第二章80X86微处理器的结构.doc

第二章 80X86微处理器的结构 内容提要： 1．? 8086微处理器基本结构 8086微处理器寄存器结构 8086微处理器引脚功能 4．? 8086微处理器存储器和I/O组织 5．? 8086最小/最大模式系统总线的形成 6．? 8086CPU时序 7．? 从80286到奔腾微处理器的结构 学习目标： 1．掌握8086/88微处理器CPU基本结构、寄存器结构及作用、CPU引脚功能、存储器分段与物理地址形成、最小/最大模式的概念和系统组建、系统总线形成； 2．理解8086/88微处理器存储器读/写时序； 3．了解80X86系列其他微处理器的结构等。 重点： 1．8086微处理器的组成及其寄存器结构； 2．8086微处理器的存储器和I/O组织 难点： 8086微处理器的存储器和I/O组织 学时：10 2．1 8086/8088微处理器的基本结构 1．基本性能指标 16位微处理器； 采用高速运算性能的HMOS工艺制造，芯片上集成了2.9万只晶体管； 使用单一的+5V电源，40条引脚双列直插式封装； 时钟频率为5MHz~10MHz，基本指令执行时间为.3ns~0.6ns 8086有16根数据线和20根地址线，可寻址的地址空间达1MB 8086可以和浮点运算器、I/O处理器或其他处理器组成多处理器系统，从而极大地提高了系统的数据吞吐能力和数据处理能力。 2．8086/8088微处理器的结构 8086/8088 CPU的内部是由两个独立的工作部件构成,分别是总线接口部件BIU(Bus Interface Unit)和执行部件EU(Execution Unit)。图中虚线右半部分是BIU，左半部分是EU。两者并行操作，提高了CPU的运行效率。 （1）总线接口部件BIU 8086/8088总线接口部件BIU由以下六个部分组成： 20位地址加法器 4个16位段地址寄存器：代码段寄存器CS、数据段寄存器DS、堆栈段寄存器SS和附加段寄 存器ES 1个16位指令指针寄存器IP 内部寄存器(用于通信、暂存) 输入输出总线控制电路 1个6字节指令队列缓冲器 功能及工作过程： 总线接口部件的功能是负责与存储器、I/O接口传送信息。主要工作过程如下： 当指令队列中出现两个以上的指令字节空隙（8086是1个字节空隙）时，BIU会自动按CS和IP值所形成的20位实际物理地址对应的程序存储器单元中取指令字节 一次从程序存储器中取两个指令字节，顺序存放在指令队列寄存器中 由EU从队列指令中取走位于前列的指令，若指令需要在内存单元中读取数据，此时根据EU的请求在BIU中形成一个20位的存放数据的实际物理地址 CPU从物理地址单元中取得操作数，经BIU送到内部的运算部件（ALU）数据总线，再由EU执行响应操作 根据指令的性质，若需要，再由EU提出请求，将运算结果写入由BIU所指出的内存单元或者I/O端口中 （2）执行部件EU 8086和8088的执行部件EU的具体结构都是相同的，包含以下六个部分： 4个16位的通用寄存器组（AX、BX、CX、DX） 4个16位的专用寄存器（BP、SP、SI、DI） 1个16位的算术逻辑单元（ALU） 1个16位的状态标志寄存器 1个数据暂存寄存器 执行部件的控制电路 功能及工作过程： EU从BIU的指令队列中取出指令代码 由EU控制电路的译码器对指令进行译码后执行指令所规定的全部功能 执行指令所得结果或执行指令所需的数据，都由EU向BIU发出命令，对存储器或I/O接口进行读/写操作 反映本次操作结果的状态写入到响应的状态寄存器 （3）EU和BIU的关系 从上面的操作过程可以看出EU只负责执行指令，BIU则负责取指令，读出操作数和写入结果。对于一般简单的处理器指令周期中，各种操作是顺序进行的。首先取指并译码，如果译码的结果需要从存储器取操作数，则启动一个总线周期去读操作数；其次执行指令；最后存储操作的结果。如下左图所示。 在8086/8088中，BIU和EU这两个部件既有独立工作的一面，又有互相配合的一面。大多数情况下，取指和执行指令在时间上是重叠进行的，如上图的右半部分所示。 2.2．8086CPU的（基本）寄存器的结构 8086CPU中可供编程使用的有14个16位寄存器，用于对指令及操作数的寻址、控制指令的执行和提供操作数。按功能可以分为：通用寄存器组、控制寄存器组和段寄存器组。 注：在80386以上的微处理器中新增加了两个附加的段存储区FS、GS用来定义附加的存储区的起始地址。 1.通用寄存器 通用寄存器包括四个数据寄存器，两个地址指针寄存器和两个变址寄存器。 (1)．数据寄存器AX、BX、CX、DX 数据寄存器一般