《现代微机原理及接口技术第02章微处理器内部结构和外部特性》由会员分享，可在线阅读，更多相关《现代微机原理及接口技术第02章微处理器内部结构和外部特性（74页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、2018年9月14日,第1页,第2章 微处理器内部结构和外部特性,现代微机原理及接口技术 清华大学出版社,教学目标 教学重点 教学过程,2018年9月14日,第2页,教学目标,理解8086微处理器的功能结构。 理解8086微处理器的通用寄存器、段寄存器、控制寄存器的功能和用途。 熟练掌握8086微处理器的存储器的分段管理、物理地址和逻辑地址的换算及I/O端口的编址方式。 理解8086微处理器的引脚功能、工作模式、最小模式和最大模式下的引脚功能、系统组成和总线时序。 了解80286、80386、80486以及Pentium系列等高档微处理器的特点及基本结构。,2018年9月14日,第3页,教学重
2、点,8086微处理器的通用寄存器、段寄存器、控制寄存器的功能和用途。 8086微处理器的存储器的分段管理、物理地址和逻辑地址的换算及I/O端口的编址方式。 8086微处理器的引脚功能、工作模式、最小模式和最大模式下的引脚功能、系统组成和总线时序。,2018年9月14日,第4页,教学过程,2.1 微处理器的内部结构 2.2 8088/8086存储器和I/O组织 2.3 微处理器的外部特性 2.4 高性能微处理器,2018年9月14日,第5页,2.1 微处理器的内部结构,2.1.1 微处理器的基本结构 2.1.2 8088/8086的功能结构 2.1.3 8088/8086的寄存器结构,2018年
3、9月14日,第6页,2.1.1 微处理器的基本结构,CPU的3大主要部件： 运算器 控制器 寄存器组,2018年9月14日,第7页,2.1.2 8088/8086的功能结构,2018年9月14日,第8页,2.1.2 8088/8086的功能结构,8088/8086 CPU由两个独立的功能部件构成：指令执行部件EU（Execution Unit）和总线接口部件BIU（Bus Interface Unit），两者可并行操作。 EU包含1个16位的算术逻辑单元ALU，8个16位的通用寄存器，1个16位的状态标志寄存器FR，1个数据暂存寄存器和执行部件的控制电路。 BIU内部设有4个16位段地址寄存器
4、，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；1个16位指令指针寄存器IP；1个6字节指令队列缓冲器；以及20位地址加法器和总线控制电路。,2018年9月14日,第9页,2.1.2 8088/8086的功能结构,传统微处理器在执行程序时依次先从存储器中取出条指令，然后读出操作数，最后执行指令。即取指令和执行指令是串行进行的，取指令期间CPU必须等待。 在8086中，取指令和执行指令分别由总线接口部件BIU和指令执行部件EU来完成，并且存在指令队列缓冲器中，使BIU和EU可以并行工作，指令执行部件负责执行指令，总线接口部件负责提取指令、读出操作数和写入结果。这两个部
5、件能互相独立地工作。在大多数情况下，取指令和执行指令可以重叠进行，即在执行指令的同时进行取指令的操作。,传统微处理器的指令执行过程,8086微处理器的指令执行过程,2018年9月14日,第10页,2.1.3 8088/8086的寄存器结构,8088/8086内部有14个16位寄存器，按功能可分为3大类： 通用寄存器8个 段寄存器4个 控制寄存器2个,2018年9月14日,第11页,通用寄存器的特定用法,2018年9月14日,第12页,段寄存器,8088/8086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。 代码段寄存器CS（Code Segment）：用来给出当前的代码段起始地
6、址，存放CPU可以执行的指令，CPU执行的指令将从代码段取得。 数据段寄存器DS（Data Segment）：指向程序当前使用的数据段，用来存放数据，包括参加运算的操作数和中间结果。 堆栈段寄存器SS（Stack Segment）：给出程序当前所使用的堆栈段，即在存储器中开辟的堆栈区，堆栈操作的执行地址就在该段。 附加段寄存器ES（Extra Segment）：指出程序当前所使用的附加段，通常也用来存放数据，典型用法是存放处理以后的数据。,2018年9月14日,第13页,控制寄存器,指令指针寄存器IP 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
7、。 标志寄存器FLAG FLAG是一个16位的寄存器，共9个标志，其中6个用做状态标志，3个用做控制标志。,8088/8086微处理器标志寄存器,2018年9月14日,第14页,标志寄存器FLAG中标志位的含义、特点及应用场合,2018年9月14日,第15页,2.2 8088/8086存储器和I/O组织,2.2.1 8088/8086的存储器组织 2.2.2 8088/8086的I/O组织,2018年9月14日,第16页,2.2.1 8088/8086的存储器组织,存储器的内部结构和访问 由于8088/8086有20根地址线，所以可寻址的存储器空间为1MB（220B），地址范围为0220-1（
8、0000HFFFFFH）。存储器内部按字节进行组织，两个相邻的字节称为一个字。存放的信息若以字节为单位，则将其在存储器中按顺序排列存放：若存放的数据为一个字则将每一个字的低字节存放在低地址中，高字节存放在高地址中，并以低地址作为该字的地址。 在8088/8086存储器中，从偶地址开始存放的字，称为规则字或对准字，从奇地址开始存放的字，称为非规则字或非对准字。规则字的存取可在一个总线周期内完成，非规则字的存取需要两个总线周期。,2018年9月14日,第17页,2.2.1 8088/8086的存储器组织,存储器的内部结构和访问 8088/8086存储器1MB的存储空间被分成两个512KB的存储体，
9、分别叫高位库和低位库。低位库固定与CPU低位字节数据线D7D0相连，称为低字节存储体，该存储体中的每个地址均为偶地址；高位库与CPU的高位字节数据线D15D8相连，称为高字节存储体，该存储体中的每个地址均为奇地址。两个存储体之间采用字节交叉编址方式。,8088/8086存储器的分体结构,2018年9月14日,第18页,2.2.1 8088/8086的存储器组织,存储器的内部结构和访问 8086系统设置了一个总线高位有效控制信号BHE。与A0相互配合，使得CPU可以访问两个存储体中的一个字信息。,2018年9月14日,第19页,8088/8086存储器结构,8086系统存储器结构,8088系统存
10、储器结构,2018年9月14日,第20页,2.2.1 8088/8086的存储器组织,存储器分段在8088/8086存储空间中，从0地址开始，把每16个连续字节的存储空间称为小节（Paragraph），一般要求各个逻辑段从字节的整数边界开始，即尽量保证段起始地址的低4位地址码为“0”。在1MB的地址空间中，共有64K小节。,2018年9月14日,第21页,2.2.1 8088/8086的存储器组织,存储器地址 段基址 偏移地址 逻辑地址 物理地址 逻辑地址到物理地址的转换由BIU中20位的地址加法器自动完成，实际上物理地址是段基址左移4位加偏移地址形成的。其计算公式为： 物理地址 = 段基址*
11、16 + 偏移地址,物理地址的形成,2018年9月14日,第22页,【课堂示例（一）】,【例2-1】设（CS）=7648H，（IP）=423H，求物理地址。 解：根据公式，物理地址 = 段基址*16 + 偏移地址，得（CS） 76480H 代码段段基地址左移4位 + （IP） 423H 偏移地址 768A3H 物理地址 所以，求得的物理地址为768A3H。,2018年9月14日,第23页,2.2.1 8088/8086的存储器组织,专用和保留的存储器单元 00000H003FFH（共1KB）：存放中断向量表，每个中断向量占4个字节，前2个字节存放中断处理服务程序入口的偏移地址，后2个字节存放中
12、断服务程序入口的段地址。因此，1KB区域可以存放256个中断处理服务程序的入口地址。 B0000HB0FFFH（共4KB）：单色显示器的视频缓冲区，存放单色显示器当前屏幕显示字符所对应的ASCII码及其属性。 B8000HBBFFFH（共16KB）：彩色显示器的视频缓冲区，存放彩色显示器当前屏幕像素点所对应的代码。 FFFF0HFFFFFH（共16B）：存放一条无条件转移指令，使系统在上电或复位时，会自动跳转到系统的初始化程序。这个区域被包含在系统的ROM范围内，在ROM中驻留着系统的基本I/O系统程序，即BIOS。,2018年9月14日,第24页,2.2.2 8088/8086的I/O组织,
13、每个I/O接口都有一个端口或几个端口，所谓端口是指I/O接口电路中供CPU直接存取访问的那些寄存器或某些特定电路。微机系统要为每个端口分配一个地址号，称为端口地址。各个端口地址和存储单元地址一样，应具有唯一性。 8086微处理器用地址总线的低16位作为对8位I/O端口的寻址线，所以8086微处理器可访问的8位I/O端口有65536（216）个。两个编号相邻的8位端口可以组成一个16位的端口。一个8位的I/O设备既可以连接在数据总线的高8位上，也可以连接在数据总线的低8位上。,2018年9月14日,第25页,2.2.2 8088/8086的I/O组织,I/O端口有以下两种编址方式 统一编址 统一
14、编址也称“存储器映射方式”。在这种编址方式下，端口和存储单元统一编址，即将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，把它们看作存储器单元对待。CPU访问存储器的各种寻址方式都可用于寻址端口，访问端口和访问存储器的指令在形式上完全样。统一编址的主要优点是无需专门的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。不仅可以对端口进行数据传送，还可以对端口内容进行算术/逻辑运算和移位等操作，端口操作灵活，有比较大的编址空间。缺点是端口占用存储器的地址空间，使存储器容量更加紧张，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。 独立编址
15、独立编址也称“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，故称“独立编址”方式。CPU设置了专门的输入和输出指令（IN和OUT）来访问端口。 8086使用A15A0这16条地址线作为端口地址线，可访问的I/O端口最多可达64K个8位端口或32K个16位端口。在这种方式下，端口所需的地址线饺少，地址译码器较简单，采用专用的I/O指令，执行时间少，指令长度短。端口操作指令形式上与存储器操作指令有明显区别，使程序编制与阅读较清晰。缺点是输入输出指令类别少，一般只能进行传送操作。 在采用独立编址方式时，CPU必须提供控制信号以区别是寻址内存还是寻址I/O端口。8086
16、微处理器在执行访问存储器指令时，M/IO信号为高电平，通知外部电路CPU访问存储器，当8086微处理器执行输入/输出指令时，M/IO为低电平，以表CPU在访问I/O端口。,2018年9月14日,第26页,2.3 微处理器的外部特性,8088/8086 CPU具有40条引脚，采用双列直插式的封装形式，为了减少芯片上的引脚数目，8088/8086 CPU都采用了分时服用的地址/数据总线。正是由于这种分时复用的方法，使得8088/8086 CPU可以用40条引脚实现20位地址、16位数据（8位数据）及许多控制信号和状态信号的传输。由于8088只传输8位数据，所以8088只有8个地址引脚兼作数据引脚，而8086有16个地址/数据复用引脚。这些引脚构成了8088/8086 CPU的外总线，它包括地址总线、数据总线和控制总线。8088/8086 CPU通过这些总线和存储器、I/O接口等部件组成不同规模的系统并相互交换信息。,
