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1、第第2章章 Intel 8x86微处理器微处理器第1页/共107页第一页，编辑于星期六：二点 一分。2.1 8086/8088 CPU的结构的结构2.2 8086/8088 CPU的引脚信号和工作模式的引脚信号和工作模式2.3 8086存储器系统存储器系统2.4 8086/8088 的主要操作功能的主要操作功能2.5 80286微处理器微处理器 2.6 80386/80486微处理器微处理器 2.7 Pentium微处理器微处理器 本章主要内容本章主要内容第2页/共107页第二页，编辑于星期六：二点 一分。8086和和8088CPU的内部结构基本相同，但是外部性的内部结构基本相同，但是外部性能
2、有所区别，能有所区别，8086是是16位数据总线，而位数据总线，而8088是是8位数据位数据总线总线 8088用于处理外设数据及检测控制系统用于处理外设数据及检测控制系统2.1.1 执行部件执行部件8086CPU总线接口部件（总线接口部件（Bus Interface Unit,BIU)执行部件（执行部件（Execution Unit,EU）8086与与8088差异差异2.1 8086/8088 CPU2.1 8086/8088 CPU的结构第3页/共107页第三页，编辑于星期六：二点 一分。2.1.1 2.1.1 执行部件执行部件第4页/共107页第四页，编辑于星期六：二点 一分。负责指令的执
3、行，将指令译码并利用内部的负责指令的执行，将指令译码并利用内部的寄存器和寄存器和ALU对数据进行处理对数据进行处理通用寄存器组通用寄存器组专用寄存器组专用寄存器组算术逻辑运算单元（算术逻辑运算单元（ALU）标志寄存器标志寄存器内部控制逻辑内部控制逻辑2.1.1 执行部件第5页/共107页第五页，编辑于星期六：二点 一分。（1）通用寄存器组）通用寄存器组功能功能：存放操作数和中间结果存放操作数和中间结果处理处理“字字”指令时，指令时，用用16位寄存器，处理位寄存器，处理“字节字节”指令时，用指令时，用8位寄存器位寄存器AX（AH，AL）累加器）累加器 存放参加运算的操作数和运算结果，有些指令存放
4、参加运算的操作数和运算结果，有些指令约定约定AX（AL）寄存器为累加器，如乘法、除法、输入）寄存器为累加器，如乘法、除法、输入/出指出指令。所有寄存器均可作累加器令。所有寄存器均可作累加器AXBXCXDXAHALBHBLCHCLDHDL2.1.1 执行部件第6页/共107页第六页，编辑于星期六：二点 一分。BX（BH，BL）基址寄存器）基址寄存器 计算地址时用作基地址寄存器，用于扩展寻址，起计算地址时用作基地址寄存器，用于扩展寻址，起变址作用变址作用CX（CH，CL）计数寄存器）计数寄存器 在某些指令中作隐含的计数器。例如循环操作、串操作在某些指令中作隐含的计数器。例如循环操作、串操作及移位操
5、作等及移位操作等 DX（DH，DL）数据寄存器）数据寄存器 存放操作数和列表数据，存放操作数和列表数据，在某些在某些I/O操作期间，用来操作期间，用来保存保存I/O端口地址，在乘除运算中有专用端口地址，在乘除运算中有专用2.1.1 2.1.1 执行部件第7页/共107页第七页，编辑于星期六：二点 一分。（2）专用寄存器组）专用寄存器组SP 堆栈指针寄存器堆栈指针寄存器 访问堆栈段的栈顶单元。栈是一种访问堆栈段的栈顶单元。栈是一种先进后出先进后出的的数据结构，最后入栈的数据为栈顶数据，其单元数据结构，最后入栈的数据为栈顶数据，其单元地址称为栈顶地址地址称为栈顶地址入栈：入栈：“船高水涨船高水涨”
6、出栈：出栈：“水落船低水落船低”2003H2002H2001H2000HSP15HSP16H17H18H16位位SPBPDISI2.1.1 执行部件第8页/共107页第八页，编辑于星期六：二点 一分。BP 堆栈区基地址寄存器堆栈区基地址寄存器 对堆栈段寄存器对堆栈段寄存器相对寻址相对寻址的基地址寄存器，可访问堆的基地址寄存器，可访问堆栈段的任意单元栈段的任意单元SI 源变址寄存器源变址寄存器 源操作数偏址存于源操作数偏址存于SIDI 目的变址寄存器目的变址寄存器 目的操作数偏址存于目的操作数偏址存于DI寄存器间接寻址、寄存器间接寻址、相对寻址、相对寻址、基址变址寻址、基址变址寻址、相对基址变址
7、、相对基址变址、访问数据段的任意单元访问数据段的任意单元在数据串中专用在数据串中专用2.1.1 执行部件第9页/共107页第九页，编辑于星期六：二点 一分。（3）算术逻辑单元加法器，完成加法器，完成16位或位或8位算术逻辑运算位算术逻辑运算（4）标志寄存器 FR2.1.1 执行部件执行部件第10页/共107页第十页，编辑于星期六：二点 一分。标志寄存器共有标志寄存器共有16位，其中位，其中7位未用位未用功能功能条件（状态）标志（条件（状态）标志（6位）位）控制标志（控制标志（3位）位）状态标志状态标志CF（carry flag)：进进/借位标志借位标志当做当做16位或位或8位加减法运算时，最高
8、位有进位加减法运算时，最高位有进/借位，则借位，则CF=1，否则，否则CF=0。循环指令影响进位标志。循环指令影响进位标志用于寄存器程序运行的状态信号，由硬件根据运算结果用于寄存器程序运行的状态信号，由硬件根据运算结果自自动动设定，用作后续指令判断依据设定，用作后续指令判断依据2.1.1 2.1.1 执行部件执行部件第11页/共107页第十一页，编辑于星期六：二点 一分。PF（parity flag)奇偶标志奇偶标志/奇偶校验位奇偶校验位运算结果中若低运算结果中若低8位中的位中的“1”的个数为偶数，的个数为偶数，PF=1，若为奇数，若为奇数PF=0（奇校验方式）（奇校验方式）AF(Auxili
9、ary Carry Flag)辅助进辅助进/借位标志借位标志当作当作16位或位或8位加减法运算时，最低四位向高四位有进借位位加减法运算时，最低四位向高四位有进借位AF=1，否则，否则AF=0，用于，用于BCD码的调整。专用码的调整。专用BCD加减法加减法ZF（Zero Flag)零标志零标志当算术或逻辑与计算指令生成结果为零时，则当算术或逻辑与计算指令生成结果为零时，则ZF=1，否则，否则ZF=0SF（Sign Flag）符号标志符号标志与运算结果的最高位相同，若运算结果为负数，则与运算结果的最高位相同，若运算结果为负数，则SF=1，若为，若为正数正数SF=02.1.1 2.1.1 执行部件执
10、行部件第12页/共107页第十二页，编辑于星期六：二点 一分。OF(Over Flag）溢出标志溢出标志 当运算结果超出了机器数所能表示的范围时，称为溢出当运算结果超出了机器数所能表示的范围时，称为溢出OF=1，否则，否则OF=0 字节字节 -128+127 字字 3276832767 通常通常CF用于无符号数运算结果的溢出判断，而用于无符号数运算结果的溢出判断，而OF则用于有符号数的运算结果溢出判断则用于有符号数的运算结果溢出判断在在8086系统中，有一条中断指令系统中，有一条中断指令INTO（中断类型（中断类型4）能够在发）能够在发生溢出时，产生一个内部中断，生溢出时，产生一个内部中断，C
11、PU自动转入溢出中断服务自动转入溢出中断服务程序中，并对溢出作相应处理，一般在指令运算后加上该程序中，并对溢出作相应处理，一般在指令运算后加上该指令指令2.1.1 2.1.1 执行部件执行部件第13页/共107页第十三页，编辑于星期六：二点 一分。11001010+01111000101000010CF=1，PF=1，AF=1，ZF=0，SF=0，OF=0看作看作无符号无符号数运算：数运算：202+120=322，显然超出了，显然超出了8位二进制数所能表示的最大位二进制数所能表示的最大无符号数无符号数255，运算结果溢出，运算结果溢出CF=1看作看作有符号有符号数运算：数运算：-54+（+12
12、0）=+66，运算结果不溢出，运算结果不溢出OF=0 控制标志控制标志IF（Interrupt Flag）中断标志中断标志 可由指令设置。当可由指令设置。当IF=1时，时，CPU开中断；当开中断；当IF=0时，时，CPU关中断，关中断，IF只能对可屏蔽中断产生影响，而对非屏只能对可屏蔽中断产生影响，而对非屏蔽中断和内部中断无影响蔽中断和内部中断无影响2.1.1 执行部件执行部件第14页/共107页第十四页，编辑于星期六：二点 一分。DF（Direction Flag）方向标志方向标志 在在串处理串处理指令中，用于控制串处理的方向。当指令中，用于控制串处理的方向。当DF=0时，时，SI、DI自动
13、增量；当自动增量；当DF=1时，时，SI、DI自动减量；该指令自动减量；该指令由方向控制指令设置或清除由方向控制指令设置或清除TF（Trap Flag）（跟踪）（跟踪）陷阱标志陷阱标志 可由指令设置。当可由指令设置。当TF=1时，表示以单步方式执行程序，即时，表示以单步方式执行程序，即CPU每执行完一条指令，就自动产生一次内部单步中断每执行完一条指令，就自动产生一次内部单步中断中断类中断类型型1（也称为陷阱），进入系统控制程序，利用此功能可跟踪（也称为陷阱），进入系统控制程序，利用此功能可跟踪指令的执行状况，用于程序调试指令的执行状况，用于程序调试2.1.1 执行部件执行部件第15页/共107
14、页第十五页，编辑于星期六：二点 一分。（5）内部控制逻辑电路内部控制逻辑电路 从指令队列缓冲器中取出指令，进行译码，产生从指令队列缓冲器中取出指令，进行译码，产生各种控制信号，控制各种部件的工作各种控制信号，控制各种部件的工作2.总线接口部件（总线接口部件（BIU）2.1.1 执行部件执行部件第16页/共107页第十六页，编辑于星期六：二点 一分。2.1 8086/8088 CPU的结构的结构2.1.2 总线接口部件总线接口部件 负责与存储器、负责与存储器、I/O端口传送数据，包括对存储器端口传送数据，包括对存储器的读写数据操作，对的读写数据操作，对I/O端口的读写操作以及取指令操端口的读写操
15、作以及取指令操作，即作，即BIU管理在存储器中读写程序和数据的实际处理管理在存储器中读写程序和数据的实际处理能力能力第17页/共107页第十七页，编辑于星期六：二点 一分。2.1.2 2.1.2 总线接口部件第18页/共107页第十八页，编辑于星期六：二点 一分。段寄存器段寄存器指令指针寄存器指令指针寄存器地址加法器地址加法器内部暂存器内部暂存器指令队列缓冲器指令队列缓冲器I/O控制逻辑（总线控制逻辑）控制逻辑（总线控制逻辑）2.1.2 总线接口部件总线接口部件第19页/共107页第十九页，编辑于星期六：二点 一分。8086/8088地址引脚有地址引脚有20根，所以其寻址空间为根，所以其寻址空
16、间为2201MB，其，其地址范围为：地址范围为：00000HFFFFFH 将将1MB空间分成空间分成16段，每段最大为段，每段最大为64KB，每段的首地，每段的首地址必须能被址必须能被16整除（即凡是能被整除（即凡是能被16整除的地址均可定义为整除的地址均可定义为段首地址）段首地址）目的目的：与：与8位机在软件保持兼容位机在软件保持兼容各段之间可以是连续、分开、部分重叠或完全重叠的各段之间可以是连续、分开、部分重叠或完全重叠的当段首地址确定后，段内的当段首地址确定后，段内的16位地址称为偏移地址位地址称为偏移地址由于由于8086存储系统数据存贮器和程序存储器是统一编址的，分存储系统数据存贮器和
17、程序存储器是统一编址的，分段可以使他们隔离，互不相扰段可以使他们隔离，互不相扰（1）段寄存器）段寄存器2.1.2 2.1.2 总线接口部件总线接口部件第20页/共107页第二十页，编辑于星期六：二点 一分。逻辑地址逻辑地址：程序中出现的地址是逻辑地址，是用符号地址表示的。：程序中出现的地址是逻辑地址，是用符号地址表示的。逻辑地址包括段基址和偏移地址，逻辑地址包括段基址和偏移地址，CPU执行程序时，需要将逻辑执行程序时，需要将逻辑地址转换为物理地址，称为地址重定位地址转换为物理地址，称为地址重定位 物理地址和逻辑地址物理地址和逻辑地址 物理地址物理地址：是指信息在存储器中实际有效的地址单元号，：
18、是指信息在存储器中实际有效的地址单元号，CPU访访问内存是按物理地址寻址的。每一个物理地址是由段基址和段内偏问内存是按物理地址寻址的。每一个物理地址是由段基址和段内偏移量组成移量组成 物理地址段基址物理地址段基址16偏移量偏移量 2.1.2 总线接口部件总线接口部件第21页/共107页第二十一页，编辑于星期六：二点 一分。1MB的存储空间可分为四种类型的段（代码段、数据段、的存储空间可分为四种类型的段（代码段、数据段、堆栈段、附加段），段基址分别存放在对应的段寄存器中堆栈段、附加段），段基址分别存放在对应的段寄存器中 CS 代码段寄存器代码段寄存器 保存当前执行程序所在段的段基址，保存当前执行
19、程序所在段的段基址，CS中的数乘中的数乘16，再加，再加上指令指针寄存器上指令指针寄存器IP中的内容，即是下一条将要取出指令的中的内容，即是下一条将要取出指令的代码的地址代码的地址CS=2000H，IP=2200H物理地址物理地址2000H162200H=22200H2.1.2 2.1.2 总线接口部件总线接口部件第22页/共107页第二十二页，编辑于星期六：二点 一分。DS 数据段寄存器数据段寄存器 保存有数据段的段基址。数据段是用来保存当前程序中保存有数据段的段基址。数据段是用来保存当前程序中的操作数和变量的操作数和变量SS 堆栈段寄存器堆栈段寄存器 保存有堆栈段的段基址，保存有堆栈段的段
20、基址，SS中的数据乘中的数据乘16，加上堆栈，加上堆栈指针寄存器指针寄存器SP中的数形成栈顶地址中的数形成栈顶地址ES 附加段寄存器附加段寄存器 进行字符串操作时，作为进行字符串操作时，作为目的目的段地址使用，是一种附加段地址使用，是一种附加的数据区，若要使用附加段，必须对的数据区，若要使用附加段，必须对ES置初值。在附加段中，置初值。在附加段中，DI寄存器用于存放附加段的偏移量寄存器用于存放附加段的偏移量2.1.2 2.1.2 总线接口部件第23页/共107页第二十三页，编辑于星期六：二点 一分。（2）指令指针寄存器指令指针寄存器IP16位寄存器位寄存器 目的目的：产生：产生20位的物理地址
21、。物理地址的获得方法：位的物理地址。物理地址的获得方法：将段寄存器中的内容左移将段寄存器中的内容左移4位（或者乘以位（或者乘以16）与偏移）与偏移地址（即对段首的偏移量）在地址加法器内相加，产地址（即对段首的偏移量）在地址加法器内相加，产生生20位的物理地址位的物理地址 用来存放将要取出指令的偏移地址，每执行一条指令，用来存放将要取出指令的偏移地址，每执行一条指令，IP其增量大小与已执行指令的字节长度有关。程序以代码的形其增量大小与已执行指令的字节长度有关。程序以代码的形式存在于存储器中，每一条指令都有一个存放地址，式存在于存储器中，每一条指令都有一个存放地址，IP总要指总要指向下一条将要执行
22、的指令地址向下一条将要执行的指令地址（3）地址加法器地址加法器 物理地址段基址物理地址段基址16偏移量偏移量 2.1.2 2.1.2 总线接口部件总线接口部件第24页/共107页第二十四页，编辑于星期六：二点 一分。（4）指令队列缓冲器指令队列缓冲器 8086有有6字节缓冲器，字节缓冲器，8088有有4字节缓冲器。在执行部件字节缓冲器。在执行部件执行指令的同时，可以从内存中取出下一条或下几条指令执行指令的同时，可以从内存中取出下一条或下几条指令放到缓冲器，一条指令执行完后，可立即译码执行下一条放到缓冲器，一条指令执行完后，可立即译码执行下一条指令，从而解决了以往指令，从而解决了以往CPU取指令
23、期间，运算器的等待问题。取指令期间，运算器的等待问题。由于取指令和执行指令并行进行，从而提高了由于取指令和执行指令并行进行，从而提高了CPU的效率的效率（5）输入输入/出控制电路出控制电路 输入输入/出控制电路控制出控制电路控制CPU与外部电路的数据交换。与外部电路的数据交换。8086有有20条地址线，条地址线，16条数据线，由输入条数据线，由输入/出控制电路控制出控制电路控制分时分时复用复用的的CPU芯片的芯片的16个引脚个引脚（6）内部暂存器内部暂存器 用于内部数据的暂存，该部分对用户透明，用户无权访问用于内部数据的暂存，该部分对用户透明，用户无权访问2.1.2 2.1.2 总线接口部件第
24、25页/共107页第二十五页，编辑于星期六：二点 一分。计算机是在时钟控制下进行工作的，若干个时钟完成一个基本计算机是在时钟控制下进行工作的，若干个时钟完成一个基本操作，一个基本操作就是一个操作，一个基本操作就是一个总线周期总线周期，CPU有若干种典型操有若干种典型操作，构成相应的总线周期。如存储器的读写总线周期，作，构成相应的总线周期。如存储器的读写总线周期，I/O读读写总线周期等写总线周期等执行一条指令的时间称为执行一条指令的时间称为指令周期指令周期，指令周期是由若干总线周期，指令周期是由若干总线周期构成构成8086/8088的基本总线周期是由的基本总线周期是由4个个时钟周期时钟周期组成，
25、在执行组成，在执行WAIT指令或指令或READY引脚输入的状态为低电平时，都需要在引脚输入的状态为低电平时，都需要在T3和和T4之间插入之间插入1个或若干个等待时钟周期个或若干个等待时钟周期Tw 2.1 8086/8088 CPU的结构的结构2.1.3 8086总线的工作周期总线的工作周期第26页/共107页第二十六页，编辑于星期六：二点 一分。2.1.3 80862.1.3 8086总线的工作周期总线的工作周期第27页/共107页第二十七页，编辑于星期六：二点 一分。T2状态状态 CPU从总线上撤销有效地址，使地址总线低从总线上撤销有效地址，使地址总线低16位呈高阻位呈高阻状态，为数据传输做
26、准备。总线的高状态，为数据传输做准备。总线的高4位（位（A19A16)输输出总线周期的状态信息，用于表示中断允许状态及正在使用出总线周期的状态信息，用于表示中断允许状态及正在使用的段寄存器名的段寄存器名T1状态状态 CPU向多路复用总线上发送地址信息，指出要寻址的向多路复用总线上发送地址信息，指出要寻址的内存单元地址或内存单元地址或I/O端口地址。这期间端口地址。这期间CPU还要送出还要送出ALE（正（正向脉冲），在向脉冲），在ALE下降沿将内存单元地址或下降沿将内存单元地址或I/O端口地址打端口地址打入地址锁存器入地址锁存器2.1.3 80862.1.3 8086总线的工作周期第28页/共1
27、07页第二十八页，编辑于星期六：二点 一分。T3状态状态 A19A16上的状态信息不变，地址总线低上的状态信息不变，地址总线低16位上出现位上出现CPU要写出的或准备读入的数据。若外设与内存来不及与总线交换要写出的或准备读入的数据。若外设与内存来不及与总线交换数据，则应通过数据，则应通过CPU的的READY信号，在信号，在T3前沿（下降沿）之前沿（下降沿）之前向前向CPU申请插入等待状态申请插入等待状态TW，在，在T3及及TW前沿查询前沿查询READY信号，查到高电平则结束等待状态，进入下一状态。否则信号，查到高电平则结束等待状态，进入下一状态。否则继续插入等待继续插入等待T4状态状态：总线周
28、期结束总线周期结束 在一个总线周期之后，若不立即进入下一个总线周期，在一个总线周期之后，若不立即进入下一个总线周期，即即CPU不与内存或外设交换数据或者指令队列已满，系统不与内存或外设交换数据或者指令队列已满，系统总线处于空闲状态，总线处于空闲状态，CPU执行总线空闲周期，总线执行总线空闲周期，总线空闲周空闲周期期一般由一个或多个时钟周期组成一般由一个或多个时钟周期组成2.1.3 8086总线的工作周期第29页/共107页第二十九页，编辑于星期六：二点 一分。2.2.1 8086/8088CPU的引脚信号和功的引脚信号和功能能 8086为为40引脚双列直插式封装，某些引脚具有双引脚双列直插式封
29、装，某些引脚具有双重功能，称为重功能，称为引脚复用引脚复用 分时复用分时复用 在同一个总线周期中不同的时钟周期内功能不同在同一个总线周期中不同的时钟周期内功能不同 模式复用模式复用 根据工作模式的不同引脚定义不同根据工作模式的不同引脚定义不同2.2 8086/8088 CPU的引脚信号和工作模式的引脚信号和工作模式第30页/共107页第三十页，编辑于星期六：二点 一分。2.2.1 8086/8088 CPU的引脚信号和功能第31页/共107页第三十一页，编辑于星期六：二点 一分。AD15AD0 地址地址/数据复用总线引脚，双向，分时复用数据复用总线引脚，双向，分时复用 构造总线必须加锁存器，构
30、造总线必须加锁存器，8088的高的高8位不做位不做 复用，地址引脚是单向的复用，地址引脚是单向的A16/S3A19/S6 地址地址/状态复用引脚，单向，分时复用访问状态复用引脚，单向，分时复用访问 存储器时，在总线周期的存储器时，在总线周期的T1时刻，做高时刻，做高4位位 地址，地址，T2、T3、TW、T4状态时，用于输出状态时，用于输出 状态信息。访问状态信息。访问I/O端口时，输出均为低电端口时，输出均为低电 平，平，8086最多可访问最多可访问64K个个I/O端口端口 S5=1，允许可屏蔽中断，允许可屏蔽中断S5=0，禁止一切可屏蔽中断，禁止一切可屏蔽中断 S4 S3 0 0 ES 0
31、1 SS 1 0 CS 1 1 DSS6=0，8086/8088当前与总线相连当前与总线相连2.2.1 8086/8088 CPU的引脚信号和功能第32页/共107页第三十二页，编辑于星期六：二点 一分。BHE/S7 高高8位数据总线允许位数据总线允许/状态复用引脚，输出状态复用引脚，输出在总线周期的在总线周期的T1时刻，输出低电平，表示总线高时刻，输出低电平，表示总线高8位位AD15AD8上的数据有效。在上的数据有效。在T2T4期间，输出期间，输出S7状态（状态（S7在当前在当前的的8086芯片中未被定义），芯片中未被定义），BHE与地址线与地址线A0组合，可对存组合，可对存储器读写时的数据
32、格式实现控制储器读写时的数据格式实现控制2.2.1 8086/8088 CPU的引脚信号和功能第33页/共107页第三十三页，编辑于星期六：二点 一分。NMI 非屏蔽中断，输入，上升沿有效非屏蔽中断，输入，上升沿有效 当该引脚出现有效信号时，当该引脚出现有效信号时，CPU执行完指令后，立即执行完指令后，立即响应中断，不受响应中断，不受IF影响，软件也屏蔽不掉，中断类型号是影响，软件也屏蔽不掉，中断类型号是2INTR 可屏蔽中断，输入，高电平有效可屏蔽中断，输入，高电平有效 CPU在执行每一条指令的最后一个时钟周期采样该引在执行每一条指令的最后一个时钟周期采样该引脚，若为高电平（若脚，若为高电平
33、（若IF=1），则响应中断），则响应中断CLK 时钟，输入时钟，输入 CPU和总线控制的基准定时脉冲，一个时钟周期内具有和总线控制的基准定时脉冲，一个时钟周期内具有1/3有效高电平（即占空比有效高电平（即占空比33），其频率为），其频率为4MHz、5MHz、8 MHz、10 MHz等等，CPU的所有操作都是在时钟同步下进行的的所有操作都是在时钟同步下进行的2.2.1 8086/8088 CPU的引脚信号和功能第34页/共107页第三十四页，编辑于星期六：二点 一分。RESET 复位信号，高电平有效复位信号，高电平有效 8086/8088要求复位信号要求复位信号至少维持至少维持4个时钟周期的高个
34、时钟周期的高电平电平，以完成，以完成CPU内部寄存器的复位操作。复位后内部寄存器的复位操作。复位后CPU从从FFFF0H单元启动，在此处安排一条长转移指令，单元启动，在此处安排一条长转移指令，使使CPU执行一条特定的启动程序，称为执行一条特定的启动程序，称为引导程序引导程序2.2.1 8086/8088 CPU2.2.1 8086/8088 CPU的引脚信号和功能第35页/共107页第三十五页，编辑于星期六：二点 一分。2.2.1 8086/8088 CPU的引脚信号和功能的引脚信号和功能RD 读信号、输出，低电平有效读信号、输出，低电平有效 当当CPU执行存储器或执行存储器或I/O读操作指令
35、时，读操作指令时，RD 为低电平为低电平READY “准备好准备好”信号信号 ，输入，输入，高电平有效，高电平有效 用来使用来使CPU和慢速的存储器（或和慢速的存储器（或I/O设备设备)之间的速度匹配。之间的速度匹配。当被访问的设备、数据没有准备好之前，该信号为低电平当被访问的设备、数据没有准备好之前，该信号为低电平使使CPU自动插入等待状态自动插入等待状态TW来延长总线周期，当数据或设备准来延长总线周期，当数据或设备准备好时，该信号为高电平，备好时，该信号为高电平，CPU继续执行该总线周期继续执行该总线周期为避免失误设备送来的为避免失误设备送来的READY信号，必须先经过时钟发生器信号，必须
36、先经过时钟发生器8284，与时钟，与时钟CLK同步后，再送入同步后，再送入CPU的的READY引脚引脚第36页/共107页第三十六页，编辑于星期六：二点 一分。2.2.1 8086/8088 CPU2.2.1 8086/8088 CPU的引脚信号和功能的引脚信号和功能MN/MX 最小最小/最大模式控制信号最大模式控制信号该引脚固定接到该引脚固定接到+5V电源时，电源时，CPU处于最小工作模式，如果处于最小工作模式，如果接地，接地，CPU处于最大工作模式处于最大工作模式TEST 测试信号，输入，低电平有效测试信号，输入，低电平有效 当执行当执行WAIT指令时，每隔指令时，每隔5个时钟周期，个时钟
37、周期，CPU就对该就对该引脚采样，若为高电平，就使引脚采样，若为高电平，就使CPU重复执行重复执行WAIT指令而指令而处于等待状态，直到变为低电平，处于等待状态，直到变为低电平，CPU脱离等待继续执脱离等待继续执行下一条指令。该引脚与行下一条指令。该引脚与WAIT配合，可以实现配合，可以实现CPU与外与外设同步工作设同步工作第37页/共107页第三十七页，编辑于星期六：二点 一分。2.2 8086/8088 CPU的引脚信号和工作模式的引脚信号和工作模式2.2.2 最小工作模式最小工作模式INTA 中断响应、输出、低电平有效中断响应、输出、低电平有效 CPU响应外部中断请求后，发给请求中断请求
38、设备的响应外部中断请求后，发给请求中断请求设备的回答信号，在每个中断周期的回答信号，在每个中断周期的T2、T3和和TW期间，它变为低期间，它变为低电平。一般发送电平。一般发送两个负脉冲信号两个负脉冲信号，第一个通知外设，它发，第一个通知外设，它发生的中断请求已被响应，第二个通知中断源送出中断矢量生的中断请求已被响应，第二个通知中断源送出中断矢量码（即读取矢量码的选通信号）码（即读取矢量码的选通信号）ALE 地址所存允许信号、输出、高定平有效地址所存允许信号、输出、高定平有效 在总线周期在总线周期T1期间，期间，ALE的下降沿将出现在的下降沿将出现在AD15AD0总总线上的地址信息锁在锁存器的输
39、出端，并保持到数据的输入线上的地址信息锁在锁存器的输出端，并保持到数据的输入/输出完成。输出完成。ALE不能浮空不能浮空 第38页/共107页第三十八页，编辑于星期六：二点 一分。DEN 数据允许，输出，低电平有效数据允许，输出，低电平有效在最小模式下作为输出信号的输出端，有时数据总线需在最小模式下作为输出信号的输出端，有时数据总线需要加双向驱动器（要加双向驱动器（8286、74LS245）就用）就用DEN作为驱动作为驱动器的选通信号，在每个存储器读、写，器的选通信号，在每个存储器读、写，I/O读、写或中断读、写或中断响应周期中，响应周期中，DEN都变为有效低电平都变为有效低电平M/IO 存储
40、器存储器/外设访问控制，输出外设访问控制，输出当当M/IO为高电平时，表示为高电平时，表示CPU访问存储器，若为低电平访问存储器，若为低电平时，表示时，表示CPU执行输入执行输入/出出(INOUT)指令对外设进行访问指令对外设进行访问DT/R 数据发送数据发送/接收控制，输出接收控制，输出当数据总线需要双向驱动时，用来做方向控制；当为高当数据总线需要双向驱动时，用来做方向控制；当为高电平时，则进行数据发送，当为低电平则为数据接收电平时，则进行数据发送，当为低电平则为数据接收2.2.2 2.2.2 最小工作模式最小工作模式第39页/共107页第三十九页，编辑于星期六：二点 一分。HLDA 总线请
41、求回答信号，输出，高电平有效总线请求回答信号，输出，高电平有效 HLDA=1，表示，表示CPU同意让出总线同意让出总线WR 写信号、输出，低电平有效写信号、输出，低电平有效 当当CPU执行存储器或执行存储器或I/O写操作指令时，写操作指令时，WR为低电平为低电平HOLD 请求占用总线，输入，高电平有效请求占用总线，输入，高电平有效 当系统中其它模块或部件需要占用总线时，向当系统中其它模块或部件需要占用总线时，向CPU发出申请发出申请2.2.2 最小工作模式最小工作模式第40页/共107页第四十页，编辑于星期六：二点 一分。2.2.2 2.2.2 最小工作模式最小工作模式第41页/共107页第四
42、十一页，编辑于星期六：二点 一分。时钟发生器时钟发生器（8284）石英晶体振荡器石英晶体振荡器（晶振）（晶振）6MHz、8MHz、10MHz等时钟发生等时钟发生器产生系统需要的时钟信号器产生系统需要的时钟信号CLK，同时对外部，同时对外部READY信号和系信号和系统复位信号统复位信号RESET进行同步，输出到相应的进行同步，输出到相应的8086引脚，保证引脚，保证READY信号能够出现在总线周期的信号能够出现在总线周期的T3时刻时刻 当当8086CPU的的MN/MX引脚接到引脚接到5V时，就处于最小时，就处于最小工作模式工作模式 地址锁存器地址锁存器（8282/74LS373）用于用于20位地
43、址和位地址和BHE信号锁存，使得整个总线周期地址信号锁存，使得整个总线周期地址信号始终有效，以支持信号始终有效，以支持8086CPU地址地址/数据总线分时复用的数据总线分时复用的工作方式。一片工作方式。一片8282只能锁存只能锁存8位的地址，所以至少要位的地址，所以至少要3片片才能完整的锁存才能完整的锁存20位的地址位的地址2.2.2 最小工作模式最小工作模式第42页/共107页第四十二页，编辑于星期六：二点 一分。地址锁存信号要一直有效，地址锁存信号要一直有效，8282输出允许端输出允许端OE要接地要接地（低电平有效），在（低电平有效），在T1状态，状态，CPU输出地址锁存允许信号输出地址锁
44、存允许信号ALE，将，将ALE接向接向8282的选通输入端的选通输入端STB，当，当ALE=1时，时，8282输出跟随输入变化，用输出跟随输入变化，用ALE的下降沿将总线上的已稳的下降沿将总线上的已稳定的信号锁入定的信号锁入8282当系统中所连的存储器或外设较多时，需要增加数据总线当系统中所连的存储器或外设较多时，需要增加数据总线的驱动能力，可以接总线驱动芯片的驱动能力，可以接总线驱动芯片8286，一片，一片8286只能驱动只能驱动8位数据线，需位数据线，需2片。片。OE端为输出使能端低电平有效，当端为输出使能端低电平有效，当OE=1时，控制门关，时，控制门关，8286两端均处于高阻状，该信号
45、由两端均处于高阻状，该信号由DEN控制。数据传送控制。数据传送方向受方向受T端控制，当端控制，当T=1时，数据传送方向时，数据传送方向AB，当，当T=0时，时，数据从数据从B A总线收发器总线收发器 8286 2.2.2 最小工作模式最小工作模式第43页/共107页第四十三页，编辑于星期六：二点 一分。2.2.3 最大工作模式最大工作模式QS1和和QS0指令队列状态信号，输出指令队列状态信号，输出 这两个信号提供总线周期的前一个状态中指令队列的这两个信号提供总线周期的前一个状态中指令队列的状态状态 2.2 8086/8088 CPU2.2 8086/8088 CPU的引脚信号和工作模式的引脚信
46、号和工作模式第44页/共107页第四十四页，编辑于星期六：二点 一分。2.2.3 最大工作模式第45页/共107页第四十五页，编辑于星期六：二点 一分。、及及 总线周期状态信号，输出总线周期状态信号，输出 提供当前总线周期中所进行的数据传输过程类型提供当前总线周期中所进行的数据传输过程类型 2.2.3 最大工作模式第46页/共107页第四十六页，编辑于星期六：二点 一分。RQ/GT1,RQ/GT0 总线请求信号（输入）总线请求信号（输入）/总线请求允许信号（输出）总线请求允许信号（输出）可供可供CPU以外两个协处理器用来发出使用总线请求和接收以外两个协处理器用来发出使用总线请求和接收CPU对总
47、线请求信号对总线请求信号的回答信号。这两个应答信号都是双向的的回答信号。这两个应答信号都是双向的 2.2.3 2.2.3 最大工作模式最大工作模式LOCK 封锁信号，低电平有效，输出封锁信号，低电平有效，输出 当当LOCK为低电平时，就封锁了总线，其它设备不为低电平时，就封锁了总线，其它设备不能获得总线控制权的机会，它的状态可由指令设置，如能获得总线控制权的机会，它的状态可由指令设置，如果果CPU执行一条加有执行一条加有LOCK前缀的指令（例前缀的指令（例 LOCK XCHG AX，SEM）则在指令执行过程中）则在指令执行过程中LOCK引脚一引脚一直输出低电平，直到加前缀的指令执行完毕。使用此
48、功直输出低电平，直到加前缀的指令执行完毕。使用此功能，可以防止某条指令在执行过程中被打断，在能，可以防止某条指令在执行过程中被打断，在DMA期期间，间，LOCK被置为高阻状态被置为高阻状态第47页/共107页第四十七页，编辑于星期六：二点 一分。2.3.1 存储器结构存储器结构 8086/8088系统中存储器按字节编址，可寻址的存储系统中存储器按字节编址，可寻址的存储器空间为器空间为1MB。1MB为为220，因此每个字节所对应，因此每个字节所对应的地址应是的地址应是20位（二进制数），这个位（二进制数），这个20位的地址位的地址称为物理地址。称为物理地址。2.3 80862.3 8086存储器
49、系统存储器系统1.存储器的分段存储器的分段 8086/80888086/8088系统中，将系统中，将1M1M存储空间分成若干个逻辑段，存储空间分成若干个逻辑段，每个逻辑段容量小于等于每个逻辑段容量小于等于64KB。允许它们在整个存。允许它们在整个存。允许它们在整个存。允许它们在整个存储空间浮动，即段与段之间可以部分重叠、完全重叠、储空间浮动，即段与段之间可以部分重叠、完全重叠、储空间浮动，即段与段之间可以部分重叠、完全重叠、储空间浮动，即段与段之间可以部分重叠、完全重叠、连续排列、断续排列连续排列、断续排列连续排列、断续排列连续排列、断续排列第48页/共107页第四十八页，编辑于星期六：二点
50、一分。8086/8088存储空间中，存储空间中，把把16字节的存储空间称作字节的存储空间称作一节。为了简化操作，要一节。为了简化操作，要求各个逻辑段从节的整数求各个逻辑段从节的整数边界开始，也就是说段首边界开始，也就是说段首地址低地址低4位应该是位应该是“0”，因此就把段首地址的高因此就把段首地址的高16位位称为称为“段基址段基址”，存放在段，存放在段寄存器寄存器DS,CS,SS或或ES中，中，段内的偏移地址存放在段内的偏移地址存放在IP或或SP中。中。2.3.1 存储器结构存储器结构第49页/共107页第四十九页，编辑于星期六：二点 一分。2.存储器中的逻辑地址和物理地址存储器中的逻辑地址和