微型计算机原理与接口技术-第2章PPT课件

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1、1,第2章 微处理器,2,主要内容：,8088/8086微处理器 特点 主要引线功能和内部结构 内部寄存器 实地址模式下的存储器寻址 总线时序,3,一、8088/8086 CPU的特点,4,1. 8088CPU的两种工作模式,8088可工作于两种模式下 最小模式 最大模式 最小模式为单处理器模式，控制信号较少，一般可不必接总线控制器。 最大模式为多处理器模式，控制信号较多，须通过总线控制器与总线相连。,5,最小模式下的总线连接示意图,8088 CPU, ,控制总线,数据总线,地址总线,地址 锁存,数据 收发,ALE,时钟发 生 器,6,最大模式下的总线连接示意图,8088 CPU,数据总线,地

2、址总线,地址 锁存,数据 收发,ALE,时钟发 生 器,总 线 控制器,控制总线,7,两种工作模式的选择方式,8088是工作在最小还是最大模式由MN/MX引线的状态决定。 MN/MX=0工作于最大模式 MN/MX=1工作于最小模式,8,2. 8088/8086 CPU的特点,采用并行流水线工作方式 通过设置指令预取队列实现 对内存空间实行分段管理 将内存分为4个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,CPU内部结构,存储器寻址部分,工作模式,9,二、8088/8086的引线及功能,10,1. 主要引线最小模式下的8088引线,地址线和数据线： AD0AD7：低8位地

3、址和低8位数据信号分时复用。在传送地址信号时为单向，传送数据信号时为双向。 A16-A19：高4位地址信号，与状态信号分时复用。 A8A15 ：8位地址信号,11,主要的控制和状态信号,WR： 写信号； RD： 读信号； IO/M：为“0”表示访问内存， 为“1”表示访问接口； DEN： 低电平有效时，允许进行读/写操作； DT/R：数据收发器的传送方向控制； ALE：地址锁存信号； RESET：复位信号。,12,例：,当WR=1，RD=0，IO/M=0时， 表示CPU当前正在进行读存储器操作,13,READY信号,14,中断请求和响应信号,INTR：可屏蔽中断请求输入端 NMI： 非屏蔽中断

4、请求输入端 INTA：中断响应输出端,15,总线保持信号,HOLD：总线保持请求信号输入端。当CPU 以外的其他设备要求占用总线时， 通过该引脚向CPU发出请求。 HLDA：总线保持响应信号输出端。CPU对 HOLD信号的响应信号。,16,2. 8088和8086CPU引线功能比较,数据总线宽度不同 8088的外部总线宽度是8位，8086为16位。 访问存储器和输入输出控制信号含义不同 8088IO/M=0表示访问内存； 8086IO/M=1表示访问内存。 其他部分引线功能的区别,17,三、8088/8086的内部结构,18,1. 组成,8088/8086内部由两部分组成： 执行单元（EU）

5、总线接口单元（BIU）,19,2. 执行单元,运算器 8个通用寄存器 1个标志寄存器 EU部分控制电路,教材第43页图2-6图,20,执行单元,功能 指令译码 指令执行 暂存中间运算结果 保存运算结果特征,指令的执行,在标志寄存器FLAGS中,在ALU中完成,在通用寄存器中,21,3. 总线接口单元,功能： 从内存中取指令到指令预取队列 指令预取队列是并行流水线工作的基础 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。,22,结论,指令预取队列的存在使EU和BIU两个部分可同时进行工作，从而： 提高了CPU的

6、效率； 降低了对存储器存取速度的要求,23,四、内部寄存器,24,内部寄存器的类型,含14个16位寄存器，按功能可分为三类 8个通用寄存器 4个段寄存器 2个控制寄存器,深入理解：每个寄存器中数据的含义,25,1. 通用寄存器,数据寄存器（AX，BX，CX，DX） 地址指针寄存器（SP，BP） 变址寄存器（SI，DI）,26,数据寄存器,8088/8086含4个16位数据寄存器，它们又可分为8个8位寄存器，即： AX BX CX DX,AH，AL,CH，CL,BH，BL,DH，DL,27,数据寄存器特有的习惯用法,AX：累加器。所有I/O指令都通过AX与接口传送 信息，中间运算结果也多放于AX

7、中； BX：基址寄存器。在间接寻址中用于存放基地址； CX：计数寄存器。用于在循环或串操作指令 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。,28,地址指针寄存器,SP：堆栈指针寄存器，其内容为栈顶的 偏移地址； BP：基址指针寄存器，常用于在访问内 存时存放内存单元的偏移地址。,29,BX与BP在应用上的区别,作为通用寄存器，二者均可用于存放数据； 作为基址寄存器，用BX表示所寻找的数据在数据段；用BP则表示数据在堆栈段。,30,变址寄存器,SI：源变址寄存器 DI：目标变址寄存器 变址寄存器在指令中常用于存放数据在

8、内存中的地址。,31,2. 控制寄存器,IP 指令指针寄存器，其内容为下一条要执行指令的偏移地址。 FLAGS 标志寄存器，存放运算结果的特征 6个状态标志位（CF，SF，AF，PF，OF，ZF） 3个控制标志位（IF，TF，DF）,32,状态标志位（1）,CF（Carry Flag） 进位标志位。加(减)法运算时，若最高位有进(借)位则CF=1 PF（Parity Flag） 奇偶标志位。运算结果的低8位中“1”的个数为偶数时PF=l AF（Auxiliary Carry Flag） 辅助进位标志位。加(减)操作中，若Bit3向Bit4有进位(借位)，AF=1,33,状态标志位（2）,ZF（

9、Zero Flag） 零标志位。当运算结果为零时ZF=1 SF（Sign Flag） 符号标志位。当运算结果的最高位为1时，SF=l OF（Overflow Flag） 溢出标志位。当算术运算的结果超出了有符号数的可表达范围时，OF=l,34,状态标志位例,给出以下运算结果及运算后各状态标志位的状态： 10110110+11110100 10110110 + 11110100 10101010,1,CF= OF= AF= PF= SF= ZF=,1,1,1,0,1,0,35,控制标志位,TF（Trap Flag） 陷井标志位，也叫跟踪标志位。TF=1时，使CPU处于单步执行指令的工作方式。 I

10、F（Interrupt Enable Flag） 中断允许标志位。IF=1使CPU可以响应可屏蔽中断请求。 DF（Direction Flag） 方向标志位。在数据串操作时确定操作的方向。,36,3. 段寄存器,作用 用于存放相应逻辑段的段基地址 8086/8088内存中逻辑段的数量 最多为64K个 8086/8088内存中逻辑段的类型 代码段 数据段 附加段 堆栈段,存放指令代码,存放操作的数据,存放操作的数据,存放暂时不用但需保存的数据。,为什么叫逻辑段？,每个段寄存器中存放的内容=？,37,段寄存器,CS 代码段寄存器，存放代码段的段基地址。 DS 数据段寄存器 ，存放数据段的段基地址。

11、 ES 附加段寄存器，存放数据段的段基地址。 SS 堆栈段寄存器， 存放堆栈段的段基地址,段寄存器的值表明相应逻辑段在内存中的位置,38,五、存储器寻址,39,1. 内存单元的编址（1）,每个内存单元在整个内存空间中都具有惟一的地址 每个内存单元的地址码都由两部分组成： 段（基）地址 16位 段内地址 16位,相对地址/偏移地址,物理地址,8088为16位结构，所以段地址和偏移地址均为16位,40,存储器的编址（2）,段基地址： 决定存储单元在内存中的位置 相对地址（偏移地址） 决定该存储单元相对段内第一个单元的距离 逻辑段的起始地址称为段首 每个逻辑段内的第一个单元,段首的偏移地址=0,41

12、,存储器的编址（3）,0 0 0 0,段基地址（16位）,段首地址（段首的物理地址）, , ,19,0,4,段首的偏移地址： 0000H,段基地址（16位）, , ,31,0,15, , ,42,存储器的编址（4）,例： 段基地址 =6000H 段首地址 偏移地址=0009H 物理地址,数据段,60009H,00H,12H,60000H,9,物理地址： 内存单元在整个内存空间中的惟一地址,43,2. 实地址模式下的存储器地址变换,内存物理地址由段基地址和偏移地址组成,物理地址=段基地址16+偏移地址,0 0 0 0,段首地址, , ,19,0,4, , ,偏移地址,+,物理地址,44,例：,已

13、知 CS=1055H， DS=250AH ES=2EF0H SS=8FF0H 画出各段在内存中的分布。,45,例：,CS=1055H 段首地址=10550H DS=250AH 段首地址=250A0H ES=2EF0H SS=8FF0H,10550H,250A0H,2EF00H,8FF00H,代码段,数据段,附加段,堆栈段,46,例,设某操作数存放在数据段，DS=250AH，数据所在单元的偏移地址=0204H。则该操作数所在单元的物理地址为： 250AH 16+0204H = 252A4H,47,3. 存储器的保护模式,保护模式： 支持多任务的工作模式，提供了多任务保护机制； 内存段的访问受到限

14、制，不能再随意存取数据段。 保护模式下的内存访问 不再直接从段寄存器中获得段基地址，段基地址存放在内存的段描述符表中，由段描述符寄存器给出段描述符表的基地址，段寄存器中仅存放段选择符。,48,保护模式下的存储器地址变换,49,4. 堆栈及堆栈段的使用,堆栈： 内存中一个特殊区域，用于存放暂时不用或需要保护的数据。 常用于响应中断或子程序调用。,50,例：,已知 SS=1000H，SP=0100H 则： 堆栈段的段首地址= 栈顶（偏移）地址= 若该段最后一个单元 地址为10200H，则： 栈底偏移地址=,10000H,0100H,0200H,51,5. 内部寄存器小结,全部为16位寄存器 只有4

15、个数据寄存器分别可分为2个8位寄存器 所有16位寄存器中： 全部通用寄存器中，只有AX和CX中的内容一定为参加运算的数据，其余通用寄存器中的内容可能是数据，也可能是存放数据的地址； SP中的内容通常为堆栈段的栈顶地址； 段寄存器中的内容为相应逻辑段的段地址； IP中的内容为下一条要取的指令的偏移地址； FLAGS中有9位标志位,52,6. 实模式下的存储器寻址小结,每个内存单元在整个内存空间中都具有惟一地址 每个内存单元的地址都由两部分组成： 段基地址 段内相对地址（偏移地址） 段基地址决定了逻辑段在内存中所占的区域，改变段基地址，则改变了逻辑段的位置。 一个逻辑段的默认长度为64KB，最小长度值为16B。 逻辑段可以有多个，但只有4种类型。在一个程序模块中，每种类型的逻辑段最多只能有一个。,53,六、总线时序,54,时序,时序： CPU各引脚信号在时间上的关系 总线周期： CPU完成一次访问内存（或接口）操作所需要的时间。 一个总线周期至少包括4个时钟周期。,55,七、8088系统总线,56,主要内容：,总线的基本概念和分类； 总线的工作方式； 常用系统总线标准。,57,1. 概述,总线： 是一组导线和相关的控制、驱动电路的集合。是计算机系统各部件之间传输地址、数据和控制信息的通道。,地址总线（AB） 数据总线（DB） 控制总线（CB）,