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微机原理与接口技术 教学课件 ppt 作者 李燕萍 华继钊 凌海云 02

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    • 1、2019/5/20,1,第2章 8086微处理器,2019/5/20,2,本章主要内容,2.1 8086微处理器的基本结构,2.2 8086的存储器管理,2.3 8086的编程结构,2.4 8086的两种工作模式,2.5 8086的总线与时序,2019/5/20,3,2.1 8086微处理器的基本结构,2019/5/20,4,2.1.1 8086的内部结构,8086微处理器内部由算术逻辑器(ALU)、通用寄存器、段寄存器、专用寄存器、控制器、总线控制逻辑、指令队列及地址加法器等单元组成。从功能上来看,8086 CPU分成两部分:总线接口部件BIU(Bus Interface Unit)和执行部件EU(Execution Unit)。 1执行部件EU EU负责指令的译码和执行,包括ALU(算术逻辑单元)、寄存器组、EU控制器等,主要进行8位及16位的二进制运算。,2019/5/20,5,2总线接口部件BIU 1)功能 BIU负责与存储器及I/O接口之间的数据传送操作。 2)组成 段寄存器、16位指令指针寄存器IP、20位地址加法器 、6字节指令队列缓冲器、总线控制逻辑 3)特点 8086

      2、 CPU的指令队列大小为6个字节,在执行指令的同时,可从内存中取出后续的指令代码,放在指令队列中,可以提高CPU的工作效率。,2019/5/20,6,38086 CPU工作过程 (1)首先在代码段寄存器CS中的16位段基地址的最低位后面补4个0,加上指令指针寄存器IP中的16位偏移地址,通过地址加法器产生20位物理地址。 (2)EU从指令队列中取走指令,经指令译码后,向BIU申请从存储器或I/O端口读写操作数。 (3)指令指针寄存器IP由BIU自动修改,指向下一条指令在现行代码段内的偏移地址。,2019/5/20,7,4BIU与EU的动作协调原则 (1)每当8086的指令队列中有两个空字节, BIU就会自动把指令取到指令队列中。其取指令的顺序是指令在程序中出现的前后顺序。 (2)每当EU准备执行一条指令时,它会从BIU部件的指令队列前部取出指令的代码,然后用几个时钟周期去执行指令。 (3)当指令队列已满,且EU又没有总线访问请求时,BIU便进入空闲状态。 (4)在执行转移指令、调用指令和返回指令时,由于待执行指令的顺序发生了变化,则指令队列中已经装入的字节被自动消除,BIU会接着往指令

      3、队列装入转向的另一程序段中的指令代码。,2019/5/20,8,2.1.2 8086的外部结构,1引脚结构 8086 CPU芯片都是双列直插式集成电路芯片,40条引脚,其中20条地址线和16条数据线复用,另4条地址线与状态信号线复用,再加上控制信号、电源、地线等,芯片的引脚比较多。40个引脚中,32个引脚在两种不同的工作模式下的名称和功能是相同的,还有8个引脚在不同的工作模式下,具有不同的名称和功能。,2019/5/20,9,2引脚功能 1)地址总线和数据总线(21条) (1)AD15AD0:分时复用的地址数据线,双向,输入/输出,三态。 (2)A19/S6A16/S3:地址/状态复用引脚,输出,三态。 (3)/S7:高8位允许/状态复用引脚,输出,三态。,2019/5/20,10,2)控制和状态线 (1) :读选通,输出,三态。 (2)READY:准备就绪,输入,高电平有效。 (3)INTR:可屏蔽中断请求,输入,高电平有效。 (4) :测试,输入,低电平有效。 (5)NMI(Non-Maskable Interrupt):不可屏蔽中断请求线,输入,上升沿有效。 (6)RESET:系

      4、统复位,输入,该信号必须保持4个时钟周期的高电平才有效。 (7)CLK:时钟,输入 (8)Vcc:5V电源线,输入。 (9)GND:接地,输入。 (10)MN/:最小/最大模式选择,输入。,2019/5/20,11,3)控制和状态线(在“最小模式”系统,8条) (1)M/ :存储器或输入/输出控制,输出,三态。 (2) :写信号,输出,三态。 (3) :中断响应,输出,响应INTR,用来对外设的中断请求做出响应。 (4)ALE(Address Latch Enable):地址锁存允许,输出 (5)DT/(Data Transmit/Receive):数据发送/接收,输出,三态。 (6) :数据允许信号输出端,输出,三态。 (7)HOLD(Hold Request):总线保持请求,输入。 (8)HLDA(Hold Acknowledge):总线保持响应,输出。,2019/5/20,12,4)控制和状态线(在“最大模式”系统,8条) (1) , , :总线周期状态信号,输出。 (2) /GT0、 /GT1(Request/Grant):总线请求/允许,输入/输出,三态。 (3) :总线锁定

      5、信号,输出,三态。 (4)QS1、QS0:指令队列状态,输出。,2019/5/20,13,2.2 8086的存储器管理,2019/5/20,14,2.2.1 存储器地址空间和数据存储格式,1存储器地址空间 8086的存储器都是以字节(8位)为单位组织的。它们具有20条地址总线,所以可寻址的存储器地址空间容量为1MB字节。每个字节对应一个唯一的地址,地址范围为0220(用16进制表示为00000FFFFFH)。,2019/5/20,15,2数据存储格式 8086有16根数据线,可以进行16位或8位运算。8位二进制数组成一个字节(Byte),两个字节组成一个字(Word)。存储器内两个连续的字节,定义为一个字,一个字中的每个字节,都有一个字节地址,每个字的低字节(低8位)存放在低地址中,高字节(高8位)存放在高地址中。字的地址指低字节的地址。,2019/5/20,16,2.2.2 存储器分段,1分段 8086程序把1MB的存储空间看成为一组存储段,各段的功能由具体用途而定,分别为代码段、堆栈段、数据段和附加段。一个存储段是存储器的一个逻辑单位,其长度可达64K字节,每个段都由连续的存储单元

      6、构成,并是存储器中独立的、可分别寻址的单位。,2019/5/20,17,2逻辑地址与物理地址 1)逻辑地址 程序中使用的存储单元地址称为逻辑地址,其形式为段基址:段内偏移地址。段基址由段寄存器(CS、DS、SS、ES)提供,而段内偏移地址由IP或寻址方式产生的有效地址提供。 2)物理地址 在地址总线上提供的访问存储单元的地址码称为物理地址。,2019/5/20,18,3存储器的段隐含与段替换 8086汇编程序中,一般不在指令中给出存储器操作数的段寄存器,而是由不同性质的操作隐含使用。当然也可以在指令中加上“CS”、“DS”、“SS”、“ES”等段前缀,以明确指定的段寄存器来替代隐含的段寄存器,这称为存储器操作数存取的段替换。,2019/5/20,19,2.3 8086的编程结构,2019/5/20,20,8086 CPU中有14个16位的寄存器,按用途分为4类。 1通用寄存器组 通用寄存器组分为3类。 1)数据寄存器 数据寄存器包括累加器AX、基址寄存器BX、计数寄存器CX和数据寄存器DX。 2)地址指针寄存器 地址指针寄存器有堆栈指针寄存器SP和基址指针寄存器BP两个。 3)变址寄存

      7、器 变址寄存器有源变址寄存器SI和目的变址寄存器DI两个。,2019/5/20,21,2指令指针IP(Instruction Pointer) 指令指针寄存器IP是一个16位专用寄存器,它指向当前需要取出的指令字节,当BIU从内存中取出一个指令字节后,IP就自动加1,指向下一个指令字节。注意,IP指向的是指令地址的段内地址偏移量,又称为偏移地址(Offset Address)或有效地址(EA,Effective Address)。它与CS段寄存器内容的左移四位值相加,求得下一条指令在1MB空间中的物理地址,即CS16IP。,2019/5/20,22,3标志寄存器FR(Flag Register) 8086 CPU设置了一个16位的标志寄存器FR, FR的9个标志按作用可分为两大类,一类叫状态标志,用来表示运算结果的特征,另一类叫控制标志,用来控制CPU的操作。,2019/5/20,23,1)状态标志 CF(Carry Flag)进位标志位 AF(Auxiliary Carry Flag)辅助进位标志位 OF(Overflow Flag)溢出标志位 SF(Sign Flag)符号标志位

      8、ZF(Zero Flag)零标志位 PF(Parity Flag)奇偶标志位 2)控制标志位 DF(Direction Flag)方向标志位 IF(Interrupt Flag)中断允许标志位 TF(Trap Flag)陷井标志位,2019/5/20,24,4段寄存器组(Segment Register) 段寄存器组由CS、DS、SS和ES四个16位的寄存器组成。 CS:代码段寄存器,存放当前执行的指令在内存中的段地址。DS:数据段寄存器,存放当前数据段的段地址。 SS:堆栈段寄存器,存放当前堆栈段的段地址。 ES:附加段寄存器,附加段是一个附加的数据段。,2019/5/20,25,2.4 8086的两种工作模式,2019/5/20,26,2.4.1 最小工作模式,最小工作模式是8086 CPU最基本的配置,是单微处理器系统。 1时钟发生器8284 8086典型配置中有一个时钟发生器8284A,它的功能为:产生系统的时钟信号,对准备信号READY及复位信号RESET进行同步。 2地址锁存器8282/8283 8282是8位地址锁存器,三态传输。它有8个输入端DI0DI7和8个输出端DO

      9、0DO7。,2019/5/20,27,3数据收发器8286/8287 在小型单板机中,AD0AD15可直接用作数据线。多数情况下系统有多个接口,8086的AD0AD15通过收发器8286与外部连接,既可简化对接口的要求又可提高数据线的驱动能力。,2019/5/20,28,2.4.2 最大工作模式,最大工作模式系统是由多个微处理器/协处理器构成的多机系统,CPU引脚MN/接地(GND)。在最小模式的配置上,增加了总线控制器(8288),总线裁决器(8289)。 1总线控制器8288 8086 CPU在最大模式下,不再直接提供系统所需的控制信号,而是通过、和三脚输出总线状态信号,经8288译码产生相应的总线命令和控制命令。8288总线控制器是8086工作在最大模式下构成系统时必不可少的支持芯片。,2019/5/20,29,2总线裁决器8289 总线裁决器8289与总线控制器相互配合,可解决多个处理器同时申请使用系统总线的问题。在有多个主控制器同时要求使用总线时,由8289总线裁决器进行裁决,裁决方式有三种:并行优先级裁决,串行优先级裁决,循环优先级裁决。,2019/5/20,30,2.5 8086的总线与时序,2019/5/20,31,2.5.1 总线,1概念 数字计算机是由若干个系统部件组成的,这些系统部件有条不紊地工作,才能构成一个完整的计算机系统。总线是构成计算机系统的骨架,是多个系统部件之间进行数据传送的公共通路。在微机系统中,有各式各样的总线,可以从不同的角度对其分类。按照总线在微机中的层次位置来分类,可分为片内总线、片总线、系统总线和设备总线。,2019/5/20,32,2总线的功能 总线的功能总体来说就是完成计算机各个部件之间的各类信息传送,这些信息包括地址、数据和控制信息。 具体来说总线具有四种功能。 数据传输功能 中断功能。 多主设备支持功能 错误处理功能,2019/5/20,33,3总线的特性 总线标准的特性通常如下。 物理特性 功能特性 电气特性 时间特性 4总线的标准化 微型计算机系统中采用的标准总线种类很多,有ISA总线(又称PC AT总线)、EISA总线和MC

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