第02章80X86微处理器及其体系结构课件

第2章80X86微处理器及其体系结构本章主要教学内容8086微处理器的基本性能指标、组成及其寄存器结构

8086微处理器的外部引脚特性

8086微处理器的存储器和I/O组织8086的时钟和总线概念及其最小/最大工作方式80286、80386、80486等高档微处理器

教学目的：使学生掌握80X86微处理器的基本使用

教学重点：8086微处理器的组成及其寄存器结构；

8086微处理器的存储器和I/O组织

教学难点：8086微处理器的存储器和I/O组织1第2章80X86微处理器及其体系结构本章主要教学内容12.18086微处理器的内部结构

微型计算机是由具有不同功能的一些部件组成的，包含运算器和控制器电路的大规模集成电路，称为“微处理器”，又称“中央处理器（CPU）”，其职能是执行算术/逻辑运算，并负责控制整个计算机系统，使之能自动协调地完成各种操作。2.1.1基本性能指标16位微处理器；采用高速运算性能的HMOS工艺制造，芯片上集成了2.9万只晶体管；使用单一的+5V电源，40条引脚双列直插式封装；时钟频率为5MHz~10MHz，基本指令执行时间为.3ms~0.6ms16根数据线和20根地址线，可寻址的地址空间达1MB8086可以和浮点运算器、I/O处理器或其他处理器组成多处理器系统，从而极大地提高了系统的数据吞吐能力和数据处理能力。22.18086微处理器的内部结构微型计算2.1.28086微处理器内部结构组成图2-18086CPU内部结构框图32.1.28086微处理器内部结构组成图2-18081．执行部件EU执行部件中包含一个16位的算术逻辑单元（ALU），8个16位的通用寄存器，一个16位的状态标志寄存器，一个数据暂存寄存器和执行部件的控制电路。功能：从BIU的指令队列中取出指令代码，经指令译码器译码后执行指令所规定的全部功能。执行指令所得结果或执行指令所需的数据，都由EU向BIU发出命令，对存储器或I/O接口进行读/写操作。2．总线接口部件BIU总线接口部件BIU内部设有四个16位段地址寄存器：代码段寄存器CS、数据段寄存器DS、堆栈段寄存器SS和附加段寄存器ES，一个16位指令指针寄存器IP，一个6字节指令队列缓冲器，20位地址加法器和总线控制电路。主要功能：根据执行部件EU的请求，负责完成CPU与存储器或I/O设备之间的数据传送。41．执行部件EU4等待取指1执行1等待取指2执行2等待取指3执行3MPU总线忙闲忙闲忙闲传统微处理器的指令执行过程取指1取指2取指3取指4取指5取指6EU总线执行1执行2执行3执行4执行5执行6忙忙忙忙忙忙BIU8086CPU的指令执行过程

5等待取指1执行1等待取指2执行2等待取指3执行3MPU总线忙2.1.38086CPU的寄存器结构

8086CPU中可供编程使用的有14个16位寄存器，按其用途可分为3类：通用寄存器、段寄存器、指针和标志寄存器，如所示。

累加器AHALBHBLCLDHDLCHSPSIDIIPFLAGSCSDSSSESBP基址寄存器计数寄存器数据寄存器堆栈指针寄存器基址指针寄存器源变址寄存器目的变址寄存器指令指针寄存器标志寄存器代码段寄存器段寄存器附加段寄存器堆栈段寄存器数据寄存器地址指针和变址寄存器控制寄存器通用寄存器数据段寄存器8086CPU内部寄存器结构

62.1.38086CPU的寄存器结构81．通用寄存器

通用寄存器分为数据寄存器与指针和变址寄存器两组。数据寄存器包括4个16位的寄存器AX、BX、CX和DX，一般用来存放16位数据，故称为数据寄存器。其中的每一个又可根据需要将高8位和低8位分成独立的两个8位寄存器来使用，即AH、BH、CH、DH和AL、BL、CL、DL两组，用于存放8位数据，它们均可独立寻址、独立使用。指针和变址寄存器包括指针寄存器SP、BP和变址寄存器SI、DI，都是16位寄存器,，一般用来存放地址的偏移量。这8个16位通用寄存器都具有通用性，从而提高了指令系统的灵活性。但在有些指令中，这些通用寄存器还各自有特定的用法，见下表。

71．通用寄存器7通用寄存器的特定用法表寄存器操作寄存器操作AX字乘，字除，字I/OCL变量移位，循环移位AL字节乘，字节除，字节I/O，查表转换，十进制运算DX字乘，字除，间接I/OAH字节乘，字节除SP堆栈操作BX查表转换SI数据串操作指令CX数据串操作指令，循环指令DI数据串操作指令8通用寄存器的特定用法表寄存器操作寄存器操作AX字乘，字除，字2．控制寄存器

指令指针寄存器IP：是一个16位的寄存器，存放EU要执行的下一条指令的偏移地址，用以控制程序中指令的执行顺序，实现对代码段指令的跟踪。标志寄存器F(P.68)：是一个16位的寄存器，共9个标志，其中6个用作状态标志，3个用作控制标志。（1）状态标志：状态标志用来反映EU执行算术和逻辑运算以后的结果特征。CF：进位标志；PF：奇偶标志；AF：辅助进位标志ZF：零标志；SF：符号标志；OF：溢出标志92．控制寄存器9（2）控制标志：控制标志是用来控制CPU的工作方式或工作状态。TF：陷阱标志或单步操作标志：IF：中断允许标志DF：方向标志3．段寄存器

8086CPU共有4个16位的段寄存器，用来存放每一个逻辑段的段起始地址。（1）代码段寄存器CS（2）数据段寄存器DS（3）堆栈段寄存器SS（4）附加段寄存器ES10（2）控制标志：控制标志是用来控制CPU的工作方式或工@2.1.48086CPU的外部引脚特性

GNDINTRNMICLKGND19INTA(QS1)TESTREADYRESET23914033843753663573483393210311130122913281427152616251724182319222021AD14AD11AD10AD9AD8AD7AD6AD5AD4AD3AD2AD1AD0RDMN/MXHOLD(RQ/GT0)BHE/S6AA17/S4A18/S5/SA16/S3AD15）VCC（+5VM/IO(S2)WR(LOCK)HLDA(RQ/GT1)DT/R(

S1)DEN(S0)ALE(QS0)AD1213AD8086CPU引脚图(P.70)11@2.1.48086CPU的外部引脚特性GNDINTR2.28086微处理器的存储器和I/O组织

2.2.1存储器的组织

1．存储器空间与存储器结构

存储器是按字节进行组织的，两个相邻的字节被称为一个“字”。存放的信息若是以字节（8位）为单位的，将在存储器中按顺序排列存放；若存放的数据为一个字（16位）时，则将每一个字的低字节（低8位）存放在低地址中，高字节（高8位）存放在高地址中，并以低地址作为该字的地址。在组成与8086CPU连接的存储器时，1M字节的存储空间实际上被分成两个512字节的存储体，分别叫高位库和低位库。低位库固定与8086CPU的低位字节数据线D7~D0相连，因此又可称它为低字节存储体，该存储体中的每个地址均为偶地址。高位库与8086CPU的高位字节数据线D15~D8相连，因此又称它为高字节存储体，该存储体中的每个地址均为奇地址，如下图所示。

122.28086微处理器的存储器和I/O组织2.2.100001H

00000H00003H

00002H00005H

00004H

512K×8（位）512K×8（位）

奇地址存储体偶地址存储体

（A0=1）（A0=0）

FFFFDH

FFFFCHFFFFFH

FFFFEH8086存储器的分体结构

1300001H

00000H00003H

00002H002．存储器分段

∶

∶

∶

∶

00000H

图2-15存储器分段示意图(P.88)

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

142．存储器分段∶∶∶∶00000H图2-153．逻辑地址（LA）和物理地址（PA）

物理地址：就是存储器的实际地址，它是指CPU和存储器进行数据交换时所使用的地址（20位）。逻辑地址：是在程序中使用的地址，它由段地址和偏移地址两部分组成（16位）。逻辑地址的表示形式为“段地址∶偏移地址”。物理地址=段地址×10H＋偏移地址

4．专用和保留的存储器单元

153．逻辑地址（LA）和物理地址（PA）152.2.2I/O端口的组织

1．统一编址又称“存储器映射方式”。在这种编址方式下，I/O端口地址置于1MB的存储器空间中，在整个存储空间中划出一部分空间给外设端口，端口和存储单元统一编址。优点：无需专门的I/O指令，对端口操作的指令类型多，从而简化了指令系统的设计。缺点：端口占用存储器的地址空间，使存储器容量更加紧张，同时端口指令的长度增加，执行时间较长，端口地址译码器较复杂。162.2.2I/O端口的组织1．统一编址162．独立编址又称“I/O映射方式”。这种方式的端口单独编址构成一个I/O空间，不占用存储器地址空间。优点：端口所需的地址线较少，地址译码器较简单，采用专用的I/O指令，端口操作指令执行时间少，指令长度短。缺点：输入输出指令类别少，一般只能进行传送操作。172．独立编址172.38086CPU的总线周期和操作时序

2.3.18284A时钟信号发生器

READY

118

217

316

415

514

613

712

811

910

8284A

CSYNC

PCLK

AEN1

RDY1

RDY2

AEN2

CLK

GND

VCC

X1

X2

ASYNC

EFI

F/C

OSC

RES

RESET

8284A引脚特性图182.38086CPU的总线周期和操作时序2.3.1CLKT1总线周期总线周期地址缓冲数据地址缓冲数据地址/数据总线T2T3T4T1T2T3T4典型的8086总线周期波形图19CLKT1总线周期总线周期地址缓冲数据地址缓冲数据地址/数据2.3.28086CPU的最小/最大工作方式

1．最小工作方式所谓最小工作方式，就是系统中只有8086一个微处理器，是一个单微处理器系统。在这种系统中，所有的总线控制信号都直接由8086CPU产生，系统中的总线控制逻辑电路被减到最少。当把8086的33脚MN/接+5V时，8086CPU就处于最小工作方式了

202.3.28086CPU的最小/最大工作方式1．最小工2．最大工作方式当把8086的33脚MN/接地时，这时的系统处于最大工作方式。最大工作方式是相对最小工作方式而言的，它主要用在中等或大规模的8086系统中。在最大方式系统中，总是包含有两个或多个微处理器，是多微处理器系统。其中必有一个主处理器8086，其他的处理器称为协处理器212．最大工作方式212.3.38086CPU的操作时序

8086的主要操作有：1、系统的复位和启动操作。2、总线操作。3、暂停操作。4、中断响应操作。5、总线保持或总线请求/允许操作222.3.38086CPU的操作时序8086的主要操作有@2.480286/80386/80486微处理器简介

2.4.180286微处理器简介1．80286的主要特性

（1）增加地址线，使内存容量提高。（2）具有两种地址方式：实地址方式和保护虚地址方式。（3）使用虚拟内存。（4）寻址方式更加丰富（24种）（5）可以同时运行多个任务。（6）三种类型中断：硬件中断、软件中断的异常中断。（7）增加了高级类指令、执行环境操作类指令和保护类指令。（8）时钟频率提高23@2.480286/80386/80486微处理器简介2．80286内部结构(P.99)242．80286内部结构(P.99)243．80286的地址方式

80286访问存储器时，有两种方式即实地址方式和虚地址保护方式。（1）实地址方式：80286加电后即进入实地址方式。在实地址方式下，80286与8086在目标码一级是向上兼容的，它兼容了8086的全部功能，8086的汇编语言源程序可以不做任何修改在80286上运行。（2）虚地址保护方式：此方式是集实地址方式、存储器管理、对于虚拟存储器的支持和对地址空间的保护为一体而建立起来的一种特殊工作方式，使80286能支持多用户、多任务系统。253．80286的地址方式252.4.280386微处理器简介

1．80386的主要特性（1）灵活的32位微处理器，提供32位的指令。（2）提供32位外部总线接口，最大数据传输速率为32Mbps。（3）具有片内集成的存储器管理部件MMU，可支持虚拟存储和特权保护。（4）具有实地址方式、保护方式和虚拟8086方式。（5）具有极大的寻址空间。（6）通过配用数值协处理器可支持高速数值处理。（7）在目标码一级与8086、80286芯片完全兼容。262.4.280386微处理器简介1．80386的主要特2．80386内部结构(P.102)272．80386内部结构(P.102)273．80386的寄存器结构80386中共有7类32个寄存器，它们是：通用寄存器、段寄存器、指令指针和标志寄存器、控制寄存器、系统地址寄存器、排错寄存器和测试寄存器。4．80386的工作方式（1）实地址方式：系统启动后，80386自动进入实地址方式。此方式下，采用类似于8086的体系结构（2）保护方式：是指在执行多任务操作时，对不同任务使用的虚拟存储器空间进行完全的隔离，保护每个任务顺利执行。（3）虚拟8086方式：是指一个多任务的环境，即模拟多个8086的工作方式。283．80386的寄存器结构282.4.380486微处理器简介

1．80486的主要特性（1）首次增加RISC技术。（2）芯片上集成部件多。数据高速缓存、浮点运算部件、分页虚拟存储管理和80387数值协处理器等多个部件。（3）高性能的设计。（4）完全的32位体系结构。（5）支持多处理器。（6）具有机内自测试功能，可以广泛地测试片上逻辑电路、超高速缓存和片上分页转换高速缓存。

292.4.380486微处理器简介1．80486的主要特2．80486的基本结构(P.106)302．80486的基本结构(P.106)303．80486的工作方式80486有如图3-24所示的3种工作方式，即实地址方式、保护方式和虚拟方式。LMSW指令CR0修改指令实地址方式保护方式虚拟8086方式复位信号复位信号修改CR0指令中断IRTED指令任务转换复位信号313．80486的工作方式LMSW指令实地址方式保护方式虚拟2.4.4Pentium系列微型计算机

的系统板

微型计算机的微处理器、内存、芯片组、总线和接等部件一般被做在一块集成电路板上，由于它是硬件统的核心，是决定微型计算机性能的关键部分，因此被称为系统板，简称主板。通常PC机的系统板包括微处理器、芯片组、内存、高速缓存、系统BIOS、总线和各种接口等。

322.4.4Pentium系列微型计算机

的系统板㈠微处理器

1．Pentium微处理器的主要特性（1）与80X86系列微处理器完全兼容。（2）采用RISC型超标量结构。（3）高性能的浮点运算器。（4）双重分离式高速缓存。（5）增强了错误检测与报告功能。（6）64位数据总线。（7）分支指令预测。（8）常用指令固化及微代码改进。（9）具有实地址方式、保护方式、虚拟8086方式以及具有特色的SMM（系统管理方式）。

33㈠微处理器1．Pentium微处理器的主要2．Pentium微处理器的内部结构

342．Pentium微处理器的内部结构343．Pentium微处理器对寄存器的扩充对EFLAGS寄存器和控制寄存器进行了扩充。4．PentiumPro微处理器5．MMX及MMXPentium微处理器6．PentiumⅡ微处理器7．PentiumⅢ微处理器8．新一代64位微处理器Merced353．Pentium微处理器对寄存器的扩充35@㈡内存与高速缓存

1．内存

内存的大小直接影响系统执行应用软件的能力和速度。目前内存常采用动态随机存储器DRAM。按工作方式分有快速页方式（FPM）、扩展数据输出（EDO）、突发式EDO（BEDO）、同步DRAM（SDRAM）和错误校验与纠正（ECC）等类型。36@㈡内存与高速缓存1．内存362．高速缓存Cache

高速缓存是一种存储空间较小而存取速度却很高的存储器，位于CPU和主存之间，用来存放CPU频繁使用的指令和数据。由于使用高速缓存后可以减少存储器的访问时间，所以对提高整个处理机的性能非常有益。目前常用的高速缓存有三种：异步SRAM；同步SRAM或称突发式SRAM；流水线突发式SRAM。

372．高速缓存Cache37㈢芯片组

芯片组是指微处理器的外围芯片，直接反映系统的支持能力。它负责控制总线的输入/输出，内存的输入/输出和硬盘控制器，还负责处理中断请求和直接存储器访问（DMA）。系统板要完成对整个计算机系统的管理、控制和协调，支持各种CPU、功能卡和各总线接口的正常运行，其关键就在于系统逻辑控制、管理芯片组上。38㈢芯片组芯片组是指微处理㈣总线

总线是系统中各部件信息交换的公共通道。1．内存总线：是CPU与内存之间交换信息的通路。2．系统总线：是组成微机系统所用的总线。常用的系统总线有ISA和EISA两种。3．局部总线：是专门提供给高速I/O设备的总线。现在有3种局部总线：①VESA局部总线；②PCI局部总线；③AGP总线。39㈣总线总线是系统中各部件信息交换㈤外设总线与输入/输出接口

外设总线是用来连接外部设备的总线。在微机系统中应用较早的外设总线有IDE、EIDE、SCSI接口等。虽然它们在名称上是接口，但都属于总线范畴，因为它们都是连接设备的公共通路，都是可以同时连接几个设备。

40㈤外设总线与输入/输出接口外设总线是２.5系统板结构2.5.1显示卡

显示卡又称显示适配器，用于控制文字或图形的显示。早期的VGA显示卡只起到CPU与显示器之间的接口作用，而现代微机的显示卡还起到处理图形数据、加速图形显示等作用。图形显示的核心部分是图形加速芯片，在其中固化一定数量的常用基本图形程序模块。现代新型的显示卡大多采用了三维图形芯片和AGP接口41２.5系统板结构2.5.1显示卡41现代显示接口电路中的新技术有：（1）多芯片集成。（2）增加数据通道。（3）显存带宽改进技术。（4）多显示器支持。

42现代显示接口电路中的新技术有：422.5.2声卡

声卡用于声音信号的采集、合成和播放。在声卡中需要将输入的音频信号转换为数字信号。声卡的类型按其接口总线分成ISA总线声卡、PCI总线声卡及AMR总线声卡，按总线宽度可分为8位、16位、32位、64位和128位几种类型。声卡中一般还有音乐合成器，可以支持多种乐器的音乐合成，可以同时播放几种不同乐器的声音。

432.5.2声卡声卡用于声音信号的2.5.3视频卡

视频卡用于视频信号的采集、转换、合成和播放等。视频卡主要包括视频转换卡、电视转换卡和MPEG解压卡等。视频转换卡是用于将标准的复合视频信号转换为计算机的数字视频信号；电视转换卡用于将计算机的数字视频信号转换为标准的复合视频；MPEG解压卡是用于计算机数字视频信号的播放。

442.5.3视频卡视频卡用于2.6软盘、硬盘和CD-ROM驱动器2.6.1软盘驱动器软盘驱动器主要完成微机系统对软盘的读写工作。软盘驱动器一般分为5.25英寸和3.5英寸两种类型。在现代微机中主要使用3.5英寸的软盘驱动器，其容量一般为1.44MB，其数据传输率为500Kb/s。

452.6软盘、硬盘和CD-ROM驱动器2.6.1软盘1．软盘驱动器的工作原理

当软盘放入软盘驱动器时，软盘在驱动器主电机的作用下以300转/分~360转/分的转速旋转，当软盘驱动器接到主机发来的读/写命令时，通过软盘驱动器控制电路指示主轴电机和磁头步进电机动作，进行读/写操作。461．软盘驱动器的工作原理462．软盘驱动器结构（1）盘片定位机构（2）软盘驱动装置（3）控制磁头寻道定位部件（4）状态检测部件（5）读/写电路（6）软盘控制器

472．软盘驱动器结构（1）盘片定位机构472.6.2硬盘驱动器

硬盘是一种磁表面存储器，是在非磁性的铝合金材料或玻璃基片表面上涂上一层薄的磁性材料，通过磁层的磁化来记录存储信息。

硬盘按照其结构和性能大致分为3类：（1）固定式磁盘（2）活动头固定盘式磁盘机（3）活动头可换盘式磁盘机482.6.2硬盘驱动器硬盘是一种磁表面存目前计算机技术中广泛应用的是温盘机，温盘机是在硬盘机中采用温彻斯特技术的产物。所谓温彻斯特技术就是把磁头部件、小车、导轨、主轴和盘片制成一个不可拆卸的整体的技术。其主要技术特点为：（1）密封的头、盘组合件——HAD组合件（2）轻浮力的接触/浮动式磁头（3）盘片表面有润滑剂

49目前计算机技术中广泛应用的是温盘机，温492．硬盘驱动器

特点：①硬盘盘片的盘基采用铝合金制成，比较坚硬；②为了不损伤盘片，HDD一般使用浮动磁头读/写；③为使磁头浮起来，HDD的主轴转速较高；④硬盘驱动器的存储容量更大。结构：包括主轴系统、数据转换系统、磁头驱动和定位系统、空气净化系统和接口电路等5部分。

502．硬盘驱动器50

硬盘驱动器的工作过程在写入时，由控制器送来要写入的数据，通过接口送到写入电路。磁头选择电路选择好要写入的磁头，磁头驱动和定位系统把该磁头定位在要写入的磁道位置上，然后数据就可以写入到选定的盘面、磁道和扇区上。读出时，由磁头选择电路选定磁头，磁头驱动和定位系统使之定位在要读出的磁道位置，然后由该磁头读出相应扇区的信息，通过读电路将读出信息进行放大、滤波、整形后，再送到接口电路。51硬盘驱动器的工作过程51Pentium系列微型计算机是目前PC机市场占有份额最多的一种，它们不仅增加了数据总线、地址总线的位数，而且采用了许多新技术，如指令高速缓存与数据高速缓存分离，分支预测，超标量流水线技术，RISC结构，增加了支持多媒体的指令集，使微处理器性能大增，应对它们有一定了解。以上对Pentium系列微型计算机的芯片组、内存、高速缓存、总线及接口、显示卡、多媒体部件、软盘、硬盘驱动器和CD-ROM驱动器等部件进行了介绍，以加深读者对Pentium系列微型计算机的整体印象，可根据情况适当学习。52Pentium系列微型计算机是目前PC机市场占有份本章小结

本章针对8086微处理器及其体系结构做了详细介绍。8086微处理器从功能结构上可以划分为执行部件和总线接口部件两大部分。

8086微处理器的寄存器使用非常灵活，8086CPU可供编程使用的有14个16位寄存器，按其用途可分为通用寄存器、段寄存器、指针和标志寄存器。要掌握各个寄存器的使用方法和隐含用法、微处理器的内部结构组成、寄存器结构；要掌握存储器的分段管理、物理地址和逻辑地址的换算及I/O端口的编址方式、8086的时钟和总线概念及其最小/最大工作方式。

本章最后对80X86的系列产品等高档微处理器的特点及基本结构做了介绍。53本章小结

本章针对8086微处理器及其体THANKYOUVERYMUCH本章到此结束，谢谢您的光临！54THANKYOUVERYMUCH54第2章80X86微处理器及其体系结构本章主要教学内容8086微处理器的基本性能指标、组成及其寄存器结构

8086微处理器的外部引脚特性

8086微处理器的存储器和I/O组织8086的时钟和总线概念及其最小/最大工作方式80286、80386、80486等高档微处理器

教学目的：使学生掌握80X86微处理器的基本使用

教学重点：8086微处理器的组成及其寄存器结构；

8086微处理器的存储器和I/O组织

教学难点：8086微处理器的存储器和I/O组织55第2章80X86微处理器及其体系结构本章主要教学内容12.18086微处理器的内部结构

微型计算机是由具有不同功能的一些部件组成的，包含运算器和控制器电路的大规模集成电路，称为“微处理器”，又称“中央处理器（CPU）”，其职能是执行算术/逻辑运算，并负责控制整个计算机系统，使之能自动协调地完成各种操作。2.1.1基本性能指标16位微处理器；采用高速运算性能的HMOS工艺制造，芯片上集成了2.9万只晶体管；使用单一的+5V电源，40条引脚双列直插式封装；时钟频率为5MHz~10MHz，基本指令执行时间为.3ms~0.6ms16根数据线和20根地址线，可寻址的地址空间达1MB8086可以和浮点运算器、I/O处理器或其他处理器组成多处理器系统，从而极大地提高了系统的数据吞吐能力和数据处理能力。562.18086微处理器的内部结构微型计算2.1.28086微处理器内部结构组成图2-18086CPU内部结构框图572.1.28086微处理器内部结构组成图2-18081．执行部件EU执行部件中包含一个16位的算术逻辑单元（ALU），8个16位的通用寄存器，一个16位的状态标志寄存器，一个数据暂存寄存器和执行部件的控制电路。功能：从BIU的指令队列中取出指令代码，经指令译码器译码后执行指令所规定的全部功能。执行指令所得结果或执行指令所需的数据，都由EU向BIU发出命令，对存储器或I/O接口进行读/写操作。2．总线接口部件BIU总线接口部件BIU内部设有四个16位段地址寄存器：代码段寄存器CS、数据段寄存器DS、堆栈段寄存器SS和附加段寄存器ES，一个16位指令指针寄存器IP，一个6字节指令队列缓冲器，20位地址加法器和总线控制电路。主要功能：根据执行部件EU的请求，负责完成CPU与存储器或I/O设备之间的数据传送。581．执行部件EU4等待取指1执行1等待取指2执行2等待取指3执行3MPU总线忙闲忙闲忙闲传统微处理器的指令执行过程取指1取指2取指3取指4取指5取指6EU总线执行1执行2执行3执行4执行5执行6忙忙忙忙忙忙BIU8086CPU的指令执行过程

59等待取指1执行1等待取指2执行2等待取指3执行3MPU总线忙2.1.38086CPU的寄存器结构

8086CPU中可供编程使用的有14个16位寄存器，按其用途可分为3类：通用寄存器、段寄存器、指针和标志寄存器，如所示。

累加器AHALBHBLCLDHDLCHSPSIDIIPFLAGSCSDSSSESBP基址寄存器计数寄存器数据寄存器堆栈指针寄存器基址指针寄存器源变址寄存器目的变址寄存器指令指针寄存器标志寄存器代码段寄存器段寄存器附加段寄存器堆栈段寄存器数据寄存器地址指针和变址寄存器控制寄存器通用寄存器数据段寄存器8086CPU内部寄存器结构

602.1.38086CPU的寄存器结构81．通用寄存器

通用寄存器分为数据寄存器与指针和变址寄存器两组。数据寄存器包括4个16位的寄存器AX、BX、CX和DX，一般用来存放16位数据，故称为数据寄存器。其中的每一个又可根据需要将高8位和低8位分成独立的两个8位寄存器来使用，即AH、BH、CH、DH和AL、BL、CL、DL两组，用于存放8位数据，它们均可独立寻址、独立使用。指针和变址寄存器包括指针寄存器SP、BP和变址寄存器SI、DI，都是16位寄存器,，一般用来存放地址的偏移量。这8个16位通用寄存器都具有通用性，从而提高了指令系统的灵活性。但在有些指令中，这些通用寄存器还各自有特定的用法，见下表。

611．通用寄存器7通用寄存器的特定用法表寄存器操作寄存器操作AX字乘，字除，字I/OCL变量移位，循环移位AL字节乘，字节除，字节I/O，查表转换，十进制运算DX字乘，字除，间接I/OAH字节乘，字节除SP堆栈操作BX查表转换SI数据串操作指令CX数据串操作指令，循环指令DI数据串操作指令62通用寄存器的特定用法表寄存器操作寄存器操作AX字乘，字除，字2．控制寄存器

指令指针寄存器IP：是一个16位的寄存器，存放EU要执行的下一条指令的偏移地址，用以控制程序中指令的执行顺序，实现对代码段指令的跟踪。标志寄存器F(P.68)：是一个16位的寄存器，共9个标志，其中6个用作状态标志，3个用作控制标志。（1）状态标志：状态标志用来反映EU执行算术和逻辑运算以后的结果特征。CF：进位标志；PF：奇偶标志；AF：辅助进位标志ZF：零标志；SF：符号标志；OF：溢出标志632．控制寄存器9（2）控制标志：控制标志是用来控制CPU的工作方式或工作状态。TF：陷阱标志或单步操作标志：IF：中断允许标志DF：方向标志3．段寄存器

8086CPU共有4个16位的段寄存器，用来存放每一个逻辑段的段起始地址。（1）代码段寄存器CS（2）数据段寄存器DS（3）堆栈段寄存器SS（4）附加段寄存器ES64（2）控制标志：控制标志是用来控制CPU的工作方式或工@2.1.48086CPU的外部引脚特性

GNDINTRNMICLKGND19INTA(QS1)TESTREADYRESET23914033843753663573483393210311130122913281427152616251724182319222021AD14AD11AD10AD9AD8AD7AD6AD5AD4AD3AD2AD1AD0RDMN/MXHOLD(RQ/GT0)BHE/S6AA17/S4A18/S5/SA16/S3AD15）VCC（+5VM/IO(S2)WR(LOCK)HLDA(RQ/GT1)DT/R(

S1)DEN(S0)ALE(QS0)AD1213AD8086CPU引脚图(P.70)65@2.1.48086CPU的外部引脚特性GNDINTR2.28086微处理器的存储器和I/O组织

2.2.1存储器的组织

1．存储器空间与存储器结构

存储器是按字节进行组织的，两个相邻的字节被称为一个“字”。存放的信息若是以字节（8位）为单位的，将在存储器中按顺序排列存放；若存放的数据为一个字（16位）时，则将每一个字的低字节（低8位）存放在低地址中，高字节（高8位）存放在高地址中，并以低地址作为该字的地址。在组成与8086CPU连接的存储器时，1M字节的存储空间实际上被分成两个512字节的存储体，分别叫高位库和低位库。低位库固定与8086CPU的低位字节数据线D7~D0相连，因此又可称它为低字节存储体，该存储体中的每个地址均为偶地址。高位库与8086CPU的高位字节数据线D15~D8相连，因此又称它为高字节存储体，该存储体中的每个地址均为奇地址，如下图所示。

662.28086微处理器的存储器和I/O组织2.2.100001H

00000H00003H

00002H00005H

00004H

512K×8（位）512K×8（位）

奇地址存储体偶地址存储体

（A0=1）（A0=0）

FFFFDH

FFFFCHFFFFFH

FFFFEH8086存储器的分体结构

6700001H

00000H00003H

00002H002．存储器分段

∶

∶

∶

∶

00000H

图2-15存储器分段示意图(P.88)

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

682．存储器分段∶∶∶∶00000H图2-153．逻辑地址（LA）和物理地址（PA）

物理地址：就是存储器的实际地址，它是指CPU和存储器进行数据交换时所使用的地址（20位）。逻辑地址：是在程序中使用的地址，它由段地址和偏移地址两部分组成（16位）。逻辑地址的表示形式为“段地址∶偏移地址”。物理地址=段地址×10H＋偏移地址

4．专用和保留的存储器单元

693．逻辑地址（LA）和物理地址（PA）152.2.2I/O端口的组织

1．统一编址又称“存储器映射方式”。在这种编址方式下，I/O端口地址置于1MB的存储器空间中，在整个存储空间中划出一部分空间给外设端口，端口和存储单元统一编址。优点：无需专门的I/O指令，对端口操作的指令类型多，从而简化了指令系统的设计。缺点：端口占用存储器的地址空间，使存储器容量更加紧张，同时端口指令的长度增加，执行时间较长，端口地址译码器较复杂。702.2.2I/O端口的组织1．统一编址162．独立编址又称“I/O映射方式”。这种方式的端口单独编址构成一个I/O空间，不占用存储器地址空间。优点：端口所需的地址线较少，地址译码器较简单，采用专用的I/O指令，端口操作指令执行时间少，指令长度短。缺点：输入输出指令类别少，一般只能进行传送操作。712．独立编址172.38086CPU的总线周期和操作时序

2.3.18284A时钟信号发生器

READY

118

217

316

415

514

613

712

811

910

8284A

CSYNC

PCLK

AEN1

RDY1

RDY2

AEN2

CLK

GND

VCC

X1

X2

ASYNC

EFI

F/C

OSC

RES

RESET

8284A引脚特性图722.38086CPU的总线周期和操作时序2.3.1CLKT1总线周期总线周期地址缓冲数据地址缓冲数据地址/数据总线T2T3T4T1T2T3T4典型的8086总线周期波形图73CLKT1总线周期总线周期地址缓冲数据地址缓冲数据地址/数据2.3.28086CPU的最小/最大工作方式

1．最小工作方式所谓最小工作方式，就是系统中只有8086一个微处理器，是一个单微处理器系统。在这种系统中，所有的总线控制信号都直接由8086CPU产生，系统中的总线控制逻辑电路被减到最少。当把8086的33脚MN/接+5V时，8086CPU就处于最小工作方式了

742.3.28086CPU的最小/最大工作方式1．最小工2．最大工作方式当把8086的33脚MN/接地时，这时的系统处于最大工作方式。最大工作方式是相对最小工作方式而言的，它主要用在中等或大规模的8086系统中。在最大方式系统中，总是包含有两个或多个微处理器，是多微处理器系统。其中必有一个主处理器8086，其他的处理器称为协处理器752．最大工作方式212.3.38086CPU的操作时序

8086的主要操作有：1、系统的复位和启动操作。2、总线操作。3、暂停操作。4、中断响应操作。5、总线保持或总线请求/允许操作762.3.38086CPU的操作时序8086的主要操作有@2.480286/80386/80486微处理器简介

2.4.180286微处理器简介1．80286的主要特性

（1）增加地址线，使内存容量提高。（2）具有两种地址方式：实地址方式和保护虚地址方式。（3）使用虚拟内存。（4）寻址方式更加丰富（24种）（5）可以同时运行多个任务。（6）三种类型中断：硬件中断、软件中断的异常中断。（7）增加了高级类指令、执行环境操作类指令和保护类指令。（8）时钟频率提高77@2.480286/80386/80486微处理器简介2．80286内部结构(P.99)782．80286内部结构(P.99)243．80286的地址方式

80286访问存储器时，有两种方式即实地址方式和虚地址保护方式。（1）实地址方式：80286加电后即进入实地址方式。在实地址方式下，80286与8086在目标码一级是向上兼容的，它兼容了8086的全部功能，8086的汇编语言源程序可以不做任何修改在80286上运行。（2）虚地址保护方式：此方式是集实地址方式、存储器管理、对于虚拟存储器的支持和对地址空间的保护为一体而建立起来的一种特殊工作方式，使80286能支持多用户、多任务系统。793．80286的地址方式252.4.280386微处理器简介

1．80386的主要特性（1）灵活的32位微处理器，提供32位的指令。（2）提供32位外部总线接口，最大数据传输速率为32Mbps。（3）具有片内集成的存储器管理部件MMU，可支持虚拟存储和特权保护。（4）具有实地址方式、保护方式和虚拟8086方式。（5）具有极大的寻址空间。（6）通过配用数值协处理器可支持高速数值处理。（7）在目标码一级与8086、80286芯片完全兼容。802.4.280386微处理器简介1．80386的主要特2．80386内部结构(P.102)812．80386内部结构(P.102)273．80386的寄存器结构80386中共有7类32个寄存器，它们是：通用寄存器、段寄存器、指令指针和标志寄存器、控制寄存器、系统地址寄存器、排错寄存器和测试寄存器。4．80386的工作方式（1）实地址方式：系统启动后，80386自动进入实地址方式。此方式下，采用类似于8086的体系结构（2）保护方式：是指在执行多任务操作时，对不同任务使用的虚拟存储器空间进行完全的隔离，保护每个任务顺利执行。（3）虚拟8086方式：是指一个多任务的环境，即模拟多个8086的工作方式。823．80386的寄存器结构282.4.380486微处理器简介

1．80486的主要特性（1）首次增加RISC技术。（2）芯片上集成部件多。数据高速缓存、浮点运算部件、分页虚拟存储管理和80387数值协处理器等多个部件。（3）高性能的设计。（4）完全的32位体系结构。（5）支持多处理器。（6）具有机内自测试功能，可以广泛地测试片上逻辑电路、超高速缓存和片上分页转换高速缓存。

832.4.380486微处理器简介1．80486的主要特2．80486的基本结构(P.106)842．80486的基本结构(P.106)303．80486的工作方式80486有如图3-24所示的3种工作方式，即实地址方式、保护方式和虚拟方式。LMSW指令CR0修改指令实地址方式保护方式虚拟8086方式复位信号复位信号修改CR0指令中断IRTED指令任务转换复位信号853．80486的工作方式LMSW指令实地址方式保护方式虚拟2.4.4Pentium系列微型计算机

的系统板

微型计算机的微处理器、内存、芯片组、总线和接等部件一般被做在一块集成电路板上，由于它是硬件统的核心，是决定微型计算机性能的关键部分，因此被称为系统板，简称主板。通常PC机的系统板包括微处理器、芯片组、内存、高速缓存、系统BIOS、总线和各种接口等。

862.4.4Pentium系列微型计算机

的系统板㈠微处理器

1．Pentium微处理器的主要特性（1）与80X86系列微处理器完全兼容。（2）采用RISC型超标量结构。（3）高性能的浮点运算器。（4）双重分离式高速缓存。（5）增强了错误检测与报告功能。（6）64位数据总线。（7）分支指令预测。（8）常用指令固化及微代码改进。（9）具有实地址方式、保护方式、虚拟8086方式以及具有特色的SMM（系统管理方式）。

87㈠微处理器1．Pentium微处理器的主要2．Pentium微处理器的内部结构

882．Pentium微处理器的内部结构343．Pentium微处理器对寄存器的扩充对EFLAGS寄存器和控制寄存器进行了扩充。4．PentiumPro微处理器5．MMX及MMXPentium微处理器6．PentiumⅡ微处理器7．PentiumⅢ微处理器8．新一代64位微处理器Merced893．Pentium微处理器对寄存器的扩充35@㈡内存与高速缓存

1．内存

内存的大小直接影响系统执行应用软件的能力和速度。目前内存常采用动态随机存储器DRAM。按工作方式分有快速页方式（FPM）、扩展数据输出（EDO）、突发式EDO（BEDO）、同步DRAM（SDRAM）和错误校验与纠正（ECC）等类型。90@㈡内存与高速缓存1．内存362．高速缓存Cache

高速缓存是一种存储空间较小而存取速度却很高的存储器，位于CPU和主存之间，用来存放CPU频繁使用的指令和数据。由于使用高速缓存后可以减少存储器的访问时间，所以对提高整个处理机的性能非常有益。目前常用的高速缓存有三种：异步SRAM；同步SRAM或称突发式SRAM；流水线突发式SRAM。

912．高速缓存Cache37㈢芯片组

芯片组是指微处理器的外围芯片，直接反映系统的支持能力。它负责控制总线的输入/输出，内存的输入/输出和硬盘控制器，还负责处理中断请求和直接存储器访问（DMA）。系统板要完成对整个计算机系统的管理、控制和协调，支持各种CPU、功能卡和各总线接口的正常运行，其关键就在于系统逻辑控制、管理芯片组上。92㈢芯片组芯片组是指微处理㈣总线

总线是系统中各部件信息交换的公共通道。1．内存总线：是CPU与内存之间交换信息的通路。2．系统总线：是组成微机系统所用的总线。常用的系统总线有ISA和EISA两种。3．局部总线：是专门提供给高速I/O设备的总线。现在有3种局部总线：①VESA局部总线；②PCI局部总线；③AGP总线。93㈣总线总线是系统中各部件信息交换㈤外设总线与输入/输出接口

外设总线是用来连接外部设备的总线。在微机系统中应用较早的外设总线有IDE、EIDE、SCSI接口等。虽然它们在名称上是接口，但都属于总线范畴，因为它们都是连接设备的公共通路，都是可以同时连接几个设备。

94㈤外设总线与输入/输出接口外设总线是２.5系统板结构2.5.1显示卡

显示卡又称显示适配器，用于控制文字或图形的显示。早期的VGA显示卡只起到CPU与显示器之间的接口作用，而现代微机的显示卡还起到处理图形数据、加速图形显示等作用。图形显示的核心部分是图形加速芯片，在其中固化一定数量的常用基本图形程序模块