1
第 2章微型计算机基础
2
主要内容：
微型机的基本结构；
8088（ 8086）微处理器的工作原理、
引线及结构；
总线的一般概念。
3
§ 2.1 微型机的基本结构掌握：
微机系统的基本组成；
微型机的工作原理；
4
一、计算机的工作原理冯? 诺依曼的计算机工作原理存储程序工作原理
5
冯? 诺依曼机的 特点：
将计算过程描述为由许多条指令按一定顺序组成的程序，并放入存储器保存
指令按其在存储器中存放的顺序执行；
由控制器控制整个程序和数据的存取以及程序的执行；
以运算器为核心，所有的执行都经过运算器。
6
冯? 诺依曼计算机结构运算器存储器控制器输入设备 输出设备
7
二、系统组成
CPU
存储器主机 输入 /输出接口硬件系统 总线外设
微机系统系统软件软件系统应用软件
8
1,主机硬件系统微处理器 （ CPU）
存储器输入 /输出接口总线
9
1） 微处理器
微处理器简称 CPU,是计算机的核心，
主要包括：
运算器控制器寄存器组
10
2）存储器：
定义：
用于存放计算机工作过程中需要操作的数据和程序。
11
有关内存储器的几个概念：
内存单元的地址和内容
内存容量
内存的操作
内存的分类
12
内存单元的地址和内容
每个单元都对应一个地址，以实现对单元内容的寻址。
1011011038F04H
内存地址单元内容
13
内存容量：
内存所含存储单元的个数，以字节为单位。
内存容量的大小依 CPU的寻址范围而定（即 CPU地址信号线的位数）。
14
内存操作
读：将内存单元的内容取入 CPU，
原单元内容不改变；
写,CPU将信息放入内存单元，单元中原来的内容被覆盖。
15
内存储器的分类随机存取存储器（ RAM）
按工作方式可分为只读存储器（ ROM）
16
3）输入 /输出接口
接口是 CPU与外部设备间的桥梁
CPU I/O
接口外设
17
接口的分类：
串行接口 输入接口并行接口 输出接口
18
接口的功能：
数据缓冲寄存；
信号电平或类型的转换；
实现主机与外设间的运行匹配。
19
4）总线
基本概念
分类
工作原理
常用系统总线标准及其主要技术指标
（具体内容见后续课程）
20
2,软件系统
软件：为运行、管理和维护计算机系统或为实现某一功能而编写的各种程序的总和及其相关资料 。
系统软件应用软件操作系统编译系统网络系统工具软件软件
21
三、微型机的分类
按处理器的位数分
按功能和结构分
22
四、主板的主要硬件构成
CPU插座
芯片组
内存插槽
系统 BIOS
CMOS
总线扩展槽
串行、并行接口
23
§ 2.2 8088微处理器主要内容：
8088CPU外部引线及功能；
8088CPU的内部结构和特点；
各内部寄存器的功能；
8088的工作时序。
24
一、概述指令的一般执行过程：
取指令 指令译码 读取操作数执行指令 存放结果
25
串行和并行方式的指令流水线：
串行工作方式：
控制器和运算器交替工作，按顺序完成上述指令执行过程 ;
并行工作方式：
运算器和控制器可同时工作。
26
串行工作方式：
8088以前的 CPU采用串行工作方式：
取指令 1 执行 1 存结果 1 取指令 2 取操作数 执行 2CPU
BUS 忙碌 忙碌 忙碌 忙碌
27
并行工作方式：
8088CPU采用并行工作方式取指令 2 取操作数BIU 存结果 取指令 3 取操作数 取指令 4
执行 1 执行 2 执行 3EU
BUS 忙碌 忙碌 忙碌 忙碌 忙碌 忙碌
28
8088/8086 CPU的特点
采用并行流水线工作方式：
通过设置指令预取队列实现
对内存空间实行分段管理：
将内存分为 4个段并设置地址段寄存器，以实现对 1MB空间的寻址
支持多处理器系统。
29
8088CPU的两种工作模式
8088可工作于两种模式下，即：
最小模式和最大模式。
最小模式为单处理机模式，控制信号较少，一般可不必接总线控制器。
最大模式为多处理机模式，控制信号较多，须通过总线控制器与总线相连。
30
最小模式下的连接示意图：
8088
CPU
控制总线数据总线地址总线地址锁存数据收发
ALE
时钟发生 器
31
最大模式下的连接示意图：
8088
CPU 数据总线地址总线地址锁存数据收发
ALE
时钟发生 器总 线控制器
控制总线
32
二,8088CPU的引线及功能引脚定义的方法可大致分为：,
每个引脚只传送一种信息（ RD等）；
引脚电平的高低不同的信号（ IO/M等）；
CPU工作于不同方式有不同的名称和定义
（ WR/LOCK 等）；
分时复用引脚（ AD7---AD0 等） ；
引脚的输入和输出分别传送不同的信息
（ RQ/GT等）。
33
主要引线（最小模式下）：
8088是工作在最小还是最大模式由 MN/MX端状态决定。 MN/MX=0工作于最大模式，反之工作于最小模式
AD7---AD0,低 8位地址和数据信号分时复用。 在传送地址信号时为单向，传送数据信号时为双向。
A19--- A16,高 4位地址信号，分时复用。
A15--- A8,输出 8位地址信号。
34
主要的控制和状态信号
WR,写信号；
RD,读信号；
IO/M,为,0”表示访问内存，
为,1”表示访问接口；
DEN,低电平有效时，允许进行读 /写操作；
RESET,复位信号。
35
[例 ]：
当 WR=1,RD=0,IO/M=0时，
表示 CPU当前正在进行 读存储器 操作。
36
READY信号：
37
中断请求和响应信号
INTR,可屏蔽中断请求输入端
NMI,非屏蔽中断请求输入端
INTA,中断响应输出端
38
总线保持信号
HOLD,总线保持请求信号输入端。当 CPU
以外的其他设备要求占用总线时，
通过该引脚向 CPU发出请求。
HLDA,总线保持响应信号输出端。 CPU对
HOLD信号的响应信号。
39
三,8088CPU的内部结构
8088内部由两部分组成：
执行单元（ EU）
总线接口单元（ BIU）
图见教材第 25页图 2-16
40
执行单元
功能 指令的执行从指令队列中取指令代码 译码在 ALU中完成数据的运算 运算结果的特征保存在标志寄存器 FLAGS中。
41
执行单元包括运算器
8个通用寄存器
1个标志寄存器
EU部分控制电路
42
总线接口单元
功能：
从内存中取指令到指令预取队列
负责与内存或输入 /输出接口之间的数据传送
在执行转移程序时,BIU使指令预取队列复位，从指定的新地址取指令，并立即传给执行单元执行 。
43
结论
指令预取队列的存在使 EU和 BIU两个部分可同时进行工作，从而
提高了 CPU的效率；
降低了对存储器存取速度的要求
44
8088的内部寄存器
含 14个 16位寄存器，按功能可分为三类
8个通用寄存器
4个段寄存器
2个控制寄存器
45
通用寄存器数据寄存器（ AX,BX,CX,DX）
地址指针寄存器（ SP,BP）
变址寄存器（ SI,DI）
46
数据寄存器
8088含 4个 16位数据寄存器，它们又可分为 8个 8位寄存器，即：
AX AH,AL
BX BH,BL
CX CH,CL
DX DH,DL
47
数据寄存器特有的习惯用法
AX,累加器。所有 I/O指令都通过 AX与接口传送信息，中间运算结果也多放于 AX中；
BX,基址寄存器。在间接寻址中用于存放基地址；
CX,计数寄存器。用于在循环或串操作指令中存放计数值；
DX,数据寄存器。在间接寻址的 I/O指令中存放
I/O端口地址；在 32位乘除法运算时，存放高 16位数。
48
地址指针寄存器
SP：堆栈指针寄存器，其内容为栈顶的偏移地址；
BP,基址指针寄存器，常用于在访问内存时存放内存单元的 偏移地址。
49
BX与 BP在应用上的区别
作为通用寄存器，二者均可用于存放数据；
作为基址寄存器，用 BX表示所寻找的数据在数据段；用 BP则表示数据在堆栈段。
50
变址寄存器
SI,源变址寄存器
DI,目标变址寄存器
变址寄存器常用于指令的间接寻址或变址寻址。特别是在串操作指令中，用 SI
存放源操作数的偏移地址，而用 DI存放目标操作数的偏移地址。
51
段寄存器用于存放相应逻辑段的段基地址
CS,代码段寄存器。代码段存放指令代码
DS,数据段寄存器
ES,附加段寄存器
SS,堆栈段寄存器：指示堆栈区域的位置存放操作数
52
控制寄存器
IP,指令指针寄存器，其内容为下一条要执行指令的偏移地址
FLAGS,标志寄存器，存放运算结果的特征
6个状态标志位（ CF,SF,AF,PF,OF,ZF）
3个控制标志位（ IF,TF,DF）
53
四、存储器寻址
段基地址 =6000H
段首地址
偏移地址
物理地址代码段
60009H
00H
12H
60000H
0009H
54
物理地址
物理地址由段基地址和偏移地址组成物理地址 =段基地址× 16+偏移地址
60002H 08H
12H
60000H
0 0 0 0
段基地址（ 16位）
段首地址
× × × × × ×
55
[例 ]：
已知 CS=1055H，
DS=250AH
ES=2EF0H
SS=8FF0H
某操作数偏移地址 =0204H
画出各段在内存中的分布、
段首地址及操作数的物理地址。
10550H
250A0H
2EF00H
8FF00H
CS
DS
ES
SS
56
例题解答
设操作数在数据段，则操作数的物理地址为：
250AH × 16+0204H = 252A4H
57
堆栈及堆栈段的使用
堆栈：内存中一个特殊区域，用于存放暂时不用或需要保护的数据。
常用于响应中断或子程序调用。
58
[例 ]：
若已知（ SS） =1000H
（ SP） =2000H
则堆栈段的段首地址
=？
栈顶地址 =？
若该段最后一个单元地址为 10100H,则栈底 =？
段首栈底栈顶堆栈区
59
五、时序
时序的概念,CPU各引脚信号在时间上的关系。
总线周期,CPU完成一次访问内存（或接口）操作所需要的时间。
一个总线周期至少包括 4个时钟周期。
60
§ 2.3 系统总线主要内容：
总线的基本概念和分类；
总线的工作方式；
常用系统总线标准。
61
一、概述
总线：
是 一组导线和相关的控制、驱动电路 的集合。是计算机系统各部件之间传输地址、数据和控制信息 的 通道。
地址总线（ AB）
数据总线（ DB）
控制总线（ CB）
62
总线分类
CPU总线系统总线外部总线片内总线片外总线按相对
CPU的位置按层次结构
63
二、总线结构
单总线结构
CPU
M M
I/O I/OI/O
64
多总线结构面向 CPU的双总线结构面向主存的双总线结构双总线结构多总线结构
65
面向 CPU的双总线结构
存储器与 I/O接口间无直接通道
CPU
M
I/O I/OI/O
66
面向存储器的双总线结构
在单总线结构基础上增加一条 CPU到存储器的高速总线
CPU
M
I/O I/OI/O
67
三、常用系统总线
ISA（ 8/16位）
PCI（ 32/64位）
AGP（ 加速图形端口，用于提高图形处理能力）
PCI总线体系结构
68
总线的主要性能指标
总线带宽（ B/S）,单位时间内总线上可传送的数据量
总线位宽（ bit）,能同时传送的数据位数
总线的工作频率（ MHz）
总线带宽 =
（位宽 /8）?（工作频率 /每个存取周期的时钟数）
69
§ 2.4 常见总线接口芯片
锁存器
总线驱动器
70
1,锁存器：
8D锁存器 74LS273 74LS373
D
CP
Q
Q
D
CP
Q
Q
71
2,总线驱动器：
三态门 74LS244
72
第 2章作业：
2.13
2.15
2.16
2.17
2.18
第 2章微型计算机基础
2
主要内容：
微型机的基本结构；
8088（ 8086）微处理器的工作原理、
引线及结构；
总线的一般概念。
3
§ 2.1 微型机的基本结构掌握：
微机系统的基本组成；
微型机的工作原理；
4
一、计算机的工作原理冯? 诺依曼的计算机工作原理存储程序工作原理
5
冯? 诺依曼机的 特点：
将计算过程描述为由许多条指令按一定顺序组成的程序，并放入存储器保存
指令按其在存储器中存放的顺序执行；
由控制器控制整个程序和数据的存取以及程序的执行；
以运算器为核心，所有的执行都经过运算器。
6
冯? 诺依曼计算机结构运算器存储器控制器输入设备 输出设备
7
二、系统组成
CPU
存储器主机 输入 /输出接口硬件系统 总线外设
微机系统系统软件软件系统应用软件
8
1,主机硬件系统微处理器 （ CPU）
存储器输入 /输出接口总线
9
1） 微处理器
微处理器简称 CPU,是计算机的核心，
主要包括：
运算器控制器寄存器组
10
2）存储器：
定义：
用于存放计算机工作过程中需要操作的数据和程序。
11
有关内存储器的几个概念：
内存单元的地址和内容
内存容量
内存的操作
内存的分类
12
内存单元的地址和内容
每个单元都对应一个地址，以实现对单元内容的寻址。
1011011038F04H
内存地址单元内容
13
内存容量：
内存所含存储单元的个数，以字节为单位。
内存容量的大小依 CPU的寻址范围而定（即 CPU地址信号线的位数）。
14
内存操作
读：将内存单元的内容取入 CPU，
原单元内容不改变；
写,CPU将信息放入内存单元，单元中原来的内容被覆盖。
15
内存储器的分类随机存取存储器（ RAM）
按工作方式可分为只读存储器（ ROM）
16
3）输入 /输出接口
接口是 CPU与外部设备间的桥梁
CPU I/O
接口外设
17
接口的分类：
串行接口 输入接口并行接口 输出接口
18
接口的功能：
数据缓冲寄存；
信号电平或类型的转换；
实现主机与外设间的运行匹配。
19
4）总线
基本概念
分类
工作原理
常用系统总线标准及其主要技术指标
（具体内容见后续课程）
20
2,软件系统
软件：为运行、管理和维护计算机系统或为实现某一功能而编写的各种程序的总和及其相关资料 。
系统软件应用软件操作系统编译系统网络系统工具软件软件
21
三、微型机的分类
按处理器的位数分
按功能和结构分
22
四、主板的主要硬件构成
CPU插座
芯片组
内存插槽
系统 BIOS
CMOS
总线扩展槽
串行、并行接口
23
§ 2.2 8088微处理器主要内容：
8088CPU外部引线及功能；
8088CPU的内部结构和特点；
各内部寄存器的功能；
8088的工作时序。
24
一、概述指令的一般执行过程：
取指令 指令译码 读取操作数执行指令 存放结果
25
串行和并行方式的指令流水线：
串行工作方式：
控制器和运算器交替工作，按顺序完成上述指令执行过程 ;
并行工作方式：
运算器和控制器可同时工作。
26
串行工作方式：
8088以前的 CPU采用串行工作方式：
取指令 1 执行 1 存结果 1 取指令 2 取操作数 执行 2CPU
BUS 忙碌 忙碌 忙碌 忙碌
27
并行工作方式：
8088CPU采用并行工作方式取指令 2 取操作数BIU 存结果 取指令 3 取操作数 取指令 4
执行 1 执行 2 执行 3EU
BUS 忙碌 忙碌 忙碌 忙碌 忙碌 忙碌
28
8088/8086 CPU的特点
采用并行流水线工作方式：
通过设置指令预取队列实现
对内存空间实行分段管理：
将内存分为 4个段并设置地址段寄存器，以实现对 1MB空间的寻址
支持多处理器系统。
29
8088CPU的两种工作模式
8088可工作于两种模式下，即：
最小模式和最大模式。
最小模式为单处理机模式，控制信号较少，一般可不必接总线控制器。
最大模式为多处理机模式，控制信号较多，须通过总线控制器与总线相连。
30
最小模式下的连接示意图：
8088
CPU
控制总线数据总线地址总线地址锁存数据收发
ALE
时钟发生 器
31
最大模式下的连接示意图：
8088
CPU 数据总线地址总线地址锁存数据收发
ALE
时钟发生 器总 线控制器
控制总线
32
二,8088CPU的引线及功能引脚定义的方法可大致分为：,
每个引脚只传送一种信息（ RD等）；
引脚电平的高低不同的信号（ IO/M等）；
CPU工作于不同方式有不同的名称和定义
（ WR/LOCK 等）；
分时复用引脚（ AD7---AD0 等） ；
引脚的输入和输出分别传送不同的信息
（ RQ/GT等）。
33
主要引线（最小模式下）：
8088是工作在最小还是最大模式由 MN/MX端状态决定。 MN/MX=0工作于最大模式，反之工作于最小模式
AD7---AD0,低 8位地址和数据信号分时复用。 在传送地址信号时为单向，传送数据信号时为双向。
A19--- A16,高 4位地址信号，分时复用。
A15--- A8,输出 8位地址信号。
34
主要的控制和状态信号
WR,写信号；
RD,读信号；
IO/M,为,0”表示访问内存，
为,1”表示访问接口；
DEN,低电平有效时，允许进行读 /写操作；
RESET,复位信号。
35
[例 ]：
当 WR=1,RD=0,IO/M=0时，
表示 CPU当前正在进行 读存储器 操作。
36
READY信号：
37
中断请求和响应信号
INTR,可屏蔽中断请求输入端
NMI,非屏蔽中断请求输入端
INTA,中断响应输出端
38
总线保持信号
HOLD,总线保持请求信号输入端。当 CPU
以外的其他设备要求占用总线时，
通过该引脚向 CPU发出请求。
HLDA,总线保持响应信号输出端。 CPU对
HOLD信号的响应信号。
39
三,8088CPU的内部结构
8088内部由两部分组成：
执行单元（ EU）
总线接口单元（ BIU）
图见教材第 25页图 2-16
40
执行单元
功能 指令的执行从指令队列中取指令代码 译码在 ALU中完成数据的运算 运算结果的特征保存在标志寄存器 FLAGS中。
41
执行单元包括运算器
8个通用寄存器
1个标志寄存器
EU部分控制电路
42
总线接口单元
功能：
从内存中取指令到指令预取队列
负责与内存或输入 /输出接口之间的数据传送
在执行转移程序时,BIU使指令预取队列复位，从指定的新地址取指令，并立即传给执行单元执行 。
43
结论
指令预取队列的存在使 EU和 BIU两个部分可同时进行工作，从而
提高了 CPU的效率；
降低了对存储器存取速度的要求
44
8088的内部寄存器
含 14个 16位寄存器，按功能可分为三类
8个通用寄存器
4个段寄存器
2个控制寄存器
45
通用寄存器数据寄存器（ AX,BX,CX,DX）
地址指针寄存器（ SP,BP）
变址寄存器（ SI,DI）
46
数据寄存器
8088含 4个 16位数据寄存器，它们又可分为 8个 8位寄存器，即：
AX AH,AL
BX BH,BL
CX CH,CL
DX DH,DL
47
数据寄存器特有的习惯用法
AX,累加器。所有 I/O指令都通过 AX与接口传送信息，中间运算结果也多放于 AX中；
BX,基址寄存器。在间接寻址中用于存放基地址；
CX,计数寄存器。用于在循环或串操作指令中存放计数值；
DX,数据寄存器。在间接寻址的 I/O指令中存放
I/O端口地址；在 32位乘除法运算时，存放高 16位数。
48
地址指针寄存器
SP：堆栈指针寄存器，其内容为栈顶的偏移地址；
BP,基址指针寄存器，常用于在访问内存时存放内存单元的 偏移地址。
49
BX与 BP在应用上的区别
作为通用寄存器，二者均可用于存放数据；
作为基址寄存器，用 BX表示所寻找的数据在数据段；用 BP则表示数据在堆栈段。
50
变址寄存器
SI,源变址寄存器
DI,目标变址寄存器
变址寄存器常用于指令的间接寻址或变址寻址。特别是在串操作指令中，用 SI
存放源操作数的偏移地址，而用 DI存放目标操作数的偏移地址。
51
段寄存器用于存放相应逻辑段的段基地址
CS,代码段寄存器。代码段存放指令代码
DS,数据段寄存器
ES,附加段寄存器
SS,堆栈段寄存器：指示堆栈区域的位置存放操作数
52
控制寄存器
IP,指令指针寄存器，其内容为下一条要执行指令的偏移地址
FLAGS,标志寄存器，存放运算结果的特征
6个状态标志位（ CF,SF,AF,PF,OF,ZF）
3个控制标志位（ IF,TF,DF）
53
四、存储器寻址
段基地址 =6000H
段首地址
偏移地址
物理地址代码段
60009H
00H
12H
60000H
0009H
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物理地址
物理地址由段基地址和偏移地址组成物理地址 =段基地址× 16+偏移地址
60002H 08H
12H
60000H
0 0 0 0
段基地址（ 16位）
段首地址
× × × × × ×
55
[例 ]：
已知 CS=1055H，
DS=250AH
ES=2EF0H
SS=8FF0H
某操作数偏移地址 =0204H
画出各段在内存中的分布、
段首地址及操作数的物理地址。
10550H
250A0H
2EF00H
8FF00H
CS
DS
ES
SS
56
例题解答
设操作数在数据段，则操作数的物理地址为：
250AH × 16+0204H = 252A4H
57
堆栈及堆栈段的使用
堆栈：内存中一个特殊区域，用于存放暂时不用或需要保护的数据。
常用于响应中断或子程序调用。
58
[例 ]：
若已知（ SS） =1000H
（ SP） =2000H
则堆栈段的段首地址
=？
栈顶地址 =？
若该段最后一个单元地址为 10100H,则栈底 =？
段首栈底栈顶堆栈区
59
五、时序
时序的概念,CPU各引脚信号在时间上的关系。
总线周期,CPU完成一次访问内存（或接口）操作所需要的时间。
一个总线周期至少包括 4个时钟周期。
60
§ 2.3 系统总线主要内容：
总线的基本概念和分类；
总线的工作方式；
常用系统总线标准。
61
一、概述
总线：
是 一组导线和相关的控制、驱动电路 的集合。是计算机系统各部件之间传输地址、数据和控制信息 的 通道。
地址总线（ AB）
数据总线（ DB）
控制总线（ CB）
62
总线分类
CPU总线系统总线外部总线片内总线片外总线按相对
CPU的位置按层次结构
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二、总线结构
单总线结构
CPU
M M
I/O I/OI/O
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多总线结构面向 CPU的双总线结构面向主存的双总线结构双总线结构多总线结构
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面向 CPU的双总线结构
存储器与 I/O接口间无直接通道
CPU
M
I/O I/OI/O
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面向存储器的双总线结构
在单总线结构基础上增加一条 CPU到存储器的高速总线
CPU
M
I/O I/OI/O
67
三、常用系统总线
ISA（ 8/16位）
PCI（ 32/64位）
AGP（ 加速图形端口，用于提高图形处理能力）
PCI总线体系结构
68
总线的主要性能指标
总线带宽（ B/S）,单位时间内总线上可传送的数据量
总线位宽（ bit）,能同时传送的数据位数
总线的工作频率（ MHz）
总线带宽 =
（位宽 /8）?（工作频率 /每个存取周期的时钟数）
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§ 2.4 常见总线接口芯片
锁存器
总线驱动器
70
1,锁存器：
8D锁存器 74LS273 74LS373
D
CP
Q
Q
D
CP
Q
Q
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2,总线驱动器：
三态门 74LS244
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第 2章作业：
2.13
2.15
2.16
2.17
2.18
