微机原理与接口技术 ch2微处理器

第二章微处理器结构及微型计算机工作原理微型计算机原理与应用微型计算机原理与应用——第二章微处理器结构及工作原理2【主要内容】1．微型计算机硬件组成2.微型计算机基本工作原理3．80x86功能结构微型计算机原理与应用——第二章微处理器结构及工作原理3【学习目标】1．掌握微型计算机的组成；2．掌握微型计算机的工作原理；3．掌握8086的功能结构；4．掌握8086的工作方式；5．理解8086的工作时序；6．了解80x86的功能结构。微型计算机原理与应用——第二章微处理器结构及工作原理4【重点】1．微型计算机的组成和工作原理；2．8086的功能结构；3．8086工作方式。微型计算机原理与应用——第二章微处理器结构及工作原理5【难点】1．8086的工作时序微型计算机原理与应用——第二章微处理器结构及工作原理6【知识点】2.28086/8088微处理器的功能结构2.38086引脚信号和工作模式2.48086操作时序2.1微型计算机的组成及工作原理微型计算机原理与应用——第二章微处理器结构及工作原理72.1微型计算机的组成及其工作原理微型计算机系统（MCS—Micro-ComputerSystem）微型计算机工作原理微型计算机的组成微型计算机原理与应用——第二章微处理器结构及工作原理82.1微型计算机的组成及其工作原理1.微型计算机的组成如下图所示，微型计算机的硬件由两部分组成，主机和外设。微型计算机原理与应用——第二章微处理器结构及工作原理92.1微型计算机的组成及其工作原理主机—主机与外设匹配连接—口只读存储器读写存储器（存储器）控制器（算术逻辑单元）（中央处理单元）OIROMRAMMALUCPU/)()(微型计算机原理与应用——第二章微处理器结构及工作原理102.1微型计算机的组成及其工作原理•CPU:实现运算和控制功能的部件，运算器ALU、控制器和寄存器组成。•运算器:完成算术和逻辑运算，控制器由指令寄存器、指令译码器和控制电路组成，完成对指令的存取、执行等的控制。•寄存器:暂存运算操作数和结果。•存储器：指内存储器，用来存放程序、操作数和结果。•I/O口：控制输入输出设备的接口电路。并行接口，串行接口等。微型计算机原理与应用——第二章微处理器结构及工作原理112.1微型计算机的组成及其工作原理外设：输入设备输出设备–键盘、扫描仪、软硬磁盘、A/D转换器等–打印机、绘图仪、D/A转换器等微型计算机原理与应用——第二章微处理器结构及工作原理122.1微型计算机的组成及其工作原理总线：计算机用来传输信息的一组通讯线•地址总线（AB-AddressBus)：–用来指定寻址的存储器单元或I/O口。单向，成组使用（8086有20根地址线）。•数据总线（DB-DataBus):–用来传递信息的通讯线。双向，成组使用，计算机的位一般是指数据线的宽度（8086有16根数据线）。•控制总线（CB-ControlBus):–用以控制计算机各部件协调工作。各自独立，有发出，也有接收。地址/数据复用总线：–地址总线和数据总线复用，分时传送地址信息和数据信息（由同步信号区分），这样可以节省CPU引脚，但外部电路复杂。微型计算机原理与应用——第二章微处理器结构及工作原理132.1微型计算机的组成及其工作原理2.微型计算机系统（MCS—Micro-ComputerSystem）以微型计算机（主机）为核心，配上外围设备、电源和软件等，能独立工作的完整计算机。微型计算机原理与应用——第二章微处理器结构及工作原理142.1微型计算机的组成及其工作原理数据库应用软件语言编译程序操作系统监控管理程序系统软件软件外部电路软盘，硬盘，光盘数据通道输入设备，输出设备设备外设口—主机硬件Macintosh,,2/,,,//,UNIXOSWINDOWSDOSROMBIOSDACADCOIOIROMRAMMCPUMCS硬件和软件的关系？微型计算机原理与应用——第二章微处理器结构及工作原理152.1微型计算机的组成及其工作原理3、微型计算机工作原理软件和硬件的协调使一台计算机正常工作。简而言之，用户通过程序中的指令指挥计算机按要求工作。微型计算机原理与应用——第二章微处理器结构及工作原理162.28086/8088微处理器的功能结构寄存器结构及操作8086CPU的功能结构微型计算机原理与应用——第二章微处理器结构及工作原理172.28086/8088微处理器的功能结构Intel8086是标准的16位微处理器；Intel8088是准16位微处理器，它们在内部结构上都是按16位设计的，但Intel8088在外部引脚上和当时的8位微处理器Inter8080/8085相兼容。不仅数据总线的位数加宽了一倍，更重要的是采用了流水线处理技术。一条指令的执行可以分为：取指令指令译码指令执行在指令执行时根据需要在存储器中存取操作数。微型计算机原理与应用——第二章微处理器结构及工作原理182.28086/8088微处理器的功能结构在8位微处理器中，是按照这三步周而复始的循环来工作的，每次取指令都是直接从存储器中取出的。计算机执行程序时，CPU的工作顺序是：取指令．．．执行指令．．．再取指令．．．再执行指令．．．在16位微处理器中，8086微处理器首先采用了预取指令技术，提前把指令从存储器中取到微处理器中，每次执行指令的时候直接在微处理器内部就可以获得指令，从而大大提高微处理器的性能。预取指令技术是通过设置预取指令缓冲队列来实现的。8086CPU工作顺序是：取指令，执行指令同时进行。并行工作。8086与以往的8位机的最大区别微型计算机原理与应用——第二章微处理器结构及工作原理192.28086/8088微处理器的功能结构2.2.18086CPU的功能结构Intel8086/8088双列直插封装，40引脚，单一正5V供电。具有16位的数据总线，20位的地址总线，可以管理1MB的存储器空间和64K的端口地址。微型计算机原理与应用——第二章微处理器结构及工作原理202.28086/8088微处理器的功能结构AHALBHBLCHCLDHDLAXBXCXDXSPBPSIDIFLAGALU123456暂存器CSDSSSES总线控制逻辑EU控制暂存器指令队列(EU)执行单元(BIU)总线接口单元IP2.2.18086CPU的功能结构——内部结构框图微型计算机原理与应用——第二章微处理器结构及工作原理212.28086/8088微处理器的功能结构（1）执行单元（EU）（a）组成16位算术逻辑单元ALU;16位状态标志寄存器FLAG;8个16位通用寄存器组(AX,BX,CX,DX,SP,BP,SI,DI)16位数据暂存器；EU控制电路；（b）功能从BIU指令队列中读取指令；由EU控制电路对指令进行译码分析，指出操作性质及对象；在EU中计算出操作数的16位地址偏移量送给BIU，由BIU的∑形成20位绝对地址；将取来的操作数经系统数据总线送ALU进行指定操作；运算结果经内部总线送到指定位置；2.2.18086CPU的功能结构——内部结构组成微型计算机原理与应用——第二章微处理器结构及工作原理22（1）执行单元（EU）功能：2.2.18086CPU的功能结构——内部结构组成2.28086/8088微处理器的功能结构微型计算机原理与应用——第二章微处理器结构及工作原理232.28086/8088微处理器的功能结构（a）部件4个16位段寄存器CS,DS,SS,ES;16位指令偏移地址寄存器IP;6个字节指令队列ISQ;形成20位物理地址的加法器∑;与EU通讯的内部寄存器；总线控制逻辑；（2）总线接口单元2.2.18086CPU的功能结构——内部结构组成微型计算机原理与应用——第二章微处理器结构及工作原理242.28086/8088微处理器的功能结构（2）总线接口单元2.2.18086CPU的功能结构——内部结构组成微型计算机原理与应用——第二章微处理器结构及工作原理252.28086/8088微处理器的功能结构（b）功能：实现CPU与存储器或I/O口之间的数据传送。指令队列中出现两个字节为空时(BIU未进入存取操作数的总线周期），自动按CS值和IP值组成20位实际地址到存储器中去取指令，一次取两个字节指令存放到指令队列中；执行转移指令时ISQ复位，从新地址重新取指。由EU从指令队列中取指令，并根据EU请求BIU将20位操作地址传送给存储器；取来操作数经总线控制逻辑传送到内部EU数据总线，由EU完成内部操作；操作结果若EU提出请求，则由BIU负责产生20位实际目标地址，将结果写入存储器里；（2）总线接口单元2.2.18086CPU的功能结构——内部结构组成微型计算机原理与应用——第二章微处理器结构及工作原理26所示。2.28086/8088微处理器的功能结构2.2.18086CPU的功能结构——内部结构组成微型计算机原理与应用——第二章微处理器结构及工作原理272.28086/8088微处理器的功能结构2.2.18086CPU的功能结构——内部结构组成微型计算机原理与应用——第二章微处理器结构及工作原理282.28086/8088微处理器的功能结构2.2.2寄存器结构及操作微型计算机原理与应用——第二章微处理器结构及工作原理29微型计算机原理与应用——第二章微处理器结构及工作原理30微型计算机原理与应用——第二章微处理器结构及工作原理31微型计算机原理与应用——第二章微处理器结构及工作原理32微型计算机原理与应用——第二章微处理器结构及工作原理33微型计算机原理与应用——第二章微处理器结构及工作原理34在8086/8088CPU中，把寄存器分成5大类：数据寄存器（4个）；地址指针寄存器；段基址寄存器（4个）；状态标志寄存器；指令指针寄存器；微型计算机原理与应用——第二章微处理器结构及工作原理35（一）数据寄存器（4个）用来存放操作数及中间结果的通用寄存器称为数据寄存器。16位寄存器：AX,BX,CX,DX（可以分成两个8位的使用）,SP,BP,SI,DI8位寄存器：AH,AL,BH,BL,CH,CL,DH,DL有些存储器有特殊功能：如SP为堆栈指针指示堆栈栈顶地址；AX和AL为累加器，乘法指令中专用；BX和BP可以作为基址指针，SI和DI可以用做串操作等；CX为计数寄存器。微型计算机原理与应用——第二章微处理器结构及工作原理36（二）地址指针寄存器地址指针寄存器用于存放操作数的地址，编程时通过修改寄存器的内容达到修改地址的目的。可以用来指示地址的寄存器有：SP:堆栈指针，指示堆栈段（关于段SS）中的栈顶位置，专门用于数据进栈和出栈的位置指示；BP:基址指针，指示堆栈段中一个数据区中的基址位置；—此外：BX,SI,DI也可以用做指示地址。微型计算机原理与应用——第二章微处理器结构及工作原理37（三）段基址寄存器段基址寄存器用于存放4个当前段的起始地址。4个段为：代码段CS，数据段DS，堆栈段SS和附加段ES。微型计算机原理与应用——第二章微处理器结构及工作原理38（三）段基址寄存器1、存储器的段8086/8088CPU对可寻址的1MB空间划分为很多个逻辑段，每个逻辑小于64KB，段内地址是连续的。CPU规定4个段寄存器存放当前可寻址的段基址。CS指示当前的代码段；DS指示当前的数据段；SS指示当前的堆栈段；ES指示当前的附加段；微型计算机原理与应用——第二章微处理器结构及工作原理39（三）段基址寄存器2、逻辑地址与物理地址（1）对存储器的任一位置的访问都是在该位置所在的段基址下进行的。逻辑地址形式为：段基址：段内位移（物理地址）20=（段基址）╳16+（段内偏移）如访问一个地址C85F:109A对应的实际地址为C85F0+109A=C