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微机原理与接口技术 教学课件 ppt 作者 吉海彦 第02章 8086微处理器

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    • 1、2019/5/26,1,微机原理与接口技术,2019/5/26,2,第二章 8086/8088微处理器,微处理器的内部逻辑结构 微处理器的外部引脚及功能 存储器组织 系统配置 工作时序,2019/5/26,3,2.1 8086的内部逻辑结构,微处理器 8086, 8088结构类似。从程序员和使用角度来看的结构, 即编程结构从功能上分为两部分:总线接口部件,执行部件。 两部分各自执行自己的功能并行工作,这种工作方式与传统的计算机在执行指令时的串行工作相比极大的提高了工作效率。 传统 计算机执行程序时,CPU的工作顺序是: 取指令 执行指令 再取指令 再执行指令 串行工作。 工作顺序是:取指令,执行指令同时进行。并行工作。,2019/5/26,4,AH,AL,BH,BL,CL,CH,DH,DL,SP,BP,DI,SI,通 用 寄 存 器,CS,DS,SS,ES,I P,内部暂存器,输入输出,控制,电路,1,2,3,4,AX,BX,CX,DX,数据总线,运,运 算 寄 存器,A L U,标志寄存器,外部总线,8086 16位,指令对列,8086为 6 字节,16 位,执行,控制,电路,执行部

      2、件,总线接口部件,地址加法器,20 位,16 位,段寄存器,指令指针,(EU),(BIU),2019/5/26,5, 时间t,流水线和非流水线操作过程图,2019/5/26,6,BIU与EU并行操作示意图,BIU,EU,2019/5/26,7,2.1.2 总线接口部件BIU,总线接口部件BIU主要包括:四个16位段地址寄存器、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,总线控制电路。 1. BIU完成以下几个主要任务: (1)取指令和预取指令 (2)配合EU执行的指令,传送数据 (3)形成物理地址,2019/5/26,8,2BIU的组成,(1)4个16位的段地址寄存器 代码段寄存器CS 、数据段寄存器DS、堆栈段寄存器SS、扩展段寄存器ES (2)1个16位的指令指针IP(Instruction Pointer) (3)20位的地址加法器 (4)指令队列 (5)总线控制逻辑,2019/5/26,9,物理地址的产生过程,2019/5/26,10,2.1.3 执行部件EU,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

      3、/写操作。 EU完成以下几个主要任务: (1)指令译码 (2)执行指令 (3)向BIU传送偏移地址信息 (4)管理通用寄存器和标志寄存器,2019/5/26,11,2EU的组成,(1)算术逻辑运算单元ALU 执行算术和逻辑运算 (2)通用寄存器 8个16位的通用寄存器AX,BX,CX,DX,BP,SP,SI,DI。 AX,BX,CX,DX也可单独拆成两个8位的寄存器,分别为AH、AL、BH、BL、CH、CL、DH、DL。 (3)标志寄存器 FR(F1ags Register),2019/5/26,12,标志寄存器FR的格式,CF,PF,AF,ZF,SF,TF,IF,DF,OF,0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,较验,进位,辅助进位,零标志,符号标志,跟踪标志,中断标志,方向标志,溢出标志,2019/5/26,13,8086寄存器结构,返回,2019/5/26,14,2.2.1 工作模式,8086/8088CPU有两种模式:最小模式和最大模式 最小模式 系统中只有8086/8088一个微处理器,也叫单处理器模式。所有的总线控制信号都直接由8086

      4、/8088产生。适合于较小规模的系统。 最大模式 包含两个或两个以上的微处理器,其中一个主处理器8086/8088,其他的处理器称为协处理器,它们是协助主处理器工作的。适合于中等规模或大型的8086/8088系统中。 常用的协处理器有 专门用于数值运算的8087 专门用于输入/输出操作的8089,2019/5/26,15,2019/5/26,8 0 8 8,地 AD14 AD13 AD12 AD11 AD10 AD9 AD8 AD7 AD6 AD5 AD4 AD3 AD2 AD1 AD0 NMI INTR CLK 地,地 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 AD7 AD6 AD5 AD4 AD3 AD2 AD1 AD0 NMI INTR CLK 地,Vcc(5V) A15 A16/S3 A17/S4 A18/S5 A19/S6 SS0(HIGH) MN/MX RD HOLD(RQ/GT0) HLDA(RQ/GT1) WR(LOCK) M/IO(S2) DT/R(S1) DEN(S0) ALE(QS0) INTA(QS1) TEST READY RESET,Vcc(5V)

      5、 AD15 A16/S3 A17/S4 A18/S5 A19/S6 BHE/S7 MN/MX RD HOLD (RQ/GT0) HLDA (RQ/GT1) WR (LOCK) M/IO (S2) DT/R (S1) DEN (S0) ALE (QS0) INTA (QS1) TEST READY RESET,8 0 8 6,引脚对比图,2019/5/26,16,8086用两个存储体来组织实际存储空间,奇地址,偶地址,00001H,00003H,00000H,00002H,FFFFEH,FFFFFH,.,.,BHE,A0,A0 A19 BHE,D8 D15,D0 D7,地址交叉 排列,8086,D0 D15,规则字: 偶地址作为字的地址 非规则字: 奇地址作为字的地址,CPU 8088 由于只有8位数据线,地址顺序排列。,2019/5/26,17,两个存储体内的地址表示,2019/5/26,18,和A0这两个信号的组合和对应的操作,2019/5/26,19,字和字节的存取过程实例,奇地址,偶地址,00001H,00003H,00000H,00002H,FFFFEH,FFFFFH,.,.,

      6、BHE,A0,A0 A19 BHE,D8 D15,D0 D7,地址交叉 排列,8086,D0 D15,12H,78H,90H,34H,2019/5/26,20,2.3.2 8086存储器的分段,20位地址码 16位寄存器 寻址范围 220 ( 1MB ) 216 ( 64KB) 16位数据不能寻址1MB的地址空间 1MB分为若干逻辑段(64KB),段内16位寻址 段基地址的低4位为“0” ( 如: C4320H ),2019/5/26,21,分段具有随意性 逻辑段可在整个存储空间内浮动,段间可以连续、分开或重叠。 一个程序可以有代码段、数据段、堆栈段、扩展段 各逻辑段基地址由相应寄存器CS、DS、SS、ES给出,2019/5/26,22,对某一具体的存储单元 逻辑地址:段基址 + 偏移地址 16位 偏移地址:相对于段基址的位移量 16位 物理地址:实际地址 20位,2019/5/26,23,物理地址的产生,物理地址=段基址 10H+偏移地址 16位 4位 C4000H 16位 + 0013H 20位 C4013H,2019/5/26,24,取指令 : CS 10H+IP 读写数据: D

      7、S 10H+EA EA: 有效地址,由寻址方式决定 堆栈操作: SS 10H+SP 例: CS:3000H IP:0011H DS:1200H 要执行的指令:MOV AX 2000H 返回,2019/5/26,25,堆栈,概念: 栈底固定,栈顶活动 弹出 栈顶 压入 SP 先进后出,后进先出,2019/5/26,26,2.4 系统配置,工作模式的选择由MN/MX引脚决定。 最小模式:单处理器系统,系统中所需的控制信号全部由8086/8088CPU本身直接产生。 最大模式:多处理器系统,有两个或两个以上的微处理器,除主处理器8086/8088CPU外,还有数值协处理器8087和I/O协处理器8089。所有的总线控制信号由外加的总线控制器8288提供。,2019/5/26,27,2.4.1 最小模式下的系统配置,2019/5/26,28,O,O,O,D,Q,CLK,O,DI0,DO 0,STB,OE,。,8282引脚及内部结构图,。,。,DI 0 DI 7输入端 DO 0 DO7输出端 OE/允许控制(低电平有效) STB锁存信号 高电平允许(通过) 低电平禁止(锁存),1. 地址锁存器8

      8、282,DI 7,DO7,2019/5/26,29,AO,BO,O,O,。,O,OE,T,A1,A7,。,B1,B7,。,接DEN,接DT/R,8286,DEN = 0 OE = 0 当DT/R=0时,,B,A,当DT/R = 1时, A B,8286引脚及内部结构图,1,2,8,9,11,12,18,19,2、总线收发器8286,2019/5/26,30,3、时钟发生器8284A,2019/5/26,31,8086,8282 地址锁存器 (三片),8286 收发器 (2片),8288 总线 控制器,READY RESET,8284A,RESET READY,BHE/,A16A19,AD0AD15,S0/ S1/ S2/,CLK,MN/MX,0,DEN,DT/R,A0 A19,D0 D15,2.4.2 8086最大模式下的系统配置,ALE,STB,BHE/,OE,T,MRDC/,MWTC/,IORC/ IOWC/,INTA/,ALE。DEN。DT/R,控制 总线,S0 S1 S2,2019/5/26,32,1、总线控制器8288,2019/5/26,33,8086最大模式下与8288的连接图,返回,2019/5/26,34,2.5 工作时序,时序:各个命令信号必须以严格的时间先后顺序出现,这种严格的时间上的先后顺序就称为时序。 时钟周期:CPU的基本时间计量单位,它由计算机的主频决定。一个时钟周期又叫一个“T状态”。 总线周期:CPU通过系统总线对外部存储器或I/O接口进行一次访问所需的时间。 指令周期:一条指令从其代码被从内存单元中取出到其所规定的操作执行完毕所用的时间。,2019/5/26,35,一个总线周期至少包括 4 个时钟周期。,(1)T1状态:CPU向地址/状态和地址/数据多路复用总线上发出地址信号,指出要寻址的存储单元或I/O端口地址。 (2)T2状态:CPU从总线上撤消地址,为传输数据作准备。总线的高4位用来输出本总线周期的状态信息。 (3)T3状态:多路复用总线的高4位继续提供状态信息,多路总线的低16位上出现由CPU输出

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