第2章 微处理器与总线.ppt
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1、第第2 2章章微处理器与总线微处理器与总线1主要内容主要内容v微处理器概述微处理器概述v80888088/8086/8086微处理器微处理器v总线的一般概念总线的一般概念v*8038680386微处理器微处理器v*Pentium 4Pentium 4微处理器微处理器返回返回22.1 2.1 微处理器概述微处理器概述v微处理器的功能微处理器的功能v微处理器的基本组成微处理器的基本组成了解:了解:返回返回3微处理器的功能微处理器的功能v 是计算机系统的核心是计算机系统的核心v 能够进行算术运算和逻辑运算能够进行算术运算和逻辑运算v 根据指令实现各种相应的运算根据指令实现各种相应的运算v 实现少量数
2、据的暂存实现少量数据的暂存v 实现与存储器和实现与存储器和I/OI/O接口的信息通信接口的信息通信v 能够提供系统所需的定时和控制信号能够提供系统所需的定时和控制信号v 能够响应输入输出设备发出的中断请求能够响应输入输出设备发出的中断请求返回返回4v运算器运算器v控制器控制器v内部寄存器组(可视为运算器的一部分)内部寄存器组(可视为运算器的一部分)微处理器的基本组成微处理器的基本组成返回返回5实现数据的算术运算和逻辑运算实现数据的算术运算和逻辑运算运算器运算器算术逻辑单元(算术逻辑单元(ALUALU)通用或专用寄存器组通用或专用寄存器组内部总线内部总线控制器控制器控制程序的执行,是整个系统的指
3、挥中心控制程序的执行,是整个系统的指挥中心指令控制功能指令控制功能时序控制功能时序控制功能操作控制功能操作控制功能返回返回62.2 80882.2 8088/8086/8086微处理器微处理器返回返回主要内容:主要内容:v8088/8086CPU的特点v8088CPU外部引线及功能v8088CPU的内部结构和特点v8088CPU内部寄存器的功能v8088的工作时序72.2.1 8088/8086CPU2.2.1 8088/8086CPU的特点的特点v 程序与指令程序与指令v 指令执行的一般过程指令执行的一般过程v 指令的串行执行与并行流水线执行指令的串行执行与并行流水线执行v 内存的分段管理技
4、术内存的分段管理技术v 支持多处理器系统支持多处理器系统v 8088/8086CPU 8088/8086CPU的主要特点的主要特点了解:了解:返回返回8v程序程序 具有一定功能的指令的有序集合具有一定功能的指令的有序集合v指令指令 由人向计算机发出的、能够为计算机所识由人向计算机发出的、能够为计算机所识 别的命令。别的命令。1 1、程序和指令、程序和指令返回返回9 取指令取指令 指令译码指令译码 读取操作数读取操作数 执行指令执行指令 存放结果存放结果2 2、指令执行的一般过程、指令执行的一般过程返回返回10串行工作方式串行工作方式控制器和运算器交替工作,按顺序完成上述控制器和运算器交替工作,
5、按顺序完成上述 指令执行过程。指令执行过程。3 3、串行和并行方式的指令流水线、串行和并行方式的指令流水线返回返回v 8088 8088以前的以前的CPUCPU采用串行工作方式采用串行工作方式取指令取指令1执行执行指令指令1分析分析指令指令1CPUCPUBUSBUS忙碌忙碌忙碌忙碌取指令取指令2执行执行指令指令2分析分析指令指令211并行工作方式并行工作方式运算器和控制器可同时工作,加快了程序运算器和控制器可同时工作,加快了程序 的运行速度。的运行速度。v 80888088CPUCPU采用并行工作方式采用并行工作方式BUSBUS取指令取指令1执行执行指令指令1分析分析指令指令1CPUCPU取指
6、令取指令2执行执行指令指令2分析分析指令指令2取指令取指令2执行执行指令指令2分析分析指令指令2忙碌忙碌忙碌忙碌忙碌忙碌忙碌忙碌忙碌忙碌返回返回124 4、内存的分段管理技术、内存的分段管理技术 段基地址(段基地址(1616位)位)段内偏移地址(段内偏移地址(1616位)位)物理地址(物理地址(2020位)位)返回返回5 5、支持多处理器系统、支持多处理器系统 最小模式(单处理器模式)最小模式(单处理器模式)最大模式(多处理器模式)最大模式(多处理器模式)13v80888088可工作于两种模式下可工作于两种模式下 最小模式最小模式 最大模式最大模式v最小模式为最小模式为单处理器单处理器模式,控
7、制信号较少,模式,控制信号较少,一般可不必接总线控制器。一般可不必接总线控制器。v最大模式为最大模式为多处理器多处理器模式,控制信号较多,模式,控制信号较多,须通过总线控制器与总线相连。须通过总线控制器与总线相连。80888088CPUCPU的两种工作模式的两种工作模式返回返回14最小模式下的连接示意图最小模式下的连接示意图控制总线控制总线数据总线数据总线地址总线地址总线8088CPU地址地址锁存锁存8282数据数据收发收发8286ALEALE时钟发时钟发生生 器器 8284返回返回15最大模式下的连接示意图最大模式下的连接示意图数据总线数据总线地址总线地址总线8088CPU地址地址锁存锁存8
8、282数据数据收发收发8286ALEALE时钟发时钟发生生 器器 8284总总 线线控制器控制器 8288控制总线控制总线返回返回16时钟发生器时钟发生器82848284返回返回时钟信号发生器提供系时钟信号发生器提供系统所需要的时钟信号统所需要的时钟信号:一个是在一个是在X1 X1 与与X2 X2 引引脚间接上晶体,由晶体脚间接上晶体,由晶体振荡器产生时钟信号;振荡器产生时钟信号;另一个是由另一个是由EFIEFI引脚加引脚加入的外接振荡信号产生入的外接振荡信号产生时钟信号时钟信号17地址锁存器地址锁存器8282(74LS373)8282(74LS373)返回返回18返回返回总线驱动器总线驱动器
9、8286(74LS245)8286(74LS245)19总线控制器总线控制器82888288返回返回20两种工作模式的选择方式两种工作模式的选择方式 8088 8088是工作在最小还是最大模式由是工作在最小还是最大模式由MN/MXMN/MX端状态决定。端状态决定。MN/MX=0MN/MX=0工作于最大模式,反之工作于最大模式,反之工作于最小模式工作于最小模式返回返回21v采用并行流水线工作方式采用并行流水线工作方式 通过设置指令预取队列实现通过设置指令预取队列实现v对内存空间实行分段管理对内存空间实行分段管理 将内存分为将内存分为4 4个段并设置地址段寄个段并设置地址段寄 存器,以实现对存器,
10、以实现对1 1MBMB空间的寻址空间的寻址v支持多处理器系统支持多处理器系统CPUCPU内部内部结构结构存储器寻存储器寻址部分址部分工作模式工作模式6 6、8088/8086 CPU8088/8086 CPU的特点的特点返回返回22引脚定义的方法可大致分为:引脚定义的方法可大致分为:v每个引脚只传送一种信息(每个引脚只传送一种信息(RDRD等);等);v引脚电平高低不同,信号不同(引脚电平高低不同,信号不同(IO/MIO/M等);等);vCPUCPU工作于不同方式有不同的名称和定义工作于不同方式有不同的名称和定义(WR/LOCK WR/LOCK 等);等);v分时复用引脚(分时复用引脚(ADA
11、D7 7ADAD0 0 等)等);v引脚的输入和输出分别传送不同的信息引脚的输入和输出分别传送不同的信息(RQ/GTRQ/GT)2.2.2 8088CPU2.2.2 8088CPU的引线及功能的引线及功能返回返回2301020304050607080910111213141516171819204039383736353433323130292827262524232221GNDAD14/A14AD13/A13AD12/A12AD11/A11AD10/A10AD9/A9AD8/A8AD7AD6AD5AD4AD3AD2AD1AD0NMIINTRCLKGNDVCC(5V)AD15/A15A16/S
12、3A17/S4A18/S5A19/S6/BHE/S7 HIGH(SSO)MN/MX/RDHOLD(/RQ/GT0)HLDA(/RQ/GT1)/WR(/LOCK)M/IO(/S2)DT/R(/S1)/DEN(/S0)ALE(QS0)/INTA(QS1)/TESTREADYRESET8086/8088处理器芯片引脚图处理器芯片引脚图返回返回24主要引线(最小模式下)主要引线(最小模式下)地址线和数据线:地址线和数据线:ADAD7 7-AD-AD0 0:低低8 8位地址和数据信号分时复用。位地址和数据信号分时复用。在传送地址信号时为单向,传送在传送地址信号时为单向,传送 数据信号时为双向。数据信号时
13、为双向。A A1919-A-A1616:高高4 4位地址信号和状态信号分时位地址信号和状态信号分时 复用。复用。A A1515-A-A8 8:输出中输出中8 8位地址信号。位地址信号。返回返回25WRWR:写信号;写信号;RDRD:读信号;读信号;IO/MIO/M:为为“0 0”表示访问内存,表示访问内存,为为“1 1”表示访问接口;表示访问接口;DENDEN:低电平有效时,允许进行读低电平有效时,允许进行读/写操作;写操作;RESETRESET:复位信号。复位信号。控制线和状态线控制线和状态线主要引线(最小模式下)主要引线(最小模式下)例:例:当当WR=1WR=1,RD=0RD=0,IO/M
14、=0IO/M=0时,时,表示表示CPUCPU当前正在进行当前正在进行读存储器读存储器操作操作返回返回26INTRINTR:可屏蔽中断请求输入端可屏蔽中断请求输入端NMINMI:非屏蔽中断请求输入端非屏蔽中断请求输入端(该引脚上的中该引脚上的中 断请求信号不能用软件屏蔽断请求信号不能用软件屏蔽)INTAINTA:中断响应输出端中断响应输出端主要引线(最小模式下)主要引线(最小模式下)中断请求和响应信号中断请求和响应信号返回返回27HOLDHOLD:总线保持请求信号输入端。当总线保持请求信号输入端。当CPUCPU以外的以外的 其他设备要求占用总线时,通过该引脚其他设备要求占用总线时,通过该引脚 向
15、向CPUCPU发出请求。发出请求。HLDAHLDA:总线保持响应信号输出端。总线保持响应信号输出端。CPUCPU对对HOLDHOLD信信 号的响应信号。号的响应信号。主要引线(最小模式下)主要引线(最小模式下)总线保持信号总线保持信号返回返回282.2.3 8088CPU2.2.3 8088CPU的功能结构的功能结构 8088 8088内部由两部分组成:内部由两部分组成:执行单元(执行单元(EUEU)总线接口单元(总线接口单元(BIUBIU)返回返回一、一、8088/8086CPU8088/8086CPU的内部结构的内部结构29AH ALBH BLCH CLDH DL SP BP DI SI通
16、通用用寄寄存存器器运算寄存器运算寄存器ALU标志标志执行部分执行部分控制电路控制电路1 2 3 4 5 6 CS DS SS ES IP 内部寄内部寄存器存器I/O控制控制电路电路地址加地址加法器法器2020位位1616位位8 8位位指令队列缓冲器指令队列缓冲器外外总总线线执行部件执行部件总线接口部件总线接口部件8088CPU8088CPU结构图结构图返回返回30 运算器运算器 8 8个通用寄存器个通用寄存器 1 1个标志寄存器个标志寄存器 EUEU部分控制电路部分控制电路执行单元执行单元(EU)(EU)组成组成指令译码指令译码指令执行指令执行暂存中间运算结果暂存中间运算结果保存运算结果特征保
17、存运算结果特征在标志寄存器在标志寄存器FLAGSFLAGS中中在在ALUALU中完成中完成在通用寄存器中在通用寄存器中功能功能返回返回31总线接口单元总线接口单元(BIU)(BIU)从内存中取指令到指令预取队列;从内存中取指令到指令预取队列;负责与内存或输入负责与内存或输入/输出接口之间的数据传送;输出接口之间的数据传送;在执行转移程序时,使指令预取队列复位,在执行转移程序时,使指令预取队列复位,并从指定的新地址取指令,并立即传给执行并从指定的新地址取指令,并立即传给执行单元执行。单元执行。段寄存器段寄存器 指令指针寄存器指令指针寄存器 指令队列指令队列 地址加法器地址加法器 总线控制逻辑总线
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