微机原理及应用第四章幻灯片.ppt
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1、微机原理及应用第四章第1页,共56页,编辑于2022年,星期六 计算机组成原理与设计 从课程的整体要求的方面来看,计算机组成原理与设计在于研究计算机内部各个部件的微观功能和实现它们的逻辑组成与物理实现,主要针对各类计算机中的运算器、控制器的逻辑组成与实现进行研究,它涉及到计算机核心部件运算器、控制器的原理的掌握,当然,我们在学习过程中还涉及到其它的外围电路如存储器、时序电路、一些必要的集成电路芯片等方面的知识。为了掌握计算机内数的运算、存储、传送等知识,我们还必须掌握机器数的各种表现形式,掌握各种数的编码方案,掌握字符的编码方案,掌握它们的校验技术等等。在计算机组成原理与设计这门课程中,我们对
2、运算器、控制器的研究是深入到其内部的,我们甚至研究了控制器中的微程序控制器(或硬连线控制器).第2页,共56页,编辑于2022年,星期六微型计算机原理及应用 从课程的整体要求来看,在微型计算机原理及应用这门课程中,我们主要是以应用为目的来研究计算机的各个部分的。我们也研究运算器和控制器,但我们针对当前的主流微机研究它的CPU的总体功能。也就是说,我们不研究CPU内部各部件的原理,只研究CPU能做什么,研究它内部各个逻辑部件的总体功能,以及研究CPU外围引脚的信号功能;我们研究如何通过8086CPU的40个外部引脚联结存储器、联结各种各样的外部接口电路,进而实现CPU与外部世界的联系。我们不研究
3、指令系统的设计过程,更不研究微程序,我们只研究8086计算机系列提供的现成的指令系统,研究如何用这些指令系统来设计一系列的程序以解决我们要解决的一系列的问题。当然在这门课程中程序设计主要用于解决对外部接口电路的控制问题。第3页,共56页,编辑于2022年,星期六 从我们使用的教材的具体章节安排来看,与我们以前学过的知识或是以后要开的课程有点重叠。第一章、第二章的内容就是计算机组成原理中的东西,第三章有一些内容与组成原理中内容相重叠,但有些内容是组成原理教材中没有的,如存储器与8086CPU的连接。第四章,研究英特尔80X80系列微处理器的功能,好多东西我们也已经学过了,如8086的指令系统,8
4、086的寻址方式等,但这一章里有我们要重点掌握的8086CPU的引脚信号和功能,有比较难以理解的各种总线周期及其波形图,在这一章里,我们还要掌握用8086CPU和其它的一些必须的配件组成最简单的实用的计算机电路的知识。第五章 就是汇编语言程序设计课程的压缩版,当然这里只能介绍汇编语言中的指令系统,介绍汇编语言程序设计的基本方法,而无法进行大量的程序设计实例的展开。第4页,共56页,编辑于2022年,星期六第六章输入/输出方式及其中断处理第七章 常用输入/输出接口电路这二章是本教材的核心内容,在这二章,将向同学们介绍:8259A(中断控制器)8255A(并行接口)8253(定时/计时器)8254
5、(定时/计时器)8237A-5(DMA控制器)8250或8251(串行接口)等接口芯片与CPU的连接方法,介绍这些芯片的功能和对它们的编程应用等。在这二章还将向同学们介绍各种类型的总线的应用技术和知识。另外我们将向同学们介绍A/D转换和D/A转换原理,介绍模拟信号的处理技术,学会使用模拟接口芯片DAC0832和ADC0809芯片的使用。第5页,共56页,编辑于2022年,星期六第八章 微型计算机系统 我们使用的教材向大家介绍目前常用的微型计算机的各种机型的配置和性能能指标,介绍微机系统常用外围电路的接口技术,如键盘接口技术、CRT显示器原理、软盘/硬盘工作原理、计算机网络基本知识等。第八章与后
6、面第九章按这本教材的安排属于自学的内容,但出于实验教学的考虑,我们会在这一章安排点时间进行键盘接口技术、LED显示器接口技术的讲解。从微型计算机原理与应用这门课程的名称入手对本教材的内容进行划分,我们把整本书分成三个部分。第一部分 微型计算机体系结构与基本概念(1、2、3章)第二部分 80X86CPU的功能结构与编程原理(4、5章)第三部分 微机数据输入/输出方法及常用接口电路应用 (6、7、8 章)第6页,共56页,编辑于2022年,星期六本课程的学习目的和应用方向 微机原理与接口技术或微机原理与应用是计算机应用专业的核心课程,本课程的目的在于通过介绍微机的基本结构和工作原理,重点阐述微型计
7、算机内部各部件之间的接口关系以及微机与外围设备的接口关系。通过本课程的学习,学生应能对常规微机系统及接口电路进行分析与设计。第7页,共56页,编辑于2022年,星期六接口技术在实际社会活动中的应用举例一、对模拟量的采集转换计算与控制第8页,共56页,编辑于2022年,星期六恒温系统的电路设计与控制程序L1:MOV AL,0 OUT 90H,AL CALL DELAY IN AL,70H MOV BL,AL MOV AL,0F6H SUB AL,BL OUT 80H,AL JMP L1 第9页,共56页,编辑于2022年,星期六二、用常用接口技术对外部设备的控制交通灯控制电路设计自动化流水线控制
8、电路抢答器电路数字录音/放音技术微机之间的串行通讯实验电子琴电路设计(用DAC、8255、8253)音阶 1 2 3 4 5 6 7频率261.1 293.7 329.6 349.2 392.0 440.0 493.9第10页,共56页,编辑于2022年,星期六第四章 英特尔80X86系列微处理器第一节 8086/8088微处理器 我们不研究CPU内部的组成逻辑和真实的物理实现,我们仅从汇编语言程序员的角度来研究8086/8088CPU内部的编程结构。这里说明一点,8086CPU与8088CPU的功能结构差不多完全相同,唯一的不同点是,8086的数据总线为16位,而8088的数据总线为8位。也
9、就是说,执行部件完全相同,总线接口部件数据的输入/输出接口电路略有不同。第11页,共56页,编辑于2022年,星期六第12页,共56页,编辑于2022年,星期六(一)总线接口部件BIU四个十六位的段寄存器 CS DS SS ES一个十六位的指令指针寄存器 IP (PC)指令队列寄存器(六字节/4字节)20位的地址加法器输入/输出总线控制逻辑用于与EU部件进行通讯联络的内部专用寄存器总线接口部件的功能是:担任CPU与存储器、外部接口之间的数据通讯工作。第13页,共56页,编辑于2022年,星期六总线接口部件的功能是:担任CPU与存储器、外部接口之间的数据通讯工作。说得再明白一点就是负责从存储器读
10、取指令码、负责从存储器或外设读取数据或向存储器或外设写入数据。其具休工作过程如下:(1)当指令队列中有二个字节或二个字节以上空闲时,自动到CS:IP所指出的存储器单元中取出指令字节,直至指令队列填满,当然,必须在总线空闲时。(2)每次从程序存储器中取出一个字节,顺序存放在指令队列中。(PC只能加一操作而不能一次进行加2操作)(3)当EU从指令队列中取走一个指令字节后,一般都马上进行补充。如果EU对某一指令码译码后,发现要操作的的数据在数据存储器或外设端口中时,BIU会按照EU给出的逻辑地址到存储器或外设读取数据,第14页,共56页,编辑于2022年,星期六(4)BIU从CPU外部取到数据送到C
11、PU的内部总线,由EU进行处理。(5)如果EU的处理结果需要写入存储器或外设,BIU会响应EU的请求,完成这一工作。第15页,共56页,编辑于2022年,星期六(二)执行部件EU8086和8088CPU的EU部件完全相同。它们的结构如下:八个16位的通用寄存器AX,BX,CX,DX,BP,SP,SI,DI一个16位的标志寄存器FR一个16位算术逻辑运算单元执行部件中的控制电路(硬连线控制器/微程序控制器)执行部件的功能是:由BIU部件的指令队列中取出指令码进行译码分析并执行之。第16页,共56页,编辑于2022年,星期六执行部件的功能是:由BIU部件的指令队列中取出指令码进行译码分析并执行之。
12、其完成一条指令的具体执行过程如下:(1)从BIU的指令队列中取一个字节的指令码(2)由指令译码器进行分析译码,确定要进行的具体操作,如本指令是无操作数指令,立即执行之;(3)如指令的执行需要操作数,则根据译码得到的寻址方式、操作数地址等信息要求BIU 部件取数据。(4)将取来的数据经内部数据总线送ALU进行运算(5)运算结果保存在ALU内部的通用寄存器或送CPU外部进行存储保存。(6)运算操作后的有关状态保存在标志寄存器FR中第17页,共56页,编辑于2022年,星期六 根据上面的分析,我们知道,BIU和EU是分工协作的,EU只负责执行指令,而BIU则负责取指令以及数据(操作数)的输入/输出操
13、作。对于8086/8088CPU它们的EU和BIU在大多数的情况下是可以并行工作的,这大大提高了CPU的运行速率。从下一页中的图42我们可以看到,这种并行工作和我们计算机组成与设计课程中讲的RISC计算机的并行流水线还是有一定差别的。第18页,共56页,编辑于2022年,星期六第19页,共56页,编辑于2022年,星期六EU与BIU的分工协作关系:1.EU只负责指令的执行,它只能通过BIU得到指令码和数据,EU与BIU间的通讯是通16位的ALU数据总线和6位的队列总线实现的.2.不管EU是否在执行指令,只要指令队列没填满,而且BIU处于空闲状态,BIU总是会自动的按CS:IP的指示执行取指操作
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