微机原理CH2 8086系统结构(ok)

1第二章课间固定答疑时间：周四下午，14:00－16:00（4－16周）地点：基础实验楼B508答疑2第二章停课通知停课：第3周周一下午5、6节第3周周三上午1、2节第3周周五下午5、6节第4周周一下午5、6节3第二章第二章8086系统结构2.18086CPU系统结构2.28086CPU的系统配置和引脚功能2.38086存储器组织2.48086CPU时序2.5本章小结4第二章2.18086CPU系统结构一、引言1、8086：Intel系列的16位微处理器，16条数据线、20条地址线，可寻址地址范围220=1MB，8086工作时，只要一个5V电源和一个时钟，时钟频率分别有5MHz，8MHz和10MHz。2、8088：内部与8086兼容，也是一个16位微处理器，只是外部数据总线为8位，所以称为准16位微处理器。8088有20条地址线，所以可寻址的地址空间达220即1M字节。5第二章二、8086CPU的内部结构执行部件（EU）总线接口部件（BIU）8086CPU的内部结构图6第二章1、总线接口部件BIU（BusInterfaceUnit）它是8086CPU与外部（存储器和I/O端口）数据交换的接口。它提供了16位双向数据总线和20位地址总线，通过它们完成所有外部总线操作。（1）总线接口部件的功能①地址形成②取指令③指令排队④读/写操作数⑤总线控制7第二章8086CPU的内部组成执行部件（EU）总线接口部件（BIU）①总线控制逻辑②指令指针寄存器IP③段寄存器④地址加法器⑤指令队列缓冲器（2）组成8第二章①16位指令指针寄存器IP（PC）存放下一条要执行指令的偏移地址。②4个段地址寄存器（主要用于存放各段的首地址）CS：16位代码段寄存器；DS：16位数据段寄存器；ES：16位附加段寄存器；SS：16位堆栈段寄存器。③20位的地址加法器将16位的逻辑地址转换成访问存储器的20位的物理地址。9第二章④六字节的指令队列缓冲器功能：可存储6字节指令代码，在执行指令的同时，将取下一条指令，当指令队列有2个或2个以上的字节空余时，BIU自动将指令取到指令队列中。CPU执行完一条指令后，可以指向下一条指令，提高CPU效率。10第二章2、指令执行部件EU（ExecutionUnit）指令执行部件EU完成指令译码和指令执行的工作。（1）指令执行部件的功能①从指令队列中取出指令；②对指令进行译码，发出相应的控制信号；③接收由总线接口送来的数据或发送数据至接口；④进行算术运算。11第二章执行部件（EU）总线接口部件（BIU）（２）组成8086CPU的内部组成①通用寄存器组②专用寄存器组③算术逻辑单元ALU④数据暂存寄存器⑤EU控制电路⑥标志寄存器12第二章①4个通用寄存器AX、BX、CX、DX。4个通用寄存器都是16位或作两个8位来使用。②专用寄存器SP——堆栈指针寄存器BP——基址指针寄存器SI——源变址寄存器DI——目的变址寄存器③算术逻辑单元ALU完成8位或者16位二进制算术和逻辑运算，计算偏移量。13第二章④数据暂存寄存器协助ALU完成运算，暂存参加运算的数据。⑤执行部件的控制电路从总线接口的指令队列取出指令操作码，通过译码电路分析，发出相应的控制命令，控制ALU数据流向。⑥标志寄存器PSW存放ALU运算结果特征，16位寄存器，其中有7位未用。14第二章工作过程动画演示15第二章寄存器：用于存放运算过程中所需要操作数地址、操作数及中间结果；特点：在CPU内部；存取速度比存储器快得多；容量小。8086CPU内部有4组16位寄存器（P24图2-2）。三、寄存器结构16第二章ESSSDS代码段寄存器CS数据段寄存器堆栈段寄存器附加段寄存器段寄存器PSW指令指针寄存器IP标志位寄存器指令指针和标志位寄存器数据寄存器DLDHDX计数寄存器CLCHCX基址寄存器BLBHBX累加器ALAHAX通用寄存器组DISIBP堆栈指针寄存器SP地址指针寄存器源变址寄存器目的变址寄存器指针和变址寄存器17第二章1、通用寄存器组4个16位的通用寄存器，可以存放16位的数据和地址；也可以分为8个8位的寄存器使用，只能存放数据，不能存放地址。通用寄存器组对任何指令都有相同的功能，也有专门的用途。18第二章不能隐含在间接寻址的输入输出指令中作地址寄存器隐含在字乘(除)法存乘积高位/被除数高位/余数DX不能隐含在移位/循环移位指令中作移位次数寄存器CL隐含在串操作指令和LOOP指令中作计数器CX隐含在XLAT指令中作基址寄存器不能隐含在间接寻址中作基址寄存器BX在XLAT指令中作累加器隐含在十进制运算指令中作累加器AL隐含在LAHF指令中,作目标寄存器AH隐含在乘(除)法中存放被乘(除)数或乘积(商)不能隐含在输入输出指令中数据寄存器AX,AL隐含性质特殊用途寄存器名表2-1寄存器的特殊用途(待续)（见P25）19第二章2、指针和变址寄存器这组寄存器存放的内容是某一段内地址偏移量，用来形成操作数地址，主要在堆栈操作和变址运算中使用。20第二章隐含在堆栈操作中作堆栈指针SP不能隐含在间接寻址中作基址指针BP不能隐含在间接寻址中作变址寄存器隐含在字符串运算指令中作目标变址寄存器DI不能隐含在间接寻址中作变址寄存器隐含在字符串运算指令中作源变址寄存器SI隐含性质特殊用途寄存器名表2-1寄存器的特殊用途(续)21第二章3、段寄存器将1MB的存储空间分成若干逻辑段，每段最长64KB，这些逻辑段在整个存储空间中可浮动。段寄存器存放相应逻辑段的首地址，称为“段基址”。22第二章4、指令指针寄存器和标志位寄存器IP存放下一条指令在现行代码段中的偏移地址。PSW用来存放运算结果的特征，常用作后续条件转移指令的转移控制条件。23第二章状态标志：存放运算结果的特征6个状态标志位(CF，PF，AF，ZF，SF，OF)控制标志：控制某些特殊操作3个控制标志位(TF，IF，DF)标志位寄存器PSW具体格式：24第二章①CF(进位标志位)：保存加法的进位和减法的借位，有进位或借位时CF=1，否则CF=0②PF(奇偶标志位)：表示计算结果低8位‘1’的个数是奇数还是偶数.偶数个PF＝1，否则，PF＝0③AF(辅助进位位)：保存加法或减法结果第4、5位之间的进位或借位。有则AF=1,否则，AF=0（1）状态标志位的名称和含义25第二章④ZF(零标志位)：表示运算结果是否为零,为零则ZF＝1⑤SF(符号标志位)：保存运算结果的算术符号。SF＝1，表示本次运算结果的最高位(第8位或第16位)为“1”，否则SF＝0。⑥OF(溢出标志位)：表示两个带符号数相加或者相减时是否发生了溢出。溢出则OF＝1，否则OF=0对无符号数操作则不用考虑溢出标志。例：P27例2-226第二章例2-2写出两数相加后的状态标志位的状态0101001110010100+10001000100000011101110000010101CF=0、PF=0、AF=0、ZF=0、SF=1、OF=027第二章①TF(单步标志位)：TF=1可使微处理器进入跟踪方式，即单步调试状态。②IF(中断允许标志位)：用来控制CPU是否能够响应可屏蔽中断。IF＝1表示允许CPU响应可屏蔽中断。③DF(方向标志位)：在串操作指令中，通过DF可选择对DI/SI寄存器的内容进行递增或递减方式.DF=1,寄存器内容自动递减;DF=0,则相反。（2）控制标志位的名称和含义28第二章2.28086CPU的系统配置和引脚功能1、8086CPU根据它的基本性能，应包括20条地址线，16条数据线，加上控制信号，电源和地线，芯片的引脚比较多。但由于制造工艺的限制，8086CPU芯片采用40条引脚的双列直插式封装，因此部分引脚采用了分时复用的方式。一、概述29第二章2、8086CPU有两种工作模式（1）最小模式、最大模式（2）设定方法由硬件设定，当8086引脚=1时，构成最小模式，当=0时，构成最大模式。（3）特点/MNMX/MNMX系统控制信号由总线控制器8288提供系统控制信号由CPU提供构成多处理器系统构成单处理器系统接地接+5V最大模式最小模式表2-2最小模式和最大模式的特点/MNMX/MNMX30第二章二、最小模式系统8286/8287TOE地址/数据A19~A16RES时钟发生器VccAD15~AD0I/O芯片DATA存储器DATADENDT/RBHEALE8086CPURDWRM/IOOESTB8282/8283地址BHE16位数据总线20位地址总线MN/MXVcc1、系统配置图31第二章2、主要外围芯片（1）地址锁存器8282/8283由于地址和数据是分时复用的一组总线，所以要加入地址锁存器，先锁存地址，使在读写总线周期内地址保持稳定。8282/8283可以将要访问的存储器和I/O端口的地址锁存下来。（2）双向数据总线收发器8286/82878086CPU驱动数据的负载能力有限，当挂在数据总线上的部件增加时，可以利用双向数据总线收发器8286/8287来增加驱动能力。（3）时钟发生器82848086CPU的内部和外部的时钟信号由时钟输入信号CLK提供，CLK信号是由外部时钟发生器8284产生。32第二章各芯片的管脚功能见P41-45，自学。最大模式系统（自学，P45-48）33第二章三、8086CPU在最小模式下的引脚定义01020304050607080910111213141516171819204039383736353433323130292827262524232221GNDAD14/A14AD13/A13AD12/A12AD11/A11AD10/A10AD9/A9AD8/A8AD7AD6AD5AD4AD3AD2AD1AD0NMIINTRCLKGNDVCC（5V）AD15/A15A16/S3A17/S4A18/S5A19/S6/BHE/S7HIGH（/SS0）MN//MX/RDHOLD（/RQ//GT0）HLDA（/RQ//GT1）/WR（/LOCK）M//IO（/S2）DT//R（/S1）/DEN（/S0）ALE（QS0）/INTA（QS1）/TESTREADYRESET8086/808834第二章1、地址/数据总线AD15-AD0(2~16，39脚)它是16条地址/数据复用引脚，双向，三态。（1）（8086/8088）AD15-AD0：16位地址总线A15-A0，输出访问存储器或I/O的地址信息。（2）（8086）AD15-AD0：16位数据总线D15-D0，与存储器和I/O设备交换数据信息。（3）（8088）AD7-AD0：8位数据总线D7-D0，与存储器和I/O设备交换数据信息。（4）地址/数据总线分时复用。35第二章2、地址/状态总线A19/S6-A16/S3(35~38脚)它是地址/状态复用引脚，输出，三态。（1）作用①输出访问存储器的20位地址的高4位地址A19-A16；②输出CPU的工作状态。（2）状态线的作用①S6：指示8086当前是否与总线相连，S6=0，表示8086当前与总线相连。②S5：表明中断允许标志的状态，若允许可屏蔽中断请求，则S5=1，若S5=0，则禁止一切可屏蔽中断源的中断。36第二章③S4S3：指出当前使用段寄存器的情况。当前正在使用DS11当前正在使用CS01当前正在使用SS10当前正在使用ES00段寄存器S3S4表2-3S4S3状态编码含义37第二章3、（BusHighEnable/Status）(34脚)高8位数据总线允许/状态复用引脚，输出。此引脚输出低电平信号时，表示高8位数据线D15-D8上的数据有效。输出高电平时，S7输出状态信息（未赋予实际的意义）。4、（Minimun/Maximun）(33脚)工作模式选择信号，输入。=1，表示CPU工作在最小模式下；=0，表示CPU工作在最大模式下。7/BHES/MNMX/MNMX/MNMX38第二章5、（Read）(32脚)读信号，三态输出，低电平有效。=0，表示当前CPU正在对存储器或I/O端口进行读操作。6、（Write）(29脚)