微机原理及接口技术PPT第二章

1、第二章第二章 微处理器结构微处理器结构2.1 微处理器的发展历史微处理器的发展历史 2.2 微处理器的功能结构微处理器的功能结构 知知 识识 概概 述述 2.1 微处理器的发展历史微处理器的发展历史一一 微处理器的发展微处理器的发展 从1971年第一片微处理器推出至今30多年的时间里，微处理器经历了四代的发展。 第一代，1971年开始，是4位微处理器和低档8位微处理器的时期。 第二代，1973年开始，是8位微处理器的时期。 第三代，1978年开始，是16位微处理器的时期。 第四代，1981年开始，是32位微处理器的时期。2.2 8086微处理器的功能结构微处理器的功能结构 一一 微处理器的典型

2、结构微处理器的典型结构 一个典型的也是原始意义上的微处理器的结构如图2.1所示。主要由三部分组成： (1) 运算器：包括算术逻辑单元(ALU) 。 (2) 控制器：包括指令寄存器、指令译码器以及定时与控制电路。 (3) 寄存器阵列：包括一组通用寄存器和专用寄存器。一、一、8086的结构的结构 Intel 8086有两个独立的工作单元组成，如图2.2所示，即执行单元执行单元（Execution Unit，EU）和总线接口单元总线接口单元（Bus Interface Unit，BIU）。 1. EU：只负责执行指令。 2. BIU：负责从存储器或外部设备中读取指令和读/写数据，即完成总线操作。 这

3、两个单元处于并行工作状态，可以同时进行执行指令和读/写操作。这样大大提高了CPU的指令执行速度，从而提高计算机的工作速度。3. 8086 CPU的内部寄存器 数据寄存器 指针与变址寄存器AXAHALSP BXBHBLBP CXCHCLSI DXDHDLDI 段寄存器 指令指针与标志寄存器CS IP DS FLAGS ES SS 1) 通用寄存器 A 16位数据寄存器，既可作为16位数据寄存器使用，也可作为两个8位数据寄存器使用。当用作16位时，称为AX、BX、CX、DX。当用作8位时，AH、BH、CH、DH存放高字节，AL、BL、CL、DL存放低字节，并且可独立寻址。 AX (Accoumul

4、ator)：累加器，为加法结果的寄存器； 所有I/O指令用AX与外设传送信息 BX (Base)： 基址寄存器，常用于计算存储地址。 CX (Count)：循环或串处理指令中用作隐含的计数器。 DX (Data)： 与AX联合使用。双字运算时，AX放低字 DX放高字：与外设传递信息时，DX放端 口地址。B 指针及变址寄存器（16） 只能以字为单位单独使用，提供段内的偏移 地址。 SP (Stack pointer)：用于指示栈顶的偏移地址。 BP (Base pointer)：存放堆栈中的一个基地址。 SI (Source Index)：源变址寄存器。与DS联用时，确定数 据段的某一存储单元地

5、址；在串处理 指令中，SI放隐含的源变址。 DI (Desitination Index)：目的变址寄存器，同SI. 2) 专用寄存器 A 段寄存器 用4个16位的段寄存器分别存放各个段的起始地址段的起始地址(又称段基又称段基址址)，8086的指令能直接访问这4个段寄存器。CS (Code Segment)：代码段寄存器DS (Date Segment)：数据段寄存器SS (Stack Segment)：堆栈段寄存器ES (Extra Segment)：附加段寄存器 B 控制寄存器 IP (Instruction Pointer)：指令指针寄存器。存放的是BIU要取的下一条指令的偏移地址。 F

6、lag：标志寄存器。用于程序状态的反映。图二、二、8086 CPU8086 CPU的存储器和的存储器和I/OI/O端口端口 1) 8086的存储器组织及其寻址 8086 CPU能寻址1 MB的存储单元，每个存储单元中存放一个8位的二进制信息(一个字节)。地址范围为02201，但习惯用十六进制数表示，即00000HFFFFFH。将存储器空间按字节将存储器空间按字节地址号顺序排列的方式称地址号顺序排列的方式称“字节编址字节编址”。 通常，一个字数据总是位于偶地址，这种存放的字数据称为“规则字”。 2) 8086的I/O端口 8086系统和外部设备之间都是由I/O接口电路来联系的，每个I/O接口都有

7、一个端口或几个端口。在微机系统中给每个端口分配一个地址，称为端口地址。一个端口通常为I/O接口电路内部的一个寄存器或一组寄存器。8086 CPU利用地址总线的低16位作为对8位I/O端口的寻址线，8086系统访问的8位I/O端口最多有65 536(64 KB)个。三、微机系统三、微机系统的工作过程的工作过程微机系统的工作过程累加器(16位)锁存器(16位)暂 存寄存器标 志寄存器算术逻辑单元(ALU)十进制调整指 令寄存器指 令译码器中断请求INT写WR读RD请求IORQ请求MREQ等待WAIT时钟定时与控制寄存器选择通用寄存器阵列堆线指针SP(16)指令指针IP(16)加1减1地址锁存器地址

8、缓冲器A19A0地址总线多路转换开关内部数据总线数据总线缓冲器/锁存器D15D0双向数据总线RESET指令队列缓冲器指令队列缓冲器。 “先进先出”的方式工作。其操作遵循下列原则： 每当指令队列缓冲器中存满一条指令后，EU就立即开始执行。 每当BIU发现队列中空了两个字节时，就会自动地寻找空闲的总线周期进行预取指令操作，直到填满为止。 每当EU执行一条转移、调用或返回指令后，则要清除指令队列缓冲器。逻辑地址150偏移地址段寄存器0000加法器15020位物理地址190段地址地址加法器地址加法器 8086 CPU有20位地址总线，它可寻址的存储空间为1MB。而8086指令给出的地址编码只有16位，指令指针和变址寄存器也都是16位的，所以CPU不能直接寻址1 MB空间。为此采用分段管理，即8086用一组段寄存器将这1 MB存储空间分成若干个逻辑段，每个逻辑段长度小于等于64 KB 。图2.3表现了物理地址的形成过程。地址加法器图2.2指令队列缓冲器CSA19A1奇地址(高字节)存储体512K8D7D0A19A1地址总线8D15D8高8位数据线CSA19A1偶地址(低字节)存储体512K8D7D08D7D0低8位数据线BHEA0信号组合A0操 作数据引脚00从偶地址开始读/写一个字(规则字)AD15AD010从偶地址开始读/写一个字节AD7AD001从奇地址开始读/