第2章+微處理器與總線.ppt

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1、第二章微處理器與總線教學(xué)內(nèi)容：以Intel80x86系列處理器中的三種典型CPU（8088，80396和Penium4）為例，介紹微處理器的結(jié)構(gòu)及其工作原理。并簡(jiǎn)要介紹總線的一般概念、主要功能及常用的總線接口標(biāo)準(zhǔn)。教學(xué)目標(biāo)：了解微處理器的一般結(jié)構(gòu)和功能理解8088CPU的外部引線及主要引腳功能深入理解8088和Pentium4CPU的三種工作模式了解8088和Pentium4CPU的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)了解流水線技術(shù)的一般概念理解總線的一般概念、分類方法及主要功能了解現(xiàn)代微機(jī)系統(tǒng)的總線結(jié)構(gòu)了解常用的系統(tǒng)總線和外設(shè)總線標(biāo)準(zhǔn)2.1微處理器概述2.28088/8086微處理器2.380386微處理器2.4

2、Pentium4微處理器2.5總線2.1微處理器概述計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)微處理器（CPU）基本功能：算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算對(duì)指令進(jìn)行譯碼、寄存并執(zhí)行指令所規(guī)定的操作具有與存儲(chǔ)器和I/O接口進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的能力少量數(shù)據(jù)的暫存能夠提供同系統(tǒng)所需的定時(shí)和控制信號(hào)能夠相應(yīng)輸入輸出設(shè)備發(fā)出的中斷請(qǐng)求運(yùn)算器控制器寄存器組總線接口1運(yùn)算器運(yùn)算器是計(jì)算機(jī)用來(lái)進(jìn)行算術(shù)邏輯運(yùn)算的部件運(yùn)算器的核心是加法器基本功能：1．對(duì)二進(jìn)制代碼進(jìn)行加、減、乘、除基本運(yùn)算2．對(duì)二進(jìn)制代碼進(jìn)行“與”、“或”、“非”等邏輯運(yùn)算3．完成數(shù)據(jù)信息的傳送運(yùn)算器組成：算術(shù)邏輯運(yùn)算單元ALU，內(nèi)部總線，通用寄存器組，輸入多路開(kāi)關(guān)和數(shù)據(jù)鎖存器，輸出移位

3、多路開(kāi)關(guān)單總線結(jié)構(gòu)三總線結(jié)構(gòu)雙總線結(jié)構(gòu)2控制器控制器用于計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)中，指揮、協(xié)調(diào)各部件的工作，是整個(gè)計(jì)算機(jī)的中樞基本功能：指令控制、時(shí)序控制、操作控制指令控制取指令分析指令執(zhí)行指令時(shí)序控制指令周期時(shí)鐘周期機(jī)器周期操作控制程序計(jì)數(shù)器時(shí)序控制部件指令譯碼器指令計(jì)存器微控制控制部件Programcounter，PCInstructionregister，IRInstructiondecoder，ID輸入／輸出控制中斷處理1微操作2微指令圖2-3控制器結(jié)構(gòu)示意圖3寄存器組寄存器組是CPU內(nèi)部的若干個(gè)存儲(chǔ)單元分為專用寄存器和通用寄存器，專用寄存器的作用是固定的，如堆棧指針、標(biāo)志寄存器等，通用寄

4、存器可有多種用途寄存器的數(shù)目因微處理器而定寄存器組作用：暫存數(shù)據(jù)，避免頻繁訪問(wèn)內(nèi)存，縮短指令長(zhǎng)度和執(zhí)行時(shí)間，給編程帶來(lái)方便微處理器典型結(jié)構(gòu)微處理器簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)2.28088/8086微處理器8088、8086基本類似16位CPU、AB寬度20位差別：指令預(yù)取隊(duì)列：8088為4字節(jié)，8086為6字節(jié)數(shù)據(jù)總線引腳：8088有8根，8086有16根控制線引腳：8088為IO/M，而8086為M/IO8088為準(zhǔn)16位CPU，內(nèi)部DB為16位，但外部?jī)H為8位，16位數(shù)據(jù)要分兩次傳送本課程主要介紹8088（IBMPC采用）2.2.18088/8086CPU的特點(diǎn)2.2.28088CPU的外部引線及其功

5、能2.2.38088/8086CPU功能結(jié)構(gòu)2.2.48088/8086CPU的存儲(chǔ)器組織2.2.58088/8086CPU的工作時(shí)序2.2.18088/8086CPU的特點(diǎn)1.8088/8086的指令流水線2.內(nèi)存的分段管理技術(shù)3.支持多處理器系統(tǒng)1.8088/8086的指令流水線取指令指令譯碼讀取操作數(shù)執(zhí)行指令存放結(jié)果傳統(tǒng)微處理器的指令執(zhí)行過(guò)程（串行）8086CPU的指令執(zhí)行過(guò)程（并行）2.內(nèi)存的分段管理技術(shù)8088/8086CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)都是16位的，即內(nèi)部的寄存器只能存放16位二進(jìn)制碼，內(nèi)部的總線同時(shí)也只能傳送16位二進(jìn)制碼。如果用二進(jìn)制碼表示地址，則8088/8086就只能產(chǎn)

6、生64k個(gè)地址，亦即最多能夠管理64K個(gè)內(nèi)存單元。分段管理方法：將內(nèi)存地址空間分為多個(gè)邏輯段，每個(gè)邏輯段最大為64K個(gè)單元。段內(nèi)每個(gè)單元的地址碼（偏移地址或相對(duì)地址）每個(gè)段設(shè)置段地址，以區(qū)分不同的邏輯段3.支持多處理器系統(tǒng)8088可工作于兩種模式下，即：最小模式和最大模式。最小模式為單處理機(jī)模式。此時(shí)CPU僅止持有由少量設(shè)備組成的單處理機(jī)系統(tǒng)而不支持多處理器結(jié)構(gòu)?？刂菩盘?hào)總線的信號(hào)由8088CPU直接產(chǎn)生。最大模式為多處理機(jī)模式，此時(shí)CPU能支持系統(tǒng)總線上的多個(gè)處理器，由總線控制器提供所有總線控制信號(hào)和命令信號(hào)。2.2.28088CPU的外部引線及其功能8088和8086CPU都具有40

7、條引腳，采用雙列直插式封裝為了減少芯片的引線，8088的許多引腳具有雙重定義和功能，采用分時(shí)復(fù)用方式工作，即在不同時(shí)刻，這些引線上的信號(hào)是不相同的8088的最大和最小兩種工作模式可以通過(guò)引腳選擇測(cè)試信號(hào):執(zhí)行WAIT指令，CPU處于空轉(zhuǎn)等待;TEST有效時(shí),結(jié)束等待狀態(tài)。地址/數(shù)據(jù)線地址/狀態(tài)線復(fù)用非屏蔽中斷可屏蔽中斷請(qǐng)求最小最大模式控制MN/MX=1,最小模式MN/MX=0,最大模式讀信號(hào)總線保持請(qǐng)求信號(hào)總線保持響應(yīng)信號(hào)寫信號(hào)數(shù)據(jù)