微机原理、汇编语言与接口技术 唐瑞庭 第02章 微处理器

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1、第2章微处理器本章内容提要★叙述冯·诺依曼模式计算机的存储程序原理和工作过程、微处理器的基本结构及其发展，★介绍Pentium微处理器的创新技术，★分析微处理器的引脚信号和工作模式，讲解微处理器总线周期。2.1简单微型计算机2.2微处理器结构2.3微处理器引脚信号与工作模式2.4微处理器总线周期2.1简单微型计算机2.1.1基本结构2.1.2工作原理2.1.3简单程序执行过程2.1.1基本结构1.微型计算机结构框图◆微型计算机硬件基本结构运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备运算器和控制器合称为中央处理器CPU。◆三类总线连接系统的上，输入/输出设备通过I/O接口

2、挂接在总线上。◆单一总线结构使微型机结构简单，易于扩充，奠定了产品标准化、模块化基础。1.微型计算机结构框图微型计算机基本结构1.微型计算机结构框图（续）简化的保持了CPU主要特征的简单微型计算机结构◆该CPU包含运算器ALU、控制器和寄存器组，由内部总线相连；该机机器字长8位，内部寄存器为8位，外部数据总线DB也是8位；基本上与Intel8080CPU相对应。1.微型计算机结构框图（续）◆虚线右边是容量为256个字节存储单元的存储器，故指示存储单元的地址总线AB也只有8位2．微处理器CPU◆CPU基本功能：●指明将要执行的指令的存储单元地址；取出指令并进行译码；●执行指

3、令，进行各种运算和处理，暂存少量数据；●传送数据；在CPU内部传送数据以及与外界交换数据；●对各部件进行控制；●响应其它部件发出的中断请求和总线请求；等等。◆CPU中主要功能部件●寄存器组：功能——存放数据和地址种类——通用寄存器、特殊寄存器、累加器A（Accumulator）标志寄存器F（Flag）2．微处理器CPU●算术逻辑单元ALU（ArithmeticLogicalUnit）功能：完成各种算术运算、逻辑运算和其它操作构成：主要有加法器、移位电路、门控制电路等●控制器功能：源源不断地从内存储器取指令，并对之译码，产生为完成该条指令而必须供给计算机各部件的操作控制信号构

4、成：▲程序计数器PC——控制对指令的读取▲数据寄存器DR——存放读或写的数据▲数据寄存器DR——存放读或写的数据▲指令译码器ID——对指令进行分析、译码，供操作控制部件按时序产生各种不同的操作控制信号去控制各部件协调工作。▲时序部件——产生计算机系统各个部件所需要的时序信号。3.总线（BUS）功能：各部件之间传送信息的公共通道种类：数据总线DB、地址总线AB和控制总线CB（1）数据总线：CPU、存储器或I/O端口等部件之间传递数据，宽度（根数）——通常与计算机的字长一致，传输方向——双向（2）地址总线：传送存储单元或I/O端口的地址信息，地址总线一般由CPU输出给存储

5、器或I/O端口（3）控制总线：CPU控制器发往各部件的控制信号线各部件反馈给CPU的状态信号线4.存储器(Memorystorage)存储器功能：存储二进制代码数据和程序，是记忆部件。存储器种类：内存储器(主存储器)和外存储器(辅助存储器)存储矩阵：存储单元按行列排列成的矩阵存储地址：存储矩阵中每一个单元的唯一编号地址译码电路和读/写控制电路：存储矩阵的外围电路。地址信息经地址译码器AD译码后得到一个地址，从而找到相应的存储单元，再由读/写控制电路控制对该单元进行读/写操作。存储器操作：读操作（从指定的存储单元取出数据）写操作（向指定的存储单元写入数据）。2.1.2工作

6、原理1．存储程序的概念程序是人们为解决某个实际问题而事先设计好的具体的操作步骤，由指示计算机执行具体操作的有序命令（即指令）序列组成，并被存储在存储器中，计算机的整个工作过程就是周而复始地从存储器中取出指令、分析指令和执行指令。2．从问题到程序问题：计算8+20=？程序：助记符指令指令类型机器指令代码（操作码）（操作数）MOVA，08H；传送指令1000011000001000ADDA，14H；加法指令1000101100010100HLT；暂停指令11110100存储程序2.1.3简单程序执行过程（1）取第一条指令操作码2.1.3简单程序执行过程（续）（2）执行第一条指令操

7、作2.1.3简单程序执行过程（续）（3）取第二条指令操作码2.1.3简单程序执行过程（续）执行第二条指令：取立即数并相加2.1.3简单程序执行过程（续）取出并执行第三条指令取出并执行第三条指令2.2微处理器结构2.2.1第一代微处理器的结构1.8086/8088CPU的内部结构1.8086/8088CPU的内部结构（续）（1）总线接口部件BIU◆BIU组成：地址加法器、专用寄存器组、指令队列缓冲器总线控制电路◆BIU功能：负责完成CPU与存储器或I/O