(汇总)微机原理课件.ppt
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地址总线是寻找、传送存储单元或I/O端口的地址信息 的总线。地址总线是由CPU输出给存储器或I/O端口。地址 总线数决定了CPU当前可直接寻址空间的大小。 （3
CPU控制器发往各部件的控制信号线以及各部件发给 CPU的状态信号线构成了“控制总线”，控制线总体上是 “双向”的，但就控制总线中某一根来说，在一种确定状态
最新.
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2.2.1 8086/8088 CPU的内部结构
最新.
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（ 1 ）指令执行部件EU（Exection Unit)
AH AL BH BL CH CL DH DL
SP BP SI DI
EU
ALU
控
制
系
统
标志寄存器
组成：通用寄存器，标志寄存器，ALU， EU控制系统等。
作用：负责指令的执行，完成指令的操作。
20位
16位
CS DS SS ES IP
内部寄存器
输入 / 输出 控制 电路
123456
指令 队列
总线 接口单元
作用：负责从内存指定单元中取出指令， 送入指令流队列中排队；取出指令所需的 操作数送EU单元去执行。
8086总 线 16位
工作过程：由段寄存器与IP形成20位物理地 址送地址总线，由总线控制电路发出存储器 “读”信号，按给定的地址从存储器中取出 指令，送到指令队列中等待执行。
第二章 微型计算机系统中的微处理器
本章内容提要:
微型计算机的组成及工作原理
8086微处理器的功能结构
8086/8088寄存器结构
8086存储器
8086的引脚信号和工作模式
微处理器总线时序
80x86系列微处理器
最新.
1
2.1 微型计算机的组成及工作原理
2.1.1微型计算机基本结构
到目前为止，大多数微型计算机的结构归属于冯·诺 依曼结构，主要包括运算器、控制器、存储器、I/O设备 及其接口电路，如图2.1所示。运算器和控制器合称为中 央处理器CPU。
存储单元的内容； *DS（数据段寄存器）指向当前的数据段，该段中存放程序的操
作数； *ES （附加段寄存器）指向当前的附加段，主要用于字符串数据
的存放，也可以用于一般数据的存放。
最新.
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2.4 8086存储器
2.4.1 8086存储器组织及其寻址
8086微处理器地址线为20根，可以寻址1MB的内部存 储器，地址编号为00000H～FFFFFH。我们约定存储空间 以8b为单位进行组织，每个存储单元存储一个字节数据。 如果存放一个“字”数据（16b），则存放在相邻的两个 存储单元中，并且高字节存放在高地址单元、低字节存放 在低地址单元，双字单元的存放方式与字单元类似，它被 存放在相邻的4个字节中。
包括CF、PF、AF、ZF、SF和OF；另一类叫控制标志位，用
来控制CPU的操作，由程序设置或清除，它们是IF、DF和TF。
最新.
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D15
D11
D8 D6 D4 D2 D0
OF DF IF TF SF ZF
AF
PF
CF
CF（进位标志）： 当运算结果的最高位（D7/D15）出现进位（借位）时， CF=1；
解：∵ 0ABH=10101011B= -85D 0FFH=11111111B= -1D ∴0ABH+0FFH=10101011B+11111111B = (1)10101010B= -86D
结果没有超出-128~127范围， CF=1，OF=0。 求下例中各状态标志的值： 1．
则 SF= 0, ZF= 0, PF= 0, CF最=新0. , OF=0, AF= 0
解：64H=01100100B=100D 则 64H+64H=01100100B+01100100B
= 11001000B= -56D
结果 OF=1 CF=0 有溢出而无进位。 产进生位溢，出相的加原结因果是超因过为表第示七范位围（。AD7）没有向前产生
最新.
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例：MOV AL 0ABH； ADD AL 0FFH； 求CF=？ OF=？
相同点：
1.微处理器内部采用16位结构 2.内部的两个功能部件EU一样
区别: 1.8086的指令队列是6字节长，而8088的指令为4字长； 2.8086是真正的16位机，同BIU相连的8086总线中数据总 线是16位总线，而8088是准16位机，同BIU相连的8088总 线中数据总线为8位总线。
最新.
指针寄存器和变址寄存器是4个16位寄存器。堆栈指针SP （stack point）和基址指针BP（basic point）称为指针寄存器。源变 址寄存器SI（source index）和目的变址寄存器DI（destination index） 称为变址寄存器。
SP
堆栈指针
BP
在间址寻址中作基址指针
地址Fra Baidu bibliotek变址寄存器，串操作时的
* I P是指令地址在代码段内的偏移量（又称偏移地址），IP 要与CS配合构成共同物理地址。
2.3.3 控制寄存器组
8086/8088 CPU中设置了一个16位标志寄存器FLAG，用
来存放运算结果的特征和控制标志。16位标志寄存器FLAG中
只用其中9位作标志位，其余位为无效位。9个标志位可分成两
类：一类叫状态标志位，用来表示算术逻辑运算结果的特征，
20
2.3.4 段寄存器组
在8086/8088系统中采用分段技术把1MB的存储空间分成若干 个逻辑段，每段最长为64KB，这些逻辑段可以在整个存储空间中 定位，用段寄存器给定各个逻辑段的首地址的高16位，这个地址 被称作段基址。 8086/8088
* CS（代码段寄存器）指向当前的代码段，指令由此段取出； *SS （堆栈段寄存器）指向当前的堆栈段，栈操作的对象是该段
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2.3 8086/8088寄存器结构
在8086微处理器 中可供程序员使 用的有14个16位 寄存器，如图2.5 所示。一般而言， 14个寄存器按其 用途可分为通用 寄存器、指令指 针、标志寄存器 和段寄存器4类。
最新.
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2.3.1 通用寄存器
一、数据寄存器
数据寄存器包括4个16位的寄存器AX、BX、CX和DX， 主要用来存放16位的数据或地址。同时每个数据寄存器又 可分成两个8位寄存器，即AH、AL、BH、BL、CH、CL、 DH和DL，用来存放8位数据。
4) 对各部件进行控制，包括对CPU内部的控制和对CPU
5) 响应其他部件发出的中断请求和总线请求等。
最新.
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2.1.3总线
微型计算机系统采用总线结构，将5大部件连接起来。 各部件之间传送信息的公共通道，称为总线（BUS）。
在总线上流动的信息大致可分为两类： 一类是数据和程序，数据包括程序运行所需的原始数 据和程序运行的结果以及这些数据的地址信息； 另一类是控制器向各部件发出的控制命令以及各部件 发给控制器的状态信息。
SI
源变址寄存器（隐含）
地址和变址寄存器，串操作时的
DI
目的变址寄存器（隐含）
* BP，SP寄存器称为指针寄存器，与SS联用。
* DI，SI寄存器称为变址寄存器，与DS联用，在串指
令中，SI，DI均为隐含寻址，此时，SI与DS联用， DI
与ES联用。
最新.
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2.3.2 指令指针
IP（instruction pointer）指令指针是一个16位寄存器，用 来存放将要执行的下一条指令在当前代码段中的偏移地址。 在程序运行过程中，BIU可修改IP中的内容，IP总是指向下一 条待取的指令。用户不能编写指令直接改变IP 的内容。
微机系统利用3组总线，即数据总线DB、地址总线AB 和控制总线CB分别传送指令及指令执行过程中相关的数据、 地址信息和控制信息。
最新.
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2.1.3 总线
（1 数据总线是在CPU、存储器或I/O端口等部件之间传递
数据的通道，每次传送一个“计算机字长”，其宽度（根数） 通常与计算机的字长一致。数据总线的传输是双向的。 （2
最新.
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2.2 8086微处理器的功能结构
8086是Intel系列的16位微处理器，是80x86系列微机
1）制造工艺：采用具有高速运算性能的HMOS工艺制成。 2）芯片集成度：芯片上集成有2.9万个晶体管，用单一的 +5V电源和40 3）时钟频率：5～10MHz，最快的指令执行时间0.4μs。4） 字长：16位8088为准16 5 6）内存容量：20位地址可寻址1MB 7）端口地址：16位I/O地址可寻址64KB 8）中断功能：可处理内部软件中断和外部硬件中断，中断 源可多达25个。
DF（方向标志）：在字符串操作时，决定操作数地址调整的方向，DF=1， 为递减；
IF （中断允许标志）： IF=1，允许CPU响应外部的可屏蔽中断；
TF （陷阱标志）：当TF=1，CPU每执行一条指令便自动产生一个内部中断，
在中断服务程序中可检查指令执行情况。
最新.
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例：MOV AL 64H；64H→AL ADD AL 64H；(AL)+64H 求OF=? CF=?
PF（奇偶校验标志）：当运算结果中“1”的个数为偶数时，PF=1； AF（辅助进位标志）：当结果的D3向D4（低位字节）出现进位（借位）时，
AF=1； ZF （零标志）： 当运算结果为零时，ZF=1； SF （符号标志）： 当运算结果的最高位D7/D15为1时，SF=1； OF （溢出标志）：当运算结果超过机器所能表示的范围时，OF=1；
最新.
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2.1.1微型计算机基本结构
最新.
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2.1.2 微处理器CPU 微处理器简称CPU，是用来实现运算和控制功能的部
件，是整个微型计算机的核心，由运算器、控制器和寄存 器组3部分组成。CPU
1) 指明将要执行指令所在存储单元的地址，取出指令并
2) 3) 传送数据，包括在CPU内部传送数据以及与外界交换
工作过程：从队列中取得指令，进行译码， 根据指令要求向EU内部各部件发出控制 命令，完成执行指令的功能。若执行指令 需要访问存储器或I/O端口，则EU将操作 数的偏移地址送给BIU，由BIU取得操作 数送给EU。
最新.
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（2）总线接口部件BIU（Bus Interface Unit)
组成：16位段寄存器，指令指针，20位地址 加法器，总线控制逻辑，6字节指令队列。
最新.
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2.1.4 存储器
存储器是指微型计算机的内存储器（人们常说内存 条），它通常由CPU之外的半导体存储器芯片组成，用 来存放程序、原始操作数，中间结果和最终结果数据。
2.1.5 输入/输出设备及其接口电路
输入/输出设备统称为外部设备(简称外设)，是微型 计算机的重要组成部分。与微型计算机相连接的各种设 备统称外部设备。例如，键盘、打印机、显示器、磁带 机、磁盘等。另外，在微型计算机的工程应用中，所使 用的各种开关、继电器、步进电机、A/D及D/A变换器等 均可看作微型计算机的外部设备。
允许各逻辑段在整个存储空间浮 动，段与段之间可以是连续的， 也可以是分开的或重叠的。
最新.
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00000H 逻辑段1起点 逻辑段2起点 逻辑段3起点
逻辑段4起点 FFFFFH
逻辑段1<=64KB 逻辑段2<=64KB 逻辑段3<=64KB
逻辑段4<=64KB
最新.
每个段的首地 址称为“段基值”， “段基值”必须能 被16整除 （XXXX0H）。
数据寄存器用于存放指令操作数。在一些指令中，某些 寄存器具有特定的用途：如AX作累加器；BX作基址寄存器； CX在串操作指令中用作计数器；DX在字乘法、除法指令中 存放乘积高位或被除数高位或余数，在某些I/O操作期间用 来保存I/O端口地址等。
最新.
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2.3.1 数据寄存器
二、指针寄存器和变址寄存器
最新.
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00000H
0FFFFH 10000H 1FFFFH 20000H
2FFFFH
段1 段2 段3
F0000H FFFFFH
段 16
矛盾：存储器地址空间1MB，20bit 地址线；内部各寄存器和数据总线 均为16bit。
解决方法：将整个存储器分为若 干个逻辑段，每段内地址16bit， 即最多地址空间64KB。
*当指令队列有2个或2个以上的字节空余时， BIU自动将指令取到指令队列中。若遇到转移 指令等，则将指令队列清空，BIU重新取新地 址中的指令代码，送入指令队列。
*指令指针IP由BIU自动修改，IP总是最新指. 向下一条将要执行指令的地址。11
2.2.2 EU和BIU的并行工作
最新.
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2.2.3 8086与8088的区别
程序执行前， 分别对相应的段寄 存器CS，DS，SS， ES置“段基值”， 若程序长度大于 64KB，则可通过 对CS送新的“段基 值”将程序转移到 新段中。
CPU控制器发往各部件的控制信号线以及各部件发给 CPU的状态信号线构成了“控制总线”，控制线总体上是 “双向”的，但就控制总线中某一根来说，在一种确定状态
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2.2.1 8086/8088 CPU的内部结构
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（ 1 ）指令执行部件EU（Exection Unit)
AH AL BH BL CH CL DH DL
SP BP SI DI
EU
ALU
控
制
系
统
标志寄存器
组成：通用寄存器，标志寄存器，ALU， EU控制系统等。
作用：负责指令的执行，完成指令的操作。
20位
16位
CS DS SS ES IP
内部寄存器
输入 / 输出 控制 电路
123456
指令 队列
总线 接口单元
作用：负责从内存指定单元中取出指令， 送入指令流队列中排队；取出指令所需的 操作数送EU单元去执行。
8086总 线 16位
工作过程：由段寄存器与IP形成20位物理地 址送地址总线，由总线控制电路发出存储器 “读”信号，按给定的地址从存储器中取出 指令，送到指令队列中等待执行。
第二章 微型计算机系统中的微处理器
本章内容提要:
微型计算机的组成及工作原理
8086微处理器的功能结构
8086/8088寄存器结构
8086存储器
8086的引脚信号和工作模式
微处理器总线时序
80x86系列微处理器
最新.
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2.1 微型计算机的组成及工作原理
2.1.1微型计算机基本结构
到目前为止，大多数微型计算机的结构归属于冯·诺 依曼结构，主要包括运算器、控制器、存储器、I/O设备 及其接口电路，如图2.1所示。运算器和控制器合称为中 央处理器CPU。
存储单元的内容； *DS（数据段寄存器）指向当前的数据段，该段中存放程序的操
作数； *ES （附加段寄存器）指向当前的附加段，主要用于字符串数据
的存放，也可以用于一般数据的存放。
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2.4 8086存储器
2.4.1 8086存储器组织及其寻址
8086微处理器地址线为20根，可以寻址1MB的内部存 储器，地址编号为00000H～FFFFFH。我们约定存储空间 以8b为单位进行组织，每个存储单元存储一个字节数据。 如果存放一个“字”数据（16b），则存放在相邻的两个 存储单元中，并且高字节存放在高地址单元、低字节存放 在低地址单元，双字单元的存放方式与字单元类似，它被 存放在相邻的4个字节中。
包括CF、PF、AF、ZF、SF和OF；另一类叫控制标志位，用
来控制CPU的操作，由程序设置或清除，它们是IF、DF和TF。
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D15
D11
D8 D6 D4 D2 D0
OF DF IF TF SF ZF
AF
PF
CF
CF（进位标志）： 当运算结果的最高位（D7/D15）出现进位（借位）时， CF=1；
解：∵ 0ABH=10101011B= -85D 0FFH=11111111B= -1D ∴0ABH+0FFH=10101011B+11111111B = (1)10101010B= -86D
结果没有超出-128~127范围， CF=1，OF=0。 求下例中各状态标志的值： 1．
则 SF= 0, ZF= 0, PF= 0, CF最=新0. , OF=0, AF= 0
解：64H=01100100B=100D 则 64H+64H=01100100B+01100100B
= 11001000B= -56D
结果 OF=1 CF=0 有溢出而无进位。 产进生位溢，出相的加原结因果是超因过为表第示七范位围（。AD7）没有向前产生
最新.
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例：MOV AL 0ABH； ADD AL 0FFH； 求CF=？ OF=？
相同点：
1.微处理器内部采用16位结构 2.内部的两个功能部件EU一样
区别: 1.8086的指令队列是6字节长，而8088的指令为4字长； 2.8086是真正的16位机，同BIU相连的8086总线中数据总 线是16位总线，而8088是准16位机，同BIU相连的8088总 线中数据总线为8位总线。
最新.
指针寄存器和变址寄存器是4个16位寄存器。堆栈指针SP （stack point）和基址指针BP（basic point）称为指针寄存器。源变 址寄存器SI（source index）和目的变址寄存器DI（destination index） 称为变址寄存器。
SP
堆栈指针
BP
在间址寻址中作基址指针
地址Fra Baidu bibliotek变址寄存器，串操作时的
* I P是指令地址在代码段内的偏移量（又称偏移地址），IP 要与CS配合构成共同物理地址。
2.3.3 控制寄存器组
8086/8088 CPU中设置了一个16位标志寄存器FLAG，用
来存放运算结果的特征和控制标志。16位标志寄存器FLAG中
只用其中9位作标志位，其余位为无效位。9个标志位可分成两
类：一类叫状态标志位，用来表示算术逻辑运算结果的特征，
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2.3.4 段寄存器组
在8086/8088系统中采用分段技术把1MB的存储空间分成若干 个逻辑段，每段最长为64KB，这些逻辑段可以在整个存储空间中 定位，用段寄存器给定各个逻辑段的首地址的高16位，这个地址 被称作段基址。 8086/8088
* CS（代码段寄存器）指向当前的代码段，指令由此段取出； *SS （堆栈段寄存器）指向当前的堆栈段，栈操作的对象是该段
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2.3 8086/8088寄存器结构
在8086微处理器 中可供程序员使 用的有14个16位 寄存器，如图2.5 所示。一般而言， 14个寄存器按其 用途可分为通用 寄存器、指令指 针、标志寄存器 和段寄存器4类。
最新.
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2.3.1 通用寄存器
一、数据寄存器
数据寄存器包括4个16位的寄存器AX、BX、CX和DX， 主要用来存放16位的数据或地址。同时每个数据寄存器又 可分成两个8位寄存器，即AH、AL、BH、BL、CH、CL、 DH和DL，用来存放8位数据。
4) 对各部件进行控制，包括对CPU内部的控制和对CPU
5) 响应其他部件发出的中断请求和总线请求等。
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2.1.3总线
微型计算机系统采用总线结构，将5大部件连接起来。 各部件之间传送信息的公共通道，称为总线（BUS）。
在总线上流动的信息大致可分为两类： 一类是数据和程序，数据包括程序运行所需的原始数 据和程序运行的结果以及这些数据的地址信息； 另一类是控制器向各部件发出的控制命令以及各部件 发给控制器的状态信息。
SI
源变址寄存器（隐含）
地址和变址寄存器，串操作时的
DI
目的变址寄存器（隐含）
* BP，SP寄存器称为指针寄存器，与SS联用。
* DI，SI寄存器称为变址寄存器，与DS联用，在串指
令中，SI，DI均为隐含寻址，此时，SI与DS联用， DI
与ES联用。
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2.3.2 指令指针
IP（instruction pointer）指令指针是一个16位寄存器，用 来存放将要执行的下一条指令在当前代码段中的偏移地址。 在程序运行过程中，BIU可修改IP中的内容，IP总是指向下一 条待取的指令。用户不能编写指令直接改变IP 的内容。
微机系统利用3组总线，即数据总线DB、地址总线AB 和控制总线CB分别传送指令及指令执行过程中相关的数据、 地址信息和控制信息。
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2.1.3 总线
（1 数据总线是在CPU、存储器或I/O端口等部件之间传递
数据的通道，每次传送一个“计算机字长”，其宽度（根数） 通常与计算机的字长一致。数据总线的传输是双向的。 （2
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2.2 8086微处理器的功能结构
8086是Intel系列的16位微处理器，是80x86系列微机
1）制造工艺：采用具有高速运算性能的HMOS工艺制成。 2）芯片集成度：芯片上集成有2.9万个晶体管，用单一的 +5V电源和40 3）时钟频率：5～10MHz，最快的指令执行时间0.4μs。4） 字长：16位8088为准16 5 6）内存容量：20位地址可寻址1MB 7）端口地址：16位I/O地址可寻址64KB 8）中断功能：可处理内部软件中断和外部硬件中断，中断 源可多达25个。
DF（方向标志）：在字符串操作时，决定操作数地址调整的方向，DF=1， 为递减；
IF （中断允许标志）： IF=1，允许CPU响应外部的可屏蔽中断；
TF （陷阱标志）：当TF=1，CPU每执行一条指令便自动产生一个内部中断，
在中断服务程序中可检查指令执行情况。
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例：MOV AL 64H；64H→AL ADD AL 64H；(AL)+64H 求OF=? CF=?
PF（奇偶校验标志）：当运算结果中“1”的个数为偶数时，PF=1； AF（辅助进位标志）：当结果的D3向D4（低位字节）出现进位（借位）时，
AF=1； ZF （零标志）： 当运算结果为零时，ZF=1； SF （符号标志）： 当运算结果的最高位D7/D15为1时，SF=1； OF （溢出标志）：当运算结果超过机器所能表示的范围时，OF=1；
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2.1.1微型计算机基本结构
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2.1.2 微处理器CPU 微处理器简称CPU，是用来实现运算和控制功能的部
件，是整个微型计算机的核心，由运算器、控制器和寄存 器组3部分组成。CPU
1) 指明将要执行指令所在存储单元的地址，取出指令并
2) 3) 传送数据，包括在CPU内部传送数据以及与外界交换
工作过程：从队列中取得指令，进行译码， 根据指令要求向EU内部各部件发出控制 命令，完成执行指令的功能。若执行指令 需要访问存储器或I/O端口，则EU将操作 数的偏移地址送给BIU，由BIU取得操作 数送给EU。
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（2）总线接口部件BIU（Bus Interface Unit)
组成：16位段寄存器，指令指针，20位地址 加法器，总线控制逻辑，6字节指令队列。
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2.1.4 存储器
存储器是指微型计算机的内存储器（人们常说内存 条），它通常由CPU之外的半导体存储器芯片组成，用 来存放程序、原始操作数，中间结果和最终结果数据。
2.1.5 输入/输出设备及其接口电路
输入/输出设备统称为外部设备(简称外设)，是微型 计算机的重要组成部分。与微型计算机相连接的各种设 备统称外部设备。例如，键盘、打印机、显示器、磁带 机、磁盘等。另外，在微型计算机的工程应用中，所使 用的各种开关、继电器、步进电机、A/D及D/A变换器等 均可看作微型计算机的外部设备。
允许各逻辑段在整个存储空间浮 动，段与段之间可以是连续的， 也可以是分开的或重叠的。
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00000H 逻辑段1起点 逻辑段2起点 逻辑段3起点
逻辑段4起点 FFFFFH
逻辑段1<=64KB 逻辑段2<=64KB 逻辑段3<=64KB
逻辑段4<=64KB
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每个段的首地 址称为“段基值”， “段基值”必须能 被16整除 （XXXX0H）。
数据寄存器用于存放指令操作数。在一些指令中，某些 寄存器具有特定的用途：如AX作累加器；BX作基址寄存器； CX在串操作指令中用作计数器；DX在字乘法、除法指令中 存放乘积高位或被除数高位或余数，在某些I/O操作期间用 来保存I/O端口地址等。
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2.3.1 数据寄存器
二、指针寄存器和变址寄存器
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00000H
0FFFFH 10000H 1FFFFH 20000H
2FFFFH
段1 段2 段3
F0000H FFFFFH
段 16
矛盾：存储器地址空间1MB，20bit 地址线；内部各寄存器和数据总线 均为16bit。
解决方法：将整个存储器分为若 干个逻辑段，每段内地址16bit， 即最多地址空间64KB。
*当指令队列有2个或2个以上的字节空余时， BIU自动将指令取到指令队列中。若遇到转移 指令等，则将指令队列清空，BIU重新取新地 址中的指令代码，送入指令队列。
*指令指针IP由BIU自动修改，IP总是最新指. 向下一条将要执行指令的地址。11
2.2.2 EU和BIU的并行工作
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2.2.3 8086与8088的区别
程序执行前， 分别对相应的段寄 存器CS，DS，SS， ES置“段基值”， 若程序长度大于 64KB，则可通过 对CS送新的“段基 值”将程序转移到 新段中。