第二章+微處理器-201509-

第二章8086/8088微處理器及其結(jié)構(gòu)內(nèi)容：8086/8088微處理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、外部特性存儲(chǔ)器組織8086微處理器的工作時(shí)序Intel80x86微處理器簡(jiǎn)介（自學(xué)）8086/8088CPU的主要性能：字長(zhǎng)：16位/準(zhǔn)16位；時(shí)鐘頻率：8086/8088標(biāo)準(zhǔn)主頻為5MHz；數(shù)據(jù)總線：16位/8位；地址總線：20位；地址、數(shù)據(jù)總線復(fù)用；內(nèi)存容量：20位地址總線，可直接尋址1MB存儲(chǔ)空間；端口地址：16位I/O地址總線，可直接尋址64KB個(gè)端口；中斷功能：可處理內(nèi)部軟件中斷和外部硬件中斷，中斷源可多達(dá)256個(gè)；兩種工作模式：支持單片CPU或多片CPU系統(tǒng)工作。一、指令的流水線第一節(jié)8086/8088微處理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)指令的一般執(zhí)行過程：從存儲(chǔ)器取指令指令譯碼讀取操作數(shù)從寄存器存入存儲(chǔ)器執(zhí)行指令存放結(jié)果存入寄存器

串行工作方式：8088以前的CPU采用串行工作方式：

1）CPU訪問存儲(chǔ)器(存取數(shù)據(jù)或指令)時(shí)要等待總線操作的完成2）CPU執(zhí)行指令時(shí)總線處于空閑狀態(tài)

缺點(diǎn)：CPU無法全速運(yùn)行

解決：總線空閑時(shí)預(yù)取指令，使CPU需要指令時(shí)能立刻得到取指令1執(zhí)行1取操作數(shù)2執(zhí)行2CPUBUS忙碌忙碌忙碌忙碌存結(jié)果1取指令216位CPU（8086/8088）t忙忙忙忙忙總線BUSt取指1取指4取指3取指2取指5BIU執(zhí)行1執(zhí)行2執(zhí)行5執(zhí)行3執(zhí)行4··················tEUCPU并行工作方式執(zhí)行部件EU的作用：負(fù)責(zé)執(zhí)行指令、形成有效地址EA。EU包括4部分：運(yùn)算器用于算術(shù)邏輯運(yùn)算和形成有效地址標(biāo)志寄存器用來存放反映ALU運(yùn)算結(jié)果的狀態(tài)和一些控制標(biāo)志。通用寄存器包括AX，BX，CX，DX，SI，DI，BP，SP控制單元用于譯碼，形成控制信號(hào)。二、8086微處理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)總線接口部件BIU的作用：預(yù)取指令、形成實(shí)際地址PA、輸入輸出數(shù)據(jù)。BIU主要由5部分組成：指令隊(duì)列緩沖器：暫存指令。采用“先進(jìn)先出”的原則順序存放。指令指針寄存器IP：存放下一條將要取的指令的有效地址?？偩€控制邏輯：根據(jù)指令控制總線的分時(shí)使用。段寄存器：用來存放每種段的首基址，有CS、ES、DS、SS四種。地址產(chǎn)生器：用來形成20位的實(shí)際地址PA。PA=段寄存器左移4位+有效地址EA。即：注意：“左移4位”中這個(gè)位是指二進(jìn)制位，而非十六進(jìn)制位。左移4位二進(jìn)制數(shù)相當(dāng)于左移1位十六進(jìn)制數(shù)。有效地址EA段寄存器實(shí)際地址PA00000150190150例：（CS）=2000H，（IP）=2344H

則PA=(CS)左移4位+(IP)

=20000H+2344H

=22344H

注意：1.總線接口部件BIU和執(zhí)行部件EU并不是同步工作的；2.在執(zhí)行轉(zhuǎn)移、調(diào)用和返回指令時(shí)，指令隊(duì)列中的原有內(nèi)容被自動(dòng)清除。

8088的指令執(zhí)行過程三、8086/8088的內(nèi)部寄存器含14個(gè)16位寄存器，按功能可分為三類8個(gè)通用寄存器4個(gè)段寄存器2個(gè)控制寄存器專用寄存器標(biāo)志寄存器16位寄存器，其中有7位未用。D0D15OFDFIFTFSFZFAFPFCF進(jìn)借位標(biāo)志奇偶標(biāo)志半進(jìn)借位標(biāo)志零標(biāo)志符號(hào)標(biāo)志單步中斷中斷允許方向標(biāo)志溢出標(biāo)志1-有進(jìn)、借位0-無進(jìn)、借位1-低4位向高4位有進(jìn)、借位0-低4位向高4位無進(jìn)、借位1-低8位有偶數(shù)個(gè)10-低8位有奇數(shù)個(gè)11-結(jié)果為00-結(jié)果不為0標(biāo)志寄存器中的狀態(tài)標(biāo)志的狀態(tài)表示符號(hào)標(biāo)志OFDFIFSFZFAFPFCFOVDNEINGZRACPECYNVUPDIPLNZNAPONC為1的符號(hào)為0的符號(hào)例：說明運(yùn)算結(jié)果對(duì)標(biāo)志位的影響設(shè)變量x=11101111B，y=11001000B，X=0101101000001010B，Y=0100110010100011B，請(qǐng)問分別執(zhí)行x+y和X+Y操作后標(biāo)志寄存器中各狀態(tài)位的狀態(tài)如何？11101111+)1100100010110111?1自動(dòng)丟失010110100000101001001100101000111010011010101101CF=0CF=1段寄存器存儲(chǔ)器分段原因：16位地址寄存器與20位地址總線之間的矛盾。段的起始地址特征：實(shí)際地址的低4位（二進(jìn)制）為零。實(shí)際地址的高16位稱為段基址。段內(nèi)偏移地址（有效地址）。段基址*16=段起始地址。段的最大長(zhǎng)度：64K。（與16位寄存器相對(duì)應(yīng)）段的分類：分四大功能段：數(shù)據(jù)段、代碼段、堆棧段和附加段。段寄存器存放當(dāng)前段的段基址。CS：代碼段寄存器，代碼段用于存放指令代碼DS：數(shù)據(jù)段寄存器

ES：附加段寄存器數(shù)據(jù)段和附加段用來存放操作數(shù)SS：堆棧段寄存器

堆棧段用于存放返回地址，保存寄存器內(nèi)容，傳遞參數(shù)程序設(shè)計(jì)級(jí)模型AXBXCXDXSIDIBPSPFRDSCSSSESIP14個(gè)16位的寄存器8086的工作模式最大模式：有多個(gè)微處理器最小模式：僅有8086一個(gè)微處理器第二節(jié)8086/8088CPU的外部特性基本概念●有效電平——指引腳起作用時(shí)的電平?！袢龖B(tài)——是指引腳除了能正常的輸入或輸出高、低電平之外，還能輸出高阻狀態(tài)。8086CPU引腳及功能40根引腳分時(shí)復(fù)用1.AD0~AD15：T1—A（三態(tài)輸出）；T2~T4—D（三態(tài)雙向）2.A16/S3~A19/S6：T1—A；T2~T4—狀態(tài)3.VCC，GND，GND4.控制總線：17根S3、S4表示用何段寄存器S4S3段寄存器00ES01SS10CS（I/O、INT）11DSS5=IF，S6=0地址鎖存器存儲(chǔ)器I/O芯片VCC時(shí)鐘發(fā)生器數(shù)據(jù)收發(fā)器MN/MXRDCLKWRREADYM/IORESETALETESTBHE

A16~A19AD0~AD15HLDA.HOLD.8086INTA.INTRDENNMIDT/RBHE最小模式最大模式8088與8086的區(qū)別:指令預(yù)取隊(duì)列：8088為4字節(jié)，8086為6字節(jié)數(shù)據(jù)總線引腳：8088有8根，8086有16根控制線引腳：8088為IO//M，而8086為M//IO 8088為SS0，而8086的/BHE。8088為準(zhǔn)16位CPU，內(nèi)部DB為16位，但外部?jī)H為8位，16位數(shù)據(jù)要分兩次傳送第三節(jié)存儲(chǔ)器管理一、存儲(chǔ)器分段（解決地址總線問題）物理地址8086：20根地址線，可尋址220=1MB個(gè)存儲(chǔ)單元CPU送到AB上的20位的地址稱為物理地址物理地址物理地址..60000H60001H60002H60003H60004H...12HF0H1BH08H存儲(chǔ)器的操作完全基于物理地址。問題：8088的內(nèi)部總線和內(nèi)部寄存器均為16位，如何生成20位地址？解決：存儲(chǔ)器分段存儲(chǔ)器分段高地址低地址段基址段基址段基址段基址最大64KB最小16B段i-1段i段i+1段基址：段的起始地址的高16位。段基址*16=段起始地址。段的起始地址特征：段的起始地址的低4位（二進(jìn)制）為零或能被16整除。0000段基地址（16位）段首地址×××???×××邏輯地址段基地址和段內(nèi)偏移組成了邏輯地址段地址

偏移地址(偏移量)格式為：段地址:偏移地址物理地址=段基址×16+偏移地址60002H00H12H60000H偏移地址=0002H偏移地址（有效地址）：相對(duì)于段首地址的偏移量。BIU中的地址加法器用來實(shí)現(xiàn)邏輯地址到物理地址的變換8086可同時(shí)訪問4個(gè)段，4個(gè)段寄存器中的內(nèi)容指示了每個(gè)段的基地址段基址段內(nèi)偏移物理地址+16位20位0000默認(rèn)段和偏移寄存器8086規(guī)定了訪問存儲(chǔ)器段的規(guī)則：此規(guī)則定義了段地址寄存器和偏移地址寄存器的組合方式，其默認(rèn)規(guī)則如下表：段地址默認(rèn)偏移地址用于訪問CSIP指令SSSP、BP堆棧中的數(shù)據(jù)DSBX、DI、SI、8位或16位數(shù)數(shù)據(jù)段中的數(shù)據(jù)ES串指令的DI目標(biāo)串操作數(shù)[例]：已知(CS)=1055H，(DS)=250AH，(ES)=2EF0H，(SS)=8FF0H，數(shù)據(jù)段有一操作數(shù)，其偏移地址=0204H， 1)畫出各段在內(nèi)存中的分布2)指出各段首地址3)該操作數(shù)的物理地址=？10550H250A0H2EF00H8FF00H代碼堆棧

數(shù)據(jù)擴(kuò)展解：各段分布及段首址見右圖所示。這個(gè)例子說明：段與段可以不連續(xù)段之間可以重疊操作數(shù)的物理地址為：250AH×10H+0204H=252A4H①字節(jié)存儲(chǔ)：一個(gè)字節(jié)存放一個(gè)單元。如單元00100H中的內(nèi)容為34H，表示為(00100H)＝34H。②字存儲(chǔ)：一個(gè)字存于相鄰兩個(gè)單元，且低位字節(jié)在低地址，高位字節(jié)在高地址，字單元的地址以低位地址表示。如：(00100H)＝1234H表示高字節(jié)12H存于00101H單元，低字節(jié)34H存于00100H單元。③一個(gè)字可以從偶地址開始存放，也可以從奇地址開始存放。如：(00103H)＝0152H在講解下一問題前，先介紹幾個(gè)概念：二、8086存儲(chǔ)器的分體結(jié)構(gòu)（解決8086與存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)總線不一致問題）1.分體結(jié)構(gòu)概念兩個(gè)存儲(chǔ)體：偶地址存儲(chǔ)體+奇地址存儲(chǔ)體，各為512KByte，共1MByte.A1~A19SELA0~A18高位（奇數(shù)）庫(kù)512K*8D0~D7SELA0~A18低位（偶數(shù)）庫(kù)512K*8D0~D7A0BHED8~D15D0~D7①若字單元地址從偶地址開始，只需訪問一次存儲(chǔ)器②若字單元地址從奇地址開始，要訪問兩次存儲(chǔ)器所以，前者稱規(guī)則字，后者稱非規(guī)則字。8088的外部數(shù)據(jù)總線是8根，與存儲(chǔ)器的一致，故8088系統(tǒng)中存儲(chǔ)器不需要分體，存儲(chǔ)器與總線連接為：時(shí)序的概念：CPU各引腳信號(hào)在時(shí)間上的關(guān)系。時(shí)序圖：描述某一操作過程中，芯片/總線上有關(guān)引腳信號(hào)隨時(shí)間發(fā)生變化的關(guān)系圖.指令周期：CPU完成一條指令所需的時(shí)間。一個(gè)指令周期由若干個(gè)總線周期組成?？偩€周期：CPU完成一次訪問內(nèi)存(或接口)操作所需要的時(shí)間。一個(gè)總線周期至少包括4個(gè)時(shí)鐘周期。時(shí)鐘周期：由時(shí)鐘發(fā)生器產(chǎn)生。是計(jì)算機(jī)內(nèi)部最小的時(shí)間單位，用Ti表示。晶振周期：晶體振蕩器輸出的周期。它一般分頻后變?yōu)闀r(shí)鐘周期，再作為內(nèi)部工作單位。第四節(jié)總線時(shí)序（難點(diǎn)，了解）典型的總線周期示意讀周期——總線讀操作（對(duì)存儲(chǔ)單元或I/O端口）寫周期——總線寫操作（對(duì)存儲(chǔ)單元或I/O端口）中斷響應(yīng)周期——中斷響應(yīng)操作空閑周期——總線空操作最小模式下存儲(chǔ)器或I/O的讀周期時(shí)序單CPU系統(tǒng)8086讀操