微处理器结构及基本工作原理(3)ppt课件

1、第二章第二章 8086/8088微处置器及其构造微处置器及其构造l8086/8088内部构造内部构造 l存储器构造存储器构造 l8086/8088CPU引脚及功能引脚及功能 l8086/8088系统配置系统配置 l8086/8088CPU内部时序内部时序 重点重点 ： 8086CPU的组成及的组成及各部分的作用，各部分的作用，8086存储器存储器的分段、物理地址的构成的分段、物理地址的构成 ，8086任务时序，堆栈的概念任务时序，堆栈的概念难点：难点：8086任务时序、任务时序、 物理地址的构成物理地址的构成1.8086/8088 CPU主要性能l字长字长 ：16位位/准准16位位l时钟频率：

2、时钟频率：5MHzl数据总线、地址总线复用数据总线、地址总线复用l内存容量内存容量 ：20位地址总线，位地址总线，1MB存储空间存储空间l端口地址：端口地址：16位位I/O地址总线，地址总线，64KB个端口个端口l中断功能：内部软件中断，外部硬件中断，中断功能：内部软件中断，外部硬件中断，l 可管理可管理256个中断源个中断源l两种任务方式两种任务方式 ：支持单片：支持单片CPU或多片或多片CPUl 系统任务系统任务 8086/8088CPU性能目的性能目的 8086：是：是INTEL系列系列16位微处置器，采用位微处置器，采用HMOS高密高密度金属氧化物半导体技术，集成度为度金属氧化物半导体

3、技术，集成度为29000个管片。个管片。数据总线：数据总线：16位位地址总线：地址总线：20位，可直接寻址的地址空间为位，可直接寻址的地址空间为 1M字节。字节。 8088：准16位机，CPU内部数据总道路为16位，外部8位，20位地址总线，推出8088的目的是为了向下兼容以前的8位微型机。2. 8086/8088内部构造 内内 部部 结结 构构 l8086CPU构造框图及分析构造框图及分析 l8086CPU内部存放器内部存放器 l指令执行单元指令执行单元EU l总线接口单元总线接口单元BIU l8088CPU的指令流水线的指令流水线 l通用存放器通用存放器 l段存放器段存放器 l标志存放器标

4、志存放器 l指令指针存放器指令指针存放器 2.1 8086CPU任务方式任务方式 微处微处 理器理器 堆栈段堆栈段 存储存储 器接器接 口电口电 路路 存存储储器器附加段附加段 数据段数据段 代码段代码段 代码段代码段1 00000HFFFFFH2.2 8086CPU内部构造框架内部构造框架 ALUTMPTMP标志存放器标志存放器FR控制单元EU通用存放器161616指令队列缓冲器总线控制逻辑通讯存放器CSESSSDSIP地址产生器BIU16816202.2 8086CPU内部构造框架内部构造框架 ALUTMPTMP标志存放器标志存放器FR控制单元EU通用存放器161616指令队列缓冲器总线控

5、制逻辑通讯存放器CSESSSDSIP地址产生器BIU1681620 执行部件执行部件EU的作用：担任的作用：担任执行指令、构成有效地址执行指令、构成有效地址EA。EU 包括四部分：包括四部分：运算器运算器ALU+TEMP 标志存放器标志存放器 控制单元控制单元 通用存放器通用存放器 2.2 8086CPU内部构造框架内部构造框架 ALUTMPTMP标志存放器标志存放器FR控制单元EU通用存放器161616指令队列缓冲器总线控制逻辑通讯存放器CSESSSDSIP地址产生器BIU1681620 总线接口部件总线接口部件BIU的作用是的作用是预取指令、构成实践地址预取指令、构成实践地址PA、输入输出

6、数据。输入输出数据。BIU主要由五部主要由五部分组成：分组成：指令队列缓冲器指令队列缓冲器 总线控制逻辑总线控制逻辑 段存放器段存放器 指令指针存放器指令指针存放器 地址产生器地址产生器 l总线利用率高。总线利用率高。串行构造：取指令串行构造：取指令取操作数取操作数执行指令执行指令存放结果存放结果 lCPU利用率高，计算速度快。利用率高，计算速度快。l两部分的动作管理遵照以下原那么。两部分的动作管理遵照以下原那么。1.每当每当8086的指令队列中有的指令队列中有2个空字节，个空字节，BIU就会自动把指令就会自动把指令取到指令队列中；取到指令队列中；2.同时同时EU从指令队列中取出一条指令并分析

7、、执行指令；从指令队列中取出一条指令并分析、执行指令；3.当指令队列已满而当指令队列已满而EU对对BIU又无总线访问恳求时，又无总线访问恳求时，BIU进入进入空闲形状；空闲形状；4.在执行转移、调用和前往指令时，指令队列中原有内容被自在执行转移、调用和前往指令时，指令队列中原有内容被自动去除。动去除。 微处置器构造分析微处置器构造分析 2.3 8088CPU内部构造框架内部构造框架 l指令队列长度仅有指令队列长度仅有4个字节，队列中出现个字节，队列中出现1个个l 空闲字节，空闲字节，BIU就会自动访问存储器，取新的就会自动访问存储器，取新的l 指令。指令。lBIU经过总线控制电路与外部交换数据

8、的数据经过总线控制电路与外部交换数据的数据l 总线宽度是总线宽度是8位，总线控制电路与公用存放器位，总线控制电路与公用存放器l 之间的数据总线宽度也是之间的数据总线宽度也是8位。位。2.3 8088CPU内部构造框架内部构造框架 2.4 存放器通用存放器存放器通用存放器 四个四个16位通用存放器、两个变址寄位通用存放器、两个变址寄存器、两个指针存放器。存器、两个指针存放器。 AX：累加器：累加器Accumulator BX：基址存放器：基址存放器Base Index CX：计数存放器：计数存放器Count Index DX：数据存放器：数据存放器Data Index SI：源变址存放器：源变址

9、存放器Source Index DI：目的存放器：目的存放器Destination Index SP：堆栈指针：堆栈指针Stack Pointer BP：基址指针：基址指针Base Pointer AXBXCXDX0158 7ALAHBLBHCLCHDLDHSIDISPBPAXAL在输入在输入/输出指令中用作数据寄存器；在乘法指令中输出指令中用作数据寄存器；在乘法指令中存放被乘数或乘积；在除法指令中存放被除数或商存放被乘数或乘积；在除法指令中存放被除数或商AH 在在LAHF指令中作为目标寄存器使用指令中作为目标寄存器使用AL在在BCD码及码及ASC运算指令中作累加器使用；在运算指令中作累加器使

10、用；在XLAT指令中作累加器使用指令中作累加器使用BX在间接寻址方式中作基址寄存器使用；在在间接寻址方式中作基址寄存器使用；在XLAT指令指令中作基址寄存器使用中作基址寄存器使用CX在循环指令和字符串指令中作为循环次数计数器在循环指令和字符串指令中作为循环次数计数器,每每作一次循环，作一次循环，CX的内容自动减的内容自动减1CL在移位在移位/循环指令中作移位次数计数器使用循环指令中作移位次数计数器使用DX在字乘法在字乘法/除法指令中存放乘积高位或被除数高位或除法指令中存放乘积高位或被除数高位或余数；在间接寻址的输入余数；在间接寻址的输入/输出指令中作地址寄存器输出指令中作地址寄存器使用使用SI

11、在字符串运算指令中作源变址寄存器使用；在间接在字符串运算指令中作源变址寄存器使用；在间接寻址的指令中作变址寄存器使用寻址的指令中作变址寄存器使用DI在字符串运算指令中作目标变址寄存器使用；在间在字符串运算指令中作目标变址寄存器使用；在间接寻址中作变址寄存器使用接寻址中作变址寄存器使用BP在间接寻址的指令中作基址指针使用在间接寻址的指令中作基址指针使用SP在堆栈操作中作堆栈指针使用在堆栈操作中作堆栈指针使用在某些指令中规定了某些通用存放器的专门用法， 这样可以缩短指令代码长度；或使这些存放器的使器具有隐含的性质， 以简化指令的书写方式即在指令中不用写出运用的存放器称号。 通用存放器的隐含用法如左

12、表所示。2.4 存放器控制存放器存放器控制存放器 指令指针存放器IP：16位的存放器，存放BIU要取的下一条指令的偏移地址。 标致存放器FR：FR中的含6个形状标志位，3个控制标志位。形状标志位用来反映EU执行算术运算和逻辑运算以后的结果特征；控制标志位用来控制微处置器的任务方式或任务形状。2.4 存放器标志存放器存放器标志存放器FR OF DF IF TF SF ZF AF PF CF 15870形状形状标志位标志位 CF进位标志进位标志,CF=1,有进有进(借借)位位(算术。算术。 PF奇偶标志，含奇偶标志，含1个数为偶数，个数为偶数，PF=1。 AF辅助进位位，辅助进位位， D3向向D4

13、有进借位，有进借位，AF=1。 OF溢出标志，溢出标志，OF=CF + CD。OF=1，有溢出。，有溢出。 SF符号标志，符号标志，SF=1，D7D15=1。 控制位控制位 IF中断允许标志，中断允许标志，IF=1，允许，允许CPU呼应呼应外设经过可屏蔽中断恳求线提出的中断外设经过可屏蔽中断恳求线提出的中断DF 方向标志，串，方向标志，串，DF=1，减址，减址 TF跟踪标志，TF=1，CPU进入单步运转形状。 标志OFDFIFSFZFAFPFCFOVDNEINGZRACPECYNVUPDIPLNZNAPONC为1的符号为0的符号标志存放器中的形状标志的形状表示符号CF= 1 PF= 1 AF=

14、 0 OF= 0 SF= 0 ZF= 0 无符号数相加无符号数相加 211 105 316 + - 45 + 105+ 60 + 11010011+ 0110100100111100 11 11 11010011+ 0110100100111100 11 11 有符号数相加有符号数相加 2.4 存放器段存放器存放器段存放器 0 0A A000 0000 1001 0001 1100 0100 1101 0101 1010 0010 1011 0011 1110 0110 1111 0111 1十六进制数十六进制数0H1H2H3H4H5H6H7H8H9HAHBHCHDHEHFH0HFH 地址地址

15、 译码译码 电路电路 0 0A A1 1A A2 2A A3 3A ADB8086微处置器的地微处置器的地址总线为址总线为20根，那么根，那么其寻址空间为：其寻址空间为：2 20 02 2= =1 1M MB B00000HFFFFFH2.4 存放器段存放器存放器段存放器 矛盾：外部地址总线为矛盾：外部地址总线为20根，内部可以提供的数据为根，内部可以提供的数据为16位。位。 逻辑段逻辑段1 逻辑段逻辑段2 逻辑段逻辑段3 l由于由于16位地址最多可以访问位地址最多可以访问64K的存储空的存储空l间，所以每个分段的最大空间为间，所以每个分段的最大空间为64K。 段起段起始地始地址址l物理地址：

16、存储器中实真实在存在的一个物理地址：存储器中实真实在存在的一个l存储单元的编号，也叫实践地址。存储单元的编号，也叫实践地址。 l段起始地址：分段的第一个物理地址。段起始地址：分段的第一个物理地址。 00000HFFFFFHl1M的存储空间可以被分为的段数为：的存储空间可以被分为的段数为：16 l段起始地址的特点：低四位为段起始地址的特点：低四位为0。 12340H 12000H 00000H 23560H FFFF0H 2.4 存放器段存放器存放器段存放器 l段基址：段起始地址高十六位二段基址：段起始地址高十六位二l进制组成的地址编码。进制组成的地址编码。 偏移地址偏移地址12340H2233

17、FH 逻辑段逻辑段11238FH右图所示段的段基址为：右图所示段的段基址为：1234Hl偏移地址：物理地址与所在段起始偏移地址：物理地址与所在段起始l地址的差，也叫有效地址。地址的差，也叫有效地址。 右图中右图中1238FH的偏移地址为：的偏移地址为： 0004FHl物理地址的构成：段基址左移物理地址的构成：段基址左移4位位l二进制二进制+ 偏移地址。偏移地址。 l偏移地址的特点：高四位二进制偏移地址的特点：高四位二进制l永远为永远为0，因此仅取其低十六位。，因此仅取其低十六位。 最大的偏移地址最大的偏移地址2233FH-12340H=0FFFFH2.4 存放器段存放器存放器段存放器 逻辑段逻

18、辑段2 逻辑段逻辑段1 同一个存储单元同一个存储单元25637H25630H25600H00037H00007Hl逻辑地址的特点：不独一逻辑地址的特点：不独一 l逻辑地址逻辑地址 段基址：偏移地址段基址：偏移地址 左图中左图中1238FH的逻辑地址为：的逻辑地址为：1234H：004FH偏移地址偏移地址12340H2233FH 逻辑段逻辑段11238FH 逻辑地址的来源逻辑地址的来源 操作指令操作指令段基址段基址偏移地址偏移地址正常来源正常来源其他来源其他来源取指令取指令CS无无IP堆栈指令堆栈指令SS无无SP存存/取数据取数据DSCS、ES、SS有效地址有效地址EA取源串取源串DSCS、ES

19、、SSSI存存/取目标串取目标串ES无无DI通过通过BP间接寻址间接寻址SSCS、ES、DS有效地址有效地址EA2.4 存放器段存放器存放器段存放器 l代码段：存放等待执行的指令代码。代码段：存放等待执行的指令代码。 l数据段：存放指令中所需求的操作数。数据段：存放指令中所需求的操作数。 l堆栈段：一段特殊的数据存取区域。堆栈段：一段特殊的数据存取区域。 l附加段：通常也用来存放操作数。附加段：通常也用来存放操作数。 l在程序量很大的情况下可以开辟在程序量很大的情况下可以开辟l多个代码段。同理，其它逻辑段也多个代码段。同理，其它逻辑段也l可以进展扩展。可以进展扩展。 堆栈段堆栈段 附加段附加段

20、 数据段数据段 代码段代码段 l各个逻辑段可以重叠。各个逻辑段可以重叠。 代码段代码段1 数数据据段段1附附加加段段1l功能段：按存放数据所起到的功能不功能段：按存放数据所起到的功能不l同又可以分为代码段、数据段、堆栈段同又可以分为代码段、数据段、堆栈段l和附加段。和附加段。 2.4 存放器段存放器存放器段存放器 l代码段存放器代码段存放器CS：指向当前的：指向当前的l代码段，指令由此段取出。代码段，指令由此段取出。 l数据段存放器数据段存放器DS：指向当前的：指向当前的l数据段，通常用来存放程序变量。数据段，通常用来存放程序变量。 l堆栈段存放器堆栈段存放器SS：指向当前的堆：指向当前的堆l

21、栈段，堆栈操作所需的就是该段存栈段，堆栈操作所需的就是该段存l储单元的内容。储单元的内容。 l附加段存放器附加段存放器ES：指向当前的附：指向当前的附l加段，通常也用来存储数据。加段，通常也用来存储数据。 2.4 存放器指令指针存放器指令指针IP 12300H12307H 0007H IP:当前代码段当前代码段l指令指针存放器指令指针存放器IP存储的是当前存储的是当前l预取指令的存储地址。预取指令的存储地址。 l对于对于8086，BIU从存储器中取过从存储器中取过l一次指令后，一次指令后，IP自动加自动加2，指向下，指向下l一个预取指令。一个预取指令。 l对于对于8088，BIU从存储器中取过

22、从存储器中取过l一次指令后，一次指令后，IP自动加自动加1，指向下，指向下l一个预取指令。一个预取指令。 l程序员不能对程序员不能对IP进展存取操作，进展存取操作，l程序中的转移指令、前往指令及程序中的转移指令、前往指令及l中断指令能对中断指令能对IP进展操作进展操作 。 3 8086/8088CPU的外部特性的外部特性 有效电平 指引脚起作用时的逻辑电平。有些信号是低电平有效，也称作负逻辑，有些信号是高电平有效，也称作正逻辑。 三态 是指引脚除了能正常的输入或输出高、低电平之外，还能输出高阻形状 。l最大方式：有多个微处置器最大方式：有多个微处置器 l最小方式：仅有最小方式：仅有8086一个

23、微处置器一个微处置器 GNDAD14AD13AD12AD11AD10AD9AD8AD7AD6AD5AD4AD3AD2AD1AD0NMIINTRCLKGNDVcc(+5V)AD15A16/S3A17/S4A18/S5A19/S6BHE/S7MN/MXRDREADYRESETHOLD( RQ/GT0)HLDA( RQ/GT1)WR( LCCK)M/IO( S2)DT/R( S1)DEN( S0)ALE( QS0)INTA( QS1)TEST1 12 23 34 45 56 67 78 89 910 10 11 11 20 20 12 12 13 13 14 14 15 15 16 16 17 17

24、 18 18 19 19 40 40 39 39 38 38 37 37 36 36 35 35 34 34 33 33 32 32 31 31 30 30 29 29 28 28 27 27 26 26 25 25 24 24 23 23 22 22 21 21 8086/8088微处置器引脚及功能微处置器引脚及功能(1)AD15AD0 分时复用的地址分时复用的地址/数据总线。数据总线。T1周期传送地址，三态输出；周期传送地址，三态输出；T2T4周期传送数据，双向三态周期传送数据，双向三态输入输入/输出。输出。 (2)A19/S6A16/S3 分时复用的地址分时复用的地址/形状线。形状线。

25、S4S4S3S3段寄存器段寄存器00ES01SS10CS(I/O,INT)11DSS5=1，那么，那么IF=1； S6恒为恒为0 80868086微处置器微处置器 GNDAD14AD13AD12AD11AD10AD9AD8AD7AD6AD5AD4AD3AD2AD1AD0NMIINTRCLKGNDVcc(+5V)AD15A16/S3A17/S4A18/S5A19/S6BHE/S7MN/MXRDREADYRESETHOLD( RQ/GT0)HLDA( RQ/GT1)WR( LCCK)M/IO( S2)DT/R( S1)DEN( S0)ALE( QS0)INTA( QS1)TEST1 12 23 3

26、4 45 56 67 78 89 910 10 11 11 20 20 12 12 13 13 14 14 15 15 16 16 17 17 18 18 19 19 40 40 39 39 38 38 37 37 36 36 35 35 34 34 33 33 32 32 31 31 30 30 29 29 28 28 27 27 26 26 25 25 24 24 23 23 22 22 21 21 (3)Vcc(电源电源)、GND(地地) 8086微处置器只需求单一的微处置器只需求单一的+5V电源，由电源，由Vcc输入，输入，GND为接为接地端。地端。 80868086微处置器微处置器

27、(4)17根控制信号线。根控制信号线。 地址锁存器存储器I/O芯片VCC数据收发器 MN/MX RD CLK WRREADY M/IORESET ALE TEST BHE A16A19AD0AD15HLDA . HOLD .8086INTA .INTR DEN NMI DT/RBHE时钟发生器8282锁存器与锁存器与8086的衔接的衔接 8282的选通讯号输入端STB和CPU的ALE端相连 8282的DI7DI0接CPU的AD7AD0 8282的输出DO7DO0就是系统地址总线的低8位 OE为输出允许信号，当OE为低电平常，8282 的输出信号DO7DO0 有效；而当OE为高电平常，DO7DO

28、0变为高阻抗。 在带DMA控制器的8086单处置器系统中，将OE接地即可。最小方式8286与8086的衔接当一个系统中所含的外设较多时，数据总线上需求有发送器和接纳器来添加驱动才干。发送器和接纳器简称为收发器，也称为总线驱动器8088系统，只用一片8286 就可构成数据总线收发器，而8086 系统中，那么要用两片8286。8286具有两组对称的数据引线，A7A0为输入数据线，B7B0为输出数据线收发器中数据可双向传输引脚信号T控制数据传输方向。当T=1 时，就使A7A0为输入线，B7B0为输出线；当T = 0时，那么使B7B0为输入线。T和CPU的DT/ R 相连，DT/ R 为数据收发控制信

29、号。lOE是输出允许信号，此信号决议了能否允许数据经过8286。在8086/8088系统中，OE端和CPU的DEN端相连。l当系统中CPU 以外的总线主控部件对总线有恳求，并且得到CPU允许时，CPU的DEN和DT/ R 端呈现高阻形状，从而使8286 各输出端也成为高阻形状。GNDA14A13A12A11A10A9A8AD7AD6AD5AD4AD3AD2AD1AD0NMIINTRCLKGNDVcc(+5V)A15A16/S3A17/S4A18/S5A19/S6SS0MN/MXRDREADYRESETHOLD( RQ/GT0)HLDA( RQ/GT1)WR( LCCK)IO/M ( S2)DT

30、/R( S1)DEN( S0)ALE( QS0)INTA( QS1)TEST1 12 23 34 45 56 67 78 89 910 10 11 11 20 20 12 12 13 13 14 14 15 15 16 16 17 17 18 18 19 19 40 40 39 39 38 38 37 37 36 36 35 35 34 34 33 33 32 32 31 31 30 30 29 29 27 27 26 26 25 25 21 21 80888088微处置器微处置器 28 28 24 24 23 23 22 22 (1)AD7AD0 数据总线为数据总线为8条。条。 (2)M/I

31、O管脚定义相反。管脚定义相反。 (3) BHE改为改为SS0。 4.存储器组织l8086系统中存储器的构造系统中存储器的构造 l8088系统中存储器的构造系统中存储器的构造 4.1 8086系统中存储器的构造系统中存储器的构造 l存储地址相当于房间号码，而其中存储存储地址相当于房间号码，而其中存储l的数据才是我们要存取的详细内容。的数据才是我们要存取的详细内容。 右图所示的存储单元地址为：右图所示的存储单元地址为：12356H该单元中存储的数据为：该单元中存储的数据为：25H25H36H00000HFFFFFH12356H程序中的表示方式为：程序中的表示方式为：12356H=25H假设存放的是

32、字，那么其表示方式为：假设存放的是字，那么其表示方式为：12356H=3625H留意：字的高位存放在大地址单元，低留意：字的高位存放在大地址单元，低位存放在小地址单元。程序中阐明是字位存放在小地址单元。程序中阐明是字数据还是字节数据。数据还是字节数据。4.1 8086系统中存储器的构造系统中存储器的构造 25H 36H 00000HFFFFFH12356H512K8位位奇地址奇地址存储体存储体A0=1512K8位位偶地址偶地址存储体存储体A0=0158 7000000H00000H00000H00000HFFFFEH00001H00003H00005H00007HFFFFFHl字节交叉编址字节

33、交叉编址 4.1 8086系统中存储器的构造系统中存储器的构造 CS A1A19高位奇数库高位奇数库512K8D0D7CS A1A19低位偶数库低位偶数库512K8D0D7A1A19A0BHED8D15D0D74.1 8086系统中存储器的构造系统中存储器的构造 BHE A0 访问库名访问库名 0 0 双库，实现双库，实现16位数据的传送位数据的传送 0 1 奇地址高位库，实现奇地址高位库，实现8位数据的传送位数据的传送 1 0 偶地址低位库，实现偶地址低位库，实现8位数据的传送位数据的传送 1 1 不传送不传送BHE和和A0的控制造用的控制造用34H 12H 25H 36H 00000HFF

34、FFFH12356H12351Hl假设存放的为字数据，那么假设存放的为字数据，那么 12351H=1234H12356H=3625H 规那么字与非规那么字规那么字与非规那么字 l规那么字：起始地址为偶地址。微规那么字：起始地址为偶地址。微l处置器一次可以将数据读走。处置器一次可以将数据读走。 l非规那么字：起始地址为奇地址。非规那么字：起始地址为奇地址。l微处置器两次才干将数据读走。微处置器两次才干将数据读走。 4.2 8088系统中存储器的构造系统中存储器的构造 l单一存储体单一存储体 l一次只能读取一个字节的信息一次只能读取一个字节的信息 4.3 公用和保管的存储器单元公用和保管的存储器单元00000H003FFH共1KB。存放中断向量表。可存放256个中断效力程序的入口地址。属于系统的RAM范围。FFFF0HFFFFFH。系统上电或复位时，CS=FFFFH，IP=0000H，故FFFF0H为系统的复位地址，从这一地址开场存放一条无条件转移指令，使系统自动跳转到初始化程序。属于系统的ROM范围内。5 8086总线时序的一些概念总线时序的一些概念时序的概念：CPU