第四章微处理器

第4章16位微处理器7/2/20231微型计算机原理及应用_宋廷强本章教学目的本章以16位微处理器8086/8088为中心，讲解微处理器的内部结构、地址形成、内部寄存器、工作模式、总线时序、总线操作等主要内容使学生在掌握8086CPU的基础上，进一步理解微处理器的工作原理以及与外部打交道的过程，为后面学习接口技术做准备。7/2/20232微型计算机原理及应用_宋廷强本章学习要求1.掌握掌握CPU的内部逻辑结构及外部引脚功能，存储器结构，最小工作模式及系统配置，CPU的典型操作和时序。CPU的内部逻辑结构。CPU的主要寄存器。标志寄存器各位的功能定义。CPU的外部引脚类型，主要引脚功能。微机中存储器组成结构，存储器的分段，逻辑地址与物理地址概念，存储器堆栈的结构特点。CPU与外围芯片的连接及典型配置情况，地址锁存器（8282）及双向总线收发器（8286）、时钟发生器（8284）的功能特性。时钟周期、总线周期及指令周期的定义，CPU读、写操作时序。8086CPU的中断的分类、中断类型码、中断向量的定义、硬件中断的响应过程。

7/2/20233微型计算机原理及应用_宋廷强2.理解最大工作模式；8286总线收发器；8282地址锁存器。

3.了解最大工作模式的配置，最大工作模式的总线操作。

7/2/20234微型计算机原理及应用_宋廷强本章主要外语词汇BIU：BusInterfaceUnit，总线接口部件EU:ExecutionUnit，执行部件Stack：堆栈NMI：Non-maskableInterupt，非屏蔽中断INTR：InteruptRequest，可屏蔽中断请求7/2/20235微型计算机原理及应用_宋廷强主要内容16位微处理器概述8086/8088CPU的结构8086/8088CPU的引脚信号和工作模式8086/8088的主要操作功能7/2/20236微型计算机原理及应用_宋廷强4.116位微处理器概述微处理器(microprocessor)是微型计算机的运算及控制部件，也称中央处理单元(CPU)。它本身不构成独立的工作系统，因而它也不能独立地执行程序。微处理器(microprocessor)指令控制；操作控制；时序控制；数据加工CPU功能：数据总线宽度16位，地址总线宽度20位；可直接寻址空间220＝1M字节单元；16位数据总线与地址总线复用8086概况：1979年推出，第一代超大规模集成电路（VLSI）微处理器，采用HMOS工艺制造，内含2.9万晶体管采用单一的+5V电源，一相时钟，时钟频率为5MHz（8086），10MHz（8086－1），8MHz（8086－2）133条指令，指令长度1～6字节，指令最短执行时间为0.4us（平均0.5us）7/2/20237微型计算机原理及应用_宋廷强4.28086/8088CPU的结构8086为16位机（数据总线16位）8086与8088的比较8088为准16位机，数据总线内部16位，外部8位8086和8088CPU的内部都采用16位字进行操作及存储器寻址，两者的软件完全兼容，程序的执行也完全相同。然而，由于8088要比8086有较多的外部存取操作，所以，对相同的程序，它将执行得较慢。8086是16位数据总线，而8088是8位数据总线，在处理一个16位数据字时，8088需要两步操作而8086只需要一步。7/2/20238微型计算机原理及应用_宋廷强1234内部暂存器

IP

ES

SSDSCS输入/输出控制电路外部总线执行部分控制电路∑ALU标志寄存器AHALBHBLCHCLDHDLSPBPSIDI通用寄存器地址加法器指令队列执行部件（EU)总线接口部件（BIU)16位20位8位8位8086的内部结构ALU数据总线队列总线1234561、EU（ExecutionUnit）1）、功能：负责指令执行。接受从总线接口单元的指令队列中取来的指令代码，其译码和向EU内各有关部分发出时序命令信号，协调执行指令规定的操作。2、总线接口单元BIU

（BusInterfaceUnit）1)功能：负责与M、I/O端口传送数据。具体讲：总线接口部件要从内存取指令送到指令队列；CPU执行指令时，要配合执行部件从指定的内存单元或者外设端口中取数据，将数据传送给执行部件EU；

或把执行部件的操作结果传给指定的M或I/O口。7/2/20239微型计算机原理及应用_宋廷强执行维部件负责现指令算的执刺行，演它从违指令唱流队电列去养除指喉令，岸然后呜分析年和执晓行指甜令。雅同时阳利用当内部浸的寄豪存器果和A削LU涉对数命据进皇行所请需的宝处理伯，还少要负械责计闲算操郑作数翅的1尖6位谋偏移芽地址获。执行荐部件EU4个碑通用经寄存摄器，妹即A的X，抵BX回，C评X，嘉DX婚；4个伤专用樱寄存疏器，SI促(唱So背ur行ce畏I症nd妙ex搬):抹源变喷址寄爪存器DI户(做De告st辅in挡at榴io绩n辆In望de摆x)册:目浊的变合址寄酸存器BP飘(港Ba平se衰P狂oi次nt数er崭):桥基址刃指针SP白(壳St裹ac距k京Po总in菠t)宿:堆匆栈指弃针标志长寄存气器(呼FR务)，微处月理器叉状态翅字(P厚ro滚ce紫ss捡or绣S婆ta逆te酱W散or任d，丑PS里W)算术壳逻辑席部件惑(A盛LU壳)。EU的组客成6/骆27蚁/2唉02拜310微型柜计算凳机原贝理及辨应用幸_宋减廷强总线拣接口姓部件矮BI厚U根据陡EU前计算驰出的倘16苏位偏赞移地沙址及监16册位段渐地址窄计算从出2肥0位菜物理鄙地址决，并杯根据飞EU度请求则采用度计算文出的补20秃位物痒理地狗址读走/写后寄存爆器，妄也可鬼根据圈EU像请求子读/结写I弹/O微设备洗，完付成与茶存储晒器、楼I／刘O端菠口之猪间传砌送数菜据。总线柳接口渐部件BI孤U的功君能4个兔段地积址寄肉存器渐，即CS冈——尼16丢位代撤码段健寄存梦器；DS递——绪16伍位数底据段陕寄存听器；ES酱——默16眠位附谷加段奥寄存赵器；SS范——车16尘位堆创栈段耕寄存随器。16格位指非令指抄针寄弟存器爆IP鹿。20裹位的岛地址若加法膜器。6字匪节的元指令丢队列蜜。主要消组成6/吵27鼻/2答02余311微型洒计算揉机原誓理及重应用肉_宋泉廷强总线叫接口锤部件能BI竭U80姑86棒的指触令队聚列为塘6个冠字节订，8回08插8的盐指令桥队列火为4声个字组节。盒不管躬是8楼08挥6还腾是8否08绑8，戚都会淋在执面行指畏令的师同时世，从浸内存誓中取申下一贞条指混令或犁下几刻条指握令，索取来代的指皂令就苍放在画指令健队列惠中。指令狡队列地址律加法无器用之来产战生2意0位扎地址累。8哗08动6可严用2舰0位系地址望寻址呢1M两字节差的内孕存空夺间，壳但8铁08栗6内盟部所葬有的累寄存勒器都狗是1护6位匹的，蛛所以嚼需要沟由一碰个附穗加的践机构版来根奏据1触6位兵寄存纯器提莫供的枕信息甘计算宫出2毙0位签的物栗理地贴址，许这个密机构杨就是20矿位的躺地址岸加法柜器。地址艺加法概器用假设洞CS须=0FE小00H，存IP踪蝶=04贪00H，吃此时碑指令截的物股理地摆址为准0FE炎40劳0H。6/材27译/2魂02宪312微型馆计算矮机原积理及浩应用塌_宋遇廷强EU贷部件斧与B繁IU茶部件在执余行指惰令的伤过程中中，擦如果迅必须够访问秤存储床器或贩者输蹦入／摩输出妥设备隙，那巾么，垒执行电部件丽就会盾请求舰总线欢接口慈部件锋，进师入总刺线周脖期，今完成协访问隔内存梨或者这输入死／输绩出端货口的进操作洗；如果模此时容总线饱接口散部件叹正好家处于侍空闲谣状态愉，那盾么，裂会立谈即响利应执长行部宽件的北总线矛请求宣。EU和BI细U之间桑是通菜过指涨令流粥队列数相互死联系销的EU和BI牲U的联削系上燃的不株同步搅性：指令药队列揪空余善时的要填充当指怪令队画列已词满，肠而且主执行护部件盖又没锯有总认线访射问时悼，总裕线接超口部叮件便轻进入捐空闲厘状态蓝。在执何行转周移指励令、刷调用野指令召和返缓回指灵令时虚，指敞令队增列中筐的原猪有内桌容被伟自动掉消除忌，总供线接辞口部接件会荡接着咱往指惩令队跟列中朝装入龙另一兄个程叙序段雁中的杠指令灵。6/沙27泰/2猴02晌313微型宅计算悔机原焦理及惨应用枣_宋晃廷强80牙86炒的寄避存器都结构AHALBHBLCHCLDHDLSPBPSIDIIPPS悲WCSDSSSESAXBXCXDX累加汤器基址计数数据数据糊寄存蛛器01507815015015附加替数据顿段堆栈严段数据召段代码属段段寄物存器指令塔指针状态捉标志控制庭寄存哨器堆栈炼指针基址稠指针源变玻址目的集变址地址用指针云寄存距器变址链寄存摊器通用寄存器6/纪27称/2竹02茅314微型桑计算疫机原穿理及熔应用桐_宋沸廷强:可秩以按矛字（音16匠位）们或字情节（洋8位典）形哀式访参问MO畏V袜B隔X列,摄A未XIN绸AL谨,色20至H1、锐通用茅寄存而器（1您）数蔑据寄溪存器AX改、B扭X、细CX瘦、D完X兔作为马通用铃寄存跟器。用来暂存计算访过程席中所井用到券的操作杂数，忆结果唤或其炮它信袜息。高8示位记蔑作砖:渐A返H弟、另BH门、弊C楼H支、凉DH帅。低8酱位记颜作这:刮A促L恢、B奋L麻、C带L惑、D盲L浙。访问凳形式功能AX累加俩器它是算权术运太算的耽主要卡寄存燃器，所有亿I/克O指献令都售使用摇这一碍寄存倍器与撑外部与设备骗交换澡数据功能实例岸：6/势27压/2皆02津315微型隶计算慢机原挤理及求应用刻_宋姓廷强BX遮--基址突寄存惊器对某独些I/轨O操作DX可用吼来存猴放I/当O的端丽口地盈址（口地辞址25挪6）MO撇V腿C走X臣,荡8AG弹AI育N:……LO炕OPAG戴AI妻N；CX算-1(刃CX永),配结果旺0因转A怖GA耀INMO絮V吼A危X,漏[趴BX份+0趋3H攻]在计算潜内存刚储器恐地址售时，粘经常汇用来默存放眨基址音。功能:实例玩：CX柴-牛-可以作计具数寄厌存器使用在循环膝LO糊OP且指令平和串灾处理抹指令童中用挺作隐晌含计疲数器。功能:实例挣：DX可以作为羽数据菊寄存闲器使或用。一般塞在双字兄长乘盐除法耕运算差时，把DX和AX组合诵在一忌起存崭放一窑个双效字长(3鸽2位)数，DX用来果存放归高16位6/胞27怒/2葵02源316微型蠢计算犯机原摸理及狗应用壮_宋舒廷强经常馆用以威在段内侵寻址奏时提圆供偏拳移地跪址,本身奋不能指形成工独立芽的乔地址妥码。（2午）地属址指童针与钢变址拨寄存嫂器：SP保、B予P、隔SI承、D隔I以字净为单阳位在交运算际过程烂中存蜂放操搞作数可以与SS寄存扁器联万合使景用来辞确定堆栈约段中某一存储字器单通元地英址，在某扶些间塘接寻窃址中旋，用握来存尤放堆栈段内削偏移碧地址。SP（stackpointer堆栈指针寄存器用来指示刷当前强堆栈栈顶的偏物移地础址,必须与SS段寄膛存器联合别使码用确呢定实猛际地铸址。BP（basepointer）——基址指针寄存器6/榨27胃/2慌02及317微型喜计算律机原愉理及霜应用身_宋援廷强补充柏：堆功栈（牛ST编AC项K）是按乖后进狐先出翻原则据组织集的一顾片存啊储区挑域，廊用来塔暂存暑一批输需要付回避阿的数计据或武地址封。“后进哀先出”堆栈任：暂存领数据来、断做点信府息或显传送广信息用途舱：存取筛原则:堆栈摘段的最大兰深度:64蔽KB6/储27票/2茫02辩318微型量计算锣机原介理及霜应用纤_宋象廷强堆栈脖的构段造一端固定，具该有最金大地冠址的泛单元琴（数敬据由岔此向叨上堆泽积）一端浮动，指忌向最识后被分压入倍堆栈吓的数党据所阴在存稼储单怖元（睡栈顶险的位赖置随赚堆栈子中存情放数垒据多佩少而冒变化电）用来蒜指示辞当前懒栈顶头的位球置。雄（压沾入的狼数据躬放入船哪个小单元捧或从载那个双单元传弹出怨数据御均由疼SP剥决定堆栈段SSBo桃tt司omXXXXXXXXTopSP初始SP栈底怪：栈顶条：堆栈烘指针悠：6/零27余/2抽02居319微型拔计算鹊机原渣理及郑应用雀_宋擦廷强80饰86堆栈添的组宴织该片前存储它区域篇所包纤含存浙储单激元数抚，其惯值有午由初赠始时会SP扒的值烤决定静（指蜘向栈治底+碍1单罚元）12H34H01954H01955H如6拐4K者B的药堆栈逐段不黄能满克足需洒要，肥可通只过修劫改S隶S来寨改变器当前候的堆忙栈段创，使咳之指堤向另沿一片随存储铅区域织，同脉时S旱P重症新赋管值堆栈纺段:由S顾S存臂放堆穷栈段该段基墨值以尖决定谋其起爸始地做址堆栈净段的赏长度干：堆栈纺是按蜡字组境织的抬，数辨据的崖存取被均为朵2字趣节操痒作数据忙在堆议栈段驰内的目存放堆栈老区域狭的扩树展：6/液27润/2婶02途320微型趁计算苍机原辨理及汤应用情_宋锻廷强堆栈掀的三舱种基膜本操感作SS萝、S古P赋兆值（订段的部起始躁位置佳及长抽度）SP表-2→SP;栈御顶向撞上浮赏动数据→（马SS脏:S仅P）（S俩S:揭SP机）→R/软MSP俊+2→SP动数据;栈页顶向烂下回模落1、探设置池堆栈2、秒进栈把数械据压弄入堆初栈，秃在栈傲顶进如行3、银出栈从栈勤顶取随出数捐据送顾入R携/M6/雀27忆/2秒02聚321微型汇计算确机原亲理及困应用圈_宋牧廷强执行守堆栈锁指令寄PU心SH踩和P寄OP江时，愁指令塞地址蛇是由SP给出俩当前谈栈顶傍的偏药移地聚址，激故将SP栋称为粪堆栈彻指针类寄存把器。SP和BP在使若用上冻有区枯别：BP则是旺用来听存放左位于葵堆栈股段中悟的一告个数站据区扭基址成的偏呼移地姻址的龙，故漏将BP车称做酷基址号指针驰寄存陵器。6/脱27悟/2吩02爬322微型百计算朝机原宇理及艇应用雅_宋事廷强SI——SourceIndexRegister源变址寄存器。DI——DestinationIndex目的变址寄存器。一般掩与DS联用无，用单来确丛定数据秃段中某欠一存机储单鲜元的呜地址在数昏据串戒操作胶中，SI与DS联用蜜，DI与ES联用变址颜寄存宪器(骆SI述、冤D叨I)常用响于变仪址寻续址方括式中般的地简址运昨算使用撑场合朵：SI腥,严D浅I具有迷自动公增量虫和自基动减竭量功壳能.例：台MO给V茄A足X,著[S犬I]6/创27申/2建02敢323微型休计算欣机原覆理及勉应用帝_宋链廷强CS——衣Co晕de坦S雀eg禾me膊nt揉R岂eg洋is盲te分r代码炒段寄异存器用来银识别挠当前跌代码纱段（钻程序旅一般鞠放在汉代码小段）核。2、段寄本存器段寄相存器:4个波16售位段蛛寄存斜器C仓S、晋DS特、S炊S、复ES稼。用来识别运当前孩可寻顿址的稠四个夫段，穴不可爪互换斧的使箱用。DS——趋Da受ta浸S猎eg采me威nt怪R篇eg仇is绞te乒r数据脉段寄覆存器用来某识别姜当前渠数据波段寄夹存器败。SS——鞠St循ac梯k骂Se冈gm丑en肤t捐Re唉gi覆st浓er堆栈僵段寄距存器穿，用来饲识别案当前聪堆栈冲段。ES——垮Ex葵tr码a端Se弓gm谱en拳t柴Re兼gi石st界er附加街段寄籍存器，用来窃识别虽当前坑附加屠段。6/紧27往/2芳02器324微型偿计算谈机原教理及套应用涝_宋庙廷强IP—In夹st悬ru苹ct巾io卡n剖Po宾in亿te满r指令贯指针劝寄存膨器3、郑控制厦寄存折器:IP眉、防F类LA协G用来毁存储贪代码旋段中释的偏磁移地禁址;程序喝运行阻过程佛中IP始终熟指向葡下一政次要指取出箭的指看令偏础移地孝址IP要与CS寄存披器相咸配合际才能每形成彻真正谢的物茎理地桶址。OFDFIFTFSFZFAFPF

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