微機(jī)原理及應(yīng)用 第2章 微處理器學(xué)習(xí)資料

第二章80X86微處理器

本章詳細(xì)說明了16位微處理器8086/8088CPU的內(nèi)部編程結(jié)構(gòu)、內(nèi)部寄存器的功能和外部管腳的作用，并闡述了系統(tǒng)對存儲(chǔ)器的分段管理。2.18086/8088微處理器的編程結(jié)構(gòu)2.28086/8088的引角信號與工作模式2.38086/8088的總線操作時(shí)序2.48086/8088存儲(chǔ)器的組織與管理2.18086/8088微處理器的編程結(jié)構(gòu)

CPU從功能上分為兩大部分，即總線接口部件BIU(BusInterfaceUnit)和執(zhí)行部件EU(ExecutionUnit)。2.1.18086/8088微處理器的內(nèi)部編程結(jié)構(gòu)圖2.18086CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖BusInterfaceUnitExecutionUnit一、總線接口部件(BIU)總線接口部件由下列各部分組成：（1）4個(gè)段地址寄存器:CS——16位的代碼段寄存器；

DS——16位的數(shù)據(jù)段寄存器；

ES——16位的擴(kuò)展段寄存器；

SS——16位的堆棧段寄存器；（2）16位的指令指針寄存器IP；（3）20位的地址加法器和總線控制電路；（4）6字節(jié)的指令隊(duì)列緩沖器。

總線接口部件的功能是負(fù)責(zé)完成CPU與存儲(chǔ)器或I/O接口之間的數(shù)據(jù)傳送，即BIU要從內(nèi)存中取指令，送到指令隊(duì)列緩沖器.二、執(zhí)行部件EU

執(zhí)行部件的功能就是負(fù)責(zé)從指令隊(duì)列取指令并執(zhí)行。從編程結(jié)構(gòu)圖可見，執(zhí)行部件由下列幾個(gè)部分組成：（1）通用寄存器組：4個(gè)16位數(shù)據(jù)寄存器AX、BX、CX、DX和4個(gè)16位指針寄存器與變址寄存器SP、BP和SI、DI；（2）數(shù)據(jù)暫存寄存器：暫存數(shù)據(jù)；（3）標(biāo)志寄存器：它反映CPU運(yùn)算的狀態(tài)特征和存放控制標(biāo)志；（4）算術(shù)邏輯單元ALU：用于算數(shù)和邏輯運(yùn)算。（5）EU控制電路：它是控制、定時(shí)與狀態(tài)邏輯電路，接收從BIU中指令隊(duì)列取來的指令，經(jīng)過指令譯碼形成各種定時(shí)控制信號，對EU的各個(gè)部件實(shí)現(xiàn)定時(shí)操作。小結(jié)：8086/8088取指部分與執(zhí)行部分是分開的。在一條指令的執(zhí)行過程中可以取出下一條（或多條）指令，指令在指令隊(duì)列中排隊(duì)；在一條指令執(zhí)行完成后,就可以立即執(zhí)行下一條指令，減少CPU為取指令而等待的時(shí)間，提高CPU的利用率和整個(gè)運(yùn)行速度。8086/8088微處理器: BIU和EU并行操作，取指和執(zhí)行可以重迭，大大減少了等待取指所需的時(shí)間，提高CPU的利用率。2.1.28086/8088的內(nèi)部寄存器8086/8088的內(nèi)部寄存器如圖2.2所示，它共有13個(gè)16位的寄存器和1個(gè)標(biāo)志寄存器。AHALBHBLCHCLDHDLSPSSBPSIESFLAGSDSIPCSDIBX基址寄存器AX累加器CX計(jì)數(shù)寄存器DX數(shù)據(jù)寄存器堆棧指針寄存器基址指針寄存器源變址寄存器目的變址寄存器指令指針狀態(tài)標(biāo)志寄存器代碼段寄存器數(shù)據(jù)段寄存器堆棧段寄存器擴(kuò)展段寄存器數(shù)據(jù)寄存器指針寄存器變址寄存器控制寄存器段寄存器通用寄存器AX累加器，它是算術(shù)運(yùn)算主要寄存器。另外，所有的指令都使用這一寄存器與外部設(shè)備傳送信息。BX基址寄存器:在計(jì)算存儲(chǔ)器地址時(shí)，常用來存放基準(zhǔn)地址.CX計(jì)數(shù)寄存器:在循環(huán)指令中作為一個(gè)計(jì)數(shù)器使用，在數(shù)據(jù)串操作指令中用于存放數(shù)據(jù)串元素的個(gè)數(shù).一般在雙字運(yùn)算時(shí)，把DX和AX組合在一起存放一個(gè)雙字長數(shù)，DX用于存放高位字，AX存放低位字.標(biāo)志寄存器（FlagRegister）共有16位，其中7位未用。標(biāo)志寄存器內(nèi)容如圖2-3所示：圖2-3標(biāo)志寄存器結(jié)構(gòu)圖標(biāo)志寄存器:進(jìn)位標(biāo)志位CarryFlag奇/偶標(biāo)志位ParityFlag輔助進(jìn)位標(biāo)志位AuxiliaryFlag零標(biāo)志位ZeroFlag符號標(biāo)志位SignFlag溢出標(biāo)志位OverflowFlag狀態(tài)標(biāo)志位控制標(biāo)志位跟蹤標(biāo)志位TrapFlag方向標(biāo)志位DirectionFlag中斷允許標(biāo)志位InterruptEnable

Flag例2.1：設(shè)AL=01111110B,BL=00101000B執(zhí)行下面加法指令

ADDAL,BL;

01111110

＋0010100010100110執(zhí)行結(jié)果AL=10100110B從運(yùn)算結(jié)果得出，最高位沒有產(chǎn)生進(jìn)位，則CF=0；1的個(gè)數(shù)為4個(gè)，即偶數(shù)個(gè)1，則PF=1；運(yùn)算結(jié)果不為0，則ZF=0；在運(yùn)算中第3位向第4位產(chǎn)生進(jìn)位，則AF=1；運(yùn)算結(jié)果最高位為1，則SF=1；在運(yùn)算中次高位向最高位有進(jìn)位，最高位向更高位無進(jìn)位，故有溢出OF=1。該運(yùn)算結(jié)果CPU自動(dòng)填入標(biāo)志位.標(biāo)志: 運(yùn)算結(jié)果最高位為0 ∴SF=0； 運(yùn)算結(jié)果本身≠0 ∴ZF=0

低8位中1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)個(gè) ∴PF=0； 最高位沒有進(jìn)位 ∴CF=0

第三位向第四位無進(jìn)位 ∴AF=0； 次高位向最高位沒有進(jìn)位，最高位向前沒有進(jìn)位,∴OF=0。例2.2：執(zhí)行兩個(gè)數(shù)的加法，分析對標(biāo)志位的影響。2.28086的工作模式和引腳信號2.2.18086的引腳信號

8086與8088內(nèi)部的結(jié)構(gòu)基本相同，外部采用40引腳雙列直插式封裝。它們的40條引腳線按功能可分為5類（如圖2.2）：

1.地址/數(shù)據(jù)總線（AddressDataBus）

2.地址/狀態(tài)線（Address/Status）

3.控制總線（ControlBus）

4.電源線Vcc5.地線GND圖2.28086的引腳信號2.2.28086/8088的工作模式8086/8088有兩種工作模式，即：最小工作模式和最大工作模式。最小模式是單處理機(jī)模式，最大模式是多處理機(jī)模式。兩種方式下，系統(tǒng)的配置是不同的。圖2.38086/8088最小模式下的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖一、最小模式由圖2-3可知，在8086的最小模式中，硬件連接上有如下幾個(gè)特點(diǎn)：（1）MN/MX引腳接+5V，決定了8086工作在最小模式。（2）有一片8284A，作為時(shí)鐘發(fā)生器。（3）有8282或74LS373，用來作為地址鎖存器。地址鎖存允許信號數(shù)據(jù)允許信號數(shù)據(jù)發(fā)送/接收信號存儲(chǔ)器輸入/輸出信號二、最大模式

由圖2-4可知，最大模式配置和最小模式配置有一個(gè)主要的差別：最大模式下多了8288總線控制器。

當(dāng)系統(tǒng)中所連接的存儲(chǔ)器和外設(shè)比較多時(shí)，需要增加系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線的驅(qū)動(dòng)能力，這時(shí)，可選用兩片8286或74LS245作為總線收發(fā)器。圖2.48086/8088最大模式下的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2.38086/8088的總線操作時(shí)序從取指令到執(zhí)行完畢指令所需要的時(shí)間成為指令周期CPU從存儲(chǔ)器或輸出輸入端口存取一個(gè)字節(jié)（或一個(gè)字）所需要的時(shí)間稱為總線周期讀操作寫操作2.48086/8088存儲(chǔ)器的組織與管理34H12H

78H56H21000H21001H82001H82002H偶地址字奇地址字2.4.18086/8088存儲(chǔ)器的組織被讀的字節(jié)忽略的字節(jié)偶數(shù)地址奇數(shù)地址忽略的字節(jié)被讀的字節(jié)偶數(shù)地址奇數(shù)地址讀地址中的字節(jié)被讀的字節(jié)被讀的字節(jié)偶數(shù)地址奇數(shù)地址忽略的字節(jié)被讀的字節(jié)忽略的字節(jié)偶數(shù)地址奇數(shù)地址偶數(shù)地址奇數(shù)地址讀地址中的字2.4.28086/8088存儲(chǔ)器的分段管理

在存儲(chǔ)段劃分時(shí)，段內(nèi)地址是連續(xù)的，段與段之間是相互獨(dú)立的。每個(gè)段的起始地址稱段的基址，段基址必須是能被16整除的那些地址，即20位的段基址的低四位應(yīng)當(dāng)是0000。由于段起始地址的低四位為0，所以可用20位地址的高16位表示段的基址，存放在段基址寄存器中。段基址寄存器共四個(gè)：CS、DS、ES、SS。

當(dāng)前可尋址的存儲(chǔ)器段（堆棧段和附加段重疊）例：假如20102H地址單元中存放的信息為3FH,也就是說20102H單元中的內(nèi)容為3FH。