第4章 16位微处理器.ppt

《第4章 16位微处理器.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第4章 16位微处理器.ppt（61页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第第4章章16位微处理器位微处理器80861概述8位机器的特点局限性8 8位位CPUCPU执行一条与存储器交换信息的指令时（如：执行一条与存储器交换信息的指令时（如：ADDR9ADDR9），运行步骤如下：），运行步骤如下：1 1 从存储器中读取一条指令进入从存储器中读取一条指令进入CPUCPU的指令寄存器的指令寄存器IRIR中，并分析操作码；中，并分析操作码；2 2 如指令需要则从存储器中读取操作数如指令需要则从存储器中读取操作数(取取R9R9这个存储单元的数据这个存储单元的数据)；3 CPU3 CPU执行指令执行指令（在（在ALUALU中执行加法运算）中执行加法运算）；4 4 指令执行结果写

2、入存储器或指令执行结果写入存储器或CPUCPU寄存器中寄存器中（结果存放在累加器（结果存放在累加器A A中）中）。从信息的交换过程可以看出只有从存储器中读取指令和取操作数、写结果时占从信息的交换过程可以看出只有从存储器中读取指令和取操作数、写结果时占用总线，而分析操作码和执行指令时不占用总线。用总线，而分析操作码和执行指令时不占用总线。以往的计算机采用的是以往的计算机采用的是Von NeumannVon Neumann结构，是存储程序的运行方式，即指令首结构，是存储程序的运行方式，即指令首先被顺序存放在存储器中的，然后被逐条取出并执行。这种重复取出、执行先被顺序存放在存储器中的，然后被逐条取出

3、并执行。这种重复取出、执行顺序指令的串行操作是以往计算机的主要局限。顺序指令的串行操作是以往计算机的主要局限。把一条指令解释过程分解为分析和执行两个子过程，并让这两个子过程分别用独立的分析部件和执行部件来实现。理想情况：速度提高一倍8位CPU执行一条与存储器交换信息的指令特点从信息的交换过程可以看出只有从存储器中读取指令和取操作数、写结果时占用总线，而分析操作码和执行指令时不占用总线。VonNeumann结构计算机的局限以往的计算机采用的是VonNeumann结构，是存储程序的运行方式，即指令首先被顺序存放在存储器中的，然后被逐条取出并执行。这种重复取出、执行顺序指令的串行操作是以往计算机的主

4、要局限。突破局限的思想把一条指令解释过程分解为分析和执行两个子过程，并让这两个子过程分别用独立的分析部件和执行部件来实现。理想情况：速度提高一倍流行的微处理器的基本参数流行的微处理器的基本参数28086/8088的编程结构2.1EU的组成、功能的组成、功能2.2BIU的组成、功能的组成、功能存储器的奇偶存储体结构存储器的奇偶存储体结构存储器的分段存储器的分段存储器的物理地址和逻辑地址存储器的物理地址和逻辑地址2.3流水线结构流水线结构28086的编程结构结构上分成了两部分总线接口单元BIU(BusInterfaceUnit)执行单元EU(ExecutionUnit)这两个单元并行地工作，能使大

5、部分取指令操作与执行指令操作重叠的进行（即所谓“流水线”结构）。由于EU执行的是BIU已从存储器取出的指令，所以在大多数情况下取指令的时间“消失了”，从而加快了程序的运行速度。2.1 2.1 总线接口部件总线接口部件(BusInterfaceUnit)功能是负责与存储器、I/O端口传送数据。总线接口部件要从内存取指令送到指令队列；CPU执行指令时，总线接口部件要配合执行部件从指定的内存单元或者外设端口中取数据，将数据传送给执行部件，或者把执行部件的操作结果传送到指定的内存单元或外设端口中。2.1 总线接口部件(BIU)4个段寄存器寄存器（CodeSegment）寄存器（DataSegment）

6、寄存器（StackSegment）寄存器（ExtraDataSegment）2.1 总线接口部件(BIU)4个16位的段地址寄存器；CS代码段寄存器（CodeSegment）；DS数据段寄存器（DataSegment）；SS堆栈段寄存器（StackSegment）；ES扩展段寄存器（ExtraDataSegment）；16位的指令指针寄存器IP（InstructionPointer）；20位的地址加法器（AddressAdder）；6字节的指令队列（InstructionQueue）。存储器地址与数据存储物理地址：AB=20条，空间为：220=1MB。范围：00000HFFFFFH 数据存储：

7、每个存储单元存储一个字节的数据，存取一个字节的数据需一个总线周期。两个相邻的字节定义为一个字。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，并以低字节的地址作为字地址。若字地址为偶地址，则称为对准字存放，存取一个字也只需要一个总线周期；若字地址为奇地址，则称为非对准字存放，存取一个非对准字需要两个总线周期。1MB存储空间分成两个存储空间分成两个512KB存储器，即：存储器，即：偶地址存储器：其数据线与偶地址存储器：其数据线与8086CPU系统的系统的D7D0相连，相连，A0用于片选；用于片选；奇地址存储器：其数据线与奇地址存储器：其数据线与8086CPU系统的系统的D15D8相连，相连

8、，BHE用于片选；用于片选；8086存储器的数据存放每个存储单元存储一个字节的数据，两个相邻的字节定义为一个字。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，并以低字节的地址作为字地址。存取一个字节的数据需一个总线周期。若字地址为偶地址，则称为对准字存放，存取一个字也只需要一个总线周期；若字地址为奇地址，则称为非对准字存放，存取一个非对准字需要两个总线周期。38086的存储体结构操操作作BHEA0使用的数据线使用的数据线存取规则字(读或写偶地址的一个字)00AD15-AD0传送偶地址的一个字节(读或写偶地址的一个字节)10AD7-AD0传送奇地址的一个字节(读或写奇地址的一个字节)01

9、AD15-AD8存取非规则字(读或写奇地址的一个字)01AD15-AD8（第一个总线周期放低位数据字节）10AD7-AD0（第二个总线周期放高位数据字节）每个存储单元存储一个字节的数据，存取一个字节的数据需一每个存储单元存储一个字节的数据，存取一个字节的数据需一个总线周期。个总线周期。两个相邻的字节定义为一个字。每一个字的低字节存放在低地两个相邻的字节定义为一个字。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，并以低字节的地址作为字地址。址中，高字节存放在高地址中，并以低字节的地址作为字地址。若字地址为偶地址，则称为若字地址为偶地址，则称为对准字对准字存放，存取一个字也只需要存放，存取

10、一个字也只需要一个总线周期；一个总线周期；若字地址为奇地址，则称为若字地址为奇地址，则称为非对准字非对准字存放，存取一个非对准字存放，存取一个非对准字需要两个总线周期。需要两个总线周期。在组成存储系统时，总是使偶地址单元的数据通过在组成存储系统时，总是使偶地址单元的数据通过AD0-AD7传送，而奇地址单元的数据通过传送，而奇地址单元的数据通过AD8-AD15传送。传送。显然，并不是所有总线周期都存取总线高字节，只有显然，并不是所有总线周期都存取总线高字节，只有存取规则字，或奇地址的字节，或不规则字的低八位，存取规则字，或奇地址的字节，或不规则字的低八位，才进行总线高字节传送。才进行总线高字节传

11、送。操操作作A0使用的数据线使用的数据线存取规则字(读或写偶地址的一个字)00AD15-AD0传送偶地址的一个字节(读或写偶地址的一个字节)10AD7-AD0传送奇地址的一个字节(读或写奇地址的一个字节)01AD15-AD8存取非规则字(读或写奇地址的一个字)01AD15-AD8（第一个总线周期放低位数据字节）10AD7-AD0（第二个总线周期放高位数据字节）2.2 2.2 执行部件执行部件(Execution Unit)(Execution Unit)功能就是负责指令的执行。将指令译码并利用内部寄存器和ALU对数据进行所需的处理4个个16位的通用寄存器位的通用寄存器AX累加器(Accumul

12、ator)用于所有的输入/输出操作。某些字串操作以及算术运算，如乘法、除法，某些翻译指令也使用AX寄存器。BX基址寄存器(BaseAddress)用于扩展寻址，起变址作用。计数寄存器(Counter)在循环操作和移位操作中用作计数器。数据寄存器(Data)用于字乘法和除法，还用来提供输入输出操作中的端口地址。2.2 2.2 执行部件执行部件(EU)(EU)4个专用寄存器个专用寄存器BP基数指针寄存器(BasePointer)SP堆栈指针寄存器(StackPointer)SI源变址寄存器(SourceIndex)DI目的变址寄存器(DestinationIndex)标志寄存器FR(FlagReg

13、ister)算术逻辑部件ALU标志位寄存器的含义状态标志SignFlagZeroFlagParityFlagCarryFlagAuxiliaryFlagOverFlag控制标志DirectionFlagInterruptionFlagTrapFlag2.3“流水线流水线”结构结构总线接口部件BIU和执行部件EU并不是同步工作的，两者的动作管理遵循如下原则：每当8086的指令队列中有2个空字节，BIU就会自动取指令到指令队列中。而同时EU从指令队列取出一条指令，并用几个时钟周期去分析、执行指令。当指令队列已满，而且EU对BIU又无总线访问请求时，BIU便进入空闲状态。在执行转移、调用和返回指令时

14、，指令队列中的原有内容被自动清除。在8086/8088中，EU和BIU这种并行的工作方式不仅有力地提高了工作效率，而且这也是它们的一大特点。EU和BIU之间是通过指令队列相互联系的。指令队列可以被看成一个RAM区，EU对其执行读操作，BIU对其执行写操作。38086的引脚信号的引脚信号8088CPU8088CPU803863.1与工作模式无关的引脚与工作模式无关的引脚AD7AD0（address/data）双向三态A15A8（输出三态）A19/S6A16/S3（address/status）输出三态RD（read）输出三态READY（输入）TEST（输入）INTR（interruptreque

15、st）输入NMI（non-maskableinterrupt）输入RESET（输入）CLK(输入)电源和地MNMX（输入）8086最小工作模式48086的工作模式为了尽可能适应各种各样的使用场合，在设计8086CPU芯片时，使它们可以在两种模式下工作，即最小模式和最大模式。所谓最小模式，就是在系统中只有8086一个CPU，而所有的总线控制信号都由8086直接产生，因此系统中的总线控制电路被减到最少。而最大模式是相对最小模式而言的，此时系统中有两个或多个微处理器，其中有一个是主处理器8086，其它的处理器称为协处理器，它们协助主处理器工作。8086的最小工作模式8086的最大工作模式58086典

16、型时序分析什么是时序时序是计算机操作运行的时间顺序。为什么要研究时序可以进一步了解在微机系统的工作过程中，CPU各引脚上信号之间的相对时间关系；可以深入了解指令的执行过程；可以使我们在程序设计时，选择合适的指令或指令序列，以尽量缩短程序代码的长度及程序的运行时间；对于学习各功能部件与系统总线的连接及硬件系统的调试，都十分有意义，因为CPU与存储器、I/O端口协调工作时，存在一个时序上的配合问题。指令周期、总线周期及时钟周期微机系统的工作，必须严格按照一定的时间关系来进行，CPU定时所用的周期有三种，即指令周期、总线周期和时钟周期。8086/8088微机系统，能够完成的操作有下列几种主要类型：系统的复位与启动操作；暂停操作；总线操作；（I/O读、I/O写、存贮器读、存贮器写）中断操作；最小模式下的总线保持；最大模式下的总线请求/允许。总线读操作时序最小模式下的总线写操作时序中断响应周期(对可屏蔽中断)系统的复位和启动操作（对最大小模式都一样）总线占用周期中断类型码：8086/8088为每个中断源分配了一个中断类型码，其取值范围为0255，即可处理256种中断。中断向量：把各个中断服务子程序的入口都称为一个中断向量；中断向量表：将这些中断向量按一定的规律排列成一个表，就是所谓的中断向量表，当中断源发出中断请求时，即可查找该表，找出其中断向量，就可转入相应的中断服务子程序。复位