《系统结构》ppt课件-2

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1、第二章 8086微型计算机体系结构,8086CPU的结构,8086 的 存 储 器 组织,8086总线操作及时序,1、基本介绍 8086是单片集成电路，内部由执行单元EU和总线接口单元BIU组成 数据总线（D0D15）和内部结构都是16位的 能处理16位数据，也能处理8位数据 地址总线（A0A19）是20位的，直接寻址能力达1M字节 系统时钟为5MHz HMOS工艺，40引脚，+5V供电 有4组寄存器,2.1、 8086 CPU的结构,负责从存储器或外部设备中读取操作码和操作数，并将结果写入指令指出的地址,2、8086 CPU的构成,CPU,执行部件EU,总线接口部件BIU,负责执行指令,EU

2、 控 制 器,标志寄存器,8位队列总线,总 线 控 制 逻 辑,内部总线16位,20位地址总线,16位数据总线,执行部件EU,总线接口部件BIU,8086CPU的结构框图,MOV AL，5CH ADD AL，2EH,1）执行部件EU,执行单元EU,算术/逻辑单元（ALU） 运算寄存器（暂存器）,标志寄存器,通用寄存器,EU 控制器（暂存器）,* 这些寄存器不与外部总线相连,(1)执行部件EU组成,EU 控 制 器,标志寄存器,8位队列总线,执行部件EU,(2)执行部件工作流程,EU 控 制 器,标志寄存器,8位队列总线,执行部件EU,读入指令操作码02H和06H,AL,AL,暂 存 器,将数据

3、地址偏移量交给BIU,暂 存 器,标志寄存器,EU 控 制 器,读入偏移地址100H,存储器中数据由BIU读入,EU完成操作： 1)取指令控制和时序控制 2）ALU完成各种算术和逻辑运算,例 EU执行以下指令: MOV AL，5CH ADD AL，100H 执行的操作为: 将16进制数5CH送到8位寄存器AL中, 将AL中的值(5CH)与存储器数据段中偏移量为100的数据相加,结果存入AL中。,AL,读入指令操作码B0H,读入操作数5CH,EU 控 制 器,2)总线接口部件BIU,总线接口部件BIU,(1)总线接口部件 BIU的组成,总 线 控 制 逻 辑,20位地址总线,16位数据总线,总线

4、接口部件BIU,(2)总线接口部件的操作-读指令,总 线 控 制 逻 辑,20位地址总线(物理地址),16位数据总线,总线接口部件BIU,CS * 10H(20位) + IP(16位) - 物理地址(20位),CPU的取指过程: 当指令队列有2个或2个以上的字节空余时,BIU自动读指令,存入指令队列。 指令 MOV AL，5CH ADD AL,100H ,CS=0100H IP=0000H,CS,IP,总 线 控 制 逻 辑,总 线 控 制 逻 辑,1,1,2,3,4,5,6,指令代码,(2)总线接口部件的操作-读数据,总 线 控 制 逻 辑,20位地址总线(物理地址),16位数据总线,总线接

5、口部件BIU,DS * 10H(20位) + 偏移地址(16位) - 物理地址(20位),CPU读取数据过程: 偏移地址与DS寄存器中的段基值形成20位物理地址，由总线控制逻辑产生总线时序，从存储器中读入数据。 指令 ADD AL,100H ,DS=0200H 偏移地址=100H,DS,暂存器,总 线 控 制 逻 辑,总 线 控 制 逻 辑,指令代码,队列中空出两个字节，自动从存储器中取出指令放在指令队列中（可存放最长指令为6字节） 指令执行时所需操作数也由BIU取出，送EU 取指和执行指令是分开的 在执行一条指令的同时，可取下一条指令放在指令队列中排队 减少了CPU取指所需的等待时间,(3)

6、BIU完成的操作,从存储器中取出一条指令（用总线） 译码（分析指令） 从存储器中读取操作数（用总线） 执行指令 将结果存到存储器（用总线） 重复以上过程 由此可见，总线是信息传输中最忙的信号线,3）指令的执行过程：,8080CPU取指令与执行指令时序-串行工作,8086CPU取指令与执行指令时序-并行工作方式,CPU的串行工作方式使总线和CPU有很多的时间都浪费在等待中了。,CPU的并行工作方式使总线和CPU的工作效率得到提高，有限的资源也得到充分的利用。,比较,数据寄存器,地址指针及变址寄存器,控制寄存器组,段寄存器组,AX AH AL 累加器 BX BH BL 基址寄存器 CX CH CL

7、 计数寄存器 DX DH DL 数据寄存器,通用寄存器组,SP 堆栈指针 BP 基址指针 SI 源变址指针 DI 目的变址指针,IP 指令指针 FLAG 标志寄存器,CS 代码段寄存器 DS 数据段寄存器 SS 堆栈段寄存器 ES 附加段寄存器,15 8 7 0,（9个标志位）,3、8086CPU寄存器,CS,DS,SS,ES,1)8086的段寄存器,8086的BIU单元中有4个16位段寄存器,数据段寄存器,堆栈段寄存器,附加段寄存器,代码段寄存器,AX,BX,CX,DX,2)8086的通用寄存器,目的变址指针(Destination Index),DI,源变址指针(Source Index)

8、,SI,基址指针(Base Pointer),BP,堆栈指针(Stack Pointer),SP,数据寄存器(Data),计数寄存器(Count),基址寄存器(Base),累加器(Accumulator),通用寄存器的特殊用途表,这个寄存器中的值总是指向下一次所要取出的指令的地址偏移量 程序不能直接对它进行修改 在程序运行的过程中，CPU会自动修改其中的值。,3)8086的指令指针（IP，16位）,8086CPU中标志寄存器有9个标志位，其中6个状态标志位，3个控制标志位,4)8086的标志寄存器,状态标志有: CF:进位标志位 PF:奇偶位 AF:辅助进位位 ZF:零标志位， SF:符号标志

9、位 OF:溢出位,进位标志CF： CF=1时，表明指令执行后的结果在最高位(字节操作时的D7位，字操作时的D15位)上产生了一个进位或借位；,(1)进位标志位（CF）,例如： MOV AL, 3; SUB AL, 4; 执行后，CF1。,CF=0时，则无进位或借位产生。 该标志主要用于多字节数的加减法运算。,辅助进位标志位AF：对于8位的运算而言，AF=1表示在低位数的第4位上产生了一个进位或借位信号；AF=0时表示此位上无进位或借位产生。,(2)辅助进位标志位（AF）,零标志位ZF：ZF=1表示运算结果为零；ZF=0表示运算结果不为零。,(3)零标志位（ZF）,例1：MOV AL, 4 SU

10、B AL, 4 例2：XOR AX, AX,符号标志位SF：它的值与运算结果的最高位相同。SF=1表示运算结果为负数； SF=0表示运算结果为正数。,(4)符号标志位（SF）,溢出标志位OF：当OF=1时，表示有符号数做算术运算时产生了算术溢出。所谓算术溢出是指算术运算的结果超出了机器所能表达的数的范围。(-128127,-3276832767),(5)溢出控制标志位（OF）,加法:次高位向最高(符号)位进位,最高位向前无进位(+) 次高位向最高(符号)位无进位,最高位向前进位(-) 减法:最高(符号)位向前借位,次高位向最高位无借位(+-) 最高(符号)位向前无借位,次高位向最高位借位(-+

11、),奇偶标志位PF： PF=1表示指令执行的结果中含偶数个1； PF=0表示运算结果中含奇数个1。 这个标志位可用来检查在数据传送过程中是否发生错误。,(6)奇偶标志位（PF）,例：MOV AL, 2 ADD AL, 1 执行后，PF位为1,运算结果最高位为1 SF=1；,例：2个数相加后，分析各标志位的值,D3向D4有进位 AF=1；,次高位向最高位有进位 ，最高位向前没有进位，OF=1,最高位没有进位 CF=0；,低8位中1的个数为偶数个 PF=1；,运算结果本身0 ZF=0；,运算结果最高位为0 SF=0；,例：2个数相减后，分析各标志位的值,第三位向第四位没有借位 AF=0；,次高位向

12、最高位没有借位 ，最高位向前没有借位，OF=0,最高位没有借位 CF=0；,低8位中1的个数为奇数个 PF=0；,运算结果本身0 ZF=0；,运算结果最高位为1 SF=1；,例：正数与负数相加后，分析各标志位的值,第三位向第四位没有借位 AF=0；,次高位向最高位没有进位 ，最高位向前没有进位，OF=0,最高位没有进位 CF=0；,低8位中1的个数为奇数个 PF=0；,运算结果本身0 ZF=0；,方向标志位DF： DF=1时，CPU将以数据串递减的顺序(即地址由高向低)对数据串中的数据进行处理；若DF=0，则将以递加(即地址由低向高)的顺序对数据进行处理。,(7)方向控制标志位（DF）,操作指

13、令：STD ，CLD,中断允许标志IF： 若将IF=1，则处理器允许接受外部可屏蔽中断发来的中断请求； IF=0时，CPU不能接受外部可屏蔽中断发来的请求.,(8)中断允许控制标志位（IF）,STI 使IF置“1”，即开放中断。 CLI 使IF清“0”，即关闭中断,(9)跟踪控制标志位（TF）,跟踪标志位TF: 将TF置成1时，处理器处于单步工作方式; 当TF=0时，8086CPU将正常地执行程序。,没有专门的操作指令，可间接修改。如用堆栈操作,8086芯片采用双列直插式封装，有40个引脚。,4、 8086CPU的引脚及功能,8086的40条引脚包含：,电源和定时线,控制和状态线,1)8086

14、的工作方式：,CPU工作于最小模式,单机系统控制信号由CPU提供,CPU工作于最大模式.可构成多机系统,系统控制信号由专用芯片(常用8288)提供,两种工作方式:最大模式与最小模式,在一个总线周期的第一个时钟周期里，它们表示低16位地址线。,AD0-AD15这16条线是分时复用。传送地址时三态输出;传送数据时双向三态输入/输出。,(1)地址和数据线,AD0AD15 （地址/数据，双向，三态） A16/S3,A17/S4,A18/S5,A19/S6 （地址/状态，输出，三态）,2)与工作方式无关的引脚,总线周期中地址数据线时序图,总线周期由4时钟周期组成： 第一个时钟周期, AD15AD0表示为

15、低16位地址, A19A16/S6S3 为高四位地址线,构成20位的地址总线。 第二个时钟周期的上升沿开始, A19A16/S6S3表示总线状态。 第三个周期开始， AD15AD0变为数据总线，传递数据。,S3和S4表示正在被使用的段寄存器,总线周期里A16/S3,A17/S4,A18/S5,A19/S6状态信号功能,S5 表示状态标志寄存器中中断允许标志位（IF）的状态.,A19/S6则使8086总线浮空，让另外的总线主模块可以取得系统总线的控制权。,S3S6在总线周期的T1以后的时钟周期里表示总线周期状态,当对 存储器或 I/O高8位数据进行操作时，该信号有效。,S7为备用状态。,（2）控制和状态线,控制和状态线包括：,READY （准备好，输入）,INTR （可屏蔽中断请求，输入 ）,NMI（非屏蔽中断请求，输入 ）,RESET （复位，输入 ）,CLK （系统时钟，输入 ）,至于是读取内存单元中的数据还是I/O端口的数据，决定于M/IO信号.,读选通信号，三态，输出，低电平有效，允许CPU读存储器（数据从存储器到CPU）或I/O端口,8086的存储器与I/O地址空间,存储器 地址空间,15,0xFFFFFH,0,I