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1、微型计算机原理与接口技术,第二章 80X86微处理器的结构,第一节 16位微处理器8086,一、8086的编程结构（*）微处理器的性能指标 字长:CPU能同时处理的数据位数（数据总线宽度）。字长16位，即为16位机主频：CPU的时钟频率8086：16位机；8088：准16位机8086/8088：20根地址总线，寻址空间1MB,编程结构：就是指从程序员和使用者的角度看到的结构。这种结构与CPU内部物理结构和实际布局是有区别的。 （一）CPU物理结构（*）1、算逻部件ALU2、寄存器组（*） 包括：通用寄存器组；指示变址寄存器；段寄存器组；程序计数器IP；标志寄存器3、预取指令队列缓冲器,4、地址
2、形成部件5、控制部件（*） 包括：指令寄存器、指令译码及总线周期编码器、定时和控制部件、总线周期,8086内部结构,（二）8086的编程结构 从功能上看，8086分为：总线接口部件BIU，执行部件EU1、总线接口部件BIU 功能：与存储器、I/O端口传送数据 取指：内存指令队列 执行指令：内存或外设端口EU EU的操作结果内存 单元或外设端口,取数,组成：1、4个16位段地址寄存器，即CS、DS、ES、SS2、16位的指令指针寄存器 IP(Instruction Pointer)；3、20位的地址加法器； 4、6字节的指令队列缓冲器 （8088为4个字节）,注：1、8086/8088在执行指令
3、的同时，从内存中取下面1条指令或几条指令，取来的指令就放在指令队列缓冲器中 。通常，8086/8088执行完一条指令就可以立即执行下一条指令，从而提高了CPU的效率。 2、地址加法器用来根据16位寄存器提供的信息计算出20位的物理地址 （*）8086/8088存储器如何分段？（*）程序以逻辑地址编址，而不是用物理地址,2、执行部件EU：负责指令的执行（*）（1）4个通用寄存器，即AX，BX，CX， DX；（2） 4个专用寄存器，即基数指针寄存器BP，堆栈指针寄存器SP，源变址寄存器SI，目的变址寄存器DI；（3） 标志寄存器；（4）算术逻辑部件ALU,标志寄存器（*）：OF DF IF TF
4、SF ZF AF PF CF状态标志6个：SF 、ZF、PF、CF、AF和OF控制标志3个：DF、IF、TF,3、BIU和EU的动作管理（*） 并非同步工作（1）每当8086的指令队列中有2个空字节，或8088指令队列中有1个空字节时，BIU就会自动把指令取到指令队列中。（2）取指和访存的冲突（3）指令队列满（4）执行转移、调用和返回指令时，指令队列的操作,8086/8088系统与传统计算机工作方式的区别（*）传统计算机的工作步骤取指和执行是串行的（*）8086/8088的工作步骤取指和执行是并行的（*）,3、8086总线周期的概念（*） 取指令或传送数据，就需要CPU的总线接口部件执行一个总
5、线周期 在8086/8088中，一个基本的总线周期由4个时钟周期组成，时钟周期是CPU的基本时间计算单位，它由计算机主频决定。 4个时钟周期分别称为4个状态，即T1状态，T2状态，T3状态，T4状态,（s）,二、8086的引脚信号和工作模式（一）最大模式和最小模式的概念最小模式：就是在系统中只有8086或者8088一个微处理器。在这种系统中，所有的总线控制信号都直接由8086或8088产生，因此，系统中的总线控制电路可减到最少。最大模式：用在中等规模或者大型的8086/8088系统中。在最大模式系统中，总是包括有两个或多个微处理器，其中一个主处理器就是8086或者8088，其他的处理器称为协处
6、理器，协助主处理器工作。,协处理器（*）：数值运算8087； I/O操作8089 8086/8088到底工作在最大模式还是最小模式由硬件决定 （二）8086/8088的引脚信号和功能,（二）8086/8088的引脚信号和功能,注（*）：1、8086/8088的数据线和地址线是复用的 。2、8086/8088的引脚差别（*）（1）8086有16个地址/数据复用引脚 8088有8个地址/数据复用引脚（2）28脚和34脚定义不同,1、各引脚信号（*）：（1）GND，VCC（2）AD15AD0：地址/数据复用引脚,双向工作 （*） 在总线周期的T1状态用来输出要访问的存储器或I/O端口的地址 T2，T
7、3状态,若为读周期，则处于浮空状态，若为写周期，则用来传输数据。 注（*）：在8086系统中,常将AD0信号作为低8位数据的选通信号,（3） A19/S6A16/S3地址/状态复用引脚，输出 （*） 总线周期的T1状态用来输出地址的最高4位，在总线周期的T2，T3，Tw和T4状态时，用来输出状态信息 （4）/BHE /S7 ：高8位数据总线允许/状态复用引脚，输出 （*） 如图表2-2，书P18（5）NMI（6）INTR,（7）/RD（8）CLK（9）Reset：在复位的时候，代码段寄存器CS和指令指针寄存器IP分别初始化为FFFFH和0000H。所以，8086/8088在复位之后再重新启动时
8、，便从内存的FFFF0H处开始执行指令。因此，一般在FFFF0H处存放一条无条件转移指令，转移到系统程序的入口处。这样，系统一旦被启动，便自动进入系统程序。,（10）Ready（11）/TEST（12）MN/MX 上述信号是8086/8088工作在最小模式和最大模式时都要用的。此外，8086/8088第2431脚还有8个控制信号，它们在最小模式下有不同的名称和定义。,（三）最小模式（*）1、INTA：中断响应信号输出 （s）2、ALE：地址锁存允许信号输出 在任何一个总线周期的T1状态，ALE输出有效电平，以表示当前在地址/数据复用总线上输出的是地址信息 。ALE端不能浮空 3、DEN4、DT
9、/R5、M/IO6、WR,7、HOLD8、HLDA,最小模式下的系统配置（S）,8282 锁存器和8086 的连接 （S）,8286收发器和8088的连接（S）,（s）书P22表2-3注：1、当系统中CPU以外的总线主部件对总线有请求时（*） 2、若在设计总线时，想给各部件的数据信号的相位正好和CPU的数据信号相位相反或需要将外设数据信号反一个相位再提供给CPU，则可采用8287（*）,8284A 和8086 / 8088的连接 （s）,（四）最大模式（*）2431引脚有新的定义1、QS1，QS0：指令队列状态信号输出 （*） 见书P23表2-42、S2，S1，S0：总线周期状态信号输出 （*
10、）3、LOCK：总线封锁信号输出 4、RQ/GT1，RQ/GT0：总线请求信号输入/ 总线授权信号输出,8086在最大模式下的典型配置 （S）,二、8086的操作和时序（一）系统的复位和启动操作,注：1、复位后，从FFFF0H处开始执行程序 。2、由于标志寄存器被清零，IF=0，从INTR引脚进入的可屏蔽中断都得不到允许 。,8086的复位操作时序（S）,复位操作时8086的总线信号 （S）,（二）总线操作（分为读操作和写操作）1、最小方式下的总线读操作（s）,2、最小方式下的总线写操作 （s）,3、最大模式下的总线读操作时序 （s）,4、最大模式下总线写操作时序 （s）,5、总线空操作 只有
11、在CPU和内存及I/O接口之间传输数据时，CPU才执行总线周期。CPU在不执行总线周期时，总线接口部件就不和总线打交道，此时，进入总线空闲周期TI。 在空闲周期中，尽管CPU对总线进行空操作，但在CPU内部，仍然进行着有效的操作。,（三）中断操作和中断系统（*）1、8086的中断分类 8086/8088可以处理256种不同的中断，每个中断对应一个类型码，所以，256种中断对应的中断类型码为0255。 （1）硬件中断 a、非屏蔽中断 NMI b、可屏蔽中断 INTR（2）软件中断,2、中断向量和中断向量表 （*）中断向量：就是中断处理子程序的入口地址，每个中断类型对应一个中断向量。一个中断向量占
12、4个存储单元 。 其中，前2个单元存放中断处理子程序入口地址的偏移量（IP），低位在前，高位在后，后2个单元存放中断处理子程序入口地址的段地址（CS），同样也是低位在前高位在后。 256*4=1024，占用0段的000003FFH区域,8086/8088的中断向量表,注：（1）前5个是专用中断，它们有着固定的定义和处理功能 。 （2）从类型5到类型31（1FH）共27个中断为保留的中断，是提供给系统使用的，用户一般不应该对这些中断自行定义。 （3）其余类型的中断原则上可以由用户定义。但是，有些中断类型目前已经有了固定的用途，比如21H类型的中断是操作系统MS-DOS的系统调用。,3、硬件中断（
13、外部）（*）NMI：引入非屏蔽中断。类型号为2，非屏蔽中断处理子程序的入口地址放在0段的0008H、0009H、000AH和000BH这4个单元中。 其优先级最高。 INTR：引入可屏蔽中断。IF标志决定是否响应中断。,4、硬件中断的响应和时序（*） 可屏蔽中断的响应过程：INTR引脚用于接收可屏蔽中断请求信号输入（高电平有效）INTA引脚用于中断响应信号输出（低电平有效），连续两个周期中的两个负脉冲。（*）,响应过程（*）：1、从数据总线上读取中断类型码，将其存入内部寄存器。 2、将标志寄存器的值推入堆栈。 3、IF，TF清零4、断点入堆栈5、根据目前得到的中断类型码，到内存0000段的中断
14、向量表中找到中断向量，再根据中断向量转入相应的中断处理子程序。,注（*）：1、可屏蔽中断请求信号是一个电平触发信号，即高电平就触发。且INTR信号的高电平必须维持到CPU响应中断才结束。 2、NMI请求信号是一个上升沿触发信号。CPU不从外部设备读取中断类型码,8086中断响应的总线周期 （*）,5、中断处理子程序保护现场开中断处理任务关中断恢复现场开中断返回6、软件中断（*）：通过中断指令来使CPU执行中断处理子程序的方法。中断子程序和一般子程序只是返回指令不同特点（*）：1）用一条指令进入中断处理子程序, 中断类型码由指令提供，无需从DB读，无需执行中断响应总线周期。,2）不受中断允许标志IF的影响 3）硬件中断优先级软件中断4）无随机性，可和主程序进行参数的传递。而硬件中断的中断子程序和主程序互相独立注：常把一些常用的较大型的子程序设计为中断处理子程序，再在程序中用软件中断的方法调用它们。所以，软中断实际上就是一种特殊的子程序调用。,四、最小模式下的总线保持 （*）,五、最大模式下总线请求允许释放时序（*）,六、8086的I/O编址（*）1、什么是端口？2、什么是端口地址？3、编址方式1）单独编址2）统一编址,
