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1、第二章 8086微处理器,前面我们介绍了几家公司不同种类微处理器，不同的微处理器具有不同的结构、功能、指令系统，有的差别还比较大。但它们的工作原理有许多相似的地方，尤其是外围接口电路基本相同。8086是一种典型的微处理器，掌握了这种微处理器后，再去理解其他的微处理器就会容易得多。而且不同的微处理器的外围接口电路基本相同、系统扩展方法也基本相同。,Intel公司从8086开始，开发了一系列的个人电脑用微处理器。比较典型的有： 8086/8088：16bit、1Mbytes 80286： 16bit、16Mbytes 80386DX： 32bit、4Gbytes 80486DX4: 32bit、4
2、G+16K cache Pentium: 64bit、4G+16K cache Pentium II: 64bit、64G+32K L1cache+512K L2 cache,微处理器在系统中的地位：,8086/8088:,1. 电源：+5V、GND 2. 主频：5M, 8086-1(10M), 8086-2(8M) 3. 数据总线（字长）：8086（D0-D15) 8088 (D0-D7) 4. 地址总线：A0-A19 5. 工作温度：8086 (0-70, 360mA), 80C86(-40105,10mA),2.1 8086的编程结构,所谓编程结构，就是指从程序设计员和使用者的角度看到的
3、结构，并非芯片内部的物理结构或实际布局。8086编程结构从功能上分为彼此独立又相互关联的两个部分： BIU(Bus Interface Unit): 总线接口部件 EU(Execution Unit): 执行部件,2.1.1 总线接口部件,总线接口部件负责与存储器(ROM、RAM)、I/O端口之间传送数据： 从内存取指令送到指令队列； 配合执行部件从指定的内存单元或外设接口中取数据，再传送到EU；或将EU的操作结果传送到指定的内存单元或外设接口。,总线接口部件的组成： 段寄存器（4） CS(Code Segment)-代码段寄存器 DS(Data Segment)-数据段寄存器 ES(Extr
4、a Segment)-附加段寄存器 SS(Stack Segment)-堆栈段寄存器 16位的指令指针寄存器: IP(Instruction Pointer) 20位的地址加法器 6(4)字节的指令队列缓冲器,8086、8088CPU中6(4)字节指令队列缓冲器 EU执行指令和BIU取指令同时进行 当遇到转移指令之类的指令时, 降低效率,16位的指令指针寄存器: IP(Instruction Pointer) 和代码段寄存器(CS)一起指向当前正在执行的指令的下一条指令的入口地址,例: MOV AX,1200H;3字节 MOV BX,2000H;4字节 ADD AX,BX ;2字节 20位地址
5、加法器,BIU的具体工作: 从内存中取指令到指令队列,MOV AX,1200H 形成指令中源操作数和目标操作数的地址 从相应的地址单元取得参与操作的数据 将数据送往EU 将EU产生的结果送往相应的地址单元,2.1.2 执行部件,功能:负责指令的执行,如算术运算、逻辑运算； 组成： 4个通用寄存器：AX、BX、CX、DX 高低八位(AH,AL; BH,BL; CH,CL; DH,DL) 累加器AX 4个专用寄存器： 基数指针寄存器BP(base pointer） 堆栈指针寄存器SP(stack pointer) 源变址寄存器 SI(source index) 目的变址寄存器DI(destinat
6、ion index),算术逻辑单元(arithmetic logic unit) ，主要是加法器，绝大部分指令的执行都是由加法器完成 标志寄存器:标志寄存器共有16位，其中7位未用，所用的各位含义如下: 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0,根据功能，8086的标志可以分为两类： 1. 状态标志:SF、ZF、PF、CF、AF和OF 表明前面运算后，算术逻辑部件所处的状态为后续操作提供影响或依据，不同的指令影响不同的标志，有些指令不影响任何标志。 符号标志SF(sign flag ) 零标志ZF(zero flag) 奇偶标志PF(parity flag)
7、：低8位含1 进位标志CF(carry flag) 辅助进位标志AF(auxiliary carry flag) 溢出标志OF(overflow flag),举例： 0010 0011 0100 0101 + 0011 0010 0001 1001 0101 0100 0011 1001 + 0100 0101 0110 1010,2. 控制标志有3个，即 方向标志DF(direction flag) 中断允许标志IF(interrupt enable flag) 跟踪标志TF(trap flag)又称为单步标志,2.1.3 总线接口部件和执行部件的动作管理,每当8086指令队列中有二（1）个
8、字节空，BIU就会自动取指令，使得指令队列总有指令储备而不必等待 EU从指令队列前部取出指令，用几个时钟周期去执行。在执行过程中，如果必须访问存储器或I/O设备, 则EU请求BIU进入总线周期去访问存储器或I/O设备。 BIU空闲，立即进入总线周期 BIU忙，取指令总线周期结束在响应,当指令队列满，而EU又未要求BIU访问总线，则BIU空闲； 当执行转移指令、调用指令、返回指令等指令时，指令队列被清除，重新填充指令队列；,2.1.4 8086的总线周期,从前面所讲内容可知，所有和存储器、I/O设备之间联系的工作均由BIU完成，而EU只负责执行。而BIU和存储器、I/O设备之间联系都是通过总线进
9、行的。这个过程就是总线周期，总线周期可取指令、也可传送数据。 8086/8088中，一个基本的总线周期由4个时钟周期组成。习惯上称为4个状态，即T1、T2、T3、T4状态。 主频决定时钟周期,典型的8086总线周期,2.2 8086的引脚信号和工作模式,2.2.1最小模式和最大模式的概念 (1)最小模式: 在系统中只有一个微处理器，所有总线控制信号都直接由8086产生，系统中的总线控制电路可见到最少，所以叫最小模式； (2)最大模式： 两个或多个微处理器（主处理器、协处理器,如：8087、8089）,2.2.2 8086/8088的引脚信号和功能,引脚功能,GND、Vcc AD15AD0(Ad
10、dress Data Bus):地址数据复用线，双向工作。 A19/S6A16/S3:地址状态复用线 BHE/S7(Bus High Enable/Status):高八位数据允许/状态复用线 NMI(Non Maskable Interrupt):非屏蔽中断输入线 INTR(Interrupt Request):可屏蔽中断输入线,RD(Read): 读信号输出 CLK(Clock): 时钟输入 RESET(Reset): 复位信号输入 READY(Ready): “准备好”信号输入 TEST(Test): 测试信号输入 MN/MX(Minimum/Maxmum Mode Control): 最
11、小/最大模式控制信号输入,1. GND、Vcc，地、电源,GNG: P1-P20 Vcc：P40-+5V 芯片电压等级：+5v、3.3v、1.8v、1.0v 集成电路制造工艺： 0 . 50m 工艺 0 . 35 m 工艺 0 . 25 m 工艺 0 . 18 m 工艺 0 . 13 m 工艺 0 . 09 m 工艺(当前Intel Pentium 4工艺) 0 . 065 m 工艺,8086/8088 引脚的扇出能力,Table lists some of the more common logic families and the recommended fan-out from the
12、8086/8088. The best choice of component types for the connection to an 8086/8088 output pin is a LS,74ALS,or 74HC logic component. Note that some of the fan-out currents calculate to more than 10 unit loads. It is therefore recommended that if a fan-out of more than 10 unit loads is required, the sy
13、stem should be buffered.,2.AD15AD0: 地址数据复用线,地址数据复用: T1: 输出要访问的存储器或I/O端口地址 T2、T3: 读周期浮空，写周期传数据 8086中常将AD0作低8位数据选通信号： CPU和偶地址交换数据时，T1状态，AD0=0 CPU的传输特性决定只要和偶地址交换数据，必定通过AD7-AD0传送数据。 因此，T1状态AD0=0表明CPU将用低八位和偶地址交换数据，所以，AD0可用作数据总线低八位上的外围接口芯片的选通信号。,3. BHE/S7: 高八位数据总线允许/状态复用,T1状态：8086输出BHE信号，表示D15-D8数据有效。用作数据
14、总线高八位上的外围接口芯片的选通信号。 T2、T3、T4、Tw状态：输出S7状态, 但8086、8086-1、8086-2中未定义。,8088、8086的存储器结构,BHE和A0的组合和对应操作,4. A19/S6-A16/S3: 地址/状态复用,T1: 输出地址最高4位; T2、T3、Tw、T4: 输出状态信息 S6：0表示8086/8088当前与总线相连（=0） S5：表明中断允许标志的当前设置，1（IF=1，允许），0（IF=0，不允许) S4、S3：指明当前正在使用的段寄存器,5. NMI: 非屏蔽中断,非屏蔽中断是一个由低到高的上升沿 不受IF影响，不能用软件屏蔽 每当NMI有正沿触
15、发，CPU就在结束当前指令后，执行INT 2 中断服务程序,6. INTR: 可屏蔽中断请求,可屏蔽中断请求信号高电平有效 每个总线周期的T4采样INTR引脚 若IF=1、INTR=1, 则CPU就在结束当前指令后，执行相应中断服务程序,7. RD: 读信号输出,T2、T3、Tw：低电平指出将要执行一个对内存或I/O端口的读操作 RD连接存储器或I/O端口的RD 到底是读内存还是I/O端口，取决于M/IO信号,8. CLK时钟输入,8086、8088要求时钟信号占空比33%，即1/3高电平，2/3低电平 8088/8086：5MHz 8086-1：10MHz 8086-2：8MHz CLK为C
16、PU和总线控制逻辑电路提供定时节拍,9. RESET：复位信号输入,高电平复位 要求至少4个时钟周期的高电平 复位结束后，IP、DS、SS、ES及指令队列清零，CS=FFFFH,10. READY: 准备好信号输入,由所访问的存储器或I/O设备发给CPU的 高电平表明存储器或I/O设备准备好，可以进行一次数据传输 T3开始采样，若READY=0则插入Tw, Tw再采样该信号，继续 T3或Tw采到READY=1, 则进入T4状态，结束数据传输过程，从而结束该总线周期,11. TEST测试信号输入,TEST信号和WAIT指令结合使用 WAIT指令用来使CPU与外部硬件同步,12. MN/MX:最小/最大模式控制信号输入,+5V = MN: 系统中的总线控制电路被减到最少 GNG = MX：相对最小模式而言,2.2.3 最小
