第2章 第二章 80868088微处理器及其体系结构.ppt

2023-11-14第二章第二章 8086/8088 8086/8088微处理器及其体系结构微处理器及其体系结构1第二章第二章 8086/8088微处理器及其体系结构微处理器及其体系结构一、一、8086/8088CPU的编程结构的编程结构二、二、8086/8088的存储器组织的存储器组织三、三、8086/8088的的I/0组织组织四、四、8086/8088CPU的引脚功能和工作方式的引脚功能和工作方式五、五、8086/8088的操作及其时序的操作及其时序 2023-11-14第二章第二章 8086/8088 8086/8088微处理器及其体系结构微处理器及其体系结构2一、一、8086/8088CPU的编程结构的编程结构1、8086/8088CPU的内部结构的内部结构2、8086/8088CPU的寄存器结构的寄存器结构2023-11-14第二章第二章 8086/8088 8086/8088微处理器及其体系结构微处理器及其体系结构3二、二、8086/8088的存储器组织的存储器组织1、存储器组织存储器组织2、存储器的分段和物理地址的形成存储器的分段和物理地址的形成2023-11-14第二章第二章 8086/8088 8086/8088微处理器及其体系结构微处理器及其体系结构4三、三、8086/8088的的I/0组织组织 由于由于I/O设备的工作速度远远低于设备的工作速度远远低于CPU，所以所以I/O设备不能直接和设备不能直接和CPU总线相连，必须通过总线相连，必须通过I/O接接口芯片。口芯片。每个每个I/O接口芯片都有一个或几个端口，一个接口芯片都有一个或几个端口，一个端口对应一个端口对应一个I/O地址，就象存储单元地址一样。地址，就象存储单元地址一样。8086/8088设有输入指令设有输入指令IN和输出指令和输出指令OUT用用于访问于访问I/O端口。端口。2023-11-14第二章第二章 8086/8088 8086/8088微处理器及其体系结构微处理器及其体系结构5四、四、8086/8088CPU的引脚功能和工作方式的引脚功能和工作方式 8086/8088CPU是采用是采用40条引条引脚脚DIP（双列直插式）封装。双列直插式）封装。1、8086/8088CPU两种工作方式两种工作方式2、两种工作方式的公用引脚两种工作方式的公用引脚3、最小工作方式引脚最小工作方式引脚4、最大工作方式引脚最大工作方式引脚120191817161514131211109876543240212223242526272829303132333435363738398088地地CLKINTRNMIAD0AD1AD2AD3AD4AD5AD6AD7A8A9A10A11A12A13A14Vcc(5V)RESETREADYTESTINTA(QS1)ALE(QS0)DEN(S0)DT/R(S1)M/IO(S2)WR(LOCK)HLDA(RQ/GT1)HOLD(RQ/GT0)RDMN/MXSSO(HIGH)A19/S6A18/S5A17/S4A16/S3A152023-11-14第二章第二章 8086/8088 8086/8088微处理器及其体系结构微处理器及其体系结构6CPU工作方式工作方式 1、最小工作方式最小工作方式 系统中只有一个微处理器系统中只有一个微处理器8088（或（或8086），所），所有的总线控制信号都直接由有的总线控制信号都直接由8088（或（或8086）产生，）产生，这种方式适合较小规模的应用。这种方式适合较小规模的应用。2、最大工作方式、最大工作方式 系统中可以只有一个处理器，也可以有两个或系统中可以只有一个处理器，也可以有两个或以上的微处理器，其中一个作为主处理器，其他作以上的微处理器，其中一个作为主处理器，其他作为后援处理器，用来协助主处理器处理某些方面的为后援处理器，用来协助主处理器处理某些方面的工作，这种方式是在需要工作，这种方式是在需要8088构成中等或较大系统。构成中等或较大系统。2023-11-14第二章第二章 8086/8088 8086/8088微处理器及其体系结构微处理器及其体系结构7五、五、8086/8088的操作及其时序的操作及其时序 1、时钟周期（、时钟周期（Clock Cycle）8086/8088CPU的所有操作均是在时钟脉冲的所有操作均是在时钟脉冲CLK的统一控制下进行的。由外部的一片的统一控制下进行的。由外部的一片8284A芯片提供；芯片提供；若时钟频率为若时钟频率为5MHz（也称主频），则也称主频），则时钟周期或一个或一个T状态状态是是200ns。2、指令周期、指令周期 执行一条执行一条CPU指令所需的时间，称为一个指令所需的时间，称为一个指令周期。一个指令周期是由若干个总线周期组成。一个指令周期是由若干个总线周期组成。2023-11-14第二章第二章 8086/8088 8086/8088微处理器及其体系结构微处理器及其体系结构8五、五、8086/8088的操作及其时序的操作及其时序3、总线周期（总线周期（Bus Cycle）CPU执行指令过程中，执行访问存储器或执行指令过程中，执行访问存储器或I/O端端口的操作都统一交给口的操作都统一交给BIU的外部总线完成，进行一的外部总线完成，进行一次访问（存取一个字节）所需的时间称为一个总线次访问（存取一个字节）所需的时间称为一个总线周期周期（分分“读读”和和“写写”）。一个基本的总线周期有四个一个基本的总线周期有四个T状态状态组成。组成。在在第一个第一个T状态（状态（T1）CPU发送发送20位地址，并位地址，并产生地址锁存信号，把地址装入地址锁存器；产生地址锁存信号，把地址装入地址锁存器；2023-11-14第二章第二章 8086/8088 8086/8088微处理器及其体系结构微处理器及其体系结构9五、五、8086/8088的操作及其时序的操作及其时序3、总线周期（总线周期（Bus Cycle）在在第二个第二个T状态（状态（T2），CPU从总线上撤销地从总线上撤销地址，并将总线低址，并将总线低16位输出设置成高阻，为读入数据位输出设置成高阻，为读入数据作准备，或在低作准备，或在低16位总线上送出写数据，准备进行位总线上送出写数据，准备进行写操作。写操作。在总线的高在总线的高4位，输出总线周期状态（位，输出总线周期状态（S6S3），这些状态信息主要用于诊断监视。），这些状态信息主要用于诊断监视。2023-11-14第二章第二章 8086/8088 8086/8088微处理器及其体系结构微处理器及其体系结构10五、五、8086/8088的操作及其时序的操作及其时序3、总线周期（总线周期（Bus Cycle）在在T3状态状态，CPU高高4位继续提供状态信息；在位继续提供状态信息；在低低16位地址位地址/数据线上，或者连续发出写数据，或者数据线上，或者连续发出写数据，或者采样读入数据。采样读入数据。如果被选中的存储器或如果被选中的存储器或 I/O不能以不能以CPU的最大的最大传送速率传送数据，则该设备必须通知传送速率传送数据，则该设备必须通知CPU“未准未准备好备好”，迫使，迫使CPU在在T3状态后插入等待状态状态后插入等待状态TW。CPU在在T3的上升沿采样的上升沿采样READY信号，是低电信号，是低电平，就插入等待状态平，就插入等待状态TW。2023-11-14第二章第二章 8086/8088 8086/8088微处理器及其体系结构微处理器及其体系结构11五、五、8086/8088的操作及其时序的操作及其时序3、总线周期（总线周期（Bus Cycle）当选中的设备完成它的读写操作时，它就发当选中的设备完成它的读写操作时，它就发出出“准备就绪（准备就绪（READY）”信号，迫使信号，迫使CPU脱离脱离TW状态并继续工作。状态并继续工作。如果执行的总线周期是读周期，如果执行的总线周期是读周期，CPU则在最后则在最后一个等待状态的结束读取数据。一个等待状态的结束读取数据。总线周期在总线周期在T4状态状态结束，选中的设备在逻辑上结束，选中的设备在逻辑上与总线脱离。与总线脱离。2023-11-14第二章第二章 8086/8088 8086/8088微处理器及其体系结构微处理器及其体系结构12五、五、8086/8088的操作及其时序的操作及其时序4、CPU时序时序 一个微机系统要完成各种任务，需要执行许多一个微机系统要完成各种任务，需要执行许多操作，这些操作也是在时钟周期的同步下，按时序操作，这些操作也是在时钟周期的同步下，按时序一个状态一个状态地执行，这样，就构成了一个状态一个状态地执行，这样，就构成了CPU的的操作时序。操作时序。系统复位和启动操作；总线操作；中断操作；系统复位和启动操作；总线操作；中断操作；暂停操作；总线保持或总线请求暂停操作；总线保持或总线请求/允许操作。允许操作。最小方式下的读总线周期最小方式下的读总线周期 最小方式下的写总线周期最小方式下的写总线周期2023-11-14第二章第二章 8086/8088 8086/8088微处理器及其体系结构微处理器及其体系结构13最小方式下的读总线周期最小方式下的读总线周期2023-11-14第二章第二章 8086/8088 8086/8088微处理器及其体系结构微处理器及其体系结构14最小方式下的写总线周期最小方式下的写总线周期2023-11-14第二章第二章 8086/8088 8086/8088微处理器及其体系结构微处理器及其体系结构151、8086/8088CPU的内部结构的内部结构 8位微处理器执行一段程序是通过重复执行以执行一段程序是通过重复执行以下步骤来完成的。下步骤来完成的。从内存中取出一条指令，分析指令操作码；从内存中取出一条指令，分析指令操作码；读出一个操作数读出一个操作数（如果指令需要操作数）（如果指令需要操作数）；执行指令；执行指令；将结果写入内存储器将结果写入内存储器（如果指令需要）（如果指令需要）。微处理器在取指令、取操作数和存储操作数时微处理器在取指令、取操作数和存储操作数时要占用总线；要占用总线；分析操作码和执行指令时不占用总线。（分析操作码和执行指令时不占用总线。（图示图示）2023-11-14第二章第二章 8086/8088 8086/8088微处理器及其体系结构微处理器及其体系结构161、8086/8088CPU的内部结构的内部结构（2）8086/8088CPU内部结构基本相同内部结构基本相同,有有20条外部条外部地址总线，可以寻址地址总线，可以寻址1M内存空间；内存空间；8086CPU的内部和外部数据总线均是的内部和外部数据总线均是16位，是位，是典型的典型的16位微处理器；位微处理器；8088CPU内部数据总线是内部数据总线是16位，外部数据总线位，外部数据总线是是8位，所以被称为位，所以被称为准准16位微处理器位微处理器。2023-11-14第二章第二章 8086/8088 8086/8088微处理器及其体系结构微处理器及其体系结构171、8086/8088CPU的内部结构的内部结构 8086/8088CPU设计成两个独立的功能部件：设计成两个独立的功能部件：(1)执行部件执行部件EU；(2)总线接口部件总线接口部件BIU。EU和和BIU能相互独立地工作，能使大部分的能相互独立地工作，能使大部分的取取指令指令和和执行指令执行指令重叠进行。重叠进行。EU执行的是执行的是BIU在前一时刻取出的指令；在前一时刻取出的指令；同时，同时，BIU又再取出又再取出EU在下一时刻要执行的指在下一时刻要执行的指令。（令。（图示图示）8086/8088CPU的内部结构简图的内部结构简图2023-11-14第二章第二章 8086/8088 8086/8088微处理器及其体系结构微处理器及其体系结构18执行部件（执行部件（Execution UnitEU）作用：执行指令，与外界的联系必须通过总线作用：执行指令，与外界的联系必须通过总线接口部件。接口部件。EU负责从负责从BIU