80x86微处理器及其体系结构课件

80x86微处理器及其

体系结构2.18086/8088微处理器2.280x86高档微处理器2.380x86中断系统2.18086/8088微处理器2.1.18086/8088微处理器结构8086/8088微机系统结构2.1.28086/8088最小模式系统组成2.1.38086/8088最大模式系统组成2.1.18086/8088微处理器

1.

8086/8088的编程结构

8086/8088由两个独立的工作部件：执行部件EU（ExecutionUnit）和总线接口部件BIU（BusInterfaceUnit）构成。（编程结构示意图）EU=ALU+执行CU+R阵列

负责指令的译码和执行BIU=指令队列+地址∑+R阵列+总线CU

负责与存储器或者I/O接口传送信息

BIU和EU采用“流水线式”的非同步工作模式，使得总线控制逻辑和指令执行逻辑之间既互相独立又互相配合。

8086/8088编程结构示意图

状态标志寄存器ALU暂存寄存器16执行部件（EU）EU控制器ALU数据总线8AHALBHBLCHCLDHDLSPBPDISIAXBXCXDX外部总线总线接口部件（BIU）16总线控制逻辑指令队列地址加法器20CSDSESSSIP内部通信寄存器2.1.18086/8088微处理器

2.

8086/8088的总线周期

◆8086/8088通过BIU完成的一次总线操作，称作一个总线周期。一个总线周期由若干个时钟周期（T）组成。◆8086/8088的基本总线周期是由T1，T2，T3，T4表示的4个时钟周期组成。总线读/写操作的基本总线周期时序是：在T1状态，输出读/写对象的地址，在T2~T3状态，数据总线传送数据，在T4状态，表示读/写结束。◆TW状态：当不能用基本总线周期完成读/写操作时，系统中的“Ready”电路会产生READY信号。当CPU在T3状态的下降沿检测到READY无效信号，表示数据传送未完成，在T3之后插入1~n个等待周期TW。当CPU检测到READY有效信号，会自动脱离TW而进入T4状态。基本总线周期中插入TW状态实际上是快速CPU对慢速存储器或I/O设备的一种等待。◆TI状态：当8086/8088的不需要执行总线操作时，BIU执行1~n个空闲周期TI，进入总线空闲状态（空操作）。TI只是指总线操作的空闲，CPU内部仍可进行有效操作。因此，在两个总线周期之间插入TI状态，实际上是总线接口部件BIU对执行部件EU的一种等待。2.1.18086/8088微处理器

3.8086的引脚及其特性（以8086最小模式为例的主要引脚）CLK：系统时钟信号，输入。AD15~AD0：地址/数据复用线，双向，三态。A19/S6~A16/S3：地址/状态复用线，输出，三态。BHE/S7：数据线高8位开放/状态复用线，输出，三态。ALE：地址锁存信号，输出，高电平有效。RD、WR：读、写选通信号，输出，低电平有效。（互斥）M/IO：存储器或I/O选通信号，输出。DEN、DT/R：数据允许、数据收/发信号，输出。RESET，READY，TEST：系统控制信号，输入。NMI，INTR，INTA：中断请求和中断响应信号，输入/出。HOLD，HLDA：总线请求、总线允许信号，输入/出。

8086/8088微机系统结构

8086/8088微机系统硬件结构组成由最小模式、最大模式

的不同而有所差异。最小/大模式具有共性的特点：

◆MN/MX端接Vcc或GND，决定是最小模式或最大模式。

◆8284A为时钟发生器，外接15MHz振荡源，经8284A三分频后，得到5MHz主频送系统时钟端CLK。

◆用3片8282作地址锁存器，在T1时锁存地址/数据复用线上的A19~A0地址信号。

◆当系统所连的存储器和外设较多时，需要增加数据总线驱动能力，可选用1/2片8286作数据收发器。

◆系统组成还必须有半导体存储器RAM和ROM，

外部设备的I/O接口，中断控制管理部件等组件。2.1.28086/8088最小模式系统组成

（8086最小模式总线部件配置示意图）BHECLKALEREADYBHERESETA19~A16AD15~AD08086MN/MXDT/RDENVCC其它控制总线STB8282锁存器OE（选件）D15~D08286收发器TOEA19~A08284A等待状态发生VCC2.1.38086/8088最大模式系统组成

（8086最大模式总线部件配置示意图）8284A等待状态发生VCCCLKS2~S0READYRESET8086BHEA19~A16AD15~AD0MN/MX其它控制总线D15~D08286收发器TOEA19~A0STB8282锁存器OEBHECLK8288DENDT/RALE控制总线2.280x86高档微处理器Intel80x86微处理器技术指标2.2.180386微处理器的特点2.2.280486微处理器的特点2.2.3Pentium微处理器的特点Intel80x86微处理器技术指标

80868088802868038680486Pentium管脚数404068132168296主频5/85/88/1025/3375/100133/200字长161616323232外数据线16816323264外地址线202024323236物理空间1MB1MB16MB4GB4GB4GB虚拟空间1GB64TB64TB64TB高速缓存外置内置8KB内置16KB工作电压5V5V5V5V5/3.3V3.3V2.2.180386微处理器的特点

◆80386是典型的第一代CISC（ComplexInstructionSetComputer复合指令集计算机）体系结构的32位微处理器。

◆80386的132条引脚用陶瓷网格阵列封装（PGA），具有高可靠性和紧密性。

◆80386采用全32位结构。提供32位外部数据、地址总线。可寻址4GB物理存储空间，64TB虚存空间。

◆80386按功能划分由六个部件组成：总线接口部件、指令预取部件、指令译码部件、指令执行部件、分段部件和分页部件。

◆80386可配置数值协处理器80287、80387，以实现高速数值处理。

◆80386具有三种工作方式：实方式、保护方式和 虚拟8086方式。2.2.280486微处理器的特点

◆80486在Intel微处理器的历史上首次采用了RISC（ReducedInstructionSetComputer——精简指令集计算机）技术。

◆80486由八个基本部件组成：总线接口部件、指令预取部件、指令译码部件、执行部件、控制部件、存储管理部件、高速缓存部件和高性能浮点处理部件。

◆80486内部总线有32、64、128位三种。采用了突发总线技术，可以同RAM进行高速数据交换。

◆80486配置了指令和数据共用的8KB高速缓冲存储器。

◆80486芯片内设置了一个数值协处理器，直接具有浮点数据处理能力。

◆80486采用了有助于构成多处理器系统的硬件结构。2.2.3Pentium微处理器的特点

◆Pentium是属于CRISP（CISC+RISC）体系结构“雏形”的32位处理器。

◆Pentium实现了0.8μm集成技术。装有三种指令处理部件：RISC型CPU、80386处理部件和浮点处理部件。

◆Pentium采用了超标量流水线设计。增设了动态转移预测机构，可以预测分支程序的指令流向。

◆Pentium的内部和外部工作频率一致。内部总线32位，外部总线64位，在一个总线周期内可将数据传输量增加一倍。

◆Pentium采用双Cache结构，两级Cache达16KB~24KB，数据宽度为32位。

◆Pentium的浮点运算部件在执行过程分为八级流水。Pentium还改进了指令系统的微程序算法。2.380x86中断系统2.3.1中断系统功能2.3.2中断处理过程2.3.380x86中断结构

2.3.1中断系统功能中断系统是微机不可缺少的组成部分，是实现中断功能的软、硬件的统称。微机中断系统功能：◆并行处理能力中断系统可以实现CPU和多个外设同时工作。这样CPU可以控制多个外设并行工作，大大提高了系统的吞吐率和使用效率。

◆实时处理能力

在应用于实时控制时，现场的许多信息是随机的，需要CPU能迅速响应、及时处理。只有中断系统，才能实现实时处理。◆故障处理能力在CPU运行过程中，往往会出现一些故障（例如，电源掉电、存储器读错、运算出错等），可以利用中断系统功能，自动转去执行故障处理程序，而不必停机。◆实现多道程序运行、多机连接2.3.2中断处理过程◆中断请求中断源向中断系统发出中断请求信号。◆中断判优若有多个中断源同时发出中断请求时，中断系统能够识别，并响应中断级别（优先权）最高的中断源。◆中断响应根据响应的中断源标识，以某种方式获得中断程序入口地址。中断响应后，中断系统将自动完成关中断、保存断点、保存状态寄存器等，然后转去执行中断程序。◆中断处理和中断返回中断程序设计一般包括：保护现场、中断服务处理、恢复现场、中断返回（返回指令IRET）等环节。2.3.380x86中断结构

1.

向量中断

Intel80x86的中断系统是典型的“向量中断”系统。◆中断类型号——80x86最多能管理256个中断，统一编号为0~255（00H~FFH）。◆中断向量——中断服务程序的入口地址（段址：偏移址）。◆向量中断——一种中断管理方式。中断系统响应中断时，自动从判优逻辑获得优先权最高的中断源的类型号，根据该类型号得到该中断服务程序的入口地址（中断向量），然后转到该入口地址去执行中断服务程序。◆中断向量表——向量中断方式的实现得益于系统中设置的中断向量表。80x86系统在内存的最低1K字节（0段的0000H~03FFH）中建立了中断向量表，按中断类型号顺序存放256个中断向量。◆中断向量表地址——中断向量在中断向量表中的地址。中断向量表地址与中断类型号的关系为：中断向量表地址=中断类型号×42.3.380x86中断结构

2.设置中断向量表的方法◆程序设计如下格式的数据段：DATA SEGMENTAT0 ORGN*4 VIN DWNOFFSET，NSEG

┆DATA ENDS◆借助于DOS功能调用的25H号功能，设置中断向量表：MOV AX，NSEGMOV DS，AXMOV DX，NOFFSETMOV AH，25HMOV AL，NINT 21H◆编制设置中断向量的程序段：MOV AX，0MOV ES，AX