微機(jī)原理與接口技術(shù)課件

第一章微型計(jì)算機(jī)概述1.1微型計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)1.2微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.3微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)算基礎(chǔ)1.1微型計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

1.1.1微型計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1.1.2微處理器1.1.3內(nèi)存儲(chǔ)器1.1.4輸入輸出設(shè)備和輸入輸出接口1.1.5總線返回微型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)框圖由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大部分組成返回1.1.1微型計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1.1.2微處理器微處理器，中央處理單元簡(jiǎn)稱CPU（CentralProcessingUnit）本身具有運(yùn)算和控制功能

控制器：負(fù)責(zé)全機(jī)的控制工作運(yùn)算器：執(zhí)行所有的算術(shù)和邏輯運(yùn)算微處理器是微型計(jì)算機(jī)的核心，多數(shù)CPU是單片的，有時(shí)也會(huì)見多片型的，即幾個(gè)片合起來完成一個(gè)CPU的功能.CPU的功能：

1.進(jìn)行算術(shù)和邏輯運(yùn)算

2.能對(duì)指令進(jìn)行譯碼并執(zhí)行規(guī)定的動(dòng)作

3.可暫存少量數(shù)據(jù)

4.提供整個(gè)系統(tǒng)所需要的定時(shí)和控制

5.能和存儲(chǔ)器、外設(shè)交換數(shù)據(jù)

6.可以響應(yīng)其他部件發(fā)來的中斷請(qǐng)求CPU在內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成1.算術(shù)邏輯部件（ALU）處理各種數(shù)據(jù)信息，可以進(jìn)行加、減、乘、除算術(shù)和與、或、非、異或等邏輯運(yùn)算2.累加器和通用寄存器組用來保存參加運(yùn)算的數(shù)據(jù)以及運(yùn)算的中間結(jié)果，也用來存放地址3.程序計(jì)數(shù)器（指令指針）指向下一條要取出的指令4.指令寄存器存放從存儲(chǔ)器中取出的指令碼5.譯碼器對(duì)指令碼進(jìn)行譯碼和分析，從而確定指令的操作，并確定操作數(shù)的地址，再得到操作數(shù)，以完成指定的操作。6.時(shí)序和控制部件指令譯碼器對(duì)指令進(jìn)行譯碼時(shí)，產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)送到時(shí)序和控制邏輯電路，組合成外部電路所需要的時(shí)序和控制信號(hào)。這些信號(hào)送到微型計(jì)算機(jī)的相應(yīng)部件，以控制這些部件協(xié)調(diào)工作。

CPU的控制信號(hào)1.由CPU內(nèi)部產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)：送到存儲(chǔ)器、輸入/輸出接口電路和其他部件2.微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的其它部件也會(huì)在它們需要的時(shí)候向CPU發(fā)出各種請(qǐng)求信號(hào)：如中斷請(qǐng)求、總線、請(qǐng)求等。返回1.1.3內(nèi)存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)器又叫內(nèi)存或主存計(jì)算機(jī)的記憶部件存放數(shù)據(jù)（包括原始數(shù)據(jù)，中間結(jié)果和最終結(jié)果）和程序1.內(nèi)存單元的地址和內(nèi)容內(nèi)存中存放的數(shù)據(jù)和程序，從形式上看都是二進(jìn)制數(shù)：二進(jìn)制有關(guān)的數(shù)據(jù)單位：位：1位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)信息的基本單位字節(jié):每8位組成一個(gè)字節(jié)字:16位雙字:32位一個(gè)存儲(chǔ)單元中存放的信息稱為該存儲(chǔ)單元的內(nèi)容，每一個(gè)字節(jié)單元有一個(gè)存儲(chǔ)器地址，地址用二進(jìn)制數(shù)表示，為無符號(hào)整數(shù)，書寫格式為16進(jìn)制，如下圖所示：1514131211109876543210高位字節(jié)低位字節(jié)字16位時(shí)，低位字節(jié)存入低地址，高位字節(jié)存入高地址：

兩個(gè)字節(jié)單元構(gòu)成一個(gè)字單元，字單元的地址采用它的低地址表示字節(jié)

34H

12H

1EH2FH

0004H0005H1234H1235H

(0004)=1234H

(1234)=2F1EH((0004H))=2F1EH

如用X表示某存儲(chǔ)單元的地址，則X單元的內(nèi)容用（X）表示，假如X單元中存放著Y,則（X）=Y,而Y又是一個(gè)地址，則可用（Y）=((X))來表示Y單元的內(nèi)容。如：存儲(chǔ)器地址與內(nèi)容有關(guān)說明1.存儲(chǔ)器以字節(jié)（8bit）為單位存儲(chǔ)信息2.每個(gè)字節(jié)單元有一個(gè)地址，從0編號(hào)，順序加13.地址也用二進(jìn)制數(shù)表示（無符號(hào)整數(shù)，寫成十六進(jìn)制）4.地址是16位,可表示216=65536=64K個(gè)地址，即0000H－FFFFH5.字長(zhǎng)16位，一個(gè)字要占用相繼的兩個(gè)字節(jié)6.低位字節(jié)存入低地址，高位字節(jié)存入高地址7.機(jī)器以偶地址訪問（讀/寫）存儲(chǔ)器8.字單元地址用它的低地址來表示2.內(nèi)存操作CPU對(duì)內(nèi)存的操作有讀、寫兩種：1.讀操作是CPU將內(nèi)存單元的內(nèi)容取入CPU內(nèi)部2.寫操作是CPU將其內(nèi)部信息傳送到內(nèi)存單元保存起來3.內(nèi)存分類按工作方式不同，內(nèi)存可分為兩大類：隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM(RandomAccessMemory)

只讀存儲(chǔ)器ROM(ReadOnlyMemory)RAM可以被CPU隨機(jī)地讀和寫，所以又稱為讀寫存儲(chǔ)器ROM中的信息只能被CPU隨機(jī)讀取，而不能由CPU任意寫入返回1.1.4輸入輸出設(shè)備和輸入輸出接口輸入輸出設(shè)備是指微型計(jì)算機(jī)上配備的I/O設(shè)備，也稱為外部設(shè)備或外圍設(shè)備（簡(jiǎn)稱外設(shè)），其功能是為微型計(jì)算機(jī)提供具體的輸入/輸出手段微型計(jì)算機(jī)上配置的標(biāo)準(zhǔn)輸入設(shè)備和標(biāo)準(zhǔn)輸出設(shè)備一般是指鍵盤和顯示器，二者又合稱為控制臺(tái)

為了解決微型計(jì)算機(jī)與種類繁多的外設(shè)之間的信息交換，各種外設(shè)都通過相應(yīng)的接口(Interface)電路與主機(jī)系統(tǒng)相連。返回1.1.5總線總線實(shí)際上由一組導(dǎo)線條上關(guān)電路組成，是各種公共信號(hào)線的集合，用作微機(jī)各部分之間傳遞信息所共同使用的“高速信息公路”。在CPU，存儲(chǔ)器，I/O接口之間傳輸信息的總線稱為“系統(tǒng)總線”。系統(tǒng)總線包括：數(shù)據(jù)總線，地址總線和控制總線。返回1.1.5總線1.數(shù)據(jù)總線（databus,DB）數(shù)據(jù)總線用來傳輸數(shù)據(jù)信息，是雙向總線

2.地址總線（addressbus,AB）地址總線用于傳送CPU發(fā)出的地址信息，是單向總線3.控制總線（controlbus,CB）控制總線用來傳送控制信號(hào)、時(shí)序信號(hào)和狀態(tài)信息等。其中有的是CPU向內(nèi)存和外設(shè)發(fā)出的信息，有的則是內(nèi)存或外設(shè)向CPU發(fā)出的信息。可見，CB中每一根線的方向是一定的、單向的，但CB作為一個(gè)整體是雙向的返回1.2微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.2.1微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成1.2.2微型計(jì)算機(jī)的主要性能指標(biāo)1.2.3典型微型計(jì)算機(jī)的組成結(jié)構(gòu)返回1.2.1微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成一臺(tái)完整的計(jì)算機(jī)必須由硬件和軟件這兩大部分組成，其中硬件是基礎(chǔ)，軟件是靈魂，二者缺一不可。微型計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)是機(jī)器的實(shí)體部分，主要包括主機(jī)和外圍設(shè)備。微型計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)主要包括系統(tǒng)軟件、各種程序設(shè)計(jì)語言、應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫(kù)等。返回微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成1.2.2微型計(jì)算機(jī)的主要性能指標(biāo)返回1.基本字長(zhǎng)位（Bit），是計(jì)算機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的基本單位，音譯為“比特”，習(xí)慣上用“b”來表示。字節(jié)，是計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)處理的基本單位，習(xí)慣上用“B”來表示。一個(gè)字節(jié)由8個(gè)二進(jìn)制位構(gòu)成，即1Byte=8bit。此外，字（Word）可以表示2個(gè)字節(jié)，即16個(gè)二進(jìn)制位；雙字（DoubleWord），可以表示4個(gè)字節(jié)，即32個(gè)二進(jìn)制位?；咀珠L(zhǎng)是指參與運(yùn)算數(shù)的基本位數(shù)，它是由加法器、寄存器、數(shù)據(jù)總線的位數(shù)決定的1.2.2微型計(jì)算機(jī)的主要性能指標(biāo)返回2.主存容量一個(gè)主存儲(chǔ)器所能存儲(chǔ)的最大信息容量稱為主存容量3.運(yùn)算速度人們用計(jì)算機(jī)的主頻——時(shí)鐘頻率來表示運(yùn)算速度，以MHz或GHz為單位4.系統(tǒng)配置5.性能價(jià)格比1.2.3典型微型計(jì)算機(jī)的組成結(jié)構(gòu)Pentium系列處理器主處理器總線（3.3V或2.5VI/O,60～66MHz）第二級(jí)CacheCache（PBSRAM）標(biāo)簽CntlTagCntlTIO[7:0]82439TX(MTXC)DRAM接口(3.5V或5V)主存儲(chǔ)器(DRAM)PCI總線（3.3V或5V,30/33MHz）ISA插槽PCI擴(kuò)充連接器PCI插槽PCI插槽PCI總線（5V）82380FB(MPCI2)82380AB(MISA)ISA總線（5V）CD-ROM硬盤IDEUDMA/33通用串行總線(USB)ISA/EIO總線(兼容3.3V,5V)USB1USB2GP[I,O](30+)SMB(I2C)音頻PC87317VULBIOS串行口紅外口并行口鼠標(biāo)口鍵盤口軟盤口82371AB(PIIX4)硬盤只適應(yīng)可撤卸的擴(kuò)充站

并行端口、COM0、視頻口、鍵盤、鼠標(biāo)、游戲口ISA插槽音頻編碼視頻擴(kuò)展卡插槽COM1Socket7CPUDIMMSocketsDIMMSockets512KBCacheFLASH視頻輸入視頻存儲(chǔ)器揚(yáng)聲器板面狀態(tài)接口配置跳線接口圖形控制器視頻抓取處理器PCI插槽TV輸出多媒體通道連接器GPIO82430TXMTXC82430TXPIIX4電源連接器軟盤連接器PC87307VULIDE連接器IDE連接器電池穩(wěn)壓器

典型微型計(jì)算機(jī)主板結(jié)構(gòu)圖返回

1.3微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)算基礎(chǔ)

1.3.1數(shù)和數(shù)制1.3.2數(shù)的表示1.3.3數(shù)的編碼預(yù)備知識(shí)22=424=1628=256210=1024220=10485761K=210=1024（Kilo）1M=1024K=220

（Mega）1G=1024M=230（Giga）常用的名詞術(shù)語1.位（

bit比特）：1個(gè)二進(jìn)制位位是計(jì)算機(jī)所能表示的最基本最小的數(shù)據(jù)單元。2.字和字長(zhǎng)字是計(jì)算機(jī)內(nèi)部進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的基本單位，通常它與計(jì)算機(jī)內(nèi)部的寄存器、運(yùn)算裝置、總線的寬度相一致。字長(zhǎng)：計(jì)算機(jī)的每一個(gè)字所包含的二進(jìn)制位數(shù)稱為字長(zhǎng)。3.字節(jié)（Byte）：8個(gè)二進(jìn)制位，即1Byte=8bit字節(jié)的長(zhǎng)度是固定的，但不同的計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)不同4.字（

Word）：16位，2個(gè)字節(jié)，即1Word=2Byte=16bit5.雙字（DoubleWord)：32位1.3.1數(shù)和數(shù)制1.數(shù)制與進(jìn)位計(jì)數(shù)法2.數(shù)制轉(zhuǎn)換3.數(shù)制運(yùn)算1.數(shù)制與進(jìn)位計(jì)數(shù)法數(shù)制：進(jìn)位記數(shù)制是一種記數(shù)的方法?；鶖?shù)：數(shù)碼的個(gè)數(shù)。進(jìn)制后綴特點(diǎn)基數(shù)數(shù)碼二進(jìn)制數(shù)B逢2進(jìn)1，借1當(dāng)220，1八進(jìn)制數(shù)O逢8進(jìn)1，借1當(dāng)880，1，2，3，4，5，6，7十進(jìn)制數(shù)D逢10進(jìn)1，借1當(dāng)10100，1，2，3，4，5，6，7，8，9十六進(jìn)制數(shù)H逢16進(jìn)1，借1當(dāng)16160，1，2，3，4，5，6，7，8，9，A，B，C，D，E，F(xiàn)1.數(shù)制與進(jìn)位計(jì)數(shù)法1.數(shù)制與進(jìn)位計(jì)數(shù)法2.數(shù)制轉(zhuǎn)換進(jìn)制轉(zhuǎn)換的一般方法（1）r進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)例1-3：把110110B，123.4Q和2AB.8H轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)。2.數(shù)制轉(zhuǎn)換（2）十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換位r進(jìn)制數(shù)例1-4：把十進(jìn)制數(shù)123。25D轉(zhuǎn)換位二進(jìn)制、八進(jìn)制和十六進(jìn)制數(shù)。解：123.25D=1111011.01B=173.2Q=7B.4H，計(jì)算過程如下。2.數(shù)制轉(zhuǎn)換2.數(shù)制轉(zhuǎn)換(3)二進(jìn)制數(shù)與八進(jìn)制、十六進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換3位二進(jìn)制數(shù)4位二進(jìn)制數(shù)十進(jìn)制數(shù)十六進(jìn)制數(shù)000001010011100101110111000000010010001101000101011001111000100110101011110011011110111101234567891011121314150123456789ABCDEF例1-5：把10110011100.11B轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制數(shù)和十六進(jìn)制數(shù)。解：010

110

011

100

110263460101

1001

1100

110059CC所以，10110011100.11B=2634.6Q=59C.CH2.數(shù)制轉(zhuǎn)換2.數(shù)制轉(zhuǎn)換例1-6：把1FD7.108H轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)和八進(jìn)制數(shù)。解：1

F

D

7

1

0

8

0001111111010111000100001000001

111

111

010

111

000

100

001

000177270410所以，1FD7.108H=1111111010111.000100001000B=17727.041Q3.數(shù)制運(yùn)算加減乘除0+0=00+1=11+1=100-0=01-0=11-1=00×0=00×1=01×0=01×1=1與十進(jìn)制除法類似與或非異或0×0=00×1=01×0=01×1=10+0=00+1=11+0=11+1=100=001=110=111=01.3.2數(shù)的表示1.機(jī)器數(shù)2.原碼、反碼和補(bǔ)碼3.補(bǔ)碼運(yùn)算1.機(jī)器數(shù)計(jì)算機(jī)中的數(shù)是用二進(jìn)制來表示的，數(shù)的符號(hào)也是用二進(jìn)制表示的。在機(jī)器中，把一個(gè)數(shù)連同其符號(hào)在內(nèi)數(shù)值化表示的數(shù)稱為機(jī)器數(shù)。計(jì)算機(jī)常用8位、16位、32位等一個(gè)或多個(gè)字節(jié)的字長(zhǎng)來表示一個(gè)機(jī)器數(shù)。1.機(jī)器數(shù)計(jì)算機(jī)要處理的數(shù)有無符號(hào)數(shù)和有符號(hào)數(shù)。所謂無符號(hào)數(shù)，通常表示一個(gè)數(shù)的絕對(duì)值或存儲(chǔ)單元的地址。對(duì)無符號(hào)數(shù)而言，數(shù)的各個(gè)位都用來表示數(shù)的大小，所有的位均為數(shù)值位。所謂有符號(hào)數(shù)，即有正負(fù)意義的機(jī)器數(shù)。對(duì)有符號(hào)數(shù)而言，數(shù)的最高有效位為符號(hào)位，表示數(shù)的符號(hào)，正數(shù)用0表示，負(fù)數(shù)用1表示，其余位為數(shù)值位。假設(shè)機(jī)器字長(zhǎng)n為8位76543210符號(hào)位數(shù)值位假設(shè)機(jī)器字長(zhǎng)n為16位符號(hào)位數(shù)值位1514131211109876543210符號(hào)位=0表示正數(shù)符號(hào)位=1表示負(fù)數(shù)1.機(jī)器數(shù)2.原碼、反碼和補(bǔ)碼正數(shù)的原碼就是它本身，負(fù)數(shù)的原碼符號(hào)位為1，數(shù)值位為其絕對(duì)值；正數(shù)的反碼就是它本身，負(fù)數(shù)的反碼符號(hào)位為1，數(shù)值位為其絕對(duì)值按位求反。例1-7：機(jī)器字長(zhǎng)n=8時(shí)，求+1D和-1D的原碼和反碼。解：[+1D]原=00000001B=01H，[-1D]原=10000001B=81H，[+1D]反=00000001B=01H，[-1D]反=11111110B=FEH。2.原碼、反碼和補(bǔ)碼補(bǔ)碼表示法的規(guī)則是：對(duì)于二進(jìn)制數(shù)，正數(shù)的補(bǔ)碼就是它本身，負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼，對(duì)該負(fù)數(shù)相對(duì)應(yīng)的正數(shù)的補(bǔ)碼先按位求反后末位加1。例1-8：機(jī)器字長(zhǎng)n=8時(shí)，求+1D和-1D的補(bǔ)碼。解：[+1]補(bǔ)=+1D=00000001B按位求反11111110末位加111111111[11]補(bǔ)=11111111B=0FFH所以：+1D=00000001B=01H，則[+1]補(bǔ)=00000001B=01H，[-1]補(bǔ)=111111111B=0FFH。2.原碼、反碼和補(bǔ)碼例1-9：機(jī)器字長(zhǎng)n=16時(shí)，求+8D和-8D的補(bǔ)碼。解：[+8]補(bǔ)=+8D=0000000000001000B按位求反1111111111110111末位加11111111111111000[-8]補(bǔ)=111111111000B=0FFF8H所以，[+8]補(bǔ)=0000000000001000B=0008H，[-8]補(bǔ)=11111111111111111B=0FFF8H。2.原碼、反碼和補(bǔ)碼例1-10：用8位和16位字長(zhǎng)的數(shù)分別表示+47D和-47D的補(bǔ)碼。解：用8位字長(zhǎng)表示，+47D=00101111B[+47]補(bǔ)=+47D=00101111B=2FH按位求反11010000末位加111010001[-47]補(bǔ)=11010001B=0D1H用16位字長(zhǎng)表示，直接對(duì)8位表示的補(bǔ)碼進(jìn)行符號(hào)擴(kuò)展即可，即[+47]補(bǔ)=002FH，[-47]補(bǔ)=0FFD1H2.原碼、反碼和補(bǔ)碼3.補(bǔ)碼運(yùn)算所謂求補(bǔ)運(yùn)算是指對(duì)一個(gè)二進(jìn)制數(shù)的補(bǔ)碼先按位求反再末位加1的運(yùn)算，簡(jiǎn)稱“求補(bǔ)”或“變補(bǔ)”。3.補(bǔ)碼運(yùn)算“求補(bǔ)”和“求補(bǔ)碼”是兩個(gè)不同的概念前者是進(jìn)行“變反加1”的運(yùn)算過程，即求一個(gè)數(shù)的相反數(shù)的補(bǔ)碼；后者就是求一個(gè)數(shù)的補(bǔ)碼，它可以是“求補(bǔ)運(yùn)算”，也可以是“符號(hào)-絕對(duì)值”表示。3.補(bǔ)碼運(yùn)算補(bǔ)碼的加法和減法運(yùn)算規(guī)則是：[X+Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)+[Y]補(bǔ)[X-Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)+[-Y]補(bǔ)其中[-Y]補(bǔ)可以用對(duì)[Y]補(bǔ)進(jìn)行求補(bǔ)運(yùn)算得到3.補(bǔ)碼運(yùn)算例1-11：用補(bǔ)碼進(jìn)行下列運(yùn)算：23+15；(-23)+(-15)；23-15；(-23)-(-15)。解：

[23]補(bǔ)=00010111B=17H；[-23]補(bǔ)=11101001B=0E9H；[15]補(bǔ)=00001111B=0FH；[-15]補(bǔ)=11110001B=0F1H；運(yùn)算過程如下：3.補(bǔ)碼運(yùn)算3.補(bǔ)碼運(yùn)算1.3.3數(shù)的編碼1．BCD碼（及其（加減）運(yùn)算）2.ASCII碼1．BCD碼（及其（加減）運(yùn)算）8421BCD碼（簡(jiǎn)稱BCD碼），即將1位十進(jìn)制數(shù)0~9分別用4位二進(jìn)制編碼來表示，而這四位的權(quán)從高位到低位一次是8，4，2，1。十進(jìn)制數(shù)8421BCD碼十進(jìn)制數(shù)8421BCD碼012345670000000100100011010001010110011189101112131415100010010001000000010001000100100001001100010100000101011．BCD碼（及其（加減）運(yùn)算）例1-12：用組合和非組合BCD碼分別表示十進(jìn)制數(shù)43和512。解：2.ASCII碼

用7位二進(jìn)制碼表示一個(gè)字符，共能表示128個(gè)不同的字符。第2章微處理器2.18086微處理器的結(jié)構(gòu)2.1.18086的功能結(jié)構(gòu)2.1.28086的寄存器結(jié)構(gòu)2.1.38086的工作模式和引腳特性2.28086的系統(tǒng)組成和總線時(shí)序2.2.18086的系統(tǒng)組成2.2.28086的總線時(shí)序2.3高檔微處理器2.3.180386微處理器2.3.2Pentium微處理器2.3.3Intel新技術(shù)第2章微處理器微處理器，中央處理單元（CentralProcessingUnit,CPU)采用大規(guī)模（LSI）或超大規(guī)模集成電路（VLSI）技術(shù)制成的半導(dǎo)體芯片。它將控制單元，寄存器組，算術(shù)邏輯單元（ALU）及內(nèi)部總線集成在芯片上，組成具有運(yùn)算器和控制器功能的部件。2.18086微處理器的結(jié)構(gòu)8086是Intel系列的第三代16位微處理器HMOS高密度工藝每片集成4萬多只晶體管單一+5v電源主頻為5MHz/10MHz內(nèi)部和外部的數(shù)據(jù)總線寬度是16位，地址總線寬度20位，可導(dǎo)址空間達(dá)220，即1MB。2.1.18086的功能結(jié)構(gòu)執(zhí)行部件EU（ExecutionUnit）由運(yùn)算器、寄存器組、控制器等組成，負(fù)責(zé)指令的執(zhí)行總線接口部件BIU（BusInterfaceUnit）由指令隊(duì)列、地址加法器、總線控制邏輯等組成，負(fù)責(zé)與系統(tǒng)總線打交道數(shù)據(jù)寄存器指針和變址寄存器AHALBHBLCHCLDHDLSPBPSIDIAXBXCXDX暫存寄存器ALU標(biāo)志寄存器FREU控制器ALU數(shù)據(jù)總線（16位）指令隊(duì)列緩沖器123456總線控制邏輯8086總線地址加法器CSDSSSESIP內(nèi)部暫存器AB(20位)執(zhí)行部件（EU）總線接口部件（BIU）DB(16位)（8位）隊(duì)列總線

8086CPU的內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)框圖1.執(zhí)行部件EU

(1)EU的功能：A.從BIU的指令隊(duì)列緩沖器中取出指令，由EU控制器的指令譯碼器譯碼產(chǎn)生相應(yīng)的操作控制信號(hào)給各部件B.對(duì)操作數(shù)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算，并將運(yùn)算結(jié)果的狀態(tài)特征保存到狀態(tài)寄存器FR中C.EU不直接與CPU外部系統(tǒng)相連，當(dāng)需要與主存儲(chǔ)器或I/O設(shè)備交換數(shù)據(jù)時(shí)，EU向BIU發(fā)出命令，并提供給BIU16位有效地址及所需傳送的數(shù)據(jù)(2)執(zhí)行部件EU的組成A.EU由算術(shù)邏輯單元ALUB.通用數(shù)據(jù)寄存器組C.地址指針和變址寄存器D.標(biāo)志寄存器E.數(shù)據(jù)暫存寄存器F.EU控制器組成1.執(zhí)行部件EU（3）EU的特點(diǎn)：A.通用數(shù)據(jù)寄存器AX，BX，CX，DX，既可以作16位寄存器使用，也可以分成高、低8位分別作兩個(gè)8位寄存器使用。地址指針BP，SP和變址寄存器SI，DI都是16位寄存器。B.ALU的核心是16位二進(jìn)制加法器C.16位狀態(tài)標(biāo)志寄存器（7位未用）存放操作后的狀態(tài)特征和設(shè)置的控制標(biāo)志。如下圖所示：D.EU控制器是執(zhí)行指令的控制電路，實(shí)現(xiàn)從隊(duì)列中取指令、譯碼、產(chǎn)生控制信號(hào)等。D15D14D13D12D11D10D9D8D7D6D5D4D3D2D1D0CFPFAFZFSFTFIFDFOFPSW

1.執(zhí)行部件EU2.總線接口部件BIU(1)

BIU的功能:1)BIU從主存取指令送到指令隊(duì)列緩沖器2)CPU執(zhí)行指令時(shí)，總線接口單元要配合EU從指定的主存單元或外設(shè)端口中取數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)傳送給EU或把EU的操作結(jié)果傳送到指定的主存單元或外設(shè)端口中3)計(jì)算并形成訪問存儲(chǔ)器的20位物理地址2.總線接口部件BIU(3)BIU的組成:1)4個(gè)16位段寄存器2)16位指令指針寄存器3)20位物理地址加法器4)6字節(jié)指令隊(duì)列及總線控制邏輯2.總線接口部件BIU

(3)BIU的特點(diǎn)：1)指令隊(duì)列是由6個(gè)字節(jié)的寄存器組成（8088指令隊(duì)列由4個(gè)字節(jié)組成），采用“先進(jìn)先出”原則。2)地址加法器是用來產(chǎn)生20位存儲(chǔ)器物理地址的。物理地址的計(jì)算公式為：物理地址(20位)=段基址(16位)×16+偏移地址(16位)3)8086分配20條引腳線分時(shí)傳送20位地址，16位數(shù)據(jù)和4位狀態(tài)信息。2.總線接口部件BIU2.1.28086的寄存器結(jié)構(gòu)三組信息寄存器通用數(shù)據(jù)寄存器組地址指針和變址寄存器段寄存器組一個(gè)標(biāo)志寄存器指令指針寄存器IP1.通用數(shù)據(jù)寄存器四個(gè)16位通用寄存器AX,BX,CX和DX可以拆成兩個(gè)獨(dú)立的8位寄存器使用參與算術(shù)和邏輯運(yùn)算，但它們還有各自特殊的用途。寄存器一般用法隱含用法AX16位累加器（Accumulator)字乘時(shí)提供一個(gè)操作數(shù)并存放積的低字;字除時(shí)提供被除數(shù)的低字并存放商ALAX的低8位字節(jié)乘時(shí)提供一個(gè)操作數(shù)并存放積的低字節(jié)；字節(jié)除時(shí)提供被除數(shù)的低字節(jié)并存放商；BCD碼運(yùn)算指令和XLAT指令中作累加器；字節(jié)I/O操作中存放8位輸入/輸出數(shù)據(jù)AHAX的高8位字節(jié)乘時(shí)提供一個(gè)操作數(shù)并存放積的高字節(jié)；字節(jié)除時(shí)提供被除數(shù)的高字節(jié)并存放余數(shù)；LAHF指令中充當(dāng)目的操作數(shù)BX基址(Base)寄存器,支持多種尋址,常用作地址寄存器XLAT指令中提供被查表格中源操作數(shù)的間接地址CX16位計(jì)數(shù)器（Counter）串操作時(shí)用作串長(zhǎng)計(jì)數(shù)器；循環(huán)操作中用作循環(huán)次數(shù)計(jì)數(shù)器CL8位計(jì)數(shù)器移位或循環(huán)移位時(shí)用作移位次數(shù)計(jì)數(shù)器DX16位數(shù)據(jù)（Data）寄存器在間接尋址的I/O指令中提供端口地址；字乘時(shí)存放積的高字，字除時(shí)提供被除數(shù)高字并存放余數(shù)表2-18086中通用寄存器的一般用法和隱含用法2.指針及變址寄存器（4個(gè)16位寄存器）EU中有兩個(gè)地址指針寄存器和兩個(gè)變址寄存器，它們分別為：SP（StackPointer），堆棧指針寄存器BP（BasePointer），基址指針寄存器SI（SourceIndex），源變址寄存器DI（DestinationIndex），目的變址寄存器它們的應(yīng)用如圖所示：寄存器一般用法隱含用法SP堆棧指針（StackPointer），與SS配合指示堆棧棧頂?shù)奈恢脡簵！⒊鰲２僮髦兄甘緱ｍ擝P基址指針（BasePointer），它支持間接尋址、基址尋址、基址加變址等多種尋址手段。在子程序調(diào)用時(shí)，常用它來取壓棧的參數(shù)SI源變址（SourceIndex）寄存器。它支持間接尋址、變址尋址、基址加變址尋址等多種尋址串操作時(shí)用作源變址寄存器，指示數(shù)據(jù)段（段默認(rèn)）或其他段（段超越）中源操作數(shù)的偏移地址DI目的變址（DestinationIndex）寄存器。它支持間接尋址、變址尋址、基址加變址尋址等多種尋址串操作時(shí)用作目的變址寄存器，指示附加段（段默認(rèn)）中目的操作數(shù)的偏移地址表2-28086中地址寄存器的一般用法和隱含用法8086寄存器的特別說明(1)8086的堆棧及堆棧操作有以下特點(diǎn)：雙字節(jié)操作。即每次進(jìn)、出棧的數(shù)據(jù)均為兩字節(jié)。且高位字節(jié)對(duì)應(yīng)高地址，低位字節(jié)對(duì)應(yīng)低地址。無論是源操作數(shù)還是目的操作數(shù)，也無論是存儲(chǔ)器操作數(shù)還是寄存器操作數(shù)，都必須按這個(gè)原則執(zhí)行。堆棧向低地址方向生成。數(shù)據(jù)每次進(jìn)棧時(shí)堆棧指針SP向低地址方向移動(dòng)(減2)；反之，數(shù)據(jù)出棧時(shí)，SP向高地址方向移動(dòng)(加2)(2)BP、BX都被稱為基址指針，但兩者用法不同。BP只能尋址堆棧段(段缺省)，不允許段跨越；BX可以尋址數(shù)據(jù)段(段缺省)，也可以尋址附加段(段跨越)。(3)由于大多數(shù)算術(shù)和邏輯運(yùn)算中又可以使用BP、SP和變址寄存器，因而也將這4個(gè)寄存器歸入通用寄存器組。使用中應(yīng)該注意這4個(gè)寄存器只能用于16位的存取操作3.段寄存器8086CPU中有4個(gè)段寄存器，用于存放當(dāng)前程序所用的各段的起始地址，也稱為段的基地址。1.代碼段寄存器CS（CodeSegment）其內(nèi)容左移4位再加上指令指針I(yè)P的內(nèi)容，就形成下一條要執(zhí)行的指令存放的實(shí)際物理地址。2.數(shù)據(jù)段寄存器DS（DataSegment）DS中的內(nèi)容左移4位再加上按指令中存儲(chǔ)器尋址方式計(jì)算出來的偏移地址，即為數(shù)據(jù)段指定的單元進(jìn)行讀寫的地址。3.堆棧段寄存器SS（StackSegment）堆棧是按“后進(jìn)先出”原則組織的一個(gè)特別存儲(chǔ)區(qū)。操作數(shù)的存放地址是由SS的內(nèi)容左移4位再加上SP的內(nèi)容而形成的。4.附加段寄存器ES（ExtendedSegment）附加段是在進(jìn)行字符串操作時(shí)作為目的區(qū)地址使用的一個(gè)附加數(shù)據(jù)段。在字符串操作指令中SI作為源變址寄存器，DI作為目的變址寄存器，其內(nèi)容都是偏移地址。

SP，BP，SI，DI與段寄存器聯(lián)用說明（1）SP,BP與SS聯(lián)用→確定堆棧段中某一存儲(chǔ)器單元的地址，SP用來表示棧頂?shù)钠频刂?，BP可作為堆棧區(qū)中的一個(gè)基地址以便訪問堆棧中的其他信息。（2）SI,DI與DS聯(lián)用→確定數(shù)據(jù)段中某一存儲(chǔ)器單元的地址，SI和DI有自動(dòng)增量和自動(dòng)減量的功能。在串處理指令中，SI和DI作為隱含的源變址和目的變址寄存器，SI和DS聯(lián)用，DI和ES聯(lián)用，分別達(dá)到在數(shù)據(jù)段和附加段中尋址的目的。（3）DF為1，SI、DI減量，由高地址向低地址處理；DF為0，SI、DI增量，由低地址向高地址處理4.指令指針寄存器和標(biāo)志寄存器（1）指令指針寄存器IP指令指針寄存器IP是一個(gè)16位的表示地址指針的寄存器（2）標(biāo)志寄存器FR（FlagRegister）標(biāo)志寄存器也稱為程序狀態(tài)字PSW（ProgramStatusWord）寄存器，它是一個(gè)16位的標(biāo)志寄存器，但僅使用其中的9位。其中CF,OF,AF,ZF,SF,PF為6個(gè)狀態(tài)標(biāo)志位；DF，IF和TF為3個(gè)控制標(biāo)志位。如下圖所示：D15D14D13D12D11D10D9D8D7D6D5D4D3D2D1D0CFPFAFZFSFTFIFDFOFPSW

圖2-28086CPU標(biāo)志寄存器

狀態(tài)信息由中央處理機(jī)根據(jù)計(jì)算機(jī)的結(jié)果自動(dòng)設(shè)置，6位狀態(tài)位的意義說明如下：OF（OverFlag）溢出標(biāo)志：溢出為1SF（SignFlag）符號(hào)標(biāo)志：負(fù)為1，取最高有效位ZF（ZeroFlag）零標(biāo)志：是0為1CF(CarryFlag)進(jìn)位標(biāo)志：右進(jìn)位為1AF(AuxiliaryFlag)輔助進(jìn)位標(biāo)志：第3位右進(jìn)位置1(半字節(jié)）PF(ParityFlag)奇偶進(jìn)位標(biāo)志：結(jié)果中1的個(gè)數(shù)位為偶數(shù)置1。4.指令指針寄存器和標(biāo)志寄存器控制信息由系統(tǒng)程序或用戶程序根據(jù)需要用指令設(shè)置，控制標(biāo)志（3個(gè)）：DF(DirectionFlag)方向標(biāo)志：DF為1，SI、DI減量，由高地址向低地址處理；DF為0，SI、DI增量，由低地址向高地址處理IF(InteruptFlag)中斷標(biāo)志：IF為1時(shí)允許中斷TF(TrapFlag)陷阱標(biāo)志（又叫跟蹤標(biāo)志）：每執(zhí)行一條指令就引起一個(gè)內(nèi)部中斷。用于單步方式操作，TF為1，指令執(zhí)行完后產(chǎn)生陷阱，由系統(tǒng)控制計(jì)算機(jī)；TF為0，CPU不產(chǎn)生陷阱，正常工作.4.指令指針寄存器和標(biāo)志寄存器在本書第三章中介紹的匯編程序調(diào)試軟件DEBUG中提供了測(cè)試標(biāo)志位的方法，標(biāo)志位0或1是用兩個(gè)字母來表示的。標(biāo)志位OFDFIFSFZFAFPFCF1/0OV/NVDN/UPEI/DING/PLZR/NZAC/NAPE/POCY/NC4.指令指針寄存器和標(biāo)志寄存器例題例1:MOVAX,1MOVBX,2ADDAX,BX

指令執(zhí)行后，(AX)=3,OF=0,CF=0,ZF=0,SF=0例2:MOVAX,FFFFHMOVBX,1ADDAX,BX

指令執(zhí)行后，(AX)=0,OF=0,CF=1,ZF=1,SF=04.指令指針寄存器和標(biāo)志寄存器2.1.38086的工作模式和引腳特性1.芯片引腳特性的描述2．8086的工作模式3．8086的引腳特性1.芯片引腳特性的描述引腳的功能即引腳信號(hào)的定義信號(hào)的有效電平指控制引腳使用有效時(shí)的邏輯電平。低電平有效的引腳名字上面加有一條橫線，引腳名字上無橫線者為高電平有效。另有一些引腳高、低電平均有效，分別表示不同的狀態(tài)或數(shù)值。還有些引腳信號(hào)為邊沿有效。信號(hào)流向芯片與其他部件的聯(lián)系全靠在引腳上傳送信息，這些信息可能自芯片向外輸出，也可能從外部輸入到芯片，還可能是雙向的。引腳的復(fù)用為了以少量引腳提供更多的功能，會(huì)采用引腳復(fù)用的做法。三態(tài)能力“三態(tài)”能力是指有些引腳除了能正常輸出或輸入高、低電平外，還能輸出高阻狀態(tài)。當(dāng)它輸出高阻狀態(tài)時(shí)，表示芯片實(shí)際上已放棄了對(duì)該引腳的控制，使之“浮空”。這樣，與總線相連接的其它設(shè)備就可以獲得對(duì)總線的控制權(quán)，系統(tǒng)轉(zhuǎn)為接受總線的設(shè)備控制下工作。2.８０８６的工作模式8086有兩種工作模式：最小模式和最大模式。（1）8086系統(tǒng)處于最小模式，就是系統(tǒng)中的CPU只有8086單獨(dú)一個(gè)處理器。在這種系統(tǒng)中，所有總線控制信息都直接由8086產(chǎn)生，系統(tǒng)中總線控制邏輯電路被減到最少，這些特征就是最小模式名稱的由來。最小模式適合于較小規(guī)模的系統(tǒng)。（2）在最大模式系統(tǒng)中有多個(gè)微處理器，其中必有一個(gè)主處理器8086，其他處理器稱為協(xié)處理器或輔助處理器，承擔(dān)某一方面的專門工作。3.8086的引腳特性VCCAD15A16/S3A17/S4A18/S5A19/S6BHE/S7MN/MXRDHOLD(RQ/GT0)HLDA(RQ/GT1)WR(LOCK)M/IO(S2)DT/R(S1)DEN(S0)ALE(QS1)INTA(QS0)TESTREADYRESETGNDAD14AD13AD12AD11AD10AD9AD8AD7AD6AD5AD4AD3AD2AD1AD0NMIINTRCLKGND123456789101112131415161718192040393837363534333231302928272625242322218086有40個(gè)引腳，其中第33（最小/最大模式）腳很關(guān)鍵，它是一條輸入線，可以加高電平，也可以加低電平，由該線所加電平的高或低電平?jīng)Q定24-31引腳的功能（24-31引腳的功能取決于8086工作在最小模式還是最大模式）其他引腳不受第33引腳的影響，我們把這部分引腳稱為一般引腳。最小模式引腳的功能定義直接點(diǎn)擊相關(guān)引腳進(jìn)入說明3.8086的引腳特性（1）最小模式1~40引腳的功能定義：①M(fèi)N/（最小/最大模式）：輸入，高、低電平均有效。MN/=1，8086系統(tǒng)設(shè)置為最小模式，MN/=0，8086設(shè)置為最大模式。在最小模式系統(tǒng)中，全部控制信號(hào)由8086提供。②VCC、GND（電源、地）：輸入。8086VCC接入的電壓為+5V±10%，GND有兩條（1，20腳）。3.8086的引腳特性③CLK（系統(tǒng)時(shí)鐘）：輸入。8086CLK與時(shí)鐘發(fā)生器8284A的時(shí)鐘輸出端CLK相連接。該時(shí)鐘信號(hào)的占空比為33%（即低、高之比為2﹕1）。8086要求的時(shí)鐘頻率為5MHZ，8086-1要求的時(shí)鐘頻率為10MHZ，8086-2要求的時(shí)鐘頻率為7MHZ。系統(tǒng)時(shí)鐘為CPU和總線控制邏輯電路提供了時(shí)序基準(zhǔn)。④AD15~AD0（地址/數(shù)據(jù)）：復(fù)用線，雙向，三態(tài)。在總線周期的T1狀態(tài)，輸出要訪問的存儲(chǔ)器或I/O端口的地址；T2~T4狀態(tài)，作為數(shù)據(jù)傳輸線。在CPU進(jìn)行響應(yīng)中斷、DMA方式時(shí)，這些線處于浮空狀態(tài)（高阻態(tài)）。3.8086的引腳特性⑤A19~A16/S6~S3（地址/狀態(tài)）：復(fù)用線，輸出，三態(tài)。A19~A16是地址的高4位，在T1時(shí)輸出地址，S6~S3是CPU的狀態(tài)信號(hào)，在T2~T4時(shí)輸出CPU狀態(tài)。當(dāng)訪問存儲(chǔ)器時(shí)，T1輸出的A19~A16與AD15~AD0組成20位地址信號(hào)，而訪問I/O端口時(shí)，A19~A16=0000，AD15~AD0為16位地址信號(hào)。在T2~T4時(shí)，狀態(tài)信號(hào)的S6=0，表示當(dāng)前8086與總線相連，S5標(biāo)志中斷允許IF的狀態(tài)，S4和S3組合指示當(dāng)前使用的段寄存器（00，01，10，11分別指ES，SS，CS，DS）。在進(jìn)行DMA方式時(shí)，這些線浮空。⑥/S7（數(shù)據(jù)線高8位開放/狀態(tài)）：復(fù)用線，輸出，三態(tài)。在T1狀態(tài)，輸出信號(hào)，表示高8位數(shù)據(jù)線D15~D8上的數(shù)據(jù)有效；在T2~T4狀態(tài)，輸出S7狀態(tài)信號(hào)（在8086中，S7作為備用狀態(tài)信號(hào)，未用）。和A0組合起來表示當(dāng)前數(shù)據(jù)在總線上的格式，如表2-4所示。3.8086的引腳特性3.8086的引腳特性如果想從奇地址讀/寫一個(gè)字的話，分兩個(gè)總線周期實(shí)現(xiàn)：A0操作所用數(shù)據(jù)引腳00從偶地址讀/寫一個(gè)字AD15～AD010從偶地址讀/寫一個(gè)字節(jié)AD7～AD001從奇地址讀/寫一個(gè)字節(jié)AD15～AD811無效01首先讀/寫奇字節(jié)AD15～AD8AD15～AD810然后讀/寫偶字節(jié)AD7～AD0AD7～AD03.8086的引腳特性⑦ALE（地址鎖存）：輸出，高電平有效。ALE是8086在每個(gè)總線周期的T1狀態(tài)時(shí)發(fā)出的，其下降沿將8086CPU輸出的AD15~AD0、A19~A16地址信息和鎖存在CPU外部的地址鎖存器中。注意ALE端不能被浮空。⑧（讀）,（寫）：輸出，低電平有效，三態(tài)。=0，表示8086為存儲(chǔ)器或I/O端口讀操作

=0，表示8086為存儲(chǔ)器或I/O端口寫操作。它們?cè)凇巴瑫r(shí)”是互斥信號(hào)，在DMA時(shí)浮空。3.8086的引腳特性3.8086的引腳特性RD=0，表示8086為存儲(chǔ)器或I/O端口讀操作。當(dāng)DMA時(shí)，此線浮空。WR=0，表示8086為存儲(chǔ)器或I/O端口寫操作。當(dāng)DMA時(shí)，此線浮空。具體到底是讀取存儲(chǔ)器某地址單元的內(nèi)容還是某輸入設(shè)備輸入端口的內(nèi)容，這取決于M/IO信號(hào)。在最小模式中，信號(hào)M/IO、WR、RD組合起來決定了系統(tǒng)中數(shù)據(jù)傳送方式3.8086的引腳特性⑿READY（準(zhǔn)備好）：輸入，高電平有效。READY表示數(shù)據(jù)傳送結(jié)束與否，接時(shí)鐘發(fā)生器8284A的READY端，得到一個(gè)經(jīng)同步了的“準(zhǔn)備好”信號(hào)?！皽?zhǔn)備好”的意思就是：總線讀周期時(shí)，存儲(chǔ)器或I/O設(shè)備已把數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線；總線寫周期時(shí)，數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)已經(jīng)寫入存儲(chǔ)器或I/O設(shè)備。當(dāng)READY=0，CPU在T3之后，自動(dòng)插入一個(gè)或幾個(gè)等待狀態(tài)Tw。一旦READY=1，便是通知CPU數(shù)據(jù)傳輸完畢，而進(jìn)入T4。3.8086的引腳特性引腳圖3.8086的引腳特性⒄HOLD（總線請(qǐng)求，輸入），HLDA（總線允許，輸出）：高電平有效。在最小模式下，所有總線控制信息都直接由8086產(chǎn)生，系統(tǒng)中的其他總線主控部件要占用總線時(shí)，就需要這一對(duì)信號(hào)。HOLD和HLDA是一對(duì)配合使用的總線聯(lián)絡(luò)信號(hào)。當(dāng)系統(tǒng)中的其他總線主控部件要占用總線時(shí)，向CPU發(fā)HOLD=1總線請(qǐng)求。如果此時(shí)CPU允許讓出總線，就在當(dāng)前總線周期完成時(shí)，發(fā)HLDA=1應(yīng)答信號(hào)，且同時(shí)使具有三態(tài)功能的地址/數(shù)據(jù)總線和控制總線處于浮空，表示讓出總線。總線請(qǐng)求部件收到HLDA=1后，獲得總線控制權(quán)，在這期間，HOLD和HLDA都保持高電平。當(dāng)請(qǐng)求部件完成對(duì)總線的占用后，HOLD=0總線請(qǐng)求撤消，CPU收到后，也將HLDA=0。這時(shí)，CPU又恢復(fù)了對(duì)地址/數(shù)據(jù)總線和控制總線的占有權(quán)。（2）最大模式24~31引腳的功能定義。在最大模式下，許多總線控制信號(hào)不是由8086直接產(chǎn)生的，而是通過總線控制器8288產(chǎn)生。因此，8086在最小模式下提供的總線控制信號(hào)的引腳（24~31腳）就得重新定義，改為支持最大模式之用。8086既然是最大模式，33腳MN/=0是前提條件。3.8086的引腳特性3.8086的引腳特性3.8086的引腳特性②QS1，QS0（指令隊(duì)列狀態(tài)）：輸出。QS1，QS0組合起來提供前一個(gè)時(shí)鐘周期指令隊(duì)列的狀態(tài)，以便讓外部對(duì)8086BIU中指令隊(duì)列的動(dòng)作跟蹤。QS0，QS1，組合與隊(duì)列狀態(tài)的對(duì)應(yīng)關(guān)系見表2-6。3.8086的引腳特性3.8086的引腳特性2.28086的系統(tǒng)組成和總線時(shí)序2.2.18086的系統(tǒng)組成2.2.28086的總線時(shí)序

2.2.18086的系統(tǒng)組成1．系統(tǒng)組成的特點(diǎn)2．最小模式系統(tǒng)組成3．最大模式系統(tǒng)組成4．存儲(chǔ)器組織與分段5．I/O組織_____1．系統(tǒng)組成的特點(diǎn)1)MN/MX端接VCC或GND，決定工作在最小模式或最大模式2)8084A為時(shí)鐘發(fā)生器，外接15MHz振蕩源，經(jīng)8284A三分頻后，得5MHz主頻送到8086系統(tǒng)時(shí)鐘端CLK。除此之外，8284A還將外部的復(fù)位信號(hào)RESET和就緒信號(hào)READY實(shí)現(xiàn)同步后發(fā)給8086相應(yīng)引腳3)用3片8282作地址鎖存器，在T1時(shí)鎖存地址/數(shù)據(jù)復(fù)用線上的地址A19-A0和BHE信號(hào)4)當(dāng)系統(tǒng)所連的存儲(chǔ)器和外設(shè)較多時(shí)，需要增加數(shù)據(jù)總線的驅(qū)動(dòng)能力5)系統(tǒng)組成還必須有其他的一些，如半導(dǎo)體存儲(chǔ)器RAM和ROM，外部設(shè)備的I/O接口，中斷控制管理部件等組件_____BHECLKREADYRESET等待狀態(tài)發(fā)生A19~A16AD15~AD0地址/數(shù)據(jù)8286收發(fā)器TOE8282鎖存器STBD15~D08284ARES8288總線控制器CLKMN/MX80861S0S1S2S0S1S2RDYOEDENDT/RALE2.最小模式系統(tǒng)組成A19~A0MRDCMWTCAMWCIORCIOWCAIOWCINTABHECLKREADYRESET等待狀態(tài)發(fā)生A19~A16AD15~AD0地址/數(shù)據(jù)8286收發(fā)器TOE8282鎖存器STBD15~D08284ARES8288總線控制器CLKMN/MX80861S0S1S2S0S1S2RDYOEDENDT/RALE3.最大模式系統(tǒng)組成總線控制器８２８８最大模式與最小模式在總線部件配置上最主要的差別就是總線控制器8288。系統(tǒng)因包含多個(gè)處理器，需要解決主處理器和協(xié)處理器之間的協(xié)調(diào)工作以及對(duì)總線的共享控制等問題。為此，最大模式系統(tǒng)中要采用8288總線控制器。系統(tǒng)的許多控制信號(hào)不再由8086直接發(fā)出，而是由總線控制器8288對(duì)8086發(fā)出的控制信號(hào)進(jìn)行變換和組合，以得到系統(tǒng)各種總線控制信號(hào)。8086最大模式系統(tǒng)的其他組件，例如，協(xié)處理器8087或8089，總線仲裁器8289，中斷控制器8259，存儲(chǔ)器，I/O接口等根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)的需要選配，目的是支持多總線結(jié)構(gòu)，形成一個(gè)多處理器系統(tǒng)。地址總線BHE控制總線

S0S1S28086CPUCLK8259A&STB8282鎖存器（3片）8286總線收發(fā)器（2片）OETDENALECLKS0S1S2AENIOBCENINTAMRDMWT8288總線控制器IORCIOWCMCE/PDEN8259A中斷控制器INTAWRDT/RSP/ENRD圖2-6總線控制器8288與系統(tǒng)的連接8288的兩種工作方式8288提供了兩種工作方式，由IOB——I/O總線工作方式信號(hào)決定。當(dāng)IOB接地，8288適用于單處理器系統(tǒng)，稱作系統(tǒng)總線方式，此時(shí)，還要求AEN接地，CEN接＋5V。圖2-6給出的就是這種方式的系統(tǒng)的連接。當(dāng)IOB接＋5V，且CEN接＋5V，8288則適合工作于多處理器系統(tǒng)，稱作局部總線方式。4.存儲(chǔ)器組織與分段所謂存儲(chǔ)器分段技術(shù)就是把1MB空間分成若干邏輯段，每個(gè)邏輯段的容量≤64KB。段內(nèi)地址是連續(xù)的，段與段之間是互相獨(dú)立的。邏輯段可以在整個(gè)存儲(chǔ)空間浮動(dòng)，即段的排列可以連續(xù)、分開、部分重疊或完全重疊，非常靈活。這里所謂的重疊是指存儲(chǔ)單元可以分屬于不同的邏輯段。存儲(chǔ)器的邏輯分段斷開排列A段B段C段D段E段40000H50000H60000H70000H連續(xù)排列部分重疊完全重疊

∑偏移地址段基址地址加法器物理地址段寄存器15150190圖2-8存儲(chǔ)器物理地址的形成存儲(chǔ)器物理地址的形成5.I/O組織8086系統(tǒng)和外部設(shè)備之間是通過I/O接口進(jìn)行相互傳輸信息的。每個(gè)I/O接口都有一個(gè)或幾個(gè)I/O端口，一個(gè)端口往往對(duì)應(yīng)于接口上一個(gè)寄存器或一組寄存器。微機(jī)要為每個(gè)I/O端口分配一個(gè)地址，稱端口地址。端口地址和存儲(chǔ)單元地址一樣，應(yīng)具有惟一的地址編碼。微機(jī)I/O端口有兩種編址方式（1）統(tǒng)一編址（2）獨(dú)立編址編址方式統(tǒng)一編址這種編址方式是將I/O端口和存儲(chǔ)單元統(tǒng)一編址，即把I/O端口置于存儲(chǔ)器空間，也看作是存儲(chǔ)單元。因此，存儲(chǔ)器的各種尋址方式均可用來尋址I/O端口。在這種方式下I/O端口操作功能強(qiáng)，使用起來也很靈活，I/O接口與CPU的連接和存儲(chǔ)器與CPU的連接相似。但是I/O端口占用了一定的存儲(chǔ)空間，而且執(zhí)行I/O操作時(shí)，因地址位數(shù)長(zhǎng)，速度較慢。獨(dú)立編址這種編址方法是將I/O端口進(jìn)行獨(dú)立編址，I/O端口空間與存儲(chǔ)器空間相互獨(dú)立。這就需要設(shè)置專門的輸入、輸出指令對(duì)I/O端口進(jìn)行操作。8086系統(tǒng)采用的就是這種獨(dú)立的I/O編址方式。端口地址說明8086使用A15～A0這16根地址線作為I/O端口地址線，可訪問端口最多可達(dá)64K個(gè)8位端口或32K個(gè)16位端口。和存儲(chǔ)器的字單元一樣，對(duì)于奇地址的16位端口的訪問，要進(jìn)行兩次操作才能完成。16位的I/O端口地址無需經(jīng)過地址加法器產(chǎn)生，因而不使用段寄存器。從AB總線上發(fā)出的端口地址仍為20位，只不過最高四位A19～A16為0。2.2.28086的總線時(shí)序微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)的所有操作都要按統(tǒng)一的時(shí)鐘節(jié)拍進(jìn)行。每項(xiàng)總線操作也都需要一定的時(shí)間，稱之為總線周期。不同的總線操作需要不同的總線信號(hào)，而“總線時(shí)序”則是對(duì)這些信號(hào)的變化時(shí)間順序的描述。1．最小模式下的讀/寫總線周期2．最大模式下的讀/寫總線周期總線周期8086CPU為了要與存儲(chǔ)器及I/O端口交換數(shù)據(jù)，需要執(zhí)行一個(gè)總線周期，即完成一次總線操作。依照數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较?，總線操作分為總線讀操作和總線寫操作?？偩€讀操作指CPU從存儲(chǔ)器或I/O端口讀取數(shù)據(jù)總線寫操作指CPU將數(shù)據(jù)寫入存儲(chǔ)器或I/O端口一個(gè)基本的讀/寫周期包括4個(gè)T狀態(tài)，即T1、T2、T3、T4。在存儲(chǔ)器和外設(shè)速度較慢時(shí)，要在T3之后插入一個(gè)或幾個(gè)等待周期Tw，以使其在數(shù)據(jù)傳送時(shí)能與CPU同步。1.最小模式下的讀／寫總線周期8086CPU為了要與存儲(chǔ)器I／O端口交換數(shù)據(jù)，需要執(zhí)行一個(gè)總線周期，即完成一次總線操作。依照數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较?，總線操作分為總線讀操作和總線寫操作。(1)最小模式下的總線讀操作(2)最小模式下的總線寫周期操作(3)總線空閑狀態(tài)當(dāng)CPU不執(zhí)行總線周期時(shí)，總線接口部件不與總線打交道，進(jìn)入總線空閑周期。此時(shí)，CPU內(nèi)部指令隊(duì)列已滿，且EU單元正在進(jìn)行有效的內(nèi)部操作。所以說，總線空操作是總線接口部件對(duì)執(zhí)行部件的等待狀態(tài)?？偩€空閑周期由一系列T1構(gòu)成，基本維持前一總線周期時(shí)的狀態(tài)。如果前一個(gè)總線周期為寫周期，AD15～AD0的數(shù)據(jù)仍被繼續(xù)驅(qū)動(dòng)；如果前一個(gè)總線周期為讀周期，則AD15～AD0在空閑周期處于高阻狀態(tài)。2.(1)最大模式下的讀總線周期2.(2)最大模式下的寫總線周期2.3高檔微處理器自1971年推出一般型微處理器4004以來，Intel所設(shè)計(jì)生產(chǎn)的微處理器一直占有相當(dāng)大的市場(chǎng)。從8086／8088,80286,80386,80486到Pentium,PentiumPro,PentiumII,PentiumIII以及Pentium4每一次都將微型計(jì)算機(jī)帶向全新的領(lǐng)域。2.3.180386微處理器2.3.2Pentium微處理器2.3.3Intel新技術(shù)2.3.180386微處理器1．80386的主要特點(diǎn)2．80386的內(nèi)部結(jié)構(gòu)3．80386的三種工作方式1．80386的主要特點(diǎn)采用全32位結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部寄存器、ALU和操作是32位，數(shù)據(jù)線和地址線均為32位提供32位外部總線接口，最大數(shù)據(jù)傳輸率為32MB/s，具有自動(dòng)切換數(shù)據(jù)總線寬度的功能具有片內(nèi)集成的存儲(chǔ)器管理部件MMU，可支持虛擬存儲(chǔ)和特權(quán)保護(hù)，虛擬存儲(chǔ)器空間可達(dá)64太字節(jié)（TB）具有實(shí)地址方式、保護(hù)方式和虛擬8086方式3種工作方式采用了比8086更先進(jìn)的流水線結(jié)構(gòu)，使其能高效、并行地完成取指、譯碼、執(zhí)行和存儲(chǔ)管理功能(指令隊(duì)列16字節(jié)長(zhǎng)）2.80386的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（1）總線接口部件（BIU）（2）指令預(yù)取部件（IPU）（3）指令譯碼部件（IDU）（4）指令執(zhí)行部件（EU）（5）分段部件（SU）（6）分頁部件（PU）

（1）總線接口部件（BIU）微處理器與系統(tǒng)的接口，其功能是：在取指令、取數(shù)據(jù)、分段部件請(qǐng)求和分頁部件請(qǐng)求時(shí)，有效地滿足微處理器對(duì)外部總線的傳輸要求。BIU能接收多個(gè)內(nèi)部總線請(qǐng)求，并且能按優(yōu)先權(quán)加以選擇，最大限度地利用所提供的總線寬度，為這些請(qǐng)求服務(wù)。（2）指令預(yù)取部件（IPU）職責(zé)是從存儲(chǔ)器預(yù)先取出指令有一個(gè)能容納16條指令的隊(duì)列（3）指令譯碼部件（IDU）職責(zé)是從預(yù)取部件的指令隊(duì)列中取出指令字節(jié)，對(duì)它們進(jìn)行譯碼后存入自身的已譯碼指令隊(duì)列中，并且作好供執(zhí)行部件處理的準(zhǔn)備工作。如果在預(yù)譯碼時(shí)發(fā)現(xiàn)是轉(zhuǎn)移指令，可提前通知總線接口部件BIU去取目標(biāo)地址中的指令，取代原預(yù)取隊(duì)列中的順序指令。（4）指令執(zhí)行部件（EU）由控制部件、數(shù)據(jù)處理部件和保護(hù)測(cè)試部件組成?？刂撇考邪刂芌OM、譯碼電路等微程序驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。數(shù)據(jù)處理部件中有8個(gè)32位通用寄存器、算術(shù)邏輯運(yùn)算器ALU、一個(gè)64位桶形移位器、一個(gè)乘除法器和專用的控制邏輯，它負(fù)責(zé)執(zhí)行控制部件所選擇的數(shù)據(jù)操作。保護(hù)測(cè)試部件用于微程序控制下，執(zhí)行所有靜態(tài)的與段有關(guān)的違章檢驗(yàn)。執(zhí)行部件EU中還設(shè)有一條附加的32位的內(nèi)部總線及專門的總線控制邏輯，以確保指令的正確完成。（5）分段部件（SU）作用是應(yīng)執(zhí)行部件的請(qǐng)求，把邏輯地址轉(zhuǎn)換成線性地址。在完成地址轉(zhuǎn)換的同時(shí)還執(zhí)行總線周期的分段合法性檢驗(yàn)。該部件可以實(shí)現(xiàn)任務(wù)之間的隔離，也可以實(shí)現(xiàn)指令和數(shù)據(jù)區(qū)的再定位。（6）分頁部件（PU）作用是把由分段部件產(chǎn)生的線性地址轉(zhuǎn)換成物理地址，并且要檢驗(yàn)訪問是否與頁屬性相符合。為了加快線性地址到物理地址的轉(zhuǎn)換速度，80386內(nèi)設(shè)有一個(gè)頁描述符高速緩沖存儲(chǔ)器（TLB），其中可以存儲(chǔ)32項(xiàng)頁描述符，使得在地址轉(zhuǎn)換期間，大多數(shù)情況下不需要到內(nèi)存中查頁目錄表和頁表。試驗(yàn)證明TLB的命中率可達(dá)98％。對(duì)于在TLB內(nèi)沒有命中的地址轉(zhuǎn)換，80386設(shè)有硬件查表功能，從而緩解了因查表引起的速度下降問題。分段部件SU和分頁部件PU統(tǒng)稱為存儲(chǔ)器管理部件MMU（MemoryManagementUnit）系統(tǒng)總線分段部件SU分頁部件PU執(zhí)行部件EU預(yù)取部件IPU譯碼部件IDU總線部件BIU線性地址譯碼指令數(shù)據(jù)（操作和結(jié)果）有效地址物理地址32位指令字節(jié)指令六大功能部件之間的關(guān)系有效地址總線有效地址總線移位地址加法器乘/除寄存器棧狀態(tài)標(biāo)志ALU控制保護(hù)檢測(cè)部件控制控制ROM譯碼和定序位移總線指令和譯碼兩個(gè)譯碼指令隊(duì)列指令預(yù)譯碼內(nèi)部控制總線分段部件輸入加法器描述符寄存器界限和屬性PLA分頁部件加法器頁面超高速緩存器控制和特性PLA預(yù)取器界限檢測(cè)器指令預(yù)取16字節(jié)指令隊(duì)列指令流線性地址總線請(qǐng)求特權(quán)地址驅(qū)動(dòng)器流水線I/O總線寬度控制多路收發(fā)器取代碼取頁數(shù)物理地址總線控制總線控制HOLD,INTR,NMI,ERRORBUSY,HLDA,RESETBE0～BE3A2～A3M/IO,D/C,W/R,LOCK,ADS,NA,BSIG,READYD0～D33232323234ALU總線3232六大功能部件的結(jié)構(gòu)與連接圖3.80386的工作方式80386有三種工作方式：（1）實(shí)地址方式（2）保護(hù)虛擬地址方式（3）虛擬8086方式（1）實(shí)地址方式系統(tǒng)啟動(dòng)后，80386自動(dòng)進(jìn)入實(shí)地址方式。尋址方式、存儲(chǔ)器管理、中斷處理與8086一樣。操作數(shù)默認(rèn)長(zhǎng)度為16位，但允許訪問32位寄存器（在指令前加前綴）。不用虛擬地址，最大地址范圍仍限于1MB，只采用分段方式，每段最大64KB。存儲(chǔ)器中保留兩個(gè)固定的區(qū)域，一個(gè)是初始化程序區(qū)FFFFFH-FFFF0H，另一個(gè)為中斷向量表003FFH-00000H。80386的4特權(quán)級(jí)，在實(shí)地址方式下，程序在最高級(jí)0級(jí)上執(zhí)行，80386指令集除了少數(shù)指令外，絕大多數(shù)指令在實(shí)地址方式下都有效。（2）保護(hù)虛擬地址方式所謂保護(hù)是在執(zhí)行多任務(wù)操作時(shí)，對(duì)不同任務(wù)使用的虛擬存儲(chǔ)器空間進(jìn)行完全的隔離，保護(hù)每個(gè)任務(wù)順利執(zhí)行。保護(hù)方式是80386最常用的方式，系統(tǒng)啟動(dòng)后先進(jìn)入實(shí)地址方式，完成系統(tǒng)初始化后立即轉(zhuǎn)到保護(hù)方式。這種方式提供了多任務(wù)環(huán)境下的各種復(fù)雜功能以及對(duì)復(fù)雜存儲(chǔ)器組織的管理機(jī)制。只有在保護(hù)方式下，80386才能發(fā)揮其強(qiáng)大的功能。（2）保護(hù)虛擬地址方式保護(hù)虛擬地址方式特點(diǎn)1）存儲(chǔ)器采用虛擬地址空間、線性地址空間和物理地址空間三種方式來描述。在保護(hù)方式下，80386尋址機(jī)構(gòu)不同于8086，與80286類似，是通過描述符的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)存訪問的。2）強(qiáng)大的尋址空間。在保護(hù)方式下，80386可以尋址的空間大致64TB（246）。這個(gè)空間就是所謂的虛擬地址空間。3）使用80386的4級(jí)保護(hù)功能，可實(shí)現(xiàn)程序與程序、用戶與用戶、用戶與操作系統(tǒng)之間的隔離和保護(hù)，為多任務(wù)操作系統(tǒng)提供優(yōu)化支持。4）在保護(hù)方式下，80386既可以進(jìn)行16位運(yùn)算，又可進(jìn)行32位運(yùn)算。無論是16位，還是32位的運(yùn)算，只要在保護(hù)方式下，它就能啟動(dòng)其分頁單元，以支持虛擬內(nèi)存。（3）虛擬8086方式所謂虛擬8086模式是指一個(gè)多任務(wù)的環(huán)境（Multitasking），即模擬多個(gè)8086的工作方式。在這個(gè)模式之下，80386被模擬成多個(gè)8086微處理器并行工作。虛擬8086模式允許80386將內(nèi)存劃分成若干部分，每個(gè)部分由操作系統(tǒng)分配給不同的應(yīng)用程序，而應(yīng)用程序、數(shù)據(jù)以及內(nèi)存管理程序等部分則存放在所分配的內(nèi)存中。因此操作系統(tǒng)可根據(jù)時(shí)間上的平均分配或優(yōu)先權(quán)，分給每個(gè)應(yīng)用程序的執(zhí)行時(shí)間。（3）虛擬8086方式虛擬8086方式主要特點(diǎn)：1）可執(zhí)行原來采用8086書寫的應(yīng)用程序。2）段寄存器的用法與實(shí)地址方式一樣，即段寄存器內(nèi)容乘以16后加上偏移量即可得到20位的線性地址。3）可以使用分頁方式，將1MB分為256個(gè)頁面。分頁內(nèi)存是將內(nèi)存以4KB為單位進(jìn)行劃分，每一個(gè)4KB稱為一“頁”，因此可以比段尋址方式劃分要細(xì)，從而可處理較小的應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)段。4）在虛擬8086方式中，應(yīng)用程序在最低特權(quán)3級(jí)上運(yùn)行，因此80386指令系統(tǒng)中的特權(quán)指令不能使用。實(shí)地址方式與虛擬8086方式的主要區(qū)別實(shí)地址方式的內(nèi)存管理只采用分段管理方式，不采用分頁管理，而虛擬8086方式既分段又分頁。存儲(chǔ)空間不同。實(shí)地址下的最大尋址空間為1MB，而虛擬8086方式下每個(gè)任務(wù)可以在整個(gè)內(nèi)存空間尋址，即1MB的尋址空間可以在整個(gè)存儲(chǔ)器范圍內(nèi)浮動(dòng)，因此V86方式實(shí)際尋址空間為4GB。實(shí)地址方式下微處理器所有的保護(hù)機(jī)制都不起作用，因此不支持多任務(wù)，而虛擬8086方式即可以運(yùn)行8086程序，又支持多任務(wù)操作，這就解決了80286保護(hù)方式既要維持保護(hù)機(jī)制，又要運(yùn)行8086程序的矛盾。虛擬8086方式可以是80386保護(hù)方式中多任務(wù)操作的一個(gè)任務(wù)，而實(shí)地址方式總是針對(duì)整個(gè)80386系統(tǒng)。2.3.2Pentium微處理器1．Pentium的主要特點(diǎn)2．Pentium的內(nèi)部結(jié)構(gòu)3．Pentium的發(fā)展1．Pentium的主要特點(diǎn)超標(biāo)量(Superscalar)流水線浮點(diǎn)運(yùn)算部件分支預(yù)測(cè)雙Cache指令固化增加總線寬度其它特點(diǎn)2．Pentium的內(nèi)部結(jié)構(gòu)3.Pentium的發(fā)展2.3.3Intel新技術(shù)1．超線程技術(shù)2.Intel64位技術(shù)3.Intel多核技術(shù)1．超線程技術(shù)所謂的超線程技術(shù)，就是在一個(gè)IA-32CPU內(nèi)，兩個(gè)或多個(gè)邏輯處理器通過共享物理處理器上的幾乎所有執(zhí)行資源并各自維持一套完整的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，從而在一個(gè)物理處理器模擬出兩個(gè)或更多的邏輯處理器。這樣，CPU就可以并行的執(zhí)行兩個(gè)分離的代碼流，也就提高了執(zhí)行多線程操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序，以及多任務(wù)環(huán)境下執(zhí)行單線程程序的性能。與超線程技術(shù)所帶來的性能提升相比，它幾乎不用增加額外的成本，只需小規(guī)模的改變處理器的設(shè)計(jì)。2.Intel64位技術(shù)（1）兼容模式允許大多數(shù)32位軟件無須修改就能運(yùn)行在64位操作系統(tǒng)中，然而運(yùn)行在虛擬8086模式下或使用硬件任務(wù)管理中的傳統(tǒng)應(yīng)用程序?qū)o法工作。兼容模式像傳統(tǒng)的保護(hù)模式，應(yīng)用程序只能存取線性地址空間中的第一個(gè)4GB。兼容模式必須使用16位和32位的地址和操作數(shù)。（2）64位模式能讓64位操作系統(tǒng)運(yùn)行可存取64位地址空間的應(yīng)用軟件。

①可以訪問64位線性地址空間。②可以訪問8個(gè)新的通用寄存器(R8–R15)。③可以訪問為了流SIMD擴(kuò)展而增加的寄存器(XMM8–XMM15)。④可以訪問新增加到64位的通用寄存器(RAX,RBX,RCX,RDX,RSI,RDI,RBP,RSP)和一個(gè)64位的指令指針（RIP）。⑤有統(tǒng)一的寄存器字節(jié)尋址。⑥有快速中斷優(yōu)先級(jí)機(jī)制。⑦有一種新的指令指針相對(duì)尋址方式。3.Intel多核技術(shù)第3章尋址方式與指令系統(tǒng)3.1指令格式與尋址方式3.28086指令系統(tǒng)3.380x86與Pentium擴(kuò)充和增加的指令3.1 指令格式與尋址方式3.1.1指令格式3.1.2尋址方式用來指揮和控制計(jì)算機(jī)完成指定操作的命令稱為指令。不同的微處理器具有各自不同的