微型计算机技术课件02教材

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1、第2章 16位和32位微处理器 2.1 16位微处理器8086 2.2 32位微处理器Pentium的先进技术 2.3 Pentium的指令流水线技术 2.4 Pentium的工作方式 2.5 Pentium的原理结构 2.6 Pentium的寄存器和相关机制 2.7 Pentium的主要信号 2.8 Pentium的总线状态 2.9 Pentium的总线周期 教学重点 CPU的编程结构 总线接口部件和执行部件的相互协调关系 标志寄存器的含义 CPU的操作时序 CPU的中断分类和中断向量 硬件中断和软件中断的区别，软件中断的特点 2.1 16位8086/8088微处理器 2.1.1 8086的

2、编程结构 2.1.2 8086的引脚信号和工作模式 2.1.3 8086的操作和时序 2.1.4 8086的存储器编址和I/O编址 微处理器的性能指标： 字长 主频 2.1 16位8086/8088微处理器 1、引言 8086/8088微处理器是Intel公司推出的第三代 CPU芯片，它们的内部结构基本相同，都采用16 位结构进行操作及存储器寻址，但外部性能有所 差异，两种处理器都封装在相同的40脚双列直插 组件（DIP）中。 2、8086微处理器的一般性能特点 v16位的内部结构，16位双向数据信号线； v20位地址信号线，可寻址1M字节存储单元； v较强的指令系统； v利用16位的地址总线

3、来进行I/O端口寻址，可寻址64K个 I/O端口； v中断功能强，可处理内部软件中断和外部中断，中断源 可达256个； v单一的5V电源，单相时钟5MHz。 2.1 16位8086/8088微处理器 2.1.1 8086/8088CPU的编程结构 l编程结构是指从程序员和使用者的角度看到的结构， 亦可称为功能结构。 2.1 16位8086/8088微处理器 从功能上来看，8086/8088CPU可分为两部分，即总 线接口部件BIU（Bus Interface Unit）和执行部件EU（ Execution Unit）。 如图所示如图所示 执行部件 总线接口部件 通用寄存器 四个专用寄存器 SP

4、：堆栈指针，其内容与堆栈段寄存器SS的 内容一起，提供堆栈操作地址。 BP：基址指针：构成段内偏移地址的一部分. SI:（Source Index）：SI含有源地址意思,产 生有效地址或实际地址的偏移量。 DI:（Destination Index）：DI含有目的意思, 产生有效地址或实际地址的偏移量。 算术逻辑单元ALU： 主要是加法器。大部分指令 的执行由加法器完成。标志寄存器： 16位字利用了9位。 标志分两类： 状态标志（6位）:反映刚刚完成的操作结果情况。 控制标志（3位）:在某些指令操作中起控制作用。 20位地址加法器 四个段寄存器：CS、DS、SS、ES CS管理代码段;DS管理

5、数据段 SS管理堆栈段;ES管理附加段. 16位的指令指针寄存器IP： IP中的内容是下一条指令 对现行代码段基地址的偏移量， 6字节的指令队列 指令队列共六字节，总线接 口部件BIU从内存取指令， 取来的总是放在指令队列中； 执行部件EU从指令队列取指 令，并执行。 1. 总线接口部件（BIU） 功能：负责与存储器及I/O接口之间的数据传送操作。 如图所示如图所示 具体来看，完成取指令送指令队列；CPU执行指令时，总线接口部件 配合执行部件的动作，从指定的内存单元或I/O端口取操作数，将数据 传送给执行部件，或者将执行部件的操作结果送内存单元或者I/O端口。 组成： 段寄存器（DS、CS、E

6、S、SS）； 16位指令指针寄存器IP（指向下一条要取出的指令代码） ； 20位地址加法器（用来产生20位地址）； 6字节（8088为4字节）指令队列缓冲器 。 2.1.1 8086/8088CPU的编程结构 8086/8088的指令队列分别为6/4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。 地址加法器用来产生20位物理地址。8086/8088可用 20位地址寻址1M字节的内存空间，而CPU内部的寄存器都 是16 位，因此需要由一个附加的机构来计算出20位的物 理地址，这个机构就是20位的地址加法器。 例如：CS0FE00H，IP04

7、00H，则表示要取指令 代码的物理地址为0FE000H+0400H=FE400H。 总线接口部件（BIU） 两点说明： 2.1.1 8086/8088CPU的编程结构 2. 执行部件（EU） 功能：负责指令的执行 。 组成： 4个通用寄存器，即 AX、BX、CX、DX ； 4个专用寄存器，即 BP、SP、SI、DI ； 标志寄存器 ； ALU(算术逻辑单元) 。 如图所示 2.1.1 8086/8088CPU的编程结构 总线接口部件（BIU）和执行部件（EU）按以下流水线 技术原则协调工作，共同完成所要求的信息处理任务： 每当8086的指令队列中有两个空字节，或8088的指令队列中有一个空 字

8、节时，BIU就会自动把指令取到指令队列中。 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。在执行指令的过程中，如 果必须访问存储器或者IO端口，那么EU就会请求BIU，进入总线周期， 完成访问内存或者IO端口的操作；如果此时BIU正好处于空闲状态，会 立即响应EU的总线请求。 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 。 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 队列装入转向的另一程序段中的指令代码。 3. BIU与EU的动

9、作协调原则 如图所示 从上述BIU与EU的动作管理原则中，不难看出，它们两者的工作是不同 步的，正是这种既相互独立又相互配合的关系，使得8086/8088可以在执行指 令的同时，进行取指令代码的操作，也就是说BIU与EU是一种并行工作方式， 改变了以往计算机取指令译码执行指令的串行工作方式，大大提高了工 作效率，这正是8086/8088获得成功的原因之一。 2.1.1 8086/8088CPU的编程结构 4. 8086/8088CPU内部寄存器 8086/8088内部的寄存器可以分为通用寄存器和专用寄存器两大类 ，专用寄存器包括指针寄存器、变址寄存器等 通用寄存器 指针寄存器 变址寄存器 控制

10、寄存器 段寄存器 标志寄存器 2.1.1 8086/8088CPU的编程结构 l通用寄存器 4个16位的通用寄存器还可以分成高8位和低8位两个 独立的寄存器，这样又形成8个通用的8位寄存器 AX： AH AL BX： BH BL CX： CH CL DX： DH DL 其中AX称为累加器，BX称为基址寄存器，CX称为计数寄存器，DX 称为数据寄存器，这些寄存器在具体使用上有一定的差别，如表1 2所示。 8086/8088CPU内部寄存器 表1-2 内部寄存器主要用途 寄存器 用 途 AX 字乘法，字除法，字I/O AL 字节乘，字节除，字节I/O，十进制算术运算 AH 字节乘，字节除 BX转移

11、 CX 串操作，循环次数 CL变量移位，循环控制 DX 字节乘，字节除，间接I/O 2.1.1 8086/8088CPU的编程结构 8086/8088CPU内部寄存器 指针寄存器 两个16位的指针寄存器SP和BP，其中SP是堆栈指针寄存 器，由它和堆栈段寄存器SS一起来确定堆栈在内存中的位 置；BP是基数指针寄存器，通常用于存放基地址。 变址寄存器 两个16位的变址寄存器SI和DI，其中SI是源变址寄存 器，DI是目的变址寄存器，都用于指令的变址寻址方式。 段寄存器 系统中共有4个16位段寄存器，即代码段寄存器CS、数 据段寄存器DS、堆栈段寄存器SS和附加段寄存器ES。这些段 寄存器的内容与

12、有效的地址偏移量一起，可确定内存的物理 地址。通常CS划定并控制程序区，DS和ES控制数据区，SS 控制堆栈区。 2.1.1 8086/8088CPU的编程结构 控制寄存器 IP、标志寄存器是系统中的两个16位控制寄存器，其中 IP是指令指针寄存器，用来控制CPU的指令执行顺序，它和 代码段寄存器CS一起可以确定当前所要取的指令的内存地 址。顺序执行程序时，CPU每取一个指令字节，IP自动加1 ，指向下一个要读取的字节；当IP单独改变时，会发生段 内的程序转移；当CS和IP同时改变时，会产生段间的程序 转移。 标志寄存器的内容被称为处理器状态字PSW，用来存 8086/8088CPU在工作过程

13、中的状态。 8086/8088CPU内部寄存器 2.1.1 8086/8088CPU的编程结构 标志寄存器 8086/8088内部标志寄存器的内容，又称为处理器状态 字PSW。其中共有9个标志位，可分成两类：一类为状态标 志，一类为控制标志。 其中状态标志表示前一步操作（如加、减等）执行以 后，ALU所处的状态，后续操作可以根据这些状态标志进行 判断，实现转移；控制标志则可以通过指令人为设置，用 以对某一种特定的功能起控制作用（如中断屏蔽等），反 映了人们对微机系统工作方式的可控制性。 图22 标志寄存器 8086/8088CPU内部寄存器 2.1.1 8086/8088CPU的编程结构 状态

14、标志：6个 SF符号标志位，当运算结果的最高位为1，该标志位置1 ，否则清0。即与运算结果的最高位相同。 ZF零标志位，运算结果为0时，该标志位置1，否则清0。 PF奇偶标志位，当运算结果的低8位中l的个数为偶数时 ，则该位置1，反之为0。 CF进位标志位，做加法时最高位出现进位或做减法时最 高位出现借位，该位置1，反之为0。 AF半进位标志位，做字节加法时，当低四位有向高四位 的进位，或在做减法时，低四位有向高四位的借位时，该标 志位就置1。通常用于对BCD算术运算结果的调整。 OF溢出标志位，当运算过程产生溢出时，会使OF为1。 标志寄存器 2.1.1 8086/8088CPU的编程结构

15、控制标志：3个 DF方向标志位，若该位置1，则串操作指令的 地址修改为自动减量方向，反之，为自动增量方向 。 IF中断允许标志位，若该位置1，则处理器可以 响应可屏蔽中断，否则就不能响应可屏蔽中断。 TF陷阱标志位(单步标志位、跟踪标志)。当该 位置1时，将使8086/8088进入单步工作方式，通常 用于程序的调试。 标志寄存器 2.1.1 8086/8088CPU的编程结构 2.1.1 8086/8088CPU的编程结构 5. 8086/8088的总线周期的概念 一个最基本的总线周期有4个状态，即T1状态、T2状态、T3状 态和T4状态。 在T1状态，CPU往多路复用总线上发出地址信息，以指

16、出要寻址 的存储单元或外设端口的地址。 在T2状态，CPU从总线上撤消地址，而使总线的低16位浮置成高 阻状态，为传输数据作准备。总线的最高4位（A19A16）用来输出 本总线周期状态信息。 在T3状态，多路总线的高4位继续提供状态信息，而多路总线的 低16位上出现由CPU写出的数据或者CPU从存储器或端口读入的数据 。 在T3，T4期间，数据在CPU和存储器或I/O端口之间传输。若这两 个时钟周期为外部逻辑提供的时间不足以响应访问要求，即数据未 准备好，则在T3和T4之间可插入1n个等待周期Tw来延长总线周期。 在T4状态，总线周期结束。 习题与思考： 18086/8088 CPU由哪两部分组成？它们的主要功 能各是什么？它们之间是如何协调工作的？ 28086/8088 CPU中有哪些寄存器？各有什么用途 ？标志寄存器F有哪些标志位？各在什么情况下置位？ 3总线接口部件有哪些功能？请