第2章-80868088微处理器的结构-微机原理-教学课件.ppt

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1、第2章 8086/8088微处理器的结构第第2 2章章 8086/8088 8086/8088微处理器的结构微处理器的结构 第2章 8086/8088微处理器的结构学习目标学习目标1 1了解微处理器了解微处理器8086/80888086/8088的内部结构。的内部结构。2 2掌握微处理器掌握微处理器8086/80888086/8088的编程结构。的编程结构。3 3了解微处理器了解微处理器8086/80888086/8088的外部结构。的外部结构。4 4了解微处理器了解微处理器8086/80888086/8088的时序概念。的时序概念。第2章 8086/8088微处理器的结构2.1 8086/8

2、0882.1 8086/8088的内部结构的内部结构 2.2 8086/80882.2 8086/8088的编程结构的编程结构2.3 8086/80882.3 8086/8088的外部结构的外部结构 2.4 8086/80882.4 8086/8088的时序的时序 第2章 8086/8088微处理器的结构2.1 8086/80882.1 8086/8088的内部结构的内部结构 2.2 8086/80882.2 8086/8088的编程结构的编程结构2.3 8086/80882.3 8086/8088的外部结构的外部结构 2.4 8086/80882.4 8086/8088的时序的时序 第2章

3、8086/8088微处理器的结构第2章 8086/8088微处理器的结构 在组成结构上，它将微处理器和主存储器插在一块称在组成结构上，它将微处理器和主存储器插在一块称为主板的电路板上，输入输出接口和总线系统直接就做在为主板的电路板上，输入输出接口和总线系统直接就做在主板上了，在主板上预留一些标准的外围设备接口，大部主板上了，在主板上预留一些标准的外围设备接口，大部分的外围设备可以直接插在主板上。此外，在主板上还预分的外围设备可以直接插在主板上。此外，在主板上还预留了一组标准的插槽，通过它可以连接一些非标准设备的留了一组标准的插槽，通过它可以连接一些非标准设备的接口板（卡）。接口板（卡）。微处理

4、器是决定计算机档次的一个决定性指标，在微处理器是决定计算机档次的一个决定性指标，在80868086和和80888088微处理器以后，微处理器以后，IntelIntel公司又陆续推出人们熟公司又陆续推出人们熟知的知的8028680286、8038680386、8048680486和和PentiumPentium一系列性能越来越好一系列性能越来越好的微处理器。在这些后续处理器中都保留了的微处理器。在这些后续处理器中都保留了8086/80888086/8088的的结构，使得原来用结构，使得原来用8086/80888086/8088编写的程序可以继续使用。编写的程序可以继续使用。在过去，微处理器与处理

5、器是两个不同的概念，微处在过去，微处理器与处理器是两个不同的概念，微处理器用理器用MPUMPU（Micro Processing UnitMicro Processing Unit）表示，而处理器用）表示，而处理器用CPUCPU（Central Processing UnitCentral Processing Unit）表示，现在已经不再区）表示，现在已经不再区分它们了，微处理器习惯上也以分它们了，微处理器习惯上也以CPUCPU表示。表示。第2章 8086/8088微处理器的结构2.1.2 8086/80882.1.2 8086/8088的内部结构的内部结构 CPUCPU是是计计算算机机的的

6、核核心心部部分分，计计算算机机的的所所有有工工作作，都都要要通通过过它它来来处处理理。没没有有CPUCPU，计计算算机机就就不不能能做做任任何何事情。事情。从从电电路路结结构构看看，CPUCPU的的内内部部结结构构都都是是相相当当复复杂杂的的，对对绝绝大大多多数数人人来来说说没没有有必必要要了了解解它它。本本节节中中我我们们仅仅从从编编程程需需要要的的角角度度来来了了解解8086/8088CPU8086/8088CPU的的内内部部结结构构，从从功功能能上上8086/8088CPU8086/8088CPU的的内内部部可可分分为为两两大大模模块块：运运算算执执行行（EUEU）模模块块和和总总线线接

7、接口口（BIUBIU）模模块块，其其内内部部组组成成结构如图结构如图2-12-1所示。所示。第2章 8086/8088微处理器的结构图图2-1 8088CPU2-1 8088CPU按功能划分结构按功能划分结构第2章 8086/8088微处理器的结构第2章 8086/8088微处理器的结构2.1 8086/80882.1 8086/8088的内部结构的内部结构 2.2 8086/80882.2 8086/8088的编程结构的编程结构2.3 8086/80882.3 8086/8088的外部结构的外部结构 2.4 8086/80882.4 8086/8088的时序的时序 第2章 8086/8088

8、微处理器的结构 为为了了加加快快运运算算速速度度，在在CPUCPU内内部部有有许许多多临临时时空空间间，用于暂时存放数据，这些临时空间我们称之为寄存器。用于暂时存放数据，这些临时空间我们称之为寄存器。在在CPUCPU内内部部，寄寄存存器器与与运运算算器器之之间间是是由由内内部部总总线线连连接接的的，由由于于从从寄寄存存器器中中取取数数据据不不需需要要BIUBIU干干预预，因因此此它它的的存存取取速速度度比比从从存存储储器器取取更更快快。在在我我们们解解题题时时，充充分分利用利用CPUCPU的内部寄存器可以加快程序的执行速度。的内部寄存器可以加快程序的执行速度。从从一一个个程程序序设设计计者者的

9、的角角度度看看，寄寄存存器器结结构构就就是是的的CPUCPU结结构构，熟熟悉悉了了寄寄存存器器结结构构、掌掌握握了了寄寄存存器器的的使使用用方方法，对法，对8086/80888086/8088的编程结构也就有了一定的认识。的编程结构也就有了一定的认识。第2章 8086/8088微处理器的结构第2章 8086/8088微处理器的结构寄存器寄存器用用 途途AX字乘法，字除法，字字乘法，字除法，字I/OI/OAL字节乘，字节除，字节字节乘，字节除，字节I/OI/O，转移，十进制算术运算，转移，十进制算术运算AH字节乘法，字节除法字节乘法，字节除法BX转移转移CX串操作，循环次数串操作，循环次数CL变

10、量移位或循环控制变量移位或循环控制DX字乘法，字除法，间接字乘法，字除法，间接I/OI/O表表2-1 2-1 内部数据寄存器对应的特殊操作内部数据寄存器对应的特殊操作第2章 8086/8088微处理器的结构第2章 8086/8088微处理器的结构 Z零标志位。运算结果各位都为零标志位。运算结果各位都为0时，该标志时，该标志位置位置1；否则清；否则清0。S符号标志位。当运算结果的最高位为符号标志位。当运算结果的最高位为1，该，该标志位置标志位置1；否则清；否则清0。T陷阱标志位（单步标志位）。当该位置陷阱标志位（单步标志位）。当该位置1时，时，将使将使8088进入单步指令工作方式。在每条指令开进

11、入单步指令工作方式。在每条指令开始执行以前，始执行以前，CPU总是先测试总是先测试T标志位是否为标志位是否为1。如果为如果为1，那么在本指令执行后将产生陷阱中断，那么在本指令执行后将产生陷阱中断，从而执行陷阱中断处理程序。从而执行陷阱中断处理程序。该程序的首地址由内存的该程序的首地址由内存的00004H00007H四四个单元提供。该标志通常用于程序的调试。例如，个单元提供。该标志通常用于程序的调试。例如，在系统调试软件在系统调试软件DEBUG中的中的T命令，就是利用它命令，就是利用它来进行程序的单步跟踪。来进行程序的单步跟踪。第2章 8086/8088微处理器的结构2.2.3 2.2.3 段寄

12、存器组段寄存器组 80888088微处理器具有微处理器具有4 4个段寄存器，每个都是个段寄存器，每个都是1616位，用于存放逻辑地址中的段地址部分。各个段位，用于存放逻辑地址中的段地址部分。各个段寄存器的名称和代号分别是：寄存器的名称和代号分别是：（1 1）CSCS代码段寄存器代码段寄存器 （2 2）DSDS数据段寄存器数据段寄存器 （3 3）SSSS堆栈段寄存器堆栈段寄存器 （4 4）ESES附加段寄存器附加段寄存器 这些段寄存器的内容与有效的地址偏移量一这些段寄存器的内容与有效的地址偏移量一起可确定内存的物理地址。通常起可确定内存的物理地址。通常CSCS划定并控制程划定并控制程序区，序区，

13、DSDS和和ESES控制数据区，控制数据区，SSSS控制堆栈区。控制堆栈区。第2章 8086/8088微处理器的结构第2章 8086/8088微处理器的结构2.3.1 8086/8088CPU2.3.1 8086/8088CPU的工作模式的工作模式 8088 8088 CPUCPU是是一一块块具具有有4040条条引引出出线线的的集集成成电电路路芯芯片片，其其各各引引出出线线的的定定义义如如图图2-42-4所所示示。为为了了减减少少芯芯片片的的引引线线，有有许许多多引引线线具具有有双双重重定定义义和和功功能能，采采用用分分时时复复用用方方式式工工作作，即即在不同时刻，这些引线上的信号是不相同的。

14、在不同时刻，这些引线上的信号是不相同的。8088CPU8088CPU上上的的MN/=1MN/=1时时，8088CPU8088CPU工工作作在在最最小小模模式式之之下下。此此时时，构构成成的的微微型型机机中中只只包包括括一一个个8088CPU8088CPU，且且系系统统总总线线由由CPUCPU的的引引线线形形成成，可可以以直直接接使使用用这这些些引引线线来来与与存存储储器器和和外外设设交交换换信信息息，微微型型机机所所用用的的芯芯片片最最少少。当当MN/=0MN/=0时时，8088CPU8088CPU工工作作在在最最大大模模式式之之下下。在在此此模模式式下下，构构成成的的微微型型计计算算机机中中

15、除除了了有有8088CPU8088CPU之之外外，还还可可以以接接另另外外的的CPUCPU（如如80878087），构构成成多多微微处处理理器器系系统统。同同时时，这这时时的的系系统统总总线线要要由由8088CPU8088CPU的的引引线线和和总总线线控控制制器器（82888288）共共同同形形成成，可可以以构构成成更更大大规规模模的系统，从而才可与存储器和外设交换信息。的系统，从而才可与存储器和外设交换信息。也也就就是是说说，根根据据8088CPU8088CPU上上的的第第3333号号引引脚脚MN/MN/的的状状态态，CPUCPU可工作最小模式和最大模式。可工作最小模式和最大模式。第2章 8

16、086/8088微处理器的结构2.3.22.3.2最小模式下的引线最小模式下的引线 1 1地址总线和数据总线地址总线和数据总线 数据总线用来在数据总线用来在CPU与内存储器（或与内存储器（或I/O设设备）之间交换信息，地址总线由备）之间交换信息，地址总线由CPU发出，用来发出，用来确定确定CPU要访问的内存单元（或要访问的内存单元（或I/O设备）的地址设备）的地址信号。信号。通常通常CPU在读写存贮器和外设时，总是要先在读写存贮器和外设时，总是要先给出存贮器单元的地址或外设端口的地址，然后给出存贮器单元的地址或外设端口的地址，然后才读写数据，这样地址和数据在时序上是有先后才读写数据，这样地址和

17、数据在时序上是有先后的。如果在的。如果在CPU外部我们配置一个地址锁存器，外部我们配置一个地址锁存器，把在这把在这8条引脚上先出现的地址信号锁存起来，用条引脚上先出现的地址信号锁存起来，用锁存器的输出去选通存贮器的单元或外设端口，锁存器的输出去选通存贮器的单元或外设端口，那么在下一个时序间隔中，这那么在下一个时序间隔中，这8条引脚就可以作为条引脚就可以作为数据线进行输入或输出操作了。数据线进行输入或输出操作了。第2章 8086/8088微处理器的结构 A8 A8A15A15：它们是三态输出引线。在：它们是三态输出引线。在CPUCPU寻址寻址内存或接口时，由这些引线送出地址内存或接口时，由这些引

18、线送出地址A8A15A8A15。在。在某种特殊情况下，这些引线也可以处于高阻状态。某种特殊情况下，这些引线也可以处于高阻状态。2 2地址地址/状态总线状态总线 A16 A16A19/S3A19/S3S6S6：这是：这是4 4条时间复用、三态条时间复用、三态输出的引线。在输出的引线。在8088CPU8088CPU执行指令过程中，某一时执行指令过程中，某一时刻从这刻从这4 4条线上送出地址的最高条线上送出地址的最高4 4位位A16A16A19A19。而在另外时刻，这。而在另外时刻，这4 4条线送出状态条线送出状态S3S3S6S6。这些。这些状态信息里，状态信息里，S6S6始终为低，始终为低，S5S

19、5指示状态寄存器中指示状态寄存器中的中断允许标志的状态。它在每个时钟周期开始的中断允许标志的状态。它在每个时钟周期开始时被更新。时被更新。S4S4和和S3S3用来指示用来指示CPUCPU现在正在使用的段现在正在使用的段寄存器，其信息编码如表寄存器，其信息编码如表2-22-2所示。所示。第2章 8086/8088微处理器的结构2.3.32.3.3最大模式下的引线最大模式下的引线 当当MN/MN/加上低电平时，加上低电平时，8088CPU8088CPU工作在最大模式之下。此时，除引工作在最大模式之下。此时，除引线线2424到到3434之外，其他引线与最小模式完全相同。之外，其他引线与最小模式完全相

20、同。、：这是最大模式下由：这是最大模式下由8088CPU8088CPU经三态门输出的状态经三态门输出的状态信号。这些状态信号加到信号。这些状态信号加到IntelIntel公司同时提供了总线控制器（公司同时提供了总线控制器（82888288）上，可以产生系统总线所需要的各种控制信号。它们的状态编码表示上，可以产生系统总线所需要的各种控制信号。它们的状态编码表示某时刻某时刻8088CPU8088CPU的状态，其编码如下表所示。的状态，其编码如下表所示。性能性能0 00 00 0中断响应中断响应0 00 01 1读读I/OI/O端口端口0 01 10 0写写I/OI/O端口端口0 01 11 1暂停

21、暂停1 10 00 0取指取指1 10 01 1读存贮器读存贮器1 11 10 0写存贮器写存贮器1 11 11 1无作用无作用第2章 8086/8088微处理器的结构 如如上上所所述述，引引脚脚2431及及引引脚脚3334随随着着不不同模式有不同的定义，而信号线不再使用。同模式有不同的定义，而信号线不再使用。表表2-7 QS1、QS0的状态编码的状态编码QS1QS0性能性能00无操作无操作01队列中操作数的第一个字节队列中操作数的第一个字节10队列空队列空第2章 8086/8088微处理器的结构第2章 8086/8088微处理器的结构2.4.1 2.4.1 时序的概念时序的概念 时序对一个从

22、事计算机硬件技术的人来说是非常重要的。时序对一个从事计算机硬件技术的人来说是非常重要的。1 1时序的概念时序的概念 所谓时序，是指计算机在工作过程中，所谓时序，是指计算机在工作过程中，CPUCPU发出的一系列控制信号发出的一系列控制信号之间的时间关系。之间的时间关系。前面已经指出，计算机是按照事先编好并已存放在存储器中的程序前面已经指出，计算机是按照事先编好并已存放在存储器中的程序进行操作的。机器运行后，进行操作的。机器运行后，CPU就发出读命令的操作，从指定的地址读就发出读命令的操作，从指定的地址读出命令，并将它送到指令寄存器中，再经过指令译码器分析译码后，发出命令，并将它送到指令寄存器中，

23、再经过指令译码器分析译码后，发出一系列控制信号，控制各种信息在机器各部件之间传送并完成指令所出一系列控制信号，控制各种信息在机器各部件之间传送并完成指令所规定的全部操作。显然，各信号之间的时间关系绝对不能搞错。规定的全部操作。显然，各信号之间的时间关系绝对不能搞错。对于采用对于采用8086/8088CPU的机器，取指令是由的机器，取指令是由CPU的总线接口单元的总线接口单元BIU完成的，执行指令是由执行部件完成的，执行指令是由执行部件EU来完成的。在来完成的。在EU执行指令的同执行指令的同时，时，BIU可以取下一条指令。计算机要有条不紊的按照上述步骤正常运可以取下一条指令。计算机要有条不紊的按

24、照上述步骤正常运行，显然必须要有一个强有力的控制系统对各部件进行统一、有效地控行，显然必须要有一个强有力的控制系统对各部件进行统一、有效地控制，这便是时序系统。计算机的时序是一个复杂的逻辑系统，能够根据制，这便是时序系统。计算机的时序是一个复杂的逻辑系统，能够根据指令发出一系列控制信号，使得微机在时钟的统一控制下，按照一定的指令发出一系列控制信号，使得微机在时钟的统一控制下，按照一定的时间顺序，一个节拍一个节拍地工作。时间顺序，一个节拍一个节拍地工作。第2章 8086/8088微处理器的结构 时序是贯穿于整个计算机系统的，时序是贯穿于整个计算机系统的，CPU内部内部的各种操作是按时序进行的，同

25、样，的各种操作是按时序进行的，同样，CPU外部的外部的各种操作也是按时序进行的。因此，各种操作也是按时序进行的。因此，CPU的时序的时序可分为内部时序和外部时序。可分为内部时序和外部时序。内部时序是用于控制内部时序是用于控制CPU各操作之间的工作各操作之间的工作过程的，一般情况下，我们不必去关注它。过程的，一般情况下，我们不必去关注它。外部时序是用于控制各种外围设备之间、或外部时序是用于控制各种外围设备之间、或外围设备与外围设备与CPU之间的信息交换过程的。也就是之间的信息交换过程的。也就是说说8086/8088的外部时序主要表现为读写存储器、的外部时序主要表现为读写存储器、访问总线的过程。对

26、于软件技术人员来说，并不需访问总线的过程。对于软件技术人员来说，并不需要了解要了解CPU的时序；但对一个硬件技术人员来说，的时序；但对一个硬件技术人员来说，了解微处理器的时序对于进一步理解微处理器执行了解微处理器的时序对于进一步理解微处理器执行指令的过程、各部件与系统总线的连接及硬件系统指令的过程、各部件与系统总线的连接及硬件系统的调试都十分有意义。的调试都十分有意义。2 2内部时序和外部时序内部时序和外部时序第2章 8086/8088微处理器的结构2.4.22.4.2时钟周期、总线周期和指令执行周期时钟周期、总线周期和指令执行周期 CPU CPU执行一条指令需要进行许多复杂的操作步骤，每个步

27、骤之间有着执行一条指令需要进行许多复杂的操作步骤，每个步骤之间有着严格的时间关系，即时序关系。显然，不同的指令，执行的操作步骤是严格的时间关系，即时序关系。显然，不同的指令，执行的操作步骤是不同的，但每条指令的操作步骤之间的时间关系却是有规律的。不同的，但每条指令的操作步骤之间的时间关系却是有规律的。1 1时钟周期时钟周期 所有的微处理器是在统一的时钟信号的控制下，按节拍进行工作的。所有的微处理器是在统一的时钟信号的控制下，按节拍进行工作的。一般情况下，这个时钟信号就是系统的主频信号，主频的周期也称时钟一般情况下，这个时钟信号就是系统的主频信号，主频的周期也称时钟周期。时钟周期是计算机系统的基

28、本周期信号，计算机的所有操作都是周期。时钟周期是计算机系统的基本周期信号，计算机的所有操作都是由时钟信号启动的。通常一个时钟周期完成一个最基本的操作，即时钟由时钟信号启动的。通常一个时钟周期完成一个最基本的操作，即时钟周期是周期是CPUCPU执行操作的最小时间单位。执行操作的最小时间单位。早期的早期的PCPC机使用的是机使用的是8088CPU8088CPU，时钟频率，时钟频率4.77MHz4.77MHz，时钟周期约为，时钟周期约为200ns200ns，今天的，今天的PCPC机时钟频率已超过机时钟频率已超过3GHz3GHz，时钟周期也已小于，时钟周期也已小于1ns1ns。2 2总线周期总线周期 CPU CPU通过外部总线对存储器或通过外部总线对存储器或I IO O端口进行一次信息的输入或输出过端口进行一次信息的输入或输出过程所需的时间，称为总线周期。程所需的时间，称为总线周期。CPUCPU每执行一条指令，至少要通过总线对每执行一条指令，至少要通过总线对存储器访问一次（取指令）。存储器访问一次（取指令）。第2章 8086/8088微处理器的结构