微机原理3-1
68页1、第三章微处理器及其系统 微型计算机原理及应用 主编 李继灿 清华大学出版社 2 引言 微型计算机系统 硬件系统 微机 软件系统 微处理器 CPU 主存储器 算术逻辑部件 外设 控制器 应用软件 微型计算机系统的组成 系统软件 寄存器 I O接口 键盘 鼠标 显示器 硬盘 光盘 打印机等 3 内容提要 3 3存储器 3 2最小 最大工作方式 3 18086 8088微处理器 3 4指令系统 3 5微处理器 4 3 180X86微处理器 80X86是Intel公司生产的微处理器系列 微处理器 把运算器和控制器集成到一个芯片 微计算机系统 把微处理器芯片作为中央处理机 CPU 配上存储器 输入输出设备和系统软件构成微计算机系统 如 由80386微处理器芯片构成的微机称为386微机 由P4微处理器芯片构成的微机称为P4微机 5 3 1 0Intel微处理器发展概述 1968年 罗伯特 诺伊斯 RobertNoyce 戈登 摩尔 GordonMoore 和安迪 格鲁夫 AndyGrove 在硅谷共同创立了英特尔公司 OnlytheParanoidSurvive AndyGrove 了解 6 3
2、1 0Intel微处理器发展概述 1 第1代微处理器 Intel4004 4040 4位微处理器 1971 Intel8008 低档8位微处理器 1972 2 第2代微处理器 Intel8080 8085 8位微处理器 1974 指令比较完善 有了中断与DMA汇编 BASIC FORTRAN Intel4004 Intel8085 了解 7 3 第3代微处理器 Intel8086 16位微处理器 1978 数据总线16位 地址总线20位Intel8088 准16位微处理器 1979 外部数据总线8位 内部数据总线16位IBMPC 1981 IBMPC XTIntel80286 高档16位微处理器 1982 数据总线16位 地址总线24位IBMPC AT实地址模式 虚地址保护模式虚地址模式可寻址16MB物理地址和1GB的虚拟地址 3 1 0Intel微处理器发展概述 了解 8 3 1 0Intel微处理器发展概述 了解 9 Intel公司生产的80 x86 10 3 1 1内部结构 1 算术逻辑部件ALU 执行算术和逻辑运算 2 控制器 负责对全机的控制 3 寄存器 处理器中临时存储数据
3、的基本逻辑部件 CPU的任务 执行存放在存储器中的指令序列 CPU的组成 运算器 控制器 高速缓存 386开始 CPU功能 取指令 分析指令 执行指令 11 中央处理机CPU的物理组成 8086 8088由两部分组成总线接口单元BIU功能 取指令 取操作数 保存结果执行单元EU功能 执行指令 总线接口单元 地址总线 数据总线 系统总线 主存储器 控制总线 I O接口 I O接口 I O设备 I O设备 执行单元 CPU 12 内部暂存器 IP ES SS DS CS 输入 输出控制电路 外部总线 执行部分控制电路 123456 ALU 标志寄存器 AHAL BHBL CHCL DHDL BP SI DI SP 地址加法器 指令队列缓冲器 执行部件 EU 总线接口部件 BIU 16位 20位 16位 Intel8086处理器的内部结构框图 16位内部数据总线 20位地址线 8位 DB AB 13 一 总线接口单元BIU总线接口单元BIU的功能是负责完成CPU与存储器或I O设备之间的数据传送 其具体任务是 BIU要从内存取指令送到指令队列缓冲器 CPU执行指令时 总线接口单元要配合执行单
4、元从指定的内存单元或者外设端口中取数据 将数据传送给执行单元 或者把执行单元的操作结果传送到指定的内存单元或外设端口中 BIU内有4个16位段地址寄存器CS 代码段寄存器 DS 数据段寄存器 SS 堆栈段寄存器 和ES 附加段寄存器 16位指令指针IP 6字节指令队列缓冲器 20位地址加法器和总线控制电路 14 1 指令队列缓冲器 8086的指令队列为6个字节 而8088的指令队列为4个字节 在执行指令的同时 从内存中取下面1条或几条指令 取来的指令依次放在指令队列中 先进先出 的原则 1 取指时当指令队列缓冲器中存满1条指令后 EU执行 2 指令队列缓冲器中只要空出2个 对8086 或空出1个 对8088 指令字节时 BIU自动执行取指操作 直到填满 15 3 在EU执行指令的过程中 指令需要对存储器或I O设备存取数据时 BIU将在执行完现行取指的存储器周期后的下一个存储器周期 对指定的内存单元或I O设备进行存取操作 交换的数据经BIU由EU进行处理 4 当EU执行完转移 调用和返回指令时 则要清除指令队列缓冲器 并要求BIU从新的地址重新开始取指令 新取的第1条指令将直接经指令
5、队列送到EU去执行 随后取来的指令将填入指令队列缓冲器 16 2 地址加法器和段寄存器 8086有20根地址线 内部寄存器有16位 采用了16位的段寄存器与16位的偏移地址即 段加偏移 的技术 利用各段寄存器分别来存放确定各段的起始地址的16位段地址信息 而由IP提供或由EU按寻址方式计算出寻址单元的16位偏移地址 又称为逻辑地址或简称为偏移量 然后 将它与左移4位后的段寄存器的内容同时送到地址加法器进行相加 最后形成一个20位的实际地址 又称为物理地址 以对存储单元寻址 17 3 16位指令指针IP InstructionPointer 其功能与8位CPU中的PC类似 正常运行时 IP中含有BIU要取的下1条指令 字节 的偏移地址 IP在程序运行中能自动加1修正 使之指向要执行的下1条指令 字节 有些指令能使IP值改变或使IP值压进堆栈 或由堆栈弹出恢复原值 18 执行单元EU并不与系统的总线控制电路直接相连 这使得它能与总线接口单元之间保持既相互联系又相互独立的关系 功能只是负责执行指令 执行的指令从BIU的指令队列缓冲器中取得 执行指令的结果或执行指令所需要的数据 都由EU向BI
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