第二章-微型计算机的组成及微处理器的功能结构

第二章微型计算机的组成及微处理器的功能结构第二章微型计算机的组成及微处理器的功能结构2.1微型计算机的组成图2.1微型计算机的硬件组成存储器I/O接口输入设备I/O接口数据总线DB控制总线CB输出设备CPU地址总线AB2.1.1微处理器：(MicroprocessorUnit,MPU)™8086/8088/80286CPU数据总线为16位（准）™80386/80486CPU数据总线为32位™Pentium级微处理器数据总线为64位2.1.2存储器：(Memory)™指内存储器，用来存放程序、原始数据和运算的中间和最终结果。™RAM（RandomAccessMemory）™ROM（ReadOnlyMemory）2.1.3输入输出设备及接口（Input/Output）I/O设备：外部设备；I/O接口电路（I/OInterface）及原因速度不匹配时序不匹配信息格式不匹配信息类型不匹配典型接口电路：8255A,8253；8237；8251等。2.1.4总线总线是指传递信息的一组公用导线总线是传送信息的公共通道微机系统采用总线结构连接系统功能部件™总线信号可分成三组„地址总线AB：传送地址信息(单向)„数据总线DB：传送数据信息(双向)„控制总线CB：传送控制信息(每根单向/双向)总线是计算机的部件与部件之间传输信息的公共通路，它能分时地发送和接收各部件的信息。总线不仅仅是一组传输线，它还包括与数据传输有关的控制逻辑。所以，在一个计算机系统中，总线应被看成一个独立的部件。总线信号地址总线AB(AddressBus)„输出将要访问的内存单元或I/O端口的地址„地址线的多少决定了系统直接寻址存储器的范围数据总线DB(DataBus)„CPU读操作时，外部数据通过数据总线送往CPU„CPU写操作时，CPU数据通过数据总线送往外部„数据线的多少决定了一次能够传送数据的位数控制总线CB(ControlBus)„协调系统中各部件的操作，包括以下信号：控制信息（输出）、请求（输入）、状态联络（输入/出）„控制总线决定了系统总线的特点，例如功能、适应性等第二章微型计算机的组成及微处理器的功能结构2.280X86系列微处理器的功能结构1.8086/8088及80286微处理器的功能结构1）8086/8088微处理器的功能结构8086/8088CPU的内部结构指令流队列标志寄存器FLAGS寄存器阵列堆栈及堆栈指示器SP微型计算机的总线结构（2）指令队列（串行处理和流水线处理）™指令队列实际上是一个内部的存储器阵列，8086/8088指令队列最多能保存6个/4个指令字节。（3）标志寄存器（FLAGS）™标志寄存器为一个16位寄存器™这9个标志位分为两类：™状态标志：CF、PF、AF、ZF、SF、OF™控制标志：TF、IF、DF（3）标志寄存器（FLAGS）™六个状态标志含义如下：1.进位标志CF（CarryFlag）™最高位产生进位或借位时，则CF=1，否则CF=02.奇偶标志PF（ParityFlag）™运算结果低8位中1的个数为偶，则PF=1，否则PF=03.辅助进位标志（AuxiliaryFlag）™当D3向D4有进位或有借位时，则AF=1，否则AF=04.零标志ZF（ZeroFlag）™运算的结果为零，则ZF=1，否则ZF=05.符号标志SF（SignFlag）™运算的结果最高位为1，则SF=1，否则SF=0（3）标志寄存器（FLAGS）6.溢出标志OF（OverflowFlag）™算术运算中，补码运算结果超出了带符号数的表示范围，即：™对字节运算，结果超出-128～+127™对字运算，结果超出-32768～+32767™则OF=1，否则OF=0（3）标志寄存器（FLAGS）™例1:™MOVAL，4FH01001111™ADDAL，31H+00110001™对标志影响则为：™CF=0，PF=0，AF=1，ZF=0，SF=1，OF=1™CF：D7未产生进位；PF：1的个数为奇；™AF：D3有进位；ZF：结果非零；™SF：最高位为1；OF：结果为128™例2：MOVAL，4BH™ORAL，31H™其运算为：™™OROFCFAFSFZFPF™00×↑↑↑™置0不定有影响™故SF=0，ZF=0，PF=1，而OF=CF=0（3）标志寄存器（FLAGS）控制标志有三个：™7.跟踪标志TF（TrapFlag）若TF=1，则CPU按单步方式执行指令，以便于调试.™8.中断允许标志IF（InterruptFlag）如果IF=1，允许CPU接收外部的可屏蔽中断请求。若IF=0，则不允许接收.™9.方向标志DF（DirectionFlag）如果DF=1，使串操作指令按自动减量修改地址。若DF=0，则按自动增量修改地址（4）寄存器阵列（Register）（5）堆栈及堆栈指示器SP堆栈是一组寄存器和一个存储区，用来存放调用子程序或响应中断时的主程序断点地址及其他寄存器的内容。（6）微型计算机的总线结构8086/8088CPU内部采用单总线结构所有寄存器和ALU都接到同一总线上，数据可以在任何两个寄存器之间或任一寄存器和ALU之间传送。当数据经内部总线送入被选寄存器或从被选寄存器取出时，由多路转换器选通。优点是经济且节约硅片面积，缺点是操作速度慢，多总线结构相反。第二章微型计算机的组成及微处理器的功能结构2.8086/8088的存储器组织及其寻址1）数据在存储器中的存储情况字节数据字数据双字数据2）存储器的分段结构和物理地址的形成3）按信息的分段存储及分段寻址对程序区的访问堆栈区的操作对数据区访问字符串操作第二章微型计算机的组成及微处理器的功能结构3.8086/8088的I/O地址空间4.80386/80486CPU的功能结构1）80386微处理器的功能结构80386CPU的功能结构•总线接口部件•指令预取部件•指令译码部件•执行部件•分段部件•分页部件第二章微型计算机的组成及微处理器的功能结构80386CPU的寄存器•通用寄存器•变址寄存器•指针寄存器•段寄存器和段描述符寄存器•标志寄存器EFLAGS•控制寄存器（ControlRegister）•系统地址寄存器（SystemAddressRegister）•调试寄存器（DebugRegister）•测试寄存器（TestRegister）第二章微型计算机的组成及微处理器的功能结构2）80486微处理器的功能结构80486CPU的内部结构•总线接口部件•高速缓冲存储部件•代码预取部件•指令译码部件•控制部件•整数部件•分段部件和分页部件•浮点部件第二章微型计算机的组成及微处理器的功能结构80486CPU寄存器的新增功能•控制寄存器CRO低16位程序状态字中新增标志位•标志寄存器FLAGS中新增标志位AC第二章微型计算机的组成及微处理器的功能结构5.Pentium级CPU的功能结构Pentium处理器PentiumPro处理器PentiumMMX处理器PentiumII处理器Celeron赛扬处理器PentiumIII处理器Xeon(至强)处理器Pentium4处理器第二章微型计算机的组成及微处理器的功能结构2.3精减指令集与复杂指令集计算机1.CISC体系CISC（ComplexInstructionSetComputer，复杂指令集计算机）CISC体系的指令特征CISC体系的优缺点2.RISC体系RISC体系的指令特征RISC体系的优缺点3.CISC体系与RISC体系的比较4.EPIC体系与x86处理器的发展第二章微型计算机的组成及微处理器的功能结构2.4哈佛结构微处理器简介第二章微型计算机的组成及微处理器的功能结构2.5嵌入式微处理器简介1.嵌入式系统2.嵌入式系统的微处理器嵌入式微处理器嵌入式微控制器嵌入式DSP处理器嵌入式片上系统