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1、第三章 8086/8088微处理器,2019年10月22日星期二,中北大学微机原理及接口技术,2,主要内容,微处理器的一般结构； 8086微处理器的组成、引脚功能； 8086的内部寄存器和标志位； 8086的存储器组织； 实模式和保护模式的存储器寻址； 80X86系列微处理器的结构特点。,2019年10月22日星期二,中北大学微机原理及接口技术,3,第3章 8086/8088微处理器,主要内容： 3.1 微处理器概述 3.2 8086/8088微处理器 3.3 8086/8088的编程结构 3.4 8086/8088的存储器组织 3.5 8086/8088的外部结构,学时分配： 6学时,第一节
2、 微处理器概述,2019年10月22日星期二,中北大学微机原理及接口技术,5,微处理器是计算机系统的核心部件，控制和协调整个计算机系统的工作，具有如下基本功能 可以进行算术和逻辑运算 可保存少量数据 能对指令进行译码并完成规定的操作 能与存储器、外部设备交换数据 提供整个系统所需的定时和控制信号 可以响应其他部件发来的中断请求,3.1 微处理器概述,2019年10月22日星期二,中北大学微机原理及接口技术,6,通常用CPU内部操作的数据位数作为对微处理器总体性能的一个表征。 数据位数：计算机中微处理器内部数据总线的宽度，也即CPU可同时操作的二进制码的位数。 CPU性能： 8位16位 32位(
3、主流) 64位(趋势),3.1 微处理器概述,2019年10月22日星期二,中北大学微机原理及接口技术,7,运算器 实现数据的算术和逻辑运算 (ALU) 控制器 控制程序的执行 寄存器组 存放临时数据、运算的中 间结果、运算特征、操作数地址,主要部件,3.1 微处理器概述,2019年10月22日星期二,中北大学微机原理及接口技术,8,3.1 微处理器概述,运算器组成 由加法器和一些辅助逻辑电路组成。 控制器组成 程序计数器：存放下一条指令的地址 指令寄存器：存放待执行的指令 指令译码器：翻译确定执行什么操作 时序控制部件：产生时序信号 工作基准 微操作控制部件：产生与指令对应的微操作,2019
4、年10月22日星期二,中北大学微机原理及接口技术,9,3.2 8086/8088微处理器,8088、8086基本类似 16位CPU、AB宽度20位 差别： 指令预取队列：8088为4B，8086为6B 数据总线引脚：8088有8根，8086有16根 8088为准16位CPU，内部DB为16位，但外部仅为8位，16位数据要分两次传送。 指令系统完全相同，芯片内部逻辑结构、芯片引脚有个别差异，均具有20位地址线，寻址能力达到1MB空间。,2019年10月22日星期二,中北大学微机原理及接口技术,10,8086/8088微处理器结构,AH AL,BH BL,CH CL,DH DL,SP,BP,DI,
5、SI,通 用 寄 存 器,AX,BX,CX,DX,ALU数据总线（16位）,运算寄存器,ALU,标志寄存器,EU 控制电路,执行部件EU,1 2 3 4 5 6,数据总线 8088:8位 8086:16位,输入/输出 控制电路,地址总线20位,指令队列缓冲器,8088,8086,Q总线 （8位）,指令指针,段寄存器,外部 总线,总线接口部件BIU,地址加法器,2019年10月22日星期二,中北大学微机原理及接口技术,11,指令预取队列(IPQ)的一般执行过程： 指令的一般执行过程： 取指令 指令译码 读取操作数 执行指令 存放结果,3.2 8086/8088微处理器,2019年10月22日星期
6、二,中北大学微机原理及接口技术,12,指令流水线,取指令,指令译码,取操作数,执行指令,存放结果,CPU执行一条指令的过程类似于工厂生产流水线，被分解为多个小的步骤，称为指令流水线。,原料,调度分配,生产线,成品,仓库,出厂,数据和程序指令,控制器的调度分配,ALU等 功能部件,处理后的数据,存储器,输出,2019年10月22日星期二,中北大学微机原理及接口技术,13,指令流水线,指令流水线有两种运作方式： 串行方式： 取指令和执行指令在不同的时刻按顺序执行 并行方式： 取指令和执行指令可同时执行，需要有能并行工作的硬件的支持。,2019年10月22日星期二,中北大学微机原理及接口技术,14,
7、串行工作方式,8086/8088以前的CPU采用串行工作方式,取指令1,执行1,取指令2,执行2,CPU,BUS,忙 碌,忙 碌,取指令3,执行3,忙 碌,空闲,空闲,空闲,t1,t0,t2,t3,t4,t5,6个周期执行了3条指令,2019年10月22日星期二,中北大学微机原理及接口技术,15,CPU执行指令时总线处于空闲状态； CPU访问存储器(存取数据或指令)时要等待总线操作的完成； 缺点：CPU无法全速运行 解决：总线空闲时预取指令，使CPU需要指令时能立刻得到,串行工作方式,2019年10月22日星期二,中北大学微机原理及接口技术,16,并行工作方式,8086/8088CPU采用并行
8、工作方式,取指令1,取指令2,取指令3,取指令4,执行1,执行2,执行3,BUS,执行4,CPU,t1,t0,t2,t3,t4,t5,取指令5,执行5,6个周期执行了5条指令,2019年10月22日星期二,中北大学微机原理及接口技术,17,并行操作的前提,取指令部件和指令执行部件要能够并行工作； 各部件执行时间基本相同，否则需再细分； 取指令部件取出的指令要能暂存在CPU内部某个地方； 指令执行部件在需要时总能立即获得暂存的指令 需要解决转移指令问题。,2019年10月22日星期二,中北大学微机原理及接口技术,18,8086/8088 CPU的特点,采用并行流水线工作方式： 通过设置指令预取队
9、列（IPQ）实现 对内存空间实行分段管理： 将内存分段并设置地址段寄存器，以实现对1MB空间的寻址。 支持多处理器系统：8087 FPU,执行部件,取指部件,2019年10月22日星期二,中北大学微机原理及接口技术,19,8086/8088的流水线操作,8086/8088 CPU包括两大部分：EU和BIU BIU不断地从存储器取指令送入IPQ，EU不断地从IPQ取出指令执行 EU和BIU构成了一个简单的2工位流水线 指令预取队列IPQ是实现流水线操作的关键（类似于工厂流水线的传送带）,2019年10月22日星期二,中北大学微机原理及接口技术,20,结论,8086/8088微处器指令预取队列的存
10、在使EU和BIU两个部分可同时进行工作，从而 提高了CPU的效率； 降低了对存储器存取速度的要求,第三节 8086/8088的编程结构,2019年10月22日星期二,中北大学微机原理及接口技术,22,主要内容： 3.3.1 8086的功能部件 3.3.2 8086的总线操作,3.3 8086/8088的编程结构,2019年10月22日星期二,中北大学微机原理及接口技术,23,编程结构：指从程序员和使用者的角度看到的结构。 8086编程结构与CPU内部的物理结构和实际布局是有区别的。 了解8086编程结构，可以掌握CPU的工作性能和使用方法。,3.3 8086/8088的编程结构,2019年10
11、月22日星期二,中北大学微机原理及接口技术,24,8086/8088微处理器结构,AH AL,BH BL,CH CL,DH DL,SP,BP,DI,SI,通 用 寄 存 器,AX,BX,CX,DX,ALU数据总线（16位）,运算寄存器,ALU,标志寄存器,EU 控制电路,执行部件EU,1 2 3 4 5 6,数据总线 8088:8位 8086:16位,输入/输出 控制电路,地址总线20位,指令队列缓冲器,8088,8086,Q总线 （8位）,指令指针,段寄存器,外部 总线,总线接口部件BIU,地址加法器,2019年10月22日星期二,中北大学微机原理及接口技术,25,从功能上分，8086内部由
12、两部分组成： 总线接口部件（BIU） 执行部件（EU） 两个单元相互独立，分别完成各自操作 两个单元可以并行执行，实现指令取指和执行的流水线操作。,3.3.1 8086/8088的功能部件,2019年10月22日星期二,中北大学微机原理及接口技术,26,一、总线接口部件BIU,功能： 从内存中取指令送入指令预取队列 负责与内存或输入/输出接口之间的数据传送 在执行转移程序时，BIU使指令预取队列复位，从指定的新地址取指令，并立即传给执行单元执行。,2019年10月22日星期二,中北大学微机原理及接口技术,27,总线接口部件包括 4个段地址寄存器CS DS ES SS 16位的指令指针寄存器IP
13、 20位的地址加法器 6字节的指令队列 输入/输出控制电路,一、总线接口部件BIU,2019年10月22日星期二,中北大学微机原理及接口技术,28,用于存放逻辑段的段基地址（简称段地址） CS：代码段寄存器。代码段存放指令代码 DS：数据段寄存器 ES：附加段寄存器 SS：堆栈段寄存器：指示堆栈区域的位置,这两个段存放操作数,堆栈段,SS,数据段,DS/ES,代码段,CS,1.段寄存器,2019年10月22日星期二,中北大学微机原理及接口技术,29,2.指令指针寄存器(Instruction Pointer),IP：指令指针寄存器，其内容为下一条要执行的指令的偏移地址； 与代码段寄存器CS联用
14、，确定下一条指令的物理地址； 计算机通过CS : IP寄存器来取指令，从而控制指令序列的执行流程； IP寄存器是一个专用寄存器，用户不能直接访问,2019年10月22日星期二,中北大学微机原理及接口技术,30,二、执行部件EU,功能: 执行指令 从指令队列中取指令代码 译码 在ALU中完成数据的运算 运算结果的特征保存在标志寄存器FLAGS中。,2019年10月22日星期二,中北大学微机原理及接口技术,31,执行部件包括 4个通用寄存器AX BX CX DX 4个专用寄存器BP SP SI DI 1个标志寄存器FLAGS/PSW 算术逻辑单元ALU(运算器) EU部分控制电路,二、执行部件EU
15、,2019年10月22日星期二,中北大学微机原理及接口技术,32,用途：存放临时数据和存放运算操作数 每个均为16位，但又可分为2个8位寄存器，即： AX AH，AL BX BH，BL CX CH，CL DX DH，DL 例如：若(AX)1234H, 则(AH)12H, (AL)34H,1.通用寄存器,2019年10月22日星期二,中北大学微机原理及接口技术,33,AX：累加器 所有I/O指令都通过AX（AL）与接口传送信息; 中间运算结果也多放于AX（AL）中； 乘除法指令的一个操作数必须在AX（AL）中。 BX：基址寄存器 在间接寻址中用于存放操作数的基地址。,1.通用寄存器,2019年10月22日星期二,中北大学微机原理及接口技术,34,CX：计数寄存器 用于在循环指令或串操作指令中存放计数值。 DX：数据寄存器 在间接寻址的I/O指令中存放I/O端口地址； 在32位乘除法运算时，存放高16位数。,1.通用寄存器,2019年10月22日星期二,中北大学微机原理及接口技
