第二章 8086微处理器
第2章-8086微处理器part2

8086 CPU在最小模式中引脚定义
M/#IO:Memory/Input & Output,三态输出
存储器或I/O端口访问信号 。指示8086的访问对象,发 给MEM或I/O接口。 M/# IO为高电平时,表示 当前CPU正在访问存储器;
M/# IO 为低电平时,表 示当前CPU正在访问I/O端 口
数据驱动器数据流向控制信 号,输出,三态。
在8086系统中,通常采用 74LS245、8286或8287作 为数据总线的驱动器,用 DT/#R信号来控制数据驱动 器的数据传送方向。 当DT/#R=1时,进行数据 发送; 当DT/#R=0时,进行数据 接收。
8086 CPU在最小模式中引脚定义
READY:准备就绪信号 由外部输入,高电平有效 ,表示CPU访问的存储器 或I/O端口己准备好传送 数据。 当READY无效时,要求 CPU插入一个或多个等待 周期Tw,直到READY信 号有效为止。
S3 0 1 0 1
当前正在使用的段寄存器 ES SS CS或未使用任何段寄存器 DS
8086 CPU在最小模式中引脚定义
#BHE/S7:高8位总线允许(Bus High Enable)
T1:指示高8位数据总线上的数据 是否有效 (#BHE:AD0)配合:00时读写字 ,01时读写奇地址字节,10时读写 偶地址字节 其他T周期:输出状态信号S7(S7 始终为逻辑1,未定义) DMA方式下,该引脚为高阻态。
最大模式引脚信号(续)
LOCK# :总线封锁(优先权锁定) 三态输出,低电平有效。 LOCK有效时表示CPU不允许其它总线主控者占用 总线。 ห้องสมุดไป่ตู้ 这个信号由软件设置。 • 当在指令前加上LOCK前缀时,则在执行这条 指令期间LOCK保持有效,即在此指令执行期 间,CPU封锁其它主控者使用总线。 在保持响应期间,LOCK#为高阻态。
第二章 8086 CPU[2-3]
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应用例子:发光二极管接口
+5V
D0~D7 A0~A15
IOW
20:49
D|0 Q0
1
R
D7
...
...
...
...
译
码
CP
器
R
Q7
1
74LS273
12
§2-4 8086的工作模式和总线操作
3、时钟发生器8284A
产生CLK信号,作为8086CPU的内部和外部的时间基准信号 提供系统时钟(CLK)、READY同步和RESET同步信号
第二章 8086 CPU
内容提要
引言 8086 CPU的内部结构 8086/8088 CPU的引脚功能 8086的存储器组织 8086的工作模式和总线操作
20:49
2
§2-4 8086的工作模式和总线操作
1、电源要求
8086/8088微处理器都是用+5.0V电源电压,其允许偏差为±10%。
OE
地址总线
存储器
I/O芯片
20:49
T 74LS245 /8286/82 87
OE
数据总线
15
§2-4 8086的工作模式和总线操作
2.4.3 总线操作时序
相关概念介绍
➢时钟周期
➢总线周期
➢指令周期
➢时序 ➢时序图
时序就是指系统中各总线信号(即地址、 数据和控制信号)产生的先后次序。
20:49
16
在8086/8088CPU中,一个总线周期至少包括4个时钟周期。
1~2个
若干个
T1 T2 T3 T4 Ti Ti T1 T2 T3 Tw Tw Tw T4 Ti Ti
8086简介

第二章8086微处理器【回顾】微型计算机及微机系统的组成、结构与工作过程,CPU的基本概念与一般结构。
本讲重点8086微处理器的一般性能特点,内部编程结构的两大组成部分及在信息处理中的相互协调关系,处理器状态字PSW及各个标志位,8086微机系统的存储器组织。
一、8086微处理器1.引言8086微处理器是Intel公司推出的第三代CPU芯片,它们的内部结构基本相同,都采用16位结构进行操作及存储器寻址,但外部性能有所差异,两种处理器都封装在相同的40脚双列直插组件(DIP)中。
2.8086微处理器的一般性能特点:16位的内部结构,16位双向数据信号线;20位地址信号线,可寻址1M字节存储单元;较强的指令系统;利用第16位的地址总线来进行I/O端口寻址,可寻址64K个I/O端口;中断功能强,可处理内部软件中断和外部中断,中断源可达256个;单一的+5V电源,单相时钟5MHz。
另外,Intel公司同期推出的Intel8088微处理器一种准16位微处理器,其内部寄存器,内部操作等均按16位处理器设计,与Intel8088微处理器基本上相同,不同的是其对外的数据线只有8位,目的是为了方便地与8位I/O接口芯片相兼容。
3.8086CPU的编程结构编程结构:是指从程序员和使用者的角度看到的结构,亦可称为功能结构。
如图2-1所示是8086CPU的内部功能结构。
从功能上来看,8086CPU可分为两部分,即总线接口部件BIU(Bus Interface Unit)和执行部件EU(Execution Unit)。
(1) 执行部件(EU)功能:负责指令的执行。
组成:包括①ALU(算术逻辑单元)、②通用寄存器组和③标志寄存器等,主要进行8位及16位的各种运算。
图2-1 8086/8088CPU内部功能结构图(2) 总线接口部件(BIU)功能:负责与存储器及I/O接口之间的数据传送操作。
具体来看,完成取指令送指令队列,配合执行部件的动作,从内存单元或I/O端口取操作数,或者将操作结果送内存单元或者I/O端口。
【教学课件】第2章 8086微处理器

控制 电路
局部总线 接口
SYSB/RESB
1
20
2
19
3
18
4
17
5
8289 16
6
15
7
14
8
13
9
12
10
11
INIT
BCLK BREQ BPRN BPRO BUSY CBRQ
总线仲裁 信号
AEN
V CC S1 S0 CLK
LOCK
CRQLCK ANYRQST
AEN CBRQ BUSY
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DEN CEN
INTA IORC AIOWC IOWC
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23
2.总线仲裁控制器8289
仲裁电路
状态
S2
信号
S1
S0
状态 译码器
多路总线 接口
控制 输入
LOCK CLK
CRQLCK
RESB ANYRQST
IOB
S2 IOB
RESB BCLK INIT BREQ BPRO BPRN
GND
数据总线
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S0
S1
S2
INTR R Q / G T0
R Q / G T1
8288 总线控制器
IN T A
8259A 及有关电路
控制总线 中 断 请 求
22
1.总线控制器8288
状态
S2
信号
S1
S0
状态 译码器
控制 输入
CLK
AEN CEN IOB
控制 电路
命令 信号 发生器
控制信号 发生器
2.3.1 最小模式和最大模式的概念
第二章 8086体系结构

8086微处理器概览
标志位寄存器(FR) • 16位标志位寄存器FR,共有9个
标志位。其中6个是状态标志位, 3个是控制标志位,用于反映 CPU运行过程中的某些状态特征。
标志位寄存器
3、标志寄存器FR
标志寄存器FR中共有9个标志位,可分成两类: ➢状态标志 表示运算结果的特征,它们是 CF、PF、AF、 ZF、SF和OF ➢控制标志 控制CPU的操作,它们是IF、DF和TF。
IP :BIU要取指令的地址。
IP
三、8086CPU的管脚及功能
8086是16位CPU。它采用高性能的N— 沟道,耗尽型负载的硅栅工艺(HMOS)制 造。由于受当时制造工艺的限制,部分管 脚采用了分时复用的方式,构成了40条管 脚的双列直插式封装
1、 8086的两种工作方式
最小模式:系统中只有8086一个处理器,所有的控制信号都 是由8086CPU产生(MN/MX=1)。
最大模式:系统中可包含一个以上的处理器,比如包含协处 理器8087。在系统规模比较大的情况下,系统控 制信号不是由8086直接产生,而是通过与8086配 套的总线控制器等形成(MN/MX=0)。
三总线结构 数据线DB 地址线AB 控制线CB
微机的三总线结构
➢ 最小模式下的引脚说明
( 1 ) AD15 ~ AD0 (Address Data Bus):
堆栈指针用于存放栈顶的逻辑偏移地 址,隐含的逻辑段地址在SS寄存器中。
寄存器的特殊用途和隐含性质
在指令中没有明显的标出,而这些寄存器参 加操作,称之为“隐含寻址”。
具体的:在某类指令中,某些通用寄存器有指 定的特殊用法,编程时需遵循这些规定,将某些 特殊数据放在特定的寄存器中,这样才能正确的 执行这些指令。采用“隐含”的方式,能有效地 缩短指令代码的长度。
第二章 8086微处理器

第二章8086/8088微处理器及其系统结构内容提要:1.8086微处理器结构:CPU内部结构:总线接口部件BIU,执行部件EU;CPU寄存器结构:通用寄存器,段寄存器,标志寄存器,指令指针寄存器;CPU引脚及其功能:公用引脚,最小模式控制信号引脚,最大模式控制信号引脚。
2.8086微机系统存储器结构:存储器地址空间与数据存储格式;存储器组成;存储器分段。
3.8086微机系统I/O结构4.8086最小/最大模式系统总线的形成5.8086CPU时序6.最小模式系统中8086CPU的读/写总线周期7.微处理器的发展学习目标1.掌握CPU寄存器结构、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.理解存储器读/写时序;3.了解微处理器的发展。
难点:1.引脚功能,最小/最大模式系统形成;2.存储器读/写时序。
学时:8问题:为什么选择8088/8086?•简单、容易理解掌握•与目前流行的P3、P4向下兼容,形成x86体系•16位CPU目前仍在大量应用思考题1、比较8086CPU与8086CPU的异同之处。
2、8086CPU从功能上分为几部分?各部分由什么组成?各部分的功能是什么?3、CPU的运算功能是由ALU实现的,8086CPU中有几个ALU?是多少位的ALU?起什么作用?4、8086CPU有哪些寄存器?各有什么用途?标志寄存器的各标志位在什么情况下置位?5、8086CPU内哪些寄存器可以和I/O端口打交道,它们各有什么作用?6、8086系统中的物理地址是如何得到的?假如CS=2400H,IP=2l00H,其物理地址是多少?思考题1.从时序的观点分析8088完成一次存储器读操作的过程?2.什么是8088的最大、最小模式?3.在最小模式中,8088如何产生其三总线?4.在最大模式中,为什么要使用总线控制器?思考题1.试述最小模式下读/写总线周期的主要区别。
第二章-8086微处理器

答案:A
思考题
8086/8088的状态标志有 A)3 B)4 C)5 答案:D 个。 D)6
思考题
8086/8088的控制标志有 A)3 B)4 C)5 答案:A 个。 D)6
三、引脚信号和功能(图2-5 )
8086总线周期的概念: 为了取得指令或传送数据,就需要CPU的总线接 口单元(BIU)执行一个总线周期。 一个最基本的总线周期由4个时钟周期组成。 习惯上将4个时钟周期分别称为4个状态,即T1状 态、T2状态、T3状态和T4状态。 图2-17
2.方向标志DF(Direction Flag) 用于串操作指令中的地址增量修改(DF =0)还是减量修改(DF=1)。 STD使DF=1 CLD使DF=0
(三)标志寄存器-控制标志(续)
3.跟踪标志TF(Trap Flag) 若TF=1,则CPU按跟踪方式(单步方式) 执行程序,否则将正常执行程序。
思考题
指令队列的作用是 A)暂存操作数地址 。 B)暂存操作数
C)暂存指令地址
D)暂存预取指令 答案:D
思考题
8086的指令队列的长度是 A)4个 B)5个 C)6个 D)8个 字节。
答案: C
思考题
8088的指令队列的长度是 A)4个 B)5个 C)6个 D)8个 字节。
答案:A
思考题
第二章 8086/8088微处理器
8086/8088微处理器的结构 8086/8088典型时序分析
简 介
8086:16位微处理器 数据总线宽度16位:可以处理8位或16位数据 地址总线宽度20位:可直接寻址1MB存储单元和 64KB的I/O端口 8088:准16位处理器 内部寄存器及内部操作均为16位,外部数据总线8位 8088与8086指令系统完全相同,芯片内部逻辑结构、芯片引 脚有个别差异。 设计8088的目的主要是为了与Intel原有的8位外围接口芯片 直接兼容
微机原理第二章8086微处理器

▪ 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。
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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
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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
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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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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
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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。
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三、存储空间与存储结构
地址 00000H 00002H 内容 内容 地址 00001H 00003H
偶地址存储体 奇地址存储体 512K*8 512K*8 bit bit A0=0 BHE=0 FFFFEH FFFFFH
BHE 0 0 1 1
A0 0 1 0 1
读/写的字节 高低两个字节 奇数地址的高位字节 偶数地址的低位字节 不传送
偏移量
11230H 11231H 11232H 1123FH 11240H 11241H 11242H 11243H
加法器
19 0
20位物理地址 8086物理地址PA的形成, 其中的16位偏移量也称为有 效地址EA(出现在指令中)
03H
逻辑地址LA=段基值 :偏移量
逻辑地址来源
存储器操作 取指令 堆栈操作 变量 源数据串 目的数据串 堆栈中的变量 默认段基址 CS SS DS DS ES SS 可使用段基址 偏移地址 — — CS、ES、SS CS、ES、SS — — IP SP EA SI DI BP
连续 00000H 10000H 20000H 30000H 40000H …… A段 部分重叠 C段 E段 D段 完全 重叠 分离
B段
实际(物理) 存储器
逻辑段
二、存储器的逻辑地址和物理地址
15 0
段寄存器
15
0000
0
段基址
存储单元 物理地址
1123H
偏移量 段基址
16位偏移量 13H …… 1124H
RES EFI F/C PCLK
8284A
RDY1 RDY2
READY CLK RESET MN / MX S2 S1 S0 INTA MRDC 8288 MWTC AEN IOWC IOB IORC CEN DEN MCE/PDEN DT/R ALE STB CLK
控制 总线
8086 CPU
TEST NMI INTR BHE A19~ A16 AD15 ~ AD 0
择线
8088
二、8086/8088的引脚信号(最大模式) MN/MX = 0
GND AD14 AD13 AD12 AD11 AD10 AD9 AD8 AD7 AD6 AD5 AD4 AD3 AD2 AD1 AD0 NMI INTR CLK GND 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
8086
GND A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 AD7 AD6 AD5 AD4 AD3 AD2 AD1 AD0 NMI INTR CLK GND
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21
40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21
VCC AD15 A16/S3 A17/S4 A18/S5 A19/S6 BHE/S7 MN/MX RD RQ/GT0* RQ/GT1* LOCK* S2 * S1 * S0 * QS0* QS1* TEST READY RESET
8284A
RDY1 RDY2
READY CLK
+5V
RESET TEST MN / MX HOLD HLDA NMI INTR 8086 INTA CPU M / IO WR RD ALE BHE A19~ A16 AD15 ~ AD 0 STB
控制总线
系统总线
8282
OE
地址总线A19~ A0
8286
+5V
系统总线
8282
OE
地址总线A19~ A0
8286
T OE
数据总线D15~D0
3、最小模式配置与最大模式配置的比较
1)不同之处
最小模式下系统控制信号直接由8086CPU提供; 最大模式下因系统复杂,芯片数量较多,为提高驱 动能力和改善总线控制能力,系统的控制信号由总 线控制器8288提供。
VCC AD15 A16/S3 A17/S4 A18/S5 A19/S6 BHE/S7 MN/MX RD HOLD* HLDA* WR* M/IO* DT/R* DEN* ALE* INTA* TEST READY RESET
ALE 地址锁存允许信号(输出) DT/R 数据发送/接收控制 信号输出(输出、三态) DEN 数据允许信号(输出、三 态、低电平有效) HOLD 总线保持请求信号 (输入、高电平有效) HLDA 总线保持响应信号 (输出、三态、高电平有效) INTR 可屏蔽中断请求信号 (输入、高电平有效) INTA 中断响应信号(输出、 三态、低电平有效) NMI 非屏蔽中断请求(输入, 上升沿触发) RESET 复位信号(输入,高 电平有效) MN/MX 最小/最大模式控制 输入端
暂存器
ALU
标志寄存器
EU
指令队列 控 制 8位队列总线 1 2 3 4 5 6 单 8088 元 8086
辑
举例
指令指针寄存器 用来存放下一条将要执行的指令在当前代码段中 的偏移地址。在程序运行中,IP的内容能够自动修 改,使之总是指向下一条要执行的指令地址。 总线控制逻辑电路 总线控制逻辑电路将8086微处理器的内部总线 和外部总线相连,是8086 微处理器与内存单元或 I/O端口进行数据交换的必经之路。
DT / R DEN
T OE
数据总线D15~D0
2、最大模式配置
除最小模式配置外,需外加总线控制器8288对 CPU发出的控制信号进行变换和组合,以获得对存 储器、I/O端口的读写信号和对锁存器 8282、总线 驱动器8286的控制信号,另外在多处理器中还需加 入总线仲裁器8288解决主处理器和协处理器之间协 调工作和对总线的共享控制等问题。
S2 S1 S0 总线周期状态信号 (输出、三态) RQ/GT0 RQ/GT1 总线请求 (输入)/总线请求允许信号(输 出)(双向、均为低电平有效) LOCK 总线封锁信号(输出、 三态、低电平有效) QS0 QS1指令队列状态信号 (输出)
8086
三、8086/8088的系统配置
1、最小模式配置
系统中所有的控制信号由8086本身提供,它的 基本配置为:除使用8086/8088作为微处理器外,还 需配有时钟发生器8284A、三片地址锁存器 (8282/8283)、两片总线驱动器(8286/8287)才 能构成系统总线。
最小模式总线形成 (Intel产品手册推荐电路)
RES EFI F/C PCLK
存储体与总线的连接
D7 ~D0 D15 ~D8
D7 ~D0 D7 ~D0
DB
奇地址存储体
偶地址存储体
SEL A18 ~ A0
SEL A18 ~ A0
BHE A0 A19 ~A1
AB
四、I/O端口组织
I/O端口地址:8086系统和外部设备之间进行数据 传输时,各类信息在接口中将进入不同的寄存器, 一般称这些寄存器为I/O端口;每个端口分配一个 地址号,称为端口地址,CPU通过指令对它们进行 访问;I/O端口分:数据端口、状态端口和命令端 口。
二、8086/8088的引脚信号(最小模式) MN/MX = 5V
GND AD14 AD13 AD12 AD11 AD10 AD9 AD8 AD7 AD6 AD5 AD4 AD3 AD2 AD1 AD0 NMI INTR CLK GND 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21
1、地址、数据信号: VCC AD0~AD15 地址/数据复用引 AD15 A16/S3 脚(双向、三态) A17/S4 A16/S3~A19/S6 地址/状态复用 A18/S5 引脚(输出、三态) A19/S6 BHE/S7 2、控制信号 BHE/S7 数据总线高8位允许/ MN/MX 状态(输出,三态) RD HOLD* WR写信号(输出,低电平有效, HLDA* 三态) WR* RD读信号(输出、低电平有效、 M/IO* 三态) DT/R* M/IO 存储器/IO控制信号(输 DEN* 出、三态) ALE* TEST 测试信号(输入、低电 INTA* 平有效) TEST READY READY 准备就绪(输入、高 RESET 电平有效)
最小模式下8086的31、30脚提供一组总线请求/ 响应信号 ( HOLD、HLDA),而最大模式下 8086 的31、30脚将提供两组总线请求/响应信号( RQ/GT0、RQ/GT1)。
2)相同之处:
8086的低位地址线与数据线复用,为保证地 址信号维持足够的时间,需使用 ALE 信号将低位 地址线锁存 (通过锁存器 8282 ),以形成真正的
8086/8088结构图
AX BX CX DX 通用寄存器 AH AL BH BL CH CL DH DL SP BP DI SI 总 执 线 行 接 部 口 件 EU 部 件 BIU
内部总线16位
20位地址总线
地址加法器
总
16位(8位) 数据总线 线
CS DS SS ES
IP 暂存器
控 制 逻
总线
第二章 8086微处理器
8086微处理器采用HMOS工艺技术制造,外型 封装为双列直插式,有40个引脚。 主时钟频率有5MHz,8MHz和10MHz几种。 内部采用16位数据通路和流水线结构,从而允 许其在总线空闲时预取指令,使取指令与执行 指令实现了并行操作。 8086有20位地址线,可直接寻址的空间达1MB。 Intel公司为了与一整套外围设备兼容推出准16 位CPU8088,内部结构和8086相同,但对外数 据总线只有8位。