微处理器及其系统结构.ppt
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1、第2章 8086微处理器及其系统结构,本章主要内容2.1 8086微处理器 2.2总线周期与总线结构2.38086总线操作时序,2.1 8086微处理器,2.1.1 8086CPU的内部结构执行单元EUEU的功能是从BIU的指令队列中取出指令代码,执行指令所规定的操作。主要有两种类型的操作:(a)算术/逻辑运算;(b)按寻址要求计算出16位偏移地址。,8086内部结构,(1)算术逻辑单元ALU进行算术、逻辑运算,或按寻址方式计算出寻址单元的16位偏移量。(2)标志寄存器F用来反映CPU最近一次运算结果的状态特征或存放控制标志。(3)数据暂存寄存器协助ALU完成运算,暂存参加运算的数据。(4)通
2、用寄存器组AX、BX、CX、DX和SP、BP与SI、DI。(5)EU控制电路接收从BIU中指令队列取来的指令,经过指令译码形成各种定时控制信号,对EU的各个部件实现特定的定时操作。,2.总线接口单元BIU,根据EU的请求,负责实现CPU与存贮器或I/O设备之间的数据传送。(1)指令队列缓冲器其作用相当于早期CPU中的六个(字节)指令寄存器IR。(2)地址加法器和段寄存器用于实现从逻辑地址,到物理地址的转换运算。,(3)指令指针寄存器IP用于存放BIU将要取的一下条指令的段内偏移地址。(4)总线控制电路与内部通讯寄存器总线控制电路用于产生外部总线操作时的相关控制信号。内部通讯寄存器用于暂存BIU
3、与EU之间交换的信息。,2.1.2 8086CPU内部寄存器,1.段寄存器(1)为什么要设置段寄存器如何用16位数据处理能力,实现20位地址的寻址呢?逻辑地址由两部分组成:段基址:偏移量物理地址=段基址10H+偏移量 段起始地址,逻辑地址,偏移量:由IP、BX、BP、SP、SI、DI之一形成或根据指令的寻址方式来形成。起始地址:由段寄存器CS、DS、ES、SS之一左移4位供给。,【例2-1】试将逻辑地址 3021H:26A1H 转换成物理地址。解:计算如下:0+3 2 8 B 1 H,3 0 2 1,2 6 A 1,(2)段寄存器的功能用于存放CPU当前可以访问的4个逻辑段的基址。(3)信息的
4、分段存储与段寄存器的关系段寄存器的利用使存储器地址空间扩大到1兆字节;为信息按特征分段存储和信息安全管理带来了方便。,2.通用寄存器,(1)数据寄存器16位寄存器:AX、BX、CX和DX;8位寄存器:AH、AL、BH、BL、CH、CL、DH和DL。(2)地址指针和变址寄存器 设置地址指针和变址寄存器的目的缩短了指令码的长度;提高了指令寻址的灵活性。,地址指针和变址寄存器功能对存储器寻址时,用于存放段内偏移地址的全部或一部分。SP堆栈指针和BP基址指针寄存器通常用来作为地址指针,其段基址由段寄存器SS提供。SI和DI变址寄存器在字符串操作指令中,SI用作源变址寄存器,DI用作目的变址寄存器。,3
5、.控制寄存器,(1)指令指针寄存器IP用于控制程序中指令的执行顺序。如图2-7所示。,(2)标志寄存器F六个是状态标志,三个为控制标志;唯一能按位操作的16位寄存器只定义了其中的9位,其余7位不用,状态标志位:,反映ALU执行运算后其结果的状态(不是结果本身),控制标志位:,控制CPU的特定操作这些标志位的值由指令直接赋值,而不像状态标志位那样由运算结果来决定。,溢出标志位OF(Overflow Flag):,求解方法:双进位位法 最高进位位 次高进位位,操作数的运算结果超出了机器表示的范围称为溢出,状态标志位:,进位/借位标志位CF(Carry Flag):,最高位向前一位是否有进位(加法)
6、/借位(减法),辅助进位/借位标志位AF(Auxiliary Carry Flag):,数据第三位向第四位是否有进位(加法)/借位(减法),符号标志位SF(Sign Flag):,根据最高位判断两个带符号数运算后结果正/负的标志,若为无符号数的运算,则该位为运算结果的最高数据位,并无正/负符号的含义,奇偶标志位PF(Parity Flag):,运算结果数据的低八位中“1”的数量为奇数/偶数,零状态标志位ZF(Zero Flag):,数据运算结果是否为全0,状态标志位受指令操作结果影响:,有些运算操作将影响全部状态标志,如加法、减法运算;有些操作影响部分状态标志,如移位操作;有些指令的操作不影响
7、任何状态标志,如数据传送类指令。,中断控制标志位IF(Interrupt Flag):,用于屏蔽8086CPU系统中的可屏蔽中断源,只对可屏蔽中断源有效对不可屏蔽中断和软中断(指令INT)无效,陷阱控制标志位TF(Trap Flag):,用于程序设计中的调试,CPU每执行一条指令后,自动产生一次内部中断,使CPU处于单步执行指令的工作方式,便于进行程序调试,用户能检查当前程序运行的状态及结果。,2.1.3 8086CPU的外部引脚及功能,地址/数据总线 AD15AD0(双向、三态)在总线周期的第一个时钟周期T1,输出低16位地址(记为A15A0);而在总线周期的其他时钟周期内,用于传送数据。当
8、CPU处于“保持响应”状态时,这些引脚处于高阻隔离状态。,2.地址/状态线 A19/S6A16/S3(输出、三态),在总线周期的第一个时钟周期T1时,输出地址的高4位(A19A16);在其他的时钟周期,输出状态信号。S3和S4:表示正在使用的是哪个段寄存器,如表2-2所示。S5:指示IF的当前状态。S6:则始终输出低电平(“0”),以表示8086当前连在总线上。,当系统总线处于“保持响应”状态时,这些引线被浮置为高阻状态。,3.控制总线,读控制信号线RD(输出、三态)表示CPU正在进行读存储器或读I/O端口的操作。是对内存单元还是对I/O端口读取数据,取决于M/IO信号。在系统总线进入“保持响
9、应”期间,被浮空。(2)准备好信号READY(输入)是由被访问的存储器或I/O端口发来的响应信号;当READY=1时,表示所寻址的存储单元或I/O端口已准备就绪,马上就可以进行一次数据传送。,当READY=0时,表示所寻址的存储单元或I/O端口尚未准备就绪,要求CPU自动插入一个或几个TW等待状态,直到READY线出现高电平才进行数据传送。(3)总线高字节允许/状态,BHE/S7(输出、三态)在总线周期的第一个时钟周期,输出总线高字节允许信号BHE;其余时钟周期,输出状态S7,目前S7并没有定义。若BHE=1,表示数据传送只在AD0AD7上进行,它和A0配合,用来产生存储体的选择信号。,(4)
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