第886微处理器.ppt
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1、第2章 8086微处理器,主要内容:2-1 8086的内部结构2-2 8086的引线2-3 8086操作和时序2-4 8086存储器组织2-5 80286Pentuum简介 第二章 小结第二章 习 题,学 习 目 的,通过对本章的学习,您应该能够达到下 列要求:描述8086的编程结构说明8086CPU的工作特点了解8086CPU的引线分析8086CPU基本总线周期时序,重 点,8086CPU的编程结构,总线接口单元和执行单元的动作管理8086CPU的引线8086CPU基本总线周期各个T状态的作用 存储器与I/O接口的读写时序难 点8086的寄存器结构以及时序,2.1 8086的内部结构,概 述
2、 8086内部寄存器,为16位。1、8086有16位数据据线,与地址线A0-A15兼用;20位数据线,寻址空间达到1MB.2、8088有8位数据线,与地址线A0-A7兼用;引脚28、34信号,功能与8086稍有不同。,2-1-1 8086的内部结构,8086CPU内部结构分成两部分:总线接口部件BIU:总线接口单元BIU,负责控制存贮器读写。执行部件EU:执行单元EU从指令队列中取出指令并执行。特点:取指部分和执行指令部分分开进行,提高了速度。,外部总线,内部暂存器,IP,ES,SS,DS,CS,输入/输出控制电路,执行部分控制电路,1 2 3 4 5 6,ALU,标志寄存器,AH AL,BH
3、 BL,CH CL,DH DL,SP,BP,SI,DI,通用寄存器,地址加法器,指令队列缓冲器,执行部件(EU),总线接口部件(BIU),16位,20位,16位,8位,执行部件,总线接口部件,2-1-2、总线接口单元BIU(Bus Interface Unit),总线接口单元:控制存储器IO与CPU的信息传送。1.四个段寄存器:(CS.DS.SS.SS)由于8086访问内存要20位地址(MB),而执行单元EU中所有寄存器和数据通道均为16位,只能提供16位地址。,由四个段寄存器的某个段地址或地址偏移,通过地址加法器,形成20位物理地址。执行单元中各寄存器均为16位,只能寻址=64K字节,利用段
4、寄存器,可以扩大寻址空间为=1MB。段寄存器为信息按特征分段存贮带来方便.存储器可以划分为:程序区、数据区、堆栈区CS:16位的代码段寄存器,管理程序段DS:16位的数据段寄存器,管理数据段。ES:16位的扩展段(附加段)寄存器,管理扩展段。SS:16位的堆栈段寄存器,管理堆栈段。,2.16位的指令指针寄存器IP:,IP中的内容是下一条指令对现行代码段基地址的偏移量,与段寄存器CS的内容相加,形成取指令的物理地址。3、20位地址加法器例:CS=A000H,代码段可寻址的空间?CS左移四位:A000 0 H IP的内容:0000H FFFF H物理地址:A0000 H AFFFF H,4、6字节
5、的指令队列,指令队列共六字节,总线接口部件BIU从内存取指令,取来的总是放在指令队列中执行部件EU从指令队列取指令,并执行8086执行转移指令时,指令队列怎样变化?,2-1-3、执行部件EU(Excution Unit),1、四个16位数1据寄存器:AX、BX、CX、DX,每个16位寄存器可作8位寄存器。,16位 8位 8位 AX AH AL BX BH BL CX CH CL DX DH DL,2、四个专用寄存器二个指针寄存器 SP:堆栈指针,其内容与堆栈段寄存器SS的 内容相加,提供堆栈操作地址。BP:基址指针:构成段内偏移地址的一部分.二个变址寄存器:SI:(Source Index):
6、SI含有源地址意思,产 生有效地址或实际地址的偏移量。DI:(Destination Index):DI含有目的意思,产生有效地址或实际地址的偏移量。,3、算术逻辑单元ALU:主要是加法器。大部分指令的执行由加法器完成。4、标志寄存器:16位字利用了9位。标志分两类:状态标志(6位):反映刚刚完成的操作 结果情况。控制标志(3位):在某些指令操作中起 控制作用。,进位标志CF:运算结果有进位,CF=1,否则CF=0;奇偶校验标志PF:辅助进位标志AF:零标志ZF:结果为零,ZF=1;否则CF=0;符号标志SF:与运算结果的最高位相同;溢出标志OF:跟踪标志TF:CPU按跟踪方式执行指令;中断允
7、许标志IF:IF=1,允许可屏蔽中断;方向标志DF:,标志位,控制位,例1、将两数相加,即0100 1100加 0110 0101,CF、PF、AF、ZF、SF、OF各为何值?0100 1100+0110 0101 1011 0001 CF=0,PF=1,AF=1,ZF=0,SF=1,OF=1,2-1-4、总线接口单元和执行单元的 动作管理1、当8086的指令队列有两个空字节,BIU 自动取指令到指令队列中;2、执行部件EU准备执行一条指令时,它从 BIU的指令队列取指令,然后执行;特别的:当指令要求访问存贮器或 I/O 口时,执行单元EU向总线接口单元BIU发出请求,由BIU通过总线获取存储
8、数据。,3、指令队列已满,BIU与EU又无总线请求时,总线接口部件进入空闲状态。4、执行转移指令、调用指令、返回指令时,BIU自动清除指令队 列,然后从新地址取 指令,并立即送给EU,然后再从新单元开 始,从新填满队列机构。传统的计算机的工作?,2-1-2 存储器结构,一.存储器的分段8086:20条地址线,直接访问1MB的存 储空间。物理地址为:00000HFFFFFH。20M.00000 0段 00010 1段,段的分配:存储器,0150H,1CD0H,4200H,B000H,64K代码,64K堆栈,64K数据,64K附加,CSSSDSES,0150:0000H0150:FFFFH,二、物
9、理地址的产生:,16d段地址+偏移地址=物理地址,偏移地址(16位),段基 地 址(16位),2 0 位 物 理 地 址,0000,16d段地址+偏移地址=物理地址例1:DS=1000H,IP=501AH 1 0 0 0 0+5 0 1 A 1 5 0 1 A 1501AH单元的内容为20H,例2、CS=2000H,最大寻址空间可达多少?CS左移四位:20000 0H IP的内容:0 0 0 0FFFF H 2 0 0 0 0 2 0 0 0 0+0 0 0 0+F F F F 2 0 0 0 0 2 F F F F 物理地址:2 0 0 0 0 H2 F F F F H 64K,例3、将两数
10、相加,即0100 1100加 0110 0101,CF、PF、AF、ZF、SF、OF各为何值?0100 1100+0110 0101 1011 0001 CF=0,PF=1,AF=1,ZF=0,SF=1,OF=1,2-1-4、8086的总线概念,时钟周期:CPU的基本时间单位。T状态:一个基本时钟周期又称T状态。基本总线周期:4个T状态 T1状态:A19A0上是地址信息,出现ALE信号后,将地址锁存到地址锁存器(8282)。T2状态:地址信息消失,A19-A16从地址信息变为状态信息S6-S3。,T3状态:AD0AD15上出现数据。TW状态:若存储器式外设的工作速度较慢,不能满足基本时序要求,
11、使用一个产生READY的电路,以使在T3状态之后,插入一个等待周期TW。T4状态:结束一个总线周期。,2-2 8086的引线,2-2 8086的引线,2-2-1、概念:最小模式:系统中只有8086一个微处理器,所有的总线控制信号均为8086产生,系统中的总线控制逻辑电路,减少到最少。最大模式:用于大型(中型)8086/8088系统中。系统总是包含有两个或多个微处理器,其中一个主处理器就是8086或8088,其它的处理器称协处理器,协助主处理器工作。,协处理器:,数值运算协处理器8087:由硬件实现高精度整数浮点段运算。输入输出协处理器8089:相当两个DMA通道的处理器。增加协处理器,不再占用
12、8086时间,大大提高系统的运算速度效率。,非屏蔽中断,可屏蔽中断,最小最大模式控制MN/MX=1,最小模式MN/MX=0,最大模式,读信号,总线保持请求信号,总线保持相应信号,写信号,存储器/IO控制信号M/IO=1,选中存储器M/IO=0,选中IO接口,数据发送/接收信号DT/R=1,发送DT/R=0,接收,数据允许信号,地址允许信号,中断相应信号,测试信号:执行WAIT指令,CPU处于空转等待;TEST有效时,结束等待状态。,准备好信号:表示内存或I/O设备准备好,可以进行数据传输。,复位信号,2-2-2、8086引线,1、MN/MX:最小/最大模式控制(输入,33脚)接+5V,最小模式
13、;接地,最大模式。2、VCC(40脚):+5伏电源引出脚 GND(1、20脚):接地引出脚。3.AD15-AD0(第2-16,39脚),双向,三态。地址/数据线:分时复用;T1状态:AD15AD0为地址信号;T2、T3、TW、T4状态:数据信号.4.A19/S6A16/S3(输出,三态,35-38)地址/状态信号,T1状态:A19A16为地址的高四位,T2、T3、TW、T4状态:为状态信号。S6=0,8086CPU连在总线上;S5:中断允许标志设置:S5=0,允许可屏蔽中断请求 S5=1,禁止可屏蔽中断请求,5、BHE/S7(输出,三态,34)T1状态:D15D8有效,T2、T3、TW、T4:
14、为S7信号,在8086中无意义。BHE和A0区分数据格式:BHE A0 操作 数据引脚 0 0 从偶地址写一个字 AD15AD0 1 0 从偶地址读/写一个字节 A D7AD0 0 1 从奇地址读/写一个字节 AD15AD8 0 1 1 0,从奇地址读/写一个字 AD15AD0,6、NMI:非屏蔽中断(输入,17脚)不受中断允许标志IF的影响,不能用软件进行屏蔽。7、INTR可屏蔽中断请求(输入,18脚)若IF=1,CPU将响应中断请求。8、RD读信号(输出,32脚)将对内存或I/O端口进行操作。9、CLK时钟(输入,19脚)要求频率为:8086-2:8MHZ,10、TEST:测试信号(输入,
15、第23脚)执行WAIT指令,CPU处于空转等待,当 TEST有效时,结束等待状态。11、RESET:复位信号(输入,21脚)标志寄存器、IP、CS、ES、SS、DS和指 令队列清零,CS置为FFFFH。12、READY:准备好信号(输入,22脚)表示内存或I/O设备准备好,可以进行数据传输。,CPU的启动状态,(1)、系统开机时,送一个脉冲到复位线。(2)、按下RESET键,送一个脉冲到复位线 CPU启动后:标志寄存器、IP、CS、ES、SS、DS和指 令队列清零CS置为FFFFH。,2-2-3、最小组态(最小模式),当引脚33(MN/MX)接口VCC时,24-31引线的功能:1.INTA(2
16、4):中断响应信号2.ALE(25):地址锁存允许信号。3.DEN(26):数据允许信号,输出,三态。4.DT/R(27):输出,三态 DT/R=1,数据发送;DT/R=0,数据接收。,5.M/IO(28脚):输出,三态 M/IO=1,对存储器访问;M/IO=0,对I/O口访问。6、WR(输出,29脚):写信号 WR=0有效,CPU正在对内存或I/O设备 进行写操作。7、HOLD(输入31脚):总线保持请求信号.HOLD:总线请求信号8、HLDA:总线保持响应信号,8086在最小模式下的典型配置:1、MN/MX接+5V;2、一片8284,作为时钟发生器;3、三片8282或74LS373,作地址
17、锁存器;4、二片8286/8287,作总线驱动器;,图2-4 8086在最小模式下的典型配置,图2-5 8282锁存器与8086的连接,8282锁存器,Fig2-6、8286与8088的连接,Fig2-5、8282锁存器与8086的连接,Fig2-4 8086在最小模式下的典型配置,2-2-4、最大模式,MN/MX(33)引线接地时,处于最大组态。1.QS1、QS2(25、24):队列状态信号。0 0 无 操作 0 1 取走指令队列第一个字节 1 0 队列空 1 1 取走指令队列后续字节代码,2.S2、S1、S0:输出(28、27、26),0 0 0 中断响应 0 0 1 读I/O口 0 1
18、0 写I/O口 0 1 1 暂存 1 0 0 取指令 1 0 1 读存储器 1 1 0 写存储器 1 1 1 无源状态,3、RQ/GT1、RQ/GT0(双向,引脚30、31)请求/允许信号 可供CPU以外的两个处理器发总线请求/允许信号。RQ/GT0优先级比RQ/GT1更高。4.LOCK(输出,三态,29)总线锁定信号,由指令的前缀产生。最大模式为多处理器系统,共用一条外部总线,需要增加总线控制器,来完成多处理器的分时控制。,8086在最大模式下的典型配置:1、MN/MX接地;2、一片8284,作系统时钟3、三片8282或74LS373,作锁存器4、二片8286/8287,作数据收发器5、一片
19、8288,作总线控制器6、一片8259,图2-8 8086在最大模式下的典型配置,Fig2-8、8086在最大模式下的典型配置,最大模式与最小模式的差别:,最小模式:MN/MX接+5V,只有8086一个CPU,控制信号由CPU产生最大模式 MN/MX接地,除8086一个主CPU外,还有一个以上协处理器,需要总线控制器来变换和组合控制信号。,Fig2-9、8288总线控制器的连接,2-3 8086的操作和时序,2-3 8086的操作和时序,主要操作系统复位与启动暂停总线操作中断操作最小模式下的总线保持最大模式下的总线请求/允许,2-3-1、系统复位与启动,通过RETSET引腿上的触发信号来执行。
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