專(zhuān)業(yè)課微機(jī)原理ch28086系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1、1第二章第二章 8086系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.1 8086CPU結(jié)構(gòu)2.2 8086CPU的引腳及其功能2.3 8086存儲(chǔ)器組織2.4 8086系統(tǒng)配置2.5 8086CPU時(shí)序2.6 小結(jié)2第二章2.1 8086CPU結(jié)構(gòu)一、Intel 8086CPU主要特性u(píng) 數(shù)據(jù)總線：16位u 地址總線：20位u 內(nèi)存空間：CPU可直接尋址1MB內(nèi)存空間u 端口地址線：16位u 時(shí)鐘頻率：5MHz、 8MHz、 10MHzu工作模式：?jiǎn)翁幚砥鞴ぷ髂Ｊ?、多處理器工作模式u 流水線工作方式：取指令、執(zhí)行指令并行進(jìn)行u 兼容性：與8080、8085兼容3第二章二、8086CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 8086CPU內(nèi)部按功能可分

2、為兩部分：1、BIU（總線接口部件）功能：地址形成、取指令、指令排隊(duì)、 讀/寫(xiě)操作數(shù)、總線控制2、EU（執(zhí)行部件）功能：指令譯碼、指令執(zhí)行組成部件見(jiàn)下頁(yè)圖4第二章8086CPU的內(nèi)部組成 執(zhí)行單元（執(zhí)行單元（EU）總線接口單元（總線接口單元（BIU）段寄存器 指令指針寄存器IP地址加法器指令隊(duì)列緩沖器總線控制邏輯1、BIU5第二章u段寄存器u 用于存放各段的段基址。u 包括： CS DS ES SS 16位u 段基址：段起始地址的高16位。u 偏移地址：某地址偏移起始地址的位移量，16位。u 邏輯地址：由段基址和偏移地址組成，表示形式：u 段基址：偏移地址u 物理地址：存儲(chǔ)器的絕對(duì)地址，20位

3、。u 范圍：00000HFFFFFH6第二章u指令指針寄存器IPu 用于存放下一條將要執(zhí)行指令的偏移地址。u地址加法器u 將16位的邏輯地址轉(zhuǎn)換成為訪問(wèn)M需要的20位的物理地址。u 物理地址=段基址10H+偏移地址u例：u 若CS=1000H,IP=0300H,則要訪問(wèn)的存儲(chǔ)單元的u物理地址為？7第二章u指令隊(duì)列緩沖器（先入先出棧）u 存儲(chǔ)將要被執(zhí)行的指令代碼，6字節(jié)。u總線控制邏輯u 發(fā)控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)M及I/O端口的讀寫(xiě)控制。uBIU工作過(guò)程：u 形成物理地址，發(fā)讀信號(hào)（/RD），取指令送入指u令隊(duì)列。8第二章u CPU取指過(guò)程取指過(guò)程執(zhí)行單元（執(zhí)行單元（EU）總線接口單元（總線接口單元（B

4、IU）存存儲(chǔ)儲(chǔ)器器DBCBAB8086CPU的工作過(guò)程 9第二章u CPU向內(nèi)存寫(xiě)數(shù)過(guò)程（MOV SI,AX）執(zhí)行單元（執(zhí)行單元（EU）總線接口單元（總線接口單元（BIU）存存儲(chǔ)儲(chǔ)器器DBCBAB8086CPU的工作過(guò)程 10第二章執(zhí)行單元（執(zhí)行單元（EU）總線接口單元（總線接口單元（BIU） 算術(shù)邏輯單元（ALU） EU控制電路 寄存器組、U8086CPU的內(nèi)部組成11第二章uALUu 完成8位或16位的二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)、邏輯運(yùn)算。u寄存器組u 通用R：AX BX CX DX u或分為： AH AL BH BL CH CL DH DLu 專(zhuān)用R：SP BP SI DIu 標(biāo)志位R：Flags，

5、用來(lái)存放ALU運(yùn)算結(jié)果的特征及其他的控制位，16位，9位有效。12第二章u暫存器u 協(xié)助ALU運(yùn)算，暫存參加運(yùn)算的數(shù)據(jù),16位。uEU控制器u 從BIU的指令隊(duì)列中取指令、譯碼，發(fā)控制命令，u控制EU內(nèi)部的各部件，完成指令的執(zhí)行。uEU工作過(guò)程：u 從BIU的指令隊(duì)列取得指令、進(jìn)行譯碼、執(zhí)行指令13第二章u EU取指、譯碼過(guò)程執(zhí)行單元（執(zhí)行單元（EU）總線接口單元（總線接口單元（BIU）存存儲(chǔ)儲(chǔ)器器DBCBAB8086CPU的工作過(guò)程 14第二章 80868086EUEUBIUBIUBUSBUS取指取指1忙忙取指取指2忙忙執(zhí)指執(zhí)指1取指取指3忙忙執(zhí)指執(zhí)指2取指取指4忙忙執(zhí)指執(zhí)指3取指取指5忙忙

6、執(zhí)指執(zhí)指4ttt執(zhí)指執(zhí)指5忙忙3、8086的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 指令的提取與執(zhí)行分別由BIU和EU兩部件完成，二者既獨(dú)立又相互配合 并行工作。15第二章工作過(guò)程動(dòng)畫(huà)演示16第二章u 寄存器：用于存放運(yùn)算過(guò)程中所需要操作數(shù)地址、操作數(shù)及中間結(jié)果；u特點(diǎn)：在CPU內(nèi)部；u 存取速度比存儲(chǔ)器快得多；u 容量?。籾8086CPU內(nèi)部有4組16位寄存器（P24 圖2-2）。三、寄存器結(jié)構(gòu) 17第二章BL8086CPU 寄存器組18第二章1、通用寄存器組u常用來(lái)存放參與運(yùn)算的操作數(shù)或運(yùn)算結(jié)果u特殊用途見(jiàn) P25表2-1 19第二章2、指針和變址寄存器u可作通用寄存器，存放一般操作數(shù)或運(yùn)算結(jié)果u作指針和變址寄存

7、器，用于存放某段地址偏移量20第二章3、段寄存器u 用于存放邏輯段的段基地址21第二章4、指令指針和標(biāo)志位寄存器u IP存放下一條指令在現(xiàn)行代碼段中的偏移地址，u 由BIU自動(dòng)修改。u Flags用來(lái)存放運(yùn)算結(jié)果的特征，常用作后續(xù)條件轉(zhuǎn)移指令的轉(zhuǎn)移控制條件。22第二章u狀態(tài)標(biāo)志：存放運(yùn)算結(jié)果的特征u 6個(gè)狀態(tài)標(biāo)志位(CF，PF，AF，ZF，SF，OF)u控制標(biāo)志：控制某些特殊操作u 3個(gè)控制標(biāo)志位(TF，IF，DF)標(biāo)志位寄存器Flag具體格式：23第二章CF(進(jìn)位標(biāo)志)：保存加法的進(jìn)位和減法的借位，有進(jìn)位或借位時(shí)CF=1，否則CF=0PF(奇偶標(biāo)志)：表示計(jì)算結(jié)果低8位 1的個(gè)數(shù)是奇數(shù)還是偶

8、數(shù). 偶數(shù)個(gè)PF1，否則，PF0AF(輔助進(jìn)位)：保存加法或減法結(jié)果第4、5位之間的進(jìn)位或借位。有則AF=1,否則，AF=0u 狀態(tài)標(biāo)志位的名稱(chēng)和定義如下：24第二章ZF(零標(biāo)志)：表示運(yùn)算結(jié)果是否為零,為零則ZF1SF(符號(hào)標(biāo)志)：保存運(yùn)算結(jié)果的算術(shù)符號(hào)。SF1，表示本次運(yùn)算結(jié)果的最高位(第8位或第16位)為“1”，否則SF0。OF(溢出標(biāo)志)：溢出是在兩個(gè)帶符號(hào)數(shù)相加、減時(shí)可能產(chǎn)生的。溢出則OF1，否則OF=0 對(duì)無(wú)符號(hào)數(shù)操作則不用考慮溢出標(biāo)志。25第二章例2-2將5394H與-777FH兩數(shù)相加，并說(shuō)明其標(biāo)志位狀態(tài)0101 0011 1001 0100+1000 1000 1000 00

9、01 1101 1100 0001 0101運(yùn)算結(jié)果：-23EBH標(biāo)志位：CF=0，DF=0，AF=0 ZF=0，SF=1，OF=026第二章TF(單步標(biāo)志)：T=1可使微處理器進(jìn)入跟蹤方式，即單步調(diào)試狀態(tài)。IF(中斷允許標(biāo)志)：用來(lái)控制CPU是否能夠響應(yīng)可屏蔽中斷。IF1表示允許CPU響應(yīng)可屏蔽中斷。DF(方向標(biāo)志)：在串操作指令中，通過(guò) D 可選擇對(duì) DI / SI 寄存器的內(nèi)容進(jìn)行遞增或遞減方式. D=1,寄存器內(nèi)容自動(dòng)遞減; D=0,則相反。u 控制標(biāo)志位的名稱(chēng)和定義如下：27第二章2.2 8086CPU的引腳及其功能1、8086CPU芯片：40引腳、雙列直插式封裝、由于工藝限制，部分

10、引腳采用分時(shí)復(fù)用技術(shù)；2、8086CPU有兩種工作模式：最小模式：只有8086CPU一個(gè)處理器（單機(jī)系統(tǒng)）最大模式：有兩個(gè)或多個(gè)微處理器，系統(tǒng)中所需要的控制信號(hào)由總線控制器8288提供（多機(jī)系統(tǒng)）一、概述28第二章1、P28 圖2-3 8086CPU外部引腳 P28P31 各引腳定義二、8086CPU在最小模式中的引腳定義29第二章2、外部引腳信號(hào)小結(jié)地址/數(shù)據(jù)線（20） A19/S6A16/S3, AD15AD0 特點(diǎn)：分時(shí)復(fù)用 T1:地址有效，T2T4:數(shù)據(jù)或狀態(tài)有效電源、地線（3）“/”：兩邊信號(hào)電平一樣，表示分時(shí)復(fù)用30第二章u控制信號(hào)線（17）u（1）系統(tǒng)控制線（CPU輸出）（7）u

11、 M/IO#、ALE、BHE#、RD#、WR#、DT/R#、DEN# u（2）CPU控制信號(hào)（輸入CPU）（5）u RESET、CLK、READY、TEST#、MN/MX#u（3）中斷處理信號(hào)（3）u NMI、INTR、INTA#u（4）總線保持信號(hào)（DMA方式）（2）u HOLD、HLDA“/”：兩邊電平不同，表示電平不同作用不同“-”：表示低電平有效；這里用”#”代替31第二章三、8088與8086CPU的不同之處1.8088CPU指令隊(duì)列長(zhǎng)度是4個(gè)字節(jié)； (見(jiàn)P33)2. BIU的總線控制電路與外部交換數(shù)據(jù)的總線寬度是8位；與專(zhuān)用寄存器組之間的DB寬度也是8位；3.8088的外部數(shù)據(jù)總線

12、只有8位；4.8088中，用IO/M#信號(hào)代替M/IO#信號(hào)線； (28腳)5.8088中， BHE#(34腳)信號(hào)線改為SS0#32第二章33第二章2.3 8086存儲(chǔ)器組織1、存儲(chǔ)器地址的分段管理存儲(chǔ)器的要求：以字節(jié)為單位存儲(chǔ)信息， 每個(gè)存儲(chǔ)單元有唯一的地址。分段管理的原因：8086系統(tǒng)有20根地址線可尋址1MB內(nèi)存空間，即需要20位的物理地址，但CPU內(nèi)部寄存器只有16位（只能尋址64K字節(jié)）。為擴(kuò)大尋址范圍，所以采取存儲(chǔ)器的分段管理。一、存儲(chǔ)器地址34第二章u分段方法：u 1MB的存儲(chǔ)器空間分成許多邏輯空間，每一個(gè)邏輯空間是存儲(chǔ)器中可獨(dú)立尋址的一個(gè)邏輯單位，稱(chēng)邏輯段，每個(gè)段的長(zhǎng)度最大6

13、4K字節(jié)。35第二章u分段管理的特點(diǎn)：u起始點(diǎn)可浮動(dòng)；u可分開(kāi)或重疊；u實(shí)際地址由段地址、段內(nèi)偏移地址組成；u段首地址必須能被16整除36第二章2、物理地址的形成邏輯地址：存儲(chǔ)器的任一個(gè)邏輯地址由段基址和偏移地址組成，程序設(shè)計(jì)時(shí)采用。段基址：偏移地址物理地址：存儲(chǔ)器的絕對(duì)地址，從00000FFFFFH，它是由邏輯地址變換而來(lái)。 即：物理地址=段基址10H + 偏移地址。段首地址的前16位，放在段寄存器中的地址（CS、DS、ES、SS）從段地址開(kāi)始的相對(duì)偏移位置（放在指令指針寄存器IP、16位通用寄存器中）37第二章u物理地址的實(shí)現(xiàn)：u用BIU中的地址加法器來(lái)實(shí)現(xiàn)邏輯地址到物理地址的轉(zhuǎn)換；uCP

14、U訪問(wèn)內(nèi)存時(shí)，段寄存器的內(nèi)容(段基址)自動(dòng)左移4位(二進(jìn)制)，與段內(nèi)16位地址偏移量相加，形成20位的物理地址；u過(guò)程如右圖所示： 0000段基址16位偏移地址16位地址加法器物理地址20位38第二章3、邏輯地址的來(lái)源訪問(wèn)存儲(chǔ)器的操作類(lèi)型不同， BIU所使用的邏輯地址來(lái)源也不同。（邏輯地址的來(lái)源如下表所示）CS、SS、ESCS、SS、ES39第二章u段寄存器與其他寄存器組合尋址存儲(chǔ)單元的示意圖段基址CS偏移地址IP段基址DS或ESSISI，DIDI或或BXBX段基址SSSPSP或或BPBP代碼段數(shù)據(jù)段堆棧段40第二章u有邏輯地址DS：DI1000H：2000H,求物理地址u物理地址為：u DS

15、16+DI= 1000H10H2000H=12000Hu已知物理地址12345H，寫(xiě)出兩組邏輯地址u 1000H：2345Hu 1234H：0005Hu 1001H：2335Hu 等等例1:41第二章 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(huà)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=？10550H250A0H2EF00H8FF00HCSSS CSDSES解：各段分布及段首址見(jiàn)右圖所示；操作數(shù)的物理地址為：250AH10H H = 252A4H例2:42第二章二、8086存儲(chǔ)器的分

16、體結(jié)構(gòu)43第二章1、分體結(jié)構(gòu)的概念8086系統(tǒng)中，1MB的存儲(chǔ)器空間分成兩個(gè)存儲(chǔ)體：偶地址和奇地址存儲(chǔ)體，各512KB，示意圖如下：二、8086存儲(chǔ)器的分體結(jié)構(gòu)44第二章u偶地址存儲(chǔ)體與8086數(shù)據(jù)線低8位相連，由A0控制u 奇地址存儲(chǔ)體與數(shù)據(jù)線高8位相連，由BHE#控制45第二章uA0、BHE#功能組合如下表所示：46第二章2、分體結(jié)構(gòu)的讀寫(xiě)操作數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與表示：字節(jié)數(shù)據(jù)：一個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)于一個(gè)單元；如存儲(chǔ)單元00100H中的內(nèi)容為34H，可表示為：（00100H）=34H字?jǐn)?shù)據(jù)：一個(gè)字存于相鄰兩個(gè)單元（小地址格式）； 如：（00100H）=1234H；（00103H）=0152H一個(gè)字可以從偶

17、地址開(kāi)始存放（稱(chēng)規(guī)則字），也可以從奇地址開(kāi)始存放（稱(chēng)非規(guī)則字） 。47第二章u8086CPU 訪問(wèn)存儲(chǔ)器時(shí)，總是以字為單位進(jìn)行，并從偶地址開(kāi)始。 u讀存儲(chǔ)器示意圖如下：（P38 如圖2-11）332211001000000（a）從偶地址開(kāi)始讀一個(gè)字節(jié)）從偶地址開(kāi)始讀一個(gè)字節(jié)33221100100001110001（b）從奇地址開(kāi)始讀一個(gè)字節(jié)）從奇地址開(kāi)始讀一個(gè)字節(jié)48第二章3322110010000100022233（c）從偶地址開(kāi)始讀一個(gè)字）從偶地址開(kāi)始讀一個(gè)字3322110010000100012211（d）從奇地址開(kāi)始讀一個(gè)字）從奇地址開(kāi)始讀一個(gè)字若字單元地址從奇地址開(kāi)始，讀寫(xiě)一個(gè)字需訪

18、問(wèn)兩次存儲(chǔ)器若字單元地址從偶地址開(kāi)始，讀寫(xiě)一個(gè)字只需訪問(wèn)一次存儲(chǔ)器49第二章三、堆棧的概念1、堆棧：內(nèi)存中按LIFO(Last In First Out后進(jìn)先出)方式操作的特殊存儲(chǔ)區(qū)域2、特點(diǎn)：用于中斷或子程序調(diào)用,存放返回地址、過(guò)程參數(shù)等需要暫時(shí)保護(hù)的數(shù)據(jù)專(zhuān)用指令 PUSH,POP每次壓棧和出棧均以WORD為單位SS存放堆棧段基址，SP存放段內(nèi)偏移地址， SS:SP構(gòu)成了堆棧指針CPU自動(dòng)管理SP的變化, SP始終指向棧頂50第二章3、堆棧操作入棧：執(zhí)行PUSH指令，CPU自動(dòng)修改指針SP-2SP，使SP指向新棧頂；然后將低位數(shù)據(jù)壓入(SP)單元，高位數(shù)據(jù)壓入(SP+1) 單元。出棧：當(dāng)執(zhí)行

19、POP指令時(shí)，CPU先將當(dāng)前棧頂SP(低位數(shù)據(jù))和SP+1(高位數(shù)據(jù))中的內(nèi)容彈出，然后再自動(dòng)修改指針，使SP+2SP，SP指向新棧頂?！咀⒁狻浚合冗M(jìn)入的內(nèi)容要后彈出，PUSH 和POP指令要成對(duì)。棧底固定，棧底設(shè)在高地址；棧頂浮動(dòng)，SP始終指向棧頂。51第二章高字節(jié)低字節(jié)高字節(jié)低字節(jié)棧底(高地址)SPSP-2SP (棧頂)SP-2SP(棧頂)入棧操作（PUSH指令）52第二章高字節(jié)低字節(jié)高字節(jié)低字節(jié)棧底(高地址)SP+2SP(棧頂)出棧操作（POP指令）SP(棧頂)SP+2SP(棧頂)53第二章例:假如當(dāng)前SSC000H，堆棧段64K，SP=1000H，指出當(dāng)前棧頂在存儲(chǔ)器中的位置。若AX=

20、3322H，BX=1100H，CX=6655H，執(zhí)行指令PUSH AX，PUSH BX，再執(zhí)行指令POP CX ，此時(shí)堆棧中內(nèi)容發(fā)生什么變化，AX，BX，CX中的內(nèi)容是什么?P39 例2-3、例2-4解:(1)棧頂位置，即棧頂?shù)奈锢淼刂窞椋?SS*10H+SP=C000H*10H H=C1000H (2)執(zhí)行過(guò)程及變化如下圖所示：54第二章2233AX 0011BX 5566CX （a）初始狀態(tài)棧底C0000C1000SP向上增長(zhǎng) 棧頂浮動(dòng)，SP始終指向棧頂；棧底固定，棧底設(shè)在高地址。棧頂=棧底55第二章33221100C0FFESP （b）執(zhí)行PUSH AX，PUSH BXC0000C100

21、02233PUSH AX 0011PUSH BX 5566CX （c）再執(zhí)行POP CX 33221100C0000C1000SP 2233AX 0011BX 0011POP CX 棧頂浮動(dòng)，SP始終指向棧頂；棧底固定，棧底設(shè)在高地址。56第二章堆棧指令執(zhí)行過(guò)程動(dòng)畫(huà)演示57第二章作 業(yè)u 教材P55 u u 1、2、 6、 9（2）、 10（4） 、 11（4） 、 12、1358第二章2.4 8086系統(tǒng)配置1、系統(tǒng)配置方式 最小模式（CPU的管腳MN/MX#接高電平5V） 最大模式（CPU的管腳MN/MX#接低電平或地）2、系統(tǒng)配置特點(diǎn) 最小模式是單機(jī)系統(tǒng)。系統(tǒng)中所需要的控制信號(hào)全部由80

22、86CPU本身直接提供。 最大模式可構(gòu)成多處理機(jī)系統(tǒng)，系統(tǒng)中所需要的控制信號(hào)由總線控制器8288提供。3、CPU的2431 引腳意義不同一、簡(jiǎn)述59第二章 以8086CPU構(gòu)成的最小模式的基本配置，除了存儲(chǔ)器、IO接口芯片外，還要加入：1片8284A，作為時(shí)鐘發(fā)生器3片8282/8283或74LS373，作為地址鎖存器 解決引腳分時(shí)復(fù)用問(wèn)題2片8286 /8287或74LS245 ，作為雙向數(shù)據(jù)總線收發(fā)器 增強(qiáng)CPU總線驅(qū)動(dòng)能力二、最小模式系統(tǒng)60第二章512KB存儲(chǔ)器芯片引腳圖61第二章u具有三態(tài)緩沖功能的8位數(shù)據(jù)鎖存器； u8282的輸入和輸出信號(hào)同相(8283反相)。1、地址鎖存器8282/828362第二章u三態(tài)8位雙向數(shù)據(jù)收發(fā)器，可增加驅(qū)動(dòng)能力；u8286數(shù)據(jù)輸入與輸出同相(8287反相)。2、雙向數(shù)據(jù)總線收發(fā)器8286/828763第二章u產(chǎn)生CLK信號(hào)，做CPU內(nèi)部和外部的時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)3、時(shí)鐘發(fā)生器8284自學(xué)64第二章4、8086CPU構(gòu)成的最小模式的典型配置65第二章2.5 8086CPU時(shí)序 想要了解指令的執(zhí)行過(guò)程，除了了解CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)外，還必須了解CPU時(shí)序。一、基本概念1、時(shí)序 為實(shí)現(xiàn)某個(gè)操作，芯片上的引腳信號(hào)在時(shí)鐘信號(hào)的統(tǒng)一控制下，按一定的時(shí)間順序發(fā)出有效信號(hào)，這個(gè)時(shí)間順序就是時(shí)序。2、時(shí)序圖 描述某一操作