8086微处理器及其系统课件.ppt
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1、8086 8086 微处理器及其系统微处理器及其系统主要内容主要内容主要内容主要内容q8086 8086 8086 8086 微处理器微处理器微处理器微处理器q8086 8086 8086 8086 系统的最小系统的最小系统的最小系统的最小/最大工作方式最大工作方式最大工作方式最大工作方式q8086 8086 8086 8086 存储器存储器存储器存储器8086 8086 微处理器微处理器 80868086是是IntelIntel系列的系列的1616位位微处理器。微处理器。80868086采用采用HMOSHMOS工艺,集成工艺,集成2.92.9万个万个晶体管晶体管,单一的,单一的+5V+5V电
2、源,电源,4040条条引脚,双列直插式引脚,双列直插式封装封装,时钟时钟频率频率510MHz510MHz,最快的指,最快的指令执行令执行时间时间为为0.40.4s s。80868086有有1616根数据线,根数据线,2020根地址线,寻址根地址线,寻址1MB1MB的存储单元和的存储单元和64KB64KB的的I/OI/O端口。端口。u 8086 CPU 8086 CPU的内部结构的内部结构 从功能上讲,可分为两个从功能上讲,可分为两个独立独立部分,部分,并行并行重叠操作。重叠操作。8086 8086 微处理器微处理器uu 总线接口单元总线接口单元总线接口单元总线接口单元 (Bus Interfa
3、ce Unit,BIU)(Bus Interface Unit,BIU)(Bus Interface Unit,BIU)(Bus Interface Unit,BIU)BIUBIU从内存从内存预取指令预取指令送到送到指令队列缓冲器指令队列缓冲器;CPUCPU执行指令时,执行指令时,BIUBIU配合配合EUEU对指令的内存单元或对指令的内存单元或I/OI/O端端口口存取数据存取数据。负责完成负责完成CPUCPU与存储器或与存储器或I/OI/O设备之间的设备之间的数据传送数据传送。即。即8086 8086 微处理器微处理器uu 执行单元执行单元执行单元执行单元 (Execution Unit,EU
4、)(Execution Unit,EU)(Execution Unit,EU)(Execution Unit,EU)负责负责执行指令执行指令,即,即 执行的指令从执行的指令从BIUBIU的指令队列缓冲器中的指令队列缓冲器中取得取得;指令执行的结果或所需要的数据,由指令执行的结果或所需要的数据,由EUEU向向BIUBIU发出发出请求;请求;再由再由BIUBIU对存储器或对存储器或I/OI/O端口进行端口进行存取存取。8086 8086 微处理器微处理器uu 4 4 4 4个个个个16161616位位位位段地址寄存器段地址寄存器段地址寄存器段地址寄存器 代码段代码段寄存器寄存器 (Code Seg
5、ment)(Code Segment)数据段数据段寄存器寄存器 (Data Segment)(Data Segment)堆栈段堆栈段寄存器寄存器 (Stack Segment)(Stack Segment)附加段附加段寄存器寄存器 (Extra Segment)(Extra Segment)uu 16161616位位位位指令指针寄存器指令指针寄存器指令指针寄存器指令指针寄存器 IP(Instruction Pointer)IP(Instruction Pointer)IP(Instruction Pointer)IP(Instruction Pointer)uu 6 6 6 6字节字节字节字节
6、指令队列缓冲器指令队列缓冲器指令队列缓冲器指令队列缓冲器uu 20202020位位位位地址加法器地址加法器地址加法器地址加法器uu 总线控制器总线控制器总线控制器总线控制器总线接口单元组成总线接口单元组成1.1.指令队列缓冲器指令队列缓冲器用于存放预取的指令。用于存放预取的指令。用于存放预取的指令。用于存放预取的指令。80868086指令队列为指令队列为6 6个个字节。字节。在执行指令的同时,从内存中取下面在执行指令的同时,从内存中取下面1 1条或几条指令,取来的条或几条指令,取来的指令依次放在指令队列中。指令依次放在指令队列中。采用采用“先进先出先进先出”的原则。的原则。“先进先出先进先出”
7、原则:原则:按顺序存放,并按顺序取到按顺序存放,并按顺序取到EUEU中去执行。中去执行。总线接口单元组成总线接口单元组成2.2.地址加法器和段寄存器地址加法器和段寄存器 80868086有有2020根地址线,内部寄存器只有根地址线,内部寄存器只有1616位。位。“段加偏移段加偏移”技术:技术:段寄存器存放确定各段起始地址的16位段地址信息。由IP提供或由EU按寻址方式计算出寻址单元的16位偏移地址,也称为逻辑地址或简称偏移量。将偏移地址与左移4位后的段寄存器内容同时送到地址加法器,相加后形成20位实际地址。逻辑地址逻辑地址15150 0段寄存器段寄存器 000015150 0段地址段地址左移左
8、移4 4位位存储器实际地址存储器实际地址19190 0实际地址实际地址(物理地址物理地址)总线接口单元组成总线接口单元组成3.163.16位指令指针位指令指针(Instruction Pointer,(Instruction Pointer,IP)IP)IPIP中含有中含有BIUBIU要取的下一条指令要取的下一条指令(字节字节)的偏移地址。的偏移地址。IPIP在程序运行中在程序运行中自动加自动加1 1,指向要执行的下一条指令,指向要执行的下一条指令(字节字节)。总线接口单元组成总线接口单元组成uu16161616位算术逻辑单元位算术逻辑单元位算术逻辑单元位算术逻辑单元 (ALU)(ALU)(A
9、LU)(ALU)算术、逻辑运算,计算算术、逻辑运算,计算1616位偏移量位偏移量uu16161616位标志寄存器位标志寄存器位标志寄存器位标志寄存器F F F F CPU CPU的运算状态特征或存放控制标志的运算状态特征或存放控制标志uu数据暂存寄存器数据暂存寄存器数据暂存寄存器数据暂存寄存器 协助协助ALUALU完成运算完成运算uu通用寄存器组通用寄存器组通用寄存器组通用寄存器组 4 4个个1616位数据寄存器,位数据寄存器,4 4个个1616位指针与变址寄存位指针与变址寄存器器uuEUEUEUEU控制电路控制电路控制电路控制电路 控制、定时与状态逻辑电路控制、定时与状态逻辑电路 执行单元组
10、成执行单元组成8086808680868086内部寄存器结构共有内部寄存器结构共有内部寄存器结构共有内部寄存器结构共有13131313个个个个16161616位寄存器和位寄存器和位寄存器和位寄存器和1 1 1 1个个个个只用了只用了只用了只用了9 9 9 9位的位的位的位的16161616位标志寄存器。位标志寄存器。位标志寄存器。位标志寄存器。80868086的寄存器结构的寄存器结构数据寄存器数据寄存器数据寄存器数据寄存器 4 4个个1616位:位:AXAX,BXBX,CXCX,DXDX 8 8个个8 8位:位:AHAH,ALAL;BHBH,BLBL;CHCH,CLCL;DHDH,DLDL 多
11、数多数情况下,用于算术运算或逻辑运算指令中。情况下,用于算术运算或逻辑运算指令中。有些有些指令中,有特定的用途。指令中,有特定的用途。通用寄存器通用寄存器指针寄存器和变址寄存器指针寄存器和变址寄存器指针寄存器和变址寄存器指针寄存器和变址寄存器(1616位,存放偏移地址)位,存放偏移地址)指针寄存器指针寄存器 (P(P组组):堆栈指针堆栈指针寄存器寄存器SPSP和和基址指针基址指针寄存器寄存器BPBP。当前堆栈段中数据所在的地址。当前堆栈段中数据所在的地址。SP(Stack Pointer)SP(Stack Pointer):给出给出栈顶栈顶的偏移地址(入栈和的偏移地址(入栈和出栈指令时)。出栈
12、指令时)。BP(Base Pointer)BP(Base Pointer):存放位于堆栈段中的存放位于堆栈段中的数据区数据区基基地址的偏移地址。地址的偏移地址。通用寄存器通用寄存器 变址寄存器变址寄存器 (I(I组组)源变址源变址寄存器寄存器SISI和和目的变址目的变址寄存器寄存器DIDI。存放当前数据段的偏移地址。存放当前数据段的偏移地址。SI(Source Index)SI(Source Index):源操作数的偏移地址。源操作数的偏移地址。DI(Destination Index)DI(Destination Index):目的操作数的偏移地址。目的操作数的偏移地址。通用寄存器通用寄存器
13、寄存器寄存器寄存器寄存器 操作操作操作操作AXAX字乘,字除,字字乘,字除,字I/OI/OALAL字节乘,字节除,字节字节乘,字节除,字节I/OI/O,查表转换,十进制运算查表转换,十进制运算AHAH字节乘,字节除字节乘,字节除BXBX查表转换查表转换CXCX数据串操作,循环数据串操作,循环寄存器寄存器寄存器寄存器 操作操作操作操作CLCL移位,循环移位移位,循环移位DXDX字乘,字除,间字乘,字除,间接接I/OI/OSPSP堆栈操作堆栈操作SISI数据串操作数据串操作DIDI数据串操作数据串操作数据寄存器的隐含使用数据寄存器的隐含使用通用寄存器通用寄存器4 4个个1616位段寄存器位段寄存器
14、CS(Code Segment)CS(Code Segment):存放代码段的段地址。存放代码段的段地址。SS(Stack Segment)SS(Stack Segment):存放堆栈段的段地址。存放堆栈段的段地址。DS(Data Segment)DS(Data Segment):存放数据段的段地址。存放数据段的段地址。ES(Extra Segment)ES(Extra Segment):存放附加段的段地址,存放附加段的段地址,用于存放处理后用于存放处理后的数据。的数据。段寄存器是为实现段寄存器是为实现“段加偏移段加偏移”寻址基址而设置的。寻址基址而设置的。段寄存器段寄存器8086 CPU80
15、86 CPU有有2020条条地址线,具有寻址地址线,具有寻址1MB1MB存储空间。存储空间。80868086指令中给出的地址码仅有指令中给出的地址码仅有1616位位,指针寄存器和变址寄存器,指针寄存器和变址寄存器也只有也只有1616位位,不能直接寻址不能直接寻址1MB1MB的内存空间。的内存空间。用用8086 CPU8086 CPU内部一组内部一组1616位段寄存器内容作为段地址,再由位段寄存器内容作为段地址,再由段寄存器段寄存器左移左移4 4位形成位形成2020位的段起始地址位的段起始地址,称为,称为段基地址或段基址段基地址或段基址。将将1MB1MB存储空间分成为若干个逻辑段,使每个逻辑段的
16、长度为存储空间分成为若干个逻辑段,使每个逻辑段的长度为64KB64KB。段寄存器段寄存器8086 8086 标志寄存器标志寄存器F F为为1616位位,用了其中,用了其中9 9位。位。6 6个个状态标志位:状态标志位:CFCF,PFPF,AFAF,ZFZF,SFSF,OFOF3 3个个控制标志位:控制标志位:DFDF,IFIF,TFTFOFOF DFDFIFIFTFTFSFSFZFZFAFAFPFPFCFCF0 07 78 81515FLFLFHFH2 24 46 69 910101111溢出标志溢出标志 方向标志方向标志 中断允许标志中断允许标志 跟踪标志跟踪标志进位标志进位标志奇偶标志奇偶
17、标志辅助进位标志辅助进位标志零标志零标志符号标志符号标志标志寄存器标志寄存器状态标志位:状态标志位:反映算术或逻辑运算后结果状态。反映算术或逻辑运算后结果状态。CF(Carry Flag)CF(Carry Flag):进位进位标志,标志,D0D0位。位。执行结果在执行结果在最高位最高位上产生了一个上产生了一个进位或借位进位或借位,CF=1CF=1;无;无进位或借位,进位或借位,CF=0CF=0。会受会受循环指令影响。循环指令影响。PF(Parity Flag)PF(Parity Flag):奇偶奇偶性标志,性标志,D2D2位。位。执行结果的执行结果的低低8 8位位中有偶数个中有偶数个”1 1”
18、时,时,PF=1PF=1;否则;否则PF=0PF=0。机。机器中传递信息时,对产生的器中传递信息时,对产生的代码出错情况代码出错情况提供检测条件。提供检测条件。标志寄存器标志寄存器AF(Auxiliary Flag)AF(Auxiliary Flag):辅助进位辅助进位标志,标志,D4D4位。位。执行结果的执行结果的低低4 4位向高位向高4 4位位有进位或借位时,有进位或借位时,AF=1AF=1;否;否则则AF=0AF=0。一般用在一般用在BCDBCD码运算码运算中。中。ZF(Zero Flag)ZF(Zero Flag):零零标志,标志,D6D6位。位。如运算结果为如运算结果为零零,ZF=1
19、ZF=1;如运算结果如运算结果不为零不为零,ZF=0ZF=0。标志寄存器标志寄存器SF(Sign Flag)SF(Sign Flag):符号符号标志,标志,D7D7位。位。如运算结果为如运算结果为负数负数,SF=1SF=1;如运算结果为如运算结果为正数正数,ZF=0ZF=0。OF(Overflow Flag)OF(Overflow Flag):溢出溢出标志,标志,D11D11位。位。如如带符号数带符号数在进行在进行算术算术运算时产生了运算时产生了溢出溢出,OF=1OF=1;如无溢出,如无溢出,OF=0OF=0。溢出表示运算结果已经超出机器能够表示的数值范围。溢出表示运算结果已经超出机器能够表示
20、的数值范围。标志寄存器标志寄存器控制标志位:控制标志位:控制标志位:控制标志位:控制控制CPUCPU的操作,由的操作,由程序程序设置或清除。设置或清除。DF(Direction Flag)DF(Direction Flag):方向方向标志,标志,D10D10位。位。控制数据控制数据串操作指令的步进方向串操作指令的步进方向。标志寄存器标志寄存器IF(Interrupt Flag)IF(Interrupt Flag):中断允许中断允许标志,标志,D9D9位。位。控制控制可屏蔽中断可屏蔽中断。若用指令若用指令STISTI将将IF=1IF=1,允许允许接受外部从接受外部从INTRINTR引脚引脚发来的
21、可发来的可屏蔽中断请求;屏蔽中断请求;若用指令若用指令CLICLI将将IF=0IF=0,禁止禁止接受外部发来的可屏蔽中断请接受外部发来的可屏蔽中断请求。求。IFIF的状态的状态不影响不影响非屏蔽中断非屏蔽中断(NMI)(NMI)请求,请求,也不影响也不影响CPUCPU响应响应内部的中断请求。内部的中断请求。标志寄存器标志寄存器 TF(Trap Flag)TF(Trap Flag):跟踪跟踪(陷井陷井)标志,标志,D8D8位。位。为为方便调试程序方便调试程序而设置的。而设置的。若若TF=1TF=1,CPUCPU处于处于单步工作单步工作方式;方式;若若TF=0TF=0,正常执行程序。,正常执行程序
22、。标志寄存器标志寄存器时序:时序:三种总线上出现的信息不但有严格的顺序,而且有准确的时间,称为定时或时序定时或时序。时钟:时钟:时钟脉冲发生器产生具有一定频率和占空比的脉冲信号,称之为机器的主脉冲或时钟。主频:主频:时钟的频率,是机器的一个重要指标。时钟周期:时钟周期:主频的倒数,是CPU的基本时间计量单位。也叫一个T周期或T状态,或一个节拍。8086主频为5MHz,则一个时钟周期为200ns。总线周期:总线周期:在取指令和传送数据时,CPU总线接口部件占用的时间称为总线周期或机器周期。总线周期总线周期一个一个最基本最基本的总线周期由的总线周期由4 4个个时钟周期组成:时钟周期组成:用用 T1
23、T1,T2T2,T3T3,T4 T4 表示表示T1T2T3TwT4T1T2T3T4总线周期总线周期TITIT1T2T3TwTwT4总线周期空闲周期总线周期总线周期T1T1状态:状态:CPU往多路复用总线上发送地址信息,选中所要寻址的存储单元或外设端口地址。T2T2状态:状态:CPU从总线上撤销地址,并使总线的低16位浮置成高阻状态,为传送数据作准备。T3T3状态:状态:总线的高4位继续提供状态信息,低16位将出现由CPU写出的数据,或CPU从存储器或者外设端口读入的数据。总线周期总线周期等待状态:等待状态:有些情况下,I/O或M不能及时配合CPU传送数据,在T3状态启动之前它会通过 READY
24、 引脚向CPU发一个“未准备好”信号。CPU在T3状态之后自动插入若干个时钟周期Tw。直至CPU接受到“准备好”信号,自动脱离Tw状态进入T4。T4T4状态:状态:总线周期结束。空闲周期空闲周期T TI I:两个总线周期之间,若干个时钟周期。总线周期总线周期1 12 23 34 45 56 67 78 89 91010111112121313141415151616171718181919202040403939383837373636353534343333323231313030292928282727262625252424232322222121GNDGNDADAD1414ADAD13
25、13 ADAD1212 ADAD1111ADAD1010ADAD9 9ADAD8 8 ADAD7 7ADAD6 6ADAD5 5ADAD4 4ADAD3 3ADAD2 2ADAD1 1ADAD0 0NMINMIINTRINTRCLKCLKGNDGNDVcc(+5V)Vcc(+5V)ADAD1515A A1616/S/S3 3A A1717/S/S4 4A A1818/S/S5 5A A1919/S/S6 68 80 08 86 68086CPU8086CPU引脚特性引脚特性u数据数据/地址、状态地址、状态/地址复用线的特点地址复用线的特点 功能各异:不同控制线具有不同的作用 方向确定:仅为单向
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