微机笔记——1.微型计算机概述
微型计算机的组成结构与工作过程
微机的组成结构
微机的组成
一台微型计算机由四部分组成：微处理器（简称CPU），存储器，输入输出接口和总线
它们以微处理器为核心，把存储器、I/O接口电路通过总线有机的结合在一起形成微型计算机
CPU主要包括运算器、控制器、寄存器组
存储器
功能：存放程序和数据
包括：随机存取存储器RAM和只读存储器ROM
输入输出接口：连接外设备和系统总线，完成信号转换，数据缓冲，与CPU进行信号联络等工作
总线为CPU和其他部件之间提供数据、地址和控制信息的传输通道
微型机的总线结构
1）地址总线AB
2）数据总线DB
3）控制总线CB
微机工作过程
程序存储和程序控制概念（冯诺依曼概念）
执行每一条指令都包括取指、译码和执行三个基本步骤
8086/8088微处理器
20根地址线，寻址范围2^20=1MB
这两种CPU根据系统规模的大小，均有两种工作模式：最大模式和最小模式
8086/8088CPU的编程结构
8086/8088CPU的编程结构
1）执行部件EU
功能：完成指令的译码与执行工作
2）总线接口部件BIU
功能：负责与存储器，I/O传送数据
BIU使用指令队列电路来实现流水线操作，该队列为先进先出队列（FIFO），有两个指针，8086允许预取6个字节，8088允许预取4个字节的指令代码
8086/8088CPU的内部寄存器
1）数据寄存器
2）段寄存器
代码段寄存器CS
数据段寄存器DS
堆栈段寄存器SS
附加段寄存器ES
3）指针寄存器
地址指针寄存器:
SP：堆栈指针寄存器，指示堆栈在内存中的相对位置
BP：基数指针寄存器，存放数据在内存中的基地址，使寻址方式更灵活
指令指针寄存器IP
控制CPU指令的执行顺序，存放指令代码在内存中的相对地址，顺序执行时，CPU每取一个指令字节，IP自动加1
所有指令的执行都是通过CS:IP来完成的，CS的值和IP的值一起确定下一条要取出的指令地址。
4）变址寄存器
源操作数变址寄存器SI:存放源数据的地址
目的操作数变址寄存器DI：存放目的数据的地址
5）标志寄存器PSW
状态标志位：
CF:进位标志位。加(减)法运算时，若最高位有进(借)位则CF=1
OF:溢出标志位。当算术运算的结果超出了有符号数的可表达范围时，OF=1
ZF:零标志位。当运算结果为零时ZF=1
SF:符号标志位。当运算结果的最高位为1（负数）时，SF=1
PF:奇偶标志位。运算结果的低8位中“1”的个数为偶数时PF=1
AF:半进位标志位。加(减)操作中，若位3向位4有进位(借位)， AF=1.用于BCD（十进制）运算
控制标志位：
TF:单步标志位。TF=1时，使CPU处于单步运行方式。即每条指令执行完成后都产生中断，供用户检查各个寄存器及内存的当前状况，通常用于调试。
IF:中断标志位。IF=1时，CPU可以响应外部可屏蔽中断，否则，将外部可屏蔽中断屏蔽，即使有中断申请信号也不予理会
DF:方向标志位。串操作指令为自动减量指令，即从高地址向低地址处理字符串。串操作指令是对内存中连续的数据进行自动成批操作。
存储器组织
1）分段结构
8086/8088CPU对外20位地址，可访问1MB的内存空间，可是其内部寄存器都只有16位，最多可寻址64KB存储空间。
因此，引入了分段的概念。即将MB的存储空间分为若干个逻辑段，每个逻辑段具64KB的存储空间
程序在内存中是分段存放的，即指令代码，数据，堆栈分开存放。每段有明确的首地址，段和段之间的地址可以连续、断开、重叠。
这样，一个存储单元除了具有一个唯一的物理地址外，还具有多个逻辑地址。
2）段地址、段内地址（偏移地址）和物理地址
采用存储器的分段结构后，任何一个20位的物理地址都由段地址和段内地址（偏移地址）两部分构成，其中段内地址指出了操作数所在位置距段起始位置的偏移量，段地址和段内地址有时也称逻辑地址。形式为：段地址：段内地址
3）段寄存器的使用
8086/8088CPU的工作模式与引脚功能
数据线和地址线AD0-AD15
地址引线有20条，数据引线有16条，为了减少外接引线的数目，数据引线和地址引线的低16位是分时复用的。分时复用是通过ALE信号控制
控制信号线
8086的控制信号线一共有17条，一个VCC，两个GND。17+20+3=40
17根控制信号中，9根控制信号与最大最小模式无关，8根控制线在最大模式和最小模式中有不同的定义
一、共用控制信号
1）时钟信号CLK 19管脚，输入
2）NMI 17引脚，非屏蔽中断请求信号，输入，上升沿触发（边沿触发）。
不受中断标志IF的影响，不能用软件控制（屏蔽），每当该端输入一个正沿触发信号时，CPU就会在当前指令周期结束后，进入终端类型号为2的中断处理程序，在8086微机中，该中断用于I/O与内存的奇偶校验
3）INTR 18引脚 可屏蔽中断请求信号，输入，高电平有效（电平触发）。
4）RD‾\overline{RD}RD 32引脚 读信号 输入，低电平有效
5）MN/MX‾\overline{MX}MX(Min/Max) 33引脚 最大最小模式控制信号 输入。接高电平为工作在最小模式。
6）REDAY 22引脚 准备好信号 输入 高电平信号
7）TEST‾\overline{TEST}TEST 23引脚 测试信号 输入 低电平有效 和WAIT指令结合使用
8）RESET复位信号 21引脚 输入 高电平有效 高电平宽度至少大于四个时钟周期。
9）BHE‾\overline{BHE}BHE /S7S_7S7 34引脚 高8位数据总线允许/状态复用引脚，输出。 8086CPU特有信号
二、与系统最小工作模式有关的信号引脚
1）INTA‾\overline{INTA}INTA 24引脚 中断响应信号 输出
2）ALE 25引脚 地址锁存允许信号 输出 高电平有效
3）DEN‾\overline{DEN}DEN 26引脚 数据允许信号 输出 低电平有效
4）DT/ R‾\overline{R}R 27引脚 数据收发方向控制信号 输出 高发低收
5）M/IO‾\overline{IO}IO 28引脚 存储器 I/O控制信号 输出
高电平为对存储器的访问，低电平为对I/O口的访问
8808CPU为M‾\overline{M}M/IO
6)WR‾\overline{WR}WR 29引脚 写信号 输出 低电平有效
7）HOLD 31引脚 总线保持请求信号 输入 高电平有效
8）HLDA 30引脚 总线保持响应信号 输出 高电平有效
三、与系统最大工作模式有关的信号引脚
1）S2‾\overline{S_2}S2,S1‾\overline{S_1}S1,S0‾\overline{S_0}S0 26-28引脚 总线周期状态信号 输出
2）RQ‾\overline{RQ}RQ /KaTeX parse error: Undefined control sequence: \overlineGT at position 1: \̲o̲v̲e̲r̲l̲i̲n̲e̲G̲T̲_0} 31引脚 总线请求输入，总线请求允许信号输出 输入输出双向
3）RQ‾\overline{RQ}RQ /KaTeX parse error: Undefined control sequence: \overlineGT at position 1: \̲o̲v̲e̲r̲l̲i̲n̲e̲G̲T̲_1} 30引脚 总线请求输入，总线请求允许信号输出 输入输出双向 优先级低于31引脚
4）LOCK‾\overline{LOCK}LOCK 29引脚 总线封锁信号 输出
5）QS1,QS0 24 25引脚 指令队列状态信号 输出
8086/8088微处理器工作模式及典型时序分析
CPU工作模式
工作模式选择 33引脚是最大最小工作模式控制引脚
典型时序分析
时钟周期为系统时钟频率的倒数,是CPU最基本的时间计量单位。
时钟周期又称为T状态。
通常所说的主频就是指时钟频率。如主频为5MHz，则其时钟信号的周期为干=1/5MHz=O.2us。
指令周期为执行一条指令所需要的时间
可以将指令周期划分为一个个总线周期，每个总线周期对应一种功能。
每当CPU要访问存储器或I/0端口，以及BIU取指令以填充指令队列缓冲器时，都要通过BIU单元访问总线，称为总线操作。
每一次访问总线的时间就是一个总线周期。若干个总线周期构成一个指令周期。
通常4个时钟周期组成一个总线周期，故基本总线周期有4个T状态
不同的指令，其指令周期中所包含的总线周期是不相同的。但归纳起来主要包括下列几种基本的总线周期:
存储器读/写总线周期
I/O端口读/写总线周期
中断响应总线周期
总线保持请求/总线保持响应总线周期
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