单片机原理及应用02MCS-51单片机的基本结构与工作原理.pptx

单片机原理及应用Micro-Controller Principle and Applications第二章 MCS-51单片机的基本结构与工作原理运算器控制器存储器输入设备输出设备 集成在一个芯片微机基本结构与工作原理微处理器计算机微机基本结构与工作原理CPUCPUAB地址总线存储器存储器I/O接口I/O设备DB数据总线CB控制总线微型机硬件结构示意图内部寄存器阵列 算术逻辑运算单元 控制器 浮点运算部件及高速缓冲存储器cache 微处理器微机基本结构与工作原理不同型号的微处理器有不同的内部结构，但在功能结构上具有相似性和共通性通用寄存器和专用寄存器指令寄存器、指令译码器和各种定时与控制信号的产生电路 现代的微处理器中还集成了 微机基本结构与工作原理控制总线控制总线地址总线20位地址总线20位AHALBHBLCHCLDHDL数据总线16数据总线16EU控制系统EU控制系统ALUALUALU123456微机基本结构与工作原理执行部件EU总线接口部件AXBXCXDXBIU控制总线通用寄存器地址总线20位∑SP16位BP数据总线SIDICS8088/8086外部总线总线控制逻辑数据总线16DSSSES暂存寄存器IPEU控制系统内部暂存寄存器指令队列FR8088段寄存器（CS、SS、DS、ES）完成取指令和存取数据操作指令指针寄存器IP地址加法器总线接口单元BIU(Bus Interface Unit)指令队列内部控制逻辑输入/输出控制电路算术逻辑单元ALU 寄存器组执行单元EU(Execution Unit)标志寄存器FR暂存器负责分析指令和执行指令微机基本结构与工作原理8088/8086 CPU8 715 0AH ALBH BLCH CLDH DLAXBXCXDX①通用寄存器堆栈指针寄存器基地址寄存器源变址寄存器目的变址寄存器SPBP②专用寄存器SIDI3、标志寄存器15 0状态标志寄存器FR微机基本结构与工作原理1、算术逻辑单元ALU2、寄存器组累加器基地址寄存器计数器数据寄存器4、EU控制器微机基本结构与工作原理标志寄存器的安排FR寄存器15 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0××××OFDFIFTFSFZF×AF×PF×CF方向标志半进位标志单步标志零标志奇偶标志进位标志中断标志溢出标志符号标志控制标志状态标志代码段寄存器数据段寄存器堆栈段寄存器附加段寄存器CSDS段寄存器SSES80884个字节指令指针寄存器IP6个字节的指令队列123456微机基本结构与工作原理BIU20位的地址加法器总线控制逻辑8088中一个当8086指令队列中有两个空字节时,BIU自动把指令取到队列中微机基本结构与工作原理BIU和EU是并行工作的,按流水线技术原则管理2. EU从指令队列取指，执行。执行过程中如果要访问存储器或I/O, 而此时，BIU正在取指，完成取指后，响应EU的总线请求。3.指令队列已满，EU又没有总线访问，BIU进入空闲状态4.执行转移、调用和返回指令时，指令队列中的原有内容自动消除 BIU往指令队列中装入另一程序段中的指令地址范围例：已知IP=66H,CS=4232H220=1M字节 →15 0物理地址偏移地址偏移地址偏移地址15 042386H下一条指令段基址段首地址0000IP=66H加法器42320H…19 0CS×16=42320H物理地址物理地址00000H微机基本结构与工作原理寻址能力20条地址线 →00000～FFFFFH乘以16段首址逻辑地址：程序中出现的地址，由段地址和段内偏移量组成（注：段地址和段偏移量都是16位的二进制数）采用段寄存器的优点解决了16位寄存器如何访问大于64KB内存空间的问题可以实现程序的重定位微机基本结构与工作原理物理地址：1MB存储区域中的实际地址（20位的地址）物理地址=段地址×16+偏移量对8086/8088而言存储器管理就是将程序中的逻辑地址转换成物理地址的结构*同一物理地址可以有不同的段地址和偏移量微机基本结构与工作原理特殊的存储区域中断向量区：00000H～003FFH 共1KB 用以存放256种中断类型的中断向量 每个中断向量占用4字节单色显示器显示缓冲区： B