《微型计算机原理与汇编语言程序设计 第3章 80X86微处理器及其体系结构课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《微型计算机原理与汇编语言程序设计 第3章 80X86微处理器及其体系结构课件（34页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1,第3章 80X86微处理器及其体系结构,本章主要教学内容 8086微处理器的基本性能指标、组成及其寄存器结构 8086微处理器的外部引脚特性 8086微处理器的存储器和I/O组织 8086的时钟和总线概念及其最小/最大工作方式 80286、80386、80486等高档微处理器 教学目的：使学生掌握80X86微处理器的基本使用 教学重点：8086微处理器的组成及其寄存器结构； 8086 微处理器的存储器和I/O组织 教学难点：8086微处理器的存储器和I/O组织,2,在线教务辅导网：,教材其余课件及动画素材请查阅在线教务辅导网,QQ:349134187 或者直接输入下面地址：,3,3.1 8
2、086微处理器的内部结构,微型计算机是由具有不同功能的一些部件组成的，包含运 算器和控制器电路的大规模集成电路，称为“微处理器”，又称 “中央处理器（CPU）”，其职能是执行算术/逻辑运算，并负责 控制整个计算机系统，使之能自动协调地完成各种操作。 3.1.1 基本性能指标 16位微处理器； 采用高速运算性能的HMOS工艺制造，芯片上集成了2.9万只晶体管； 使用单一的+5V电源，40条引脚双列直插式封装； 时钟频率为5MHz10MHz，基本指令执行时间为.3ms0.6ms 16根数据线和20根地址线，可寻址的地址空间达1MB 8086可以和浮点运算器、I/O处理器或其他处理器组成多处理器系统
3、，从而极大地提高了系统的数据吞吐能力和数据处理能力。,4,3.1.2 8086微处理器内部结构组成,图3-1 8086CPU内部结构框图,5,1执行部件EU 执行部件中包含一个16位的算术逻辑单元（ALU），8个16位的通用寄存器，一个16位的状态标志寄存器，一个数据暂存寄存器和执行部件的控制电路。 功能：从BIU的指令队列中取出指令代码，经指令译码器译码后执行指令所规定的全部功能。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/写操作。 2总线接口部件BIU 总线接口部件BIU内部设有四个16位段地址寄存器：代码段寄存器CS、数据段寄存器DS、堆栈
4、段寄存器SS和附加段寄存器ES，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位地址加法器和总线控制电路。 主要功能：根据执行部件EU的请求，负责完成CPU与存储器或I/O设备之间的数据传送。,6,传统微处理器的指令执行过程,8086CPU的指令执行过程,7,3.1.3 8086CPU的寄存器结构,8086CPU中可供编程使用的有14个16位寄存器，按其用 途可分为3类：通用寄存器、段寄存器、指针和标志寄存器， 如所示。,累加器,AH,AL,BH,BL,CL,DH,DL,CH,SP,SI,DI,IP,FLAGS,CS,DS,SS,ES,BP,基址寄存器,计数寄存器,数据寄存器,堆
5、栈指针寄存器,基址指针寄存器,源变址寄存器,目的变址寄存器,指令指针寄存器,标志寄存器,代码段寄存器,段寄存器,附加段寄存器,堆栈段寄存器,数据寄存器,地址指针和,变址寄存器,控制寄存器,通用寄存器,数据段寄存器,8086CPU内部寄存器结构,8,1通用寄存器 通用寄存器分为数据寄存器与指针和变址寄存器两组。 数据寄存器包括4个16位的寄存器AX、BX、CX和DX，一 般用来存放16位数据，故称为数据寄存器。其中的每一个又 可根据需要将高8位和低8位分成独立的两个8位寄存器来使 用，即AH、BH、CH、DH和AL、BL、CL、DL两组，用于存放8 位数据，它们均可独立寻址、独立使用。 指针和变
6、址寄存器包括指针寄存器SP、BP和变址寄存器 SI、DI，都是16位寄存器, ，一般用来存放地址的偏移量。 这8个16位通用寄存器都具有通用性，从而提高了指令 系统的灵活性。但在有些指令中，这些通用寄存器还各自有 特定的用法 ，见下表。,9,表3.1 通用寄存器的特定用法,10,2控制寄存器 指令指针寄存器IP ：是一个16位的寄存器，存放EU要执行的下一条指令的偏移地址，用以控制程序中指令的执行顺序，实现对代码段指令的跟踪 。 标志寄存器F ：是一个16位的寄存器，共9个标志，其中6个用作状态标志，3个用作控制标志。 （1）状态标志：状态标志用来反映EU执行算术和逻辑运算 以后的结果特征。
7、CF：进位标志 ；PF：奇偶标志 ；AF：辅助进位标志 ZF：零标志 ；SF：符号标志 ；OF：溢出标志,11,（2）控制标志 ：控制标志是用来控制CPU的工作方式或工 作状态 。 TF：陷阱标志或单步操作标志 ：IF：中断允许标志 DF：方向标志 3段寄存器 8086CPU共有4个16位的段寄存器，用来存放每一个逻 辑段的段起始地址。 （1）代码段寄存器CS （2）数据段寄存器DS （3）堆栈段寄存器SS （4）附加段寄存器ES,12,3.1.4 8086CPU的外部引脚特性,GND,INTR,NMI,CLK,GND,19,INTA,(,QS,1,),TEST,READY,RESET,2 3
8、9,1 40,3 38,4 37,5 36,6 35,7 34,8 33,9 32,10 31,11 30,12 29,13 28,14 27,15 26,16 25,17 24,18 23,19 22,20 21,AD,14,AD,11,AD,10,AD,9,AD,8,AD,7,AD,6,AD,5,AD,4,AD,3,AD,2,AD,1,AD,0,RD,MN/MX,HOLD,(,RQ/GT,0,),BHE,/,S,6,A,A,17,/,S,4,A,18,/,S,5,/,S,A,16,/,S,3,AD,15,）,V,CC,（,+5V,M/IO,(,S,2,),WR,(,LOCK,),HLDA,
9、(,RQ/GT,1,),DT/R,(,S,1,),DEN,(,S,0,),ALE,(,QS,0,),AD,12,13,AD,8086CPU引脚图,13,3.2 8086微处理器的存储器和I/O组织,3.2.1 存储器的组织 1存储器空间与存储器结构 存储器是按字节进行组织的，两个相邻的字节被称为一个“字” 。存放的信息若是以字节（8位）为单位的，将在存储器中按顺序排列存放；若存放的数据为一个字（16位）时，则将每一个字的低字节（低8位）存放在低地址中，高字节（高8位）存放在高地址中，并以低地址作为该字的地址。 在组成与8086CPU连接的存储器时，1M字节的存储空间实际上被分成两个512字节的
10、存储体，分别叫高位库和低位库。低位库固定与8086CPU的低位字节数据线D7D0相连，因此又可称它为低字节存储体，该存储体中的每个地址均为偶地址。高位库与8086CPU的高位字节数据线D15D8相连，因此又称它为高字节存储体，该存储体中的每个地址均为奇地址，如下图所示。,14,8086存储器的分体结构,15,2存储器分段,00000H,图,3,-,10,存储器分段示意图,逻辑段,1,起点,逻辑段,2,起点,逻辑段,3,起点,逻辑段,4,起点,FFFFFH,逻辑段,1,64KB,逻辑段,2,64KB,逻辑段,3,64KB,逻辑段,4,64KB,16,3逻辑地址（LA）和物理地址（PA） 物理地址
11、：就是存储器的实际地址，它是指CPU和存储器 进行数据交换时所使用的地址（20位）。 逻辑地址：是在程序中使用的地址，它由段地址和偏移地 址两部分组成（16位）。 逻辑地址的表示形式为“段地址偏移地址”。 物理地址=段地址10H偏移地址 4专用和保留的存储器单元,17,3.2.2 I/O端口的组织,1统一编址 又称“存储器映射方式”。在这种编址方式下 ，I/O端 口地址置于1MB的存储器空间中，在整个存储空间中划 出一部分空间给外设端口 ，端口和存储单元统一编址。 优点：无需专门的I/O指令，对端口操作的指令 类型多，从而简化了指令系统的设计。 缺点：端口占用存储器的地址空间，使存储器容量更
12、加紧张，同时端口指令的长度增加，执行时间较长，端 口地址译码器较复杂。,18,2独立编址 又称“I/O映射方式”。这种方式的端口单独编址构成一 个I/O空间，不占用存储器地址空间。 优点：端口所需的地址线较少，地址译码器较简单， 采用专用的I/O指令，端口操作指令执行时间少，指令长度 短 。 缺点：输入输出指令类别少，一般只能进行传送操作。,19,3.3 8086CPU的总线周期和操作时序,3.3.1 8284A时钟信号发生器,READY,1 18,2 17,3 16,4 15,5 14,6 13,7 12,8,11,9 10,8284A,CSYNC,PCLK,AEN,1,RDY,1,RDY,
13、2,AEN,2,CLK,GND,V,CC,X,1,X,2,ASYNC,EFI,F/C,OSC,RES,RESET,图3-12 8284A引脚特性,20,典型的8086总线周期波形图,21,3.3.3 8086CPU的最小/最大工作方式,1最小工作方式 所谓最小工作方式，就是系统中只有 8086一个微处理器，是一个单微处理器系 统。在这种系统中，所有的总线控制信号 都直接由8086CPU产生，系统中的总线控 制逻辑电路被减到最少。 当把8086的33脚MN/接+5V时，8086 CPU就处于最小工作方式了,22,2最大工作方式 当把8086的33脚MN/接地时，这时的系 统处于最大工作方式。最大
14、工作方式是相对 最小工作方式而言的，它主要用在中等或大 规模的8086系统中。在最大方式系统中，总 是包含有两个或多个微处理器，是多微处理 器系统。其中必有一个主处理器8086，其他 的处理器称为协处理器,23,3.3.4 8086CPU的操作时序,8086的主要操作有： 1、系统的复位和启动操作。 2、总线操作。 3、暂停操作。 4、中断响应操作。 5、总线保持或总线请求/允许操作,24,3.4 80286/80386/80486微处理器简介,3.4.1 80286微处理器简介 180286的主要特性 （1）增加地址线，使内存容量提高。 （2）具有两种地址方式：实地址方式和保护虚地址方式。 （3）使用虚拟内存。 （4）寻址方式更加丰富 （24种） （5）可以同时运行多个任务 。 （6）三种类型中断 ：硬件中断、软件中断的异常中断。 （7）增加了高级类指令、执行环境操作类指令和保护类 指令 。 （8）时钟频率提高,25,280286内部结构,26,380286的地址方式 80286访问存储器时，有两种方式即实地址方式和虚地 址保护方式。 （1）实地址方式 ：80286加电后即进入实地址方式。在实 地址方式下，80286与8086在目标码一级是向上兼容的，它 兼容了8086的全部功能，8086的汇编语言源程序可以不做 任何修改在80286上运行。
