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1、微机微机(wi j)原理与接口技术楼顺天原理与接口技术楼顺天第一页，共30页。2 2本教案本教案(jio n)内容内容第第2 2章章 8086CPU 8086CPU结构与功能结构与功能微处理器的外部微处理器的外部(wib)(wib)结构结构微处理器的内部结构微处理器的内部结构微处理器的功能结构微处理器的功能结构微处理器的寄存器组织微处理器的寄存器组织微处理器的存储器和微处理器的存储器和I/OI/O组成组成第1页/共30页第二页，共30页。3 3内部结构 微处理器的总线结构。外部(wib)结构 微处理器的一般(ybn)结构第2页/共30页第三页，共30页。4 42.1 微处理器的外部微处理器的外
2、部(wib)结结构构8086 CPU8086 CPU片有片有4040个管脚，微处理器通过这些个管脚，微处理器通过这些引脚与外部的逻辑部件连接，完成信息的引脚与外部的逻辑部件连接，完成信息的交换。交换。CPUCPU的这些引脚信号的这些引脚信号(xnho)(xnho)称为称为微处理器级的总线，它应该能够完成下列微处理器级的总线，它应该能够完成下列功能：功能：与存储器之间交换信息与存储器之间交换信息(指令及数据指令及数据)；与与I/OI/O设备之间交换信息；设备之间交换信息；能输入和输出必要的信号能输入和输出必要的信号(xnho)(xnho)。第3页/共30页第四页，共30页。5 5微处理器的外部(
3、wib)结构如图2.1所示第4页/共30页第五页，共30页。6 6按功能分，这些总线(zn xin)可以分为三种：（1）传送信息（指令或数据）的数据总线 （Data Bus）（2）指示欲传信息的来源或目的地址的地址总线 （Address Bus）（3）管理总线上活动(hu dng)的控制总线 （Control Bus）2.1 微处理器的外部(wib)结构第5页/共30页第六页，共30页。7 7 CPU通过地址(dzh)总线输出地址(dzh)码来选择某一存储单元或某一称为I/O端口的寄存器，是单向的。地址(dzh)码的位数决定了地址(dzh)空间的大小。n位地址(dzh)总线可有 个地址(dzh
4、)（0 -1）。16位地址(dzh)总线 65536（64KB）20位地址(dzh)总线 1MB32位地址(dzh)总线 4GB.地址总线：2.1 微处理器的外部(wib)结构第6页/共30页第七页，共30页。8 88086/8088地址(dzh)总线 20位存储器地址(dzh)总线20位，地址(dzh)空间 1MBI/O地址(dzh)总线16位（低16位）地址(dzh)空间 64KB2.1 微处理器的外部(wib)结构第7页/共30页第八页，共30页。9 9.数据总线：用于CPU和存储器或I/O接口之间传送数据，是双向的。微处理器数据总线的条数(tio sh)决定CPU和存储器或I/O设备一
5、次能交换数据的位数，是区分微处理器是多少位的依据。8086 CPU的数据总线是16条，我们(w men)就说8086 CPU是16位微处理器。2.1 微处理器的外部(wib)结构第8页/共30页第九页，共30页。1010.控制(kngzh)总线：管理总线上的活动(hu dng)，用来传送自CPU发出的控制信息或外设送到CPU的状态信息，大部分是单向的，有一些是双向的。2.1 微处理器的外部(wib)结构第9页/共30页第十页，共30页。11112.2 微处理器的内部结构微处理器的内部结构 微处理器是组成计算机系统的核心部件，它微处理器是组成计算机系统的核心部件，它具有运算和控制具有运算和控制(
6、kngzh)(kngzh)的功能。具体地的功能。具体地讲，讲，CPU CPU 应具有下述基本功能应具有下述基本功能:第10页/共30页第十一页，共30页。12121.进行算术和逻辑运算；2.具有接收存储器和I/O接口来的数据和发送数据给存储器和I/O接口的能力；3.可以暂存少量数据；4.能对指令进行寄存、译码并执行指令所规定的操作；5.能提供整个系统所需的定时和控制(kngzh)信号；6.可响应I/O设备发出的中断请求。2.2 微处理器的内部结构第11页/共30页第十二页，共30页。13131.CPU内部结构及各部分(b fen)功能简介 典型(dinxng)的 CPU 内部结构如图3.1.1
7、所示。2.2 微处理器的内部结构第12页/共30页第十三页，共30页。1414I/O控制逻辑ALU控制器工作寄存器CPU程序计数器（PC）指令寄存器（IR）指令译码器（ID）控 制 逻 辑 部 件堆栈指示器（SP）状态寄存器（PSW）地址寄存器数据寄存器图2.2典型(dinxng)的CPU内部结构如图2.2所示 第13页/共30页第十四页，共30页。1515CPU包括(boku)算术(sunsh)/逻辑运算单元(ALU)控制器工作(gngzu)寄存器组I/O 控制逻辑地址寄存器数据寄存器2.2 微处理器的内部结构第14页/共30页第十五页，共30页。1616 算术逻辑运算单元ALU(Arith
8、metic/Logic Unit )：它是运算器的核心，几乎所有的算术运算，逻辑运算和移位(y wi)操作都是由 ALU 完成的。2.2 微处理器的内部结构第15页/共30页第十六页，共30页。1717 工作寄存器：暂存用于寻址和计算过程(guchng)的信息。工作寄存器分为两组：数据寄存器组和地址寄存器。但有的寄存器兼有双重用途。数据寄存器用来暂存操作数和中间运算结果。地址寄存器用于操作数的寻址。2.2 微处理器的内部结构第16页/共30页第十七页，共30页。1818 控制器：它是CPU的“指挥中心”，完成指令的读入，寄存，译码和执行(zhxng)。从图（3.1.1）中可以看出，一般微处理器
9、中的控制器由6部分组成：程序(chngx)计数器(PC:Program Counter)指令寄存器(IR:Instruction Register)指令(zhlng)译码器(ID：Instruction Decoder)控制逻辑部件 处理机状态字PSW（Processor State Word)堆栈指示器(SP)Stack Pointer 2.2 微处理器的内部结构第17页/共30页第十八页，共30页。1919 用于保存下一条要执行(zhxng)的指令的地址，即由它提供一个存储器地址，按此地址从对应存储器单元取出的内容，就是要执行(zhxng)的指令。一般指令是顺序存放在存储器内的，所以程序计
10、数器也叫指令地址计数器。由此可见，在程序执行(zhxng)过程中要实现程序的转移，就要改变程序计数器 PC 的内容。程序(chngx)计数器（PC）2.2 微处理器的内部结构第18页/共30页第十九页，共30页。2020 保存(bocn)从存储器中读入的当前要执行的指令。指令寄存器（IR）指令(zhlng)译码器（ID）对指令(zhlng)寄存器中保存的指令(zhlng)进行译码分析。控制逻辑部件 根据ID对指令的译码分析，发出相应的一系列的节拍脉冲和电位（控制信号），去完成指令的所有操作。2.2 微处理器的内部结构第19页/共30页第二十页，共30页。2121处理器状态字（PSW）暂存处理器
11、当前的状态。PSW中的各位用来指示诸如算术运算(yn sun)结果的正/负，是否为零，是否有进位或借位，是否溢出等标志。条件转移指令将根据 PSW 中的某一位的状态决定程序是否转移。堆栈(duzhn)指示器（SP）是在对按后进先出原则组织的称为堆栈的专用存储区进行操作(cozu)时提供地址的。堆栈用于子程序调用时保存返回地址和工作寄存器的内容。2.2 微处理器的内部结构第20页/共30页第二十一页，共30页。2222 包括(boku)CPU 中与输入/输出操作有关的逻辑。其作用是处理输入/输出操作。I/O控制(kngzh)逻辑2.2 微处理器的内部结构第21页/共30页第二十二页，共30页。2
12、323 8086/8088是Intel公司生产(shngchn)的第三代微处理器芯片。其特点如下：具有20条地址线，直接(zhji)寻址能力达1MB。8086有16条数据线，为16位微处理器。8088有8条数据线，为准16位微处理器。片内总线(zn xin)和ALU均为16位，可进行8位和16位操作。2.3 微处理器的功能结构第22页/共30页第二十三页，共30页。24248086/8088均采用全新结构，片内均由两个(lin)独立的逻辑单元组成：8086/8088CPU内部结构如图2.3所示 执行(zhxng)单元(EU)总线接口(ji ku)单元(BIU)2.3 微处理器的功能结构第23页
13、/共30页第二十四页，共30页。2525总线控制(kngzh)电路EU控制器标 志暂存器通用寄存器ALU数据总线地址总线数据总线执行(zhxng)单元（EU）总线(zn xin)接口单元（BIU）（16位）（20位）（8 位）（16位）16位ALUS SD SE SI PC S内部寄存器B HB LA HA LD HD LS PB PC LC HD IS I8086总线物理地址形成逻辑213645AXBXDXCX第24页/共30页第二十五页，共30页。2626段寄存器（CS，DS，ES，SS）一.总线接口(ji ku)单元（BIU）总线(zn xin)控制电路 地址(dzh)形成逻辑8088C
14、PU：4字节8086CPU：6字节指令队列寄存器：指令指针寄存器（IP）（先进先出）2.3 微处理器的功能结构第25页/共30页第二十六页，共30页。2727 BIU主要负责从存贮器指定区域(qy)取出指令并将取出的指令送指令队列寄存器中排队，当EU执行的指令需要和外部存贮器或者I/O端口之间进行数据传送时，BIU就停止取指令，为EU服务，完成这次总线操作；或者当指令队列满时，BIU也停止取指令的操作。2.3 微处理器的功能(gngnng)结构第26页/共30页第二十七页，共30页。2828二.执行(zhxng)单元（EU）通用寄存器（8个）EU控制器算术(sunsh)/逻辑运算单元（ALU）
15、标志(biozh)寄存器（FLAG）(即PSW)由组成。EU主要负责从指令队列寄存器中获取指令，并对指令加以执行，完成指令所规定的操作。同时也负责算术/逻辑运算以及进行内存有效地址的计算等。2.3 微处理器的功能结构第27页/共30页第二十八页，共30页。2929CPU程序执行过程(guchng)：2.3 微处理器的功能(gngnng)结构t 忙 忙 忙 忙 忙取指令1 取指令2 取指令3 取指令4 取指令5 执行1 执行2 执行3 执行4 执行5tt图2.4 8086/8088CPU执行程序的过程EUBIU状态第28页/共30页第二十九页，共30页。3030下一节：寄存器组织(zzh)2.3 微处理器的功能(gngnng)结构EU和BIU单元执行过程中，应该满足规则：当指令队列寄存器中无指令时，EU处于等待状态；当指令队列中存满指令，而EU又没有访问存储器和I/O端口的需要，则BIU进入空闲状态；当指令队列中有两个空闲字节，则BIU自动执行取指令的总线周期；在EU执行指令时，需要访问存储器或I/O端口，如果这时BIU正在(zhngzi)取指令，则应等待BIU完成取指令周期，然后BIU进入存储器和I/O端口访问周期；在EU执行转移、子程序调用或返回等指令时，自动清除指令队列的内容。第29页/共30页第三十页，共30页。