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1、第二章 微型计算机系统结构,第一节 CPU的内部逻辑结构 一、CPU的组成和功能 1、CPU的组成CPU主要由运算器、控制器、寄存器组和片内总线等 组成 2、CPU的功能 (1) 指令控制 (2) 操作控制 (3) 时序控制 (4) 执行指令 (5) 数据加工（运算）,二、8086/8088微处理器的内部结构,8086是16位的微处理器，有16位数据线 和20位地址线，可寻址220个字节，即 220 =1MB=1048576B8088是准16位微处理器，内部为16位，外 部数据线为8位。8086是本课的重点，它主要分为两个独立 的功能模块，总线接口模块BIU和执行部件 EU，它们可以并行工作。
2、如图2.1所示。,图2. 1 8086 CPU内部逻辑结构,BIU,EU,1、总线接口部件BIU,总线接口部件负责与存储器、输入/输出 端口传送数据。总线接口部件组成：(1) 专用寄存器组：段地址寄存器CS、DS、 ES、SS和指令指针寄存器IP，均为16位。(2) 地址加法器：8086在寻址1M字节地址 空间时需用20位地址，这个地址就是由地址 加法器产生的。,具体的说，地址加法器将段寄存器(16位) 的内容左移4位，然后与指令指针寄存器IP 的内容相加得到20位的物理地址。例如：从内存取指令时，(CS)5760H，(IP)=1234H，则物理地址 为：57600H+ 1234H =5793
3、4H。这里，先将段寄存器CS左移4位（16进 制数只需后面加一个零）。,(3) 6字节的指令队列：总线接口部件从内 存中取来的指令放在一个缓冲区中，这个 缓冲区叫指令队列。执行部件在执行指令 过程中从指令队列取来指令执行。(4) 输入/输出控制电路：该控制电路将 8086CPU的片内总线与系统总线相连，是 8086CPU与外部交换数据的必经之路。,2、执行部件EU(Execution Unit),执行部件负责执行指令。通常，从指令队列中取得等待执行的指令。组成如下： (1) 算术逻辑单元ALU：完成各种运算。 (2) 标志寄存器FR：用来保存ALU运算结果的一 些特征信息，如运算是否进位。 (
4、3) 通用寄存器组：数据寄存器AX,BX,CX,DX和 寄存器BP,SP,SI及DI，均16位。 (4) 执行部件控制电路,3、BIU和EU的管理,BIU和EU可以并行工作，提高CPU效率。 BIU监视着指令队列。当指令队列中有2个空字节时，就自动把指令取到队列中。 (2) EU执行指令时，从指令队列头部取指令，然后执行。如需访问存储器，则EU向BIU发出请求，由BIU访问存储器。 (3) 在执行转移、调用、返回指令时，需改变队列中的指令，要等新指令装入队列中后，EU才继续执行指令。,4、寄存器结构,(1) 通用寄存器组8086CPU有8个16位的通用寄存器，分2组。 通用数据寄存器：AX,B
5、X,CX,DX，用来存放数 据或地址，一个16位寄存器也可以当作两个8位寄存 器用，此时表示为AH,AL；BH,BL；CH,CL；DH,DL。 基地址寄存器BP，堆栈指针寄存器SP，源变址 寄存器SI和目的变址寄存器DI主要存放地址，也可 以存放数据。,(2) 段寄存器8086的寻址空间是1M字节，物理地址需要20 位的地址码。但CPU中的寄存器都是16位的。为 解决该问题采用了存储器分段技术。把1MB地址 分段，每段64KB，其起始地址的高16位装入一 个段寄存器中，称作段基地址，这四个段寄存器 的名称为：CS （代码段寄存器）DS （数据段寄存器） ES （附加段寄存器）SS （堆栈段寄存
6、器）,8086设置了这4个16位段寄存器，通过这四个段 寄存器，CPU可以定位4个逻辑段，分别为：当前代 码段、当前数据段、当前附加段和当前堆栈段。注意，每个逻辑段在实际存储器中的位置是可以 浮动的，其起始地址的高16位装在段寄存器中，称 作段基地址。当程序很大，超过64KB时，则可以定 义多个代码段、数据段和附加段。不同的逻辑段可以相交，甚至可以完全重叠。参 见书上图2. 8。(3)指令指针寄存器IP该寄存器的内容用来指明将要执行的下一条指令在 代码段中的位置。总线接口部件BIU负责修改IP寄存 器的值，使它始终指向将要执行的下一条指令。,(4) 标志寄存器FRFR主要用来标志运算结果的状态
7、，以及控制CPU的 操作。各标志位定义如图2. 2所示（共有9个标志）：,下图是80x86微处理器的标志寄存器，从 图中可知，他们是向下兼容的。,标志位共有9个，6个是状态标志，用来表示运算结果的 特征，包括CF、PF、AF、ZF、SF和OF；3个是控制标志， 用来控制CPU的操作，包括IF、DF和TF。 状态标志：CF：进位标志，表示本次运算中最高位（第7位或第15 位）有进位或有借位。PF：奇偶标志。 PF=1表示本次运算中低8位有偶数个“1”；PF=0表示有奇数个“1”。AF：辅助进位标志。 AF=1表示本次运算第3位向第4位有 进位或有借位。在十进制运算中作为是否进行十进制调整 的依据
8、。ZF：零标志。ZF=1表示本次运算结果为零，否则ZF=0SF：符号标志。 SF=0为正数； SF=1为负数。OF：溢出标志。 OF=1表示本次运算结果产生溢出，否则 OF=0。所谓溢出就是指运算结果超出了相应类型数据所能,表示的范围。 控制标志：DF：方向标志，用来控制串操作指令的执行。 DF=0则 串操作指令的地址自动增量；若DF=1，则自动减量。IF：中断标志，用来控制对可屏蔽中断的响应。若IF=1 则允许CPU响应可屏蔽中断； IF=0，则CPU不能响应可 屏蔽中断。TF：单步标志。若TF=1，则CPU进入单步工作方式， 即CPU每执行一条指令就自动产生一次内部中断；TF=0 则CPU
9、正常执行。8086以上的CPU其寄存器阵列如下图所示，阴 影部分是80386以上的32位微处理器的寄存器。,5、8088与8086的区别,8088的指令队列只有4个字节，若出现1个 空字节，BIU就会自动取指令补充。8088BIU与外部交换数据是8位的，I/O控 制电路与专用寄存器之间的数据总线宽度也 是8位的。8088与8086有几个引脚的意义有不同，参 见下一节。,第二节 CPU的外部结构,8086/8088CPU芯片都是40条引脚的双列 直插式封装。部分引脚采用了分时复用方 式，即同一条引脚在不同的时刻具有不同 的用途。如图2.3所示。8086/8088CPU可有两种工作模式，即最 大模
10、式和最小模式。不同模式下个别引脚 的功能是不同的。,GND 1 40 VCC AD14 2 39 AD15 AD13 3 38 A16/S3 AD12 4 37 A17/S4 AD11 5 36 A18/S5 AD10 6 35 A19/S6 AD9 7 34 BHE/S7 AD8 8 33 MN/MX AD7 9 8086 32 RD AD6 10 CPU 31 HOLD(RQ/GT0) AD5 11 30 HLDA(RQ/GT1) AD4 12 29 WR（LOCK） AD3 13 28 M / IO（S2） AD2 14 27 DT / R（S1） AD1 15 26 DEN （S0）
11、AD0 16 25 ALE（QS0） NMI 17 24 INTA（QS1） INTR 18 23 TEST CLK 19 22 READY GND 20 21 RESET,GND 1 40 VCC A14 2 39 A15 A13 3 38 A16/S3 A12 4 37 A17/S4 A11 5 36 A18/S5 A10 6 35 A19/S6 A9 7 34 SS0 (HIGH) A8 8 33 MN/MX AD7 9 8088 32 RD AD6 10 CPU 31 HOLD(RQ/GT0) AD5 11 30 HLDA (RQ/GT1) AD4 12 29 WR（LOCK） AD3 13 28 IO / M（S2） AD2 14 27 DT / R（S1） AD1 15 26 DEN （S0） AD0 16 25 ALE（QS0） NMI 17 24 INTA (QS1） INTR 18 23 TEST CLK 19 22 READY GND 20 21 RESET,
