第4次课-16位和32位微处理器3
《计算机硬件技术基础(第三版)》第3章 32位微处理器
（１）总线接口部件 总线接口部件与片内Cache外部总线接口实行的是逻辑接口连接。当访问 Cache出现没命中、或需更改系统存储器内容、或需向Cache写入某些信 息时，就要通过总线接口从外部存储器系统中取出一批数据。 （２）预取缓冲部件 预取缓冲部件 取指令是指从高速缓冲存储器Cache内或从内存储器中取出指令代码， 以备译码之用的操作。 （３）指令译码部件 指令译码部件 译码操作， 一是检查一条指令的格式， 二是确定它是哪种类型操作的指令，并给出这条指令所需的操作数。 （４）控制部件 控制部件 Pentium微处理器控制部件的作用是，负责解释来自指令译码部件的 指令字和控制ROM的微代码。控制部件的输出控制着整数流水线部件和 浮点部件。 （5）执行部件 执行部件 是微处理器用于执行指令所规定的具体操作的CPU的核心硬件部分。 这些非常具体的操作是指诸如数值运算、逻辑操作以及分支转移处理等。
为了支持在Pentium内采用的分支转移预测新技术，芯片内装备有两个 预取缓冲存储器，一个是以线性方式来预取代码，另一个则是根据分支转 移目标缓冲器（BTB）预取代码。这样就可以保证在执行之前将所需用的 指令从存储器预取出来。 由于Pentium采用了这项技术，可以在无延迟的情况下正确地预测各 种转移。另外，V流水线中的条件转移指令可以与一条比较类指令成对执 行，当然也可以与U流水线中的置标志指令配合执行。但Pentium作到了 与现有软件是完全兼容，所以不必修改现有软件。
计算机硬件技术基础
3．1 ．
CISC和RISC 和
1 复杂指令系统计算机 复杂指令系统计算机—CISC 每一种微处理器的CPU都有属于它自己的指令系统。 CPU正是通过执行一系列的特定的指令来实现应用程序 的某种功能。像Intel x86系列，为了增加新的功能， 就必须增加新的指令；另一方面，为了保持向上兼容， 又必须保留原有的指令。每条指令又有若干个不同的操 作字段，用来说明要操作的数据类型，以及存放的位置。 这就意味着一个较大的指令系统和复杂的寻址技术。以 这样的微处理器为平台的计算机系统就是“复杂指令系 统计算机”(CISC)。 CISC也有许多优点，如指令经编译后生成的指令程 序较小执行起来较快，节省硬件资源。像存取指令的次 数少，占用较少的存储器等。
新编16_32位微型计算机原理及应用(李继灿主编)课件第2章
2. I/O空间: 486利用低16位地址线访问I/O端口，所 以I/O端口最多有216=64K，I/O地址空间为 0000H～FFFFH。 注意：I/O地址空间不分段 I/O地址空间与存储空间不重叠 CPU有一条控制线M/IO，在硬件设计上用 M/IO=1，参与存储器寻址，用M/IO=0参与 I/O寻址。 从PC/XT～Pentium，基于Intel微处理器的 系统机，实际上只使用低10位地址线，寻址 210=1024个I/O端口。
指 代码流 预取 令 译 指令 码 24位 2*16 总线 器
数据总线 线性地址总线 32 32
A2~A31 BE0~BE3 系统 地址总线
D0~D31 系统 数据总线
控制 总线
控制ROM 控制部分
系统 控制总线
指令队列
译码部分 指令预取部分
总线接口部分
一. 7个功能块： 1.总线接口单元： 产生三总线信号，进行存储器和I/O端口 的访问。
地址（32位） A2~A31、BE0~BE3 地址驱动器 系统地址总线
数据（32位） 写缓冲器 4*80 D0~D31 数据（32位） 数据总线收发器 系统数据总线 控制总线 系统控制总线
2.高速缓冲存储器(CPU内部的Cache)： 存放从存储器中取出的最近要执行的指 令和数据，这样CPU就只需从Cache中取指令， 不必经常访问存储器了。
指 运算部分 微指令 令 代码流 控制部分 指令 译 24位 码 总线 器
指 令 预 取 队 列
5.控制器： 控制器采用微程序设计，根据指令译码 器送来的信息产生微指令，对运算器、存储 器管理部分……发出控制信号。 存储管 指 控制与保护 理部分 令 微指令 部件 译 运算部分 码 控制ROM 器 控制器
第2章 16位和32位微处理器(4)
2.6.2 段寄存器、描述符、保护方式下的寻址机制 段寄存器、描述符、
1. 段寄存器 6个16位的段寄存器：CS，DS，SS，ES，FS，GS （1）在实模式下，它与86功能类似，存放段基地址。 （2）在保护模式下，它作为段选择子使用
2. 段选择子 段选择子被用于在描述符表中选择一个段描述符，再从描述符 中获得32位的段基地址，该基址与32位的偏移地址相加，得 到物理地址。 段选择子位16位
2. 保护方式 是Pentium最常用的方式。 微处理器复位运行于实模式方式，执行初始化程序完成必要 的初始化工作，然后就转入保护方式。 该方式的特点： （1）存储器用逻辑地址空间、线性地址空间、物理地址空 间来描述。 （2）借助磁盘存储空间有效地映像到内存，使逻辑地址空 间大大超过实际的内存空间——虚拟存储器 （3）既能进行16位运算，又能进行32位运算。
4. 系统管理方式 （1）用于增强对系统的管理，包括对操作系统、对正在运 行的程序、对电源的管理； （2）为RAM子系统提供有效的安全性； （3）提供软件关机功能
Pentium的技术特点
① 64位数据总线 ② 互相独立的指令Cache和数据Cache ③ 常用指令用硬件来实现。 ④ 增加系统管理方式SMM。
3. 虚拟 虚拟8086方式 方式 在保护方式下（CR0—PE=1），通过软件切换到虚拟8086 方式。 （1）特点： ① 可以执行8086程序 ② 寻址：现行地址=段寄存器：偏移量 ③ 殉职空间1MB，分段基础上分页，每页4KB （2）与实地址方式的区别： ① 支持多任务 ② 每个任务的寻址空间1MB，实地址是整个系统1MB ③ 内存分段、分页结合管理方式，实地址方式只有分段管理
WB EX D2 D1 PF WB EX D2 D1 PF WB EX D2 D1 WB EX D2 WB EX WB
1632位微机原理汇编语言及接口技术课后习题答案
第一章1.1 解：五代，详细见书1.2 解：微型计算机：以大规模、超大规模集成电路为主要部件，以集成了计算机主要部件——控制器和运算器的微处理器为核心，所构造出的计算机系统。
PC机：PC（Personal Computer）机就是面向个人单独使用的一类微机。
单片机：用于控制的微处理器芯片，内部除CPU外还集成了计算机的其他一些主要部件，如：ROM、RAM、定时器、并行接口、串行接口，有的芯片还集成了A/D、D/A转换电路等。
数字信号处理器DSP：主要面向大流量数字信号的实时处理，在宿主系统中充当数据处理中心，在网络通信、多媒体应用等领域正得到越来越多的应用1.3 解：微机主要有存储器、I/O设备和I/O接口、CPU、系统总线、操作系统和应用软件组成，各部分功能如下：CPU：统一协调和控制系统中的各个部件系统总线：传送信息存储器：存放程序和数据I/O设备：实现微机的输入输出功能I/O接口：I/O设备与CPU的桥梁操作系统：管理系统所有的软硬件资源1.4 解：系统总线：传递信息的一组公用导线，CPU通过它们与存储器和I/O设备进行信息交换。
好处：组态灵活、扩展方便三组信号线：数据总线、地址总线和控制总线。
其使用特点是：在某一时刻，只能由一个总线主控设备来控制系统总线，只能有一个发送者向总线发送信号；但可以有多个设备从总线上同时获得信号。
1.5解：（1）用于数值计算、数据处理及信息管理方向。
采用通用微机，要求有较快的工作速度、较高的运算精度、较大的内存容量和较完备的输入输出设备，为用户提供方便友好的操作界面和简便快捷的维护、扩充手段。
（2）用于过程控制及嵌人应用方向。
采用控制类微机，要求能抵抗各种干扰、适应现场的恶劣环境、确保长时间稳定地工作，要求其实时性要好、强调其体积要小、便携式应用强调其省电。
1.6 解：1.7 解：I/O通道：位于CPU和设备控制器之间，其目的是承担一些原来由CPU处理的I/O任务，从而把CPU从繁杂的I/O任务中解脱出来。
16、32位微机原理、汇编语言和接口技术教程课后习题答案解析
《16/32 位微机原理、汇编语言及接口技术教程》部分习题参考解答第1 章微型计算机系统概述〔习题1.2 〕什么是通用微处理器、单片机（微控制器）、芯片、嵌入式系统？〔解答〕通用微处理器：适合较广的应用领域的微处理器，例如装在机、笔记本电脑、工作站、服务器上的微处理器。
单片机：是指通常用于控制领域的微处理器芯片，其内部除外还集成了计算机的其他一些主要部件，只需配上少量的外部电路和设备，就可以构成具体的应用系统。
芯片：称数字信号处理器，也是一种微控制器，其更适合处理高速的数字信号，内部集成有高速乘法器，能够进行快速乘法和加法运算。
嵌入式系统：利用微控制器、数字信号处理器或通用微处理器，结合具体应用构成的控制系统，其典型的特点是把计算机直接嵌入到应用系统之中。
〔习题1.5 〕说明微型计算机系统的硬件组成及各部分作用。
〔解答〕：也称处理器，是微机的核心。
它采用大规模集成电路芯片，芯片内集成了控制器、运算器和若干高速存储单元（即寄存器）处理器及其支持电路构成了微机系统的控制中心，对系统的各个部件进行统一的协调和控制。
存储器：存储器是存放程序和数据的部件。
外部设备：外部设备是指可与微机进行交互的输入（）设备和输出（）设备，也称设备。
设备通过接口与主机连接。
总线：互连各个部件的共用通道，主要含数据总线、地址总线和控制总线信号。
习题1.6 〕什么是总线？微机总线通常有哪3 组信号？各组信号的作用是什么？〔解答〕总线：传递信息的共用通道，物理上是一组公用导线。
3 组信号线：数据总线、地址总线和控制总线。
（1）地址总线：传输将要访问的主存单元或端口的地址信息。
（2）数据总线：传输读写操作的数据信息。
（3）控制总线：协调系统中各部件的操作。
习题1.7 〕简答如下概念：（1）计算机字长（2）取指－译码－执行周期（3）（4）中断（5）总线解答〕（1）处理器每个单位时间可以处理的二进制数据位数称计算机字长。
（2）指令的处理过程，即指处理器从主存储器读取指令（简称取指），翻译指令代码的功能（简称译码），然后执行指令所规定的操作（简称执行）的过程。
关于单片机位数的思考（8位、16位、32位）
关于单⽚机位数的思考（8位、16位、32位）8位、16位、32位是指单⽚机的“字长”，也就是⼀次运算中参与运算的数据长度，这个位是指⼆进制位。
以8位为例，8位⼆进制的表达范围是0000，0000~1111，1111即⼗进制的0~255，即每次参与运算的数据最⼤不能超过255。
⽽16位机的字长是16位，其数据表达范围是0~65535，即每次参与运算的数据最⼤不能超过65535；32位单⽚机的字长是32位，其数据表达范围是0~4294967295，即每次参与运算的数据最⼤不能超过4294967295。
8位、16位、32位与单⽚机的性能密切相关，通常32位机的性能要⾼于16位机，⽽16位机的性能⼜要⾼于8位机。
为什么会这样呢？这要从2个⽅⾯来分析。
第⼀，位数不同，运算效率不同。
对于8位机⽽⾔，由于在⼀次运算中的每⼀个数都不能超过8位，因此即便如100+200=300这样的运算，它也不能⼀次完成，因为300已超过了8位所能表达的最⼤范围（255），因此，要对这样的⼀个式⼦进⾏运算，就要编写⼀段程序，将运算分步完成，最后合成起来得到⼀个正确的结果。
⽽如果采⽤16位单⽚机来运算的话，那么⼀次运算就够了，显然分步完成所需要的时间要远远⼤于单步完成所需要的时间。
同样道理，当某个运算的结果或者中间值⼤于65535时，16位机也不能⼀次运算，要分步实现它，⽽32位机则可以⼀次运算完成。
第⼆，商业因素。
通常运算能⼒越⾼，表⽰这个单⽚机性能越强，当然，价格⾼⼀些⼈们也可以接受，有了价格空间，⽣产商通常都会在这些芯⽚中提供更多的其他的功能，使得芯⽚的整体性能得到更⼤的提升。
典型的单⽚机中，80C51系列，PIC系列，AVR系列都是8位单⽚机；80C196、MSP430系列是16位机；⽽⽬前⾮常热门的ARM系列则是32位机。
另外在CSDN的讨论中的⼀些⽐较好的回答：=================================8位单⽚机，典型的是51系列的，再⾼级点⽤AVR、pic的，功能⽅⾯，似乎都不会很复杂，⼀般可能是控制类的多⼀下。
微机系统与维护-课程作业与答案(一)
中央广播电视大学计算机网络技术专业（专科）《微机系统与维护》课程作业（一）第1章微机系统概述一、选择题（请选择一个或多个选项）1.鼠标是目前使用最多的（）。
A．存储器B．输入设备C．微处理器D．输出设备2.下列设备中，属于微机最基本输出设备的是（）。
A．显示器B．打印机C．鼠标D．手写板3.以下属于存储器的是（）。
A．打印机B．显示器C．内存D．硬盘4.对于一台微机而言，必备的设备是（）。
A．显示器B．键盘C．扫描仪D．手写板5.系统软件中最基本最重要的是（），它提供用户和计算机硬件系统之间的接口。
A．应用系统B．IE浏览器C．Office 组件D．操作系统6.以下属于系统软件的是（）。
A．Windows XP B．Office 2003C．DOS D．Unix7.从1971年由Intel公司推出的第一款微处理器是（）。
A．Intel 4004 B．Intel 8086 C．Intel 8088 D．Intel 802868.不是32位微处理器芯片的是（）。
A．Intel 8086 B．Intel 8088 C．Intel 80386 D．Intel 802869.微机通过电话线路实现网络连接时，完成数字、模拟信号转换的设备是（）。
A．网卡B．路由器C．调制解调器D．交换机10.CPU的中文意义是（）。
A．中央处理器B．不间断电源C．微机系统D．逻辑部件11.CPU实现对微机各部件的统一协调和控制，它包括（）。
A．判断器B．控制器C．指挥器D．运算器12.CPU不能直接访问的存储器是（）。
A．光盘B．硬盘C．内存D．U盘13.CPU的主要功能有（）。
A．打印B．存储数据C．运算D．控制14.以下不属于运算器基本功能的是（）。
A．存储各种数据和程序B．对系统各部件实行控制C．进行算术运算和逻辑运算D．传输各种信息15.以下不属于控制器基本功能的是（）。
A．传输各种信息B．存储各种信息C．实现算术运算和逻辑运算D．控制计算机各个部件协调一致地工作16.以下属于冯·诺依曼原理基本内容的是（）。
32位微处理器
WP：写保护控制位。WP=1表示表示禁止来自管理程序级的写操作写到用户级的 页面上。WP=0通过管理进程可以对用户级的只读页面进行写操作。
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TSD：禁止定时标志。TSD=1且当前特权级不为0时，禁止RDTSC指令（读时 间标志计数器指令）且执行这一指令时将产生故障。TSD=0表示在任何特权级 上都允许RDTSC指令执行。
DE：调试扩充位。DE=1表示允许调试扩充。DE=0禁止调试扩充。实际上该位 控制是否支持I/O断点。
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1.1 32位微处理器的寄存器组
GDTR和IDTR必须在转入保护模式之前进行初始值设定，这两个 寄存器在实地址模式下可以访问。LDTR和TR只能在保护模式下使 用，程序只可以访问段选择寄存器，其他的缓冲部分是在任务切换 时由LDT描述符和TSS描述符中自动装入的。
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1.1 32位微处理器的寄存器组
系统地址寄存器和系统段寄存器
任务寄存器TR：是一个16位的寄存器，用来存放任务状态段表（TSS）的 段选择字。
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1.1 32位微处理器的寄存器组
32位微处理器为了控制管理的需要，配备了控制寄存器。在80386 中配备了3个32位的控制寄存器(CR0,CR2,CR3)，发展到Pentium微 处理器时，就有5个控制寄存器(CR0~CR4)，不过，控制寄存器中的 一些位被重新定义了。这些控制寄存器中保存着全局性的和任务无 关的机器状态，供应用程序读取，而写这些控制寄存器的操作被大 多数系统禁止。
CR3：页因为Pentium的页目录表是按页排列的。 PWT：页面写贯通。PWT=1表示对当前所访问的页实现通写。PWT=0则实现
微机(微型计算机技术及应用)选择题及答案(最终版)
第1章微型计算机概述1.微型计算机的硬件系统包括____A____.A．控制器、运算器、存储器和输入输出设备 B控制器、主机、键盘和显示器C．主机、电源、CPU和输入输出 D CPU、键盘、显示器和打印机2.CPU是由___B__组成的。
A．内存储器和控制器B．控制器和运算器C．内存储器和运算器D．内存储器、控制器和运算器3.中央处理器英文缩写是___B___。
A．MP B．CPU C．CU D．ALU4.微型计算机各部件之间是用__A___连接起来的。
A．系统总线B．AB C．CB D．DB5.通常计算机系统中的外围设备是指__A___A．外存储器、输入设备、输出设备B．外存储器、输入设备C．外存储器、输出设备D．输入设备、输出设备6.若把组成计算机中的运算器和控制器集成在一块芯片上成为___C__A．微型计算机B．单片机C．微处理器D．单板机7.8086是_C_A．单片机B．单板机C．微处理器D．微机系统8.将微处理器、内存储器及I/O接口连接起来的总线是__C_____。
A.片总线B.外总线C.系统总线D.局部总线9.微型计算机是以__B___为核心部件。
A．寄存器 B．微处理器 C．逻辑部件 D．控制部件10.微型计算机系统以__C__为主体。
A．系统软件 B．外部设备 C．微型计算机 D．操作系统11.目前微型机系统上广泛使用的机械式鼠标是一种___A___A．输入设备 B．输出设备C．输入输出设备 D．显示设备组成之一12.计算机系统总线中，用于传送读、写信号的是__C__。
A.地址总线B、数据总线C、控制总线D、以上都不对13.不属于微机应用特点的是__D__。
A.轻便、功耗低B.性能可靠C.结构灵活适宜性好D.应用面窄第2章 16位和32位微处理器1.当8086CPU的INTR=“1”时，且中断允许位IF=“1”，则CPU完成_C____后，响应该中断请求，进行中断处理。
A．当前时钟周期 B．当前总线周期 C．当前指令周期 D．下一个指令周期2.CPU的ALU主要完成_D_A．地址指针的变换B．中断管理C．产生各种时序D．算术，逻辑运算及移动操作3.8086/8088微机处理器的内部（C ），只负责指令的译码和执行.A.ALUB.BIUC.EUD.IEU4.8086CPU是__B___CPU。
清华大学微机原理32位微处理器
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1.2 80386的寄存器
80386微处理器中有通用寄存器、段寄存器、指令指针和标 志寄存器、系统地址寄存器、控制寄存器、调试寄存器以及测试 寄存器等，如下图所示。
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1.2 80386的寄存器
1. 通用寄存器 80386中设置8个32位通用寄存器，如下图所示。它们的用法
与8086相同，也可当作8位、16位寄存器用。若作32位寄存器使 用，前面必须加字符E。
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1.2 80386的寄存器
2. 段寄存器 80386中设置6个16位段寄存器和6个64位描述符寄存器。其
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2.3 总线传送机制
32位微处理器的所有数据传送都是由一个或多个总线周期来 完成。1字节、2字节或4字节的逻辑数据操作数可以在物理地址不 对界的情况下传送。在对界时的操作数只需要1个总线周期，而对 于不对界时的操作数就需要2个或3个总线周期。
80X86地址信号的设计可以简化外部系统的硬件。高位地址 由A2~A31提供。低位地址则以BE0~BE3形式提供了32位数据总 线4个字节的选择信号。
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1.2 80386的寄存器
CR1保留给将来开发的Intel微处理器使用；CR2包含一个32 位的线性地址，指向发生最后一次页故障的地址；CR3包含页目 录表的物理基地址，因为80386中的页目录表总是在页的整数边 界上，每4KB为一页，所以CR3的低端12位保持为“0”。 5. 系统地址寄存器
80386中设置4个专用的系统地址寄存器，它们是GDTR、 IDTR、LDTR和TR。GDTR和IDTR长48位，LDTR和TR长16位。 GDTR用来存放全局描述符表的基地址(32位)和限值(16位)； IDTR用来存放中断描述符表的基地址(32位)和限值(16位)；LDTR 用来存放局部描述符表的段选择字；TR用来存放任务状态段表的 段选择字。
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例4：已知，中断类型号为20H，该类型中断所 对应的中断向量存于0000：0080H开始的 4个内存单元，若这4个内存单元中的数值 依次是10H、20H、30H、40H，请问该中 断向量是多少？
练习题： 已知，中断类型号为17H的中断处理子程序存 放 于2345H：7890H开始的内存区，且中断向量从 0000：005CH开始存放，请问该中断向量在内 存中具体如何存储？
MN/MX：最小/最大模式控制管脚
3、最小模式电路
P17图
微处理器 + 地址锁存器 + 数据收发器 + 时钟 8086 8282/373 8286/245 #43; 地址锁存器 + 数据收发器 + 时钟 8086 8282/373 8286/245 8284
总线控制器 + 中断控制器 (可屏蔽)
RISC——精简指令集计算机
3、超标量指令流水线：U线和V线
4、分支预测技术
2.3 “安腾”的先进技术
1、拥有三级片内Cache结构 2、多个执行部件和通道
3、数量众多的寄存器
4、并行指令计算
5、新的分支预测技术
课后作业：
1、简述8086微处理器的编程结构。
2、如何计算8086所访问的内存地址？如何 进行存储器和I/O接口的编址？寄存器间 的默认搭配有哪些？ 3、画出标志寄存器，并写出每位的含义。 4、写出8086的管脚分类，并说明各个控制 管脚的含义。 5、简述8086中断分类及中断向量的含义。
2.1.4 8086的存储器和I/O编址
1、存储器编址
（1）编址原则：分段、“高乐高” （2）寄存器的默认组合：P36 （3）存储单元的固定分配：P37 2、I/O编址：统一编址、独立编址 (IN、OUT指令)
2.2 “奔腾”的先进技术
1、先进的体系结构：P38 2、CISC和RISC技术：
CISC——复杂指令集计算机
8288 8259A
2.1.3 8086的操作 8086的主要操作：P22 1、复位和启动操作 复位：RESET引脚保持4个周期高电平； 启动：初次加电不小于50us。 注：复位操作时，CS为FFFFH，其他寄存 器为0，8086复位后的内存地址？P22
2、中断操作（重要）
(1) 8086的中断分类：P27
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1、标志寄存器
2、8086应用模式
3、8086管脚
2.1.2 8086的引脚和工作模式 1、最小模式和最大模式（应用规模） 最小模式：只有一个8086微处理器，总线控制
电路简化到最少。
最大模式：主处理器 + 协处理器 8086 8087、8089
2、8086芯片的引脚 ( 40个 ) P14图
非屏蔽中断：NMI，只有1个
硬件中断
可屏蔽中断：INTR，配合8259A 可有多个 中断指令：INT 21H
软件中断
标志的设置：单步执行、除数为0
(2) 中断向量 P28 注：8086可处理256种中断，类型号0～255 中断向量：中断处理子程序的入口地址， 中断类型和中断向量一一对应。
中断向量的存储：CS和IP寄存器，4字节
① VCC电源，GND接地引脚 ② 地址/数据复用引脚 ③ 地址/状态复用引脚
3个 16 个 4个
④ 控制引脚
⑤ 最小/大模式的复用引脚
9个
8个
控制引脚
NMI：非屏蔽中断引脚，不受IF标志影响 INTR：可屏蔽中断请求引脚，受IF影响 /RD：读引脚，低电平有效，配合M/IO RESET：复位管脚，4个时钟周期的高电平