第二章微处理器及其系统 ppt课件.ppt

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1、第二章 8086/8088微处理器及其系统,8086/8088最小/最大工作方式(理解),8086/8088在最大和最小模式下的引脚功能,8086/8088系统存储器的组织和堆栈(掌握),8086/8088CPU寄存器结构及其用途(掌握),8086/8088微处理器的内部结构 (理解),更多详细资料请登录http:/,AB,DB,CB,CPU,存储器,I/O接口,外设,微型计算机组成框图,8086/8088比较：8086：Intel系列的16位微处理器，16条数据线、20条地址线，可寻址220=1MB的存储单元和64KB的I/O空间。可处理8位或16位数据。8086工作的时钟频率为5MHz 。

2、8088：内部与8086兼容，也是一个16位微处理器，但是外部数据总线为8位，所以称为准16位微处理器。体系结构相似。 这样设计的目的是与Intel原有的8位外围接口芯片直接兼容。,2、1 8086/8088微处理器内部结构,AH AL AX,BH BL BX,CH CL CX,DH DL DX,SP,BP,DI,SI,通用寄存器,暂存寄存器,ALU,标志,执行部分控制电路,1 2 3 4 5 6,CS,DS,SS,ES,IP,内部暂存器,总线控制电路,地址加法器,AB 20位,16位 DB,8位队列总线,指令队列缓冲器,8086 数据总线16位,执行部件（EU）,总线接口部件（BIU）,80

3、86CPU结构图,ALU数据总线16位,功能：完成CPU与存储器或I/O设备之间的数据传送（1）、从内存取指令送到指令队列。（2）、CPU执行指令时，配合EU从指定的内存单元或者外设端口中取数据，将数据传送给EU，或者把EU的操作结果传送到指定的内存单元或外设端口中。,1、总线接口部件,总线接口部件的组成：（1）、四个段地址寄存器CS：16位代码段寄存器，存放程序当前使用的代码段的段地址；DS：16位数据段寄存器；SS：16位堆栈段寄存器；ES：16位附加段寄存器，存放程序当前使用的附加段的段地址，通常也用来存放数据；,（2）、16位指令指针寄存器IP（PC）。（3）、20位的地址加法器和总线

4、控制电路。（4）、六字节的指令队列缓冲器。说明：（1）、指令队列缓冲器：在执行指令的同时，将取下一条指令，并放入指令队列缓冲器中。CPU执行完一条指令后，可以立即执行下一条指令（流水线技术）。提高CPU效率。（2）、地址加法器：产生20位地址。CPU内无论是段地址寄存器还是偏移量都是16位的，通过地址加法器产生20位地址。,作用：从指令队列中取出指令。对指令进行译码，发出相应的控制信号。接收由总线接口送来的数据或发送数据至接口进行算术运算。执行部件的组成：（1）、四个通用数据寄存器AX、BX、CX、DX（2）、指针寄存器和变址寄存器SP、BP、SI、DI,2、执行部件,（3）、算术逻辑单元AL

5、U 完成8位或者16位二进制算术和逻辑运算，计算偏移量。（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16位寄存器，其中有7位未用。,D15,D0,OF DF IF TF SF ZF AF PF CF,进借位标志,奇偶标志,半进借位标志,零标志,符号标志,跟踪标志,中断允许,方向标志,溢出标志,1-有进、借位0-无进、借位,1-低8位有偶数个10-低8位有奇数个1,1-低4位向高4位有进、借位0-低4位向高4位无进、借位,1-结果为00-结

6、果不为0,（1）、 8086/8088CPU执行程序的操作过程：A、20位地址的形成，并将此地址送至程序存储器指定单元，从该单元取出指令字节，依次放入指令队列中。B、执行部件从总线接口的指令队列首取出指令代码，执行该指令。（2）、取指时，每当指令队列缓冲器中存满1条指令后，EU就立即开始执行。（3）、指令队列缓冲器中只要空出2个（8086）或空出1个（8088）指令字节时，BIU便自动执行取指操作，直到填满为止。（4）、当队列已满，执行部件又不使用总线时，总线接口部件进入空闲状态。（5）、执行转移指令、调用指令、返回指令时，先清空队列内容，再将要执行的指令放入队列中。（6）、8088BIU中指

7、令队列长度为4个字节，外部数据总线为8位,3、几点说明,2、2 8086/8088CPU寄存器结构及其用途（板书）,AX AH AL 累加器 BX BH BL 基址寄存器CX CH CL 计数寄存器DX DH DL 数据寄存器 SP 堆栈指针 BP 基址指针 SI 源变址寄存器 DI 目的变址寄存器 IP 指令指针 FLAGS 标志寄存器 CS 代码段寄存器 DS 数据段寄存器 ES 附加段寄存器 SS 堆栈段寄存器,2、3 8086/8088系统存储器的组织和堆栈（板书）,+,存储器物理地址的计算方法,CS 0000,IP,代码段,DS或ES 0000,SI、DI或BX,SS 0000,SP

8、或BP,数据段,堆栈段,存储器,段寄存器和偏移地址寄存器组合关系,2、4 总线周期的概念总线周期：CPU通过总线与存储器或I/O接口进行一次数据传输所需的时间。一个最基本的总线周期由4个时钟周期组成。T状态（时钟周期）：CPU处理动作的最小单位。由CPU主频决定。CPU在4个状态中的基本作用：1、T1状态：CPU往多路复用总线上发送地址信息，以选中所要寻址的存储单元或外设端口的地址。（A19-A0）2、T2状态：从总线上撤销地址，并使总线的低16位浮置成高阻状态，为传送数据做准备。总线高4位（A19-A16）用来输出本总线周期的状态信息(S6-S3)。,3、T3状态：多路总线的高4位继续提供状

9、态信息（S6-S3），而低16/8位上出现由CPU写出或读入的数据（D15/D7-D0）.4、在有些情况下，由于外设或者存储器的速度较慢，不能及时地配合CPU传送数据。READY=0时，CPU会在T3之后自动插入1个或多个TW等待状态，此时CPU在总线上的信息情况和T3状态的信息情况一样。当READY1时，CPU自动脱离TW状态进入T4状态。5、T4状态：总线周期结束,2、5 8086/8088微处理器的引脚功能根据所连的存储器和外设规模的不同，使它们可以在两种模式下工作： 系统的最小模式：只有一8086/8088CPU。系统的最大模式：有两个或两个以上的CPU，一个为主CPU，另一个为协CP

10、U。当系统规模较大时，要求有较强的驱动能力，这样就需要两个或两个以上的微处理器。其中有一个是主处理器8086或8088，其它的处理器称为协处理器，它们协助主处理器工作。,0102030405060708091011121314151617181920,4039383736353433323130292827262524232221,GND,AD14/A14,AD13/A13,AD12/A12,AD11/A11,AD10/A10,AD9/A9,AD8/A8,AD7,AD6,AD5,AD4,AD3,AD2,AD1,AD0,NMI,INTR,CLK,GND,VCC（5V）,AD15/A15,A16/

11、S3,A17/S4,A18/S5,A19/S6,/BHE/S7 HIGH（SSO）,MN/MX,/RD,HOLD（/RQ/GT0）,HLDA（/RQ/GT1）,/WR（/LOCK）,M/IO（/S2）,DT/R（/S1）,/DEN（/S0）,ALE（QS0）,/INTA（QS1）,/TEST,READY,RESET,8086/8088,（8086/8088）A15-A0：单向输出，三态。（8086）D15-D0：双向，三态。（8088）D7-D0：双向，三态。复用总线、分时工作，T1状态：输出地址信息；T2状态：高阻；T3状态：传输数据；T4状态：结束总线周期,2、地址/状态总线A19/S6-

12、A16/S3复用引脚，输出，三态。,1、地址/数据总线AD15-AD0,分时工作，T1状态：输出地址的高4位信息；T2、T3、T4状态：输出CPU的工作状态信息。当访问存储器时， T1状态时输出的A19-A16送到锁存器8282锁存，与AD15-AD0组成20位的地址；而访问I/O端口时候，A19-A160S6：指示8086/8088当前是否与总线相连，S6=0表示相连。S5：表明中断允许标志IF当前的设置。S5=0，表示CPU中断是关闭的，禁止一切可屏蔽中断源的中断请求；S4、S3：指示当前使用哪个段寄存器。,(1)、 /S7：高8位数据总线允许/状态复用引脚。T1状态：输出 信号，表示高8

13、位数据线D15-D8上的数据有效。T2T4状态时：输出S7状态信号。,3、控制总线,A0 总线使用情况 0 0 从偶地址单元开始，在16位数据总线上进行字传送 0 1 从奇地址单元开始，在高8位数据总线上进行字节传送 1 0 从偶地址单元开始，在低8位数据总线上进行字节传送 1 1 无效,S7：8086中无定义，备用状态线。在8088中：此脚不是 /S7，而是 /HIGH在最小模式中，输出 信号，此信号与其它信号合作决定总线周期的读/写动作。在最大模式中，恒为高电平。,（2）、 ：读信号，三态输出，低电平有效。/RD=0，表示当前CPU正在对存储器或I/O端口进行读操作。（3）、 ：写信号，三

14、态输出，低电平有效。（4）、 ：存储器或IO端口访问信号，三态输出。 =1，表示CPU正在访问存储器；（5）、READY：准备就绪信号，输入，高电平有效。READY=1，表示CPU访问的存储器或I/O端口已准备好传送数据。若CPU在总线周期T3状态检测到READY=0，表示未准备好，CPU自动插入一个或多个等待状态TW，直到READY=1为止。,和中断有关的引脚,该请求信号不受IF状态的影响，也不能用软件屏蔽，,（9）、 ：等待测试信号，输入，低电平有效。用于多处理器系统且在执行WAIT指令时才使用。当CPU执行WAIT指令时，每隔5个时钟周期对 进行一次测试，若 =1，继续等待，直到 =0。

15、（10）、RESET：复位信号，输入，高电平有效。RESET信号至少要保持4个时钟周期。复位时：标志寄存器、IP、DS、SS、ES为0，CS=FFFFH，复位后CPU从FFFF0H处开始 执行。（11）、ALE：地址锁存允许信号，输出，高电平有效。用来锁存地址信号A15-A0，分时使用AD15-AD0地址/数据总线。,（12）、 ：数据发送/接收控制信号，三态输出。此信号控制数据总线上的收发器8286的数据传送方向， =1,发送数据-写操作； =0，接收数据-读操作。（13）、 ：数据允许信号，三态输出，低电平有效。作为数据总线上收发器8286的选通信号。（14）、HOLD：总线请求信号，输入

16、，高电平有效。当系统中CPU之外的另一个控制器要求使用总线时，通过它向CPU发一高电平的请求信号。（15）、HLDA：总线请求响应信号，输出，高电平有效。当HLDA有效时，表示CPU对其它控制器的总线请求作出响应，与此同时，所有与三总线相接的CPU的线脚呈现高阻抗状态，从而让出总线。,（16）、 ：工作模式选择信号，输入。 =1，表示CPU工作在最小模式系统； =0，表示CPU工作在最大模式系统。（17）、CLK：主时钟信号，输入。8086/8088的时钟频率为5MHZ。4、电源线和地线8086/8088采用单+5V，1、20引脚为地线。40引脚为电源,（1）QS1、QS0指令队列状态信号，输

17、出。 提供了本总线周期的前一个时钟周期中指令队列的状态，以便于外部对8086/8088内部指令队列的动作跟踪 QS1 QS0 含义 0 0 无操作 0 1 从指令队列的第一个字节中取走代码 1 0 队列为空 1 1 除第一个字节外，还取走了后续字节中的代码,5、最大模式下的有关引脚,（2）/S2、/S1、/S0：总线周期状态信号，三态输出。 /S2、/S1、/S0状态信号的编码 /S2 /S1 /S0 操作过程 产生信号 0 0 0 发中断响应信号 /INTA 0 0 1 读I/O端口 IORC 0 1 0 写I/O端口 IOWC 0 1 1 暂停 无 1 0 0 取指令 /MRDC 1 0

18、1 读存储器 /MRDC 1 1 0 写存储器 /MWTC 1 1 1 无作用 无,（3）、 、 ：总线请求信号（输入）/总线请求允许信号（输出），双向，低电平有效。供CPU以外的2个处理器用来发出使用总线的请求信号和接收CPU对总线请求信号的回答信号。（4）、 ：总线封锁信号，三态输出，低电平有效。 =0，CPU不允许其它控制器占用总线。2、5 8086/8088系统的最小/最大工作方式典型系统结构 课本p62 图3.7，p65 图3.8,1、设堆栈段寄存器（SS）3E4BH，程序中设置堆栈长度为200个字节。试计算出堆栈底部字单元物理地址，堆栈指针SP初始值（即堆栈中没有数据时）和SP 初始值指向的物理地址。2、 在IBM PC微机上，分别进行下列8位二进制数的运算后，标志寄存器中OF，ZF，SF，CF的值各是多少？10101011+0101010111011010+1110110101010101-0011111010110011-01100010,习 题,3、设某用户程序（SP）30H，（AX）=1234H,（DS）=5678H。如现有两条进栈指令： PUSH AX PUSH DS 试问两条指令执行后，下图中各单元的数据是多少？（SP）？,.,（SP）,地址增加方向,