）AF——辅助进位标志。2020/1/30II.标志寄存器2．控制标志位（1）TF——单步中断允许标志。（2）IF——外部可屏蔽中断允许标志。（3）DF——方向标志。2020/1/30最大模式（最小模式）GND140VccA14239A15A13338A16/S3A12437A17/S4A11536A18/S5A1063