教案紙第一章 概述學習目標：1掌握常用進位計數(shù)制及其互相轉(zhuǎn)換； 2掌握數(shù)的原碼、反碼、補碼表示法，并熟練掌握補碼加減運算； 3掌握BCD、ASCLL碼； 4掌握軟、硬件概念及相互關(guān)系； 5理解數(shù)的定點和浮點表示； 6了解漢字字符集及其編碼；了解圖信息數(shù)字化。教學重點：1計算機中的數(shù)制及其編碼； 2微機的基本組成和工作原理。教學難點：1機器數(shù)和真值；2補碼的表示方法和補碼運算。教學內(nèi)容：一、 計算機中的運算基礎(chǔ)1. 數(shù)制及其轉(zhuǎn)換 1）任意進制數(shù)的共同特點（n進制）n=2、8、10、16 n進制數(shù)最多是由n個數(shù)碼組成 十進制數(shù)的組成數(shù)碼為：09 二進制數(shù)的組成數(shù)碼為：0、1 八進制數(shù)的組成數(shù)碼為：07 十六進制數(shù)的組成數(shù)碼為：09、AF 十六進制數(shù)和十進制數(shù)的對應關(guān)系是： 09相同，A-10，B-11，C-12，D-13，C-14，F(xiàn)-15 n進制數(shù)的基數(shù)或底數(shù)為n，作算術(shù)運算時，有如下特點： 低位向相鄰高位的進位是逢n進1（加法）； 低位向相鄰高位的借位是以1當本位n（減法）。 各位數(shù)碼在n進制數(shù)中所處位置的不同，所對應的權(quán)也不同 以小數(shù)點為分界點： 向左（整數(shù)部分）：各位數(shù)碼所對應的權(quán)依次是n0、n1、n2， 向右（小數(shù)部分）：各位數(shù)碼所對應的權(quán)依次是n-1、n-2、n-3， 例： 2）數(shù)制的轉(zhuǎn)換 非十進制數(shù)十進制數(shù) 轉(zhuǎn)換方法：按位權(quán)展開求和 例：101.11B = 1*22+1*20+1*2-1+1*2-2 = 4+1+0.5+0.25 = 5.75 F94H = 15*162+9*161+4*160 = 3988 注意點：只有十進制數(shù)的下標可以省略，其他進制數(shù)不可以省略。 十進制數(shù)非十進制數(shù)（K進制數(shù)） 轉(zhuǎn)換方法：分成小數(shù)和整數(shù)分別轉(zhuǎn)換。 整數(shù)部分：除K取余，直至商為0，先得的余數(shù)為低位； 小數(shù)部分：乘K取整，先得的整數(shù)為高位。 例：把3988轉(zhuǎn)換成16進制數(shù) 十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)的另一種：逐次減2的最高次冪法。例：將1539轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)表示例：0001，1010，1110，1101，1011.0100B 1 A E D B 4 H 若十六進制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制數(shù),則將每一位拆成4位。 2. 模的概念 若a和b除以M，余數(shù)相等，則稱a和b對于M是同余的，則可以寫成：a = b（mod M） 容器的最大容量稱為模。可寫成：KM + X = X （mod M） 3. 有符號數(shù)在計算機中的表示方法 在計算機中，一個有符號數(shù)可以用原碼、補碼和反碼表示。 1) 共同規(guī)律： 用0表示正號，用1表示負號，且擺放在數(shù)據(jù)的最高位，有符號數(shù)和無符號數(shù)表示的根本區(qū)別在于無符號數(shù)的最高位是數(shù)值位，有符號數(shù)的最高位是符號位； 同一正數(shù)的原、補、反碼都相同。 定義區(qū)間均對模2n 而言，其中n表示有符號數(shù)的二進制代碼位數(shù)。 2）其它規(guī)律： 任一負數(shù)的原碼和對應的正數(shù)（絕對值相等）的原碼僅是符號位不同； 任一負數(shù)的反碼是對應的正數(shù)的反碼的各位求反，反之亦然； 任一負數(shù)的補碼是對應的正數(shù)的補碼的各位求反，然后加1，反之亦然； 從定義區(qū)間上看 原碼和反碼的定義區(qū)間相同，是 2n-1X2n-1； 補碼的定義區(qū)間是 2n-1X2n-1； 0的原碼、反碼有+ 0和- 0之分； 0的補碼只有一種表達方式。 例1：設(shè)X = +97 求X原、X反、X補 （mod 28） 解：97=1100001B X原=01100001B； X反=X補=01100001B。 例2：設(shè)X = -97， 求X原、X反、X補 （mod 28） 解：97=1100001B X原=11100001B； X反=10011110B； X補=10011111B。 例3：設(shè)X = -137 求X原、X反、X補 （mod 29） 解：137=10001001B X原=110001001B； X反=101110110B； X補=101110111B。 4. 補碼、反碼加減運算規(guī)則： X+Y補=X補+Y補 X+Y反=X反+Y反 X-Y補=X補+-Y補 X-Y反=X反+-Y反 -Y補=Y補補 -Y反=Y反反 5. 基本名詞 位：BIT，縮寫為b； 字節(jié)：BYTE，由8位二進制數(shù)代碼表示，縮寫為B； 字：WORD，取決于計算機CPU的字長，內(nèi)部寄存器的位數(shù)，其中8086CPU為16位，386、486CPU為32位； 千字節(jié)：1KB = 1024B = 210B ， 兆字節(jié)：1MB = 220B， 吉字節(jié)：1GB = 230B=1024MB 太字節(jié)：1TB = 240B=1024GB 6. 帶符號數(shù)運算時的溢出問題 溢出和進位的區(qū)別：進位是指最高位向更高位的進位，而溢出是指運算結(jié)果超出數(shù)所能表示的范圍。 帶符號數(shù)所能表示的范圍：（若用n位二進制數(shù)碼表示） 原碼：-（2n-1-1）X2n-1-1 補碼：-2n-1X2n-1-1 反碼：-（2n-1-1）X2n-1-1 溢出的判斷方法： 設(shè)CD7是符號位向更高位的進位，CD6是數(shù)值位向符號位的進位，則溢出可用V=CD7 CD6判斷，V=1表示有溢出，V=0表示無溢出。 對于加減法，也可以這樣判斷，只有下述4中情況有可能產(chǎn)生溢出： 正數(shù)+正數(shù)，結(jié)果應為正，若為正，則無溢出；若為負，則有溢出。 負數(shù)+負數(shù)，結(jié)果應為負，若為負，則無溢出；若為正，則有溢出。 正數(shù)-負數(shù)，結(jié)果應為正，若為正，則無溢出；若為負，則有溢出。 負數(shù)-正數(shù)，結(jié)果應為負，若為負，則無溢出；若為正，則有溢出。 對于乘（除）法，乘積（商）超過了能存放的范圍有溢出，否則無溢出。 其它情況肯定無溢出。 注意點：無符號數(shù)和帶符號數(shù)表示方法的區(qū)別： 無符號數(shù)：無符號位，所有位都是數(shù)值位，即最高位也是數(shù)值位； 帶符號數(shù)：有符號數(shù)，且在最高位，其余各位才是數(shù)值位。二、 計算機中數(shù)據(jù)的編碼 1. 十進制數(shù)在計算機中的表示方法 BCD（Binary Coded Decimal）是用4位二進制代碼表示一位十進制數(shù)，由于4位二進制代碼表示16種狀態(tài)，而十進制數(shù)只取其中10種狀態(tài)。選擇不同的對應規(guī)律，可以得到不同形式的BCD碼。最常用的是8421BCD碼。 例：59 = （0101，1001）BCD 465 = （0100，0110，0101）BCD （011010000010）BCD = （0110，1000，0010）BCD = 682 注意點：BCD碼與二進制數(shù)之間不能直接轉(zhuǎn)換，需將BCD碼先轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)，再由十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)。與十六進制數(shù)的區(qū)別在于：組內(nèi)逢2進1，組間逢十進1。 表1-1 8421 BCD碼 十進制數(shù) 8421BCD碼 十進制數(shù) 8421BCD碼 0 0000 5 0101 1 0001 6 0110 2 0010 7 0111 3 0011 8 1000 4 0100 9 1001 2. 字符在計算機中的表示方法 由于大、小寫英文字母、09數(shù)字字符、標點符號、計算機特殊控制符一共不超過128個，所以只要用七位二進制數(shù)碼來表示，稱為ASCII碼。國際標準為ISO-646，我國國家標準為GB1988。在計算機中，一個字符通常用一個字節(jié)（八位）表示，最高位通常為0或用于奇偶校驗位。 例： A= 41H = 01000001B 0= 30H = 00110000B a= 61H = 01100001B ； = 3BH = 00111011B ISO2022標準在兼容ISO646的基礎(chǔ)上擴展成8位碼，可表示256個字符，擴充了希臘字母、數(shù)學符號、非拉丁字符、商用圖符，游戲符號等。 3. 機器數(shù)和真值 機器數(shù)：是擺在計算機寄存器或存儲器或I/O端口中的數(shù)； 真值：描述機器數(shù)對應于某一確定的碼制就有唯一確定的值。 例：機器數(shù)34H，用原碼表示為+52；用反碼表示為+52；用補碼表示為+52；用BCD碼表示為34；用ASCII碼表示為4。 即+52原=+52反=+52補=34H 34BCD = 34H 4ASCII = 34H 機器數(shù)97H，用原碼表示為-23；用反碼表示為-104；用補碼表示為-105；用BCD碼表示為97；用ASCII碼表示為ETB。 三、漢字編碼計算機系統(tǒng)中漢字在不同應用界面有不同的編碼，如輸入、存儲、傳輸、交換、顯示等不同場合同一漢字各有不同的編碼，同一應用界面也存在多種漢字代碼。 1 常用漢字字符集與編碼 按使用頻度可把漢字分為高頻字（約100個）、常用字（約3000個）、次常用字（約4000個）、罕見字（約8000個）和死字（約45000個）。 我國1981年公布了“信息交換用漢字字符集基本集”（GB2312-80）。該標準選取6763個常用漢字和682個非漢字字符，為每個字符規(guī)定了標準代碼。該字符集及其編碼稱為國標交換碼，簡稱國標碼。 GB2312字符集由三部分組成：第一部分是字母、數(shù)字和各種常用符號（拉丁字母、俄文字母、日文平假名與片假名、希臘字母、制表符等）共682個：第二部分是一級常用漢字3755個，按漢語拼音順序排列：第三部分是二級常用漢字3008個，按偏旁部首排列。 GB2312國標字符集構(gòu)成一個二維平面，分成94行94列，行號稱為區(qū)號，列號稱為位號，分別用七位二進制數(shù)表示。每個漢字或字符在碼表中都有各自確定的位置，即有一個唯一確定的14位編碼（7位區(qū)號在左，7位位號在右），用區(qū)號和位號作為漢字的編碼就是漢字的區(qū)位碼。GB2312-80字符集中字符二維分布如圖1-1所示。 漢字的區(qū)位碼與國標碼不相同。為了正確無誤地進行信息傳輸，不于ASCII碼的控制代碼相混淆，在區(qū)位碼的區(qū)號和位號上各自加32（即20H），就構(gòu)成了該漢字的國標碼。 為了存儲與處理方便，漢字國際碼的高低七位各用一個字節(jié)（8位）來表示，即用兩個字節(jié)表示一個漢字。在計算機中雙字節(jié)漢字與單字節(jié)西文字符混合使用、處理，漢字編碼的各個字節(jié)若不予以特別標識，就會與單字節(jié)的ASCII碼混淆不清；為此，將標識漢字的兩個字節(jié)編碼的最高位置為1，這種最高位為1的雙字節(jié)漢字編碼就是中國大陸普遍采用的漢字機內(nèi)碼，簡稱內(nèi)碼，是計算機內(nèi)部存儲、處理漢字所使用的代碼。內(nèi)碼、國BIAO 2碼、區(qū)位碼三者的關(guān)系是： 高字節(jié)內(nèi)碼=高字節(jié)國標碼+80H=區(qū)碼+20H+80H=區(qū)碼+0A0H=區(qū)碼+160 低字節(jié)內(nèi)碼=低字節(jié)國標碼+80H=位碼+20H+80H=位碼+0A0H=位碼+160 繁體漢字在一些地區(qū)和領(lǐng)域仍在使用，國家又制定出相應的繁體漢字字符集，國家標準代號是GB12345-90“信息交換用漢字編碼字符集輔助集”，包含了717個圖形符號和6866個繁體漢字。BIG5是我國臺灣地區(qū)計算機系統(tǒng)中使用的漢字編碼字符集，包含了420個圖形符號和13070個繁體漢字（不用簡體字）。 2通用編碼字符集UCS 字符集的基本要素是字匯和代碼；字匯應涵蓋各個文種，滿足已有的和潛在的應用要求；編碼應統(tǒng)一簡明，保證不同系統(tǒng)可直接進行信息交換。ISO/IEC10646，即“通用編碼字符集”UCS（Universal Coded Character Set）規(guī)定了全世界現(xiàn)代書面語言文字所使用的全部字符的標準編碼，用于世界上各種語言文字、字母符號的數(shù)字化表示、存儲、傳輸、交換和處理，真正實現(xiàn)了所有字符在同一字符集內(nèi)等長編碼、同等使用的多文種信息處理。 1993年5月該標準的第一部分即ISO/IEC10646.1正式發(fā)布。我國國家標準GB13000和GB13000.1與上述兩個標準相互對應，技術(shù)內(nèi)容完全一致。 UCS編碼字符集的總體結(jié)構(gòu)有組、平面、行、字位構(gòu)成四維編碼空間，即UCS有00-7F共128個組、每個組有00-FF共256個平面、每個面有00-FF共256行、每行有00-FF共256個字（位）每個字位用八位二進制數(shù)（一個字節(jié)）表示。這樣，UCS中每一個字符用四個字節(jié)編碼，對應每個字符在編碼空間的組號、平面號、行號和字位號，稱為四八位正則形式，記作UCS-4。UCS-4提供了極大的編碼空間，可安排多達13億個字符，充分滿足世界上多種民族語言文字信息處理的需要。 3、漢字的輸入 向計算機輸入漢字信息的方法很多，眾多的漢字輸入方法可歸納成三大類：鍵盤輸入法、字形識別法和語音識別法。其中語音識別法在一定條件下能達到某些預期效果（接近實用），字形識別法中的印刷漢字掃描輸入自動識別已廣泛應用于文獻資料錄排存擋，手寫漢字聯(lián)機識別已達到實用的水平，而普通廣泛采用的漢字輸入方法仍是簡便的在英文鍵盤上輸入漢字的方法。漢字數(shù)量龐大，無法使每個漢字與鍵盤上的鍵一一對應，因此每個漢字須用幾個鍵符編碼表示，這就是漢字的輸入編碼。 漢字輸入編碼多達幾百種，可歸納為四類：數(shù)字編碼、字音編碼、字形編碼和音形編碼。不管采用哪一種輸入編碼，漢字在計算機中的內(nèi)碼、交換碼都是一樣的，由該種輸入方法的程序自動完成輸入碼到內(nèi)碼的轉(zhuǎn)換。 4漢字的輸出 在計算機內(nèi)部，只對漢字內(nèi)碼進行處理，不涉及漢字本身的形象字形。若漢字處理的結(jié)果直接供人使用，則必須把漢字內(nèi)碼還原成漢字字形。一個字符集的所有字符的形狀描述信息集合在一起稱為該字符集的字形信息庫，簡稱字庫。不同的字體（如宋、仿、楷、黑等）有不同的字庫。每個輸出一個漢字，都必須根據(jù)內(nèi)碼到字庫中找出該漢字的字形描述信息，再送去顯示或打印。 描述字符（包括漢字）字形的方法主要有兩種：點陣字型和輪廓字形。 點陣字形由排成方陣（如 1616、2424、4848）的一組二進制數(shù)字表示一個字符，1表示對應位置是黑點，0表示對應位置是空白。1616點陣字形常用于屏幕顯示，筆畫生硬、細節(jié)難以區(qū)分：打印輸出常用2424、4040、4848、等等甚至9696。點陣的數(shù)目越多，筆鋒越完整，字跡亦清晰美觀。 輪廓字行表示比較復雜。該方法用一組直線和曲線來勾畫字符（如漢字、字母、符號、數(shù)字等）的筆畫輪廓，記下構(gòu)成字符的每一條直線和曲線的數(shù)學描述（端點和控制點的坐標）。輪廓字符描述的精度高，字形可任意縮放而不變形，也可按需要任意變化。輪廓字形在輸出之前必須通過復雜的處理轉(zhuǎn)換成點陣形式。Windows True Type 字庫就是典型的輪廓字符表示法。 四、微機系統(tǒng)的基本組成由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分組成，并采用總線結(jié)構(gòu)。 1. 硬件系統(tǒng) 是指構(gòu)成微機系統(tǒng)的全部物理裝置。 通常，計算機硬件系統(tǒng)由五部分組成： 1）存儲器：用來存放數(shù)據(jù)和程序，例如半導體存儲器、磁介質(zhì)存儲器； 2）微處理器（包括運算器和控制器）：運算器用來完成二進制編碼的算術(shù)和邏輯運算； 控制器控制計算機進行各種操作的部件； 3）輸入設(shè)備及其接口電路：用來輸入數(shù)據(jù)、程序、命令和各種信號，例如鍵盤、鼠標器等； 4）輸出設(shè)備及其接口電路：用來輸出計算機處理的結(jié)果，例如打印機、CRT等。 微機硬件系統(tǒng)只不過把運算器和控制器用大規(guī)模集成電路工藝技術(shù)集成在一塊芯片上，這塊芯片稱為CPU（中央處理單元），其余組成部分同上。 5）網(wǎng)絡(luò)設(shè)備 2. 軟件系統(tǒng) 是指計算機所編制的各種程序的集合。可分為兩大類： 1）系統(tǒng)軟件 用來實現(xiàn)對計算機資源管理、控制和維護，便于人們使用計算機而配置的軟件，該軟件由廠家提供。它包括操作系統(tǒng)（或監(jiān)控管理程序），各種語言的匯編、解釋、編譯程序，數(shù)據(jù)庫管理程序，編輯、調(diào)試、裝配、故障檢查和診斷等工具軟件。 操作系統(tǒng)在系統(tǒng)軟件中具有特殊地位。只要計算機處于工作狀態(tài)，就有操作系統(tǒng)的有關(guān)部分在內(nèi)存儲器中，負責接受、分析并調(diào)度執(zhí)行用戶的程序和各種命令，DOS及WINDOWS是目前最流行的微機操作系統(tǒng)。 2）應用軟件 是指用戶利用計算機以及它所提供的各種系統(tǒng)軟件編制的解決各種實際問題的程序。它包括支撐軟件和用戶自己編制的程序。 支撐軟件有： 文字處理軟件：Wordstar、Write、Wps、Wode、中文之星等； 表格處理軟件：Lotus1-2-3、CCED、Excel等； 圖形處理軟件：AutoCAD、TANGO、Powerpoint、PROTEL98以及2000等； 圖文排版軟件：華光、科印、方正等； 防治病毒軟件：SCAN、KILL、CLEAN、MSAV、KV3000； 工具軟件：PCTOOLS等。 套裝軟件：Microsoft-office，它基于Windows，包括Word、Excel、Powerpoint、MS Mail等。 3. 軟、硬件的關(guān)系 硬件系統(tǒng)是人們操作微機的物理基礎(chǔ)，軟件系統(tǒng)是人們與微機系統(tǒng)進行信息交換、通信對話、按人的思維對微機系統(tǒng)進行控制和管理的工具。 關(guān)系如下： 用戶 各種應用軟件 各種系統(tǒng)軟件 微機硬件系統(tǒng) 4. 微機的總線結(jié)構(gòu) 1） 總線：是指連接多于兩個不見的公共信息通路，或者說是多個部件之間的公共連線。 2） 按照總線上傳送信息內(nèi)容分類： 數(shù)據(jù)總線DB：傳送數(shù)據(jù)信息； 控制總線CB：傳送控制信息，確定數(shù)據(jù)信息的流向； 地址總線AB：傳送地址信息，確定數(shù)據(jù)信息的傳送地址。 第二章80 X 86系列微處理器學習目標: 1掌握CPU寄存器結(jié)構(gòu)、作用，存儲器分段與物理地址形成； 2了解微處理器的發(fā)展。3掌握CPU引腳功能，理解存儲器讀/寫時序；最小/最大模式的概念。 教學重點： 1 8086微處理器結(jié)構(gòu)： CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)：總線接口部件BIU，執(zhí)行部件EU； CPU寄存器結(jié)構(gòu)：通用寄存器，段寄存器，標志寄存器，指令指針寄存器； 2 8086微機系統(tǒng)存儲器結(jié)構(gòu)： 存儲器地址空間與數(shù)據(jù)存儲格式； 存儲器組成；存儲器分段。 3CPU引腳及其功能：公用引腳，最小模式控制信號引腳，最大模式控制信號引腳； 4存儲器讀/寫時序。教學難點： 1存儲器的地址表達方式。2引腳功能，最小/最大模式系統(tǒng)形成； 3存儲器讀/寫時序。教學內(nèi)容:一、8086/8088CPU的結(jié)構(gòu)8086/8088 CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 8086/8088 CPU的內(nèi)部是由兩個獨立的工作部件構(gòu)成,分別是總線接口部件BIU(Bus Interface Unit)和執(zhí)行部件EU(Execution Unit)。圖中虛線右半部分是BIU，左半部分是EU。兩者并行操作，提高了CPU的運行效率。 1）指令執(zhí)行部件 指令執(zhí)行部件EU主要由算術(shù)邏輯運算單元ALU、標志寄存器FR、通用寄存器組和EU控制器等四個部件組成。其主要功能是執(zhí)行命令。一般情況下指令順序執(zhí)行，EU可不斷地從BIU指令隊列緩沖器中取得執(zhí)行的指令，連續(xù)執(zhí)行指令，而省去了訪問存儲器取指令所需的時間。如果指令執(zhí)行過程中需要訪問存儲器存取數(shù)據(jù)時，只需將要訪問的地址送給BIU，等待操作數(shù)到來后再繼續(xù)執(zhí)行。遇到轉(zhuǎn)移類指令時則將指令隊列中的后續(xù)指令作廢，等待BIU重新從存儲器中取出新的指令代碼進入指令隊列緩沖器后，EU才能繼續(xù)執(zhí)行指令。這種情況下，EU和BIU的并行操作回受到一定的影響，但只要轉(zhuǎn)移類指令出現(xiàn)的頻率不是很高，兩者的并行操作仍然能取得較好的效果。 EU中的算術(shù)邏輯運算部件ALU可完成16位或8位二進制數(shù)的運算，運算結(jié)果一方面通過內(nèi)部總線送到通用寄存器組或BIU的內(nèi)部寄存器中以等待寫到存儲器；另一方面影響狀態(tài)標志寄存器FR的狀態(tài)標志位。16位暫存器用于暫時存放參加運算的操作數(shù)。 EU控制器則負責從BIU的指令隊列緩沖器中取指令、分析指令（即對指令譯碼），然后根據(jù)譯碼結(jié)果向EU內(nèi)部各部件發(fā)出控制命令以完成指令的功能。 2）總線接口部件BIU 總線接口部件BIU主要有地址加法器、專用寄存器組、指令隊列緩沖器以及總線控制電路等四個部件組成。其主要功能是負責完成CPU與存儲器或I/O設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳送。BIU中地址加法器將來自于段寄存器的16位地址段首地址左移4位后與來自于IP寄存器或EU提供的16位偏移地址相加（通常將“段首地址：偏移地址”稱為邏輯地址），形成一個20位的實際地址（又稱為物理地址），以對1MB的存儲空間進行尋址。具體講：當CPU執(zhí)行指令時，BIU根據(jù)指令的尋址方式通過地址加法器形成指令在存儲器中的物理地址，然后訪問該物理地址所對應的存儲單元，從中取出指令代碼送到指令隊列緩沖器中等待執(zhí)行。指令隊列一共6個字節(jié)（8088的指令隊列為4個字節(jié)），一旦指令隊列中空出2個（8086中）或一個（8088中）字節(jié)，BIU將自動進入讀指令操作以填滿指令隊列；遇到轉(zhuǎn)移類指令時，BIU將指令隊列中的已有指令作廢，重新從新的目標地址中取指令送到指令隊列中；當EU需要讀寫數(shù)據(jù)時，BIU將根據(jù)EU送來的操作數(shù)地址形成操作數(shù)的物理地址，從中讀取操作數(shù)或者將指令的執(zhí)行結(jié)果傳送到該物理地址所指定的內(nèi)存單元或外設(shè)端口中。 BIU的總線控制電路將CPU的內(nèi)部總線與外部總線相連，是CPU與外部交換數(shù)據(jù)的通路。對于8086而言，BIU的總線控制電路包括16條數(shù)據(jù)總線、20條地址總線和若干條控制總線；而8088的總線控制電路與外部交換數(shù)據(jù)的總線寬度是8位，總線控制電路與通用寄存器組之間的數(shù)據(jù)總線寬度也是8位，而EU內(nèi)部總線仍是16位，這也是將8088稱為準16位的微處理器的原因。 3）8086/8088 CPU寄存器陣列（寄存器組） 8086/8088 CPU中有14個16位的寄存器，按用途分為四類： 通用寄存器：8個，分為兩組： 數(shù)據(jù)寄存器：累加器AX、基址寄存器BX、計數(shù)寄存器CX、數(shù)據(jù)寄存器DX，每個數(shù)據(jù)寄存器可存放16位操作數(shù)，也可拆成兩個 8位寄存器，用來存放8位操作數(shù)，AX、BX、CX、DX分別可拆成AH、AL、BH、BL、CH、CL、DH、DL，其中AH、BH、CH、DH為高八位，AL、BL、CL、DL為低八位； 指針和變址寄存器：堆棧指針SP、基址指針BP、源變址寄存器SI、目的變址寄存器DI，可用來存放數(shù)據(jù)和地址，但只能按16位進行存取操作。 通用寄存器的特定用法見表2.1。 段寄存器：4個 代碼段寄存器CS：用于存放當前代碼段的段地址； 數(shù)據(jù)段寄存器DS：用于存放當前數(shù)據(jù)段的段地址； 附加段寄存器ES：用于存放當前附加段的段地址； 堆棧段寄存器SS：用于存放當前堆棧段的段地址。 專用寄存器：兩個 標志寄存器FR：僅定義了9位，其中6位用作狀態(tài)標志，3位用作控制標志。 a. 狀態(tài)標志位用來反映EU執(zhí)行算術(shù)或邏輯運算的結(jié)果特征，6個狀態(tài)位如下： 進位標志CF：當加法運算有進位，減法運算有借位時，CF=1，否則CF=0； 輔助進位標志AF:在字節(jié)操作時,低4位向高4位有進位(加法)或有借位(減法)；在字操作時，低字節(jié)向高字節(jié)有進位（加法）或有借位（減法）時，則AF=1，否則AF=0。 奇偶校驗標志PF：當運算結(jié)果低8位“1”的個數(shù)為偶數(shù)時，PF=1，否則PF=0； 零標志ZF：當運算結(jié)果位0時，ZF=1，否則ZF=0； 溢出標志OF：在有符號數(shù)的算術(shù)運算時，當運算結(jié)果有溢出時，OF=1，否則OF=0； 符號標志SF：在有符號數(shù)的算術(shù)運算時，當運算結(jié)果為負時，SF=1，否則SF=0； b. 控制標志位用來控制CPU的操作,3個標志位如下: 方向標志DF:當DF=0時，在串操作指令中，進行自動增址操作；當DF=1時，在串操作指令中，進行自動減址操作； 中斷允許標志IF：當IF=0時，禁止CPU響應可屏蔽中斷；當IF=1時，允許CPU響應可屏蔽中斷； 單步陷阱標志TF：當IF=1時，表示CPU進入單步工作方式；當IF=0時，表示CPU正常執(zhí)行程序。 8086/8088 CPU寄存器結(jié)構(gòu)見圖2.1。 指令指針I(yè)P：用來存放要取的下一條指令在當前代碼段中的偏移地址，程序不能直接訪問IP，在程序運行過程中，BIU可修改IP中內(nèi)容。 二、 8086/8088存儲器的結(jié)構(gòu)1. 存儲器地址空間與數(shù)據(jù)存儲格式 1）地址空間：1MB，地址范圍：00000HFFFFFH 2）數(shù)據(jù)存儲格式： 每個存儲單元存儲一個字節(jié)的數(shù)據(jù)，存取一個字節(jié)的數(shù)據(jù)需一個總線周期。兩個相鄰的字節(jié)定義為一個字。每一個字的低字節(jié)存放在低地址中，高字節(jié)存放在高地址中，并以低字節(jié)的地址作為字地址。若字地址為偶地址，則稱為對準字存放，存取一個字也只需要一個總線周期；若字地址為奇地址，則稱為非對準字存放，存取一個非對準字需要兩個總線周期。見表2.4。 表2. 4 BHE和AD0的不同組合狀態(tài) 操 作 AD0 使用的數(shù)據(jù)引腳 讀或?qū)懪嫉刂返囊粋€字 0 0 AD15AD0 讀或?qū)懪嫉刂返囊粋€字節(jié) 1 0 AD7AD0 讀或?qū)懫娴刂返囊粋€字節(jié) 0 1 AD15AD8 讀或?qū)懫娴刂返囊粋€字 0 1 1 0 AD15AD8（第一個總線周期放低位數(shù)據(jù)字節(jié)） AD7AD0（第二個總線周期放高位數(shù)據(jù)字節(jié)） 2. 存儲器的組成 1MB存儲空間分成兩個512KB存儲器，即： 偶地址存儲器：（A0=0），其數(shù)據(jù)線與8086CPU系統(tǒng)的D7D0相連，A0=0用于片選； 奇地址存儲器：（A0=1），其數(shù)據(jù)線與8086CPU系統(tǒng)的D15D8相連， =0用于片選； 3. 存儲器分段 由于CPU內(nèi)部寄存器是16位，只能尋址64KB，故把1MB存儲空間劃分為四個邏輯段，邏輯段彼此獨立，但可緊密相連，也可重疊，在整個1MB存儲空間浮動，僅需改變段寄存器內(nèi)容。一般把存儲器劃分為：程序區(qū)、數(shù)據(jù)區(qū)和堆棧區(qū)。這樣，就可以在 程序區(qū)中存儲程序的指令代碼，在數(shù)據(jù)區(qū)中存儲原始數(shù)據(jù)、中間結(jié)果和最后結(jié)果，在堆棧區(qū)中存儲壓入堆棧的數(shù)據(jù)或狀態(tài)信息。8086/8088CPU通常按信息特征區(qū)分段寄存器的作用，如CS提供程序存儲區(qū)的段地址，DS和ES提供存儲源和目的數(shù)據(jù)區(qū)的段地址，SS提供堆棧區(qū)的段地址。 由于系統(tǒng)中只設(shè)有4個段寄存器，任何時候CPU只能識別當前可尋址的4個邏輯段。如果程序量或數(shù)據(jù)量很大，超過64K字節(jié)，那么可定義多個代碼段、數(shù)據(jù)段、附加段和堆棧段，但4個段寄存器中必須是當前正在使用的邏輯段的基地址，需要時可修改這些段寄存器的內(nèi)容，以擴大程序的規(guī)模。 段地址：每個邏輯段起始地址的高16位，即段寄存器的內(nèi)容，無符號數(shù)； 段基地址：每個邏輯段起始地址； 邏輯地址：段地址：偏移地址，在程序中使用； 物理地址：存儲單元的實際地址，物理地址=段地址*16+偏移地址； 偏移地址：相對段基地址的偏移量，無符號數(shù)，也稱有效地址EA。 四、堆棧段 堆棧是以“后進先出”的原則暫存一批需要保護的數(shù)據(jù)或地址的一個特定存儲區(qū)。 堆棧段段地址由SS提供，偏移地址由SP提供，SP始終指向棧頂。堆棧操作有壓棧（PUSH）和出棧（POP）兩種，均以字為單位。 壓棧過程：例PUSH AX SPSP-1 （SP）AH SPSP-1 （SP）AL 出棧過程：例POP BX BL（SP） SPSP+1 BH（SP） SPSP+1 三、微處理器的發(fā)展隨著VLSI大規(guī)模集成電路和計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，微處理器的面貌日新月異，從單片集成上升到系統(tǒng)集成，性能價格比不斷提高，微處理器字長從4位8位16位32位64位，工作頻率從不到1MHz到目前的1.3GHz，發(fā)展之快，匪夷所思。 180286微處理器 80286芯片內(nèi)含13.5萬個晶體管，集成了存儲管理和存儲保護機構(gòu)，80286將8086中BIU的EU兩個處理單元進一步分離成四個處理單元，它們分別是總線單元BU、地址單元AU、指令單元IU和執(zhí)行單元EU。BU和AU的操作基本上和8086的BIU一樣，AU專門用來計算物理地址，BU根據(jù)AU算出的物理地址預取指令（可多達6個字節(jié)）和讀寫操作數(shù)。 80286內(nèi)部有15個16位寄存器，其中14個與8086寄存器的名稱和功能完全相同。不同之處有二：其一標志寄存器增設(shè)了2個新標志，一個為I/O特權(quán)層標志IOPL（I/O Privilege），占D13D12兩位，有00、01、10、11四級特權(quán)層：其二增加了一個16位的機器狀態(tài)字（MSW）寄存器，但只用了低4位，D3為任務(wù)轉(zhuǎn)換位TS，D2為協(xié)處理器仿真位EM，D1為監(jiān)督協(xié)處理器位MP，D0為保護允許位PE；其余位都空著未用。 80286有24根地址線，16根數(shù)據(jù)線，16根控制線（其中輸出的狀態(tài)線8根，輸入的控制線8根），地址線和數(shù)據(jù)線、狀態(tài)線不再分時復用。80286封裝在68條引腳的正方形管殼中，管殼四面引腳。68根引腳中有5條引腳未編碼（NC），Vcc有2條，Vss有3條，各引腳的符號和名稱如表2.5所示。 表2.5 80286引腳符號和名稱 符號 I/O 名稱 符號 I/O 名稱 CLK I 系統(tǒng)時鐘 INTR I 中斷請求 D15D0 I/O 數(shù)據(jù)總線 NMI I 不可屏蔽中斷請求 A23A0 O 地址總線 PEREQ I 協(xié)處理器操作數(shù)請求 O總線高字節(jié)有效 O 協(xié)處理器操作數(shù)響應 O總線周期狀態(tài) I 協(xié)處理器忙 M/ O存儲器/IO選擇 I 協(xié)處理器出錯 COD/ O代碼/中斷響應 RESET I系統(tǒng)總清 ： O總線封鎖 Vss I系統(tǒng)地 I總線準備就緒 Vcc I+5V電源 HOLD I總線保持請求 CAP I 襯底濾波電容器 HLDA O總線保持響應 80286對8086基本指令集進行了擴展。 280386微處理 80386CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)由6個邏輯單元組成，它們分別是：總線接口部件BIU（Bus Interface Unit）、指令預取部件IPU（Instruction Prefetch Unit）、指令譯碼部件IDU（Instruction 表2.6 80386引腳名稱和功能 信號名稱 信號功能 有效狀態(tài) 輸入/輸出 CLK2 時鐘 - I D31D0 數(shù)據(jù)總線 - IO 字節(jié)使能 低 O A31A0 地址總線 - O W/ 寫讀指示 - O D/ 數(shù)據(jù)-控制指示 - O M/ 存儲器-I/O指示 - O 總線封鎖指示 低 O 地址狀態(tài) 低 O 下地址請求 低 I 總線寬度16位 低 I 傳送認可（準備好） 低 I HOLD 總線占用請求 高 I HLDA 總線占用認可 高 O PEREQ 協(xié)處理器請求 高 I 協(xié)處理器忙 低 I 協(xié)處理器出錯 低 I INTR 可屏蔽中斷請求 高 I NMI 不可屏蔽中斷請求 高 I RESET 復位 高 I Decode unit）、執(zhí)行部件EU（Execution Unit）、段管理部件SU（Segment Unit）和頁管理部件PU（Paging Unit）。CPU采用流水線方式，可并行地運行取指令、譯碼、執(zhí)行指令、存儲管理、總線與外部接口等功能，達到四級并行流水操作（取指令、指令譯碼、操作數(shù)地址生成和執(zhí)行指令操作）。 80386采用PGA（管腳柵格陣列）封裝技術(shù)，芯片封裝在正方形管殼內(nèi)，管殼每邊三排引腳，共132根。80386管腳名稱和功能見表2.6。 380486微處理器 Intel公司于1989年推出了第二代32位微處理器80486。集成度是386的4倍以上，168個引腳，PGA封裝，體系結(jié)構(gòu)與386幾乎相同，但在相同的工作頻率下處理速度比386提高了24倍，80486的工作頻率最低為25MHz，最高達到132MHz。其主要特點如下： （1）采用精簡指令系統(tǒng)計算機RISC（Reduced Instruction Set Computer）技術(shù)，減少不規(guī)則的控制部分，從而縮減了指令的譯碼時間，使微處理器的平均處理速度達到1.2條指令/時鐘。 （2）內(nèi)含8KB的高速緩存（Cache），用于對頻繁訪問的指令和數(shù)據(jù)實現(xiàn)快速的存取。如果CPU所需要的指令或數(shù)據(jù)在高速緩存中（即命中），則勿需插入等待狀態(tài)便直接把指令或數(shù)據(jù)從Cache中取到；相反，如果未命中，CPU便從主存中讀取指令或數(shù)據(jù)。由于存儲訪問的局部性，高速緩存的“命中”率一般很高，使得插入的等待狀態(tài)很少，同時高“命中率”必然降低外部總線的使用頻率，提高了系統(tǒng)的性能。 （3）80486芯片內(nèi)包含有與獨立的80387完全兼容且功能又有所擴充的片內(nèi)80387協(xié)處理器，稱作浮點運算部件（FPU）。 （4）80486采用了猝發(fā)式總線（Burst Bus）技術(shù)，系統(tǒng)取得一個地址后，與該地址相關(guān)的一組數(shù)據(jù)都可以進行輸入/輸出，有效地解決了CPU與存儲器之間的數(shù)據(jù)交換問題。 （5）80486CPU與8086/8088的兼容性是以實地址方式來保證的。其保護地址方式和80386指標一樣，80486也繼承了虛擬8086方式。 （6）80486CPU的開發(fā)目標是實現(xiàn)高集成化，并支持多處理機系統(tǒng)。可以使用N個80486構(gòu)成多處理機的結(jié)構(gòu)。 4Pentium微處理器 1993年3月Intel公司推出Pentium微處理器，后又相繼推出了高能奔騰Pentium Pro、多能奔騰Pentium MMX以及奔騰第二代（P）、第三代（P）和P4。奔騰機主頻也從最初的60MHz提高到1GHz以上。Pentium芯片內(nèi)含310萬個晶體管，原來被置于片外的單元如數(shù)學協(xié)助處理器和Cache等，被集成到片內(nèi)，速度得到顯著的提高。Pentium的設(shè)計中采用了新的體系結(jié)構(gòu)，大大提高了CPU的主體性能。第一代奔騰芯片內(nèi)置32位地址總線和64位數(shù)據(jù)總線以及浮點運算單元、存儲管理單元和兩個8KB的Cache（分別用于指令和數(shù)據(jù)），還有一個SMM（System Management Mode）系統(tǒng)管理模式。 Pentium新型體系結(jié)構(gòu)可以歸納為以下四個方面： （1）超標量流水線 超標量流水線（Superscalar）設(shè)計是Pentium處理器技術(shù)的核心，它由u與v兩條指令流水線構(gòu)成。每條流水線都擁有自己的ALU、地址生成電路和數(shù)據(jù)Cache接口。這種流水線結(jié)構(gòu)允許Pentium在單個時鐘周期內(nèi)執(zhí)行兩條整數(shù)指令，比相同頻率的80486CPU性能提高了一倍。與80486流水線相類似，Pentium的每一條流水線也分為5個步驟：指令預取、指令譯碼、地址生成、指令執(zhí)行、回寫。當一條指令完成預取步驟，流水線就可以開始對另一條指令的操作。但與80486不同的是，由于Pentium的雙流水線結(jié)構(gòu)，它可以一次執(zhí)行兩條指令，每條流水線中執(zhí)行一條。這個過程稱為“指令并行”。在這種情況下，要求指令必須是簡單指令，且v流水線總是接受u流水線的下一條指令。但如果兩條指令同時操作產(chǎn)生的結(jié)果發(fā)生沖突時，則要求Pentium還必須借助與適用的編譯工具產(chǎn)生盡量不沖突的指令序列，以保證其有效使用。 （2）獨立的指令Cache和數(shù)據(jù)Cache 80486片內(nèi)有8KB的Cache，而Pentium有2個8KB的Cache，指令和數(shù)據(jù)各使用一個Cache，使Pentium的性能大大超過80486微處理器。例如，流水線的第一步驟為指令預取，在這一步中，指令從指令Cache中取出來，如果指令和數(shù)據(jù)合用Cache，則指令預取和數(shù)據(jù)操作之間將很可能發(fā)生沖突。而提供兩個獨立Cache將可避免這種沖突并允許兩個操作同時進行。 （3）重新設(shè)計的浮點運算單元 Pentium的浮點單元在80486的基礎(chǔ)上進行了徹底的改進，每個時鐘周期能完成一個或兩個浮點運算。 （4）分支預測 循環(huán)操作在軟件設(shè)計中使用十分普通，而且每次在循環(huán)中對循環(huán)條件的判斷占用了大量的CPU時間，為此，Pentium提供一個稱為分支目標緩沖器BTB（Branch Target Buffer）的小Cache來動態(tài)地預測程序分支，提高循環(huán)程序運行速度。 四、8086/8088 CPU芯片的引腳及其功能8086/8088 CPU具有40條引腳，雙列直插式封裝，采用分時復用地址數(shù)據(jù)總線，從而使8086/8088 CPU用40條引腳實現(xiàn)20位地址、16位數(shù)據(jù)、控制信號及狀態(tài)信號的傳輸。8086/8088 CPU芯片可以在兩種模式下工作，即最大模式和最小模式。 最大模式：指系統(tǒng)中通常含有兩個或多個微處理器（即多微處理器系統(tǒng)），其中一個主處理器就是8086/8088 CPU，另外的處理器可以是協(xié)處理器I/O處理器。 最小模式：在系統(tǒng)中只有8086/8088一個微處理器。 1. 兩種模式公用的引腳的定義 AD0AD15（Address/Data Bus）：分時復用的地址數(shù)據(jù)線。雙向。 在了解分時復用的概念之前必須先了解總線周期概念： 總線周期：CPU對存儲單元或I/O端口每讀/寫一次數(shù)據(jù)（一個字節(jié)或一個字）所需的時間稱為一個總線周期。通常情況下，一個總線周期分為4個時鐘周期，即T1、T2、T3、T4。 下面講解AD15AD0的具體分時復用的問題：（8088只有AD7AD0） 在T1期間作地址線A15A0用，此時是輸出的（是存儲單元的低十六位地址或I/O端口的十六位地址）； 在T2T4期間作數(shù)據(jù)線D15D0用，此時是雙向的。 A19/S6A16/S3：分時復用，輸出引腳。 在T1期間，作地址線A19A16用，對存儲單元進行讀寫時，高四位地址線由A19A16給出； 在T2T4期間作為S6S3狀態(tài)線用。 狀態(tài)線的特征如下： S5：用來表示中斷允許狀態(tài)位IF的當前設(shè)置。 S6：恒為“0”，以表示CPU當前連在總線上。 /S7：三態(tài)輸出，高8位數(shù)據(jù)總線有效/狀態(tài)復用引腳。（8088是 /S7） 在T1狀態(tài)：作 用，該引腳為0時，表示高8位數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)有效； 在T2T4狀態(tài)：輸出狀態(tài)信號S7，未定義。 GND ：地線（兩個），分別為引腳1和20； ：讀，三態(tài)輸出，當 =0時，表示CPU當前正在讀存儲器或I/O接口。 READY：準備就緒，輸入。當CPU要訪問的存儲器或I/O端口已準備好傳送數(shù)據(jù)時，存儲器或I/O端口置READY=1，否則置READY=0，CPU在T3狀態(tài)采樣READY，若READY=0，則插入Tw，然后在插入Tw狀態(tài)繼續(xù)采樣READY，直至READY=1為止，才進入T4。 ：輸入，測試信號。當CPU執(zhí)行WAIT指令時，CPU每隔5個T對TEST進行一次測試，當測試到 =1，則CPU重復執(zhí)行WAIT指令，即CPU處于空閑等待狀態(tài)，直到測試到 =0時，等待狀態(tài)結(jié)束，CPU繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)指令。 INTR：輸入，可屏蔽中斷請求，高電平有效，當外設(shè)向CPU提出中斷請求時，置INTR=1，若此時IF=1，則CPU響應中斷。 NMI：輸入，非可屏蔽中斷請求，上升沿有效。只要CPU采樣到NMI由低電平到高電平的跳變，不管IF的狀態(tài)如何，CPU都會響應。 RESET：輸入，復位。該引腳保持4T狀態(tài)以上時間高電平，則可復位，復位后，CPU停止當前操作，且對F、IP、DS、SS、ES及指令隊列緩沖器清零