微机原理课件 第4章　16位微处理器.ppt

微型计算机原理及应用_宋廷强 第4章　16位微处理器 本章教学目的 本章以16位微处理器8086/8088为中心，讲解微处理器的内部结构、地址形成、内部寄存器、工作模式、总线时序、总线操作等主要内容 使学生在掌握8086CPU的基础上，进一步理解微处理器的工作原理以及与外部打交道的过程，为后面学习接口技术做准备。 本章 学习要求 本章 主要外语词汇 BIU：Bus Interface Unit，总线接口部件 EU: Execution Unit，执行部件 Stack：堆栈 NMI：Non-maskable Interupt，非屏蔽中断 INTR：Interupt Request，可屏蔽中断请求 主要内容 16位微处理器概述 8086/8088 CPU的结构 8086/8088 CPU的引脚信号和工作模式 8086/8088的主要操作功能 4.1 16位微处理器概述 微处理器(microprocessor)是微型计算机的运算及控制部件，也称中央处理单元(CPU)。它本身不构成独立的工作系统，因而它也不能独立地执行程序。 4.2 8086/8088 CPU的结构 8086为16位机（数据总线16位） 4.2.1执行部件 负责指令的执行，它从指令流队列去除指令，然后分析和执行指令。同时利用内部的寄存器和ALU对数据进行所需的处理，还要负责计算操作数的16位偏移地址。 4.2.2总线接口部件BIU 根据EU计算出的16位偏移地址及16位段地址计算出20位物理地址，并根据EU请求采用计算出的20位物理地址读/写寄存器，也可根据EU请求读/写I/O设备，完成与存储器、I／O端口之间传送数据。 总线接口部件BIU 8086的指令队列为6个字节，8088的指令队列为4个字节。不管是8086还是8088，都会在执行指令的同时，从内存中取下一条指令或下几条指令，取来的指令就放在指令队列中。 EU部件与BIU部件 在执行指令的过程中，如果必须访问存储器或者输入／输出设备，那么，执行部件就会请求总线接口部件，进入总线周期，完成访问内存或者输入／输出端口的操作； 如果此时总线接口部件正好处于空闲状态，那么，会立即响应执行部件的总线请求。 补充：堆栈（STACK） 是按后进先出原则组织的一片存储区域，用来暂存一批需要回避的数据或地址。 堆栈的构造 一端固定，具有最大地址的单元（数据由此向上堆积） 8086堆栈的组织 该片存储区域所包含存储单元数，其值有由初始时SP的值决定（指向栈底+1单元） 堆栈的三种基本操作 SS、SP赋值（段的起始位置及长度） 执行堆栈指令PUSH和POP时，指令地址是由SP给出当前栈顶的偏移地址，故将SP称为堆栈指针寄存器。 每一个字节用一个唯一的地址码标示 根据各段的用途将其定义为CS、DS、ES、SS段。并用偏移地址（距段起址的字节距离）表示被访问单元。 存储器结构（续） 存储器结构(续) 任何一个存储单元对应一个20位的物理地址，也可称为绝对地址，它是由逻辑地址变换得来的。当CPU需要访问存储器时，必须完成如下的地址运算： 例：已知某存储单元所在的段地址为0AC08H，偏移地址为2596H，试求出该单元所在的物理地址？ 是实际地址，它具有20位的地址值，并是惟一标识1MB存储空间的某一个字节的地址 例，在8086CPU中，设某段寄存器的内容为1000H，试确定由该段寄存器所决定的内存段的起始地址和终止地址 按信息的分段存储和分段寻址 在执行程序时CS指定程序的段地址，IP作为程序段内的偏移量来控制取指令的地址。 堆栈操作所指的物理地址＝堆栈段寄存器内容左移四位后加上堆栈指针的内容 不同任务的程序一般有与之对应的数据区，在执行指令时对区内的数据进行操作，需要设置数据段寄存器DS 字符串操作时，一般是对存储器中的两个数据块进行传送，需要在一条指令中同时指定源和目的两个数据区。 表中所示的访问存储器时所使用的段地址可以由指令中隐含的段寄存器提供，也可以由“可更换的段寄存器”提供。 4.2 8086的总线周期 是指信号高低电平(有效或无效)变化及相互间的时间顺序关系。 指令周期是指一条指令经取指、译码、读写操作数到执行完成的过程。若干总线周期组成一个指令周期 任何指令的取指阶段都需要存储器读总线周期，读取的内容是指令代码 多路总线的高4位继续提供状态信息，而多路总线的低16位(8088则为低8位)上出现由CPU写出的数据或者CPU从存储器或端口读入的数据。 等待状态 等待状态Tw的插入 CPU总线周期采用同步时序： 4.3 8086／8088 CPU的引脚信号和工作模式 构成较大规模的应用系统，例如可以接入数值协处理器8087 8086和总线控制器8288共同形成系统总线信号 两