第二章 微处理器与系统构成原理
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第二章微型计算机基础知识
第二章 微型计算机基础知识
教学目标：
1.了解基本的逻辑电路和逻辑代数。 2. 掌握微机中基本部件的符号及性能。 3.掌握总线的基本概念、作用及使用。 4.掌握控制字的概念及用法。 5. 掌握依照控制字读写存储器的过程。 6.掌握微机系统的组成与分类 7.掌握微机的外部结构和基本工作原理
教学重点： 1. 掌握微机中基本部件的符号及性能。 2.掌握总线的基本概念、作用及使用。 3.掌握控制字的概念及用法。 4. 掌握依照控制字读写存储器的过程。 5.掌握微机的外部结构和基本工作原理 教学难点： 1.总线的基本概念、作用及使用 2.掌握控制字的概念及用法。 3.掌握依照控制字读写存储器的过程。
1.功能强 2.可靠性强 3.价格低 4.适应性强
5.周期短、见效快
6.体积小、重量轻、耗电省
7.维护方便
四、微型计算机的性能指标 衡量一台微机性能的优劣，主要由它的 系统结构、硬件组成、系统总线、外部设 备以及软件配置等因素来决定。具体体现 在以下几个主要技术指标上。 1.字长 微机的字长是指微处理器内部一次可以 并行处理二进制代码的位数。它与微处理 器内部寄存器以及CPU内部数据总线宽度 一致，字长越长，所表示的数据精度就越 高。
（2）第二个控制字是： CpEpLmEr =0001 即Er=1，令ROM放出数据。 也就是说，当Er为高电平，R0中的8位 数据就被送到W总线上去。这样的动作 不需等待 时钟脉冲的同步讯号。 （3）第三个控制字是： CpEpLmEr=1000 即Cp=1，这是命令PC加1,所以PC=0001 这是在取数周期完了时，要求PC进一步 ，以便为下一条指令准备条件。
六、存储器的符号
1.只读存储器(ROM) 只存储固定程序的存储器,一旦写入 后,一般不能改变。即不能再写入新的 字节，而只能从中“读”出其所存储的内 容。 (1)通用的写法是m×nROM
教学目标：
1.了解基本的逻辑电路和逻辑代数。 2. 掌握微机中基本部件的符号及性能。 3.掌握总线的基本概念、作用及使用。 4.掌握控制字的概念及用法。 5. 掌握依照控制字读写存储器的过程。 6.掌握微机系统的组成与分类 7.掌握微机的外部结构和基本工作原理
教学重点： 1. 掌握微机中基本部件的符号及性能。 2.掌握总线的基本概念、作用及使用。 3.掌握控制字的概念及用法。 4. 掌握依照控制字读写存储器的过程。 5.掌握微机的外部结构和基本工作原理 教学难点： 1.总线的基本概念、作用及使用 2.掌握控制字的概念及用法。 3.掌握依照控制字读写存储器的过程。
1.功能强 2.可靠性强 3.价格低 4.适应性强
5.周期短、见效快
6.体积小、重量轻、耗电省
7.维护方便
四、微型计算机的性能指标 衡量一台微机性能的优劣，主要由它的 系统结构、硬件组成、系统总线、外部设 备以及软件配置等因素来决定。具体体现 在以下几个主要技术指标上。 1.字长 微机的字长是指微处理器内部一次可以 并行处理二进制代码的位数。它与微处理 器内部寄存器以及CPU内部数据总线宽度 一致，字长越长，所表示的数据精度就越 高。
（2）第二个控制字是： CpEpLmEr =0001 即Er=1，令ROM放出数据。 也就是说，当Er为高电平，R0中的8位 数据就被送到W总线上去。这样的动作 不需等待 时钟脉冲的同步讯号。 （3）第三个控制字是： CpEpLmEr=1000 即Cp=1，这是命令PC加1,所以PC=0001 这是在取数周期完了时，要求PC进一步 ，以便为下一条指令准备条件。
六、存储器的符号
1.只读存储器(ROM) 只存储固定程序的存储器,一旦写入 后,一般不能改变。即不能再写入新的 字节，而只能从中“读”出其所存储的内 容。 (1)通用的写法是m×nROM
微处理器原理与应用
指令级并行处理的关键技术包括分支 预测、指令调度和乱序执行等。这些 技术能够有效地提高处理器的指令级 并行度，从而提高处理器的性能。
流水线技术
流水线技术是一种将处理器划分为多个阶段，每个阶段执行处理器操作的一部分，从而实现并行处理的技术。通过流水线技 术，处理器可以在一个时钟周期内完成多个操作，提高了处理器的吞吐量。
计算机系统
计算机系统是微处理器应用的另一个重要领域，包括个人计算机、服务器、工作 站等。微处理器作为计算机系统的核心，负责执行指令、处理数据和控制外设等 任务。
计算机系统中的微处理器需要具备高性能、低功耗、可扩展性和可靠性等特点， 以满足不同应用场景的需求。
通信与网络
通信与网络是微处理器应用的又一重要领域，涉及到移动通 信、卫星通信、光纤通信、互联网等领域。微处理器在网络 设备中扮演着重要的角色，负责数据处理、路由控制和网络 安全等功能。
对未来微处理器的展望
1
随着人工智能、物联网等技术的快速发展，未来 微处理器的需求将进一步增加，性能要求也将更 高。
2
未来微处理器将更加注重能效比的提升，以适应 绿色环保的发展需求，同时不断缩小制程工艺尺 寸，提高集成度。
3
未来微处理器将更加智能化和个性化，具备更强 大的数据处理和学习能力，能够更好地满足人们 多样化的需求。
VS
人工智能与机器学习中的微处理器需 要具备高性能计算能力、低功耗、可 扩展性和灵活性等特点，以满足不断 变化的应用需求。
04 微处理器的性能优化
指令级并行处理
指令级并行处理是一种通过同时执行 多个指令来提高处理器性能的技术。 它利用了程序中的指令依赖性，将相 互独立的指令并行执行，从而加快了 程序的执行速度。
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流水线技术
流水线技术是一种将处理器划分为多个阶段，每个阶段执行处理器操作的一部分，从而实现并行处理的技术。通过流水线技 术，处理器可以在一个时钟周期内完成多个操作，提高了处理器的吞吐量。
计算机系统
计算机系统是微处理器应用的另一个重要领域，包括个人计算机、服务器、工作 站等。微处理器作为计算机系统的核心，负责执行指令、处理数据和控制外设等 任务。
计算机系统中的微处理器需要具备高性能、低功耗、可扩展性和可靠性等特点， 以满足不同应用场景的需求。
通信与网络
通信与网络是微处理器应用的又一重要领域，涉及到移动通 信、卫星通信、光纤通信、互联网等领域。微处理器在网络 设备中扮演着重要的角色，负责数据处理、路由控制和网络 安全等功能。
对未来微处理器的展望
1
随着人工智能、物联网等技术的快速发展，未来 微处理器的需求将进一步增加，性能要求也将更 高。
2
未来微处理器将更加注重能效比的提升，以适应 绿色环保的发展需求，同时不断缩小制程工艺尺 寸，提高集成度。
3
未来微处理器将更加智能化和个性化，具备更强 大的数据处理和学习能力，能够更好地满足人们 多样化的需求。
VS
人工智能与机器学习中的微处理器需 要具备高性能计算能力、低功耗、可 扩展性和灵活性等特点，以满足不断 变化的应用需求。
04 微处理器的性能优化
指令级并行处理
指令级并行处理是一种通过同时执行 多个指令来提高处理器性能的技术。 它利用了程序中的指令依赖性，将相 互独立的指令并行执行，从而加快了 程序的执行速度。
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《微机原理与接口技术》教案
《微机原理与接口技术》教案第一章：微机系统概述1.1 教学目标1. 了解微机系统的概念和发展历程。
2. 掌握微机系统的组成和各部分功能。
3. 理解微机系统的工作原理。
1.2 教学内容1. 微机系统的概念和发展历程。
2. 微机系统的组成：微处理器、存储器、输入输出接口等。
3. 微机系统的工作原理：指令执行过程、数据传输等。
1.3 教学方法1. 采用讲授法，讲解微机系统的概念和发展历程。
2. 采用案例分析法，分析微机系统的组成和各部分功能。
3. 采用实验演示法，展示微机系统的工作原理。
1.4 教学评价1. 课堂问答：了解学生对微机系统概念的掌握情况。
2. 课后作业：巩固学生对微机系统组成的理解。
3. 实验报告：评估学生对微机系统工作原理的掌握程度。
第二章：微处理器2.1 教学目标1. 了解微处理器的概念和结构。
2. 掌握微处理器的性能指标。
3. 理解微处理器的工作原理。
2.2 教学内容1. 微处理器的概念和结构：CPU、寄存器、运算器等。
2. 微处理器的性能指标：主频、缓存、指令集等。
3. 微处理器的工作原理：指令执行过程、数据运算等。
2.3 教学方法1. 采用讲授法，讲解微处理器的概念和结构。
2. 采用案例分析法，分析微处理器的性能指标。
3. 采用实验演示法，展示微处理器的工作原理。
2.4 教学评价1. 课堂问答：了解学生对微处理器概念的掌握情况。
2. 课后作业：巩固学生对微处理器性能指标的理解。
3. 实验报告：评估学生对微处理器工作原理的掌握程度。
第三章：存储器3.1 教学目标1. 了解存储器的概念和分类。
2. 掌握存储器的性能指标。
3. 理解存储器的工作原理。
3.2 教学内容1. 存储器的概念和分类：随机存储器、只读存储器等。
2. 存储器的性能指标：容量、速度、功耗等。
3. 存储器的工作原理：数据读写过程、存储器组织结构等。
3.3 教学方法1. 采用讲授法，讲解存储器的概念和分类。
2. 采用案例分析法，分析存储器的性能指标。
第2章微型计算机系统的组成及工作原理
2.5.6 ISA总线的定义与应用
2. ISA总线的信号线定义 ——98芯插槽，包括地址线、数据线、控制线、时钟和电源线 (1)地址线：SA019和LA1723 (2)数据线：SD015 (3)控制线：AEN、BALE、 IOR 和 IOW、 SMEMR和 SMEMW
MEMR 和 MEMW、 MEM CS16 和 I/O CS16 、SBHE
2.1.2 微机系统的软件配置
系统软件、工具软件、应用软件、用户应用程序
.3 微机系统中的信息流与信息链
1. 微机系统中信息流与信息链的构成 信息流：存储器中的数据、程序代码；接口寄存器中的I/O数据、 状态、I/O命令 信息链：信息流在系统中流动的路径； 包括物理(硬件)环节和逻辑(软件)环节 2. 微机系统中信息流与信息链 ——早期微机系统/现代微机系统中的信息链 3. 研究信息流与信息链的意义 ——通过信息流从整体上认识微机体系结构和组成微机系统的各 部件之间的关系
2.5.7 现代微机总线技术的新特点
3. 总线桥 (1) 总线桥 ——总线转换器和控制器，是两种不同总线间的总线接口 内部包含兼容协议及总线信号和数据缓冲电路；把一条总线映 射到另一条总线上 北桥：连接CPU总线和PCI总线的桥 南桥：连接PCI总线和本地总线(如ISA)的桥 (2) PCI总线芯片组 ——实现总线桥功能的一组大规模集成专用电路 保持主板结构不变前提下，改变这些芯片组的设计，即可适应 不同微处理器的要求 4. 多级总线结构中接口与总线的连接
2.4 I/O设备与I/O设备接口
2.4.1 I/O设备及其接口的作用
1. I/O设备的作用 2. I/O设备接口的作用——连接与转换
2.4.2 I/O设备的类型及设备的逻辑概念
微处理器的原理与应用
微处理器的原理与应用1. 引言微处理器（Microprocessor），又称CPU（Central Processing Unit），是计算机的核心部件，负责执行计算机指令并处理数据。
微处理器的原理及其应用广泛应用于现代计算机系统、嵌入式系统以及各类电子设备中。
本文将介绍微处理器的原理和应用，并探讨其在现代科技领域的重要性。
2. 微处理器的原理微处理器是由大量的晶体管组成的集成电路，通过电子信号的控制来实现数据的计算和处理。
微处理器的原理主要包括指令集架构、运算单元、控制单元和存储器等几个核心方面。
•指令集架构：微处理器通过指令集架构来定义其支持的指令和数据格式。
常见的指令集架构包括x86、ARM等，不同的架构对应不同的指令集和寄存器组织方式。
•运算单元：微处理器的运算单元负责执行算术和逻辑运算。
它包括算术逻辑单元（ALU）和浮点运算单元（FPU），能够完成加减乘除等基本运算。
•控制单元：微处理器的控制单元负责解析和执行指令序列。
它包括指令寄存器（IR）、程序计数器（PC）和指令解码器等组件，能够将指令翻译为对应的控制信号，驱动运算单元和存储器进行数据处理。
•存储器：存储器是微处理器的重要组成部分，包括随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。
RAM用于存储数据和程序，而ROM中存储了微处理器的固件和指令集。
3. 微处理器的应用微处理器的应用已经渗透到各个领域，包括个人电脑、服务器、手机、智能家居、汽车等等。
下面将以几个典型的应用领域为例进行介绍。
3.1 个人电脑个人电脑（PC）是微处理器最常见的应用之一。
微处理器在个人电脑中扮演着核心的角色，负责执行和处理用户的指令和数据。
随着技术的发展，个人电脑的处理能力越来越强大，微处理器的性能也得到了持续的提升。
3.2 嵌入式系统嵌入式系统是指把微处理器嵌入到各种电子设备中，以实现特定功能的电子系统。
例如，智能手机、智能手表、家用电器等都使用了微处理器来实现各种功能。
第二章 计算机组成原理
部频率越高，CPU的处理速度就越快。 例如： P4 3.4GHz，800MHz外频(FSB)
时钟频率的发展：
400MHZ---533MHZ---800MHZ，即将达到1066MHZ [单选]用MHz来衡量计算机的性能，它指的是计算机__________。
ACM 图灵奖
1966年由ACM（美国计算机学会）创建，该奖有计 算机界的诺贝尔奖之称。
IEEE 计算机先驱奖
1980年由IEEE-CS(美国电气与电子工程师学会-计 算机学会)创建，是世界范围内计算机科学技术领域另 一个最重要的奖项，和图灵奖是互为补充的。
计算机的诞生与发展
对计算机的诞生发展做出重大贡献的两个人：
(a) NEC SX-6/64MB巨 型计算机外形
(b) 全球气温分布与 变化趋势图
计算机的分类
大型计算机（Mainframe）
运算速度快、存储容量大、通信联网功能完善、可靠性高、安 全性好、有丰富的系统软件和应用软件的计算机， CPU 通常有 4 、 8、16、32个甚至更多处理器。
功能： 为企业或政府的数据提供集中的存储、管理和处理，作为主服务 器（企业级服务器），在信息系统中起着核心作用。
内存储器
控制器CU RAM
外部存储器－－硬盘 、软盘、光盘、磁带
外设
输入设备－－键盘、鼠标器、扫描仪 输出设备－－显示器、打印机、绘图仪 其他设备－－调制解调器
计算机的组成
台 式 机
PC机的物理组成
机箱、显示器、键盘、鼠标器等
机箱内包含:
主板、硬盘、软驱、光驱、
电源、风扇等
主板上安装
CPU、芯片组、内存条、
第二章
计算机组成原理
时钟频率的发展：
400MHZ---533MHZ---800MHZ，即将达到1066MHZ [单选]用MHz来衡量计算机的性能，它指的是计算机__________。
ACM 图灵奖
1966年由ACM（美国计算机学会）创建，该奖有计 算机界的诺贝尔奖之称。
IEEE 计算机先驱奖
1980年由IEEE-CS(美国电气与电子工程师学会-计 算机学会)创建，是世界范围内计算机科学技术领域另 一个最重要的奖项，和图灵奖是互为补充的。
计算机的诞生与发展
对计算机的诞生发展做出重大贡献的两个人：
(a) NEC SX-6/64MB巨 型计算机外形
(b) 全球气温分布与 变化趋势图
计算机的分类
大型计算机（Mainframe）
运算速度快、存储容量大、通信联网功能完善、可靠性高、安 全性好、有丰富的系统软件和应用软件的计算机， CPU 通常有 4 、 8、16、32个甚至更多处理器。
功能： 为企业或政府的数据提供集中的存储、管理和处理，作为主服务 器（企业级服务器），在信息系统中起着核心作用。
内存储器
控制器CU RAM
外部存储器－－硬盘 、软盘、光盘、磁带
外设
输入设备－－键盘、鼠标器、扫描仪 输出设备－－显示器、打印机、绘图仪 其他设备－－调制解调器
计算机的组成
台 式 机
PC机的物理组成
机箱、显示器、键盘、鼠标器等
机箱内包含:
主板、硬盘、软驱、光驱、
电源、风扇等
主板上安装
CPU、芯片组、内存条、
第二章
计算机组成原理
微机原理第二章8086微处理器
▪ 表面上看来，微处理器的外部就是数量有限的输入输出 引脚。但是，正是依靠这些引脚与其它逻辑部件相连接， 才能组成多种型号的微型计算机系统。
▪ 这些引脚就是微处理器级总线。微处理器通过微处理器 级总线沟通与外部部件和设备之间的联系。这些总线及 其信号必须完成以下功能：
▪ （1）和存储器之间交换信息； ▪ （2）和I/O设备之间交换信息； ▪ （3）为了系统工作而接收和输出必要的信号，如输入
▪ 时钟信号输入端。19 CLK（输入） ▪ 8086和8088为5MHz。 ▪ 8086/8088的CLK信号必须由8284A时钟发生器产生。 ▪ 微处理器是在统一的时钟信号CLK控制下，按节拍进行
工作的。
2021/6/12
16
8086/8088微处理器——微处理器的引脚功能
▪ 工作方式控制线 33
指令执行示例
2021/6/12
1
第二章：8086/8088微处理器
1. 微处理器ห้องสมุดไป่ตู้结构 2. 微处理器的内部寄存器 3. 微处理器的引脚功能 4. 微处理器的存储器组织 5. 最大模式和最小模式 6. 微处理器的时序
2021/6/12
2
2021/6/12
▪ 存储器分段
▪ 由于CPU内部的寄存器都是16位的，为了
2021/6/12
7
第二章：8086/8088微处理器
1. 微处理器的结构 2. 微处理器的内部寄存器 3. 微处理器的引脚功能 4. 微处理器的存储器组织 5. 最大模式和最小模式 6. 微处理器的时序
2021/6/12
8
8086/8088微处理器——微处理器的引脚功能
▪ 一、微处理器的外部结构
时钟脉冲、复位信号、电源和接地等。
▪ 这些引脚就是微处理器级总线。微处理器通过微处理器 级总线沟通与外部部件和设备之间的联系。这些总线及 其信号必须完成以下功能：
▪ （1）和存储器之间交换信息； ▪ （2）和I/O设备之间交换信息； ▪ （3）为了系统工作而接收和输出必要的信号，如输入
▪ 时钟信号输入端。19 CLK（输入） ▪ 8086和8088为5MHz。 ▪ 8086/8088的CLK信号必须由8284A时钟发生器产生。 ▪ 微处理器是在统一的时钟信号CLK控制下，按节拍进行
工作的。
2021/6/12
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8086/8088微处理器——微处理器的引脚功能
▪ 工作方式控制线 33
指令执行示例
2021/6/12
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第二章：8086/8088微处理器
1. 微处理器ห้องสมุดไป่ตู้结构 2. 微处理器的内部寄存器 3. 微处理器的引脚功能 4. 微处理器的存储器组织 5. 最大模式和最小模式 6. 微处理器的时序
2021/6/12
2
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▪ 存储器分段
▪ 由于CPU内部的寄存器都是16位的，为了
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7
第二章：8086/8088微处理器
1. 微处理器的结构 2. 微处理器的内部寄存器 3. 微处理器的引脚功能 4. 微处理器的存储器组织 5. 最大模式和最小模式 6. 微处理器的时序
2021/6/12
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8086/8088微处理器——微处理器的引脚功能
▪ 一、微处理器的外部结构
时钟脉冲、复位信号、电源和接地等。
第二章 微处理器
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8086CPU的引脚 的引脚——控制总线 的引脚 控制总线
微 机 原 理 汇 编 接 口 技 术
BHE/S7
高8位数据允许/状态
ALE
地址锁存允许
MN/MX
最小/最大模式
DEN
数据允许
RD
读选通
DT/R
数据发送/接收
WR
写选通
READY
准备就绪
第 14 页
8086CPU的引脚 的引脚——控制总线 的引脚 控制总线
第 34 页
堆栈操作
微 机 原 理 汇 编 接 口 技 术
堆栈是按照“先进后出”原则组织的存储区域， 堆栈是按照“先进后出”原则组织的存储区域，堆栈的大小最大为 64KB 堆栈由堆栈段寄存器SS和堆栈指针寄存器 来寻址 堆栈由堆栈段寄存器 和堆栈指针寄存器SP来寻址，SS给出堆栈 和堆栈指针寄存器 来寻址， 给出堆栈 段的段基址， 指向当前栈顶 指向当前栈顶——段基址到栈顶的偏移量 段的段基址，SP指向当前栈顶 段基址到栈顶的偏移量 栈底为堆栈空间的高地址单元，栈顶为低地址单元。 栈底为堆栈空间的高地址单元，栈顶为低地址单元。 堆栈操作以字为单位。 堆栈操作以字为单位。 数据进栈，栈顶向低地址方向浮动，高位字节存入高地址单元， 数据进栈， 数据进栈 栈顶向低地址方向浮动，高位字节存入高地址单元， 低位字节存入低地址单元 数据出栈，栈顶向高地址方向浮动，低位字节弹到目的操作数 数据出栈， 数据出栈 栈顶向高地址方向浮动， 的低位， 的低位，高位字节弹到目的操作数的高位
外部8位数据总线 4 4字节指令队列 IO/M 准十六位CPU
8086
外部16位数据总线 6 6字节指令队列 M/IO 十六位CPU
第 16 页
8086CPU的引脚 的引脚——控制总线 的引脚 控制总线
微 机 原 理 汇 编 接 口 技 术
BHE/S7
高8位数据允许/状态
ALE
地址锁存允许
MN/MX
最小/最大模式
DEN
数据允许
RD
读选通
DT/R
数据发送/接收
WR
写选通
READY
准备就绪
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8086CPU的引脚 的引脚——控制总线 的引脚 控制总线
第 34 页
堆栈操作
微 机 原 理 汇 编 接 口 技 术
堆栈是按照“先进后出”原则组织的存储区域， 堆栈是按照“先进后出”原则组织的存储区域，堆栈的大小最大为 64KB 堆栈由堆栈段寄存器SS和堆栈指针寄存器 来寻址 堆栈由堆栈段寄存器 和堆栈指针寄存器SP来寻址，SS给出堆栈 和堆栈指针寄存器 来寻址， 给出堆栈 段的段基址， 指向当前栈顶 指向当前栈顶——段基址到栈顶的偏移量 段的段基址，SP指向当前栈顶 段基址到栈顶的偏移量 栈底为堆栈空间的高地址单元，栈顶为低地址单元。 栈底为堆栈空间的高地址单元，栈顶为低地址单元。 堆栈操作以字为单位。 堆栈操作以字为单位。 数据进栈，栈顶向低地址方向浮动，高位字节存入高地址单元， 数据进栈， 数据进栈 栈顶向低地址方向浮动，高位字节存入高地址单元， 低位字节存入低地址单元 数据出栈，栈顶向高地址方向浮动，低位字节弹到目的操作数 数据出栈， 数据出栈 栈顶向高地址方向浮动， 的低位， 的低位，高位字节弹到目的操作数的高位
外部8位数据总线 4 4字节指令队列 IO/M 准十六位CPU
8086
外部16位数据总线 6 6字节指令队列 M/IO 十六位CPU
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一、8086微处理器的结构
8086的总线周期
时钟周期（T状态）：CPU的基本时间计量单位，它由计 算机的主频决定，是主频的倒数。 例 如 ： 8086 的 主 频 是 5MHz ， 则 它 的 时 钟 周 期 为 200ns(1ns=10-9s) 。 总线周期（机器周期）：CPU通过总线与存储器或I/O接口
电源线Vcc和地线GND
Vcc接+5V电源；两条地线接地。
二、8086微处理器的引脚功能和工作模式
最小模式
24-31引脚功能
（1）M//IO (Memory／Input and Output) 存储器／输入 输出控制信号，三态输出。若为高电平，表示是存储器访 问，若为低电平，表示是输入／输出设备访问。当DMA操 作时，此线浮空。 (2) ALE(Address Latch Enable) 地址锁存允许信号，输 出，高电平有效，作为地址锁存器8282／8283的地址锁存 信号。 (3) /DEN(Data Enable) 数据允许信号，三态输出，低 电平有效。作为数据总线缓冲器8286/8287的控制信号，在 DMA方式下浮空。
8086一个最基本的总线周期由4个时钟周期组成 ，分别用 T1，T2，T3，T4四个状态表示。 （1）T1：CPU往数据总线上发出地址信息 （2）T2：地址信息撤销 （3）T3：总线上出现数据 （4）T4：总线周期结束 （5）TW：等待状态：数据未就绪。
总线周期
T1 T2 T3 TW T4
二、8086微处理器的引脚功能和工作模式
一、8086微处理器的结构
说明
（1）指令队列缓冲器：在执行指令的同时，将取下一条指 令，并放入指令队列缓冲器中。CPU执行完一条指令后，可 以接着执行下一条指令（流水线技术），提高CPU效率。当 指令队列空出两个字节时，BIU自动执行一次取指周期，将 新指令送入指令队列缓冲器。
（2）地址加法器：产生20位地址。CPU内无论是段地址寄
加系统数据总线的驱动能力，这时，可选用两片8286或 74LS245作为总线收发器。
二、8086微处理器的引脚功能和工作模式
8086CPU
最 小 模 式 下 的 典 型 配 置
二、8086微处理器的引脚功能和工作模式
二、8086微处理器的引脚功能和工作模式
二、8086微处理器的引脚功能和工作模式
一、8086微处理器的结构
基本组成： （3）四个专用寄存器：地址指针寄存器/2+变址寄存器/2 地址指针寄存器 SP—堆栈指针寄存器 BP —基址指针寄存器 变址寄存器 DI —目的变址寄存器 SI —源变址寄存器 （4）数据暂存寄存器 协助ALU完成运算，暂存参加运算的数据。 （5）执行部件的控制电路 从总线接口的指令队列取出指令操作码，通过译码 电路分析，发出相应的控制命令，控制ALU数据流向。
一、8086微处理器的结构
总线接口单元（BIU）
功能：负责与存储器、I／O接口之间传送信息。 基本组成： （1）四个段地址寄存器：主要用于存放段基址 CS—16位代码段寄存器； DS—16位数据段寄存器； ES—16位附加段寄存器； SS—16位堆栈段寄存器。 （2）16位指令指针寄存器IP 存放下一条要取的指令的偏移地址 自动加一 注意用户程序不能直接访问IP。 （3） 20位的地址加法器。 （4）六字节的指令队列缓冲器。
8284时钟发生器
+5V
14.31818MHZ
RESET 0 RES READY CLK 等待电路 RDY1 OSC PCLK 14.318MHZ
二、8086微处理器的引脚功能和工作模式
(7) HLDA(Hold Acknowledge) 总线保持应答信号，输 出，高电平有效。如果微处理器响应HOLD信号让出总线， 就在当前总线周期完成时，从HLDA线上发出一个应答信号， 且同时使具有三态功能的地址／数据总线和控制总线处于 浮空，让出总线控制权。 (8)/INTA (Interrupt Acknowledge) 中断响应信号，输出， 低电平有效。微处理器对外设中断请求作出响应时，发出 两个连续有效的负脉冲信号，第一个负脉冲通知外设中断 请求已经得到允许，第二个负脉冲期间，由外设送出中断 类型码，使微处理器得到有关该中断请求的详尽信息，以 便处理器能够提供相应的中断服务。
源和一个时钟，时钟频率为5MHz 。 8088：内部与8086兼容，也是一个16位微处理器，只是 外部数据总线为8位，所以称为准16位微处理器。它具有包 括乘法和除法的16位运算指令，所以能处理16位数据，还能
处理8位数据。8088有20根地址线，所以可寻址的地址空间
达1M字节。
一、8086微处理器的结构
第二章 微处理器与 系统构成原理
主讲：姚玉峰
哈工大（威海）机器人研究所
微机原理及软硬件接口技术
本章内容
8086微处理器的结构 引脚功能和工作模式
8086微处理的操作时序
一、8086微处理器的结构
8086：Intel系列的16位微处理器，16条数据线、20条地
址线，可寻址范围220=1MB，8086工作时，只要一个 5V 电
存器还是偏移量都是16位的，通过地址加法器产生20位地址。
一、8086微处理器的结构
执行单元（EU）
功能：负责指令的执行 （1）从指令队列中取出指令； （2）对指令进行译码，发出相应的控制信号； （3）接收由总线接口送来的数据或发送数据至接口； （4）进行算术逻辑运算。 基本组成： （1）ALU：进行算术和逻辑运算；计算存储单元16位偏 移地址； （2）四个通用寄存器AX、BX、CX、DX。 四个通用寄存器都是16位，可作两个8位来使用。
1
1
0
1从偶Biblioteka 址单元开始，在低8位数据总线上进行字节传送
无效
S7：8086中无定义。在T2、T3、TW和T4状态时输出。
二、8086微处理器的引脚功能和工作模式
(2)、CLK：主时钟信号，输入。8086的时钟信号占空比为33.3% （1/3周期为高电平，2/3周期为低电平）频率为5MHZ。 (3)、RESET：复位信号，输入，高电平有效。RESET信号至少要 保持4个时钟周期。复位时：标志寄存器、IP、DS、SS、ES为0， CS=FFFFH，复位后CPU从FFFF0H处开始 执行。 (4)、NMI：不可屏蔽中断请求信号，输入，上升沿触发。该请求 信号不受IF状态的影响，也不能用软件屏蔽，一旦该信号有效，则执行 完当前指令后立即响应中断。 (5)、INTR：可屏蔽中断请求信号，输入，高电平有效。当INTR=1， 表示外设向CPU发出中断请求，CPU在当前指令周期的最后一个T状态 去采样该信号，若此时，IF=1，CPU响应中断，执行中断服务程序。 (6)、/RD读信号，三态输出，低电平有效。/RD=0，表示当前CPU 正在对存储器或I/O端口进行读操作。
进行一次数据传输所需的时间。
指令周期：执行一条指令所需要的时间。
一、8086微处理器的结构
总线周期、总线周期、时钟周期的关系
总线周期 指令周期 T4 T2 T3 总线周期
T1
…… 总线周期 CLK T3 Tw T4 时钟周期 …… 时钟周期 时钟周期 …… 时钟周期 Tw叫等待周期
一、8086微处理器的结构
二、8086微处理器的引脚功能和工作模式
(7)、READY：准备就绪信号，输入，高电平有效。READY=1， 表示CPU访问的存储器或IO端口已准备好传送数据。若CPU在总线周期 T3的前沿（下降沿）检测到READY=0，表示未准备好，CPU自动插入 一个或多个等待状态Tw，直到READY=1为止。 (8)、/TEST：测试信号，输入，低电平有效。当CPU执行WAIT指 令时，每隔5个时钟周期对/TEST进行一次测试，若/TEST=1，继续等待， 直到/TEST=0。 (9) 、MN//MX：工作模式选择信号，输入。MN//MX=1，表示CPU 工作在最小模式系统；MN//MX=0，表示CPU工作在最大模式系统。
二、8086微处理器的引脚功能和工作模式
(4) DT//R(Data Transmit／Receive) 数据收发控制信号， 三态输出。在使用8286／8287时，作为数据传送方向控制 信号，高电平时进行数据发送，低电平时进行数据接收。 DMA方式下浮空。 (5) /WR(Write) 写控制信号，三态输出，低电平有效， 表示微处理器在对存储器或是I／O进行写操作。在DMA方 式下，被置为浮空。 (6) HOLD(Hold Request) 总线保持请求信号，输入， 高电平有效。当总线上其它设备需要占用总线时，通过该 引脚向微处理器发送一个高电平请求信号。
一、8086微处理器的结构
（6）标志寄存器：16位寄存器，其中有7位未用。
一、8086微处理器的结构
8086CPU执行程序的操作过程
（1）总线接口部件形成20位的地址，并将此地址送至程序 存储器指定单元，从该单元取出指令字节，依次放入指令队 列中； （2）每当8086的指令队列中有2个空字节(8088指令队列中 有1个空字节时)，总线接口部件就会自动取指令至队列中； （3）执行部件从总线接口的指令队列首取出指令代码，执 行该指令； （4）当队列已满，执行部件不要求总线接口部件去访问内 存或I/O设备，则总线接口部件进入空闲状态； （5）执行转移指令、调用指令、返回指令时，先清空队列 内容，再将要执行的指令放入队列中。
二、8086微处理器的引脚功能和工作模式
典型配置 在8086的最小模式中，硬件连接上有如下几个特点： （1）MN//MX 引脚接+5V，决定了8086工作在最小模式。 （2）有一片8284A，作为时钟发生器。 （3）有三片8282或74LS373，用来作为地址锁存器。
（4）当系统中所连接的存储器和外设比较多时，需要增
二、8086微处理器的引脚功能和工作模式