《微機(jī)原理及單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)》課件第2章 80x86微處理器工作原理

2.12.32.480X86微處理器80x86微處理器總線功能第2章80x86微處理器工作原理2.5

8086/8088存儲(chǔ)器和I/O組織80X86的工作方式與存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)

2.280x86微處理器位(bit)——計(jì)算機(jī)所能表示的最基本、最小的數(shù)據(jù)單元。1個(gè)二進(jìn)制位有兩種狀態(tài)“0”和“1”

字(word)——計(jì)算機(jī)內(nèi)部進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的基本單位，與寄存器、ALU寬度一致每一個(gè)字所包含的二進(jìn)制位數(shù)稱為字長(zhǎng)字節(jié)(byte)——8個(gè)Bit組成一個(gè)字節(jié),存放相鄰的8位二制數(shù).字節(jié)的長(zhǎng)度固定指令(instruction)程序(program)指令系統(tǒng)(instructionset)2.1

80X86微處理器4位40048位80088位808016位8086Intel-X86286386486奔騰586。。。組成越來(lái)越復(fù)雜功能越來(lái)越強(qiáng)應(yīng)用越來(lái)越容易實(shí)方式、保護(hù)方式虛擬8086方式對(duì)存儲(chǔ)器系統(tǒng)高速度、大容量、低成本要求，采用三級(jí)存儲(chǔ)器組織結(jié)構(gòu)，即由高速緩沖存儲(chǔ)器Cache、主存和外存組成。(1)存儲(chǔ)器的分類存儲(chǔ)器分為內(nèi)部存儲(chǔ)器和外部存儲(chǔ)器兩大類，分別簡(jiǎn)稱為內(nèi)存和外存，外存也叫輔存，內(nèi)存也叫主存。程序和數(shù)據(jù)以文件的形式保存在外存中，要執(zhí)行的程序和要使用的數(shù)據(jù)必須事先調(diào)入內(nèi)存。為了加快CPU訪問(wèn)內(nèi)存的速度，從而提高程序的運(yùn)行速度，在內(nèi)存和CPU之間或者CPU內(nèi)部增加了存取速度較高的高速緩沖存儲(chǔ)器，即cache。為了擴(kuò)充內(nèi)存容量，還將外存作為內(nèi)存的輔助，給用戶提供比內(nèi)存大得多的邏輯存儲(chǔ)容量，這就是所謂的“虛擬存儲(chǔ)器”。①虛擬存儲(chǔ)器人們通常所指的內(nèi)存是由“內(nèi)存條”組成的物理存儲(chǔ)器，物理存儲(chǔ)器是由地址總線直接訪問(wèn)的存儲(chǔ)空間，其地址稱為物理地址。顯然，地址總線的條數(shù)決定了物理存儲(chǔ)器即內(nèi)存的最大容量。虛擬存儲(chǔ)器是相對(duì)物理存儲(chǔ)器而言的，虛擬存儲(chǔ)器是指程序使用的邏輯存儲(chǔ)空間，它可以比物理存儲(chǔ)空間大得多。虛擬存儲(chǔ)器由內(nèi)存、輔存和管理部件共同組建。通過(guò)管理軟件達(dá)到內(nèi)存和輔存密切配合，使整個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)的速度接近內(nèi)存、容量接近輔存。當(dāng)應(yīng)用程序訪問(wèn)虛擬存儲(chǔ)器時(shí)，必須給出虛擬地址即邏輯地址，在此過(guò)程中，先通過(guò)硬件和軟件找出邏輯地址到物理地址之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，判斷要訪問(wèn)的是否已裝入內(nèi)存，如已裝入則直接訪問(wèn)內(nèi)存，否則，相應(yīng)的硬件和管理軟件會(huì)將要訪問(wèn)的有關(guān)數(shù)據(jù)塊從輔存調(diào)入內(nèi)存，與此同時(shí)將內(nèi)存中原有的暫時(shí)不使用的某數(shù)據(jù)塊調(diào)回輔存，并且將虛擬地址轉(zhuǎn)變?yōu)槲锢淼刂?。②高速緩沖存儲(chǔ)器高速緩沖存儲(chǔ)器即高速緩存Cache是使用速度與CPU相當(dāng)?shù)撵o態(tài)隨機(jī)讀/寫存儲(chǔ)器芯片組成的小容量存儲(chǔ)器，用來(lái)存放微處理器最近要用的指令和數(shù)據(jù)。Cache中的內(nèi)容其實(shí)是內(nèi)存中一小部分內(nèi)容的復(fù)制品，內(nèi)存中經(jīng)常被微處理器使用到的一部分內(nèi)容要烤頁(yè)到Cache中，并不斷地更新Cache中的內(nèi)容，使得Cache中總是保存有最近經(jīng)常被微處理器使用的一部分內(nèi)容。Cache中存放的內(nèi)容除了內(nèi)存中的指令和數(shù)據(jù)外，還要存放這些指令和數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的對(duì)應(yīng)地址。當(dāng)微處理器存取指令和數(shù)據(jù)時(shí)，Cache截取微處理器送出的地址，并判別這個(gè)地址與Cache中保存的地址是否相同。若相同，則從Cache中存取該地址中的指令或數(shù)據(jù)；否則就從內(nèi)存中存取。(3)存儲(chǔ)器的操作CPU對(duì)存儲(chǔ)器的操作有讀和寫兩種，讀操作是CPU將存儲(chǔ)單元的信息取到CPU內(nèi)部，而寫操作是CPU將其內(nèi)部的信息傳送到存儲(chǔ)單元保存。寫操作要改變被寫存儲(chǔ)單元的內(nèi)容，而讀操作則不改變被讀存儲(chǔ)單元的內(nèi)容。向存儲(chǔ)單元存放或取出信息，都稱為訪問(wèn)存儲(chǔ)器。訪問(wèn)存儲(chǔ)器時(shí)，先由地址譯碼器將送來(lái)的單元地址進(jìn)行譯碼，找到相應(yīng)的存儲(chǔ)單元；再由讀寫控制電路，根據(jù)送來(lái)的讀或?qū)懨畲_定訪問(wèn)存儲(chǔ)器的方式，完成讀出(讀)或?qū)懭?寫)操作。2.2.18086/8088處理器主要技術(shù)指標(biāo)：HMOS工藝制造，集成了2.9萬(wàn)只晶體管；5V電源，40條引腳雙列直插式封裝；5MHz~10MHz，0.3ms~0.6ms；16根數(shù)據(jù)線，20根地址線（1MB）；2.2

80X86微處理器2.2.28086/8088內(nèi)部結(jié)構(gòu)（1）執(zhí)行單元EU(executionunit)（2）總線接口單元BIU(businterfaceunit)EU負(fù)責(zé)執(zhí)行指令，完成兩種操作：算術(shù)邏輯運(yùn)算、計(jì)算存儲(chǔ)器操作數(shù)的偏移地址BIU完成所有的總線操作EU和BIU并行工作，可以同時(shí)進(jìn)行讀/寫操作和執(zhí)行指令的操作執(zhí)行單元EU代碼段寄存器CS(CodeSegment)數(shù)據(jù)段寄存器DS(DataSegment)堆棧段寄存器SS(StackSegment)附加數(shù)據(jù)段寄存器ES(ExtraSegment)CS：存儲(chǔ)代碼段的段地址DS：存放數(shù)據(jù)段的段地址SS：存放堆棧段的段地址ES：存放附加數(shù)據(jù)段的段地址2.2

80X86微處理器指令指針寄存器IP：存放下一條要讀取的指令在代碼段中的偏移地址CS和IP的內(nèi)容決定了程序的讀取地址、指令內(nèi)容和執(zhí)行順序20位地址加法器邏輯地址

段地址：段內(nèi)偏移地址

（如指令）CS:IP物理地址（實(shí)際地址）邏輯地址：(CS)=20A8H，(IP)=2008H物理地址：20A80H+2008H=22A88H指令隊(duì)列：6個(gè)字節(jié)（8086），4字節(jié)（8088）。當(dāng)指令隊(duì)列空字節(jié)時(shí)，自動(dòng)將下一條要執(zhí)行的指令從內(nèi)存單元讀入指令隊(duì)列。采用“先進(jìn)先出”原則，順序存放，并按順序送到EU中執(zhí)行。對(duì)于跳轉(zhuǎn)、子程序調(diào)用或返回指令時(shí)，BIU使指令隊(duì)列復(fù)位，并從新地址開始取指令，新取第1條指令直接經(jīng)指令隊(duì)列送EU執(zhí)行，隨后指令將填入指令隊(duì)列緩沖器。執(zhí)行單元EU16位算術(shù)邏輯單元(ALU)：算術(shù)和邏輯運(yùn)算16位標(biāo)志寄存器FLAGS：存CPU運(yùn)算狀態(tài)和標(biāo)志通用寄存器：4個(gè)16位數(shù)據(jù)寄存器AX、BX、CX、DX4個(gè)16位指針與變址寄存器：

堆棧指針SP、基址寄存器BP、

源變址寄存器SI、目的變址寄存器DI暫存寄存器：協(xié)助ALU完成運(yùn)算，暫存數(shù)據(jù)

控制電路：它是控制、定時(shí)與狀態(tài)邏輯電路，接收從BIU中指令隊(duì)列取來(lái)的指令，經(jīng)過(guò)指令譯碼形成各種定時(shí)控制信號(hào)，對(duì)EU的各個(gè)部件實(shí)現(xiàn)特定的定時(shí)操作。2.2

80X86微處理器執(zhí)行單元EU代碼段寄存器CS(CodeSegment)數(shù)據(jù)段寄存器DS(DataSegment)堆棧段寄存器SS(StackSegment)附加數(shù)據(jù)段寄存器ES(ExtraSegment)CS：存儲(chǔ)代碼段的段地址DS：存放數(shù)據(jù)段的段地址SS：存放堆棧段的段地址ES：存放附加數(shù)據(jù)段的段地址2.2

80X86微處理器2.2.38086/8088寄存器8個(gè)通用寄存器2個(gè)控制寄存器4個(gè)段寄存器通用數(shù)據(jù)寄存器的特殊用途通用寄存器共8個(gè)：AX,BX,CX,DX,SP,BP,SI,DI，均為16位,在EU部件中AX,BX,CX,DX均可分成高8位和低8位，作為獨(dú)立的8位寄存器使用：AH,AL,BH,BL,CH,CL,DH,DLAX——累加器，BX——基址寄存器CX——計(jì)數(shù)寄存器，DX——數(shù)據(jù)寄存器SP——堆棧指示器，BP——基址指示器SI——源變址寄存器，DI——目的變址寄存器通用寄存器IP——硬件電路，能自動(dòng)跟蹤指令地址。

在開始執(zhí)行程序時(shí),賦給IP第一條指令的地址,然后每取一條指令,IP的值就自動(dòng)指向下一條指令的地址指令指示器IP(instructionpoint)9個(gè)標(biāo)志位，其中6個(gè)狀態(tài)標(biāo)志，3個(gè)控制標(biāo)志狀態(tài)標(biāo)志寄存器(statusflags)進(jìn)位標(biāo)志位CF加減運(yùn)算執(zhí)行后，最高位有進(jìn)位或借位，CF=1；無(wú)進(jìn)位或借位，CF=0主要用于多字節(jié)加減運(yùn)算輔助進(jìn)位標(biāo)志位AF最低4位D3～D0位有進(jìn)位或借位，AF=1；無(wú)進(jìn)位或借位，AF=0用于BCD數(shù)的算術(shù)運(yùn)算(調(diào)整)指令

（1）狀態(tài)標(biāo)志反映EU執(zhí)行算術(shù)或邏輯運(yùn)算后的結(jié)果狀態(tài)標(biāo)志寄存器(statusflags)溢出標(biāo)志位OF運(yùn)算結(jié)果超出了機(jī)器數(shù)所能表示的數(shù)的范圍OF=1；反之，OF=0該標(biāo)志表示運(yùn)算結(jié)果是否產(chǎn)生了溢出符號(hào)標(biāo)志位SF結(jié)果為負(fù)數(shù)，SF=1；結(jié)果為正數(shù)，SF=0零標(biāo)志位結(jié)果為0，ZF=1；結(jié)果不為0，ZF=0奇偶標(biāo)志位PF結(jié)果低八位中1的個(gè)數(shù)為偶數(shù)，PF=1；為奇數(shù)，PF=0。用于檢查數(shù)據(jù)在傳送過(guò)程中是否發(fā)生錯(cuò)誤

方向標(biāo)志位DF控制數(shù)據(jù)串操作指令的步進(jìn)方向

DF=1,地址增址;DF=0,地址減址中斷允許標(biāo)志位IF控制CPU是否開中斷.IF=1,

CPU開中斷IF=0,

CPU關(guān)中斷追蹤標(biāo)志位TF（陷阱標(biāo)志位）TF=1，CPU單步執(zhí)行程序，常用于程序的調(diào)試TF=0，CPU正常執(zhí)行程序

（2）控制標(biāo)志用于控制CPU的操作。例8088/8086ALU執(zhí)行9234H+9BCDH加法運(yùn)算后1001001000110100+1001101111001101=10010111000000001CF=1；PF=0；AF=1；ZF=0；SF=0；OF=1

實(shí)地址方式使用20條地址線，存儲(chǔ)器的物理地址必須用20位二進(jìn)制數(shù)表示。ALU只能處理16位的地址運(yùn)算，與地址有關(guān)的寄存器：指令指示器，堆棧指示器，間接尋址的寄存器BX，BP，SI，DI等都只有16位。因此在實(shí)地址方式下把20位的存儲(chǔ)器地址分成若干個(gè)段來(lái)表示。段寄存器就是用來(lái)存放段的起始地址的高16位地址的寄存器。段內(nèi)再由16位二進(jìn)制數(shù)來(lái)尋址，段內(nèi)尋址的16位二進(jìn)制數(shù)地址是存儲(chǔ)單元到段起始地址的距離，稱為段內(nèi)偏移地址。存儲(chǔ)單元的地址由段基址的高16位或段寄存器和偏移地址兩部分組成，用冒號(hào)連接段基址的高16位或段寄存器和偏移地址，像這樣表示的地址稱為邏輯地址。

段基址的高16位：偏移地址或

段寄存器：偏移地址。段寄存器CS----存放代碼段的段基址的高16位SS----存放堆棧段的段基址的高16位DS----存放數(shù)據(jù)段的段基址的高16位ES----存放附加數(shù)據(jù)段的段基址的高16位段地址和偏移地址的規(guī)定2.3

80X86微處理器總線功能

2.3.1總線概述按傳送對(duì)象分：數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線按傳送方式分：串行總線和并行總線按時(shí)鐘信號(hào)分：同步總線、異步總線總線分類

總線是把計(jì)算機(jī)各部分有機(jī)地連接起來(lái)的一組并行導(dǎo)線，是各個(gè)部分之間進(jìn)行信息交換的公共通道微機(jī)的三總線：數(shù)據(jù)總線DB

在CPU與存儲(chǔ)器和CPU與I/O接口之間雙向傳送數(shù)據(jù).其條數(shù)決定了每一次能同時(shí)傳送的二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)。如：8088的數(shù)據(jù)總線為8條，一次能夠傳送8位二進(jìn)制數(shù)，用D7～D0表示總線分類地址總線AB

傳送CPU發(fā)出的地址，以尋址存儲(chǔ)單元或I/O端口。AB的寬度決定了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能夠使用的最大的存儲(chǔ)器容量。如：地址總線為20條，用A19～A0表示，可尋址220=1M的存儲(chǔ)空間控制總線CB

向計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的各部件發(fā)送操作命令和定時(shí)信息。帶有上橫線的表示低電平有效,無(wú)上橫線的表示高電平有效

如：ALE(addresslatchenable)、INTR高電平有效，MEMW、MEMR、IOR、IOW、INTA低電平有效（1）讀存儲(chǔ)器（2）寫存儲(chǔ)器（3）讀I/O設(shè)備（4）寫I/O設(shè)備總線操作8086/8088CPU基本總線周期至少由4個(gè)時(shí)鐘周期組成，用T1、T2、T3、T4；對(duì)速度較慢I/O設(shè)備讀寫操作時(shí)，在T3、T4之間插入若干個(gè)等待周期Tw.總線周期2.3.28086/8088CPU總線

8086/8088的兩種模式

8086/8088均為40條引線、雙列直插式封裝，某些引線有多重功能，其功能轉(zhuǎn)換有兩種情況：一種是分時(shí)復(fù)用，另一種是按組態(tài)定義.最小組態(tài)→用8088微處理器構(gòu)成一個(gè)較小系統(tǒng)，即所連的存儲(chǔ)器容量不大，I/O端口也不多，此時(shí)系統(tǒng)的控制總線由8088直接提供.最大組態(tài)→用8088構(gòu)成一個(gè)較大系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)的控制信號(hào)不能由CPU直接提供，而必須由總線控制器控制產(chǎn)生.用8088微處理器構(gòu)成系統(tǒng)時(shí)，有兩種不同的組態(tài)：2.3.28086/8088CPU總線

8088/8086兩種工作模式最小模式：系統(tǒng)只有8086或8088一個(gè)微處理器。所有控制信號(hào)直接由CPU提供最大模式：由兩個(gè)或多個(gè)微處理器(主處理器和協(xié)處理器)組成中(大)規(guī)模系統(tǒng)，CPU并不直接向外界提供全部控制信號(hào)，而由S0S1S2通過(guò)Intel8288總線控制器提供不同的工作模式下，CPU有一部分引腳具有不同的功能由第33號(hào)引腳（MN/）控制數(shù)據(jù)與低8位地址分時(shí)復(fù)用狀態(tài)與高4位地址分時(shí)復(fù)用最大（最小）組態(tài)下的控制信號(hào)8088CPU引線的排列

與組態(tài)無(wú)關(guān)的引線電源和定時(shí)線控制工作在什么組態(tài)8088CPU的引線信號(hào)：1.地址和數(shù)據(jù)線2.控制和狀態(tài)線3.電源和定時(shí)線（1）AD7～AD0低8位地址/數(shù)據(jù)線.利用內(nèi)部的多路開關(guān)，數(shù)據(jù)與低8位地址分時(shí)復(fù)用這些引線.當(dāng)CPU訪問(wèn)存儲(chǔ)器或外設(shè)時(shí)，先輸出訪問(wèn)地址，由外部鎖存器鎖存地址，再讀/寫所需要的數(shù)據(jù)（2）A15～A8中間8位地址線.8088內(nèi)部鎖存

地址和數(shù)據(jù)線（3）A19～A16/S6～S3高四位地址/狀態(tài)線.地址與狀態(tài)分時(shí)復(fù)用.訪問(wèn)外設(shè)時(shí)，4位地址線不用.存儲(chǔ)器的讀/寫和I/O操作時(shí)這些線用來(lái)輸出狀態(tài)信息：S6S5S4S30FLAG的IF位00ES01SS10CS11DS分兩種：一種8088組態(tài)有關(guān)的線，另一類是與組態(tài)無(wú)關(guān)的線(1)MN/MX

控制8088工作與什么組態(tài).接電源（+5V），8088處于最小組態(tài)，接地，8088處于最大組態(tài)(2)最小組態(tài)下的控制信號(hào)線IO/M輸入輸出/存儲(chǔ)器選擇信號(hào).輸出低電平→訪存；輸出高電平→訪問(wèn)I/O端口WR寫信號(hào).低電平有效，在執(zhí)行存儲(chǔ)器或I/O端口的寫操作時(shí)輸出的一個(gè)選通信號(hào)INTA中斷響應(yīng)信號(hào).低電平有效.是8088響應(yīng)外部INTR而發(fā)出的中斷響應(yīng)信號(hào)

控制和狀態(tài)線ALE地址鎖存允許信號(hào).是8088發(fā)出的選通脈沖，將AD7～AD0和A19/S6～A16/S3上出現(xiàn)的地址鎖存到外部地址鎖存器中DT/R數(shù)據(jù)發(fā)送/接收信號(hào).低電平→接收數(shù)據(jù)，高電平→發(fā)送數(shù)據(jù)DEN數(shù)據(jù)允許信號(hào).低電平有效SSO系統(tǒng)狀態(tài)輸出信號(hào).與IO/M、DT/R一起，反映8088所執(zhí)行的操作HOLD保持請(qǐng)求信號(hào).用于直接存儲(chǔ)器存取操作，即DMA請(qǐng)求輸入信號(hào)HLDA保持響應(yīng)信號(hào).DMA響應(yīng)回答信號(hào)

控制和狀態(tài)線(3)最大組態(tài)下的控制信號(hào)線S2，S1，S03個(gè)狀態(tài)信號(hào).其譯碼輸出作為8088工作在最大組態(tài)時(shí)，對(duì)存儲(chǔ)器和I/O端的口讀/寫操作信號(hào).3個(gè)狀態(tài)信號(hào)與CPU所執(zhí)行的操作見(jiàn)P177,表4-1RQ/GT0、RQ/GT1

總線請(qǐng)求/允許信號(hào).雙向，低電平有效.兩個(gè)外設(shè)同時(shí)發(fā)出總線請(qǐng)求時(shí)，RQ/GT0優(yōu)先權(quán)高于RQ/GT1LOCK鎖定信號(hào).低電平有效.該信號(hào)由前綴指令LOCK使其有效；有效時(shí)，別的總線設(shè)備不能取得對(duì)系統(tǒng)3總線的控制權(quán)QS0，QS1

隊(duì)列狀態(tài)信號(hào).用于提供8088指令隊(duì)列狀態(tài)

控制和狀態(tài)線最大模式總線狀態(tài)S0S1S2總線周期狀態(tài)信號(hào)（輸出、三態(tài)），經(jīng)過(guò)8288總線控制器譯碼產(chǎn)生對(duì)存儲(chǔ)器、I/O端口訪問(wèn)所需的控制信號(hào)8288輸出命令CPU狀態(tài)中斷響應(yīng)讀I/O端口寫I/O端口暫停取指令讀存儲(chǔ)器寫存儲(chǔ)器無(wú)源狀態(tài)INTAIORCIOWCAIOWC無(wú)MRDCMRDCMWTC,AMWC無(wú)000001111110100011010101S2

S1

S0(4)與組態(tài)無(wú)關(guān)的引線RD讀選通信號(hào).低電平時(shí)有效，表示正在進(jìn)行存儲(chǔ)器或I/O讀操作READY準(zhǔn)備就緒信號(hào).是CPU尋址的存儲(chǔ)器或I/O口送來(lái)的響應(yīng)信號(hào)TEST測(cè)試信號(hào).它是由WAIT指令測(cè)試的信號(hào).低電平時(shí)，執(zhí)行WAIT后面的指令；高電平時(shí)，CPU進(jìn)入空轉(zhuǎn)等待狀態(tài)INTR中斷請(qǐng)求信號(hào).它是外設(shè)發(fā)來(lái)的可屏蔽中斷請(qǐng)求信號(hào)，可由標(biāo)志寄存器中的中斷允許標(biāo)志位來(lái)屏蔽NMI非屏蔽中斷請(qǐng)求信號(hào).它是邊沿觸發(fā)信號(hào)，是不可屏蔽的RESET

復(fù)位信號(hào)

控制和狀態(tài)線寄存器操作類型代碼段寄存器CSFFFFH數(shù)據(jù)段寄存器DS0000H堆棧段寄存器SS0000H附加段寄存器ES0000H程序指針I(yè)P0000H標(biāo)志字寄存器

FLAGS清除指令隊(duì)伍緩沖器清除復(fù)位后一些內(nèi)部寄存器的狀態(tài)A0總線使用情況00從偶地址單元開始，在16位數(shù)據(jù)總線上進(jìn)行字傳送01從奇地址單元開始，在高8位數(shù)據(jù)總線上進(jìn)行字節(jié)傳送10從偶地址單元開始，在低8位數(shù)據(jù)總線上進(jìn)行字節(jié)傳送11無(wú)效8086第34腳VCC電源線.要求加5V±10%的電壓GND地線.8086/8088有兩條地線，這兩條地線都要接地CLK時(shí)鐘信號(hào).一般由時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器8284輸出，它提供8088的定時(shí)操作.8088的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘頻率為5MHz

電源和定時(shí)線地址鎖存器74373或8282數(shù)據(jù)收發(fā)器74245或8286時(shí)鐘發(fā)生器8284總線控制器82882.3.38088/8086的CPU系統(tǒng)配置芯片

地址鎖存器8088在訪問(wèn)存儲(chǔ)器或I/O設(shè)備時(shí)，低8位/高4位地址與數(shù)據(jù)/狀態(tài)分時(shí)復(fù)用，先輸出地址，后輸出數(shù)據(jù)/狀態(tài)，為了不使先送出的地址丟失，用8088組建系統(tǒng)時(shí)，必須用地址鎖存器

三態(tài)地址鎖存器8282、74LS37374LS373→8D鎖存器，其引線排列和功能為：8282DI1DI2DI3DI4DI5DI6DI7DO1DO2DO3DO4DO5DO6DO7DQDOCLKDI00STBOE地址鎖存器8282內(nèi)部結(jié)構(gòu)地址鎖存器8282引腳信號(hào)STBDI0DI1直通保持高阻DO0DO1DO0DO1DO2DO3DO4DO5DO6DO7STBVCC82821234567891020191817161514131211DI1DI2DI3DI4DI5DI6DI7OEGNDDI0OE地址鎖存功能STB為高電平期間，輸出等于輸入；為下降沿時(shí)，輸出鎖存，與輸入無(wú)關(guān)ALE為8088/8086地址鎖存允許,高電平有效,輸出,復(fù)用線上出現(xiàn)地址時(shí)為高電平鎖存器的DI0-DI7與CPU的地址/數(shù)據(jù)復(fù)用線相連，STB與ALE相連。ALE為正脈沖時(shí)，輸出地址；為低電平時(shí)，輸出鎖存，與數(shù)據(jù)無(wú)關(guān)OE為有效電平（低電平）時(shí)，正常輸出；為無(wú)效電平（高電平）時(shí)，輸出高阻雙向數(shù)據(jù)收發(fā)器8286內(nèi)部結(jié)構(gòu)A0B08286OETA1A2A3A5A4A6A7B1B2B3B5B4B6B7OET傳送方向01Ai→Bi00Bi→Ai11高阻狀態(tài)10高阻狀態(tài)功能表數(shù)據(jù)收發(fā)器雙向數(shù)據(jù)收發(fā)器8286引腳信號(hào)B0A1A2A3A4A5A6A7OEGNDB1B2B3B4B5B6B7TVCCA082861234567891020191817161514131211

雙向總線驅(qū)動(dòng)器74LS245→8總線傳送器，引線排列如圖：功能：輸出允許G傳送方向DIR

操作

LHA→BLLB→AH×

隔離→增強(qiáng)8088的負(fù)載能力

時(shí)鐘發(fā)生器8284A

8088內(nèi)部沒(méi)有時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生電路。而用8284向8088及系統(tǒng)提供符合定時(shí)要求的時(shí)鐘信號(hào)CLK、準(zhǔn)備好信號(hào)READY、復(fù)位信號(hào)RESET其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的框圖如下圖所示：8284A的框圖

時(shí)鐘發(fā)生器8284A

總線控制器8288

作用：工作在最大組態(tài)時(shí)，8088不直接提供總線控制信號(hào)（如ALE、存儲(chǔ)器讀/寫、I/O讀寫等），它只提供狀態(tài)信號(hào)S0～S2，8288對(duì)狀態(tài)信號(hào)譯碼轉(zhuǎn)換為總線控制信號(hào)電路：狀態(tài)譯碼

→對(duì)S0～S2譯碼命令信號(hào)發(fā)生器→產(chǎn)生命令信號(hào)控制信號(hào)產(chǎn)生器→產(chǎn)生總線控制信號(hào)；控制邏輯→控制8288工作方式。命令信號(hào)

MRDC存儲(chǔ)器讀命令.通知被選中單元，把數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)總線上MWTC存儲(chǔ)器寫命令.把數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)，寫入被選中存儲(chǔ)單元IORCI/O讀命令.通知被選中I/O口，把數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)總線上IOWCI/O寫命令.把數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)寫入被選中I/O口AMWC存儲(chǔ)器超前寫.同MWTC，只是提前一個(gè)時(shí)鐘脈沖

總線控制器8288

總線控制信號(hào)

DT/R數(shù)據(jù)發(fā)送/接收信號(hào)DEN數(shù)據(jù)允許信號(hào)MCE/PDEN設(shè)備級(jí)聯(lián)允許/外部數(shù)據(jù)允許信號(hào)ALE地址鎖存信號(hào)

總線控制器8288

AIOWCI/O超前寫.同IOWC，超前一個(gè)時(shí)鐘脈沖INTA中斷響應(yīng)命令8288內(nèi)部結(jié)構(gòu)狀態(tài)譯碼器控制邏輯控制信號(hào)發(fā)生器命令信號(hào)發(fā)生器S0S1S2AMWCIORCIOWCAIOWCINTAMWTCMRDCCLKAENCENIOBDT/RDENALEMCE/PDEN+5VGND8086狀態(tài)信息控制輸入8288引腳信號(hào)IOBCLKS1DT/RALEAENMRDCAMWCMWTCGNDVCCS0S2MCE/PDENDENCENINTAIORCAIOWCIOWC8288總線控制器1234567891020191817161514131211

最小組態(tài)下的8088CPU系統(tǒng)

典型的最小組態(tài)下的8088CPU系統(tǒng)如圖：8088工作于最小組態(tài)系統(tǒng)地址總線系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)控制總線A19～A16，A7～A0為分時(shí)復(fù)用線，必須用地址鎖存器74LS373或8282把這12位地址鎖存.A15～A8不用鎖存.在此全部鎖存數(shù)據(jù)線可加雙向驅(qū)動(dòng)器，也可直接輸出（小系統(tǒng)）.用8088的數(shù)據(jù)允許信號(hào)DEN接245的OE，8088的的收發(fā)控制DT/R接245的DIR8088的控制線可直接作系統(tǒng)控制總線，RD、WR和IO/M經(jīng)組合形成存儲(chǔ)器讀/寫信號(hào)和I/O讀/寫信號(hào).組合邏輯電路如右圖所示：

最小組態(tài)下的8088CPU系統(tǒng)

最小模式總線狀態(tài)及操作無(wú)效110寫存儲(chǔ)器010讀存儲(chǔ)器100取指令000暫停111寫I/O011讀I/O101中斷響應(yīng)001操作SS0DT/RIO/M2.3.3最小組態(tài)下的8086CPU系統(tǒng)

典型的最小組態(tài)下的8086CPU系統(tǒng)如圖：2.3.4最大組態(tài)下的8088CPU系統(tǒng)

最大組態(tài)下的8088CPU系統(tǒng)如圖：8088工作于最大組態(tài)8288工作在系統(tǒng)總線方式管理系統(tǒng)中斷系統(tǒng)地址總線系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線8288控制形成控制總線最大模式總線狀態(tài)S0S1S2總線周期狀態(tài)信號(hào)（輸出、三態(tài)），經(jīng)過(guò)8288總線控制器譯碼產(chǎn)生對(duì)存儲(chǔ)器、I/O端口訪問(wèn)所需的控制信號(hào)8288輸出命令CPU狀態(tài)中斷響應(yīng)讀I/O端口寫I/O端口暫停取指令讀存儲(chǔ)器寫存儲(chǔ)器無(wú)源狀態(tài)INTAIORCIOWCAIOWC無(wú)MRDCMRDCMWTC,AMWC無(wú)000001111110100011010101S2

S1

S0最大組態(tài)下的8086CPU系統(tǒng)如圖：1.8086/8088存儲(chǔ)器組織

存儲(chǔ)器單元的地址和內(nèi)容2.48086/8088存儲(chǔ)器和I/O組織8086/8088有20條地址線，可直接對(duì)1MB個(gè)存儲(chǔ)單元進(jìn)行訪問(wèn),

1M存儲(chǔ)單元對(duì)應(yīng)的地址為從00000H到FFFFFH.一個(gè)“字”需要存儲(chǔ)器連續(xù)的兩個(gè)字節(jié)，則將字的低位字節(jié)存放在低地址單元，高位字節(jié)存放在高位地址單元。字：（EFFFH）=9E01H。字節(jié)：（EFFFH）=01H字節(jié)：（F000H）=9EH存儲(chǔ)器分段管理理念8086/8088CPU寄存器是16位的，只能直接尋址64KB。為了管理1M存儲(chǔ)單元，采用存儲(chǔ)器分段管理。將整個(gè)存儲(chǔ)器分為許多邏輯段，容量小于或等于64KB字節(jié)，允許浮動(dòng)、相連和重疊。用戶編寫指令代碼和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在各種段，如事先分配的代碼段、數(shù)據(jù)段、堆棧段、附加段（CS、DS、SS、ES）。

實(shí)地址方式下的存儲(chǔ)器分段

存儲(chǔ)器段的劃分如右圖所示：

8086/8088可尋址220=1M字節(jié)，分為216=64K個(gè)段，每一段最多可尋址216=64K個(gè)單元每個(gè)段的首地址的低4位為0將段寄存器的值即段基址的高16位乘以10H即將16位二進(jìn)制數(shù)邏輯左移4位得到20位的段基址，然后與16位的偏移地址相加得到20位的物理地址。

實(shí)地址方式下物理地址的形成：

段寄存器的值×10H+偏移地址邏輯地址0001H：0010H對(duì)應(yīng)的物理地址為00010H+0010H=00020H堆棧操作堆棧段是存儲(chǔ)器中一個(gè)特定段（先進(jìn)后出的原則，其容量可達(dá)64KB。（1）存放指令操作數(shù)（變量）。當(dāng)操作數(shù)存在堆棧段中，段地址由堆棧段寄存器SS來(lái)提供，段內(nèi)的偏移地址由基址寄存器BP來(lái)提供。（2）保護(hù)斷點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)。主程序在調(diào)用子程序或執(zhí)行中斷服務(wù)程序時(shí)，為了能順利返回主程序，必須把斷點(diǎn)處的有關(guān)信息（如CS、IP以及FLAGS等）暫時(shí)保存起來(lái)，通過(guò)壓入堆棧段，執(zhí)行完子程序或中斷服務(wù)程序后按先進(jìn)后出的原則將其彈出堆棧，以恢復(fù)有關(guān)寄存器的內(nèi)容，從而使主程序能從斷點(diǎn)處繼續(xù)往下執(zhí)行。保護(hù)斷點(diǎn)的操作自動(dòng)完成。A0總線使用情況00從偶地址單元開始，在16位數(shù)據(jù)總線上進(jìn)行字傳送01從奇地址單元開始，在高8位數(shù)據(jù)總線上進(jìn)行字節(jié)傳送10從偶地址單元開始，在低8位數(shù)據(jù)總線上進(jìn)行字節(jié)傳送11無(wú)效8086存儲(chǔ)器高低位庫(kù)8086/8088系統(tǒng)和外部設(shè)備之間是通過(guò)I/O接口電路來(lái)聯(lián)系的。每個(gè)I/O接口都有一個(gè)或幾個(gè)端口。在微機(jī)系統(tǒng)中每個(gè)端口分配一個(gè)地址號(hào)，稱為端口地址。8086/8088CPU用地址總線的低16位作為對(duì)8位I/O端口的尋址線，所以8086/8088系統(tǒng)可訪問(wèn)的8位I/O端口有65536(64K)個(gè)，A15~A0來(lái)尋址0000~FFFFH2.4.2 8086/8088的I/O組織

指令周期、總線周期和T狀態(tài)

計(jì)算機(jī)是在程序控制下工作的，每條指令的執(zhí)行，都要經(jīng)過(guò)取指，譯碼，執(zhí)行三個(gè)階段，這些操作都是在時(shí)鐘脈沖CLK的統(tǒng)一控制下一步一步進(jìn)行的，它們都需要一定的時(shí)間2.4.38088/8086的時(shí)序

T狀態(tài)→CPU處理動(dòng)作的最小單位，即一個(gè)時(shí)鐘周期.如：8088的時(shí)鐘頻率為5MHz，故時(shí)鐘周期或1個(gè)T狀態(tài)為200ns

指令周期→執(zhí)行一條指令所需要的時(shí)間.8088中不同指令的指令周期是不等長(zhǎng)的.最短2個(gè)時(shí)鐘周期，最長(zhǎng)200個(gè)時(shí)鐘周期（如：16位乘除法指令）

總線周期→把指令周期劃分為一個(gè)個(gè)總線周期.基本的總線周期有存儲(chǔ)器讀/寫、I/O端口讀/寫和中斷響應(yīng)周期如,從存儲(chǔ)器存取一個(gè)字節(jié)就是一個(gè)總線周期（1）存儲(chǔ)器讀周期→由4個(gè)T狀態(tài)組成8088存儲(chǔ)器讀周期時(shí)序

1.最小組態(tài)下的時(shí)序8088（2）存儲(chǔ)器寫周期→由4個(gè)T狀態(tài)組成8088存儲(chǔ)器寫周期時(shí)序

最小組態(tài)下的時(shí)序8088（3）輸入周期和輸出周期8088輸入周期和讀周期時(shí)序基本相同

最小組態(tài)下的時(shí)序8088（3）輸入周期和輸出周期8088輸出周期和寫周期時(shí)序基本相同

最小組態(tài)下的時(shí)序8088（1）存儲(chǔ)器讀周期→由4個(gè)T狀態(tài)組成8086存儲(chǔ)器讀周期時(shí)序

2最小組態(tài)下的時(shí)序-8086（2）存儲(chǔ)器寫周期→由4個(gè)T狀態(tài)組成

最小組態(tài)下的時(shí)序8086（3）輸入周期和輸出周期

最小組態(tài)下的時(shí)序8086（1）存儲(chǔ)器讀周期→由4個(gè)T狀態(tài)組成最大組態(tài)時(shí)存儲(chǔ)器讀周期時(shí)序

3.最大組態(tài)下的時(shí)序8088（2）存儲(chǔ)器寫周期→由4個(gè)T狀態(tài)組成最大組態(tài)時(shí)存儲(chǔ)器寫周期時(shí)序

最大組態(tài)下的時(shí)序8088（3）I/O讀和I/O寫周期→由5個(gè)T狀態(tài)組成最大組態(tài)時(shí)I/O讀周期和I/O寫周期時(shí)序

最大組態(tài)下的時(shí)序8088（1）存儲(chǔ)器讀周期→由4個(gè)T狀態(tài)組成最大組態(tài)時(shí)存儲(chǔ)器讀周期時(shí)序

4最大組態(tài)下的時(shí)序8086（2）存儲(chǔ)器寫周期→由4個(gè)T狀態(tài)組成最大組態(tài)時(shí)存儲(chǔ)器寫周期時(shí)序

最大組態(tài)下的時(shí)序8086（3）I/O讀和I/O寫周期→由5個(gè)T狀態(tài)組成最大組態(tài)時(shí)I/O讀周期和I/O寫周期時(shí)序

最大組態(tài)下的時(shí)序80862.4.4 PentiumCPU總線（略）自行閱讀了解80x86的工作方式有4種：實(shí)地址方式(realaddressmode)虛地址保護(hù)方式(protectedvirtualaddressmode)虛擬8086方式（virtual8086mode)系統(tǒng)管理方式（systemmanagementmode）8086/8088只有實(shí)地址方式1種工作方式80286有實(shí)地址方式和虛地址保護(hù)方式2種工作方式80386和80486有實(shí)地址、虛地址保護(hù)方式和虛擬8086方式３種工作方式。Pentium有實(shí)地址方式、虛地址保護(hù)方式、虛擬8086方式和系統(tǒng)管理方式4種。2.5

80X86的工作方式與存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)

1.實(shí)地址方式實(shí)地址方式是實(shí)在的1MB的物理地址空間的工作方式，實(shí)地址方式采用存儲(chǔ)器地址分段的方法，使兩個(gè)16位的地址實(shí)現(xiàn)了對(duì)1MB地址空間尋址的20位的物理地址。在實(shí)地址方式下，操作數(shù)的默認(rèn)長(zhǎng)度為16位，可以運(yùn)行8086的全部指令。80x86除了虛地址保護(hù)方式指令外，其余指令都可以在實(shí)地址方式下運(yùn)行。8086和80286微處理器允許4種存儲(chǔ)器分段，段寄存器為CS、DS、SS和ES。80386以上微處理器允許6種存儲(chǔ)器分段，段寄存器為CS、DS、SS、ES、FS和GS。2.虛地址保護(hù)方式虛地址保護(hù)方式是支持虛擬存儲(chǔ)器、支持多任務(wù)、支持特權(quán)級(jí)與特權(quán)保護(hù)的工作方式。在虛地址保護(hù)方式下，32位微處理器可訪問(wèn)的物理空間為4GB字節(jié)),由輔存和內(nèi)存提供的虛擬空間可達(dá)64TB。該方式對(duì)如此之大的虛擬存儲(chǔ)空間采取保護(hù)措施，使系統(tǒng)程序和用戶的任務(wù)程序之間以及各任務(wù)程序之間互不干擾地運(yùn)行。最主要的保護(hù)措施是特權(quán)級(jí)和特權(quán)保護(hù)。特權(quán)級(jí)(privilegelevel)分為4級(jí)，由2位二進(jìn)制數(shù)組成，特權(quán)級(jí)編號(hào)為0～3，其中0級(jí)為最高特權(quán)級(jí)，3級(jí)為最低特權(quán)級(jí)。每個(gè)存儲(chǔ)段都同一個(gè)特權(quán)級(jí)相聯(lián)系，只有足夠級(jí)別的程序才可以對(duì)相應(yīng)的段進(jìn)行訪問(wèn)。在程序運(yùn)行的過(guò)程中，通過(guò)CPL、DPL和RPL三個(gè)特權(quán)級(jí)來(lái)實(shí)施特權(quán)級(jí)保護(hù)。CPL(currentprivilegelevel)是當(dāng)前特權(quán)級(jí)，它既是代碼段寄存器CS的最低2兩位的值，也是當(dāng)前代碼段的DPL的值，用來(lái)表示當(dāng)前正在運(yùn)行的程序的特權(quán)級(jí)。DPL(descriptorprivilegelevel)是描述符特權(quán)級(jí)，每個(gè)段的段描述符中都有2位DPL來(lái)標(biāo)明此段的特權(quán)級(jí)。只有當(dāng)CPL等于或高于DPL時(shí)，當(dāng)前任務(wù)才能訪問(wèn)描述符所確定的段中的數(shù)據(jù)。RPL(requrstorprivilegelevel)是請(qǐng)求特權(quán)級(jí)，它位于數(shù)據(jù)段寄存器的最低2位，用來(lái)防止特權(quán)級(jí)低的程序訪問(wèn)特權(quán)級(jí)較高的數(shù)據(jù)段。3.虛擬8086方式虛擬8086方式是一種在32位虛地址保護(hù)方式下支持16位實(shí)地址方式應(yīng)用程序運(yùn)行的特殊工作方式。微處理器的工作過(guò)程與虛地址保護(hù)方式下的工作過(guò)程相同，但程序指定的邏輯地址又與8086實(shí)地址方式相同。在這種方式下操作系統(tǒng)可以建立多個(gè)8086虛擬機(jī)，每個(gè)虛擬機(jī)都認(rèn)為自己是唯一運(yùn)行的機(jī)器，安全地運(yùn)行以實(shí)地址方式編寫的16位應(yīng)用程序。虛擬8086方式是具有最低特權(quán)級(jí)(特權(quán)級(jí)為3)的保護(hù)方式。當(dāng)標(biāo)志寄存器的VM位為1時(shí)，微處理器進(jìn)入虛擬8086方式。4.系統(tǒng)管理方式系統(tǒng)管理方式主要為系統(tǒng)管理而設(shè)置。該方式可使系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員實(shí)現(xiàn)高級(jí)管理功能，例如對(duì)電源實(shí)施管理，對(duì)操作系統(tǒng)和正在運(yùn)行的程序?qū)嵤┕芾?，提供透明的安全性。系統(tǒng)管理方式也是的一項(xiàng)主要特征，它由計(jì)算機(jī)內(nèi)部的硬件(裝有系統(tǒng)程序代碼的ROM)來(lái)控制。

虛地址保護(hù)方式下80286存儲(chǔ)器的分段和物理地址的形成虛地址保護(hù)方式下80386、80486、Pentium存儲(chǔ)器的分段和物理地址的形成5.虛擬8086方式物理地址的生成80x86工作在虛擬8086方式時(shí)，所尋址的物理內(nèi)存是1MB，段寄存器的內(nèi)容不再是描述符表的描述符索引而是段基址的高16位。將段寄存器的內(nèi)容乘以16（左移４位）就是20位的段基址，與偏移地址相加形成20位的線性地址，線性地址再經(jīng)過(guò)頁(yè)管理單元的分頁(yè)處理，就可得到20位的物理地址。

2.5.380286的寄存器在8086的基礎(chǔ)上新增：16位的機(jī)器狀態(tài)字寄存器MSW：只定義了低4位標(biāo)志寄存器EFLAGS增加兩個(gè)標(biāo)志位：任務(wù)嵌套標(biāo)志位NT(nestedtask)和I/O特權(quán)級(jí)標(biāo)志位IOPL(I/Oprivilegelevelfield)分別位于D14、

D13和D123位

2.5.480386的寄存器1.基本寄存器（1）通用寄存器EAX,EBX,ECX,EDX,ESP,EBP,ESI,EDI，均為32位低16位AX、BX、CX、DX、SP、BP、SI、DI，用法與8086完全相同

（2）指令指示器EIP和標(biāo)志寄存器EFLAGS均為32位，它們的低16位即是8086的IP和FLAGS，并可單獨(dú)使用工作于保護(hù)方式下時(shí)，EIP是32位的寄存器；工作于實(shí)地址方式下時(shí)，EIP就是16位的寄存器IP保留了80286的所有標(biāo)志，并在高位字的最低兩位D17和D16增加了虛擬8086方式標(biāo)志VM和恢復(fù)標(biāo)志RF

（3）段寄存器6個(gè)段寄存器：CS,SS,DS,ES,FS,GS,均為16位FS、GS的作用與ES相同段基址與段寄存器的關(guān)系由微處理器80386的工作方式確定

2.系統(tǒng)寄存器（1）系統(tǒng)地址寄存器全局描述符表寄存器GDTR中斷描述符表寄存器IDTR局部描述符表寄存器LDTR任務(wù)寄存器TR主要用來(lái)在保護(hù)模式下管理用于生成線性地址和物理地址的４個(gè)系統(tǒng)表

（2）控制寄存器控制寄存器有４個(gè)：CR0～CR3，CR1為備用。主要用來(lái)進(jìn)行分頁(yè)處理。（3）調(diào)試寄存器

DR0～DR7，主要用來(lái)設(shè)置程序的斷點(diǎn)（4）測(cè)試寄存器

TR6和TR7，用來(lái)進(jìn)行頁(yè)處理

2.5.580486的寄存